双极天线方向图仿真实验报告(B5)
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学校代码10701分类号TN82学号17021210750 密级公开西安电子科技大学硕士学位论文双极化全向天线研究作者姓名:冯安迪一级学科:电子科学与技术二级学科:电磁场与微波技术学位类别:工学硕士指导教师姓名、职称:郭景丽副教授学院:电子工程学院提交日期:2020年5月Research on Dual-Polarized OmnidirectionalAntennaA thesis submitted toXIDIAN UNIVERSITYin partial fulfillment of the requirementsfor the degree of Masterin Electromagnetic Field and Microwave TechnologyByFeng AndiSupervisor: Guo Jingli Title: Associate ProfessorMay 2020摘要摘要全向天线具有水平面360°全覆盖的优点,在无线局域网等领域中被广泛应用。
双极化天线有提升信道容量、提高频谱利用率和对抗多径衰落等优点。
论文对水平/垂直极化全向天线和双极化全向天线做了系统的研究,在传统缝隙天线的基础上进行小型化和多频设计,设计了三种全向天线。
首先,设计了两款基于三维辐射缝隙的双频水平极化全向天线。
采用三维辐射缝隙的设计,降低垂直缝隙的高度,实现天线的小型化。
采用阶梯型折叠贴片为三维缝隙馈电,实现双频谐振。
分别通过将馈电结构偏离垂直方向的中心和增加寄生贴片的方式扩展了天线的工作带宽。
改进后的寄生馈电天线与偏馈天线相比,高频交叉极化大大降低。
两天线的尺寸均为302510mm mm mm ⨯⨯,测试结果表明两天线-10dB 阻抗带宽分别为2.38-2.55GHz 、4.7-6.1GHz 和2.38-2.51GHz 、4.8-5.9GHz ,水平面不圆度小于6dB 。
其次,设计了两款基于水平折叠缝隙的双频垂直极化全向天线。
双极天线方向图仿真实验报告(B5)天线与电波传播实验报告级队区队学员姓名学号实验组别3同组人无实验日期实验成绩实验项目:双极天线方向图仿真实验实验目的:1.熟悉matlab 的使用。
2.加深对双极天线工作原理的理解;3.理解双极天线的方向性及天线臂长、架设高度对天线方向性的影响;实验器材:计算机一台、matlab 软件。
实验原理阐述、实验方案:双极天线可以理解成架设在地面上的对称振子,因此,研究双级天线的性质(这里主要指方向性)可以分两步进行。
1.对称振子的方向性(1)电基本振子的远区辐射场如果对称振子的电流分布已知,则由电基本振子的远区辐射场表达式沿对称振子几分,就可以得到对称振子的辐射场表达式。
电基本振子的远区(满足kr>>1,即πλ<<2r )辐射场表达式如下:====θλπ=θλ=?θ-θ-?0E E H H e sin r Il 60j E e sin r 2Il jH r r jkr jkr (1-1)式中:I——电基本振子的电流;l——电基本振子的长度;r——远区中一点到电基本振子的距离。
根据远区辐射场的性质可知,Eθ和Hφ的比值为常数(称为媒质的波阻抗),所以,在研究天线的辐射场时,只需要讨论其中的一个量即可。
通常总是采用电场强度作为分析的主体。
(2)对称振子的电流分布如果将细对称振子看成是末端开路的传输线张开形成,则细对称振子的电流分布与末端开路线上的电流分布相似,即非常接近于正弦驻波分布。
以振子中心为原点,忽略振子损耗,则细对称振子的电流分布为:≤+≥-=-=0z )z l (k sin I 0z )z l (k sin I )z l (k sin I )z (I m mm (1-2)(3)对称振子的辐射场及方向函数已知对称振子的电流分布后,将电基本振子的远区电场表达式沿对称振子进行积分,就可以得到对称振子的远区电场表达式。
图1双极天线及其坐标建立上图的坐标系,即可得到对称振子的辐射场表达式:dz e )z l (k sin sin re I 60j )(E cos jkz l l jkr m θ--θ?-θλπ=θjkr m e sin )kl cos()coskl cos(I 60j -θ-θλ=(1-3)根据方向函数的定义,对称振子的方向函数如下:θ-θ=θ=θθsin )kl cos()cos kl cos(r /I 60)(E )(f m (1-4)2.地面的影响当天线并非架设在自由空间中,而是架设在地面上时,地面将对天线的辐射场产生影响。
双极化射灯覆盖测试报告2014年1月22日目录1.测试说明 (3)2. 天线下倾角、安装位置的测算 (5)3. RRU不同输出功率,覆盖效果对比 (6)3.1 20W以上输出功率覆盖效果 (6)3.2 低功率覆盖效果 (7)4. 双极化天线与单极化天线覆盖效果对比 (8)5. 2面双极化天线对全楼(3个单元)的覆盖效果 (9)6. 楼道测试与户内测试对比 (10)7. 平层覆盖测试效果 (10)8.本次测试总结 (10)9.住宅小区解决方案建议 (11)1.测试说明随着LTE的网络部署,住宅小区覆盖需求将越来越迫切,而现有的覆盖方式或投资较大,或效果不太理想。
