信息与通信工程学院

电磁场与微波实验报告

        

 实验一   网络分析仪测量阵子天线

输入阻抗

一、实验目的：

1.      掌握网络分析仪校正方法

2.      学习网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法

3.      研究振子天线输入阻抗随阵子电径变化的情况（重点观察谐振点与天线电径的关系）

二、实验步骤：

（1）    设置仪表为频域模式的回损连接模式后，校正网络分析仪；

（2）    设置参数并加载被测天线，开始测量输入阻抗；

（3）    调整测试频率寻找天线的两个谐振点并记录相应阻抗数据；

（4）    更换不同的电径（对应1mm, 3mm, 9mm）的天线，分析两个谐振点的阻抗变化情况；

（5）    设置参数如下：

       BF=600MHz，△F=25MHz，EF=2600MHz，n=81

（6）    记录数据

    在smith圆图上的输入阻抗曲线上，曲线的左端输入阻抗虚部为0的点为二分之一                                  波长谐振点，曲线的右端输入阻抗虚部为0的点为四分之一波长谐振点。记录1mm，3mm，9mm天线的半波长和四分之一波长的谐振点。

三、实验数据：

1、直径=1mm时：

四分之一波长谐振点为662.3-13j

二分之一波长谐振点为38.43-3.68j

实验图示如下：

2、直径=3mm时：

二分之一波长谐振点为32.71-1.5j

四分之一波长谐振点为284.9-3.31j

实验图示如下：

3、直径=9mm时：

二分之一波长谐振点为26.62-1.44j

四分之一波长谐振点为131.8-2.16j

实验图示如下：

四、分析结果

  实际测量结果与理想的阻抗图仍有一定差别，理想状态下，天线的阻抗原图应该是一个中心在正实轴某处的一个规则的圆，但实际结果发现天线的阻抗原图不是很规则，随着频率的增加，其阻抗特性成非线性变化。

    由实验结果可以看出，对于相同材质，振子天线的直径越粗，谐振点输入阻抗越小，网络反射系数越小，回波损耗越小，越容易和馈线匹配，天线的工作频率范围就越宽。

  天线的阻抗随着频率的变化不断变化，频率范围为600KHz～2600KHz，变化规律为：前20个点基本不变，后面的点基本随着频率的增加而增加。随着频率的增加，从负阻抗到正阻抗，每一个都由阻抗零点。

  由实验结果可以看出，天线的直径对天线的阻抗基本不会产生影响，图中阻抗的差别主要原因是由于三根振子粗细不同因而对空间磁场产生了一些影响，导致了天线阻抗的变化。

  通过3种不同直径的天线的smith圆图的测量，发现随着天线直径的增大，天线的阻抗特性变化越大，理想状态下天线的smith圆图应该是一个中心在正实轴某处的一个规则的圆，但实验结果发现9mm天线的smith圆图的阻抗特性非常不规则，随着频率的增高，其阻抗特性变化非线性，因此三种天线在频率比较低的时候阻抗特性还可以，但随着频率的增大，直径越大的天线变化越剧烈。

五、联想相关问题的思考

1、网络分析仪：

网络分析仪是测量网络参数的一种新型仪器，可直接测量有源或无源、可逆或不可逆的双口和单口网络的复数散射参数，并以扫频方式给出各散射参数的幅度、相位频率特性。自动网络分析仪能对测量结果逐点进行误差修正，并换算出其他几十种网络参数，如输入反射系数、输出反射系数、电压驻波比、阻抗（或导纳）、衰减（或增益）、相移和群延时等传输参数以及隔离度和定向度等。

注意：. 由于受分布参数等影响明显，所以网络分析仪使用之前必须进行校准。

2、振子：

振子是天线上的元器件，全称是天线振子，具有导向和放大电磁波的作用，使天线接收到的电磁信号更强。振子是用导电性较好的金属制造的，有的是杆状的，也有的结构较复杂，一般是多个振子平行排列在天线上。振子有半波振子和全波振子，振子尺寸要和接收或发射的频率波长尺寸对应才能达到最大效果，一般用二分之一或四分之一波长设计。本实验中用的是振子天线，天线一端接导电平面，形成单极天线，所以可以用镜像法等效分析。

3、天线：

天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。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。

六、实验心得

通过这次实验，我了解了网络分析仪的基本功能，初步学习了网络分析仪的一些简单用法，掌握了网络分析仪校正方法，学会了用网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法。

实验课的老师风趣幽默，讲课生动活泼，通俗易懂，给我们讲解了自己与天线实验室的渊源，使得我们对于实验有很大的热情，即使是在周末上午上的实验课，我们还是很投入的在做实验。

总体来讲，天线是通信领域中一门重要而深刻的学科，它既需要扎实的理论基础，又要有认真严谨的实践精神，难度相对较大，所以想要在这个方向有所发展，必须要投入一定的时间和精力才可以有较大的突破。

由于实验资源有限，我们班分开两组完成了实验，虽说在实验中我只是戴了一下手套，进行了网络分析仪的校准以及天线的更换操作，但是我感觉自己已经在这个过程中体会到了做实验的严谨性以及完成实验过程的集体协作能力，成功完成实验数据的测量。

