天线方向图

大连理工大学实验预习报告姓名：牛玉博班级：电通1202 学号：201201203实验六天线方向图测试本系统主要用于线天线E面方向图测试，可动态、实时绘制极坐标和直角坐标系方向图曲线，保存测试数据用于后续分析处理。

系统使用步骤示意如图0.1所示。

图0.1 系统使用步骤示意图1系统连接测试系统由发射装置、接收装置和控制器三大部分组成，三部分的连接示意如图1.1所示。

连接时注意信号线要根据待测工作频率接至对应端子，并将接收装置方向调整到正确姿态。

图1.1系统连接示意图发射装置包含400MHz 和900MHz 两个频点的发射电路和天线，如图1.2所示。

接收装置包含400MHz 和900MHz 两个频点的接收电路和天线，并具有天线旋转机构，如图1.3所示。

控制器利用触摸屏完成所有测试操作和方向图曲线的实时绘制，如图1.4所示。

图1.2 发射装置 图1.3 接收装置此处少一图（图1.4 测试控制器）、待发。

2 控制器操作2.1 打开控制器电源，等待系统启动，进入提示界面，如图2.1所示。

图2.1 方向图测试系统提示界面2.2点击界面任意位置，进入“实测方向图”界面，如图2.2所示。

图2.2 实测方向图界面2.3点击图2.2中的“频率选择”按钮，选择与硬件链接对应的工作频率。

2.4点击“天线长度”数字框，输入实际天线长度（单位为毫米），并按“确定”确认，如图2.3所示。

图2.3 天线长度输入界面2.5点击“机械回零”按钮，接收天线旋转，当到达机械零点基准点时，自动停止旋转，如图2.4所示。

注意：机械回零完成之前不要做其它操作！图2.4 机械归零界面2.6点击“归一化”按钮，接收天线旋转，搜索信号最大值，并提示“归一化进行中”。

当到天线旋转一周时，搜索结束，如图2.5所示。

注意：归一化完成之前不要做其它操作！图2.5 归一化界面2.7当图2.5中“归一化控制”区提示归一化完成时，点击“启动”按钮，天线旋转，测试开始。

大连理工大学实验预习报告姓名：牛玉博班级：电通1202 学号：201201203实验六天线方向图测试本系统主要用于线天线E面方向图测试，可动态、实时绘制极坐标和直角坐标系方向图曲线，保存测试数据用于后续分析处理。

系统使用步骤示意如图0.1所示。

图0.1 系统使用步骤示意图1系统连接测试系统由发射装置、接收装置和控制器三大部分组成，三部分的连接示意如图1.1所示。

连接时注意信号线要根据待测工作频率接至对应端子，并将接收装置方向调整到正确姿态。

图1.1 系统连接示意图发射装置包含400MHz 和900MHz 两个频点的发射电路和天线，如图1.2所示。

接收装置包含400MHz 和900MHz 两个频点的接收电路和天线，并具有天线旋转机构，如图1.3所示。

控制器利用触摸屏完成所有测试操作和方向图曲线的实时绘制，如图1.4所示。

图1.2 发射装置 图1.3 接收装置 此处少一图（图1.4 测试控制器）、待发。

2 控制器操作2.1 打开控制器电源，等待系统启动，进入提示界面，如图2.1所示。

发射装置 接收装置控制器电机线信号线图2.1 方向图测试系统提示界面2.2点击界面任意位置，进入“实测方向图”界面，如图2.2所示。

图2.2 实测方向图界面2.3点击图2.2中的“频率选择”按钮，选择与硬件链接对应的工作频率。

2.4点击“天线长度”数字框，输入实际天线长度（单位为毫米），并按“确定”确认，如图2.3所示。

图2.3 天线长度输入界面2.5点击“机械回零”按钮，接收天线旋转，当到达机械零点基准点时，自动停止旋转，如图2.4所示。

注意：机械回零完成之前不要做其它操作！图2.4 机械归零界面2.6点击“归一化”按钮，接收天线旋转，搜索信号最大值，并提示“归一化进行中”。

当到天线旋转一周时，搜索结束，如图2.5所示。

注意：归一化完成之前不要做其它操作！图2.5 归一化界面2.7当图2.5中“归一化控制”区提示归一化完成时，点击“启动”按钮，天线旋转，测试开始。

天线方向性图的测量[权威资料] 天线方向性图的测量对于一面发射天线，如果有另一面性能较好的接收天线相配合，就可以测定发射天线的发射方向图。

对于一面接收天线，如果有一面发射天线相配合，就可以测定接收天线的接收方向图。

只是在测定方向图时，不管被测的是发射天线还是接收天线，都需要有电动伺服系统，能够平稳地、连续地在方位面和俯仰面上进行调整。

用来配合测试的天线可以与被测天线处于同一地球站内，也可以处在地理位置相隔较远的地球站上。

这种测定天线方向性图的方法，称为“辅助地球站测量法”。

要想测定发射天线的方向性图，则与之配合的接收天线就是“辅助地球站”;要想测定接收天线，则与之配合的发射天线就是“辅助地球站”。

这种测量法与其它一些方法相比有以下优点:一是既能测接收方向图，又能测发射方向图;二是测量的角度范围比较大，能够测到远旁瓣;三是测量的结果比较准确，测量精度在可控范围内。

