电磁场与微波技术实验天线部分实验二
3-1(准)TEM波传输线
3 微带线(3/4)
微带线导带周围并非填充均一介质，导带上方是空气，导
带下方是介质基片。显然在介质不连续的界面上下电磁波的
相速度不同。 微带线导行含有较小纵向分量的电磁波，可近似为TEM模 （称准TEM模）。其传播特性分析，采用等效方法，即把上为空 气( r 1 )，下为介质( r 1 )的结构等效为 rc 的均匀介 质分布。此 rc 要通过逐次逼近方法来求取。
当不计损耗时平行双线的传播常数 j ，相移常 数 L0C0 ，因此无损耗的平行双线传输线是无色散的传输 线。
电磁场、微波技术与天线 3-1 （准）TEM波传输线 7
1 平行双线传输线(4/4)
（4） 导行波的相速度
vp
1 L0 C 0
，因此
1
vp
1 L0 C 0
2 同轴线(1/4)
同轴线是一种应用非常广泛的可以导引TEM波的双线传输线， 它的最大优点是外导线圆筒可以完善地屏蔽周围电磁场对同轴线 本身的干扰和同轴线本身传送信号向周围空间的泄漏。
电磁场、微波技术与天线
3-1 （准）TEM波传输线
9
2 同轴线(2/4)
（1）由电磁场理论可以得出计算同轴线分布电路参量的公式：
电磁场、微波技术与天线
3-1 （准）TEM波传输线
15
3 微带线(4/4)
微带线导行的电磁波，其场量主要集中于介质基片，波的 纵向分量比横向分量要小得多，因此微带线中的电磁波与 TEM 波相差很小，所以称之为准TEM波。
当工作频率提高时,微带线中除了传输TEM模以外,还会出现 高次模。据分析,当微带线的尺寸w和h给定时,最短工作波长只 要满足
《电磁场与微波技术实验》校园内无线信号场强特性的研究
校园内无线信号场强特性的研究实验报告学院：信息与通信工程学院一．实验目的1.掌握在移动环境下阴影衰落的概念以及正确的测试方法；2.研究校园内各种不同环境下阴影衰落的分布规律；3.掌握在室内环境下场强的正确测量方法，理解建筑物穿透损耗的概念；4.通过实地测量，分析建筑物穿透损耗随频率的变化关系；5.研究建筑物穿透损耗与建筑材料的关系。
二．实验原理1. 电波传播方式无线通信系统是由发射机、发射天线、无线信道、接收机，接收天线所组成，对于接收者，只有处在发射信号的覆盖区内，才能保证接收机正常接收信号，此时，电波场强大于接收机的灵敏度。
因此，基站的覆盖区的大小，是无线工程师所关心的。
决定覆盖区的大小的主要因素有：发射功率、馈线及接头损耗、天线增益、天线架设高度、路径损耗、衰落、接收机高度、人体效应、接收机灵敏度、建筑群的穿透损耗、同播、同频干扰。
电磁场在空间中的传输方式主要有反射﹑绕射﹑散射三种模式。
当电磁波传播遇到比波长大很多的物体时，发生反射。
当接收机和发射机之间无线路径被尖锐物体阻挡时发生绕射。
当电波传播空间中存在物理尺寸小于电波波长的物体﹑且这些物体的分布较密集时，产生散射。
散射波产生于粗糙表面，如小物体或其它不规则物体﹑树叶﹑街道﹑标志﹑灯柱。
2. 电磁波的损耗电磁波在空间传播是不可避免地会受到各种因素的影响而产生损耗，这些损耗主要分为：建筑物穿透损耗，阴影损耗，路径损耗等。
在本实验中，我们小组做的是宿舍区的室外测量，借以研究信号的阴影损耗特点，并和其他小组实验结果对比以得出信号的建筑物穿透损耗特点。
下面主要对电磁波的阴影损耗加以讨论：信号在传播的过程中受到较大建筑物或较高的地形单位的阻挡，这样信号会产生衰落，不同时间或接受方位的遮挡情况不同，接收功率也不同，由于这种原因造成的衰落叫“阴影效应”或“阴影衰落”。
在阴影衰落的情况下，移动台与信号源的直达路径被建筑物所遮挡，它收到的信号是各种绕射、反射、散射波的合成。
微波技术与天线实验.
