天线与电波传播实验指导书天线与电波传播实验一辐射波幅值分布方向性测试一、实验目的1•掌握微波信号发生器及测量放大器的使用方法；2•了解水平面接收天线方向性的测量方法。

二、实验仪器1•标准信号发生器： YM1123或XB9A2.选频放大器： YM3892或XF— 013.喇叭天线4.波导调配器5.可变衰减器6 .波导元件三、实验原理及步骤对于辐射波传输方式，最重要的是测试其辐射场幅值分布的方向性，其表征量是天线方向函数及方向图。

1.系统组成图1-1 系统组成原理框图2 .喇叭天线工程上常用的喇叭天线是角锥喇叭，原因是其匹配较好而效率接近100% （G- D）。

但是由于其口径场的幅值、相位不是均匀分布，虽然其辐射主向仍是口径面法线方向（波导轴线方向），但是主瓣宽度、方向系数的计算很复杂。

可用以下公式进行估算：E面（yoz面）主瓣宽度电子与通信工程实验室= 53—"OSE（ 1-1）bH面（xoz面）主瓣宽度天线与电波传播实验指导书2%5H =80 —a i(1-2 )= 0.51 4二(1-3) 方向系数（最佳尺寸的角锥喇叭）图1-2是角锥喇叭的三维标高方向图。

具体参数喇叭口径a1=5.5入，6=2.75入；波导口径a =0.5入，b =0.25入；虚顶点至口径面距离j 1 =出=6入。

图1-2 角锥喇叭的三维标高方向图图1-3为本实验所用喇叭天线示意图: E面八-mMHfjt-趴 e ■ 0° *:相对提幅图1-3 实验所用喇叭天线电子与通信工程实验室3•测水平面接收天线方向性图1-1为测量喇叭天线方向性的系统组成情况。

测量时改变接收喇叭天线的方位角，可测出喇叭天线水平面的方向性（按接收到信号的强弱）。

严格的测量应在微波暗室中进行，这样可以消除反射波影响。

但在微波段，因其传播方向性较强，而且房屋墙壁吸收较强，地面影响也可略去，因而这样在普通实验室内测量偏差也不很大。

测天线方向图应有专用天线转台，它有精确的角度（水平面方位角，垂直面俯仰角）刻度指示。

本实验主要测水平面即方位方向性。

四、实验内容及步骤按照系统组成原理图连接好设备。

开启信号源，调节其输出电平及频率，选择连续方波内调制方式，重复频率为1KHz左右。

实验室过程中适当调整选频放大器的分贝衰减档及增益控制旋钮，避免在输出较大时选频放大器指针打表，1•当两喇叭天线分别相距100cm、50cm时，选频放大器读数各是多少，利用课堂所学理论分析并阐述为什么。

2•使两喇叭天线相距 50cm,转动发射天线，在改变两喇叭天线相对水平角度的同时，观察选频放大器指针读数如何变化，何角度时指针偏转最大、最小，读数各是多少（两喇叭天线相对水平角度记为 0°）。

利用课堂所学理论分析并阐述为什么。

3.拆下两喇叭天线，即成口径面天线，比较一下安装喇叭天线与安装口径面天线时系统接收、发射性能，利用所学理论分析并阐述原因。

比较方法一：使两口径面天线相距50cm,读出选频放大器指针读数与步骤1结果比较；比较方法二：以两喇叭天线相距 50cm时选频放大器指针读数为标准，两口径面天线相距多远选频放大器指针能获得此数值。

五、实验注意事项本实验所使用的仪器设备非常精密且价格昂贵，要求同学们作实验时爱护仪器、正确使用。

系统连接参照指导书上原理图，测量时调节系统中各旋钮要求力度适中且动作徐缓，一是保护仪器，二是使测量结果更加精确。

另外，注意观察测量放大器表盘的指针是否超出测量范围，如最大值超过满量程刻度的3/4，调节衰减旋钮，降低信号幅值（调节标准信号发生器、波导系统中的可调衰减器、选频放大器均可）。