为了增加小区覆盖的灵活性,针对厂家最新推出的双极化天线进行了测试,省公司组织石家庄分公司、上海设计院及双极化天线厂家进行了住宅小区大型楼宇的覆盖测试。
(1)测试时间:2014年1月16、17日(2)测试目标:维多利亚小区4号楼(30层)(3)天线厂家、类型:虹信、京信双极化射灯天线:;三元达单极化射灯天线。
(4) 测试方法:选择维多利亚小区4号楼作为测试目标,射灯天线放于南面5号楼楼顶。
将信源调整为不同功率及将天线调整为不同倾角进行对比测试。
4、5号楼均为3个单元、30层,楼高90米,楼间距51米,楼宇纵深75m*15m 。
表示楼道,测试也多是在楼道进行楼间距51米5号楼2. 天线下倾角、安装位置的测算2.1下倾角测算测试楼宇高90米,楼间距51米,双极化射灯垂直波束宽度为30度,下倾角为45度(最大下倾角)时,通过测算1面双极化天线应该能完成从高层到底层的覆盖。
(垂直覆盖示意见右图)2.2安装位置测算4号楼由3个单元构成,方法一:在5号楼2单元安装天线,实现对4号楼2单元的覆盖;方法二:在4号楼的合适位置安装2面天线,实现对4号楼的3个单元进行覆盖。
3. RRU不同输出功率,覆盖效果对比3.1 20W以上输出功率覆盖效果采用垂直方向倾角下压45度,一副双极化天线覆盖对面中间单元的方式,信源分别设置不同功率(60W、40W、20W、10W、5W)对同一单元进行对比测试,测试结果显示:楼宇上半部分(18层以上)因距离天线较近,不需主瓣覆盖即可得到理想效果,但下半部分即使主瓣方向,覆盖效果也与功率关系较大,在信源设置20W时,除电梯阻挡严重的局部区域下载速率较低,其它区域下载速率均在15Mbps以上,最高速率。
实验一:天线技术仿真【实验目的】1、学会简单搭建天线仿真环境的方法,主要是熟悉Matlab软件的使用方法;2、了解对称振子基本原理;3、了解振子长度与波长的关系;4、通过天线的仿真,了解天线的方向图特性;【实验内容】1. 创建天线仿真模型;2. 分析天线的辐射场;3. 对天线的二维、三维方向图进行仿真;【实验仪器】1、装有windows系统的PC一台2、Matlab软件3、截图软件【实验原理及相关知识】1. 对称振子天线的辐射场对称振子天线是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线,特别是半波对称振子天线。
单个半波对称振子可单独使用或作为抛物面天线的馈源,也可采用多个半波对称振子组成各种天线阵。
图1 对称振子天线如图 1 所示,对称振子天线由两根长度均为的细导线构成。
由于中心馈电,所以在振子两臂上的电流是对称的,且呈正弦分布,并在上、下端点趋近于零,振子上的电流分布可表示为(1)式中为轴坐标的绝对值,为电流幅值,为振子长度的一半。
不同长度的对称振子上的电流分布如图2所示。
λ/2 3λ/4 λ 3λ/2图2 对称振子的电流如图 1 所示,在振子上距对称原点为处取一长度元,当 足够小时, 上流动的电流均匀分布且相位相同,可视为一个电偶极子,其远区辐射电场为'0'sin sin ()2jkRI dE jk l z edz Rθθλ-=- (2)为求得对称振子天线的辐射电场,可对式 (2) 进行积分运算,为保证积分能在简单的情况下进行,先对式 (2) 中变量进行分析。
式中的积分变量是 ,式中也随 变化,是 的函数,这样被积函数显得有点复杂,为此,可做些近似处理,在的情况下,射线与在振子附近可视为平行的射线,因此(3)在远区,由于和的值差别极小,因此在式 (2) 的分母中,可用 代替 ,但在相位项中 与 的微小差距将会引起较大的相位差,因此必须考虑式 (3) 给出的近似关系。
故式 (2) 变为(4)对式 (4) 进行积分得到利用积分公式得到对称振子天线的辐射电场(5)同理,可获得对称振子天线的辐射磁场(6)可见,对称振子天线的方向性函数为(7)(a)(b)(c) (d)图 3对称振子的方向图图 3 给出了四种不同长度的对称振子天线的方向图,可以看出当振子总长度小于1个波长时,天线的辐射场中没有副瓣。
天线实验报告天线实验报告导言:天线作为无线通信系统中重要的组成部分,其性能对通信质量和传输距离有着直接影响。
本实验旨在通过对不同类型天线的测试和比较,探究其性能差异和适用场景,为无线通信系统的设计和优化提供参考。
一、实验目的本实验旨在:1. 了解天线的基本原理和分类;2. 掌握天线的性能测试方法;3. 比较不同类型天线的性能差异;4. 分析天线的适用场景。
二、实验装置与方法1. 实验装置:本实验使用的装置包括信号发生器、功率计、天线测试仪、天线等。
2. 实验方法:(1)选择不同类型的天线进行测试;(2)使用信号发生器产生特定频率的信号;(3)通过功率计测量天线的接收功率;(4)使用天线测试仪测量天线的辐射特性。
三、实验结果与分析1. 天线类型比较:在本实验中,我们选择了常见的两种天线类型进行测试,分别是全向天线和定向天线。
全向天线是一种辐射特性均匀的天线,适用于无线通信中的广播和接收场景;定向天线则是一种辐射特性集中的天线,适用于需要远距离传输和定向接收的场景。
2. 天线性能测试:(1)接收功率测试:我们通过功率计测量了不同类型天线的接收功率,并进行了比较。
结果显示,全向天线在接收信号时具有较高的灵敏度,能够接收到较弱的信号;而定向天线则在特定方向上具有较高的接收增益,能够接收到更远距离的信号。
