Harbin Institute of Technology
天线原理实验报告
课程名称：天线原理
班级：
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同组人：
指导教师：
实验时间：
实验成绩：
注：本报告仅供参考
哈尔滨工业大学
一、实验目的
1. 掌握喇叭天线的原理。
2. 掌握天线方向图等电参数的意义。
3. 掌握天线测试方法。
二、实验原理
1. 天线电参数
(1).发射天线电参数
a.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。
b.方向性系数：在相同辐射功率，相同距离情况下，天线在该方向上的辐射功率密度Smax与无方向性天线在该方向上的辐射功率密度S0之比值。
c.有效长度：在保持该天线最大辐射场强不变的条件下，假设天线上的电流均匀分布时的等效长度。
d.天线效率：表征天线将高频电流或导波能量转换为无线电波能量的有效程度。
e.天线增益：在相同输入功率、相同距离条件下，天线在最大辐射方向上的功率密度Smax与无方向性天线在该方向上的功率密度S0之比值。
f.输入阻抗：天线输入端呈现的阻抗值。
g.极化：天线的极化是指该天线在给定空间方向上远区无线电波的极化。
h.频带宽度：天线电参数保持在规定的技术要求范围内的工作频率范围。
(2).接收天线电参数:除了上述参数以外，接收天线还有一些特有的电参数：等效面积和等效噪声温度。
a.等效面积：天线的极化与来波极化匹配，且负载与天线阻抗共轭匹配的最佳状态下，天线在该方向上所接收的功率与入射电波功率密度之比。
b.等效噪声温度：描述天线向接收机输送噪声功率的参数。
2. 喇叭天线
由逐渐张开的波导构成，是一种应用广泛的微波天线。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。
(1).H面扇形喇叭：若保持矩形波导窄边尺寸不变，逐渐张开宽边可得H面
扇形喇叭。
(2).E面扇形喇叭：若保持矩形波导宽边尺寸不变，逐渐张开窄边可得H面扇形喇叭。
(3).角锥喇叭：矩形波导宽边和窄边同时张开所形成的。
(4).圆锥喇叭：圆波导半径逐渐张开形成。
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，测量过程中由于各种反射折射及其他无线电波的干扰，对实验结果有一定干扰。
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。天线不能接收与其正交的极化分量，只有天线极化与来波极化一致时为极化匹配，接收机才可获得最大功率，极化失配时需乘以失配因子。
4. E面、H面、主瓣宽度等概念
(1).E面：通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面。
(2).H面：通过最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面。
(3).天线的极坐标方向图呈波瓣形。最大的波瓣叫做主瓣，其余的叫副瓣或旁瓣,与主瓣相反方向上的副瓣叫后瓣。
a.零功率点波瓣宽度：是指主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。
b.半功率点波瓣宽度：是指主瓣最大值两边场强等于最大场强的0.707倍的两辐射方向之间的夹角。
波瓣参数是辐射能量在空间分布的一种表征。
三、实验仪器
发射喇叭天线：楔形角锥喇叭
接收喇叭天线：H面扇形喇叭、E面扇形喇叭、楔形角锥喇叭、圆锥喇叭
功率显示器：电源、工作盘
四、实验步骤
(1).将发射角锥喇叭天线与接收喇叭天线（E面扇形喇叭）垂直固定于工作盘，使其在同一高度，并对准开口测E面方向图。
(2).左右旋转接收喇叭天线同时观察功率表找到最大值点，将该点对准刻度盘0°。
(3).向左旋转转盘，每转1°读一次示数并记录，读到电流变不再有示数显示为止。
(4).刻度盘归零，向右旋转转盘步骤同上一步。
(5).接收喇叭天线换成其他类型，测出数据，步骤同上。
(6).用matlab将所得数据换算成dB值并进行归一化处理。在OriginPro上输入数据，画出极坐标图。
五、实验数据
将测量得到的原始数据换算成dB,再进行归一化（减去每组最大dB值）处理后得到的dB数值如下。未测量得到的角度将其归一化dB值设为-50dB，此处仅列出测量后处理得到数值。
(1).E面喇叭
E面：
角度归一化功率角度归一化功率
0 -1.76931 348 -36.10918
1 -0.5557 349 -36.10918
2 -0.13606 350 -36.10918
3 0 351 -36.10918
4 -0.5557 352 -32.05453
5 -1.6093 353 -29.17771
6 -3.33773 354 -22.24624
7 -5.66395 355 -18.19158
8 -8.38329 356 -12.13023
9 -13.08333 357 -9.02868
10 -18.19158 358 -5.66395
11 -22.24624 359 -3.52821
12 -26.94627
13 -32.05453
14 -36.10918
15 -36.10918
16 -36.10918
H面：
角度归一化功率角度归一化功率
0 -0.93819 327 -42.04693
1 -1.10348 328 -42.04693
2 -1.4425 329 -42.04693
3 0 330 -35.11545
4 -1.79341 331 -35.11545
5 -2.15709 332 -35.11545
6 -2.53449 333 -35.11545
7 -2.9267 334 -31.0608
