第一篇：天線測量-時域應(yīng)用

三． 天線的增益和方向圖測量

在天線外場測試中，地面或周圍環(huán)境的反射要對增益和方向圖的測量結(jié)果帶來或大或小的誤差。

1． 測量誤差分析

圖3 天線測試示意圖

如圖3，兩相距D米，高度為H米的收發(fā)天線架設(shè)在反射系數(shù)為r的地面上。因天線的方向性，假設(shè)發(fā)射天線輻射到O點的場強是最大值的倍，接收天線接收到O點反射波場強是其最大值的倍。接收天線的接收場強由直射波場強E1和反射波場強E2構(gòu)成。

兩波的路程差為:(7)

假設(shè)直射波的場強E1歸一化為1，則

(8)

合成波的場強E為:(9)

A．增益的測試誤差分析

天線的增益測量一般采用比較法，因為被測天線往往與標準天線的形狀不一樣，即使這兩種天線架設(shè)在同一位置，相位中心也不一定重合，假設(shè)被測天線比標準天線距發(fā)射天線近L米，則兩波的路程差變?yōu)?

(10)

合成波的場強為:

(11)

引起的增益誤差為：

(12)

B．方向圖測試誤差分析

同樣的道理，天線在旋轉(zhuǎn)過程中，有時相位中心沒在轉(zhuǎn)軸上，假設(shè)相位中心距轉(zhuǎn)軸的距離為L，轉(zhuǎn)動的起始角在收發(fā)天線的連線上。

則兩波的路程差為:(13)

合成波的場強為:(14)

圖4 合成波隨天線間距變化關(guān)系 圖5 合成波隨被測天線旋轉(zhuǎn)變化關(guān)系

圖4中取k1=0.4 k2=0.5 r=0.9 H=3 f=1GHz； 圖5中取k1=0.8 k2=0.9 r=0.9 H=3 D=10 L=0.2 f=1GHz。如果只有直射波，歸一化場強為1；可看出反射波帶來±0.4倍（±2dB）左右的誤差。誤差可以通過減小地面反射系數(shù)，增加天線架設(shè)高度和提高發(fā)射天線的增益來減小，但很多時候不容易做到，最徹底的方法是采用時域技術(shù)去掉反射。

2． 時域應(yīng)用方法

反射給我們的方向圖測試結(jié)果造成誤差，我們現(xiàn)在用安立公司的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀MS4623B加時域功能OPTION2把它濾掉，其具體的方法是：

A．根據(jù)天線的架設(shè)情況計算出反射波與直射波的路程差和時延大小。比如：當D=10m,H=3m時，反射波與直射波的路程差為1.66m，時延為5.53E-9秒。

B．首先在頻域內(nèi)測量，根據(jù)實際選擇對應(yīng)的頻率測量范圍。

在DOMAIN菜單下選擇FREQUENCY SET UP中的RANGE SET UP，用CENTER、SPAN設(shè)置。

C．VNA通過傅立葉反變換計算到時域。

按鍵APPL，DOMAIN將DISPLAY中TIME/DISTANCE選擇為TIME，再選擇TIME BAND。

D． 在時域中設(shè)置“門”，選擇需要通過或需要去除的響應(yīng)。

通過GATE SETUP設(shè)置CENTER 和SPAN，去除延時的反射波。

E． 設(shè)置好后，讓測試系統(tǒng)每轉(zhuǎn)動一個角度，掃描記錄一次數(shù)據(jù)。

同時測得一個頻帶內(nèi)多頻點方向圖數(shù)組。

除了扣除一些指定的多余信號響應(yīng)外，我們也可以運用ANTI-GATING功能只保留指定信號以外的的響應(yīng)，其操作方法和GATE基本相同，只需要在GATE中的SPAN選擇負值即可，這樣就保留主要信號的響應(yīng)而把其余一些信號響應(yīng)均去除掉。

四． 總結(jié)

隨著現(xiàn)代電子測試技術(shù)的進步，許多以前無法測試或者無法精確測試的難題現(xiàn)在逐步的得到解決，上面的儀器功能和測試方法就是個例，矢網(wǎng)的時域功能對天線測試是非常實用的功能，把它介紹出來，供大家參考使用。

參考資料:

1.《天線測量》林昌祿著 MS462X矢網(wǎng)指南(Anritsu)

3.Time Domain for Vector Network Analyzers Application Note(Anritsu)

第二篇：大型反射器天線測量

· 52 ·測控與通信2012年第1期

大型反射器天線測量

翟愛芬張博文

（中國電子科技集團公司第39研究所西安710065）

摘要天線交付用戶之前需要確定天線的各項指標，通過天線測量獲得各種必須的數(shù)據(jù)。介紹了大口徑天線不同參數(shù)的測量，美國NASA深空網(wǎng)（DSN）70m卡塞格倫天線、烏克蘭70m格利高里天線及日本64m波束波導天線的測量。

關(guān)鍵詞大型天線參數(shù)測量經(jīng)緯儀微波全息攝影

The Measurement of Large Reflector Antennas

Zhai Aifen, Zhang Bowen

(No.39 Research Institute of CETC, Xi’an 710065, China)

Abstract：The main factors of an antenna should be measured before it is delivered to the user.The required data are obtained by antenna measurement.The measurement of large aperture antenna factors is presented and the measured examples of the NASA DSN 70m Cassegrain antenna, Yevpatoria 70m Gregorian antenna in Ukraine and Usuda Cassegrain 64m in Japan are introduced.Key words：large aperture antenna, factor measurement, theodolite, holography

0引言

天線設(shè)計制造完成后，能不能實際應(yīng)用，最可靠的辦法是進行實際測量。而測量的結(jié)果又常常用于驗證理論和檢驗天線結(jié)構(gòu)，為今后制造同類型的天線提供經(jīng)驗。

經(jīng)緯儀用來測量安裝在每塊面板角上的靶標的角度。面板安裝好之后，用打孔鋼帶在天線面板上鉆孔，作為旋轉(zhuǎn)靶標的模板。經(jīng)緯儀測量中的誤差包括靶標位置測量的角度誤差和到目標半徑距離誤差。

到目前為止，用經(jīng)緯儀測量的最大誤差源是用打孔鋼帶導致的半徑距離測量誤差。如果用激光測距儀替代打孔鋼帶測量半徑，均方根測量誤差可以從0.3mm提高到0.2mm。通常使用經(jīng)緯儀進行初裝后的面板調(diào)整，微波全息攝影用于描述主反射面表面特性。美國航空航天局（NASA）的深空網(wǎng)（DSN）70m天線用瑞士Leica Geosystems公司的TDM-5000全站儀（也稱電子速測儀）進行了測量。這種經(jīng)緯儀測量垂直和水平角及距離并將測量數(shù)據(jù)下載到計算機中，計算機將球坐標轉(zhuǎn)換到笛卡爾坐標，并可用指令驅(qū)動儀得到1個期望的觀測角[1]。