《微波技术与天线》实验一、实验目的：学会利用MATLAB 软件进行微波技术与天线的仿真，通过实验提高学生实际动手和编程能力，加深对基础知识的理解。
二、实验内容:1. 特性阻抗为Z0=150Ω的均匀无耗传输，终端接有负载100350j Z L +=Ω，用4/λ阻抗变换器实现阻抗匹配（如图所示），试计算4/λ阻抗变换器的特性阻抗Z01及离终端距离（设1=λ）。
2．利用MATLAB 分别绘出对于无耗传输线阻抗zjZ Z z jZ Z Z z Z L L in ββtan tan )(000++=的实部、虚部关于长度z 的图形，已知频率Hz f 9102⨯=，10120j Z L +=。
3.利用教材53页公式：导带厚度不为零(0≠t )的特性阻抗的近似公式为⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎪⎭⎫⎝⎛⋅+⋅⋅+=27.61818141ln 3020m m m Z r πππε (2–83)式中 tb wt b w m -∆+-=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-∆n x b w x x x x x t b w 1.1/0796.02ln 5.01)1(2π (2–84) xx n -+=13/212 ； b tx = 画出r Z ε0关于w/b 的关系（t/b 取不同值时）。
4.利用MA TLAB 软件编程：求下图网络的[A]矩阵和[S]矩阵，设10==Y Y ,4/21πθθ==。
完成后发至sunxbcg68@《微波技术》实验报告学院：电子与信息工程学院专业：通信工程班级：＿＿＿＿＿＿＿姓名：＿＿＿＿＿＿＿学号：＿＿＿＿＿＿＿实验一阻抗匹配实验一、实验目的：学会利用MATLAB软件进行微波技术方面的仿真。
通过实验提高学生实际动手能力和编程能力，为日后从事通信工作奠定良好的基础。
二、实验内容：利用MATLAB软件编程求解下面问题：1.特性阻抗为Z0=150Ω的均匀无耗传输线, 终端接有负载Z l=250+j100Ω, 用λ/4阻抗变换器实现阻抗匹配(如图所示), 试求λ/4阻抗变换器的特性阻抗Z01及离终端距离（可设λ=1）。
电磁场与微波技术实验报告(全)
信息与通信工程学院电磁场与微波技术实验报告班级：姓名：学号序号：日期：1实验二：分支线匹配器一、实验目的掌握支节匹配器的工作原理；掌握微带线的基本概念和元件模型；掌握微带线分支线匹配器的设计和仿真。
二、实验原理支节匹配器支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。
单支节匹配器：调谐时，主要有两个可调参量：距离d 和分支线的长度l。
匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d 处向主线看去的导纳Y 是Y0 + jB 形式，即Y = Y0 +jB ，其中Y0 = 1/Z0。
并联开路或短路分支线的作用是抵消Y 的电纳部分，使总电纳为Y0，实现匹配，因此，并联开路或短路分支线提供的电纳为−jB ，根据该电纳值确定并联开路或短路分支线的长度l，这样就达到匹配条件。
双支节匹配器：通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（注意双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。
微带线微带线是有介质εr(εr > 1) 和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之间是介质εr，可以近似等效为均匀介质填充的传输线，等效介质电常数为εe ，介于1 和εr 之间，依赖于基片厚度H 和导体宽度W。
而微带线的特性阻抗与其等效介质电常数为εe 、基片厚度H 和导体宽度W 有关。
三、实验内容已知：输入阻抗Z in = 75 Ω 负载阻抗Z L = (64 + j35) Ω特性阻抗Z0 = 75 Ω介质基片εr = 2.55，H = 1mm，导体厚度T 远小于介质基片厚度H。
2假定负载在2GHz 时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1 = λ/4 ，两分支线之间的距离为d2 = λ/8。
画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz 至2.2GHz 的变化。