六、实验报告1 •出系统的原理框图，并说明喇叭天线在系统中的作用；2.记录并处理实验数据，得出实验结论；3.回答问题；4.讨论误差原因，说明如何避免误差。

附录：实验所用仪器介绍1.YM1123为3cm波段信号发生器，本仪器适用于实验室及生产车间条件下，供接收机、测量线及其它无线电微波工程设备作为信号源用。

本仪器采用集成电路，具有体积小、天线与电波传播实验指导书重量轻、耗电量小、携带和使用方便等特点。

a .技术参数：频率范围 7 .5GHz- 12.4 GHz输出功率(1)毫瓦输出：在电压驻波比不大于 1.7的500?负载时不小于5mw(2)微瓦输出：-10dBm〜-10OdBm(在电压驻波比不大于 1.7, 50?负载时)。

b .仪器有下列工作方式：(1)等幅(=),电表及内部直流放大器组成微瓦小功率计，用来测量校准衰减器在 100敝时0dB定标(相当于-10dBm)。

误差为力±dB。

(2)内方波调制重复频率范围：x 1时，40Hz〜400HzX 10 时，400Hz〜4000Hz刻度误差：戈0%±0Hz前后沿均不大于0.5必(3)内脉冲调制重复频率范围：X l时，40Hz〜400HzX 10 时，400Hz〜4000Hz刻度误差：戈0%±0Hz宽度范围：1必〜30刻度误差：戈0%±).2必前后沿均不大于0.2必(4)延迟范围：3必〜300必刻度误差：戈0%± pSf重不大于2000Hz时，延迟范围可达 300 PSf重大于2000Hz时，延迟范围由 O.6 X 106/f重(pS)确定。

(5)外整步可接受重复频率为40Hz〜10KHz的正或负极性，幅度为 4〜I 8V的脉冲信号(其输出高频调制脉冲宽度、延迟与内调制时相同)。

(6)外调制可接受重复频率为40HZ〜10KHZ,宽度为0.5 PS〜300 ^So幅度为4〜I8V正或负极性的脉冲信号。

(7)整步脉冲输出，无论内或外调制内方波调制时(负载阻抗不小于 10K?，负载电容小于20PF)，仪器均能给出前沿优于0.5 PS及不小于2V,整步脉冲信号输出。

本仪器调制方式，是在高频输出系统中，采用同轴PIN调制器，调制深度》26dB。

C.面板调节控制机构作用介绍面板调节控制机构示意图见附图 1 — 1。

电子与通信工程实验室(1)电源开关按下，仪器电源接通到规定的预热时间仪器即开始正常工作。

(2)工作状态开关：按“”或“ I ”键可改变工作状态，指示灯也相应改变。

(3)“调谐”旋钮调节可改变输出频率。

(4)“调零”旋钮调节可改变电表电气调零。

(5)“衰减调节”旋钮可控制输出电平。

(6)“衰减调零”为100川基准OdB校准。

(7)“X I、x 10”开关：调制信号重复频率开关。

(8)“重复频率”旋钮调节可改变调制信号重复频率。

(9)“脉宽”旋钮调节可改变调制信号脉冲宽度。

(10)“延迟”旋钮调节可改变调制信号脉冲延迟时间。

d .使用方法(1)电源开关置于“开”时，工作状态指示灯亮。

(2)工作状态选择置于“等幅”，作大信号或无定标要求应用时，调节“衰减调节”可控制输出功率的大小，反时针调节，信号输出增大，衰减显示减小。

顺时针调节，信号输出减小，衰减显示增大。

(3)作小信号定标要求应用时，调节“调谐”旋钮，选定所需频率指示，“衰减调节”顺时针调至极端上，将仪器附带的功率探头，其带探头的一端与仪器背后的三线插座联接，探头一端与输出孔联接，工作状态置于“外调制”，调节“零点”旋钮，校准表头电气零点，工作状态置于“等幅”，然后“衰减调节”反时针慢摇，至电平指示为100 ^A刻度上,调节“衰减调零”旋钮，使衰减显示为 000.0的位置。

