1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱:天線技術(shù)院系:電子于信息工程學(xué)院班級(jí): 姓名: 學(xué)號(hào): 指導(dǎo)教師: 授課教師:試驗(yàn)時(shí)間:2012年6月演示實(shí)驗(yàn)超寬帶天線的測(cè)試、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解超寬帶天線的概念及特點(diǎn)2、了解現(xiàn)代天線測(cè)試系統(tǒng)的組成3、了解現(xiàn)代天線測(cè)試儀器設(shè)備及其使用方法4、了解超寬帶天線的測(cè)試方法其比帶寬一般可以達(dá)到 2： 1以上，現(xiàn)代 可以覆蓋多個(gè)波段，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的多個(gè)天線二、實(shí)驗(yàn)原理超寬帶天線是一種具有極寬阻抗帶寬的天線， 超寬帶天線的阻抗帶寬可以達(dá)到 30 : 1以上， 的功能，所以受到了研究者的廣泛關(guān)注。即它的阻抗要在極寬的頻帶內(nèi)保持在一個(gè)范增益帶寬以及極化帶寬。 現(xiàn)代的超寬帶天線還需要具 根據(jù)以上

2、對(duì)超寬帶天線的要求，可超寬帶天線不僅需要具有極寬的阻抗帶寬， 圍內(nèi)，還需要具有極寬的方向圖帶寬、 有穩(wěn)定的相位中心，即可以不失真地輻射時(shí)域脈沖信號(hào)。 以結(jié)合所學(xué)習(xí)的天線原理進(jìn)行如下天線測(cè)試的內(nèi)容：（1 ）天線阻抗帶寬的測(cè)試：測(cè)試天線的反射系數(shù)（S11），需要用到公式（1-1）：(1-1 根據(jù)公式（1-1），只要測(cè)試出來(lái)的I r直低于某個(gè)特定的值，就可以說(shuō)明在此條件下天 線的阻抗ZA接近于所要求的阻抗 Z0（匹配），在天線工程上，Z0通常被規(guī)定為75Q或者50Q, 本實(shí)驗(yàn)中取Zo=5OQ。天線工程中通常使用電壓駐波比（VSWR ） P以及回波損耗（Return Loss ,RL ）來(lái)描述天線的阻

3、抗特性，它們和| I的關(guān)系可以用公式（1-2 ）和（1-3）描述：i-|r|10dB表卜1匸稈卜-甘天線的不同蟄求（供參考）（2）主極化方向圖的測(cè)試方向圖的測(cè)試需要測(cè)試天線在阻抗帶寬內(nèi)的各個(gè)頻點(diǎn)的遠(yuǎn)場(chǎng)的方向圖，一般最少要測(cè)試3個(gè)頻點(diǎn)，即下限頻點(diǎn)fi、上限頻點(diǎn)f2和中心頻點(diǎn)fo,對(duì)于更寬的頻帶，要根據(jù)具體情況多 測(cè)試一些頻點(diǎn)的方向圖，以便全面了解天線的參數(shù)。在工程上，一般不需要遠(yuǎn)場(chǎng)的三維方向圖，而只需要測(cè)試兩個(gè)主平面的方向圖曲線，對(duì)于線極化天線來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)主平面為E面和H面。因此，在天線測(cè)試前，還需要判斷天線的極化方式。在滿足天線測(cè)試的極化匹配和阻抗匹配的條件下，所測(cè)試的方向圖為單一頻點(diǎn)的功率方

4、向圖，所依據(jù)的原理為公式（1-4）:(1-4在不同角度0的時(shí)候，接收天線接收的功率與自身的功率方向性函數(shù)P（B）有關(guān)，因此將待測(cè)天線作為接收天線放置在一個(gè)可以接收到單一方向傳播的均勻平面波的區(qū)域，并且繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)一周，這樣不同角度0處就可以接收到不同大小的功率，據(jù)此天線的功率方向圖就可以繪制出來(lái)。以上的測(cè)試方法涉及到了以下的條件：這需要一個(gè)無(wú)外界干擾的模擬自 天線可以接收到單一方向傳播的均勻平面波的區(qū)域， 由空間的環(huán)境，還需要一個(gè)均勻平面波的發(fā)射源； 天線可以繞著自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，這需要一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)； 天線的接收功率可以測(cè)試，這需要一個(gè)功率計(jì)。在微波暗室內(nèi)測(cè)試，微波暗室的工作頻帶需要符 這個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)條上

