微波课设八木天线设计
微波课设八木天线设计文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
课设报告
课程名称：微波技术与天线
课设题目：八木天线的仿真设计
课设地点：电机馆跨越机房
专业班级：信息1002班
学号：
学生姓名：
指导教师：
2013/6/27
目录
1、设计摘要
2、设计原理
3、八木天线参数选择及设计要求
4、八木天线的HFSS10仿真
（1）建立模型
（2）确认设计
(3) S参数（反射参数）
（4）2D辐射远区场方向图
（5）3D Polar
5、仿真结果分析
6、实验中的问题
7、心得体会
一、设计摘要
八木天线又称引向天线，它由一个有源振子及若干无源振子组成的线形端射天线。其结构示意图如下，在无源振子中较长的一个为反射器，其余的均为引向器，它被广泛应用于米波、分米波波段的通信、雷达、电视、及其它无线电系统中。
六元八木天线示意图
八木天线中，有源振子可以是半波振子，也可以是折合振子一般常用折合振子，以提高八木天线的输入阻抗，以便和馈电线匹配。主要作用是提高辐射能量。无源振子是若干孤立的金属杆，它与馈线和有源振子不直接相连，作用是使辐射的能量集中到天线的端向。
二、设计原理：
八木天线的工作原理是：有源振子被馈电后，向空间辐射电磁波，使无源振子中的产生感应电流，从而也产生辐射。改变无源振子的长度及其与有源振子之间的距离，无源振子上的感应电流的幅度和相位也随着改变，从而影响有源振子的方向图。若无源振子与有源振子之间的距离小于λ/4，无源振子比有源振子短时，整个电磁波能量将在无源振子方向增强；无源振子比有源振子长时，将在无源振子方向减弱。比有源振子稍长一点的称反射器，它在有源振子的一侧，起着消弱从这个方向传来的电波或从本天线发射去的电波的作用；比有源振子略短的称引向器，它位于有源振子的另一侧，它能增强从这一侧方向传来的或向这个方向发射出去的电波。通常反射器的长度比有源振子长4%～5%,而引向器可以有多个，第1～4个引向器的长度通常比有源振子顺序递减2%～5%。
本设计就是基于八木天线的基本理论的基础上，设计一个六元八木天线。三、八木天线参数选择及设计要求
根据上述八木天线基本理论的介绍，我们可以知道引向器越多，方向越尖锐、增益越高，但实际上超过四、五个引向器之后，这种“好处”增加就不太明显了，而体积大、自重增加、对材料强度要求提高、成本加大等问题却渐突出。通常情况下有一副五单元八木（即有三个引向器，一个反射器和一个有源振子）就够用了。因此，我们选用了一个比较合适的参数范围，其参数如下：
其工作频率为
f=300MHz；
1，参数的选择：
λ=c/f=1m；
2lref=λ，2ldri=λ，2l1=2l2=2l3=2l4=λ；
Ddri=λ，d1=d2=d3=0,30λ，dref=λ；
振子直径2a=λ。
2，设计要求：
利用HFS10仿真软件对此组数据进行仿真，并分析其远辐射场特性以及S曲线，并绘制其方向图。
四、八木天线的HFSS10仿真
1，建立模型：
模型细节：
八木天线实物仿真
2，确认设计：
确认设计
3、S参数（反射参数）：
4、2D辐射远区场方向图
（1）phi=0deg时：
（2）phi=90deg时：
（3）phi=180deg时：
5、3D Polar：
五、仿真结果分析
可知，天线工作的谐振频率在550MHz附近，与实际设计要求f=300MHz有一定的偏差。
在实验中已知振子直径2a=。为了实现八木天线与同轴线之间的阻抗匹配。通过添加了附加平衡段平衡器balun来实现阻抗匹配。在以上工程中balun的半径r=,长度l=。
六、实验中的问题：
1、建模出错：
第一次建模时未能正确画出让Arm_2与Balun连接的L1与L2。让我在空欢喜的等待了2小时的，建模的结果当然也是不符合要求。其反射系数曲线和2D辐射远场方向图如下：（虽然在425MHz时，衰减到了10dB以下，但是由于其工作频带过窄，不能正常工作，不符合要