作者簡介 翟愛芬 女，1987年畢業(yè)于西安電子科技大學。主要從事情報研究工作。

1測量參數(shù)

大型天線測量包括機械性能和電氣性能測量。機械性能包括面板精度、重力變形等，主要電氣性能參數(shù)是輻射方向圖。對于大口徑天線來說，最大的挑戰(zhàn)是天線的表面精度和重力變形測量。

1.1機械性能測量

天線制造完成后首先需要測量的是面板精度，一般用經(jīng)緯儀或微波全息攝影技術(shù)。

1）經(jīng)緯儀測量

經(jīng)緯儀用于天線面板安裝后的初次調(diào)整。收稿日期：2011年11月1日

第三篇：廣播電視發(fā)射天線技術(shù)及應(yīng)用

廣播電視發(fā)射天線技術(shù)及應(yīng)用

摘 要近年來，隨著科學信息技術(shù)的發(fā)展，在廣播電視行業(yè)中廣播電視技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并在具體的實踐活動中推動了我國廣播電視行業(yè)的迅猛發(fā)展。就其基本構(gòu)成來看，廣播電視發(fā)射天線技術(shù)是極為重要的因素和環(huán)節(jié)，以有效實現(xiàn)廣播電視信號在接收環(huán)節(jié)的優(yōu)化和提升，并且為廣電工程在天線參數(shù)設(shè)置和具體的設(shè)計環(huán)節(jié)提供科學、合理的依據(jù)，使其在廣播電視行業(yè)中得到推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 廣播電視技術(shù)；發(fā)射天線技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）165-0098-01

在具體的生活實踐中，無線電視和廣播是人們進行信息資源獲取的常用途徑。而這個進行信息獲取的過程通常涉及到信號的接收問題，但通常無線信號的接收一般是通過電視天線來完成的，就我國的當前實際來看，廣播電視發(fā)射天線技術(shù)在具體的應(yīng)用中所采取的是一種全新科學設(shè)計的發(fā)射裝置，同傳統(tǒng)性的發(fā)射天線相較而言，在科學技術(shù)的推動和升級改造下，能夠在具體的應(yīng)用中實現(xiàn)高質(zhì)量、低消耗、少問題的建設(shè)目的。在這樣的設(shè)備應(yīng)用中，標志著廣播發(fā)射技術(shù)也隨著信息技術(shù)的發(fā)展邁入數(shù)字化的建設(shè)時代，使得廣播電視發(fā)射天線技術(shù)成為全新型的傳播技術(shù)。廣播電視發(fā)射天線工作原理

廣播與電視機構(gòu)的發(fā)射端以電磁波的形式進行信號發(fā)射之后，接收端通過接收裝置對相關(guān)信號進行系統(tǒng)性的處理和轉(zhuǎn)換，再通過不同的接收設(shè)備來接收不同的、清晰優(yōu)秀的圖像和聲音。這樣的過程就是廣播電視的具體工作過程[1]。在一個完整的工作過程創(chuàng)設(shè)中，進行信號電磁波的發(fā)射是天線的主要功能，通過先進化設(shè)備的支持，在相對簡單的處理過程中實現(xiàn)對信號的轉(zhuǎn)換和傳播。由此可見，天線的工作原理體現(xiàn)在將接收環(huán)節(jié)的短信號波轉(zhuǎn)換為電磁波的形式并通過介質(zhì)的支持實現(xiàn)有效的傳播。廣播電視發(fā)射技術(shù)

2.1 廣播發(fā)射技術(shù)

就我國當前的基本應(yīng)用來看，立體聲調(diào)頻是在調(diào)頻廣播機構(gòu)的發(fā)射端所較常使用的發(fā)射裝置，在具體應(yīng)用中，其發(fā)射裝置具有多樣性的發(fā)射功能。通過有效的立體聲實現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)頻管理，并且能夠在單聲道立體的調(diào)頻應(yīng)用中實現(xiàn)對多種節(jié)目的管理，使得在具體的應(yīng)用中能夠使有廣播機構(gòu)發(fā)射端發(fā)射的信號更加穩(wěn)定，并且在具體的應(yīng)用中功率更高且應(yīng)用噪音更小[2]。

2.2 電視發(fā)射技術(shù)

電視發(fā)射端進行系統(tǒng)性的裝置應(yīng)用中最為頻繁的是電視發(fā)射機，此外，還包含著具體應(yīng)用中的檢測調(diào)節(jié)設(shè)備和控制設(shè)備等。其基本的工作原理是電視發(fā)電機在整體性的處于低電平的狀態(tài)下，將電視裝置設(shè)備調(diào)制到中頻狀態(tài)，并通過變頻器的應(yīng)用將大功率的射頻信號波進行挑選，并將這些信號通過饋線的傳輸作用發(fā)送至電視接收天線，由天線的作用之后進行一定程度的接收和轉(zhuǎn)換，最后以電磁波的方式傳輸?shù)叫盘杺鞑サ闹贫ㄒ?guī)劃區(qū)域，然后在區(qū)域內(nèi)的接收裝置設(shè)置，有效的通過音頻和圖像的方式通過電視媒體的介質(zhì)得以呈現(xiàn)。廣播電視發(fā)射天線技術(shù)的應(yīng)用

隨著人們生活水平的不斷提高，在日常的生活應(yīng)用中，電視和廣播已經(jīng)是我們進行信息獲取的有效渠道，所以，在不斷的發(fā)展進步中，人們對于具體應(yīng)用環(huán)節(jié)的廣播電視發(fā)射技術(shù)也有了更高的要求，以滿足人們對于信息獲取的要求。

3.1 應(yīng)用現(xiàn)狀分析

在相關(guān)部門在對廣播電視行業(yè)內(nèi)的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在我國當前社會發(fā)展中的大中型城市應(yīng)用中，在具體的生活建設(shè)中，廣播電視發(fā)射天線技術(shù)得到了廣泛且大量的應(yīng)用，并在社會經(jīng)濟和科學技術(shù)以及行業(yè)的發(fā)展建設(shè)中朝著小城市的方向發(fā)展和蔓延，并不斷的推廣和應(yīng)用。于廣播電視技術(shù)的發(fā)展而言，科學技術(shù)的發(fā)展推廣和具體應(yīng)用使得其在應(yīng)用范圍中的建設(shè)不斷的拓展和增強，并且在全新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用下，實現(xiàn)了傳統(tǒng)發(fā)展技術(shù)和信號傳輸方式的變革和推廣，并對相關(guān)的接收信號進行合理的優(yōu)化處理，以確保整體運行中信號的接收質(zhì)量和傳輸畫面的質(zhì)量高效性[3]。