5、述三條的解決方法是： 無(wú)外界干擾的模擬自由空間的環(huán)境：合天線測(cè)試所需要的頻率范圍，微波暗室的大小需要滿足天線工作的遠(yuǎn)場(chǎng)條件,件需要用公式（1-5）進(jìn)行判定。(1-5Dr是待測(cè)天式中：dmin是最小測(cè)試距離，入是工作波長(zhǎng)，Dt是發(fā)射天線的口徑最大尺寸， 線（接收天線）的口徑最大尺寸。 將天線安裝在一個(gè)可以進(jìn)行 360。轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)要滿足所需要的測(cè)試 精度。發(fā)射源和接收裝置可以共用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析儀，因?yàn)榘l(fā)射天線（輸入端可視為端口1）和接收天線（輸入端可視為端口 2 ）合起來(lái)組成了一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于這個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)來(lái) 說(shuō)，01|即為1端口發(fā)射時(shí)，2端口接收所得到傳輸系數(shù)，天線的不同的方

6、向所得到的|i|也是不同的。因此，根據(jù)所得到的|S21|也可以得到天線的功率方向圖。所測(cè)試的方向圖曲線均需要進(jìn)行歸一化處理。（3 ）交叉極化方向圖的測(cè)試在主極化的方向圖測(cè)試完畢后，需要測(cè)試交叉極化的方向圖，此時(shí)要將天線的極化狀態(tài)與發(fā)射天線的極化狀態(tài)正交，然后測(cè)試天線方向圖， 這樣可以得到天線的交叉極化電平，交叉極化電平根據(jù)公式（1-6）進(jìn)行計(jì)算。AdBf P ）、耳-nI 交叉極化方向圖一般與主極化方向圖繪制在一個(gè)坐標(biāo)系中， 繪制。增益的測(cè)試本實(shí)驗(yàn)的增益測(cè)試使用的是比較法。將接收天線的最大輻射方向和發(fā)射天線對(duì)準(zhǔn)，保證極化匹配和阻抗匹配時(shí)， 測(cè)試此時(shí)的S21|,記錄為|91|X，然后用標(biāo)準(zhǔn)增益天

7、線（通常為喇叭天線）重復(fù)上述測(cè)試，記錄的值為|S21|S， 然后按照公式（1-7）（或者公式1-8 ）進(jìn)行增益計(jì)算。(1-6)并且要相對(duì)于主極化方向圖或片為Gx=Gs|S2i|x # 陽(yáng) 1 1-7) 1-S)Gy (dB) =Gs B) MEib (dB) -fSkills WB三、實(shí)驗(yàn)步驟（1 ）駐波系數(shù)的測(cè)試環(huán)境：微波暗室設(shè)備：Agile nt E8363B型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、固定天線夾具操作步驟： 打開(kāi)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，選擇導(dǎo)入全波段校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，界面選擇測(cè)試S11，顯示格式為SWR，顯示比例為每縱格 0.5,將起始頻率和終止頻率設(shè)置為1GHz和16GHz，并設(shè)置頻點(diǎn)f1=3.1GHz、f2=

8、10.6GHz、fo=6.85GHz，此時(shí)矢網(wǎng)的輸出功率電平應(yīng)保持默認(rèn)值（ -17dBm ）。 將天線裝入固定夾具，然后將網(wǎng)絡(luò)分析儀的Port A端口與天線饋電端口相連，將天線輻射體置于遠(yuǎn)離周圍障礙物的地方（超過(guò)50cm），測(cè)試此時(shí)的駐波系數(shù)，重點(diǎn)觀察f1、f2和f0頻點(diǎn)的駐波系數(shù)，并記錄到表1-1中。 設(shè)置Mark，觀察天線在3.1-10.6GHz頻帶范圍內(nèi)駐波系數(shù)的最大值和最小值，并記錄1-1 中。到表I-1中。 觀察天線的駐波系數(shù)低于 2.0時(shí)的下限頻率和上限頻率，記錄到表 晃動(dòng)天線，觀察此時(shí)矢網(wǎng)屏幕的駐波系數(shù)曲線的變化。（2）主極化方向圖的測(cè)試環(huán)境：微波暗室設(shè)備：Agile nt E8

9、363B型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、固定天線夾具、10米低損耗電纜兩根、1米低損耗電纜一根、工控機(jī)（含天線測(cè)試系統(tǒng)軟件）、GPIB線、串口線、天線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)、發(fā)射天線及專用支架、天線測(cè)試專用夾具、低噪聲放大器（選件）。工具：激光筆 將天線安裝至固定天線夾具上，然后將天線按照垂直極化的方式安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，安裝時(shí)需保證天線輻射體中心的鉛垂投影線通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)中心的偏差在3cm以內(nèi)（用激光筆測(cè)試），保證天線垂直極化； 將一根10m低耗電纜的一端連接在天線的饋電端口上，另一端連接低噪聲放大器的輸入口上，然后用1m低耗電纜將低噪聲放大器的輸出口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的PORT B端口相連接（若無(wú)低噪放則將 10m電纜的另一端通過(guò)

