哈工大電信學(xué)院天線技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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)一超寬帶天線的測(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、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，其比帶寬一般可以達(dá)到2： 1以上，現(xiàn)代超寬帶天線的阻抗帶寬可以達(dá)到 30 : 1以上，可以覆蓋多個(gè)波段，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的多個(gè)天線 的功能，所以受到了研究者的廣泛關(guān)注。超寬帶天線不僅需要具有極寬的阻抗帶寬，即它的阻抗要在極寬的頻帶內(nèi)保持在一個(gè)范圍內(nèi)，還需要具有極寬的方向圖帶寬、

2、增益帶寬以及極化帶寬?，F(xiàn)代的超寬帶天線還需要具有穩(wěn)定的相位中心，即可以不失真地輻射時(shí)域脈沖信號(hào)。根據(jù)以上對(duì)超寬帶天線的要求，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（1-1）：1-1)exp()根據(jù)公式（1-1），只要測(cè)試出來的| r直低于某個(gè)特定的值，就可以說明在此條件下天 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 ,(1-2)(l-3iRL ）來描述天線

3、的阻抗特性，它們和| I的關(guān)系可以用公式（1-2 ）和（1-3）描述：R£ = -201g(|F ) dB1-1【殍卜對(duì)尺線的不同要求f供參考J天線洶寬?cǎi)v波系蛙P的嬰求反則系藪蔚婪求反訓(xùn)抵耗RL的出求窄帶（相對(duì)帶寬5%WT）或 1.5或 02&21JB 或 MdB寬常相時(shí)帶寬20%以下）pl5 或 2TIWQ2 或 03314dB 或 lOdB超寬帝p咗2或25耳塵史人：|f W033 或 0 4310dB對(duì)于不同要求的天線，對(duì)阻抗匹配的要求也不一樣，該要求列于表1-1 中。（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

4、個(gè)頻點(diǎn)，即下限頻點(diǎn)fl、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)于線極化天線來說，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)的功率方向圖，所依據(jù)的原理為公式（1-4）：PT =昭=5.（M）4/r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

5、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。以上的測(cè)試方法涉及到了以下的條件：這需要一個(gè)無外界干擾的模擬自 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)。上述三條的解決方法是： 無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)條件需要用公式（1-5）進(jìn)行判定。T11：門(1-5)式中：dmin是最小測(cè)試距離，入

6、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 說，|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牌|也是不同的。因此，根據(jù)所得到的|&1|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

7、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。IS/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。=20 lgF阿(1-6)并且要相對(duì)于主極化方向圖增益的測(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Q1|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|S21|S， 然后按照公式（1-7）（或者公式1-8 ）進(jìn)行增益計(jì)算。Gx=Gs|Shx/JS2i|s&

8、lt;1-7）或者為Gx （dB） =GS <dB） + 醫(yī)快（dB） 曲“ （dB）（1-S）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=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

9、置于遠(yuǎn)離周圍障礙物的地方（超過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I-1中。 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 E8363B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

10、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（若無低噪放則將 10m電纜的另一端通過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

11、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 5cm； 將工控機(jī)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過 GPIB 線連接在一起， 開啟計(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)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， 安裝時(shí)需保證天線輻射體中心 的鉛垂投影線通過轉(zhuǎn)臺(tái)中心的偏差在 3cm

12、 以內(nèi)（用激光筆測(cè)試），保證天線水平極化； 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)天線振子中心 同一高度，用激光筆測(cè)試偏差不超過 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E面方向圖； 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。（a）峰值電平及角度坐標(biāo)；（b）主瓣寬度；（c）方向圖的起伏程度（不圓度或者零值深度）（d）第一副瓣電平（3）交叉極化方向圖的測(cè)試與（ 2）類似，只是將（ 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 裝即可，涉及的操作步驟為 、。記錄到表 I-

13、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，包括最值出現(xiàn)的角度坐 標(biāo)。（ 4）增益測(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、 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、標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線、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

14、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)試偏差不超過使口面與發(fā)射天5cm）;仿照1-4 ）。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Oo,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）-（a）記錄的峰值電平及角度坐標(biāo)值； 開啟網(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

15、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)f仁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|S21|值最大,（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（用激光筆測(cè)試偏差不超過步驟記錄此時(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|

16、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：Gxi（dB）=Gs（ dB）-|S21 |si（ dB）+|S21|xi（ dB）（ i=0，1，2），G§（ dB ）是標(biāo)準(zhǔn)天線增益，可以查表 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3.1GHzia4+, r-MbMOM l 堀 m紳I好£«ft aswe:囂 nr 啊啦罩! -it HJftk.Lv*戢耳 IfUfUfct : XHrtLrWE ；iiff* if

