偶极子天线特性实验报告
偶极子天线特征研究
微波偶集极子——偶极子天线特性研究原理能有效辐射或接收空间波动的装置被称为天线。
天线的种类很多，描写天线电性能的参数也很多，其中一个重要参数就是方向性。
对于不同的使用目的，对方向性的要求是不同的。
天线的方向性一般指的是辐射或接收的能量与空间坐标的关系。
通过建立边界条件解麦克斯韦方程，我们可以得有关天线辐射场的特性。
但这是一个很复杂的问题，有兴趣的同学可以参考有关天线理论的书籍。
这里我们通过实验来研究天线的指向性。
天线的形式1．对称振子：由两根同样线径、同样长度的直导线构成。
其半径为a ，线长为l 。
这种天线广泛用于各种无线通讯设备中。
2a忽略辐射引起的衰减和振子的粗细，对称振子的归一化方向函数可表示为：θθβθβθsin )()cos()cos cos()(max f l l f −=式中β是相位因子β=2π/λ。
下标max 表示是方向函数在最大方向上的最大函数值。
下面给出了臂长l 与波长λ为不同值时方向函数图形。
0.20.40.60.81.003060901201501802102402703003300.00.20.40.60.81.0图 1 l/λ=0.25时的方向函数 0.250.500.751.0003060901201501802102402703003300.000.250.500.751.00图 2 l/λ=0.5时的方向函数0.000.250.500.751.0003060901201501802102402703003300.250.500.751.00图 4 l/λ=1时的方向函数0.250.500.751.0003060901201501802102402703003300.000.250.500.751.00图 3 l/λ=0.75时的方向函数图中的0度方向为振子的垂线方向，0度指的是与波矢的夹角为0。
注意到0度时天线接收的能量是0。
这是容易理解的，因为这时振子处于同一波阵面中或是对称的，不会在振子中激起电流。
微波实验天线特性的测量实验报告
天线特性的测量实验报告一、实验目的1．了解天线的基本特性参数 2.测量天线的频率特性，方向图3.了解鞭状天线、八木天线、壁挂天线等的构造及特性 4．学会用频谱仪测量天线的方向图。
二、实验仪器1．鞭状天线、八木天线、壁挂天线。
（选购）2．微波信号源。
（选购或用锁相源、跟踪振荡器等代替） 3．频谱仪。
（标配） 4. 频谱分析仪 三、天线测量原理天线是向空间辐射电磁能量，实现无线传输的重要设备。
天线的种类很多，常见天线分为线天线和面天线两大类。
高频、超高频多用线电线，微波常用面天线。
每一类天线又有很多种，常见的线天线，有鞭状天线、八木天线、偶极子天线等。
常见的面天线有抛物面天线、喇叭口天线等。
天线的基本参数有天线方向图 ，主瓣波束宽度、旁瓣电平、带宽、前后向比、极化方向、天线增益、天线功率效率、反射系数、驻波比、输人阻抗等等。
本实验对天线的方向图进行测试。
天线向空间辐射电磁能量，在不同的方向辐射的电磁能量的大小是不相同的，将不同方向天线辐射的相对场强绘制成图形，称为天线方向图。
1 方向图函数和方向图天线的最基本特性是它的方向特性。
对发射天线来说，方向特性通常是表示在相同距离条件下天线的远区辐射场与它的空间方向之间的关系。
描述天线的方向特性，最常用的是方向图函数和方向图。
方向图函数是定量表示远区天线辐射能量在空间相对分布情况的一个参数，通常是指远区同一距离处天线辐射场强(或能流密度)的大小与方向坐标关系的函数。
若用图形把它描绘出来，便是天线方向图。
其中表示场强大小与方向关系的，称为场强振幅方向图，表示能流密度大小与方向关系的，称为功率方向图。
习惯上又把场强振幅方向图简称为场强方向图，或进一步简称为方向图。
把场强振幅方向图函数用),(θf 表示，或进一步简写成f (,)θϕ。
把最大值为1的方向图称为归一化方向图。
把归一化场强振幅方向图函数用F(,)θϕ表示，或进一步简写成F(,)θϕ。
方向图一般是三维立体图形。