（2）修改模型以后（未修改U2半径）。
反射系数曲线图如下：（不符合要求）
七、心得体会
当初选择八木天线作为自己的课设题目时，以为工作量再大，那又能大到哪里去。结果，在实验的过程中，也体会到了做八木天线的难度。建模其实没什么难度，难的是在每次修改平衡器Balun的半径r以后，一运行就得等上3小时左右。而且修改半径以后也不能确定结果是否符合要求。不过，在不断地修改与尝试过程中，我对八木天线和仿真软件HFSS也有了更多的认识，比如总结了一下一些常用快捷键，如：
Ctrl+D:最佳角度观看模型；Shift+鼠标：水平移动模型；Alt+鼠标：旋转模型；
Shift+Alt+鼠标：放大缩小模型；Alt+双击坐标轴：平视图。还有在查阅有关八木天线的相关资料时，也是出乎意料，网上的资源简直非常少，而且收费的居多（在我的查阅范围里）。可能网上八木天线的知识是很多的。但在我的查询中，至少让我体会到，天线是难学的学科。
2.4G八木天线的制作方法
2.4G八木天线的制作方法 好长时间没有上来更新了。一则单位事儿多，没空；二则，自己心情也不太好，没兴致。上周查单子时突然发现家里的ADSL快到期了，想想邻居家里的AD是2M的，自己用不了怪可惜的，不如我跟他合用，但是距离太原，无法拉网线，从网上得知可以用无线路由器及无线网卡组件无线局域网，时间长距离的无线传输，于是在网上查找资料，研究可行性。网上这方面的资料还真不少，但是国内的资料大部分都是照抄国外的，于是直接上国外网站查找，国外无线电爱好者对于2.4G的网络研究比国内要早好多年，因此各种数据比较准确，图纸资料也比较全。2.4G的定向天线有很多种:罐头盒式，反射板式，八木天线，卫星天线，裂隙天线，螺旋天线，以及厨房用具的简单天线。根据天线的制作难易程度以及取材方面考虑，罐头盒式和反射式太简单，厨房用具的那些玩玩倒可以不实用，螺旋天线还要分左旋和右旋，卫星天线和裂隙天线太专业，手工制作不现实。最后决定制作八木天线，虽然要求精度也很高，制作精度要求不低于0.1MM，但是取材和工艺还是能满足的。 第一步选材；根据图纸计算材料，1根12MM的有机玻璃棒，市场上没有12.7MM的，这个尺寸没有问题。直径3.3的铜棒，宽4MM厚1MM的铜条，50欧--5的电缆，虽然比不上--7的电缆，但是只需要1米，效果还是能保证的。由于没有3.3的规格的铜棒，只好用3.2的铜焊条挂上一层焊锡，尺寸比较接近了。 第二步钻孔：给有机玻璃棒上钻15个孔，根据图纸用游标卡尺在有机玻璃棒上画好线，标注好孔位置，这一步很关键，孔的位置将直接影响到后续的工艺精度，钻孔时也要注意，要用台钻，一气呵成，保证所有孔在一条直线上，孔的间距要满足尺寸要求，并且孔的垂直度要保证，否则装上振子后就会发现振子不在一个平面上了。钻头用3.2MM的。 第三步制作振子：根据图纸用钢锯将振子裁好，注意尺寸稍微留长一点，然后用锉刀和砂轮将振子长度调整到标准尺寸，要求精度不小于0.1MM。主振子用铜条打磨弯形挂锡，焊上电缆待用。 第四步安装振子：由于孔是3.2MM多一点的，振子也是3.2MM多一点，因此有些振子安装上后会发现松动，无法固定在孔内，这是可以将振子上再挂点锡，用锉刀修磨到能紧配安装。主振子安装时要求距离第一个振子的位置要固定，上下位置也要固定，但是还不用用任何金属材料来固定，我是用短有机玻璃棒根据振子尺寸锯上缺口，使主振子卡在两个振子之间。 第五步装外壳：根据天线的尺寸使用相应的PVC管将之套入，两头用PVC堵头封住，电缆孔用密封胶封住。 到此为止，一个2.4G的八木天线算是大功告成，据说增益能达到15dbi，剩下的事儿就是用设备调试了。 因为还没有相中合适的设备，所以实验还要过几天做。先把部分照片放上，完全是个人爱好，不正之处欢迎拍砖。 材料
单极天线