(2)辐射特性测试:使用天线测试仪,我们测量了不同类型天线的辐射特性,包括辐射图案和辐射功率。
结果显示,全向天线的辐射图案呈360度均匀分布,适用于无线通信中的广播场景;定向天线的辐射图案则在特定方向上具有较高的辐射功率,适用于需要远距离传输和定向发送的场景。
四、实验总结与展望通过本实验,我们对天线的性能进行了测试和比较,并分析了其适用场景。
实验结果表明,不同类型的天线具有不同的性能特点,适用于不同的通信需求。
全向天线适用于广播和接收场景,具有较高的灵敏度;而定向天线适用于远距离传输和定向接收场景,具有较高的接收增益。
实验四、电波天线特性测试一、实验原理天线的概念无线电发射机输出的射频信号功率,通过馈线输送到天线,由天线以电磁波形式辐射出去。
电磁波到达接收地点后,由天线接下来(仅仅接收很小很小一部分功率),并通过馈线送到无线电接收机。
可见,天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备,没有天线也就没有无线电通信。
天线品种繁多,以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。
对于众多品种的天线,进行适当的分类是必要的:按用途分类,可分为通信天线、电视天线、雷达天线等;按工作频段分类,可分为短波天线、超短波天线、微波天线等;按方向性分类,可分为全向天线、定向天线等;按外形分类,可分为线状天线、面状天线等;等等分类。
选择合适的天线天线作为通信系统的重要组成部分,其性能的好坏直接影响通信系统的指标,用户在选择天线时必须首先注重其性能。
具体说有两个方面,第一选择天线类型;第二选择天线的电气性能。
选择天线类型的意义是:所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求;选择天线电气性能的要求是:选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。
天线的方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去,基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。
天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力,这就是天线的方向性。
衡量天线方向性通常使用方向图,在水平面上,辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线,有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。
全向天线由于其无方向性,所以多用在点对多点通信的中心台。
定向天线由于具有最大辐射或接收方向,因此能量集中,增益相对全向天线要高,适合于远距离点对点通信,同时由于具有方向性,抗干扰能力比较强。
垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图。
立体方向图虽然立体感强,但绘制困难,平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。
天线的增益增益是天线的主要指标之一,它是方向系数与效率的乘积,是天线辐射或接收电波大小的表现。
电磁场与电磁兼容实验报告学号:姓名:院系:专业:教师:实验二:研究性教学利用仿真软件研究直线式天线阵的最大辐射方向实验时间:实验地点:一、实验目的学会使用仿真软件绘制直线式天线阵的最大辐射方向图,研究直线式天线阵的最大辐射方向。
二、实验原理和内容1、均匀直线式天线阵由N个相同的振子平行地以相等的间距排列在与各振子轴相垂直的一条直线上,各个振子上的电流振幅相等,而相位则以均匀的比例递增或递减,这种天线阵就称为均匀直线式天线阵。
2、方向性相乘原理天线阵的方向性函数为单个振子的方向性函数与阵因子的乘积。
方向性图也可以相乘。
均匀直线式天线阵的方向性:在赤道面内均匀直线式天线阵的方向性取决于阵因子3、最大辐射方向三、实验过程(使用Matlab仿真软件绘制阵因子图像)1、根据题目要求的频率fre=300MHz,根据公式lbd=c(波速)/fre求出波长lbd,根据公式k=2*pi/lbd求出波数k。
2、阵元数N=8,间距d为lbd/4,根据我的学号15212155,确定最大辐射方向为sita=pi/3,从而确定相位差为kesai=k*d*cos(sita)。
3、定义fai=k*d*cos(a)+kesai,它的物理意义是在与阵轴夹角为a的方向上远区观察处第(i+1)个阵元产生的场超前于第i个阵元产生的场的相位值。
4、将以上所有量代入阵因子表达式f=sin((fai)*(N/2))./(sin((fai)*(1/2))*N)中计算即可。