CST-偶极子相控阵天线的仿真与优化
实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：实验时间：一、实验室名称：二、实验项目名称：微波工程CAD实验三、实验学时：20四、实验原理：CST仿真软件是基于有限积分法，将整个计算区域离散化并进行数值计算，模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线，最后可根据实际要求对所得结果进行优化，得出最优化下的器件尺寸参数。
本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟，以此来掌握CST的应用。
五、实验目的：了解并掌握CST仿真软件的基本操作，学习利用CST仿真软件进行一些简单的工程设计。
六、实验内容：第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化：①偶极子天线尺寸如下图，在4~12GHz的频率范围内，请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz，待优化的变量Lambda初值取为29mm，绘出在该工作频率点的方向图；②将该单个天线在x和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙，扩展成一个2*2的相控阵天线阵，请使用三种方法计算该天线阵的方向图；③对结果进行比较、分析和讨论。
第二题微带到波导转换的仿真与优化：在26~30GHz频率范围内优化下图微带到波导的转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布；微带是Duroid5880基片，介电常数2.2，基片厚0.254mm，金属层厚0.017mm，介质上的空气尺寸3*1*8mm，标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导，尺寸7.112*3.556*10mm；L是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长，W1*L1是第一段变阻线的宽与长，W2*L2是第二段变阻线的宽与长，7个待优化变量可取下图给的初值。
七、实验器材（设备、元器件）：台式计算机；CST Design Environment 2009仿真软件；U盘（学生自备）。
八、实验步骤：第一题：偶极子相控阵天线的仿真a.单个偶极子天线模型单个偶极子天线方向图b.利用3种方法将单个天线扩展成一个2*2的相控阵天线阵方法一将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加，从而得到阵列的结果。
实验三_半波偶极子
实验三 半波偶极子一、【实验目的】1. 以一个简单的半波偶极子天线设计为例，熟悉HFSS 软件分析和设计天线的基本方法及具体操作；2. 利用HFSS 软件仿真设计了解半波振子天线的结构和工作原理；3. 通过仿真设计掌握天线的重要指标：回波损耗S11、3D 方向图二、【实验仪器】计算机一台、HFSS 软件三、【实验内容】1、对半波偶极子进行HFSS 建模2、仿真计算其特性参数四、【实验原理】半波偶极子是工程中常用的一种经典天线，其全长为半个波长。
五、【实验步骤】本次实验设计一个中心频率为915 MHz 的半波偶极子天线。
根据f c /=λ可以计算出915MHz 在真空中对应的波长是328mm ，所以真空中放置的半波偶极子天线的长度为半个波长即164mm 。
故天线的初始尺寸设置如下图所示，两侧82mm 长的矩形条为半波偶极子的两个臂，中间3mm*3mm 的矩形面用于模拟RFID 芯片。
1、初始步骤（1）打开HFSS ，新建一个项目，将project 重命名为较规则的名字，如dipole 。
（2）设置求解类型：点击菜单栏HFSS/SolutionType ，在跳出窗口中选择Driven Modal ，再点击OK 按钮。
