试验四天线方向图测量试验
电磁场与电磁波实验指导书(参考)
电磁场与电磁波实验指导书目录实验一电磁波感应器的设计与制作实验二电磁波传播特性实验实验三电磁波的极化实验实验四天线方向图测量实验实验一电磁波感应器的设计与制作一、预习要求1、什么是法拉第电磁感应定律？2、什么是电偶极子？3、了解线天线基本结构及其特性。
二、实验目的1、认识时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用。
2、通过电磁感应装置的设计，初步了解天线的特性及基本结构。
3、理解电磁波辐射原理。
三、实验原理随时间变化的电场要在空间产生磁场，同样，随时间变化的磁场也要在空间产生电场。
电场和磁场构成了统一的电磁场的两个不可分割的部分。
能够辐射电磁波的装置称为天线，用功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。
图1 电磁感应装置如果将另一付天线置于电磁波中，就能在天线体上感生高频电流，我们可以称之为接收天线，接收天线离发射天线越近，电磁波功率越强，感应电动势越大。
如果用小功率的白炽灯泡接入天线馈电点，能量足够时就可使白炽灯发光。
接收天线和白炽灯构成一个完整的电磁感应装置，如图1所示。
电偶极子是一种基本的辐射单元，它是一段长度远小于波长的直线电流元，线上的电流均匀同相，一个作时谐振荡的电流元可以辐射电磁波，故又称为元天线，元天线是最基本的天线。
电磁感应装置的接收天线可采用多种天线形式，相对而言性能优良，但又容易制作，成本低廉的有半波天线、环形天线、螺旋天线等，如图2所示。
图2 接收天线本实验重点介绍其中的一种─—半波天线。
半波天线又称半波振子，是对称天线的一种最简单的模式。
对称天线（或称对称振子）可以看成是由一段末端开路的双线传输线形成的。
这种天线是最通用的天线型式之一，又称为偶极子天线。
而半波天线是对称天线中应用最为广泛的一种天线，它具有结构简单和馈电方便等优点。
半波振子因其一臂长度为/4λ，全长为半波长而得名。
其辐射场可由两根单线驻波天线的辐射场相加得到，于是可得半波振子（/L λ=4）的远区场强有以下关系式：()cos(cos )sin I I E f r rθπθθ==60602 式中，()f θ为方向性函数，对称振子归一化方向性函数为：()()maxcos(cos )sin f F f θθπθθ==2 其中max f 是()f θ的最大值。
在室外测试场中阵列天线方向图的测试方法
在室外测试场中阵列天线方向图的测试方法郝延刚;李淑华【摘要】On the basis of the commonly used antenna pattern measurement method, is the size of a large array antenna taken into consideration, and designed a set of array antenna pattern testing method in an outdoor test field. According to this method, the array antenna pattern of a particular model of aircraft is firstly tested. Then the radiation pattern of the pitch surface is measured and compared with the theoretical simulation results thus proving the accuracy of the experimental program. Finally, the experimental error is analyzed.