四、实验数据和结果902701800最大辐射方向60度的8元端射式阵因子H 面-0.4-0.500.5最大辐射方向60度的8元端射式阵因子三维图1、方向性图2、Matlab源程序:a=linspace(0,2*pi);b=linspace(0,pi);fre=300*10^6 %频率lbd=(3*10^8)/fre %波长k=2*pi/lbd %波数N=8 %阵元数d=lbd/4 %间距sita=pi/3 %最大辐射方向kesai=k*d*cos(sita) %相位差fai=k*d*cos(a)+kesaif=sin((fai)*(N/2))./(sin((fai)*(1/2))*N);figure (1)polar(a,-f);title('最大辐射方向60度的8元端射式阵因子H面'); y1=(f.*sin(a))'*cos(b);z1=(f.*sin(a))'*sin(b);x1=(f.*cos(a))'*ones(size(b));figure (2)surf(x1,y1,z1);axis equaltitle('最大辐射方向60度的8元端射式阵因子三维图');3. 在方向性图中确定主瓣宽度估算天线增益=pi/62700最大辐射方向60度的8元端射式阵因子H 面90270最大辐射方向60度的16元端射式阵因子H 面270最大辐射方向60度的32元端射式阵因子H 面用MATLAB 计算:G=10*log10(1/(sin(0.707*(pi/6))))解得:= 4.42五、 实验总结1、改变每幅天线馈电电流的相位可以控制最大增益的方向。
天线方向图实验实验指导书刘淑华刘玮信息对抗技术专业目录第一部分系统说明及试验原理 (2)一、系统组成 (2)二、系统硬件资源介绍及天线工作原理 (2)三、天线方向图测量方法 (4)四、注意事项 (4)第二部分实验项目 (5)实验一偶极天线方向图的测定 (5)第一部分实验系统简介一、系统组成本实验系统包含一个脉冲发生器、一个水平偶极天线、一个场强仪组成。
框图如图1所示。
图1 系统组成二、系统硬件资源介绍及天线工作原理1. 脉冲发生器脉冲信号发生器是能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器,可用以测试线性系统的瞬态响应,或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。
本实验中所用的脉冲发生器的型号为:可发射最高频率为2G的正弦波、方波等基本信号。
2. 水平偶极天线(1)天线的工作原理偶极天线用来发射和接收固定频率的信号。
偶极天线由两根导体组成,每根为1/4波长,即天线总长度为半波长。
所以偶极子天线叫半波振子。
偶极天线的振子可以水平放置,也可垂直放置。
它的方向图以馈电点为对称。
馈电点在半波振子的中心。
馈电点的阻抗为纯电阻,近似75Ω(约73Ω)。
偶极天线是短波和超短波波段中使用最为广泛的天线。
对于中心点馈电的对称振子天线,其结构可看做是一段开路传输线张开而成。
根据微波传输线的知识,终端开路的平行传输线,其上电流呈驻波分布,如果两线末端张开,辐射将逐渐增强。
当两线完全张开时,张开的两臂上电流方向相同,辐射明显增强,后面未张开的部分就作为天线的馈电传输线。
馈电时,在对称振子两臂产生高频电流,此电流将产生辐射场。
由于对称振子的长度与波长比拟,因而振子上电流幅度和相位已不能看作处处相等,所以对称振子的辐射场显然不同于电基本振子。
但是可以将对称振子分成无数小段,每一小段都可以看成电基本振子,则对称振子辐射场就是这些无数小段电基本振子辐射场的总和。
(2)天线的主要参数之一——天线方向图所谓天线方向图,是指在离天线一定距离处,辐射场的相对场强(归一化模值)随方向变化的图形,通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示(超高频天线通常采用与场矢量相平行的两个平面来表示,即E平面方向图,H平面方向图)。
天线实验报告(DOC)实验一 半波振子天线的制作与测试一、实验目的1、掌握50欧姆同轴电缆与SMA 连接器的连接方法。
2、掌握半波振子天线的制作方法。
3、掌握使用“天馈线测试仪”测试天线VSWR 和回波损耗的方法。
4、掌握采用“天馈线测试仪” 测试电缆损耗的方法。
二、实验原理(1)天线阻抗带宽的测试测试天线的反射系数(S 11),需要用到公式(1-1): )ex p(||0011θj Z Z Z Z S A A Γ=+-= (1-1)根据公式(1-1),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Z A 接近于所要求的阻抗Z 0(匹配),在天线工程上,Z 0通常被规定为75Ω或者50Ω,本实验中取Z 0=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(1-2)和(1-3)描述:||1||1Γ-Γ+=ρ (1-2) |)lg(|20Γ-=RL [dB](1-3) 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1-1中。
表1-1 工程上对天线的不同要求(供参考)(2)同轴电缆的特性阻抗本实验采用50欧姆同轴电缆,其外皮和内芯为金属,中间填充聚四氟乙烯介质(相对介电常数2.2r ε=)。
其特性阻抗计算公式如下:0b Z a ⎛⎫= ⎪⎝⎭ (1-4)式中 a ——内芯直径;b ——外皮内直径。
三、实验仪器(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。