使用这种测量方法，不论是测量发射方向性图还是测量接收方向性图，都必须向卫星发射一个不加调制的单载波，且要求其频率和功率都十分稳定。

上行功率的确定要考虑两个方面的因素，一方面上行功率要足够大，以保证在天线转动到远旁瓣时仍能接收到信号;另一方面，上行功率又不能过大，避免使卫星转发器进入饱和状态，一旦转发器处于饱和状态，会影响方向性图在主瓣附近的细节，还会影响主瓣与旁瓣之间的电平关系。

如图1(a)所示，某天线在测试时因为上行发射功率太大导致转发器饱和，主瓣被压缩，主瓣与旁瓣的电平差不符合指标要求;而在调小发射功率后再测，结果就正常了，见图1(b)。

所以，确定上行功率时需要得到卫星测控站的帮助，只要确认在天线主瓣对准卫星时转发器未饱和即可。

上行功率的确定还要兼顾测试接收机的性能，以保证接收机工作在线性范围内，避免由于接收机的原因导致测量误差。

在测量中还需注意，尽可能不使用LNB(低噪声下变频单元)，而应使用LNA(低噪声放大器)，且放大器中不可启用AGC(自动电平调整)功能。

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。

相控阵天线方向推导及仿真1、推导线阵天线方向图公式一个接收线阵，由等间距为d 的N 个各向同性单元组成，那么在θ方向，相邻单元接收信号的相位差为Ф=2πdλsinθ，线阵排列情况如图1所示。

图1 线阵排列示意图因为天线辐射方向图可以由天线上各种各样电流源辐射的单独贡献进行矢量叠加而得出，故各单元电压和为：E a =sin (ωt )+sin (ωt +ϕ)+sin (ωt +2ϕ)+⋯+sin⁡[ωt +(N −1)ϕ]将等式两边同时乘以2sin⁡(ϕ2)，根据积化和差、和差化积等相关数学公式，可得到如下公式：2sin (ϕ2)E a =cos (ωt −ϕ2)−cos (ωt +ϕ2)+cos (ωt +ϕ2)−cos (ωt −32ϕ)+⋯+cos (ωt +2N −32ϕ)−cos⁡(ωt +2N −12ϕ)整理得，2sin (ϕ2)E a =cos (ωt −ϕ2)−cos (ωt +2N−12ϕ)⁡⁡=2sin⁡(ωt +N −12ϕ)sin⁡(N2ϕ) 最终得到场强方向图，E a =sin⁡[ωt +(N −1)ϕ2⁄]sin⁡(Nϕ2⁄)sin⁡(ϕ2⁄)平方归一化后，得到辐射方向图（阵列因子）：|G a (θ)|=sin 2[Nπ(dλ)sinθ]N 2sin 2[π(dλ)sinθ]上式中，当(dλ)sinθ=0,±1,±2,···±n 时|G a (θ)|取得相等的最大值，但是我们只期望看到(dλ)sinθ=0的情况，取其他值产生的栅瓣是我们所不想见到的，为避免这种情况，特令d <λ。

前面的公式中认定主瓣指向为0°，当主瓣指向θ0方向时，则各向同性单元线阵的归一化辐射方向图为：G (θ)=sin 2[Nπ(dλ)(sinθ−sinθ0)]N 2sin 2[π(d λ)(sinθ−sinθ0)]此时，由于−2≤sin (θ)−sin (θ0)≤2，故防止产生栅瓣的条件为d <λ2⁄。

第一篇：天线的方向图测量(设计性)试验理学院材料物理专业近代物理实验（设计性）试验报告2012年6月23号中国石油大学近代物理实验报告班级：材料物理10-2 姓名：同组者：设计性实验不同材质天线的方向图测量（measurement of antenna parameters）【中国石油大学（华东）理学院材料物理专业10-2 】摘要：天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。

任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。

但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。

天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。

研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。

我们知道电磁场满足麦克斯韦（Maxwell）方程组。

因此，求解天线问题实质上是求解满足一定边界条件的电磁场方程，它的理论基础是电磁场理论。

研究天线主要是得到天线的相关特性，天线特性一般由电路特性和辐射特性两个方面表征。

电路特性包括天线的输入阻抗、效率、频率宽度和匹配程度等；辐射特性包括方向图、增益、极化、相位等，为了达到最佳的通信效果，要求天线必须具备一定的方向性，较高的转换效率，以及满足系统工作的频带宽度。