10、1m低耗電纜與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的PORT B 端口相連接）； 將與發(fā)射天線相連接的另一根 10m 低耗電纜的與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的 PORT A 端口向 連接； 調(diào)整發(fā)射天線的高度、 極化， 使發(fā)射天線為垂直極化， 口面中心與待測(cè)天線輻射體中心同一高度，用激光筆測(cè)試偏差不超過(guò)5cm； 將工控機(jī)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò) GPIB 線連接在一起， 開(kāi)啟計(jì)算機(jī)， 進(jìn)入到天線測(cè)試 系統(tǒng)軟件界面，點(diǎn) “初始化 ”鍵，然后進(jìn)行測(cè)試頻點(diǎn)設(shè)置，分別設(shè)置頻點(diǎn) 3 個(gè)： f1=3.1GHz 、 f2=10.6GHz 、 f0=6.85GHz 。 進(jìn)行天線方向圖的自動(dòng)測(cè)試，轉(zhuǎn)臺(tái)水平旋轉(zhuǎn)一周， 計(jì)算機(jī)自動(dòng)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)輸出待測(cè)

11、頻點(diǎn)方向圖，做好存檔，此時(shí)測(cè)得的為天線 H 面方向圖； 更換夾具， 將天線按照水平極化的方式安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上， 的鉛垂投影線通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)中心的偏差在安裝時(shí)需保證天線輻射體中心3cm 以內(nèi)（用激光筆測(cè)試），保證天線水平極化； 使發(fā)射天線為水平極化， 口面中心與待測(cè)天線振子中心 5cm； 按照步驟、進(jìn)行測(cè)試，做好計(jì)算機(jī)輸出方向圖的存檔，此時(shí)測(cè)得的為天線 方向圖； 繼續(xù)其余頻點(diǎn)的測(cè)試，根據(jù)存檔的 E面和H面方向圖，觀察記錄如下內(nèi)容，并記錄 到表 I-2 中。峰值電平及角度坐標(biāo)；主瓣寬度； 方向圖的起伏程度 第一副瓣電平a）b）c）不圓度或者零值深度）（d）（3）交叉極化方向圖的測(cè)試 與（2）類似，只是將（

12、裝即可，涉及的操作步驟為 記錄到表 I-3 的內(nèi)容為：（a）峰值電平；（b）與主極化方向圖相比，兩者電平相差的最大值和最小值, 標(biāo)。2）中安裝天線時(shí)收發(fā)天線兩者極化方式相同安裝修改為正交安、。包括最值出現(xiàn)的角度坐 調(diào)整發(fā)射天線的高度、 極化， 同一高度，用激光筆測(cè)試偏差不超過(guò)（4）增益測(cè)試10 米低損耗電纜兩根、 1 線、串口線、標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線、環(huán)境：微波暗室設(shè)備： Agilent E8363B 型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、固定天線夾具、 米低損耗電纜一根、工控機(jī)（含天線測(cè)試系統(tǒng)軟件）、 GPIB 天線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)、發(fā)射天線及專用支架。工具：激光筆將天線安裝至固定天線夾具上， 然后將天線按照垂直極化的方式安裝

13、在轉(zhuǎn)臺(tái)上， 安裝 時(shí)需保證天線輻射體中心的鉛垂投影線通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)中心的偏差在 3cm 以內(nèi)（用激光筆測(cè)試）， 保證天線垂直極化；將一根 10m 低耗電纜的一端連接在天線的饋電端口上，另一端連接在矢量網(wǎng)絡(luò)分析 儀的PORT B端口上； 將與發(fā)射天線相連接的另一根 連接； 調(diào)整發(fā)射天線的高度、極化，心同一高度，用激光筆測(cè)試偏差不超過(guò)10m低耗電纜的與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的 PORT A端口向使發(fā)射天線為垂直極化，口面中心與待測(cè)天線輻射體中5cm ； 調(diào)整待測(cè)天線與發(fā)射天線的最大輻射方向，讓兩個(gè)天線的最大輻射方向正對(duì)，具體地，調(diào)試發(fā)射天線轉(zhuǎn)臺(tái)，使方位角為0O,然后，使待測(cè)天線的輻射體與發(fā)射天線正對(duì)，此處需要參

14、考（2）-（a）記錄的峰值電平及角度坐標(biāo)值； 開(kāi)啟網(wǎng)儀，界面選擇測(cè)試 S21，顯示格式為L(zhǎng)og，顯示比例為每縱格10dB，參考電平設(shè)置為-50dB，將起始頻率和終止頻率設(shè)置為1GHz和16GHz，并設(shè)置頻點(diǎn)f1=3.1GHz、f2=10.6GHz、f0=6.85GHz ,，此時(shí)矢網(wǎng)的輸出功率電平設(shè)置為+3dBm。 記錄此時(shí)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)，具體地，就是3個(gè)頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的|S21|值，記錄為|S21|xi（i=0，1，2）；此時(shí)可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整待測(cè)天線轉(zhuǎn)臺(tái)的方位角，直至各頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的開(kāi)始記錄； 取下待測(cè)天線，將標(biāo)準(zhǔn)天線保持垂直極化狀態(tài)，安裝到測(cè)試夾具上，線正對(duì)，口面中心與發(fā)射天線口面中心同一高度（用激