课程名称电磁场与电磁波学院通信工程年级 2010 级专业通信班姓名 X X X学号 X X X时间 X X X一、实验目的:1、熟悉HFSS软件设计天线的基本方法;2、利用HFSS软件仿真设计以了解天线的结构和工作原理;3、通过仿真设计掌握天线的基本参数:频率、方向图、增益等。
二、实验仪器:1、HFSS软件三、实验原理:1、天线是用金属导线、金属面或其他介质材料构成一定形状,架设在一定空间,将从发射机馈给的视频电能转换为向空间辐射的电磁波能,或者把空间传播的电磁波能转化为射频电能并输送到接收机的装置。
2、天线能把传输线上传播的导行波变换成在无界媒介中传播的电磁波,或者进行相反的变变换。
在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。
无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统,凡是利用电磁波来传递信息的,都依靠天线来进行工作。
此外,在用电磁波传送能量方面,非信号的能量辐射也需要天线。
一般天线都具有可逆性,即同一副天线既可用作发射天线,也可用作接收天线。
同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。
这就是天线的互易定理。
四、 实验步骤:1、根据个人在班级的序号N ,设计一个工作频率为()[]GHz N f 102.020-⨯+=的41波长单极子天线,所用导线的直径为mm R 10=,长度为mm L 0的天线。
2、以频率上的长度0L 为基准,讨论当天线长度为()mm L 20±时,天线的谐振频率、带宽和方向图的变化。
3、在频率0f 上,讨论当天线直径0R 为mm 2和mm 3时,天线的谐振频率、带宽和方向图的变化。
4、结合工作生活实际,谈谈对天线的认识。
5、仿真图形如下:五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等):1、频率为2.44GHz,L=L0,R0=1mm①谐振频率:②三维方向图:③二维方向:2、频率为2.44GHz,L=(L0-2)mm,R0=1mm①谐振频率:②二维方向:3、频率为2.44GHz,L= (L0+2) mm,R0=1mm①谐振频率:②二维方向:4、频率为2.44GHz,L=L0,R0=2mm①谐振频率:②二维方向:六、实验结果及分析:由频率为2.44GHz,R0=1mm,L分别为L0、L0-2)mm、(L0+2) mm时的谐振频率曲线可以看出:①当天线长度小于初始长度L时,带宽的上下限截止频率都有所变大,但是带宽的大小无太大变化。
实验一 半波振子天线的制作与测试一、实验目的1、掌握50欧姆同轴电缆与SMA 连接器的连接方法。
2、掌握半波振子天线的制作方法。
3、掌握使用“天馈线测试仪”测试天线VSWR 和回波损耗的方法。
4、掌握采用“天馈线测试仪” 测试电缆损耗的方法。
二、实验原理(1)天线阻抗带宽的测试 测试天线的反射系数(S 11),需要用到公式(1-1):)ex p(||011θj Z Z Z Z S A A Γ=+-=(1-1)根据公式(1-1),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Z A 接近于所要求的阻抗Z 0(匹配),在天线工程上,Z 0通常被规定为75Ω或者50Ω,本实验中取Z 0=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(1-2)和(1-3)描述:||1||1Γ-Γ+=ρ(1-2)|)lg(|20Γ-=RL [dB](1-3)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1-1中。
表1-1 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|≤0.09或0.2 ≥21dB 或14dB 宽带(相对带宽20%以下) ρ≤1.5或2 |Γ|≤0.2或0.33≥14dB 或10dB 超宽带ρ≤2或2.5,甚至更大 |Γ|≤0.33或0.43≥10dB(2)同轴电缆的特性阻抗本实验采用50欧姆同轴电缆,其外皮和内芯为金属,中间填充聚四氟乙烯介质(相对介电常数 2.2r ε=)。
其特性阻抗计算公式如下:060ln r b Z a ε⎛⎫=⎪⎝⎭(1-4)式中 a ——内芯直径; b ——外皮内直径。
三、实验仪器(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。
天线方向图的测试
实验成绩指导老师签名
【实验目的】
(1)了解八木天线的基本原理
(2)了解天线方向图的基本原理。
(3)用功率测量法测试天线方向图以了解天线的辐射特性。
【实验使用仪器与材料】
(1)HD-CB-V 电磁场电磁波数字智能实训平台
(2)八木天线
(3)电磁波传输电缆
【实验原理】
八木天线的概念:由一个有源半波振子,一个或若干个无源反射器和一个或若干个无源引向器组成的线形端射天线。
八木天线有很好的方向性,较偶极天线有高的增益。
用它来测向、远距离通信效果特别好。
方向图是表征表示场强对方位角变化的极性图形,在本实验中,接收端用功率计来测量接收天线的辐射特性。
连接示意图:
【实验步骤】
首先将八木天线分别固定到支架上,平放至标尺上,距离保持在1米以上。