电磁场与微波技术实验2矩形波导仿真与分析
实验二 矩形波导仿真与分析一、实验目的：1、 熟悉HFSS 软件的使用；2、 掌握导波场分析和求解方法，矩形波导高次模的基本设计方法；3、 利用HFSS 软件进行电磁场分析，掌握导模场结构和管壁电流结构规律和特点。
二、预习要求1、 导波原理。
2、 矩形波导模式基本结构，及其基本电磁场分析和理论。
3、 HFSS 软件基本使用方法。
三、实验原理由于矩形波导的四壁都是导体,根据边界条件波导中不可能传输TEM 模,只能传输TE 或TM 模。
这里只分析TE 模(Ez=0)对于TE 模只要解Hz 的波动方程。
即采用分离变量，并带入边界条件解上式，得出TE 模的横向分量的复振幅分别为（1）矩形波导中传输模式的纵向传输特性①截止特性波导中波在传输方向的波数β由式9 给出222000220z z c z H H k H x y ∂∂++=∂∂式7000220002200020002()cos()sin()()sin()cos()()sin()cos()()cos()sin()z x c c z y c c y x H c x y H c H n m n E j j H x y k y k b a b H m m n E j j H x y k x k a a b E m m n H j H x y Z k a a b E n m n H j H x y Z k b a b ωμωμπππωμωμπππβπππβπππ∂⎧==⎪∂⎪⎪∂==-⎪∂⎪⎨⎪=-=⎪⎪⎪==⎪⎩式822222c c k k ππβλλ=-=-式9式中k 为自由空间中同频率的电磁波的波数。
要使波导中存在导波,则β必须为实数,即k 2＞k 2c 或λ＜λc(f ＞f c ) 式10如果上式不满足,则电磁波不能在波导内传输,称为截止。
故k c 称为截止波数。
矩形波导中TE 10模的截止波长最长,故称它为最低模式,其余模式均称为高次模。
由于TE 10模的截止波长最长且等于2a,用它来传输可以保证单模传输。
北邮电磁场与微波实验天线部分实验报告一
信息与通信工程学院电磁场与微波实验报告实验一网络分析仪测量阵子天线输入阻抗一、实验目的：1.掌握网络分析仪校正方法2.学习网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法3.研究振子天线输入阻抗随阵子电径变化的情况（重点观察谐振点与天线电径的关系）二、实验步骤：（1）设置仪表为频域模式的回损连接模式后，校正网络分析仪；（2）设置参数并加载被测天线，开始测量输入阻抗；（3）调整测试频率寻找天线的两个谐振点并记录相应阻抗数据；（4）更换不同的电径（对应1mm, 3mm, 9mm）的天线，分析两个谐振点的阻抗变化情况；（5）设置参数如下：BF=600MHz，△F=25MHz，EF=2600MHz，n=81（6）记录数据在smith圆图上的输入阻抗曲线上，曲线的左端输入阻抗虚部为0的点为二分之一波长谐振点，曲线的右端输入阻抗虚部为0的点为四分之一波长谐振点。
记录1mm，3mm，9mm天线的半波长和四分之一波长的谐振点。
三、实验数据：1、直径=1mm时：四分之一波长谐振点为662.3-13j二分之一波长谐振点为38.43-3.68j实验图示如下：2、直径=3mm时：二分之一波长谐振点为32.71-1.5j 四分之一波长谐振点为284.9-3.31j实验图示如下：3、直径=9mm时：二分之一波长谐振点为26.62-1.44j 四分之一波长谐振点为131.8-2.16j实验图示如下：四、分析结果实际测量结果与理想的阻抗图仍有一定差别，理想状态下，天线的阻抗原图应该是一个中心在正实轴某处的一个规则的圆，但实际结果发现天线的阻抗原图不是很规则，随着频率的增加，其阻抗特性成非线性变化。
由实验结果可以看出，对于相同材质，振子天线的直径越粗，谐振点输入阻抗越小，网络反射系数越小，回波损耗越小，越容易和馈线匹配，天线的工作频率范围就越宽。
天线的阻抗随着频率的变化不断变化，频率范围为600KHz～2600KHz，变化规律为：前20个点基本不变，后面的点基本随着频率的增加而增加。
电磁场与微波技术znjn完整版