实验报告 实验名称：单极天线 实验器材：数据采集接口/电源、射频发生器、天线定位器、计算机、八木天线、单级天线 实验步骤： 1、将电源、射频发生器、天线定位器、电脑正确安装； 2、将有水平夹的天线杆固定到发送支架上。将水平极化的八木天线架 到杆上，将其连接到射频发生器的1GHz OSCILLATOR OUTPUT端； 3、将单级连接器插入接地面的中心并用螺丝将其牢牢固定。将λ/4 长导线插入连接器中心； 4、将另一个有水平夹的天线杆固定到天线定位器的滑动支架上。将单 极天线加到杆上，定向为E面；（确保天线和天线定位器的旋转中 心一致） 5、将天线之间的距离置为r=1m远。将其调整到同一高度并直接相对； 6、将射频发生器做如下调整： 1GHZ OSCILLATOR MODE ------ 1KHZ 1GHZ OSCILLATOR RF POWER ------ OFF 10GHZ OSCILLATOR RF POWER ------ OFF 7、接通电源，开启射频发生器，打开电脑，启动LVDAM-ANT软件； 8、将射频发生器上的1GHZ OSCILLATOR RF POWERK 开关置到ON位置。 控制优化信号的接收；开始采集，辐射图如下： 9、旋转八木天线使其垂直极化，从滑动支架上移除带水平夹的杆，换
垂直夹的杆。将单级加到杆上，确保它定向为H面，用短缆线替换中长 SAM缆线。进行新的采集，辐射图如下： 10、将单级天线从杆上移除并断开连接器和接地面的连接，将四条弯曲的 导线插入连接器的每个角，然后将新的天线装到杆上，定向为H面； 11、再次采集，保持相同衰减级。辐射图如下：
微波技术与天线课后题答案
1-1 解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> 此传输线为长线 1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===?<< 此传输线为短线 1-3答： 当频率很高，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低频时忽略 的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线上每一点的电磁波传播，故称其 为分布参数。用1111,,,R L C G 表示，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。 1-4 解： 特性阻抗 050Z ====Ω f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cm B 1=ω C 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解： ∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ ()()220 1 j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'= - 将 22233 20,2,42 i r U V U V z πβλπλ'===?= 代入 3 32 2 3 4 20220218j j z U e e j j j V ππλ-'==+=-+=- ()34 1 2020.11200 z I j j j A λ'== --=- ()()()34 ,18cos 2j t e z u z t R U z e t V ωλπω'=??''??==- ????? ()()()34,0.11cos 2j t e z i z t R I z e t A ωλπω'=??''??==- ????? 1-6 解： ∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''== ()()()2123 2 1 100j j z z U z e U z e πβ' ' -''== ()() ()() 6 1 1100,100cos 6j U z e V u z t t V ππω'=? ?=+ ?? ?