（3）为建立的模型设置单位：点击菜单栏3D Modeler/Units，在跳出窗口中选择mm，再点击OK按钮。
2、设计建模1）创建偶极子天线模型首先创建一个沿Y轴方向放置的矩形条作为偶极子天线的一个臂，矩形条线宽为3mm，长度为82mm。
并将其改为铜黄色。
画好后，使用（视图旋转功能）、（放缩到合适大小）和（拖曳放缩）等功能按钮，将矩形面调整到合适的视图。
然后选中刚才画好的上臂，并利用（绕着坐标轴复制）操作生成偶极子天线的另一个臂。
由于天线是金属材质，需将矩形条设置为理想导体，选中两个矩形条，右键→assign boundary→Perfect E。
2）、设置端口激励半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于XY平面的矩形面作为激励端口平面，并设置端口平面的激励方式为集总端口激励。
天线特性测量实验-中山大学物理学院2016
914MHz 2450MHz
20
30
40
50
60
图 7、相位延迟角度与衰落电平值的关系曲线图
如果忽略其余环境因素，仅考虑相位延迟芯片模拟的两路电磁波相干引起的电平衰落， 则理论上，直射波 E0 cos 和相位延迟反射波 E0 cos( ) （ 为相位延迟角度）合成的 总波应为：
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图 5、2450MHZ 频率天线的 H 面辐射方向图
图 6、914MHZ 天线的 H 面辐射方向图
结论：2450MHz 频率的 H 面辐射方向图由两瓣组成；914MHz 频率的 H 面辐射方向图的轨 迹大致呈圆形，呈现全方向特性。
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物理学院
近代物理实验 I
二、
相位延迟实验
1、从 0°到 180°，每次增加 10°相位延迟，记录衰落电平值 A．频率为 914MHZ 的天线的相位延迟数据如下表 3： 相位延迟/° 衰落电平/dBm 相位延迟/° 衰落电平/dBm 0 -32.8 100 -43.0 10 -33.6 110 -45.1 20 -34.2 120 -46.7 30 -34.8 130 -47.3 40 -36.9 140 -49.2 50 -37.5 150 -49.0 60 -38.3 160 -49.2 70 -41.0 170 -52.4 80 -39.5 180 -60.8 90 -39.5 \ \
图 2、先测量垂直极化（左） ，然后在同一位置测量平行极化（右） 1/6
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近代物理实验 I
图 3、先测量平行极化（左） ，然后在同一位置测量垂直极化（右）
比较分析图 2 的垂直极化和水平极化，如下表 1： 主瓣的最大功率值 垂直极化 平行极化 \ -20dBm -12dBm 主瓣峰值对应角度 59° 0° 主瓣位置相差约 45° 半功率角θHP 38.7° 112.5° \
半波偶极子天线设计
微波技术与天线实验报告
3.创建天线的一个臂
将天线的臂命名为yuanzhu，并设置天线的材料为pec，透明度为0.6，位置用La
4.创建天线的另一个臂
将第一个臂进行复制，即可生成第二个臂。
Edit--Duplicate--Around Axis，Axis选
6.设置端口激励
将长方形贴片设置为激励端口，半波偶极子的输入阻抗为73.2Ω。
设置完成后进行辐射边界的设置，选中圆柱体后右键选择Assign Boundary--Radiation。
三：求解设置
检查设计的正确性，正确无误后进行下一项。
从图中可以看出，当频率为3.0GHz时，S11的值最小，为-24.07dB。
从圆图中可以看出，在3.0GHz时，天线的归一化阻值为0.8905+0.0449i 2.查看天线的电压驻波比。
从图中可以看出，当频率为2.7GHz-3.3GHz之间，电压驻波比小于2.