电磁场与微波技术z n j n Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】——电磁场与微波技术实验报告班级：06姓名：张妮竞男学号：84序号： 31#日期：2014年5月31日邮箱实验二：分支线匹配器一、实验目的1、掌握支节匹配器的工作原理2、掌握微带线的基本概念和元件模型3、掌握微带分支线匹配器的设计与仿真二、实验原理1、支节匹配器随着工作频率的提高及相应波长的减小，分立元件的寄生参数效应就变得更加明显，当波长变得明显小于典型的电路元件长度时，分布参数元件替代分立元件而得到广泛应用。
因此，在频率高达以上时，在负载和传输线之间并联或串联分支短截线，代替分立的电抗元件，实现阻抗匹配网络。
常用的匹配电路有：支节匹配器，四分之一波长阻抗变换器，指数线匹配器等。
支节匹配器分单支节、双支节和三支节匹配。
这类匹配器是在主传输线并联适当的电纳（或串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。
此电纳或电抗元件常用一终端短路或开路段构成。
2、微带线从微波制造的观点看，这种调谐电路是方便的，因为不需要集总元件，而且并联调谐短截线特别容易制成微带线或带状线形式。
微带线由于其结构小巧，可用印刷的方法做成平面电路，易于与其它无源和有源微波器件集成等特点，被广泛应用于实际微波电路中。
W为微带线导体带条的宽度；εr为介质的相对介电常数；T为导体带条厚度；H为介质层厚度，通常H远大于T。
L为微带线的长度。
微带线的严格场解是由混合TM-TE波组成，然而，在绝大多数实际应用中，介质基片非常薄（H<<λ），其场是准TEM波，因此可以用传输线理论分析微带线。
微带线的特性阻抗与其等效介电常数εr、基片厚度H和导体宽度W有关，计算公式较为复杂，故利用txline来计算。
微带线元件模型3、元器件库里包括有：MLIN：标准微带线MLEF：终端开路微带线MLSC：终端短路微带线MSUB：微带线衬底材料MSTEP：宽度阶梯变换MTEE：T型接头MBENDA：折弯微带线的不均匀性上述模型中，终端开路微带线MLEF、宽度阶梯变换MSTEP、T型接头MTEE 和折弯MBENDA，是针对微带线的不军训性而专门引入的。
《电磁场·微波技术与天线》课程教学的几点体会
《电磁场·微波技术与天线》课程教学的几点体会信号与系统是高等工科院校通信与电子信息类专业的一门重要的专业基础课，其中的概念和分析方法广泛应用于通信、自动控制、信号与信息处理、电路与系统等领域[1]。
本课程与先修课程“电路分析基础”联系密切，电路分析基础课程是从电路分析的角度研究问题，本课程则从系统的观点进行分析。
此外，在本课程中还涉及用到高等数学、线性代数里的一些基础知识。
因此，该门课程对学生的数学基础要求较高，同时，需要学生具有一定的电路分析能力。
该课程主要涉及信号和系统两个部分，分为连续时间信号与系统的分析和离散时间信号与系统分析两大类。
在分析方法中，又可以从时域和变换域两个角度来进行。
本课程与后续课程之间存在着较为密切的联系，如其中的离散时间信号与系统的分析是数字信号处理这门课的基础，其中的傅里叶变换分析法是通信原理，数字通信等课程的基础。
对于系统的响应的分析方法又在后续的自动控制原理课程中得到深入地体现。
因此，信号与系统这门专业基础课的教学效果，对于相关专业的本科生后续课程的学习具有十分重要的作用，同时，在这门课的讲解中，也可以帮助学生顺带复习先修课程的一些重要的概念，定理和方法。
经过几年的教学实践，笔者认为有必要对本课程教学工作认真总结，弥补不足，以期取得更好的效果。
1.1 注重基本概念以及定理的实际意义的讲解与其他专业基础课较之，信号与系统这门课中的公式和定理还是比较多的，一些学生在课后作业和考试中常常使用死记硬背的方式忘记公式和解题过程，最终还是没有能够深入细致地认知暗藏在公式和解题方法背后的原理和意义。
因此，在实际课程的传授中，须要强化基本概念以及定理的实际意义的传授。
具体来说，必须花掉小力气讲清楚基本概念，特别就是那些先修成课程中没的、而信号与系统课中崭新发生的概念。
比如，冲激函数这个概念先前没发生过，在传授中就无法只是直观地说学生存有这么一个函数，后面章节中要使用就完结了，而是必须从冲激函数起源抓起，用多媒体课件中的动画模拟或板书的方式，使学生确切地晓得这个函数就是门函数挑音速获得的，存有这样直观的模拟过程，学生就可以更容易地认知、掌控冲激函数的基本性质就是怎么获得的，为什么可以存有这些性质等等;此外，还须要鼓励学生必须存有不仅知其然，还要知其所以然的精神，也就是说必须急于地回去引起学生思索：这门课为什么必须导入这样的一个冲激函数，导入这样一个具备特定性质的函数之后是不是给信号分析，系统分析过程增添了便利。