微波技术与天线复习提纲终极整理
“微波技术与天线”课程复习提纲 一、微波基本概念..............................................错误!未定义书签。 1．了解微波的基本概念：频率、波长等..................错误!未定义书签。 2．了解微波的主要特性................................错误!未定义书签。 二、传输线基本理论............................................错误!未定义书签。 1．了解传输线的特性参量（反射系数、驻波比、驻波相位、输入阻抗、输入导纳等），传输线任一截面特性参量的计算，周期性与倒置性在解题中的应用。错误!未定义书签。 2．掌握传输线的工作状态与终端负载的关系，了解传输线的三种工作状态及相关特性参量的特点。........................................错误!未定义书签。 3．熟悉圆图的基本特点（特殊点、线、半圆、圆）........错误!未定义书签。 4．掌握用圆图确定均匀无耗传输线任意截面的特性参量以及解决传输线的阻抗/导纳调配的问题。.........................................错误!未定义书签。 三、微波传输线................................................错误!未定义书签。 1．熟练掌握三种主要微波传输线（矩形，圆柱形，同轴）的模式的场分布及其特点，能作出或判断传输线横截面的模式图。..................错误!未定义书签。 2．掌握各种传输线特性参量及其运用。..................错误!未定义书签。 3．了解波导传输线的截止波长分布图及其应用。..........错误!未定义书签。 四、微波网络参量..............................................错误!未定义书签。 1．了解散射参量S参量和转移参量A参量的基本概念......错误!未定义书签。 2．了解S散射矩阵和A转移矩阵各参量的意义............错误!未定义书签。 3．了解S参量和A参量的基本特性及应用................错误!未定义书签。
八木天线的原理和制作
八木天線的原理和製作 八木天线（YaGi Antenna）也叫引向天线或波导天线，因为八木秀次（YaGi）教授首先用详细的理论去解释了这种天线的工作原理，所以叫做八木天线，它是由HF，到VHF，UHF波段中最常用的方向性天线。 八木天线是由一个有源激励振子（Driver Element）和若干无源振子组成，所有振子都平行装制在同一平面上，其中心通常用一铅通（也可用非金属──木方）固定。有源振子就是一个基本半波偶极天线（Dipole），商品八木天线──尤其是用在电视接收时，则多用折合式半段偶极天线做有源振子，好处是阻抗较高，匹配容易频率亦较宽阔，适合电视讯号的8MHz通频带。但折合式振子在业余条件下，制作较难，而宽带带亦会引入较大噪音，因此常见的八木天线多用基本半波偶极型式的有源振子。至于无源振子根据它的功能可以分为反射器（Reflector）和导向器（Director）两种。通常反射器的长度比有源振子长4～5%，而导向器可以有多个，第1～4个导向器的长度通常比有源振子顺序递减2～5%。 由反射器至最前的一个导向器的距离叫做这个八木天线长度。通常收发机的天线输出端，都只是接到八木天线的有源振子。反射器和导向器通常与收发机没有任何电气连接，但在有源振子作用下，两者都会产生感应电压表，电流，其幅度各相位则与无源振子间的距离有关，亦和无源振子的长度有关。因为当振子间的距离不同时，电源走过的途径距离也不同，就会形成不同的相位差。当无源振子的长度不同时，呈现的阻抗也不同。适当地安排反射器的长度，和它与有源振子的距离，便可使反射器和有源振子产生的电磁场在反射器后方相互抵消，而在有源振子前方上相加。同样，适当地安排导向器的长度和它到有源振子的距离，可以使导向器和有源振子在主方向上产生的电磁场相加。这样由有源振子幅射的电波，在加入反射器和导向器后，将沿着导各器的方向形成较强的电磁场，亦即单方向的幅射了。导向器的长度相同，间距相等的八木天线称为均匀导向八木天线，特点是天线的主办窄，方向系数大，整个频带内增益均匀。而当八木天线各个导向器的长度不同，间距亦不等时叫做非均匀导向八木天线，特点是天线的主瓣较宽，方向系数较少，工作频带内增益不均匀（但在UHF以上波段并不明显），但工作频带较宽。但如果将非均匀的导向八木天线的结构设计合理，则可以显著地压缩副瓣，又不致太大扩宽主瓣和降低方向系数。
