电磁场与微波技术实验天线部分实验二.doc

电磁场与电磁波实验报告
辐射特性测试类

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日期：2014-3-11

实验二网络分析仪测试八木天线方向图

一、实验目的
掌握网络分析仪辅助测试方法；
学习测量八木天线方向图方法；
研究在不同频率下的八木天线方向图特性。
二、实验原理
实验中用的是七单元八木天线，包括一个有源阵子，一个反射器，五个引相器(在此图中再加2个引相器即可)

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，于是信号迭加，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。
三、实验步骤
调整分析仪到轨迹（方向图）模式;
调整云台起点位置270°；
寻找归一化点(最大值点);
旋转云台一周并读取图形参数;
坐标变换、变换频率（600MHz、900MHz、1200MHz），分析八木天线方向图特性；
四、实验数据
当f=600MHz时，接收信号分贝强度（对数）方向图：

当f=600MHz时，接收信号百分比强度方向图：

从百分比图和数据得出有两个峰值方向：
分别为100°（幅度为97.6%）和286°（幅度为100%）。

当f=900MHz时，接收信号分贝强度（对数）方向图：

当f=900MHz时，接收信号百分比强度方向图：

从百分比图和数据得出有两个峰值方向：
分别为104°（幅度为99.6%）和265°（幅度为47.6%）。

当f=1200MHz时，接收信号分贝强度（对数）方向图：

当f=1200MHz时，接收信号百分比强度方向图：

从百分比图和数据得出有两个峰值方向：
分别为109°（幅度为99.1%）和242°（幅度为87.1%）。
五、实验结果分析
频率（MHz）6009001200主瓣峰值点（°）与幅度（%）100（97.6）104（99.6）109（99.1）后瓣峰值点（°）与幅度（%）286（100）265（47.6）242（87.1）主瓣宽度（°）9810441后瓣宽度（°）11810896前后比0.982.091.14分析实验数据我们不但得出以下结论：
从主瓣分布和幅度来看：三种频率下的主瓣峰值点集中在100°至110°之间，幅度也均能达到较高值（>99%）。从后瓣分布和幅度来看：后瓣峰值波动范围与幅度波动范围随频率变化较大，其中当频率为900MHz时前后比最大，这显示了八木天线的频率选择性，即与八木天线频率相匹配的电磁波方向性好，能量集中，对后瓣的抑制作用明显。故我们需要根据不同的电磁波频率选择、设计不同的八木天线。
观察八木天线的方向图可以发现：实验中使用的天线在发送600MHz的电磁波时主瓣与后瓣很接近，说明该天线在600MHz频段在100°及其反方向上有较强的方向选择性，既有前向辐射又有较强的后向辐射，在其他方向上起到较好的“屏蔽”作用。当使用900MHz时，前后比最大，说明此时的天线方向由单一的方向性，这种状态适合于点对点通信，这也是八木天线的主要应用。当使用1200MHz时，天线的方向性以“主瓣”、“后瓣”区分不再合理，原因是该频段内，旁瓣干扰较大，方向图裂为三个方向，在100°附近及其与之间隔120°的两个方向为天线的主要辐射能量集中区，而在间隔区域起到较好的屏蔽作用。可见同一个天线在不同频率下方向特性不同，也可以有不同的应用；在确定了频率的点对点通信系统中要根据实际情况选择合适的八木天线，才能达到最好的效果，减少干扰，同时用最小的功率达到通信要求的最低信噪比。
实验中我们发现主瓣宽度较大，衰减较慢，同时实验环境也会深刻的影响到实验数据的准确性，比如围观人员的数量、人员的走动、接打电话等等。主瓣下降的较慢其中原因之一是人员围观致使反射增加，与旁瓣叠加拓宽了主瓣。
六、心得体会
听课时就一直在想为什么“八木天线”只有六根横棍，而墙上还挂着有很多根“棍”的天线莫非得叫“十几木天线”么。经过陈文成老师的讲解我终于对八木天线有了大致的了解。老师的讲解深入浅出，演示也清晰简练，使我很快学会使用网络分析仪辅助测量的方法并上手操作。实验简单浅显易懂，但若要弄清楚其中蕴含的物理知识也非难事，这次实验是启迪，启迪我们动手实验、动手查找资料、亲自解决问题，总之这次实验的收货时极大的。实验中，我对实验也有几点思考和建议，希望得到您的认同：
增加实验的对比性