哈工大电波与天线演示实验指导书.doc

天线原理演示实验指导书 王楠楠，林澍 编 哈尔滨工业大学 微波工程系 2013年5月 目录 实验一 半波振子天线的制作与测试 1 一、实验目的 1 二、实验原理 1 三、实验仪器 2 四、实验步骤 2 1、半波振子天线的制作 2 2、天线阻抗带宽测试 3 3、实验数据和实验报告 4 五、思考题 4 实验二 超宽带天线测试（演示实验） 4 一、实验目的 4 二、实验原理 5 三、实验内容 6 1、实验仪器与实验环境 6 2、实验装置图 9 3、实验步骤 9 4、记录表格 11 四、实验报告内容 13 五、思考题 13 实验三 圆极化天线的测试（演示实验） 14 一、实验目的 14 二、实验原理 14 三、实验内容 15 1、实验仪器与实验环境 15 2、实验装置图 15 3、实验步骤 15 4、记录表格 16 四、实验报告内容 17 五、思考题 17 实验一 一、实验目的 1、 2、 3、4、二、实验原理 （）天线阻抗带宽的测试测试天线的反射系数（S11），需要用到公式（1）： （11） 根据公式（11），只要测试出来的|Γ|值低于某个特定的值，就可以说明在此条件下天线的阻抗ZA接近于所要求的阻抗Z0（匹配），在天线工程上，Z0通常被规定为75Ω或者50Ω，本实验中取Z0=50Ω。天线工程中通常使用电压驻波比（VSWR）ρ以及回波损耗（Return Loss，RL）来描述天线的阻抗特性，它们和|Γ|的关系可以用公式（12）和（13）描述： （1） [dB] （1） 对于不同要求的天线，对阻抗匹配的要求也不一样，该要求列于表中。表 工程上对天线的不同要求（供参考） 天线带宽 驻波系数ρ的要求 反射系数|Γ|的要求 反射损耗RL的要求 窄带（相对带宽5%以下） ρ≤1.2或1.5 |Γ|≤或≥21dB或14dB 宽带（相对带宽20%以下） ρ≤1.5或2 |Γ|≤或 ≥14dB或10dB 超宽带 ρ≤2或2.5，甚至更大 |Γ|≤或 ≥10dB （））。其特性阻抗计算公式如下： （1） 三、实验 （1）Anritsu S331D天馈线测试仪 图1-1 Anritsu S331D天馈线测试仪 表1-2 Anritsu S331D天馈线测试仪主要性能指标 参数名称 参数值 频率范围 25MHz-4000MHz 频率分辨率 100kHz 输出功率 0dBm 回波损耗范围 0.00-54.00dB（分辨率：0.01dB） 驻波比范围 0.00-65.00 （分辨率：0.01） （2）50欧姆同轴电缆、SMA连接器、热塑管、直径2.5mm和0.5mm铜丝、泡沫（用于支撑和固定天线）和酒精棉等。 （3）工具，主要包括：裁纸刀、尖嘴钳子、斜口钳子、砂纸、挫、尺和电烙铁等。 四、实验 1、 制作天线时要主要安全，使用电烙铁和裁纸刀时应倍加注意。 截取一段长度为10cm的50欧姆同轴电缆。 用裁纸刀将电缆两端蓝色的电缆护套各剥去3cm。 将SMA同轴连接器与电缆相连接，具体操作步骤如下： 用裁纸刀将电缆一端的外皮和聚四氟乙烯介质切掉1cm，保留电缆内芯。注意：在环切外皮和介质时，尽量不要切到内芯；在切断外皮和介质后，可以用尖嘴钳夹住待去掉的部分左右晃动并拔下。 用斜口钳子剪断电缆内芯的一部分，留下约3mm~4mm的长度。 用砂纸打磨电缆内芯和金属外皮，并用酒精棉擦拭干净。 将电缆内芯插入针内，并用焊锡焊接牢固。 将SMA连接器的J头（内螺纹）与K头（外螺纹）相连（目的是防止焊接时由于过热，连接器内的聚四氟乙烯膨胀变形，高出金属部分），将针和电缆插入SMA连接器的另一端，用力推紧，然后用电烙铁将SMA连接器与电缆外皮焊接。注意：焊锡要充分熔化，直至流入SMA连接器与电缆的缝隙内（即在SMA连接器的孔内看到焊锡，若很难熔化，是由于铜散热过快，可采用两个电烙铁同时加热）。 剪适当长度的热塑管，套在同轴电缆上，覆盖住露出外皮的同轴电缆，使用电烙铁或热风枪对热塑管加热，使其收缩。 制作半波振子天线 计算谐振频率f=2.4GHz的半波振子的每个臂长l/2，用斜口钳子截取两端铜丝，长度均为l/2。注意：组1采用直径为0.5mm的铜丝，组2采用直径为2.5mm的铜丝。 将制作好的同轴电缆的一侧（另一侧为SMA连接器）去掉2cm蓝色护套，再去掉1cm金属外皮，最后去掉8mm聚四氟乙烯介质。 截取长10cm×宽4cm的泡沫，用锥子在其中心打个孔，并在其表面制作出一条沟（长度略长于半波振子，宽度和深度约为半波振子直径）。 将制作好的同轴电缆从泡沫的中心孔插入，截取一小段细铜丝，在同轴电缆的金属外皮上缠绕2-3圈，留出约