在基本的應(yīng)用發(fā)展中，在整體運行和發(fā)展環(huán)境推動下，技術(shù)革命和材料革命的有效開展使得廣播電視發(fā)射天線技術(shù)的應(yīng)用和推廣得到了更加有效的支持和管理，使得在具體信號傳輸中的頻道傳輸更加的廣泛，進而也確保了整體通訊容量的拓展性，并且在基本的傳輸建設(shè)過程中，使得信號間的信號干擾不斷減少，這也就確保了信號傳輸過程中的抗干擾能力，保證最后傳輸?shù)恼w質(zhì)量。

3.2 縫隙天線

在具體應(yīng)用表現(xiàn)方面，縫隙天線有廣泛的應(yīng)用，在基本的應(yīng)用中，縫隙天線是通過導體體面的分裂而形成，所以，在一般情況下又稱為開槽天線。就具體的表現(xiàn)來看，矩形狀是縫隙天線最常見的表現(xiàn)狀態(tài)和形式，其長度一般為整體波長的1/2?？缃有问绞强p隙天線的有效傳播方式，能夠在窄邊饋電的方式下實現(xiàn)信號的合理有效傳播，在微波波段的通信雷達和電子對抗以及導航設(shè)備，甚至是高速運行的飛行器設(shè)計方面實現(xiàn)有效的應(yīng)用。另外，因為縫隙天線在基本構(gòu)造方面相對簡單化，所以在對一些口徑場的具體分布的控制也相對方便快捷，使其在實際生活中得到廣泛的應(yīng)用。

3.3 蝙蝠翼天線

通常而言，蝙蝠翼天線又稱為正交振子天線，是具體應(yīng)用中相當普遍的形式，主要通過兩個正交對稱卻又無差別的半波進行振子對的構(gòu)成和組合，同理而言，可以實現(xiàn)對電流的激勵控制。蝙蝠翼天線在具體的平面處理工作中，通過圓極化同法線的整體方向相一致，而線極化在一般情況下則處于輻射場之外。在具體的應(yīng)用中，處于水平對稱狀態(tài)的振子會因為對稱面的面積偏大，能夠保證整體過程中同步頻道狀態(tài)下信號的優(yōu)良匹配性。這樣的基本工作運行原理確保了電波在通過電視的介質(zhì)傳播時對電視的屏幕畫面不會出現(xiàn)重影的現(xiàn)象，進而使得廣播和電視信號在接收過程和具體展現(xiàn)時的效果更加的理想和有效[4]。

在具體的應(yīng)用中，蝙蝠翼體現(xiàn)在整體表現(xiàn)上有駐波系數(shù)較小而同頻帶寬較大的特點，所以，在具體的應(yīng)用中，沒有實現(xiàn)具體介質(zhì)的絕緣子保護，也能有效確保振子和整體天線之間信號傳輸和應(yīng)用的可靠性和穩(wěn)定性。所以，在現(xiàn)今社會發(fā)展和人們對于廣播電視的需求而言，蝙蝠翼的應(yīng)用在不斷的推廣和完善。結(jié)論

在社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展和推動下，廣播電視發(fā)射天線技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)化和信息化的推廣變革下實現(xiàn)了具體發(fā)展中的機遇建設(shè)，并在新技術(shù)和新材料的更新?lián)Q代下推動著廣播電視發(fā)射天線技術(shù)的更新和前進，實現(xiàn)行業(yè)內(nèi)的整體完善和提升，以及各個層面的進步。近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和推動，人們對于廣播電視的質(zhì)量要求也在不斷提升和強化，使得具體應(yīng)用技術(shù)也在更新和完善，以確保信號在通過介質(zhì)的傳播之后確保播放環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性和質(zhì)量性，以更好地滿足人們對于具體生活實際的服務(wù)有效性，確保服務(wù)質(zhì)量的合理有效性。

參考文獻

[1]孫春茂.淺析廣播電視發(fā)射天線技術(shù)及應(yīng)用[J].科技風，2013（10）：127.[2]聶麗芬.廣播電視發(fā)射天線技術(shù)及其應(yīng)用研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014（33）：55-56.[3]苗斌.廣播電視發(fā)射天線技術(shù)及應(yīng)用[J].西部廣播電視，2015（8）：224-225.[4]席鶴鵬.廣播電視發(fā)射天線技術(shù)與其應(yīng)用[J].西部廣播電視，2015（13）：243-244.

第四篇：納米天線的超常特性及應(yīng)用

納米天線的超常特性

都世民

最近筆者發(fā)現(xiàn)有多則科技報道與納米光學天線有關(guān)。為此從百度文庫、道客巴巴文庫、光明網(wǎng)、科學網(wǎng)、騰訊網(wǎng)、國家納米研究中心網(wǎng)、中科院納米研究中心網(wǎng)等，查詢納米光學天線有關(guān)資料，分析整理后，對有關(guān)問題進行一些討論。

近日，武漢大學電子信息學院，用一種新穎的反射式金納米天線陣列，成功應(yīng)用於激光全息領(lǐng)域。這是一種在襯底表面加工出超薄金屬微納結(jié)構(gòu)材料，與光波相互作用，呈現(xiàn)出一些超常特性。武漢大學鄭國興與伯明翰大學教授張霜開展合作，在實驗中不僅捕捉到令人滿意的愛因斯坦激光全息圖像，而且實現(xiàn)了高達80%的實測衍射效率。這一成果超越了傳統(tǒng)材料的激光全息水平，而且工藝流程大大簡化——僅需一步光刻工藝。

另據(jù)報道，蘇格蘭大學物理學聯(lián)盟高校的科學家，在實驗室內(nèi)成功降低了光的速度，即便光子回到自由的空間中，仍然以較低的速度運行。在自由空間中光速接近每秒30萬公里，當光通過諸如冰體、玻璃等材料時，光速會出現(xiàn)降低，但只要它再次返回自由空間中，其速度就會回歸正常。

美國伊利諾斯大學厄本那—香檳分校一個研究小組基曼尼·圖森特,用已制作好的納米陣列結(jié)構(gòu)，在電子掃描顯微鏡下，調(diào)整陣列，實現(xiàn)對等離子光學性質(zhì)進一步重組。因此人們能在制作好之后，決定所需的納米結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對光波的控制。

這種納米天線陣列為柱-領(lǐng)結(jié)納米天線（p-BNA）陣列模板，每根直徑約250納米，用金制作成領(lǐng)結(jié)狀柱塊，“領(lǐng)結(jié)”下墊有500納米高的玻璃柱。用掃描電子顯微鏡（SEM）發(fā)出的電子束，可以讓單根或多根p-BNA子陣列，以60納米/秒的速度變形。在電子束的激發(fā)下，等離子推動納米天線陣列，使其出現(xiàn)明顯變形，這在金粒子之間形成納牛（10的負9次方牛）量級的受力差異。

