天线与电波传播-手动测量天线方向图

### 天线与电波传播——手动测量天线方向图 #### 一、实验目的 本次实验的主要目的是让学生掌握如何手动测量天线的方向图，并理解天线方向图的基本原理及其重要性。具体包括： 1. **掌握测量接收天线电平大小的方法**：通过手动绘制方向图的方式，学习如何测量天线接收电平。 2. **了解天线方向图的基本原理**：深入理解天线方向图的概念、意义以及其在实际应用中的作用。 3. **使用功率测量法测试天线方向图**：通过功率测量的方法来了解天线的辐射特性，特别是天线的增益、波束宽度等关键指标。 #### 二、实验原理 1. **天线方向图的概念**：天线方向图是一种表示天线辐射强度随空间角度变化的图形。它能够直观地展示天线辐射的强弱分布情况。 2. **测量原理**： - **全向天线**：本实验使用的是全向天线，这种天线在水平方向上表现为无方向性，即360°均匀辐射；而在垂直方向上，则表现为具有一定宽度的波束。 - **功率测量法**：通过功率计测量接收天线在不同角度下的功率值，以此来描绘天线的方向图。波瓣宽度越小，天线增益通常越大。 #### 三、实验仪器 - **天线测量实训系统**：包含发射机和接收机，用于模拟真实环境中的天线通信。 - **全向天线**：用于接收和发射电磁波。 - **N型传输电缆**：用于连接天线与测量设备。 - **功率计**：用于测量接收天线的功率值。 #### 四、实验方法及步骤 1. **准备阶段**：将全向天线固定于支架上，并确保满足远场条件。 2. **连接设备**：使用N型电缆将待测天线与“RF OUT”端口连接，使电磁波信号能通过天线发射出去。 3. **接收信号**：接收天线接收信号，并将信号送至信号输入口。 4. **记录数据**：观察并记录接收机上显示的功率值。 5. **角度调整**：电动转动天线，记录不同角度下的功率值，直至完成360度旋转。 6. **数据分析**：根据记录的数据，使用打点法在坐标纸上描出每个点的位置，进而连接各个点，绘制出天线的主瓣及旁瓣。 #### 五、实验记录及数据处理 实验过程中记录了不同角度下的接收天线功率值。通过对这些数据进行处理，可以绘制出天线的方向图。例如，当天线旋转到10°时，功率值为-43.9 dBm；而当旋转到-10°时，功率值为-41.6 dBm。通过这样的方式，可以清晰地看到天线在不同方向上的辐射特性。 #### 六、误差分析及问题讨论 1. **测量设备的影响**：为了提高测量精度，需要确保所使用的测量设备具有足够的动态范围。可以通过提高信号源发射功率、使用低噪声放大器等方式来改善。 2. **电缆的影响**：电缆受挤压、接头或转换器之间的不匹配都可能导致测量结果出现误差。 3. **信号源输出功率稳定性**：若信号源输出功率不稳定，可能会导致接收信号出现突变。 #### 七、注意事项 1. **避免不必要的干扰**：设置好方向后，无需频繁操作发射开关，尤其是选择小功率发射模式时。 2. **人员活动限制**：发射过程中应避免人员走动，以减少实验误差。 3. **保持足够距离**：天线之间需保持至少1米以上的距离，以确保测量的准确性。 #### 八、心得感悟 本次实验不仅巩固了理论知识，还加深了对天线性质的理解。通过实际操作，对天线的工作原理有了更直观的感受。希望能够在未来的学习和工作中进一步探索天线技术及其在通信领域的应用。