最后，感谢老师带给我们的精彩讲演，让我们对天线的基本作用以及网络分析仪的使用有了深刻的了解。

 

第二篇：电磁波实验总结

电磁场与微波测量实验总结

电磁场与微波测量实验是通信工程、电子工程、自动控制、无线技术、微波工程、电磁兼容等专业的一门重要的基础实验课。电磁场与微波测量实验作为电磁场与电磁波、微波工程课程的重要组成部分，有助于培养学生动手、分析问题和解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化的能力，增强了我们学习的兴趣与动力。

本学期，我们一共做了八次实验，其中有电磁波的反射、折射、衍射、干涉，无线信号场强特性的研究，微波信号特性的测量，频谱分析仪的实验与微波收发系统的搭建。通过这几次次实验，在理论上加深了认识，在实践上锻炼了动手能力、合作能力，学会了使用微波分光仪、波导测量线实验系统、频谱分析仪等实验仪器。通过这几次实验，我基本上将所学的信号与系统的知识得到了全面的应用与发展。

在电磁波现象观察实验中，我们观察了各种电磁波现象，包括电磁波的反射、折射、衍射、干涉，对电磁波的特性加深了认识，并学会使用微波分光仪测量这些现象的参数。老师认真地讲解和演示了微波分光仪的作用和使用方法，使我们对微波分光仪有了初步的了解。微波分光仪在各种实验中都起到很重要的作用，所以了解它的原理和使用方法是必备的基础知识，为以后的实验打下坚实的基础。记录数据在实验数据处理中是很重要的一步，认真的观察读数，准确的记录，看似很小的事情，做起来就会发现不是那么容易。这一次实验，我们对电磁波的本质、实验的方法有了初步的认识，为以后的实验作了准备。

无线信号场强特性的研究主要是用场强仪测量学校内室内室外不同地方的场强，来分析周围环境对信号电平的影响大小。这次试验也是我第一次接触场强仪，刚拿到手后还真觉得有点像大哥大，但是发现它的功能还是很多并且还非常先进。在实验中，我与小组其他成员分工合作，我负责测量，同伴负责记录数据与分析数据。在本次实验中，我对电磁波在空间中传播的方式有了更加直观的认识，加深了对于电磁场与电磁波、移动通信等课程理论知识的理解，并且加强了我进一步学习通信相关理论与实验课程的兴趣。

在微波信号特性的测量中，我们接触了频谱分析仪，频谱分析仪是一个精确测定信号频谱的仪器。我们掌握了频谱仪的基本工作原理与正确使用方法，对微波信号的波长、功率、驻波比、阻抗、介电常数进行了测量。其中我对阻抗测量及匹配印象较为深刻。在平时的学习中都只是理论计算单支节匹配的长度和位置，这次实验给力我们亲手操作的机会，亲自尝试了将不匹配的负载调节为匹配负载。实验中，在未掌握窍门是无论怎么调节驻波比都不会减小，不禁感到挫折和烦躁。之花又仔细阅读了实验的提示，慢慢摸索出了方法，很快就将负载调匹配。这告诉我们，在实验前要进行充分的预习，这会达到事倍功半的效果。 微波收发系统我们展示了现代通信技术的基础，也正是它才使得信息可以有效地传递。我们明白了微波信号发送与接收的原理，知道了如何搭建一个简单的收发系统。将恢复后的信号与原信号进行对比，进行分析总结，观察信号是否产生失真并分析原因。这次实验是比较成功的，我们得到的信号与原信号基本吻合。在这次实验中，我锻炼了发现问题、分析问题与解决问题的能力。在实验中存在问题，第一反应不是询问老师而是分析问题产生的原因并找到解决问题的方法。

在做实验前，一定要预先实验，了解实验原理、实验步骤、实验目的。否则，上实验课时脑袋里一片空白，什么都不知道。这将使你在做实验时的难度加大，浪费做实验的宝贵时间。如果你不清楚，在做实验时才去看书，这将使你极大地浪费时间，事倍功半。做实验时，要亲力亲为，务必要将每个步骤、每个细节弄清楚、弄明白。实验后，还要复习、思考。这样，你的印象才深刻，记得才牢固。否则，过后不久你就会忘得一干二净。

实验后的数据处理也非常重要。哪些数据需要处理，该怎么处理，这都需要我们好好思考。对实验数据的处理分析不仅需要我们对实验有着充分的理解，而且需要我们具有较好的数学基础。实验报告需要我们认真细致地完成，不能有一丝粗心，否则会将错误的数据进行处理从而得出错误的结论。同时要好好思考实验后的思考题。思考题往往是对我们整个实验没注意到的问题的考察，这迫使我们养成多问一个为什么的习惯。

总而言之，这次实验使我受益匪浅。在实验中锻炼了平时缺乏的能力，明白了实验的重要性。通过与同伴共同完成实验，我懂得了团结合作对实验将产生至关重要的作用。实验不仅是一个人锻炼的舞台，它需要我们共同的努力，才能促使实验的成功。要学会与别人交流讨论，从别人的失败中吸取教训，成功中获得经验。交换思想，能让我们的思维更加活跃，有利于思维发散。实验是理论的基础，没有实验就没有科学。希望多进行这样的实验，为我们的理论实践打下坚实的基础。