天線輻射的方向特性

實(shí)驗題目：天線輻射的方向特性實(shí)驗?zāi)康模豪斫馓炀€輻射的相關(guān)原理知識，對天線的方向圖及其相關(guān)參數(shù)有一定的認(rèn)識，測定右手螺旋天線的方向特性。實(shí)驗原理：任何實(shí)用天線的輻射都具有方向性。通常將天線遠(yuǎn)區(qū)輻射場的振幅與方向間的關(guān)系用曲線表示出來，稱為天線的輻射方向圖；而將離開天線一定距離R處的天線遠(yuǎn)區(qū)的輻射場量與角度坐標(biāo)間的關(guān)系式稱為天線的方向圖函數(shù)，記為舊（。，祖）I。天線的立體方向圖一般難以畫出，通常只畫出E面和H面的方向圖。天線的方向圖及其相關(guān)參數(shù)：將方向圖函數(shù)F（。，祖）進(jìn)行歸一化后所繪制的方向圖稱為歸一化方向圖。1） 主瓣寬度TOC\o"1-5"\h\z當(dāng)天線E面和H面具有多瓣形狀時，通常將天線最 ，.「’ ■，..大輻射方向所在的波瓣稱為主瓣。如圖中2905稱為主瓣寬度。 '、**■：：< \2） 副瓣電平 : 估計天線副瓣的強(qiáng)弱，一般用副瓣電平表示 , /3） 前后比 ■.-天線最大輻射方向電平與其反方向電平之比。 \.'、、、.4） 方向性系數(shù)天線在遠(yuǎn)場區(qū)最大輻射方向上某點(diǎn)的平均輻射功率密度與平均輻射功率相同的無方向性天線在同一點(diǎn)的平均輻射功率密度之比：=j2j|f(0,9)|2sin0d0d90 0如果方向圖與9如果方向圖與9無關(guān)，j"\F(0)|2sin0d00效率：天線的輻射功率Pr與輸入功率Pin之比。增益系數(shù)：天線在遠(yuǎn)場最大輻射方向上某點(diǎn)的平均功率密度與平均功率相同的無方向性天線在同一點(diǎn)的平均功率密度之比，記為G。等效高度：在保持實(shí)際天線最大輻射方向上場強(qiáng)值不變條件下，假設(shè)天線上電流為均勻分布時無線的等效高度。實(shí)驗內(nèi)容：1、檢查儀器，確保程序和機(jī)器的正常工作，調(diào)整接收天線和被測天線，使兩者在初始狀態(tài)時在同一直線上；2、 啟動程序和工作儀器，計算機(jī)將自動繪制方向圖（平面）；3、 進(jìn)行歸一化處理；4、根據(jù)作出的圖象讀出相關(guān)讀數(shù)，并計算天線的相關(guān)參數(shù)。

實(shí)驗數(shù)據(jù)和圖象CASSTLab圖象(圖一):ORINGIN圖象(圖二):實(shí)驗數(shù)據(jù)和圖象CASSTLab圖象(圖一):ORINGIN圖象(圖二):0.80.60.40.20.00.20.40.60.81.0900270根據(jù)圖象讀出：900270在兩個0.707Emax處，讀出A(165.200,0.707),B(189.95°,0.707)；兩個第一副瓣最大值點(diǎn)坐標(biāo)(138.44°，0.403),(215.19°,0.517)；反向最大值點(diǎn)坐標(biāo)(360.00,0.149)。數(shù)據(jù)處理：根據(jù)A、B兩點(diǎn)坐標(biāo)，可以計算出主瓣寬度（2。05）EH=24.75o；由于已經(jīng)進(jìn)行歸一化處理，因此兩個第一副瓣的電平分別為0.403、0.517,單位是dB；前后比=0.149/1=0.149。實(shí)驗小結(jié)：1、 本實(shí)驗原理比較復(fù)雜，涉及比較多的電磁學(xué)和無線電相關(guān)專業(yè)知識，理解起來有困難；2、 實(shí)驗過程中充分借助了計算機(jī)的強(qiáng)大的功能用于自動繪制方向圖，大大節(jié)省了時間，同時對歸一化處理以及相應(yīng)坐標(biāo)的讀取也帶來了極大的方便；3、 實(shí)驗中應(yīng)該注意安全和操作的規(guī)范，防止受到天線發(fā)射的高頻波的傷害，也防止損傷儀器；4、 最終實(shí)驗得到的方向圖和標(biāo)準(zhǔn)參考方向圖對比，差別仍然比較大（比如后瓣基本看不出來）主要原因可能是儀器的老化造成信號分布的不規(guī)則，同時發(fā)射器和接收器的對準(zhǔn)與否對最終繪制出的圖象也有很大的影響，而且這種影響是相當(dāng)靈敏的，即使是對桌子碰撞而使天線發(fā)生的移動都使得繪制的圖象不理想，但是總體來看，圖象還是能夠反映方向圖的一些基本性質(zhì)；5、 實(shí)驗過程中兩人的配合比較重要，更能快速地發(fā)現(xiàn)和解決問題。思考題：1、 什么是“子午面”和“赤道面”？Sol：“子午面”一般指通過地面一點(diǎn)包含地球南北極的平面；“赤道面”是指與指定軸垂直且過球心的平面。2、 預(yù)計一下在偶極子天線輻射中心小范圍內(nèi)（近場）的電場瞬態(tài)分布。Sol：在源區(qū)附近，磁矢勢蛻變?yōu)殪o態(tài)電磁場的磁矢勢。因此源激發(fā)的電磁場可以采取靜態(tài)電磁場方法進(jìn)行計算。這也意味著在源區(qū)附近，源直接產(chǎn)生的靜態(tài)電磁場遠(yuǎn)大于電磁場相互激發(fā)所產(chǎn)生的電磁場。對于偶極子天線來說，雖然電流是變化的，但是在近場區(qū)，電流的變化所激發(fā)的電磁場相對于靜場很小，因此此時的電磁場仍然具有上述性質(zhì)，場量與〃成反比。E_2Pg。cos?_j10Lcos?r47&r3 2kwsr3E_2P°0sin0_j10Lsin00 4ker3 /2kto8r3H_10L&0中 4兀r23、 偶極子天線發(fā)射的能流密度與哪些物理量有關(guān)？這對實(shí)驗有什么啟發(fā)？Sol：由于能流密度矢量表達(dá)式中表示為E矢量和H矢量的叉乘，故其與E、H有關(guān)，計算有：S_^Re[E0x（pH*]_rRe[EH*]_rRe[LE2]_i（L）2（L）2叩sin201r2 0 ^ 2。甲2叩o22人0r2于是能流密度和電流（最大值）、偶極子的長度、輻射波長、波阻抗、角度、位矢有關(guān)，這些因素又大多和天線的自身結(jié)構(gòu)有關(guān)。對于本實(shí)驗來講，意味著改變這些值（或者說改變天線形狀、改變發(fā)射角度、改變接受位置），將會對實(shí)驗所得到的波形（比如最大值）產(chǎn)生影響；從表達(dá)式中看，能流密度是具有方向性的，同時在某個方向上呈現(xiàn)最大值，信號的采集也應(yīng)該在這個方向上為最佳，這也就是為什么要把發(fā)射器和探頭初始位置對準(zhǔn)的原因。4、簡述微波吸收器的工作原理。Sol:微波吸收器的原理是利用特殊的微波吸收材料吸收微波，吸收器的材料是海綿，其中摻雜著很細(xì)的碳粉，微