%在常用天线方向图测量方法的基础上,考虑大型阵列天线尺寸大的特殊性,并且结合实际测量条件,设计出一套在室外测试场中阵列天线方向图的测试方法.按照此方法,对某型号飞机的阵列天线方向图进行测试.测得其俯仰面辐射方向图后与理论仿真结果对比,论证实验方案的准确性,并对实验误差进行分析.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)029【总页数】4页(P7745-7748)【关键词】阵列天线;方向图;室外测试场【作者】郝延刚;李淑华【作者单位】海军航空工程学院青岛分院,青岛266041;海军航空工程学院青岛分院,青岛266041【正文语种】中文【中图分类】TN820.1阵列天线具有较强的方向性和较高的增益，并且能够实现方向图扫描等优点。
在室外测试场中阵列天线方向图的测试方法
络分析仪能接收记 录被测天线在各个方位角 所接
收 到 的相 对信 号 电平 ， 器 动态 范 围不 小 于 ５ Ｂ 仪 ０ｄ 。 在 系统规 定 频 率 范 围 内校 准 检 验 仪 器 和 仪 表 。 主
关键词
阵列天线
方 向图
室外测试场 文献标志码 Ａ
中图法分类号
Ｔ ８０ １ Ｎ ２． ；
阵列天 线具 有 较 强 的方 向性 和 较 高 的 增 益 ， 并
状态［ 。
且能够实现方 向图扫描等优点 。随着无线通 信 的
迅 猛发 展 ， 阵列 天 线 越来 越 多 地 被 应 用 其 中。 阵列
天线可 以实现单 个 天 线所 无 法 实 现 的复 杂 功 能 ， 具 有 更大 的灵 活性 和 更 高 的信 号 容 量 ， 能显 著 提 高 系
本 文 以某 型 号 飞 机 的 雷 达 阵 列 天 线 为测 试 目 标， 对其 辐 射特性 和端 口特 性 进行 测 试 。该 天 线 以
件 为 ： １ 辅 助 天 线 和被 测 天线 之 问 的距 离 应 满 足 （） 最小 测 试距 离。 （ ） ２ 气候 条件 和 机 械应 力 等应 符 合
天 线产 品规范 的规定 。（ ） 避 免 或设 法 减少 外 界 ３应
统 自带 源天线 （ 元 为半 波 振 子 的 １×３行 阵 ） 网 阵 ，
２１ ０ ２年 ６月 ７日收到， ６月 ２ ５１ ３修改 第一作 者简介 ： 郝延 刚 （ ９７ ） 男 ， １ ８ 一 ， 黑龙江齐 齐 哈尔人 ， 硕士研 究 牛， 研究方 向 ： 军用 飞行器天线设计 。
度为 ５Ｉ， 度 为 ２ｉ， Ｉ宽 Ｔ 重量 约 为 ３０ｋ 。 由于室 内 ｎ ０ ｇ 测试场 受 空 问 大 小 的 限 制 ， 且 该 天 线 由于 尺 寸 并
电磁场与电磁波实验指导书
《电磁场与电磁波》实验指导说明书一*同轴测量线西华师范大学计算机学院目录第一部分产品说明 (3)一、系统简介 (2)二、系统特点 (2)三、系统组成 (2)四、性能指标 (3)五、系统主要部件参数 (3)第二部分实验内容 (6)实验一电磁波的频率和功率测试 (6)实验二电磁波感应器的设计与制作 (9)实验三位移电流的测试及计算 (12)实验四天线方向图的测试--功率测试法 (15)实验五电磁波波节、波幅及波长的测试 (20)实验六电磁波的极化实验 (24)实验七电磁波的PIN调制特性 (27)实验八天线方向图的测试一电压测试法 (30)实验九同轴测量线的驻波测试 (34)实验十反射系数及驻波相位的测试 (37)第三部分射频连接器示意图 (40)第一部分产品说明一、系统简介电磁场电磁波及天线技术是通信工程、电子工程、电磁场与电磁波、微波技术、天线技术类专业必不可少的一门实验课程，本系统包含功率测试、频率测试、方波信号产生，电磁波产生器、功率放大器、选频放大器等，具有电磁波极化特性测试，天线方向图测试、静电场中位移电流测试等多种功能，加深学生对电磁波产生（调制卜发射、传输和接收（检波）过程及终端设备相关特性的认识，培养学生对电磁场电磁波及天线的理解、应用创新能力。