15、光筆測(cè)試偏差不超過(guò)|S21|值最大，步驟記錄此時(shí)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)，具體地，就是3個(gè)頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的|S21|值，（i=0，1，2）；此時(shí)可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整待測(cè)天線轉(zhuǎn)臺(tái)的方位角，直至各頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 開(kāi)始記錄；將記錄的數(shù)據(jù)按照如下公式進(jìn)行計(jì)算，求出待測(cè)天線在頻點(diǎn)=Gsi（ dB）-|S21 |si（ dB）+|S21|xi（ dB）（ i=0，1， 求得。記錄及計(jì)算所得的數(shù)據(jù)均要存檔備查（表四、實(shí)驗(yàn)記錄使口面與發(fā)射天5cm）；仿照 記錄為|S2l|xi |S21|值最大，fi處的增益：2），Gsi（ dB ）是標(biāo)準(zhǔn)天線增益,1-4 ）。Gxi （dB） 可以查表心-tn*114甲：-I* VU-MW- iL

16、t.：E- ._ - .- -_-. I - I L I r. Iy、加 w . -咒叫.! _ Z 宀 /. =：（- S豐:r性 考嗥I,ci-iti32GHz.-r-r卜3:Hr I.-ISXL1 . . 1；-沁A.-11_ , - _:N-JI ft.-痂.4- -H - pr .- _J -p -t一-二瓦，!*.； rJrk. _T._ . h: J: “* r” -84GHz耳CSa : n nr1*1 膽申! -H liu線極化超寬帶天線的H面方向圖 ajhrJrk釵L-口*:-K甲I切和詁詩(shī)卻eflH： t.t在n比話丹匣屮 lu-l -r ?:.,k：“ . . .7-

17、； ?L - -.-. ,-：-，-.“ / .? / - - - “一一廠-心浄亠： 3卜|.汁孑+ !-.上塑擰?:LTJ, ”?，：” rw J-EIBtJT3.2GHz上比匕:許:T-3BT*- = 民.T :;弋 i片弋. V / 1/ -PjCim3.5GHz1血isn.:/ A. F弋-淵怪：;- /OJh:匸匾 L ,., ；1”.；,；.7 j ；7：r固？-w：i：r -I-L_ -i r4ff: icnjbWl4i側(cè)；巧 敘a丑：訶 E畑 HtiL weru m- kfi雀甲：lu ng印IB904|Ion H! wSj：|UI 3|7；4佗.巧 .IB 忖和、耳r *

18、1甲！ a TtaEJi3B118.4GHz線極化超寬帶天線的E面方向圖五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試圖可看出，此款線極化超寬帶天線為全向輻射天線，H面輻射為圓形方向圖（在任何輻射方向上歸一化的輻射強(qiáng)度均大于-3dB），E面輻射為8字形方向圖。但E面方向圖在頻率較高處為蝴蝶型，出現(xiàn)了方向圖分裂的情況，H面方向圖在高頻時(shí)不圓度增加。方向圖分裂的原因會(huì)在第二道思考題給予解釋。六、思考題1、在駐波系數(shù)的測(cè)試中，晃動(dòng)天線, 發(fā)生這種現(xiàn)象的原因。觀察此時(shí)矢網(wǎng)屏幕的駐波系數(shù)曲線的變化，解釋測(cè)試者本身就是一導(dǎo)體， 天線發(fā)射出來(lái)的電磁波部分 晃動(dòng)天線，打到測(cè)試者身上并產(chǎn)生反射回天線的電磁但是還是有少 也會(huì)造成駐波系

19、數(shù)答：這是由于測(cè)試者存在的原因， 會(huì)打到測(cè)試者身上并產(chǎn)生反射回天線， 波的強(qiáng)度不同，導(dǎo)致了駐波系數(shù)測(cè)試的結(jié)果不一。此外，由于微波暗室使用吸波材料吸去大部分的電磁波來(lái)模擬自由空間, 量的電磁波被反射回來(lái)， 晃動(dòng)天線時(shí)，電磁波傳播的邊界條件發(fā)生改變， 測(cè)試的結(jié)果不一。由于以上兩個(gè)原因，導(dǎo)致了矢網(wǎng)屏幕的駐波系數(shù)曲線的變化。2、解釋在不同頻點(diǎn)時(shí)天線的方向圖有很大區(qū)別的原因。答：天線輻射出來(lái)的電磁波是由表面電流產(chǎn)生的， 不同頻點(diǎn)上表面電流波長(zhǎng)不同， 在天 線表面的相位變化不同， 若天線的尺寸遠(yuǎn)大于表面電流波長(zhǎng)， 則會(huì)形成駐波電流， 若天線的 尺寸遠(yuǎn)小于表面電流波長(zhǎng)， 則會(huì)形成行波電流。 而行波電流的輻射