(一)发射端
1.将八木天线固定在发射支架上。
2.将“输出口2”连接至发射的八木天线。
3.电磁波经定向八木天线向空间发射。
(二)接收端
1.接收端天线连接至“功率频率检测”,测量接收功率。
2.调节发射与接收天线距离,使其满足远场条件。
3.将两根天线正对保持0度。
4.记录下天线的接收功率值。
5.转动接收天线,变换接收天线角度,记录下天线接收功率值。
实验一 半波振子天线的制作与测试一、实验目的1、掌握50欧姆同轴电缆与SMA 连接器的连接方法。
2、掌握半波振子天线的制作方法。
3、掌握使用“天馈线测试仪”测试天线VSWR 和回波损耗的方法。
4、掌握采用“天馈线测试仪” 测试电缆损耗的方法。
二、实验原理(1)天线阻抗带宽的测试 测试天线的反射系数(S 11),需要用到公式(1-1):)ex p(||011θj Z Z Z Z S A A Γ=+-=(1-1)根据公式(1-1),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Z A 接近于所要求的阻抗Z 0(匹配),在天线工程上,Z 0通常被规定为75Ω或者50Ω,本实验中取Z 0=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(1-2)和(1-3)描述:||1||1Γ-Γ+=ρ(1-2)|)lg(|20Γ-=RL [dB](1-3)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1-1中。
表1-1 工程上对天线的不同要求(供参考)(2)同轴电缆的特性阻抗本实验采用50欧姆同轴电缆,其外皮和内芯为金属,中间填充聚四氟乙烯介质(相对介电常数 2.2r ε=)。
其特性阻抗计算公式如下:0b Z a ⎛⎫=⎪⎝⎭(1-4)式中 a ——内芯直径; b ——外皮内直径。
三、实验仪器(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)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。
HFSS天线仿真实验报告半波偶极子天线设计通信0905杨巨U2009138922012-3-7半波偶极子天线设计半波偶极子天线仿真实验报告一、实验目的1、学会简单搭建天线仿真环境的方法,主要是熟悉HFSS软件的使用方法2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法3、通过天线的仿真,了解天线的主要性能参数,如驻波比特性、smith圆图特性、方向图特性等4、通过对半波偶极子天线的仿真,学会对其他类型天线仿真的方法二、实验仪器1、装有windows系统的PC一台2、 HFSS13.0软件3、截图软件三、实验原理1、首先明白一点:半波偶极子天线就是对称阵子天线。
2、对称振子是中间馈电,其两臂由两段等长导线构成的振子天线。
一臂的导线半径为a,长度为l。
两臂之间的间隙很小,理论上可以忽略不计,所以振子的总长度L=2l。
对称振子的长度与波长相比拟,本身已可以构成实用天线。
3、在计算天线的辐射场时,经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。
取图1的坐标,并忽略振子损耗,则其电流分布可以表示为:式中,Im为天线上波腹点的电流;k=w/c为相移常数、根据正弦分布的特点,对称振子的末端为电流的波节点;电流分布关于振子的中心店对称;超过半波长就会出现反相电流。
4、在分析计算对称振子的辐射场时,可以把对称振子看成是由无数个电流I(z)、长度为dz的电流元件串联而成。
利用线性媒介中电磁场的叠加原理,对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。
1 / 8半波偶极子天线设计电流元I(z)dz所产生的辐射场为图2 对称振子辐射场的计算如图2 所示,电流元I(z)所产生的辐射场为其中5、方向函数四、实验步骤1、设计变量设置求解类型为Driven Model 类型,并设置长度单位为毫米。
提前定义对称阵子天线的基本参数并初始化2、创建偶极子天线模型,即圆柱形的天线模型。
其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。
Harbin Institute of Technology天线技术实验报告姓名:班级:学号:院系:电信学院2014年5月实验一 天线方向图的测量一、 实验目的1、 通过实验掌握天线方向图测量的一般方法。
2、 喇叭口径尺寸对方向图影响,E 面、角锥喇叭与圆锥喇叭的比较。
二、 实验设备发射源:信号发生器、测量线、被测天线、发射天线、天线转台、检波器或微波小功率计等。
测量装置如图1所示。
发射天线 接收天线图1 天线方向图测试系统在接收端如有功率计,可直接用它测而不必用检波器,根据条件而定。
三、 实验原理测量方法:1、固定天线法:被测天线不动以它为圆心在等圆周上测得场强的方式。
2、旋转天线法:标准天线不动为发射天线,而待测天线为接收天线,而自身自旋一周所测的方向图。
本实验采用的是旋转天线的方法。