二、系统特点1实验系统面向《电磁场与电磁波》的课程建设，紧密配合教学大纲，通过直观生动的实验现象及操作，完成对电磁场与电磁波相关特性的测试。
2、系统内置1kHz方波可调信号源、选频放大器，在完成对电磁波PIN调制功能的同时，可用于对天线方向图的测试，而无需选配其他实验装置。
3、本装置电磁波发射可选大功率或小功率2路输出，方便做不同实验时的自由切换，输出端口均为标准的N型接头。
4、采用数字显示方式，在提高准确性的基础上，更能方便感应器在任何位置归零，直接读取数值。
5、实验系统自带频率计及功率计，用于对发射电磁波频率、功率的测试及校准。
6、完成电磁波的极化特性测试、场电流的测试及终端天线增益的测试。
天线方向图测量和波的极化测量
天线方向图测量和波的极化测量
刘放
【期刊名称】《电气电子教学学报》
【年(卷),期】1989(000)001
【摘要】在电类专业电磁场课程的教学中,为了使学生更好地理解天线方向性和波的极化的基本概念和性质,了解基本的测量方法,我们准备了这两个演示实验,利用
DH926A型电磁波综合测试仪测量喇叭天线的方向性和波的极化特性,并用SHARP PC-1500型微型计算机处理数据,绘制天线方向图,极化图和极化椭圆轨迹。
实验一:天线方向图测量1.天线的方向性:
【总页数】6页(P10-15)
【作者】刘放
【作者单位】西安交通大学电工原理教研室
【正文语种】中文
【中图分类】TN-4
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李棉全;王雪松
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度的影响 [J], 谭华
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方向图测量
Ε=
U l eL
环天线的有效长度
l eL ≈
2πSN
匝数
l eL ≈ 2.096 × 10 −8 fSN
λ
环面积
直接代替法误差
•调谐环天线上的感应电压具有分布特性，而校准电压是在 环的中心或某一端馈入的集中电压，因此，必然存在测量 误差。 •此误差是由环天线分布电容所产生，它是待测场频率与环 天线自然谐振频率之比的函数。若校准电压在环的中心馈 入时，误差修正因子可以用下式近似计算
标准天线法 标准场法
• 由标准天线的尺寸、型式 及测得的电压来计算场强 振幅值 • 由待测场强在天线中感应 的电压与标准场强在天线 中感应的电压相比较而求 得场强振幅值
标准天线法
标准天线法是用感应电压易于计算的一些天线型式作标准天线。
待测场强E与其在标准天线中所感应的电压U之间有如下关系：
U Ε= le
源天线方向图之有用部份应尽可能均匀（即弱方向性或全方向性天线） 较低频率
水平极化天线
垂直极化天线
空中测试法
较高频率
现场测试方向图都十分麻烦且精度较差。除非特殊情况，一 般以采用测试场测量 测试场测量为好。 测试场测量
测试场测量
•辅助天线固定不动，待测天线绕自身的通过相位中心的轴旋转。 •通常，辅助天线作发射，待测天线作接收，待测天线装在特制的 有角标指示的转台上。 •测试水平方向图时，可让待测天线在水平面内旋转，记下不同方 位角时相应的场强响应，在适当的坐标纸上绘出方向图曲线。 •测试垂直面方向图时，可以将待测天线绕水平轴转动90°后，仍 按测水平面方向图的办法得到；也可以直接在垂直面内旋转待测 天线，测取不同仰角时的场强响应而得到。 •场强响应的读取方法有两种： •一种是由接收机检波输出指示器直接读取， •另一种是改变接收机衰减器的衰减量，使检波器输出指示器 读数保持不变，由衰减量的衰减量差值来读取。
天线方向图测试系统操作说明