微波技术与天线复习知识要点
《微波技术与天线》复习知识要点 绪论 微波的定义： 微波是电磁波谱介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段。 微波的频率范围：300MHz~3000GHz ,其对应波长范围是1m~ 0.1mm 微波的特点（要结合实际应用）： 似光性，频率高（频带宽），穿透性（卫星通信），量子特性（微波波谱的分析） 第一章均匀传输线理论 均匀无耗传输线的输入阻抗（2个特性） 定义： 传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比称为传输线的输入阻抗注： 均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗、工作频率有关。 两个特性： 1、λ／2重复性： 无耗传输线上任意相距λ／2处的阻抗相同Z in(z)=Z in(z+λ／2)
2、λ／4变换性:Zin(z)-Z in(z+λ／4)=Z 02 证明题： (作业题) 均匀无耗传输线的三种传输状态（要会判断）参数 |Γ|ρZ 1行波01 匹配驻波1∞ 短路、开路、纯 电抗行驻波 0＜|Γ|＜1 1＜ρ＜∞ 任意负载 能量电磁能量全部 被负载吸收电磁能量在原 地震荡 1.行波状态： 无反射的传输状态 匹配负载：
负载阻抗等于传输线的特性阻抗 沿线电压和电流振幅不变 电压和电流在任意点上同相 2.纯驻波状态： 全反射状态 负载阻抗分为短路、开路、纯电抗状态 3.行驻波状态： 传输线上任意点输入阻抗为复数 传输线的三类匹配状态（知道概念） 负载阻抗匹配： 是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形，此时只有从信源到负载的入射波，而无反射波。源阻抗匹配： 电源的内阻等于传输线的特性阻抗时，电源和传输线是匹配的，这种电源称之为匹配电源。此时，信号源端无反射。 共轭阻抗匹配： 对于不匹配电源，当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗为电源内阻抗的共轭值时，即当Z in=Z g﹡时，负载能得到最大功率值。 共轭匹配的目的就是使负载得到最大功率。 传输线的阻抗匹配（λ／4阻抗变换）(P15和P17) 阻抗圆图的应用（*与实验结合）
调频信号八木天线制作
八木五单元FM天线的制作 发表日期：2003年12月21日出处：调频发烧作者：甘铭晓【编辑录入：飞奔】 天线是接收机捕捉信号的工具,用于远程调频广播接收的天线大部分采用八木(YAGI)天线,八木天线的单元数接影响了接收范围,单元数越多,则方向越尖锐,增益越高,直距离越远. 中国的调频广播频段为87.5-108MHZ,而电视五频道的中心频率为88MHZ,所以五频道天线基本适合于远程调频广播接收.爱好者可购五频道电视天线代用,要求高的爱好者可将五频道电视天线稍加改后用.我建议用五单元的好,它具有较高的增益,且体积不大.普通的五频道五单元八木天线才十多元,购后改动最合算. 以下我介绍我使用天线的一些处理方法: 1.天线的匹配问题,一般天线的输出为300欧,而电缆多为75欧,阻抗不同就得进行匹配,否则高频信号是很难传输的.天线匹配器多为变压器式和U型半波环式,变压器式匹配器制作较复杂,线和磁环的选取直接影响匹配系数.而U型半波环式只需一段75欧的电缆就可以了.我应用时觉得U型半波环式好些. 2.天线的调试问题,安装好天线后并不是就有立杆见影的效果,需进行调试后才有不可思义的效果.首先要确定要接收电台的方向(因为天线为定向天线),将天线引子的方向对准电台方向.用接收机试收电台,然后找相应方向的一个最弱的信号调节天线的高度,找一个信号最强的位置后将天线定住. 3.使用天线放大器应注意的问题,目前市场上的天线放大器多为两个9018组合的,由于9018的工作噪声较大,要"发烧"最好将9018改用C3358或C3355低噪管.