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信息与通信工程学院
电磁场与微波实验天线部分报告
XXX班
XXXX
学号：XXXXX
实验二
网络分析仪测试八木天线方向图
一、实验目的：
1.掌握网络分析仪辅助测试方法
2.学习测量八木天线方向图方法
3.研究在不同频率下的八木天线方向图特性
二、实验步骤:
（1）调整分析仪到轨迹（方向图）模式
（2）调整云台起点位置270°
（3）寻找归一化点（最大值点）
（4）旋转云台一周并读取图形参数
（5）坐标变换、变换频率（F=600MHz、900MHZ、1200MHZ），分析八木天线方向图三、实验原理
实验中用的是七单元八木天线，包括一个有源振子，一个反射器，五个引向器（在此图中再加2个引向器即可）
八木天线原理图
引向器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，反射器略长于二分之一波长，两振子间距四分之一波长。
此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90°；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号叠加，得到加强。
反射器略长于二分之一波长，呈感性，电流滞后90°，再加上辐射到主振子过程中又滞后90°，与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180°，起到了抵消作用，一个方向加强，一个方向削弱，便有了强方向性。
发射状态作用过程亦然。
3.实验步骤
四、实验测量图
不同频率下的测量图如下：
600MHz:
最大增益方向：73度，幅度：1
3dB点：55度，幅度：0.715
3dB点：97度，幅度：0.703
主瓣宽度： 97-55=42度
零点：139度，幅度：0.011
零点：27度，幅度：0.022
反向点：253度,幅度：0.484 900MHz：
最大增益方向：112度，幅度：1 3dB点：84度，幅度：0.705
3dB点：133度，幅度：0.703
主瓣宽度：133-84=49度
零点：194度，幅度：0.013
零点：347度，幅度：0.025
反向点：292度,幅度：0.360 1200MHz：
最大增益方向：294度，幅度：1
3dB点：270度，幅度：0.712
3dB点：322度，幅度：0.709
主瓣宽度：322-270=52度
零点：0度，幅度：0.026
零点：175度，幅度：0.120
反向点：114度,幅度：0.378
五、结果分析
在实验中，分别对八木天线在600MHz、900MHz、1200MHz频率下的辐射圆图进行了测量，发现频率是900MHz的时候效果是最好的，圆图边沿的毛刺比较少，方向性比较好，主瓣的面积大,旁瓣及后瓣较小，增益大。
当频率为600 MHz的时候，圆图四周的毛刺现象比较严重，当频率上升到1200MHz时，辐射圆图开始变得不规则，在某些角度时出现了很大的衰减，由对称转向了非对称，圆图边缘的毛刺现象就非常明显了，甚至在某些角度下衰减到了最小值。
由实验结果分析可知：最大辐射方向基本在90°到270°这条直线附近，大部分能量集中在主瓣。
八木天线由于测量的是无线信号，因此受周围环境的影响还是比较大的，因此在测量的时候应当尽量保持周边环境参数一定，以减小对天线电磁波的反射从而减小测量带来的误差
使得圆图更接近真实情况。
六、心得体会
八木天线是上世纪二十年代日本的两位科学家发明的天线，因为其方向性明显的特点，其性能比单振子或双振子直立天线要好。
本实验中900MHz的实验结果让我对八木天线的方向性有了直观的认识。
然而，为什么实验用天线在900MHz工作良好，在其他频率却出现了各种各样的问题呢？这个问题不由得让我思考。
可能的原因是室内同学们的手机信号造成干扰，但查阅手机信号频段表发现其实900MHz信号更易受干扰，但为什么900MHz信号的工作情况反而更好呢？是否与天线本身的工频有关？这些都需要了解更多的跟实验用的这根天线有关的信息，做更多的实验。
科学必须要有猜想，但科学不是猜想，必须要大量的理论证明和实验验证来支撑。
实验二的步骤比实验一稍难，但我们在仔细研究后也解决了。
通过这个实验，我不仅了解了八木天线的工作原理，也加强了我的科学素养。