大连理工大学实验预习报告姓名：牛玉博班级：电通1202 学号：201201203实验六天线方向图测试本系统主要用于线天线E面方向图测试，可动态、实时绘制极坐标和直角坐标系方向图曲线，保存测试数据用于后续分析处理。
系统使用步骤示意如图0.1所示。
图0.1 系统使用步骤示意图1系统连接测试系统由发射装置、接收装置和控制器三大部分组成，三部分的连接示意如图1.1所示。
连接时注意信号线要根据待测工作频率接至对应端子，并将接收装置方向调整到正确姿态。
图1.1 系统连接示意图发射装置包含400MHz 和900MHz 两个频点的发射电路和天线，如图1.2所示。
接收装置包含400MHz 和900MHz 两个频点的接收电路和天线，并具有天线旋转机构，如图1.3所示。
控制器利用触摸屏完成所有测试操作和方向图曲线的实时绘制，如图1.4所示。
图1.2 发射装置 图1.3 接收装置 此处少一图（图1.4 测试控制器）、待发。
2 控制器操作2.1 打开控制器电源，等待系统启动，进入提示界面，如图2.1所示。
发射装置 接收装置控制器电机线信号线图2.1 方向图测试系统提示界面2.2点击界面任意位置，进入“实测方向图”界面，如图2.2所示。
图2.2 实测方向图界面2.3点击图2.2中的“频率选择”按钮，选择与硬件链接对应的工作频率。
2.4点击“天线长度”数字框，输入实际天线长度（单位为毫米），并按“确定”确认，如图2.3所示。
图2.3 天线长度输入界面2.5点击“机械回零”按钮，接收天线旋转，当到达机械零点基准点时，自动停止旋转，如图2.4所示。
注意：机械回零完成之前不要做其它操作！图2.4 机械归零界面2.6点击“归一化”按钮，接收天线旋转，搜索信号最大值，并提示“归一化进行中”。
当到天线旋转一周时，搜索结束，如图2.5所示。
注意：归一化完成之前不要做其它操作！图2.5 归一化界面2.7当图2.5中“归一化控制”区提示归一化完成时，点击“启动”按钮，天线旋转，测试开始。
天线方向性图的测量[权威资料]
![天线方向性图的测量[权威资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/3761ef4fcbaedd3383c4bb4cf7ec4afe05a1b144.png)
天线方向性图的测量[权威资料] 天线方向性图的测量对于一面发射天线，如果有另一面性能较好的接收天线相配合，就可以测定发射天线的发射方向图。
对于一面接收天线，如果有一面发射天线相配合，就可以测定接收天线的接收方向图。
只是在测定方向图时，不管被测的是发射天线还是接收天线，都需要有电动伺服系统，能够平稳地、连续地在方位面和俯仰面上进行调整。
用来配合测试的天线可以与被测天线处于同一地球站内，也可以处在地理位置相隔较远的地球站上。
这种测定天线方向性图的方法，称为“辅助地球站测量法”。
要想测定发射天线的方向性图，则与之配合的接收天线就是“辅助地球站”;要想测定接收天线，则与之配合的发射天线就是“辅助地球站”。
这种测量法与其它一些方法相比有以下优点:一是既能测接收方向图，又能测发射方向图;二是测量的角度范围比较大，能够测到远旁瓣;三是测量的结果比较准确，测量精度在可控范围内。
使用这种测量方法，不论是测量发射方向性图还是测量接收方向性图，都必须向卫星发射一个不加调制的单载波，且要求其频率和功率都十分稳定。
上行功率的确定要考虑两个方面的因素，一方面上行功率要足够大，以保证在天线转动到远旁瓣时仍能接收到信号;另一方面，上行功率又不能过大，避免使卫星转发器进入饱和状态，一旦转发器处于饱和状态，会影响方向性图在主瓣附近的细节，还会影响主瓣与旁瓣之间的电平关系。
如图1(a)所示，某天线在测试时因为上行发射功率太大导致转发器饱和，主瓣被压缩，主瓣与旁瓣的电平差不符合指标要求;而在调小发射功率后再测，结果就正常了，见图1(b)。