17、還 Hu.ffBKUzra-*a* : 74 MUUHL： I3.2GHz:-i inAitff9dL：enwi 倉(cāng)阿貝： 疑丄樓可.：6? 歡 E «Ht riBEa:刃 mr 蛙電畢! -43島列HUH； XUdtLlJH卸疋；fOlM-lM,OK： « 田Rir 富zUit ItWSfflrEsn* 4Q*申：陀比su flElt： v8.4GHz線極化超寬帶天線的H面方向圖I'MitrH I i«3£4-lS ZfiU.d加；n ®B1 iJfel 電:申! -I* -M n JEU： iHE柚:戒xuJHitwM i葉田R由富

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19、lt:« nr4G*申：-3B SBUflElt： V8.4GHz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，觀察此時(shí)矢網(wǎng)屏幕的駐波系數(shù)曲線的變化，解釋 發(fā)生這種現(xiàn)象的原因。答：這是由于測(cè)試者存在的原因，測(cè)試者本身就是一導(dǎo)體，天線發(fā)射出來的電磁波部分會(huì)打到測(cè)試者身上

20、并產(chǎn)生反射回天線，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模擬自由空間，但是還是有少量的電磁波被反射回來， 晃動(dòng)天線時(shí)，電磁波傳播的邊界條件發(fā)生改變， 也會(huì)造成駐波系數(shù) 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。

21、 而行波電流的輻射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)二 圓極化天線的測(cè)試一、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90°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)（Sii），需要用到公式（2-1）：乙+厶根據(jù)公式（2-i），只要測(cè)試出來的| r值低于某個(gè)特定的值，就可以說明在此條件下天線的 阻抗ZA接

22、近于所要求的阻抗 Zo（匹配），本實(shí)驗(yàn)中取Z0=50Qo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）來描述天線的阻抗特性，它們和| r的關(guān)系可以用公式（2-2 ）和（2-3）描述：p = l+ I I（ 2-2、i-iriA£ = -201g（|r|） dB（2-3）（2 ）圓極化天線軸比的測(cè)試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)

23、軸和短軸的比值，用r表示，以分貝為單位的軸比 R為R=20lg（r） dB（2-4）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，可以分為左旋橢圓極化和右旋橢圓極化。一般地，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2-1所示的坐標(biāo)系，其中+z向?yàn)椴ǖ膫鞑シ较颍琗軸為基準(zhǔn)坐標(biāo)軸，Ea為橢圓長(zhǎng)軸，角度T定義為傾角，這里，+X方向、 Ea方向和波傳播方向成右手螺旋關(guān)系。圖橢圓極化的位置關(guān)系般的天線在嚴(yán)格意義上說均是橢圓極化天線，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

24、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)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)

25、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)于圓極化天線來說， 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）:J-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。以上的測(cè)試方法涉及到了以下的條

26、件： 天線可以接收到單一方向傳播的均勻平面波的區(qū)域，這需要一個(gè)無外界干擾的模擬自由空間的環(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)條件需要用公式（2-6）進(jìn)行判定。(2-6)2（D廠以丫式中：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，Dr是待測(cè)天線（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

27、76;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)來說，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IS21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。保證極化匹配和阻抗匹配時(shí)，測(cè)試此時(shí)的|S21|,將接收天線的最大輻射方向和發(fā)射天線對(duì)準(zhǔn)，記錄為|S21|X，然后用標(biāo)準(zhǔn)增益天線（通常為

28、喇叭天線）重復(fù)上述測(cè)試，記錄的值為|S21S，然后按照公式（2-7 ）進(jìn)行增益計(jì)算。Gx=Gs|52i|x/|2i|s（2-7）或者為念（dB） =GS <dB> +|S2i|x（dB> -|S2i|s （dB）（戈A）三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)環(huán)境（1）Agile nt E8363B 型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（2）CST-1型自動(dòng)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)（3）XB-GH型標(biāo)準(zhǔn)增益天線、發(fā)射天線及待測(cè)天線（4 ）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。戻射天銭端口 1舟析儀數(shù)計(jì)悴機(jī)圏2-5實(shí)驗(yàn)裝置框圖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

29、 nt E8363B型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、固定天線夾具操作步驟： 打開矢量網(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2GHz和3GHz，并設(shè)置頻點(diǎn)f仁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)

30、駐波系數(shù)的最大值和最小值，并記錄到 表II-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 II-1 中。 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

31、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，安裝時(shí) 需保證天線輻射體中心的鉛垂投影線通過轉(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 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5cm； 令發(fā)射天線繞收發(fā)天線軸旋轉(zhuǎn)，記錄

32、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) 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、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

33、：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Ea （或者短軸Eb）垂直地面的方式安裝在轉(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（若無低噪放則將 10m 電纜的另一端通過 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)

34、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5cm； 將工控機(jī)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過 GPIB 線連接在一起,開啟計(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=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

35、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)需保證天線輻射體中心的鉛垂投影線通過轉(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 II-3 中。(4)增益測(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、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、

36、串口線、標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線、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Ea (或者短軸Eb)垂直地面的方式安裝在轉(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 5cm； 調(diào)

37、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Oo,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)值； 開啟網(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 Log ,顯示比例為每縱格1OdB，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=3.1GHz、f2=10.6GHz、fo=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 01值，記錄為|S21|(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