2015-03-05，中國科學技術(shù)大學設(shè)計了一類尺寸為50納米，且具有內(nèi)凹型結(jié)構(gòu)的金屬鈀納米材料，通過降低結(jié)構(gòu)對稱性和增大顆粒尺寸，使其能夠在可見光寬譜范圍內(nèi)吸光，吸光后的光熱效應(yīng)足以為有機加氫反應(yīng)提供熱源。納米結(jié)構(gòu)的尖端棱角處具有超強的聚光能力從而產(chǎn)生局部高溫。

內(nèi)外科技專家上述研究進展，這些成果很受關(guān)注。無論是軍用或民用上，這些成果的轉(zhuǎn)化都可能產(chǎn)生顛覆性影響。其應(yīng)用前景十分廣闊。當然這些領(lǐng)域的研究是相互交叉的，有一個較長時期的融合過程。將會在哪些方面出現(xiàn)巨大變化，還需試目以待。這是筆者關(guān)注的原因之一。另外，筆者從事天線技術(shù)五十年，專業(yè)上愛好和興趣也是一個原因。

納米光學天線的基本關(guān)注點

[size=14.0000pt]1.納米光學天線最小尺寸

納米光學天線與傳統(tǒng)天線比較，首先在維度上是最小尺寸。1985年，wessel教授基于金屬小顆粒能有類似于傳統(tǒng)天線接收入射電磁波的屬性，最早提出光學天線的概念。隨后，Pohl教授對這種類似性進行系統(tǒng)的討論，通過比較近場光學探針與傳統(tǒng)天線的相似性，得出傳統(tǒng)天線理論可以應(yīng)用于近場光學。由于光學偶極子天線諧振長度遠遠小于入射光半波長，這與傳統(tǒng)天線理論相悖，Novotny教授用有效波長的概念解決了該問題。

2010年03月17日新華網(wǎng)報道：日本廣島大學的研究小組日前開發(fā)出納米級超小型天線.天線寬75至125納米、長500納米，相當于把普通電視天線縮小到百萬分之一。構(gòu)成天線的5根“枝杈”是用金制作的，固定在透明的氧化硅板中。這種天線能夠收發(fā)波長為400至800納米的電磁波。納米光學天線是自赫茲發(fā)明天線以來，所有天線中最小天線，它的工作頻段進入光頻段，即THz。然而納米天線進入光頻段，出現(xiàn)一些超常特性。2.納米光學天線的超常特性

天線是接收和輻射電磁能的工具，具有非常廣泛的應(yīng)用，在光學波段可以利用光學天線在納米尺度對光波進行調(diào)控。基于表面等離子體共振的納米光學天線的一個獨特性質(zhì)是約束場。一個很小金屬顆粒受光激后，經(jīng)常被看作一個偶極子天線，納米粒子可以通過外場的激發(fā)，而成為光源,并擁有其獨特的光學性能。納米天線對特定波長的輻射，具有強吸收和強散射的特性，該特性與粒子的大小、形狀、介質(zhì)環(huán)境等因素緊密相關(guān)。

當表面等離子體諧振時，納米金屬粒子的極化作用明顯增強，誘發(fā)的偶極子也極大地增強，這也導致電磁場大大增強。這種性能常常被用來增強某些光學過程的弱輻射截面,如拉曼散射、熒光現(xiàn)象或者提高非線性光學響應(yīng)。這種性能與微波線天線受外場激勵后，在諧振狀態(tài)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流在平行極化時，會使天線輻射場明顯增強，這兩者有相類似的現(xiàn)象。A.頻譜調(diào)控：

據(jù)科學時報2010年1月27日報道：中國科學技術(shù)大學科研人員發(fā)現(xiàn)：無線電通信天線尖端尺寸減少到納米量級，并非常接近另一金屬表面而形成一個納米腔室時，就可以調(diào)控局域等離激元諧振模式，來對腔內(nèi)熒光體的發(fā)光特性進行有效控制，在光頻區(qū)實現(xiàn)新奇的電光效應(yīng)：電致熱熒光、上轉(zhuǎn)換發(fā)光和“彩色”頻譜調(diào)控。這些發(fā)現(xiàn)及其隱含的物理機制，揭示了局域的納腔等離激元場，可以作為一種近場相干光源，在光電耦合與轉(zhuǎn)化過程中，起著至關(guān)重要的調(diào)控與放大作用，為納米光電集成提供了新的思路。B.實現(xiàn)高增益單波束輻射：

單向納米天線可以為任何無方向性的光發(fā)射器（如微激光器、納激光器或等離子激光器（Spasers），甚至量子點）引入方向性。立方體天線通過精確控制光束寬度與方向，實現(xiàn)光會聚。特殊結(jié)構(gòu)的納米天線能夠改變與其相耦合的點光源的方向性，甚至可實現(xiàn)高增益單波束輻射。調(diào)天線單元間距可實現(xiàn)對光束指向的微調(diào)。

C.利用非對稱光學縫隙納米天線，可以調(diào)控光的耦合和輻射方向。

D.圓偏振光的調(diào)控: 利用L形光學縫隙納米天線，通過調(diào)節(jié)天線尺寸來改變兩個相互正交的線偏振的不同模式的相位，可以獲得90度的相位差和近似相等的強度，從而實現(xiàn)圓偏振光。

E.增強自發(fā)光輻射： 用由金制成的外部天線，來增強銦鎵砷磷(InGaAsP)制成的納米棒的自發(fā)光輻射，可增加115倍。

F.產(chǎn)生開關(guān)效應(yīng): 由北京大學物理學院、美國Rice大學、國家納米科學中心、北京大學前沿交叉學院共同合作完成的“導電襯底金屬九聚體納米天線結(jié)構(gòu)Fano共振開關(guān)效應(yīng)”.G.改變納米天線尺寸與波長的關(guān)系: 使用不規(guī)則碎片形狀，可改變納米天線尺寸至非常小，或增大至人類頭發(fā)的寬度.H.改善天線的性能: 使用3D打印技術(shù)制成的半球立體天線,其性能比普通的單極天線高一個數(shù)量級，同時也能大大減小納米天線尺寸，不足波長的十二分之一.I.創(chuàng)建負折射現(xiàn)象來控制光的偏振: 2011年12月26日 ,科技日報報道：(http://004km.cn)實驗證明，纖細的等離子體納米天線陣列能采用新奇的方式對光進行精確地操控，改變光的相位，形成負折射現(xiàn)象.通過改變光的相位，能顯著改變光的傳播方式，同一種光波通過折射率不同的物質(zhì)時，相位就會發(fā)生變化。創(chuàng)建負折射現(xiàn)象，也可以控制光的偏振。有別于經(jīng)典的折射和反射定律。普渡大學的科研團隊制造出了這種納米天線陣列，光波波介于1微米(百萬分之一米)到1.9微米之間的近紅外光附近，大大改變了光波的相位和傳播方向。J.控制和引導吸收光的能量: 據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)2011年7月10日報道，加拿大科學家從植物的光合作用裝置——捕光天線中獲取靈感，研制出了新型納米捕光“天線”，它能控制和引導吸光能量。這是整合在DNA（脫氧核糖核酸）和半導體研究兩方面的先進成果，發(fā)明了這種方法，讓某些類型的納米粒子相互依附在一起，自我組裝成最新的納米天線復合物，并將這種由量子點自我組裝而成的材料命名為“人造分子”。令人吃驚的是，這種天線能自我組裝而成，用篩選出來的特定DNA序列包裹不同類型的納米粒子，將其整合在一起。隨后按照自然規(guī)律，自我組裝成擁有特定屬性的類似于分子的納米粒子復合物。這種新型納米天線能增加吸收光的能量，還可以將此光能量釋放到該復合物內(nèi)特定的位置上。新復合物也能捕捉太陽光中所包含的各種波長的光。這是一種新型能量產(chǎn)生器，這對探索小宇宙內(nèi)能量形成機制有很好的啟發(fā)。