20、方向圖由于存在零點(diǎn)， 會(huì) 導(dǎo)致天線輻射方向圖的分裂。演示實(shí)驗(yàn)圓極化天線的測(cè)試、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解圓極化天線的概念及特點(diǎn)2、了解現(xiàn)代天線測(cè)試系統(tǒng)的組成3、了解現(xiàn)代天線測(cè)試儀器設(shè)備及其使用方法4、了解圓極化天線的測(cè)試方法二、實(shí)驗(yàn)原理天線實(shí)現(xiàn)圓極化的條件是，要激勵(lì)起兩個(gè)極化方向正交的、幅度相等的、相位相差 的線極化波。根據(jù)該條件要求，可以結(jié)合所學(xué)習(xí)的天線原理進(jìn)行如下天線測(cè)試的內(nèi)容： （1 ）天線阻抗帶寬的測(cè)試：測(cè)試天線的反射系數(shù)（S11），需要用到公式（2-1）:C2-1 )根據(jù)公式（2-1），只要測(cè)試出來(lái)的| I值低于某個(gè)特定的值，就可以說(shuō)明在此條件下天線的 阻抗ZA接近于所要求的阻抗 Z0（匹配）

21、，本實(shí)驗(yàn)中取Z0=50Q。天線工程中通常使用電壓駐波 比（VSWR ） P以及回波損耗 可以用公式（2-2 ）和（2-3）（Return Loss, RL ）來(lái)描述天線的阻抗特性，它們和| r|關(guān)系描述：1-iri(2-2)（2 ）圓極化天線軸比的測(cè)試A = -201g(|r|)clB(23)極化是指在與電磁波的傳播方向垂直的平面內(nèi)，電場(chǎng)矢量變化一周矢量末端所描繪出的軌跡，根據(jù)軌跡形狀的不同天線的極化可以分為線極化、圓極化和橢圓極化三種形式，其中線極化和圓極化為橢圓極化的特例。描述橢圓極化的參數(shù)有軸比、旋向和傾角。橢圓極化軸比定義為長(zhǎng)軸和短軸的比值，用r表示，以分貝為單位的軸比 R為R=20l

22、g（r） dB當(dāng)R=0dB時(shí)為圓極化，R=時(shí)為線極化。橢圓極化的旋向是根據(jù)波的傳播方向和電場(chǎng)矢量的旋轉(zhuǎn)方向定義的，極化和右旋橢圓極化。(2-4)可以分為左旋橢圓 般地，天線的旋向是由天線本身的結(jié)構(gòu)和饋電確定的，是一個(gè)固定2-1所示的坐標(biāo)系，其中+Z向 Ea為橢圓長(zhǎng)軸，角度T定義為傾角，這里，+X方向、的參數(shù)。傾角的定義與研究天線所選取的坐標(biāo)系有關(guān)。如圖 為波的傳播方向，x軸為基準(zhǔn)坐標(biāo)軸，Ea方向和波傳播方向成右手螺旋關(guān)系。圖乙1 ffi閲極化的位邑關(guān)系般的天線在嚴(yán)格意義上說(shuō)均是橢圓極化天線,通常線極化天線容易實(shí)現(xiàn)，而圓極化天線較難實(shí)現(xiàn)，所以通常采用極化圖形測(cè)量方法測(cè)試橢圓極化天線的軸比，用一個(gè)

23、線極化天線為發(fā)射源，它的極化方向垂直于收發(fā)天線的連線（收發(fā)天線軸），且能夠繞收發(fā)天線軸旋轉(zhuǎn)。使待測(cè)天線為接收天線， 記錄接收的信號(hào)幅度與發(fā)射線天線轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線，就得到了待測(cè)天線的極化圖。由極化圖可以確定極化橢圓的長(zhǎng)軸Ea和短軸Eb方向、極化軸比R以及傾角T極化圖可以采用極坐標(biāo)形式，也可以采用直角坐標(biāo)形式。（3）圓極化方向圖的測(cè)試方向圖的測(cè)試需要測(cè)試天線在阻抗帶寬內(nèi)的各個(gè)頻點(diǎn)的遠(yuǎn)場(chǎng)的方向圖，一般最少要測(cè)試3個(gè)頻點(diǎn)，即下限頻點(diǎn)、中心頻點(diǎn)和上限頻點(diǎn)，對(duì)于更寬的頻帶，要根據(jù)具體情況多測(cè)試一些頻點(diǎn)的方向圖，以便全面了解天線的參數(shù)。在工程上，一般不需要遠(yuǎn)場(chǎng)的三維方向圖，而只需要測(cè)試兩個(gè)主平面的方向圖曲線