若使用放大器时在多个频点上出现不明的数码声(音频脉冲)干扰其它电台的信号,这是传呼发射台的谐波再生造成的,是由于天线放大器的滤波器问题,最好在输入端加一个BPF(88-108MHZ滤波器),可从旧的调频收音机上拆(形状如电视6.5MHZ滤波器).亦可在第一级放大器的耦合电容前对地加一个5-45P的电容. 4.天线与电缆的接头应注意防锈,天线一般架设在天台,日晒风吹后天线接口很易生锈,这样会影响信号的传输和天线的匹配,使接收效果变差.若有天线放大器的天线极易使放大器自激,最好在天线安装时将接口涂上防锈漆. 5.电缆安装时尽量拉直不要卷在一起,引入屋后最好在刚入屋处安个插座,打雷时可很快拔下. 6.天线架设时应注意防雷,高层建筑一般都有避雷针,避雷范围是以针尖为原点与针成45度角的伞形空间,天线应在此空间内才安全. 7.天线的保养,由于天线受风吹,日晒,雨淋后很快会被氧化,有时间可一年将天线洗一次,我是一年换一付天线的.电缆的所有接口一样要用95%的酒精清洗. 8.天线的反射器,振子和引向器不能和支架导通,要用塑料隔开! 9.大部分收音头是300欧输入的,可以将收音头里的300-75欧的匹配器断开成75欧接口. 一个调频接收系统并不是有了好天线,高级电缆就有很好的接收效果.而是要在天线,电缆和接收机相互配合下才可能的.就如我们音响发烧一样,音源,功放,线材,音箱相互搭配好才有好的效果一样.我们选择接收机时应注意,目前市场上的很多收音机都不适宜进行远程调频接收,普通的微型收音机主要是设计为了能收本地和邻近电台,它在调谐的工艺上花较少的工夫,邻频处理不好,它主要花在外形设计上.普通的收音头我认为手调的要比数调的好,目前国产的普通数调收音头主要设计在它的功能上,而不是求它的高灵敏度,手调收音机是我国民族工业的成熟产品,显然普通手调收音头比数调的好.但一些国产的数调机还是不错的,已可和一些进口产品比美了.在我的使用中发现汽车调频接收机相当好,不论是手调的还是数调的,它的灵敏度和邻频处理都很好,中强度信号在0.2MHZ完全可分离,主要它是用了一体化调谐器,一体调谐器不象普通调谐一样与中放和立体声解调设计在同一块板上,而是由专业厂家另外生产的,它不论工艺还是技术都是较好的.使用WALKMEN时,我认为手调的比数调的好,比如松下,爱华,索尼的收音功
微波课设八木天线设计
微波课设八木天线设计文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
课设报告 课程名称：微波技术与天线 课设题目：八木天线的仿真设计 课设地点：电机馆跨越机房 专业班级：信息1002班 学号： 学生姓名： 指导教师： 2013/6/27 目录 1、设计摘要 2、设计原理 3、八木天线参数选择及设计要求 4、八木天线的HFSS10仿真 （1）建立模型 （2）确认设计 (3) S参数（反射参数） （4）2D辐射远区场方向图 （5）3D Polar 5、仿真结果分析 6、实验中的问题 7、心得体会
一、设计摘要 八木天线又称引向天线，它由一个有源振子及若干无源振子组成的线形端射天线。其结构示意图如下，在无源振子中较长的一个为反射器，其余的均为引向器，它被广泛应用于米波、分米波波段的通信、雷达、电视、及其它无线电系统中。 六元八木天线示意图 八木天线中，有源振子可以是半波振子，也可以是折合振子一般常用折合振子，以提高八木天线的输入阻抗，以便和馈电线匹配。主要作用是提高辐射能量。无源振子是若干孤立的金属杆，它与馈线和有源振子不直接相连，作用是使辐射的能量集中到天线的端向。 二、设计原理： 八木天线的工作原理是：有源振子被馈电后，向空间辐射电磁波，使无源振子中的产生感应电流，从而也产生辐射。改变无源振子的长度及其与有源振子之间的距离，无源振子上的感应电流的幅度和相位也随着改变，从而影响有源振子的方向图。若无源振子与有源振子之间的距离小于λ/4，无源振子比有源振子短时，整个电磁波能量将在无源振子方向增强；无源振子比有源振子长时，将在无源振子方向减弱。比有源振子稍长一点的称反射器，它在有源振子的一侧，起着消弱从这个方向传来的电波或从本天线发射去的电波的作用；比有源振子略短的称引向器，它位于有源振子的另一侧，它能增强从这一侧方向传来的或向这个方向发射出去的电波。通常反射器的长度比有源振子长4%～5%,而引向器可以有多个，第1～4个引向器的长度通常比有源振子顺序递减2%～5%。 本设计就是基于八木天线的基本理论的基础上，设计一个六元八木天线。三、八木天线参数选择及设计要求