K.調(diào)控光的速度: 蘇格蘭大學物理學聯(lián)盟高校的科學家，在實驗室內(nèi)成功降低光的速度，即便光子回到自由的空間中，仍然以較低的速度運行。

L.重組光的性質(zhì)：納米紋理表面就像一種預編程序，入射光與表面相互作用后，光的性質(zhì)就會發(fā)生改變。用已制作好的納米陣列結(jié)構(gòu)，在電子掃描顯微鏡下對陣列進行調(diào)整，實現(xiàn)對等離子光學性質(zhì)進一步重組。因此能在制作好之后，而不是之前，決定所需的納米結(jié)構(gòu)來改變光的性質(zhì)。

[size=15.0000pt]3.納米光學天線形狀與結(jié)構(gòu)

納米光學天線結(jié)構(gòu)種類繁多，常見結(jié)構(gòu):分別是納米棒、蝴蝶結(jié)形、納米粒子對、八木-宇田天線、納米粒子陣列。對稱振子納米光學天線，由兩片金屬薄膜和饋電間隙構(gòu)成。共振時天線長度約為入射光波長的一半。振子臂形狀除了長方形外，也可以為梯形，蝴蝶結(jié)形、圓盤形、三角形等。金屬納米顆粒的不同結(jié)構(gòu)或組合決定了其等離子體共振峰值的位置，也就是結(jié)構(gòu)決定其工作波長。不同結(jié)構(gòu)的納米天線具有不同的光學性能，這也提供了對基于納米光學天線的光學元件的調(diào)控方法。.新近科技報道表明，納米光學天線還有下列形狀：

A.澳大利亞spacedaily網(wǎng)站2015年2月25日報道：澳大利亞科學家發(fā)明200納米絕緣材料組成的立方體形狀的納米天線.性能優(yōu)于先前的由導體和半導體材料組成的球形天線。B.納米光學L形縫隙天線,可以輻射出圓偏振光。

C.不規(guī)則碎片形，也就是說它們由重復樣板組成，復制最小屬性的形狀，以打造相似卻更大的結(jié)構(gòu)。使用這一不規(guī)則碎片形法，意味著研究人員研發(fā)的納米天線可縮小至非常小的尺寸，或擴大至人類頭發(fā)的寬度.D 3D立體半球天線

美國伊利諾伊大學電子和計算機工程系以及材料科學和工程系的兩位教授聯(lián)手，造出了一種突破性的“3D天線”。使用納米級的“銀墨水”，用類似打印機的原理，在一顆半球體表面上“打印”出了依附在弧形表面上的立體天線。這種3D立體天線的性能比普通的單極天線高一個數(shù)量級，同時尺寸也能大大縮小，不足波長的十二分之一。通過計算機設(shè)計多種天線形狀，可以實現(xiàn)在各種基板，包括塑料薄膜、紙質(zhì)、陶瓷等表面，實現(xiàn)“一鍵”打印天線，該技術(shù)非常便捷，可以實現(xiàn)諸如辦公室打印文檔一樣快速打印制造天線。

E.V型結(jié)構(gòu)納米天線：普渡大學的科研團隊制造出了納米天線陣列,這種納米天線是蝕刻在一層硅上方的金做成的V型結(jié)構(gòu)，它們是一種“超材料”(一般都是所謂的等離子體結(jié)構(gòu))，寬40納米?？茖W家們也已證明，他們能讓光通過一個寬度僅為光波波長五十分之一的超薄“等離子體納米天線層”。

F.人造分子式納米天線：讓某些類型的納米粒子相互依附在一起，自我組裝成最新的納米天線復合物，將這種由量子點自我組裝而成的材料命名為“人造分子”。

G.Bow-tie金屬天線，通過利用雙光子熒光增強作用，得到了天線間隙處場增強大約在1000量級。Bow-tie天線間隙處的場高度增強，應(yīng)用于雙光子聚合，得到30 nm的分辨率。H.單極納米天線：在SNOM針尖上，制備單極光學天線，探測單分子熒光，得到了～25nm的光學分辨率。

I.金子塔形的納米天線：荷蘭阿姆斯特丹FOM研究所和飛利浦研究所的研究人員，設(shè)計了一種新型小金子塔形的納米天線,而不是通常所采用的直柱形。這種形狀能夠增強光的電場與磁場之間的干涉，使場增強或改變光束的方向。[size=15.0000pt]4.納米光學天線的材料

按材料的不同，光學天線可分為介質(zhì)光學天線和金屬光學天線。其中，介質(zhì)光學天線可以作為近場光學探針對樣本表面的隱逝場進行散射，實現(xiàn)局域場與傳播場的相互轉(zhuǎn)換。金屬(金、銀、銅、鋁等)光學天線，一般由金屬納米結(jié)構(gòu)組成，利用金屬納米結(jié)構(gòu)與光的作用，實現(xiàn)傳播場與局域場的相互轉(zhuǎn)換和電磁場局域增強。

A.對稱振子納米光學天線，由兩片金屬薄膜和饋電間隙構(gòu)成。兩片金屬薄膜材料多為金、銀，也可用碳納米管制成。

B.3D立體半球天線.使用納米級的“銀墨水”，用類似打印機的原理，在一顆半球體表面上“打印”出了依附在弧形表面上的立體天線。

C.納米捕光“天線”.讓某些類型的納米粒子相互依附在一起，自我組裝成最新的納米天線復合物，這種由量子點自我組裝而成的材料命名為“人造分子”。

D.創(chuàng)建負折射現(xiàn)象，控制光的偏振。有別于經(jīng)典的折射和反射定律.制造出了納米天線陣列并大大改變了光波波長介于1微米(百萬分之一米)到1.9微米之間的近紅外線附近光波的相位和傳播方向。