测量步骤:无论是固定测量或者旋转天线法,他们都是可动天线每改变一个角度(2°)记录下来一个数值(检波器或小功率计指示),改变一周即得到360度范围内的方向图。
测量要求:①测量天线时,收发天线应该保持水平和垂直方向上的对齐;②调节发射天线的衰减,使接受天线上的感应电流大于60mA ,以保证测得方向图的明显;③在旋转天线的测量平面时,应该将收发天线同时旋转,避免产生极化垂直的问题,使得无法测量。
四、 实验步骤固定在旋转盘上,待测天线旋转一周所测数据。
1、把待测天线即3公分波长的角锥喇叭固定在微波分光议的旋转盘上,再将标准喇叭固定在信号发生器上面,首先计算出两喇叭之间距离,其装置如图所示:发送接收图3 角锥喇叭实验装置2、首先将发射旋钮拨至等幅位置,这是接收端的指示器微安表应有指示,其大小可通过调整发射端的衰减,使得接收的指示器指针可达60-80uA左右。
3、使两喇叭在同一直线上而且在同一平面内。
4、测量:首先记下接收端微安表指示值,向左半平面旋转接收喇叭,每旋转一度,记下相应的电流表的指示,直到显示为零,然后向右半平面旋转,记下相应的数据,在坐标纸上画出方向图,计算出半功率角宽度,及有关角锥喇叭的各种参数。
Harbin Institute of Technology天线原理实验报告课程名称:天线原理院系:电信学院班级:姓名:学号:同组人:指导教师:刘北佳实验时间:2015/5/13实验成绩:哈尔滨工业大学一、实验目的1.掌握喇叭天线的结构、分类和特性参数。
2.掌握天线方向图的意义和测量方法。
3.对比分析几种天线的辐射特性和性能。
二、实验原理1.天线电参数天线电参数主要包括:方向图、方向性系数、有效长度、增益、效率、输入阻抗、极化、频带宽度。
1)方向图:天线的辐射电磁场在固定距离上随空间角坐标分布的图形,称为辐射方向图或辐射波瓣图。
2)方向性系数:在相同辐射功率,相同距离情况下,天线在某方向上的辐射功率密度与无方向性天线在该方向上的辐射功率密度之比。
3)有效长度:在保持天线最大辐射场强不变的情况下,假设天线上的电流为均匀分布时的等效长度。
4)增益:在相同输入功率,相同距离情况下,天线在某方向上的辐射功率密度与无方向性天线在该方向上的辐射功率密度之比。
5)效率:天线将导波能量转换成电波能量的有效程度。
6)输入阻抗:天线输入端呈现的阻抗值。
7)极化:天线在给定空间方向上远区无线电波的极化,即时变电场矢量端点运动轨迹的形状、取向和旋转方向。
8)频带宽度:天线电参数保持在要求范围内的工作频率范围。
2.喇叭天线喇叭天线由逐渐张开的波导构成。
按口径形状可分为矩形喇叭天线与圆形喇叭天线等。
波导终端开口原则上可构成波导辐射器,由于口径尺寸小,产生的波束过宽;另外,波导终端尺寸的突变除产生高次模外,反射较大,与波导匹配不良。
为改善这种情况,可使波导尺寸加大,以便减少反射,又可在较大口径上使波束变窄。
3.方向图测量(测试环境、最小测试距离、极化)测试环境:最理想的场地是自由空间,可以通过微波暗室来模拟,本次实验在实验室进行测量,测量过程中存在一定干扰;最小测试距离:实际测量中,发射天线到接收天线距离有限,为保证测量精度需规定被测天线入射波的幅度、相位条件来确定最小测试距离;极化:天线在给定空间方向上远区无线电波的极化,通常指天线在其最大辐射方向上的极化。
TD-LTE室内双极化天线测试报告目录1概述 (3)1.1背景描述 (3)1.2测试内容 (3)2实施方案 (4)2.1测试地点 (4)2.2测试环境搭建 (7)2.3测试预置条件 (8)2.4测试说明 (9)3测试准备 (10)3.1测试设备 (10)3.2测试人员联系方式..................................................................... 错误!未定义书签。
4项目测试 (11)4.1室内单极化天线2×2MIMO效果测试 (11)4.2TD-LTE单通道覆盖效果测试 (11)4.3室内双极化天线2×2MIMO效果测试 (12)5数据记录 (14)6测试结果分析与结论: (21)6.1测试结果分析............................................................................. 错误!未定义书签。
6.2测试结论 (25)1 概述1.1 背景描述TD-LTE的魅力在于高速数据与多媒体业务,而视频电话、视频流、游戏等高速数据业务一般都发生在室内环境中,这些业务功能都需要较大的系统容量和良好的网络质量。
由于室内分布系统是解决室内覆盖的主要方式,TD-LTE室内分布系统将是TD-LTE整个网络建设的重点之一。
LTE系统中引入了MIMO技术,多天线技术不仅能有效地改善系统容量及其性能,而且还可以显著地提高网络的覆盖范围和可靠性。
TD-LTE室内覆盖要实现MIMO功能,需增加一路天馈线,不管是新建一套分布系统或者共用原有分布系统,实施难度较大。
室内双极化天线的引入是实现TD-LTE实现MIMO 的一个新的建设方法,本次测试的目的即为了验证室内双极化天线实现MIMO 功能的效果和质量。
1.2 测试内容TD-LTE室内双极化天线测试主要是通过和单极化天线的效果对比来验证其性能,测试将从以下几个方面进行:1.室内单极化天线实现2×2MIMO方式的效果测试;2.TD-LTE单通道覆盖效果测试;3.室内双极化天线实现2×2MIMO方式的效果测试;测试和记录以上4种实现方式的无线信号质量指标和上传下载速率等业务指标,通过进行分析和比较,最后得出室内双极化天线实现TD-LTE的MIMO方式的效果评价。