24、，對(duì)于圓極化天線來(lái)說(shuō)， 這兩個(gè)主平面為方位面和俯仰面。另外，在天線測(cè)試前，還需要判斷天線的橢圓極化旋向（本實(shí)驗(yàn)中，待測(cè)天線的橢圓極 化旋向是已知的）。在滿足天線測(cè)試的極化匹配和阻抗匹配的條件下，所測(cè)試的方向圖為單一頻點(diǎn)的功率方向圖，所依據(jù)的原理為公式（2-5）:在不同角度0的時(shí)候，接收天線接收的功率與自身的功率方向性函數(shù)P（B）有關(guān)，因此將待測(cè)天線作為接收天線放置在一個(gè)可以接收到單一方向傳播的均勻平面波的區(qū)域，并且繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)一周，這樣不同角度0處就可以接收到不同大小的功率，據(jù)此天線的功率方向圖就可以繪制出來(lái)。以上的測(cè)試方法涉及到了以下的條件：這需要一個(gè)無(wú)外界干擾的模擬自 天線可以接收到單一

25、方向傳播的均勻平面波的區(qū)域， 由空間的環(huán)境，還需要一個(gè)均勻平面波的發(fā)射源； 天線可以繞著自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，這需要一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)； 天線的接收功率可以測(cè)試，這需要一個(gè)功率計(jì)。上述三條的解決方法是： 無(wú)外界干擾的模擬自由空間的環(huán)境：在微波暗室內(nèi)測(cè)試，微波暗室的工作頻帶需要符合天線測(cè)試所需要的頻率范圍，微波暗室的大小需要滿足天線工作的遠(yuǎn)場(chǎng)條件，這個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)條件需（2-6）要用公式（2-6）進(jìn)行判定。minA入是工作波長(zhǎng)，Dt是發(fā)射天線的口徑最大尺寸，Dr是待測(cè)天式中：dmin是最小測(cè)試距離， 線（接收天線）的口徑最大尺寸。 將天線安裝在一個(gè)可以進(jìn)行 360轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)要滿足所需要的測(cè)試精 度。 發(fā)

26、射源和接收裝置可以共用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析儀，因?yàn)榘l(fā)射天線（輸入端可視為端口1）和接收天線（輸入端可視為端口 2）合起來(lái)組成了一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于這個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，S21|即為1端口發(fā)射時(shí)，2端口接收所得到傳輸系數(shù)，天線的不同的方向所得到的|S21|也是不同的。因此，根據(jù)所得到的|S211也可以得到天線的功率方向圖。所測(cè)試的方向圖曲線均需要 進(jìn)行歸一化處理。圓極化增益的測(cè)試本實(shí)驗(yàn)的增益測(cè)試使用的是比較法。將接收天線的最大輻射方向和發(fā)射天線對(duì)準(zhǔn)，保證極化匹配和阻抗匹配時(shí)，測(cè)試此時(shí)的|S21|,記錄為|S21|X，然后用標(biāo)準(zhǔn)增益天線（通常為喇叭天線）重復(fù)上述測(cè)試，記錄的值為 后按照公式（2-7 ）進(jìn)行增

27、益計(jì)算。Gx=G 創(chuàng)島 |創(chuàng) l-iilis|S2iS, 然Q-7)或苕為Gx QB) =Gs +區(qū)1 氐 f 3-S)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)環(huán)境（1）（2）（3）（4）Agile nt E8363B型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀CST-1型自動(dòng)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)XB-GH型標(biāo)準(zhǔn)增益天線、發(fā)射天線及待測(cè)天線 微波暗室2、實(shí)驗(yàn)裝置圖本實(shí)驗(yàn)所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備需按照?qǐng)D2-5進(jìn)行連接。廠微潑室區(qū)域I劇試業(yè)逐天線央具YY覽射天曹J1-哮優(yōu)控制冊(cè)口為析儀增口 1計(jì)算粗3、實(shí)驗(yàn)步驟（1 ）駐波系數(shù)的測(cè)試環(huán)境：微波暗室設(shè)備：Agile nt E8363B型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、固定天線夾具 操作步驟：打開(kāi)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，選擇導(dǎo)入全波