E.使用由金制成的外部天線，并使用銦鎵砷磷(InGaAsP)制成納米棒光學天線。

F.用一種新穎的反射式金納米天線陣列，在襯底表面加工出超薄金屬微納結(jié)構(gòu)材料，與光波相互作用，呈現(xiàn)出一些超常特性。

G.使用絕緣材料組成的立方體形狀的納米天線。H.使用由導體和半導體材料組成的球形天線。

I.使用微型半導體量子級聯(lián)(QC)激光器,在QC激光器上安裝納米天線，實現(xiàn)了納米級的精度對激光點聚焦，從而可以使QC激光器執(zhí)行亞微米級的掃描。使分辨率提高到可見光波長的百分之一。使體積更小，有更好的信噪比。

J.石墨烯制作的納米天線: 佐治亞理工學院（Georgia Institute of Technology）的研究人員，通過計算機模擬，用石墨烯制作的納米天線,可以用于納米機器的網(wǎng)絡(luò)中。除了能夠在納米機器之間通信外，石墨烯天線還能用于移動手機和網(wǎng)絡(luò)連接的筆記本上，使它們得到更遠的通信距離。石墨烯使用非常少的能源就能夠運行。由于石墨烯的蜂窩結(jié)構(gòu)，所以它的表面產(chǎn)生表面波的范圍也最廣。這種天線的特性是，在大小相同的情況下，輻射頻率比普通材料天線的輻射頻率還要低。

在 0.1 到 10 太赫茲之間波段,石墨烯納米天線將無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)速率提高超過兩個數(shù)量級。

K.稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米發(fā)光材料具有高光化學穩(wěn)定性、幾乎無毒性、窄線寬、長熒光壽命、可調(diào)諧熒光發(fā)射波長等優(yōu)勢，是目前普遍看好且有望成為替代傳統(tǒng)下轉(zhuǎn)換熒光探針的新一代熒光生物標記材料。

L.用具有內(nèi)凹型結(jié)構(gòu)的金屬鈀納米材料，制作的納米天線.這種獨特設(shè)計的金屬鈀納米材料，具有高催化活性和太陽能利用價值，在光驅(qū)動有機加氫反應(yīng)中，展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能.

第五篇：天線的方向圖測量(設(shè)計性)試驗

理學院材料物理專業(yè)

近代物理實驗（設(shè)計性）試驗報告

2012年6月23號 中國石油大學近代物理 實驗報告

班級： 材料物理10-2 姓名： 同組者：

設(shè)計性實驗

不同材質(zhì)天線的方向圖測量

（measurement of antenna parameters）

【 中國石油大學（華東）理學院材料物理專業(yè)10-2 】

摘要：

天線的作用首先在于輻射和接收無線電波，但是能輻射或接收電磁波的東西不一定都能用來作為天線。任何高頻電路，只要不被完全屏蔽，都可以向周圍空間或多或少地輻射電磁波，或從周圍空間或多或少地接收電磁波。但是任意一個高頻電路并不一定能用作天線，因為它的輻射或接收效率可能很低。

天線輻射的是無線電波，接收的也是無線電波，然而發(fā)射機通過饋線送入天線的并不是無線電波，接收天線也不能把無線電波直接經(jīng)饋線送入接收機，其中必須進行能量的轉(zhuǎn)換。

研究天線問題，實質(zhì)上是研究天線所產(chǎn)生的空間電磁場分布，以及由空間電磁場分布所決定的天線特性。我們知道電磁場滿足麥克斯韋（Maxwell）方程組。因此，求解天線問題實質(zhì)上是求解滿足一定邊界條件的電磁場方程，它的理論基礎(chǔ)是電磁場理論。

研究天線主要是得到天線的相關(guān)特性，天線特性一般由電路特性和輻射特性兩個方面表征。電路特性包括天線的輸入阻抗、效率、頻率寬度和匹配程度等；輻射特性包括方向圖、增益、極化、相位等，為了達到最佳的通信效果，要求天線必須具備一定的方向性，較高的轉(zhuǎn)換效率，以及滿足系統(tǒng)工作的頻帶寬度。

根據(jù)無線電技術(shù)設(shè)備的任務(wù)不同，常常要求天線不是向所有方向均勻地輻射（或?qū)λ蟹较蚓哂型鹊慕邮苣芰Γ侵幌蚰硞€特定的區(qū)域輻射（或只接受來自特定區(qū)域的無線電波），在其它方向不輻射或輻射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是說，要求天線具有方向性。

天線所輻射的無線電波能量在空間方向上的分布，通常是不均勻的，這就是天線的方向性。即使最簡單的天線也有方向性，完全沒有方向性的天線實際上不存在。

通過天線方向圖可以方便的得到表征天線性能的電參數(shù)。用來描述天線方向圖的參數(shù)通常有主方向角、主瓣寬度、半功率角、副瓣寬度、副瓣電平等。

關(guān)鍵詞：天線、無線電波、能量轉(zhuǎn)換、電磁場、輻射或接收 引言：

通信、雷達、導航、廣播、電視等無線電技術(shù)設(shè)備，都是通過無線電波來傳播信息，都需要有無

線電波的輻射和接收。在無線電技術(shù)設(shè)備中，用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。天線和發(fā)射機、接收機一樣，是無線電技術(shù)設(shè)備的一個重要組成部分。

圖1是測量通過天線相位中心各平面內(nèi)的方向圖的方案之一。圖中天線1為被測天線，與信號發(fā)生器相連用作發(fā)射,它裝在旋轉(zhuǎn)平臺上能作360°轉(zhuǎn)動；天線2為輔助天線，它與電場強度計相連以便測得離被測天線一定距離處的場強。兩天線的極化特性要求相同，為了近似滿足遠場條件，兩天線間的距離應(yīng)滿足,式中&λ為測試工作波長；r和D的意義見圖1。當轉(zhuǎn)動被測天線1時，可在天線2處測得以轉(zhuǎn)動角θ表示的函數(shù)的電場強度E(θ)，于是就可畫出轉(zhuǎn)動平面內(nèi)的天線 1的方向圖。若被測天線為半波天線，它的子午面內(nèi)的方向圖如圖2a，當把天線轉(zhuǎn)動90°使之垂直于轉(zhuǎn)動平面時,可測得赤道面內(nèi)的方向圖(圖2b)。若把天線任意傾斜安裝，則可測得任意面內(nèi)的方向圖。此外，也可固定被測天線1，而把輔助天線2沿以被測天線為中心,距離為半徑的圓周運動，同樣可以測得天線的方向圖。若把收發(fā)條件互換，即把被測天線用作接收，輔助天線用作發(fā)射，最終測得的天線方向圖并無變化，這是符合天線互易定理的。