《微波技术与天线》实验指导书
微波技术与天线实验指导书 南京工业大学信息科学与工程学院 通信工程系
目录 实验一微波测量系统的熟悉和调整.................. - 2 -实验二电压驻波比的测量......................... - 9 -实验三微波阻抗的测量与匹配 .................... - 12 -实验四二端口微波网络阻抗参数的测量 ............. - 17 -
实验一 微波测量系统的熟悉和调整 一、实验目的 1. 熟悉波导测量线的使用方法； 2. 掌握校准晶体检波特性的方法； 3. 观测矩形波导终端的三种状态（短路、接任意负载、匹配）时，TE 10波的电场分量沿轴向方向上的分布。 二、实验原理 1. 传输线的三种状态 对于波导系统，电场基本解为ift rm ift r e E e a b r V E --== ) /ln(0 (1) 当终端接短路负载时，导行波在终端全部被反射――纯驻波状态。 ift y ift y y e x a E e x a E E )sin( )sin( 00π π -=- 在x=a/2处 z E e e E E y ift ift y y βsin 2)(00-=+=+- 其模值为：z E E y y βsin 20= 最大值和最小值为： 2min 0max ==r r r E E E (2) 终端接任意负载时，导行波在终端部分被反射――行驻波状态。 ift y ift y y e x a E e x a E E )sin( )sin( ' 00π π +=- 在x=a/2处 z E e E E e E e E e E e E e E e E E y ift y y fit y fit y fit y ift y fit y fit y y βcos 2)()()('0 ' 0'0 '0'00'00+-=++-=+=----- 由此可见，行驻波由一行波与一驻波合成而得。其模值为：
八木天线470MHZ
一、设计说明：作为电磁换能元件，天线在整个无线电通信系统中位置十分重要，质量好坏直接影响着收发信距离的远近和通联效果，可以说没有了天线也就没有了无线电通信。作为一款经典的定向天线，八木天线在HF、VHF以及UHF波段应用十分广泛，它全称为“八木／宇田天线”，英文名Y AGI，是由上世纪二十年代日本东北帝国大学的电机工程学教授八木秀次，在与他的学生宇田新太郎研究短波束时发明的。相对于基本的半波对称振子或者折合振子天线，八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远，并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。通常八木天线由一个激励振子（也称主振子）、一个反射振子（又称反射器）和若干个引向振子（又称引向器）组成，相比之下反射器最长，位于紧邻主振子的一侧，引向器都较短，并悉数位于主振子的另一侧，全部振子加起来的数目即为天线的单元数，譬如一副五单元的八木天线就包括一个主振子、一个反射器和三个引向器，结构如图1所示。主振子直接与馈电系统相连，属于有源振子，反射器和引向器都属无源振子，所有振子均处于同一个平面内，并按照一定间距平行固定在一根横贯各振子中心的金属横梁上。 二、系统规划传输方式：单向传输节目源：本系统电视节目包括无线电视和自办节目（一套）等。无线电视无线电视无线电视无线电视：：：：通过八木天线接收到的信号送到电视机，收看电视机节目。示意图如下（图一）： 三、技术参数天线的性能直接影响电视机收看电视节目的质量重要因素，主要的技术参数有输入阻抗、工作频率、天线增益及方向性等。A．输入阻抗在谐振状态，天线如同一只电阻接在馈线端。常用馈线阻抗为50 ，如果天线输入阻抗也是50 ，那就达到了“匹配”，就能将天上的信号全部接收下来，所以在制作天线的时候一定要注意阻抗匹配的问题。二分之一波长偶极天线的输入阻抗约为67 ，二分之一波长折合振子的输入阻抗则高于前者4倍，当加了引向器、反射器后，阻抗关系就变得复杂起来了，总的来说八木比仅有基本振子的阻抗要低很多，且八木各单元间距大则阻抗高，反之阻抗变低，同时天线效率降低。有资料介绍，引向器与主振子间距0.15波长时阻抗最低，0.2-0.25时阻抗高，效率提高。这
北邮电磁场与微波实验天线部分实验报告二