28、段校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，界面選擇測(cè)試S11,顯示格式為SWR，顯示比例為每縱格0.5,將起始頻率和終止頻率設(shè)置為2GHz和3GHz，并設(shè)置頻點(diǎn)f1=2.3GHz、f2=2.5GHz、f0=2.4GHz，此時(shí)矢網(wǎng)的輸出功率電平應(yīng)保持默認(rèn)值（-17dBm）。將天線裝入固定夾具，然后將網(wǎng)絡(luò)分析儀的PortA端口與天線饋電端口相連，將天線輻射體置于遠(yuǎn)離周圍障礙物的地方（超過(guò)50cm），測(cè)試此時(shí)的駐波系數(shù)，重點(diǎn)觀察f1、f2和f0頻點(diǎn)的駐波系數(shù)，并記錄到表II-1中。設(shè)置Mark，觀察天線在2.1-2.6GHz頻帶范圍內(nèi)駐波系數(shù)的最大值和最小值，并記錄到表II-1中。II-1 中。 觀察天線的駐波系數(shù)低于 2.0

29、時(shí)的下限頻率和上限頻率，記錄到表 晃動(dòng)天線，觀察此時(shí)矢網(wǎng)屏幕的駐波系數(shù)曲線的變化。（ 2）圓極化天線軸比的測(cè)試 環(huán)境：微波暗室 設(shè)備： Agilent E8363B 型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、固定天線夾具 操作步驟：打開(kāi)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，選擇導(dǎo)入全波段校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，界面選擇測(cè)試S21，顯示格式為幅值和相位，顯示比例為每縱格10dB和45幅值參考電平設(shè)置為-50dB，將起始頻率和終止 頻率設(shè)置為2GHz和3GHz，并設(shè)置頻點(diǎn)fi=2.3GHz、f2=2.5GHz、fo=2.4GHz，此時(shí)矢網(wǎng)的 輸出功率電平應(yīng)保持設(shè)定值（ +3dBm ）。將天線安裝至固定天線夾具上，然后將天線按照垂直極化的方式安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，安

30、裝時(shí) 需保證天線輻射體中心的鉛垂投影線通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)中心的偏差在 3cm 以內(nèi)（用激光筆測(cè)試） ， 保證天線垂直極化；將一根 i0m 低耗電纜的一端連接在天線的饋電端口上， 另一端通過(guò) im 低耗電纜與矢量 網(wǎng)絡(luò)分析儀的 PORT B 端口相連接；將與發(fā)射天線相連接的另一根 i0m 低耗電纜的與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的 PORT A 端口向連 接； 調(diào)整發(fā)射天線的高度、極化，使發(fā)射天線為垂直極化，口面中心與待測(cè)天線輻射體中心 同一高度，用激光筆測(cè)試偏差不超過(guò)5cm；令發(fā)射天線繞收發(fā)天線軸旋轉(zhuǎn)，記錄此時(shí)的S2i 的幅值和相位與轉(zhuǎn)角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，填入表II-2中。轉(zhuǎn)動(dòng)步長(zhǎng)可以取5或者10,要保證發(fā)射天線能夠轉(zhuǎn)動(dòng)

31、180 。在本實(shí)驗(yàn)中， 發(fā)射天線只能轉(zhuǎn)動(dòng) 90，可以將待測(cè)天線轉(zhuǎn)動(dòng) 90，再測(cè)一次，總之，一定要滿足發(fā)射 天線轉(zhuǎn)動(dòng) 180。（3）圓極化方向圖分量的測(cè)試10 米低損耗電纜兩根、 1 米 串口線、天線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)、發(fā)環(huán)境：微波暗室 設(shè)備：Agile nt E8363B型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、固定天線夾具、 低損耗電纜一根、工控機(jī)（含天線測(cè)試系統(tǒng)軟件）、GPIB 線、射天線及專用支架、天線測(cè)試專用夾具、低噪聲放大器（選件）。Ea （或者短軸Eb）垂直地工具：激光筆 將待測(cè)天線安裝至固定天線夾具上,然后將待測(cè)天線按照長(zhǎng)軸面的方式安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上, 安裝時(shí)需保證天線輻射體中心的鉛垂投影線通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)中心的偏 差在 3c

32、m 以內(nèi)（用激光筆測(cè)試）；將一根 10m 低耗電纜的一端連接在天線的饋電端口上, 另一端連接低噪聲放大器的輸入 口上,然后用 1m 低耗電纜將低噪聲放大器的輸出口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的 PORT B 端口 相連接（若無(wú)低噪放則將 10m 電纜的另一端通過(guò) 1m 低耗電纜與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的PORT B端口相連接）； 將與發(fā)射天線相連接的另一根 10m 低耗電纜的與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的 PORT A 端口向連 接； 調(diào)整發(fā)射天線的高度、極化,使發(fā)射天線為垂直極化,口面中心與待測(cè)天線輻射體中心 同一高度,用激光筆測(cè)試偏差不超過(guò) 5cm； 將工控機(jī)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò) GPIB 線連接在一起,開(kāi)啟計(jì)算機(jī),進(jìn)入