r【實驗目的】

1．了解天線的基本工作原理。2．繪制并理解天線方向圖。

3．根據(jù)方向圖研究天線的輻射特性。

4、通過對不同材質(zhì)的天線的方向圖的研究，探究其中的聯(lián)系與規(guī)律。

【實驗原理】

一．天線的原理

天線的作用首先在于輻射和接收無線電波，但是能輻射或接收電磁波的東西不一定都能用來作為天線。任何高頻電路，只要不被完全屏蔽，都可以向周圍空間或多或少地輻射電磁波，或從周圍空間或多或少地接收電磁波。但是任意一個高頻電路并不一定能用作天線，因為它的輻射或接收效率可能很低。要能夠有效地輻射或者接收電磁波，天線在結(jié)構(gòu)和形式上必須滿足一定的要求。圖B1-1給出由高頻開路平行雙導線傳輸線演變?yōu)樘炀€的過程。開始時，平行雙導線傳輸線之間的電場呈現(xiàn)駐波分布，如圖B3-1a。在兩根互相平行的導線上，電流方向相反，線間距離又遠遠小于波長，它們所激發(fā)的電磁場在兩線外部的大部分空間由于相位相反而互相抵消。如果將兩線末端逐漸張開，如圖B3-1b所示，那么在某些方向上，兩導線產(chǎn)生的電磁場就不能抵消，輻射將會逐漸增強。當兩線完全張開時，如圖B3-1c所示，張開的兩臂上電流方向相同，它們在周圍空間激發(fā)的電磁場只在一定方向由于相位關(guān)系而互相抵消，在大部分方向則互相疊加，使輻射顯著增強。這樣的結(jié)構(gòu)被稱為開放式結(jié)構(gòu)。由末端開路的平行雙導線傳輸線張開而成的天線，就是通常的對稱振子天線，是最簡單的一種天線。

天線輻射的是無線電波，接收的也是無線電波，然而發(fā)射機通過饋線送入天線的并不是無線電波，接收天線也不能把無線電波直接經(jīng)饋線送入接收機，其中必須進行能量的轉(zhuǎn)換。圖B3-2是進行無線電通信時，從發(fā)射機到接收機信號通路的簡單方框圖。在發(fā)射端，發(fā)射機產(chǎn)生的已調(diào)制的高頻震蕩電流經(jīng)饋電設(shè)備傳輸?shù)桨l(fā)射天線，發(fā)射天線將高頻電流轉(zhuǎn)變成無線電波——自由電磁波向周圍空間輻射；在接受端，無線電波通過接收天線轉(zhuǎn)變成高頻電流經(jīng)饋電設(shè)備傳送到接收機。從上述過程可以看出，天線除了能有效地輻射或者接收無線電波外，還能完成高頻電流到同頻率無線電波的轉(zhuǎn)換，或者完成無線電波到同頻率的高頻電流的轉(zhuǎn)換。所以，天線還是一個能量轉(zhuǎn)換器。

研究天線問題，實質(zhì)上是研究天線所產(chǎn)生的空間電磁場分布，以及由空間電磁場分布所決定的天線特性。我們知道電磁場滿足麥克斯韋（Maxwell）方程組。因此，求解天線問題實質(zhì)上是求解滿足一定邊界條件的電磁場方程，它的理論基礎(chǔ)是電磁場理論。

發(fā)射天線傳播電磁波接收天線饋線發(fā)射機饋線接收機 圖B3-2 無線電通信系統(tǒng)中的信號通道簡單方框圖

二．天線的分類

天線的形式很多，為了便于研究，可以根據(jù)不同情況進行分類。按用途分類，有發(fā)射天線，接收天線和收發(fā)公用天線。

按使用范圍分類，有通信天線，雷達天線，導航天線，測向天線，廣播天線，電視天線等。按饋電方式分類，有對稱天線，不對稱天線。

按使用波段分類，有長波、超長波天線，中波天線，短波天線，超短波天線和微波天線。按天線外形分類，有T形天線，V形天線，菱形天線，魚骨形天線，環(huán)形天線，螺旋天線，喇叭天線，反射面天線等等。

從便于分析和研究天線的性能出發(fā)，可以將大部分天線按其結(jié)構(gòu)形式分為兩大類：一類是由半徑遠小于波長的金屬導線構(gòu)成的線狀天線——稱為線天線，另一類是用尺寸大于波長的金屬或介質(zhì)面構(gòu)成的面狀天線——稱為面天線。線天線主要用于長、中、短波波段，面天線主要用于微波波段，超短波波段則兩者兼用。線天線和面天線的基本輻射原理是相同的，但分析方法則有所不同。

三．天線的輻射方向圖

研究天線主要是得到天線的相關(guān)特性，天線特性一般由電路特性和輻射特性兩個方面表征。電路特性包括天線的輸入阻抗、效率、頻率寬度和匹配程度等；輻射特性包括方向圖、增益、極化、相位等，為了達到最佳的通信效果，要求天線必須具備一定的方向性，較高的轉(zhuǎn)換效率，以及滿足系統(tǒng)工作的頻帶寬度。

根據(jù)無線電技術(shù)設(shè)備的任務(wù)不同，常常要求天線不是向所有方向均勻地輻射（或?qū)λ蟹较蚓哂型鹊慕邮苣芰Γ侵幌蚰硞€特定的區(qū)域輻射（或只接受來自特定區(qū)域的無線電波），在其它方向不輻射或輻射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是說，要求天線具有方向性。如果天線沒有方向性，對發(fā)射天線來說，它說輻射的功率中只有很少一部分到達所需要的方向，大部分功率浪費在不需要的方向上；對接收天線來說，在接受到所需要的信號同時，還接收到來自其它方向的干擾和噪聲，甚至使信號完全淹沒在干擾和噪聲中。因此，一副好的天線，在有效地輻射或接收無線電波的同時，還應(yīng)該具有為完成某種任務(wù)而要求的方向特性。

天線所輻射的無線電波能量在空間方向上的分布，通常是不均勻的，這就是天線的方向性。即使最簡單的天線也有方向性，完全沒有方向性的天線實際上不存在。為了表示天線的方向特性，人們規(guī)定了幾種方向性電參數(shù)，其中一個就是輻射方向圖。天線方向圖是指與天線等距離處，天線輻射參量在空間中的相對分布隨方向變化的圖形。所謂輻射參量包括輻射的功率通量密度、場強、相位和極化等。實際應(yīng)用中，我們最關(guān)心的是天線輻射能量的空間分布，在沒有特別指明的情況下，輻射方向圖一般均指功率通量密度的空間分布。方向圖還可以用分貝（dB）表示，功率方向圖用分貝表示后就稱為分貝方向圖，它表示某方向的功率通量密度相對于最大值下降的分貝數(shù)。天線某方向的分貝數(shù)的計算方法見公式（B3-1），其中P為某方向的功率通量密度，Pmax為最大功率通量密度。繪制方向圖可以采用極坐標，也可以采用直角坐標。極坐標方向圖形象、直觀，但對于方向性強的天線難于精確表示；直角坐標方向圖雖然沒有極坐標方向圖形象、直觀，但更容易從中計算描述天線方向性的諸多參數(shù)。

p(dB)?10?lgPPmax(dB)