天线与电波传播实验报告级队区队学员姓名学号实验组别3同组人无实验日期实验成绩实验项目:双极天线方向图仿真实验
实验目的:
1.熟悉matlab 的使用。
2.加深对双极天线工作原理的理解;
3.理解双极天线的方向性及天线臂长、架设高度对
天线方向性的影响;
实验器材:计算机一台、matlab 软件。
实验原理阐述、实验方案:
双极天线可以理解成架设在地面上的对称振子,因此,研究双级天线的性质(这里主要指方向性)可以分两步进行。
1.对称振子的方向性
(1)电基本振子的远区辐射场
如果对称振子的电流分布已知,则由电基本振子的远区辐射场表达式沿对称振子几分,就可以得到对称振子的辐射场表达式。
电基本振子的远区(满足kr>>1,即πλ<<2r )辐射场表达式如下:
⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫====θλπ=θλ=ϕθ-θ-ϕ0E E H H e sin r Il 60j E e sin r 2Il j
H r r jkr jkr (1-1)
式中:
I——电基本振子的电流;
l——电基本振子的长度;
r——远区中一点到电基本振子的距离。
根据远区辐射场的性质可知,Eθ和Hφ的比值为常数(称为媒质的波阻抗),所以,在研究天线的辐射场时,只需要讨论其中的一个量即可。
通常总是采用电场强度作为分析的主体。
(2)对称振子的电流分布
如果将细对称振子看成是末端开路的传输线张开形成,则细对称振子的电流分布与末端开路线上的电流分布相似,即非常接近于正弦驻波分布。
以振子中心为原点,忽略振子损耗,则细对称振子的电流分布为:
⎩⎨⎧≤+≥-=-=0
z )z l (k sin I 0z )z l (k sin I )z l (k sin I )z (I m m
m (1-2)
(3)对称振子的辐射场及方向函数
已知对称振子的电流分布后,将电基本振子的远区电场表达式沿对称振子进行积分,就可以得到对称振子的远区电场表达式。
图1双极天线及其坐标
建立上图的坐标系,即可得到对称振子的辐射场表达式:
dz e )z l (k sin sin r
e I 60j )(E cos jkz l l jkr m θ--θ⎰-θλπ=θjkr m e sin )kl cos()cos kl cos(I 60j -θ
-θλ=(1-3)
根据方向函数的定义,对称振子的方向函数如下:
θ
-θ=θ=θθsin )kl cos()cos kl cos(r /I 60)(E )(f m (1-4)
2.地面的影响
当天线并非架设在自由空间中,而是架设在地面上时,地面将对天
线的辐射场产生影响。
在电波频率较低、投射角较小的情况下,地面可以被看成是良导体。
此时,地面对天线辐射场的影响可用天线在地面以下的镜像来代替,即实际天线与其镜像组成了一个二元天线阵。
需要注意的是,如果天线是水平架设,则为副镜像,而如果是垂直架设,则为正镜像。
双极天线是水平架设在地面上,根据天线阵的分析理论,可得地面镜像因子为:
)
sin sin(2),(∆=∆kH f a ϕ(1-5)
式中:
H——天线架设高度;
∆——仰角。
3.双极天线的方向性
综上,双极天线的方向函数如下:
)
sin kH sin(2sin cos 1kl
cos )sin cos kl cos(),(f 22∆ϕ∆--ϕ∆=ϕ∆(1-6)
由表达式可知,双极天线的方向性除了和正常的方位参数(仰角∆,方位角ϕ)有关以外,还和天线的臂长l 及架设高度H 有关。
本次实验正是研究双极天线的参数(臂长及架高)对天线方向性的影响。
4.垂直平面和水平平面
由于天线是架设在地面上,为了便于研究天线的方向性,通常选取两个相互垂直的平面(垂直平面和水平平面)作为特定平面进行分析。
(1)垂直平面
ϕ=00的xOz 平面即为双极天线的垂直平面。
将ϕ=00代入式6,可得双极天线垂直平面的方向函数为:
)
sin sin(2cos 1),(∆∙-=∆kH kl f ϕ(1-7)
可见,臂长l 对垂直平面的方向性没有影响。
(2)水平平面
根据水平平面的定义,仰角∆为一个常量∆c,所以,双极天线水平平面的方向函数为:
)
sin sin(2sin cos 1cos )sin cos cos(),(22c c c kH kl
kl f ∆∆--∆=∆ϕϕϕ(1-8)
可见,架高H 对水平平面的方向性没有影响。
实验数据:
一、天线长度l 的影响。
二、天线架高H的影响。
实验结果分析:
一、天线臂长L只影响水平平面方向图,为保证天线在φ=0°方向辐射最强,应使天线一臂的电长度l/λ≤0.7,当l>0.7后,副瓣增大增多。
二、天线架设高度H只影响垂直平面方向图,天线架设不高(H/λ≤
0.3)时,在高仰角方向辐射最强;架设越高,第一波瓣仰角越低。
实验小结及建议:
1、matlab的使用并不简单,在学习和修改参数的时候一定认真细心,做好备份,以免弄错后找不回来。
2、对参数的修改采用控制变量法,不能一次修改两个参数。
3、做实验要多修改多发现,才能真正掌握双极天线的工作原理和影响参数。
教员评语:。