3.查看E场的增益图。
在Radiation节点设置E平面。
此图为电场的切面图。
从此图可以看出增益最大为z轴方向，值为2.44dB。
偶极子天线实验报告
偶极子天线实验报告一、引言偶极子天线是一种常见的无线通信天线，广泛应用于无线电通信、雷达系统、卫星通信等领域。
本实验旨在通过实际操作，验证偶极子天线的工作原理和性能。
二、实验目的1. 了解偶极子天线的基本原理和结构；2. 掌握偶极子天线的调整方法和性能测试；3. 分析偶极子天线的辐射特性，并比较不同参数对天线性能的影响。
三、实验器材1. 偶极子天线；2. 信号源；3. 高频信号发生器；4. 示波器；5. 电源。
四、实验步骤1. 搭建实验平台：将偶极子天线固定在天线架上，并将信号源与天线连接。
调整天线的位置和方向，使其与信号源保持最佳匹配。
2. 测量天线增益：通过改变信号源的频率，测量天线在不同频率下的增益，并绘制增益-频率曲线。
3. 测量天线辐射方向图：将天线固定在水平方向上，通过旋转天线架，测量天线在不同角度下的辐射功率，并绘制辐射方向图。
4. 测量天线阻抗：将信号源与示波器连接，测量信号源输出和天线输入之间的阻抗，并计算天线的输入阻抗。
5. 调整天线参数：根据实验结果，调整天线的长度、宽度等参数，观察天线性能的变化。
五、实验结果与分析1. 实验结果：根据实验数据，绘制了天线增益-频率曲线，得出天线在特定频率范围内具有较高的增益。
实验数据还显示，天线在水平方向上具有较好的辐射特性，辐射范围较宽。
通过调整天线的参数，可以进一步优化天线性能。
2. 实验分析：偶极子天线的增益与频率有关，通常在某个特定频率下具有最大增益。
这是因为天线的长度和频率之间存在共振关系，只有在共振频率下，天线才能有效地辐射和接收电磁波。
而在共振频率附近，天线的增益会显著下降。
天线的辐射方向图描述了天线在不同方向上的辐射功率分布。
通过测量不同角度下的辐射功率，可以绘制出辐射方向图。
一般来说，偶极子天线的辐射方向图呈现出较为均匀的辐射特性，在水平方向上具有较好的辐射范围。
天线的阻抗是指天线输入端的电阻和电抗之和。
通过测量信号源输出和天线输入之间的阻抗，可以了解天线的阻抗匹配情况。
天线研究报告
天线研究报告1. 引言天线是无线通信系统中的重要组成部分，其作用是将电磁波从传输线（如电缆）中转换为空中的电磁波，或者将空中的电磁波转换为传输线中的电磁波。
天线的设计和研究对于提高无线通信系统的性能至关重要。
本报告将对天线的研究进行概述，并介绍一些常见的天线类型和应用场景。
2. 天线的基本原理天线的基本原理是根据远场近似下的Maxwell方程组解，通过适当设计的导体结构来辐射或接收电磁波。
天线可以根据处理的波束方向和频率范围进行分类。
常见的天线类型包括： - 简单天线：如偶极子天线，非常适合工作在理想频率。
- 多频段天线：由多个简单天线组成，可以同时工作在多个频段。
- 方向性天线：通过减少辐射功率到特定方向外，降低其他方向的功率传输。
- 定向天线：通过通过形成一个窄波束，在某个方向上具有高增益。
3. 常见的天线设计3.1 偶极子天线偶极子天线是最简单的天线类型之一，由两根长度为λ/2的导线组成，其中λ是工作频率的波长。
偶极子天线的设计具有广泛的应用，包括无线通信、广播和雷达系统。
3.2 射频饰面天线射频饰面天线是一种采用导电饰面作为天线元素的创新设计。
通过设计导电饰面的形状和排列方式，可以获得更好的辐射特性。
射频饰面天线广泛应用于智能手机和无线通信设备中，提供更稳定和高效的无线通信性能。
3.3 微带贴片天线微带贴片天线是一种非常薄小的天线，可以在微型设备中方便地安装和集成。
微带贴片天线由一片金属贴片和一块底板组成，通过微带线连接到射频设备。
微带贴片天线在移动通信设备、卫星通信和雷达系统中得到广泛的应用。
4. 天线性能评估天线性能评估是天线研究中的重要一环，常见的评估指标包括辐射效率、增益、方向性和带宽。
辐射效率是指天线将输入功率转化为辐射功率的能力，通常以百分比表示。
增益是指天线辐射功率相对于参考天线（如理想偶极子天线）的增加倍数。
方向性是指天线辐射功率在不同方向上的分布，通常以来向性图表示。
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a) 半波偶极子天线及坐标系
b) xz 平面测量结果
c) xy 平面测量结果 图 3 半波偶极子天线在 xz 和 xy 平面的测量结果
【实验数据与测量步骤】