根据无线电技术设备的任务不同，常常要求天线不是向所有方向均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接受能力），而是只向某个特定的区域辐射（或只接受来自特定区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是说，要求天线具有方向性。

天线所辐射的无线电波能量在空间方向上的分布，通常是不均匀的，这就是天线的方向性。

即使最简单的天线也有方向性，完全没有方向性的天线实际上不存在。

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。

卫星导航信号模拟器是一种高精度的标准信号源，可以为导航接收机的研制开发、测试提供仿真环境。

其中一个重要仿真项是导航接收机的天线方向图仿真。

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，天线方向图是衡量天线性能的重要图形，可以从天线方向图中观察到天线的各项参数。

设计并实现接收机天线方向图软件可以提供对天线方向图的简单建模，从而模拟真实的接收机天线，提高卫星导航信号模拟器的真实环境仿真能力。

本文结合业务需求，运用面向对象思想完成了软件开发，并在软件设计中引入设计模式，通过测试验证软件可行。

1 天线方向图软件概述天线方向图软件采用所见即所得的设计理念，分为命令区域、编辑区域、二维可视化区域、三维可视化区域。

在命令区域，可通过下拉菜单、工具栏也可以进行上镜像、下镜像、左镜像、右镜像操作；在编辑区域，用户可以对视窗内的数据进行编辑，可以进行单点改变、行改变、列该变、矩形改变；二维可视化区域用于显示天线方向图的平面效果；三维可视化区域显示天线在三维世界中的状态。

如图1所示：图 软件界面天线方向图软件涉及设计模式、OpenGL 、Qt 等技术，本文主要讨论该软件和设计模式相关的两个部分：多界面的显示同步和用户操作。

2 多界面的显示同步设计我们在对天线方向图的任何编辑操作，如点操作、行操作、镜像操作，同时要求在二维可视化区域、三维可视化区域、编辑区域同时得到显示。

这正是观察者模式能够解决的问题，这一模式中的关键对象是目标和观察者。

一个目标可以有任意数目的依赖它的观察者。

一旦目标的状态发生改变，所有的观察者都得到通知。

作为对这个通知的响应，每个观察者都将查询目标以使其状态与目标的状态同步。

天线方向图的UML 静态结构图，如图2所示。

图2 观察者模式在软件中应用和观察者模式有些差异的是，观察者接口有两个接口可以获取到当前状态更新，一个是数据本身发生改变，另一个是观察区域发生改变。

影响天线方向图测量有关因素分析Analyz ing Relative Factors on Antenna Radiation Pattern Measurement t田晓霞Tian Xiaoxia=作者简介>田晓霞,女,工程师。

工作单位:中国电子科技集团三十九研究所。

通讯地址:710065西安市电子二路84#信箱32分箱。

=摘要>本文着重讨论测试设备及相关因素对天线方向图测量的影响并提出改进措施。

=关键词>方向图旁瓣特性频谱仪=收稿时间>2004-06-071.引言天线方向图测量的目的是测定或检验天线的辐射特性。

天线的波束宽度、天线增益、天线旁瓣特性等多项技术指标由天线方向图确定。

可见天线方向图是天线的重要指标,国际电工委员会将它定为天线入网测试的主要指标之一。

由于天线方向图测量是系统工程,在天线测量过程中要尽可能排除内外界因素的不良影响,准确地测量天线方向图。

外界因素主要指测试环境:天线附近有无同频干扰源,天线正前方有无高大建筑物遮挡,是否满足远场测试条件(R\2D2/K,D为待测天线直径,K为工作频率)等。

内因指测量系统:测试设备是否精确,测试方法是否合理等。

本文主要讨论内因对天线方向图测量的影响。

2.测量系统构成天线方向图测量系统主要由源天线、扫频信号源、被测天线、ACU/ ADU(天线控制驱动单元)、LNA(低噪声放大器)、频谱仪、绘图仪和低耗同轴电缆线等构成。

测量系统方框如图1所示。

由系统框图可以看出,测量系统由多个单元组成,而频谱仪和驱动单元是方向图测量的主要设备。

图1用信标塔法测试天线方向图框图天线方向图是空间角度的函数,并用F(H,7)函数表征。

由于天线方向图是立体的,在实际测量中,常把方向性函数F(H,7)中的一个变量固定,就可以测量某一截面的天线方向图。

通常测量天线的方位方向图和俯仰方向图。

根据测得的天线方向图,利用式(1)计算天线波束宽度,利用式(2)计算天线增益。