（B3-1）

?0?0.52?02?0.5??0?主軸主瓣第一副瓣圖B3-3 極坐標下天線方向圖一般形狀

通過天線方向圖可以方便的得到表征天線性能的電參數(shù)。用來描述天線方向圖的參數(shù)通常有主方向角、主瓣寬度、半功率角、副瓣寬度、副瓣電平等。圖B3-3是極坐標下天線方向圖的一般形狀。方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣，副瓣中最大的為第一副瓣。下面我們列舉出可由天線方向圖得到的天線參數(shù)：

(1)主方向角。指主瓣最大值對應(yīng)的角度；

(2)主瓣寬度。也稱零功率點波瓣寬度（Beam Width between First Nulls, BWFN）,指主瓣最大值兩邊兩個零輻射方向之間的夾角，即2?0。主瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠，抗干擾能力越強；

(3)半功率角。也稱半功率點波瓣寬度（Half Power Beam Width, HPBW）,指主瓣最大值兩邊功率密度等于最大值的0.5倍的兩輻射方向之間的夾角，又叫3分貝波束寬度（將功率密度轉(zhuǎn)化成分貝數(shù)后，會發(fā)現(xiàn)功率密度變成最大功率密度1/2的地方對應(yīng)的分貝數(shù)比最大功率處小3dB（-3dB=10*lg<1/2>dB），即2?0.5；

(4)副瓣寬度。指第一副瓣兩邊兩個零輻射方向之間的夾角；

(5)副瓣電平（Side Lobe Lever, SLL）。指副瓣最大值與主瓣最大值之比，一般也以分貝表示，見公式（B3-2），其中：Pmax2和Pmax分別為最大副瓣核主瓣的功率密度最大值。

SLL?10?lgPmax2Pmax(dB)

（B3-2）

【實驗器材】

本實驗的實驗裝置為AT3200天線實訓系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括可以提供500MHz、2GHz、10GHz的RF 信號源和天線方向控制器，以及可以在計算機上仿真天線復制圖和特性的仿真軟件。因為本天

線實訓系統(tǒng)使用信號的頻率較高，所以它能夠在較窄的空間（如100m）實驗天線的傳播特性。而且系統(tǒng)的移動和保管也比較方便。圖B3-4為本實驗裝置的一個示意圖：

本實驗裝置主要包含以下幾個主要部件： 1． 主控器 2． 發(fā)射器 3． 接收器

4． 各種天線的類型：鋁線、鎳鉻合金和鐵線

發(fā)射器主控器接收器計算機 圖B3-4 AT3200天線實訓系統(tǒng)設(shè)備示意圖

【數(shù)據(jù)處理】

圖

1、極坐標系下的八木天線圖

圖

2、直角坐標系下的八木天線圖

圖3、3D下的八木天線方向圖

圖

4、極坐標系下的八木（鋁線）天線圖

圖

5、直角坐標系下的八木（鋁線）天線圖

圖6、3D下的八木天線（鋁線）方向圖

圖

7、極坐標系下的八木（鐵線）天線圖

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8、直角坐標系下的八木（鋁線）天線圖

圖9、3D下的八木天線（鐵線）方向圖

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10、極坐標系下的八木（鎳鉻合金線）天線圖

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11、直角坐標系下的八木（鎳鉻合金線）天線圖

圖12、3D下的八木天線（鎳鉻合金線）方向圖

圖

13、八木（水平——鋁線）

圖

14、八木（水平——鎳鉻合金線）

圖

15、八木（水平——鐵線）

分析：雖然一般情況下，對于金屬材料都滿足天線的條件，但從以上圖像中，我們可以發(fā)現(xiàn)，當將八木天線換成不同的材料之后，天線的方向性將會發(fā)生改變，其主方向角和主瓣寬度等都會發(fā)生變化，而且變化較為明顯，接收信號的寬度也就會相應(yīng)的改變，但我們也可以發(fā)現(xiàn)鐵線，鋁線和鎳鉻合金線形成的方向圖明顯的不規(guī)則，這也和在替換材料時的人為因素有關(guān)，因為替換材料之后，和原來的八木天線相比，天線必然會出現(xiàn)不直，長短不一，分布不均勻等現(xiàn)象，這些會直接影響到信號的接收。一：因為空間的信號分布是不均勻的；

二：由于改變過的天線方向性會嚴重減低，所以才會導致方向圖的不均勻。但是我們還是可以總結(jié)出，不同的材料所對應(yīng)的主瓣大小是不同的，方向角是不同的，因為不同材料的天線對信號的接收能力是有差別的！

圖16、3D下八木（水平——鋁線）天線方向圖

圖16、3D下八木（水平——鎳鉻合金線）天線方向圖

圖16、3D下八木（水平——鐵線）天線方向圖

【思考題】

1.什么是天線方向性圖？

答：天線方向圖就是通過測量天線在空間不同角度的相關(guān)殘參量值，在繪制在直角坐標系或者極坐標系中，表示天線相關(guān)參量在空間不用角度分布情況的坐標圖片。2.測量天線方向圖的方法分別有幾種，并說明？

答：測量天線方向圖的方法主要有兩種，分別為固定測量法和旋轉(zhuǎn)測量法，固定測量法主要用于大型天線，由于轉(zhuǎn)動不便，故待測天線固定，輔助天線在空中或地面繞待測天線旋轉(zhuǎn)，得到不同角度的輻射強度，即可繪制出天線方向圖。另一種方法是旋轉(zhuǎn)測量法，待測天線旋轉(zhuǎn)，輔助天線固定不動，然后通過測量得到方向圖。

【原始數(shù)據(jù)】

八木(水平——鋁線）.atn

八木鋁.atn

八木（水平——鐵線）.atn八木鐵.atn

八木（水平——鎳鉻合金）.atn

鎳鉻.atn

【參考文獻】

【1】 魏文員，宮德明?！短炀€原理》 國防工業(yè)出版社，1985.【2】 深圳安泰信電子有限公司，AT3200天線實訓是同實驗參考書?！?】 王石安?！短炀€的參數(shù)測量》（中國大百科）北京百科網(wǎng)絡(luò)出版社?！?】 任朗：《天線理論基礎(chǔ)》，人民郵電出版社，北京，1980。【5】 謝處方：《電波與天線》第二版，人民郵電出版社，北京，1966。