1.E 面辐射的测量 ① 分别在发射天线支架的一边和接收天线支架的顶端放置天线，保持发射天线和接收天线互相平行、正 对，间距为 1~2m； ② 选择频率为 2.45GHz，点击 CAL 图标，选择并记录 AGC=-17.6dB 。按自动方式测量 E 面辐射能量与 角度图，如图 4。
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图 6：垂直极化波辐射图 ②对比两种辐射方式，计算 K 值。
K
Ehorizon 17.6 0.6 Evertical 29.3
【实验分析】
1.根据理论分析，理想的 E 面辐射图应该是呈左右对称的 8 字型分布，但是我们实际测得的图像却在 90° 的位置没有达到最低的功率，这可能是由实验室中的其他辐射造成的。 可能有以下个原因： ① 实验未严格在暗室进行并隔绝除实验设备外的其他辐射，实验室中的日光灯、电脑屏幕、手机等 都会发射出辐射，也可能是实验室其他实验组的辐射传到了我们组的仪器中，对实验结果造成影 响。 ② 实验过程中有其他组的同学在做实验，相互之间的走动也使得实验室中的辐射分布在不断变化， 对实验也有很大的影响。 2， 垂直极化辐射功率明显减少 ACG=-29.3dB，还有辐射的图样与正对时有很大的不同，说明发射天线的 位置对辐射有决定性的影响。
a) 结构图
b)电流分布
图 1 半波偶极子天线的结构模型和电流分布图 半波偶极子天线是一种谐振天线，它的输入阻抗为 70 + ������0������ 。 电流流过 Z 轴，分布由公式（1）进行计算： ������ ������ = ������������ ������������������ ������ ������ − ������ 其中馈电电流大小为 10，端点的大小为 0。电流引起的辐射电场为： ������������ ������ = ������������������ 波函数从公式（2）到下面的公式（3）中： ������ ������ = ������������ ������������������ 功率的计算公式如下：
图 4 用自动方式测量 E 面辐射能量与角度图
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③ 将测量的数据按每隔 3.6 度和大小记录在表格 1 中，利用 ORIGIN 绘制成辐射方向图 5。 表格 1：E 面辐射中，辐射量对应的角度 Angle/° 3.6 7.2 10.8 14.4 18.0 21.6 25.2 28.8 32.4 36.0 39.6 43.2 46.8 50.4 54.0 57.6 61.2 64.8 68.4 72.0 75.6 79.2 82.8 86.4 90.0 Strength/dB -17.6 -17.8 -18.0 -17.8 -17.8 -18.6 -18.6 -19.0 -19.2 -19.9 -20.1 -20.5 -21.1 -21.9 -22.5 -22.9 -24.0 -25.8 -26.8 -28.5 -30.9 -32.4 -35.2 -36.7 -36.3 Angle/° 93.6 97.2 100.8 104.4 108.0 111.6 115.2 118.8 122.4 126.0 129.6 133.2 136.8 140.4 144.0 147.6 151.2 154.8 158.4 162.0 165.6 169.2 172.8 176.4 180.0 Strength/dB -34.8 -32.0 -30.7 -28.9 -27.0 -25.6 -24.4 -23.8 -23.1 -22.1 -21.7 -21.1 -20.9 -20.1 -19.9 -19.5 -19.4 -19.2 -18.8 -18.8 -18.8 -18.8 -19.0 -18.8 -18.8 Angle/° 183.6 187.2 190.8 194.4 198.0 201.6 205.2 208.8 212.4 216.0 219.6 223.2 226.8 230.4 234.0 237.6 241.2 244.8 248.4 252.0 255.6 259.2 262.8 266.4 270.0 Strength/dB -19.2 -18.8 -19.4 -19.4 -19.7 -19.9 -20.5 -20.7 -20.7 -21.3 -22.3 -22.9 -23.5 -24.8 -25.2 -25.8 -26.6 -29.3 -29.9 -31.3 -33.4 -33.8 -38.5 -41.6 -49.6 Angle/° 273.6 277.2 