33、到天線測(cè)試系 統(tǒng)軟件界面,點(diǎn) “初始化 ”鍵,然后進(jìn)行測(cè)試頻點(diǎn)設(shè)置,分別設(shè)置頻點(diǎn) 3 個(gè)： f1=2.3GHz、 f2=2.5GHz、 f0=2.4GHz。進(jìn)行天線方向圖的自動(dòng)測(cè)試，轉(zhuǎn)臺(tái)水平旋轉(zhuǎn)一周，計(jì)算機(jī)自動(dòng)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)輸出待測(cè) 頻點(diǎn)方向圖，做好存檔，此時(shí)測(cè)得的為天線水平面方向圖（垂直極化分量）； 調(diào)整發(fā)射天線的高度、極化，使發(fā)射天線為水平極化，口面中心與待測(cè)天線輻射體中心 同一高度，用激光筆測(cè)試偏差不超過(guò)5cm；按照步驟、進(jìn)行測(cè)試，做好計(jì)算機(jī)輸出方向圖的存檔，此時(shí)測(cè)得的為天線水平面方 向圖（水平極化分量）；更換夾具，將待測(cè)天線繞收發(fā)天線軸旋轉(zhuǎn)90安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，安裝時(shí)需保證天線輻射體II-

34、3 中。中心的鉛垂投影線通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)中心的偏差在 3cm 以內(nèi)（用激光筆測(cè)試）； 按照步驟繼續(xù)測(cè)試，測(cè)試天線的俯仰面方向圖的兩個(gè)正交分量，根據(jù)存檔的方 位面和俯仰面方向圖，觀察記錄峰值電平及角度坐標(biāo)，并記錄到表（ 4）增益測(cè)試10 米低損耗電纜兩根、 1 米 串口線、標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線、天環(huán)境：微波暗室 設(shè)備：Agile nt E8363B型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、固定天線夾具、- 低損耗電纜一根、工控機(jī)（含天線測(cè)試系統(tǒng)軟件）、 GPIB 線、 線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)、發(fā)射天線及專用支架。Ea （或者短軸Eb）垂直地工具：激光筆 將待測(cè)天線安裝至固定天線夾具上，然后將待測(cè)天線按照長(zhǎng)軸 面的方式安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上， 安裝時(shí)需保證天

35、線輻射體中心的鉛垂投影線通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)中心的偏 差在 3cm 以內(nèi)（用激光筆測(cè)試）；將一根 10m 低耗電纜的一端連接在天線的饋電端口上， 另一端連接在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的 PORT B 端口上；將與發(fā)射天線相連接的另一根 10m 低耗電纜的與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的 PORT A 端口向連 接； 調(diào)整發(fā)射天線的高度、極化，使發(fā)射天線為垂直極化，口面中心與待測(cè)天線輻射體中心 同一高度，用激光筆測(cè)試偏差不超過(guò)5cm；調(diào)整待測(cè)天線與發(fā)射天線的最大輻射方向，讓兩個(gè)天線的最大輻射方向正對(duì)，具體地， 調(diào)試發(fā)射天線轉(zhuǎn)臺(tái)，使方位角為0O,然后，使待測(cè)天線的輻射體與發(fā)射天線正對(duì)，此處需要參考（ 2） -記錄的峰值電平及角度坐標(biāo)

36、值；開(kāi)啟網(wǎng)儀，選擇導(dǎo)入全波段校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，界面選擇測(cè)試S21，顯示格式為L(zhǎng)og，顯示比例為每縱格10dB，參考電平設(shè)置為-50dB，將起始頻率和終止頻率設(shè)置為 2GHz和3GHz，并 設(shè)置頻點(diǎn) f1=3.1GHz 、 f2=10.6GHz 、 f0=6.85GHz ， ，此時(shí)矢網(wǎng)的輸出功率電平設(shè)置為+3dBm。記錄此時(shí)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)，具體地，就是3個(gè)頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的IS21值，記錄為S21|xi（i=0,1, 2）;此時(shí)可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整待測(cè)天線轉(zhuǎn)臺(tái)的方位角，直至各頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的|S21|值最大，開(kāi)始記錄；取下待測(cè)天線，將標(biāo)準(zhǔn)天線保持垂直極化狀態(tài)，安裝到測(cè)試夾具上，使口面與發(fā)射天 線正對(duì)，口面中心與發(fā)射天線口面中心同一高度（用激光筆測(cè)試偏差不超過(guò)5cm）;仿照步驟 記錄此時(shí)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)，具體地，就是3個(gè)頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的|S21|值，記錄為 |S21|xi（i=0， 1， 2）;此時(shí)可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整待測(cè)天線轉(zhuǎn)臺(tái)的方位角，直至各頻點(diǎn)對(duì)應(yīng) |S21|值最大，開(kāi)始記錄;將記錄的數(shù)據(jù)按照如下公式進(jìn)行計(jì)算， 求出待測(cè)天線在頻點(diǎn) fi 處的增益分量 a： Gxa（i dB）