校准后，衰减器读数为0dB相当于100^W(-10dB)，最后拆下功率探头与被测仪器联接。

若要改变工作状态只须根据工作状态选择按键置于选定位置即可。

(4)“方波”与“脉冲”状态时，其重复频率范围与倍乘范围是共用的，都可以连续调节的。

(5)“外调制”或“外整步”工作状态时，输入脉冲信号均由外脉冲插座输入。

(6)仪器面板上三个顺序排列的电位器，自左起分别为“重复频率”、“脉宽”、“延迟”的调节系统。

(7)仪器在输出功率不大于 5mW寸,保证频率精度。

电子与通信工程实验室2. YM2892选频放大器 是一种检测微弱信号的精密测量放大器，与测量线配套，可以构机制控节调板W 1 -﹁ ”n y rt p三—— J -E y rl I B T l a j w﹁nV-二呂自 甜划墙llr 设彰并”占天线与电波传播实验指导书16Hz 通带，不低于0.5 N 。

测量信源频率与负载阻抗等等。

a .技术参数：⑴ 工作频率：1000Hz ，可调范围不小于 40Hz ⑵通频带： 16Hz 、24Hz 、32Hz 、40Hz 、±20% (3) 灵敏度：在阻抗为200 ?，电表满度偏转情况下,⑷表头刻度：刻度0〜1000mV 分贝0〜l0dB 驻波比1〜4, 3〜10非线性误差：小于满刻度值的5%⑸ 放大器量程：0〜60dB,每10dB ±0.5dB 步进0 〜5dBi0.2dB 0〜5dB 连续可调⑹输入阻抗： 200 ? , 2000K? b .调节机构(1) 表头(2) 分贝壳选择开关：0〜60dB 步进。

(3) 频率调节：调谐输入信号频率。

附图1 -2调节机构示意图(4 )输入阻抗转换开关：分200?、200K?两档。

(5)接地(6)增益控制旋钮：可在 0〜5dB连续调节。

(7)带宽控制开关：按需要可选择16、24、32、40Hz四档带宽。

(8)输入接头：Q9(9)0/5dB选择开关。

(10)电源开关：左边按下为开机状态。

c仪器使用方法准备工作：(1)检查输入交流电源电压是否正确。

(2)表头机械调零：在电源不接通时，使表头指示指零。

(3)分贝开关不要放在 50dB、60dB位置，以免工作时因信号过大损坏表头。

(4)增益电位器放在中间位置。

(5)接通电源，预热 30分〜1小时后，再进行系统测试。

仪器使用：(1 )输入信号，选择输入阻抗200?或200k?。

(2)按被测信号的强弱选择分贝开关的位置，0dB可输入信号最大。

(3)通带调节：仪器通带分 16Hz、24Hz、32Hz、40Hz四档，当仪器灵敏度能满足要求时，选择较宽的通频带，仪器性能较稳定。

(4)频率调节：每次使用或通带换档时，频率调节都要调谐到信号最大。

旋钮顺时针转动为频率降低。

(5)增益调整：配合分贝转换开关控制信号的大小，一般增益开关放在中间或中间偏上的位置。

旋钮顺时针旋转输出信号增大。

(6)0/5dB开关一般放在正常位置。

驻波比的测量：按一般驻波比测量法，可直接在驻波比刻度1〜4上读出被测负载的驻波比。

当驻波比读数大于3.2时，分贝开关可顺时针方向旋转一档，在驻波比刻度 3.2〜10上读出驻波比。

d .注意事项：仪器使用中发现表头超过范围打表头时，首先应调节分贝开关，逐档降低分贝指示读数，若不起作用应停止使用，待找到原因并消除故障后再使用。