280.8 284.4 288.0 291.6 295.2 298.8 302.4 306.0 309.6 313.2 316.8 320.4 324.0 327.6 331.2 334.8 338.4 342.0 345.6 349.2 352.8 356.4 360.0 Strength/dB -57.8 -45.9 -39.5 -36.5 -33.8 -31.9 -30.1 -28.1 -27.0 -25.4 -24.8 -23.5 -23.3 -22.5 -21.3 -20.9 -20.1 -18.4 -19.5 -19.2 -19.2 -18.6 -18.4 -18.0 -18.0
图 2 半波偶极子天线辐射模式 在试验中使用的半波偶极子天线有两种：914.5125MHz（将略写成 914MHz）和 2.45GHz，其波长大 小分别为 328.04mm 和 122.45mm。 为了去掉天线输入阻抗中的电抗部分，我们只需使天线的长度稍短于半个波长即可，这个比率称为天 线的缩短比例。还有，如果将天线印刷在绝缘的电路板上，由于绝缘的原因也将导致其性质会有一定的变 化趋势。特别的，绝缘板引起的比例变化将使天线的有效波长减小从而导致天线的尺寸相比于在开阔场地 要小一些。根据相对绝缘比例，波长的缩减比例大小如下所示： ������������������������ = 其中，������������表示在开阔场地的波长大小，������������������������代表有效波长。 图 （a） 在笛卡尔坐标系中的定义， 粗的黑线画出的偶极子天线。 图 （b） 所示的是当∅ = 0°、 ������ 从0°到180°旋 转时，在 xz 面测得的正面辐射图。测量结果显示，在������ = 90°时辐射最大，在������ = 0°或180°时辐射最小。 图（c）显示在 xy 面上当������ 角固定在������ = 90°、∅角从0°旋转到360°时辐射模式的测量结果。测量结果显示 当∅ 为任意角时的全方向性特性。
6/6
4/6
0 -10 -20 -30 300 -40 -50 -60 270 -60 -50 -40 240 -30 -20 -10 210 180 150 120 60 330 30
Strengh/dB
90
图5.E面辐射用Origin绘制的图像
④ 记录整个辐射过程的最大辐射功率及对应的角度、低于最大功率-3dB 的左半功率和右半功率对应的角 度，计算半功率波瓣宽度，具体数据如表 2. 表 2：最大辐射功率、左右半功率及其对对应的角度
������ ������ ������������������ ������−������������������ ∙ ������������������ ������ ������ （2） ������ ������
（1）
= ������������������
������ ������ ������������������ ������ （3） ������������������ ������
偶极子天线特性
偶极子天线特性实验
学号：10329060 合作人：王贝珊 一、实验目的
1、理解半波偶极子天线的基本功能 2、测量半波偶极子天线 E 面得辐射模式 3、测量半波偶极子天线 H 面的辐射模式
姓名：林斋帆 实验日期：2013/4/11
2010 光信二班
二、实验原理
图 1 所示的是半波偶极子天线的结构模型和电流分布图。在图 a 中，总长度是半个波长，图 b 中，电 流的分布为在馈点值为最大，在两端点值为 0。
项目 最大功率点 值 功率/dB 角度/° -17.6 3.6 -20.5 330.3 -20.5 43.2 左半功率点 右半功率点
计算半功率波瓣宽度： A (360 330.3 3.6) (43.2 3.6) 64.2 2，反极化波接收实验
o
①将发射天线向上旋转 90 度来得到垂直极化波，保持接收天线位置不变，测量接收波的大小，记录接收 数据的最大值，测得的图像为图 6。测得 ACG=-29.3dB
������ ������ = ������ ������
������
=
������������������ ������ ������ ������������������ ������ ������ （4） ������������������ ������
根据公式（4）可绘出下面的辐射图。电流从南边流向北，沿着 Z 轴的正方向。在这个图中，最大辐射发 生在������ = ±90°的方向上，而在������ = 0°，180°的方向上没有辐射。