所以，确定上行功率时需要得到卫星测控站的帮助，只要确认在天线主瓣对准卫星时转发器未饱和即可。
上行功率的确定还要兼顾测试接收机的性能，以保证接收机工作在线性范围内，避免由于接收机的原因导致测量误差。
在测量中还需注意，尽可能不使用LNB(低噪声下变频单元)，而应使用LNA(低噪声放大器)，且放大器中不可启用AGC(自动电平调整)功能。
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实验四 天线方向图测量实验
一、预习要求
1、什么是天线的方向性？
2、什么是天线的方向图，描述方向图有哪些主要参数？
二、实验目的
1、通过天线方向图的测量，理解天线方向性的含义；
2、了解天线方向图形成和控制的方法；
3、掌握描述方向图的主要参数。
三、实验原理
天线的方向图是表征天线的辐射特性(场强振幅、相位、极化)与空间角度关系的图形。
完整的方向图是一个空间立体图形，如图7所示。
它是以天线相位中心为球心（坐标原点），在半径足够大的球面上，逐点测定其辐射特性绘制而成的。
测量场强振幅，就得到场强方向图；测量功率，就得到功率方向图；测量极化就得到极化方向图；测量相位就得到相位方向图。
若不另加说明，我们所述的方向图均指场强振幅方向图。
空间方向图的测绘十分麻烦，实际工作中，一般只需测得水平面和垂直面的方
向图就行了。
图7 立体方向图
天线的方向图可以用极坐标绘制，也可以用直角坐标绘制。
极坐标方向图的特点是直观、简单，从方向图可以直接看出天线辐射场强的空间分布特性。
但当天线方向图的主瓣窄而副瓣电平低时，直角坐标绘制法显示出更大的优点。
因为表示角度的横坐标和表示辐射强度的纵坐标均可任意选取，例如即使不到1º的主瓣宽度也能清晰地表示出来，而极坐标却无法绘制。
一般绘制方向图时都是经过归一化的,即径向长度(极坐标)或纵坐标值(直角坐标)是以相对场强max `)(E E ϕθ表示。
这里，)(`ϕθE 是任一方向的场强值，max E 是最大辐射方向的场强值。
因此，归一化最大值是1。
对于极低副瓣电平天线的方向图，大多采用分贝值表示，归一化最大值取为零分贝。
图8所示为同一天线方向图的两种坐标表示法。
图8 方向图表示法（a）极坐标（b）直角坐标
本实验测量一种天线的方向图，测试系统框图如图9所示。
其中，辅助天线作发射，由功率信号发生器激励产生电磁波；被测天线作接收，被测天线置于可以水平旋转的实验支架上，接收到的高频信号经检波后送给电流指示器显示。
图9 方向图测试系统
四、实验内容与步骤
1、打开功率信号发生器电源开关，Signal灯亮，机器工作正常，按下TX按钮，观察功率指示表有一定偏转，说明发射正常。
2、将检波天线架设于极化支架上，连接好天线到电流表的电缆，按下TX按钮，电流表应有一定指示，说明接收部分工作正常。
3、设定被测天线的架设距离，使天线旋转360º的电流读数在量程范围内。
4、固定被测天线位置，连续旋转天线支架，按一定角度步进，读出每个步进角度对应的电流表指示值。
5、将测量数据在直角坐标系中画出天线的方向图。
并在图上读出方向图的主瓣宽度和副瓣电平。
五、注意事项
1、按下TX按钮时，若Alarm红色告警灯亮，应立即停止发射，检查波段插口与波段开关是否对应，发射天线是否接好，或请老师检查。
否则会损坏机仪器。
2、尽量减少按下TX按钮的时间，以免影响其它小组的测试准确性。
3、测试时尽量避免人员走动，以免人体反射影响测试结果。
六、报告要求
1、画出实验测试原理框图
2、数据记录与处理
（1）分别在E面和H面旋转被测天线，将数据记录入下表
（2）根据上面的数据，在下表中画出H面和E面的直角坐标方向图
0º180º
360º
（3）根据上面的数据，读出方向图的主瓣宽度：E面，H面。
3、分析该实验中方向图测量误差产生的因素有那些？。