北邮电磁场与微波实验天线部分实验报告二
信息与通信工程学院电磁场与微波实验报告
实验二网络分析仪测试八木天线方向图 一、实验目的 1．掌握网络分析仪辅助测试方法； 2．学习测量八木天线方向图方法； 3．研究在不同频率下的八木天线方向图特性。 注：重点观察不同频率下的方向图形状，如：主瓣、副瓣、后瓣、零点、前后比等; 二、实验步骤: (1) 调整分析仪到轨迹（方向图）模式; (2) 调整云台起点位置270°； (3) 寻找归一化点(最大值点); (4) 旋转云台一周并读取图形参数; (5) 坐标变换、变换频率（f600Mhz、900MHz、1200MHz），分析八木天线方向图特性； 三、实验测量图 不同频率下的测量图如下： 600MHz：
900MHz：
1200MHz：
四、结果分析 在实验中，分别对八木天线在600MHz、900MHz、1200MHz频率下的辐射圆图进行了测量，发现频率是900MHz的时候效果是最好的，圆图边沿的毛刺比较少，方向性比较好，主瓣的面积比较大。 当频率为600 MHz的时候，圆图四周的毛刺现象比较严重，当频率上升到1200MHz时，辐射圆图开始变得不规则，在某些角度时出现了很大的衰减，由对称转向了非对称，圆图边缘的毛刺现象就非常明显了，甚至在某些角度下衰减到了最小值。 从整体来看，八木天线由于测量的是无线信号，因此受周围环境的影响还是比较大的，因此在测量的时候周围的人应该避免走动，以减小对天线电磁波的反射从而减小测量带来的误差使得圆图更接近真实情况。 由实验结果分析可知：最大辐射方向基本在90°和270°这条直线上，图中旁瓣均较小，及大部分能量集中在主瓣。 八木天线由于测量的是无线信号，因此受周围环境的影响还是比较大的，因此在测量的时候应当尽量保持周边环境参数一定，以减小对天线电磁波的反射从而减小测量带来的误差使得圆图更接近真实情况。 五、实验总结
微波技术与天线考试重点复习归纳
第一章 1.均匀传输线（规则导波系统）：截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统。 2.均匀传输线方程， 也称电报方程。 3.无色散波：对均匀无耗传输线, 由于β与ω成线性关系, 所以导行波的相速v p 与频率无关, 称为无色散波。色散特性：当传输线有损耗时, β不再与ω成线性关系, 使相速v p 与频率ω有关,这就称为色散特性。 1101 0010110 cos()sin()tan() ()tan()cos()sin() in U z jI Z z Z jZ z Z z Z U Z jZ z I z j z Z ββββββ++==++ 2p v f πλβ===任意相距λ/2处的阻抗相同, 称为λ/2重复性z1 终端负载 221021101()j z j z j z j z Z Z A e z e e Z Z A e ββββ----Γ===Γ+ 1 10 1110 j Z Z e Z Z φ-Γ= =Γ+ 终端反射系数 均匀无耗传输 线上, 任意点反射系数Γ(z)大小均相等,沿线只有相位按周期变化, 其周期为λ/2, 即反射系数也具有λ/2重复性 4. 00()()()in in Z z Z z Z z Z -Γ=+ 0()1()()()1()in U z Z Z Z Z I z Z +Γ==-Γ 111ρρ-Γ= + 1 111/1/1Γ-Γ+=-+=+-+-U U U U ρ电压驻波比 其倒数称为行波系数, 用K 表示 5.行波状态就是无反射的传输状态, 此时反射系数Γl =0, 负载阻抗等于传输线的特性阻抗, 即Z l =Z 0, 称此时的负载为匹配负载。综上所述, 对无耗传输线的行波状态有以下结论: ① 沿线电压和电流振幅不变, 驻波比ρ=1; ② 电压和电流在任意点上都同相; ③ 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗 6终端负载短路：负载阻抗Z l =0, Γl =-1, ρ→∞, 传输线上任意点z 处的反射系数为Γ(z)=-e -j2β z 此时传输线上任意一点z 处的输入阻抗为 0()tan in Z Z jZ z β= ① 沿线各点电压和电流振幅按余弦变化, 电压和电流相位差 90°, 功率为无功功率, 即无能量传输; ② 在z=n λ/2(n=0, 1, 2, …)处电压为零, 电流的振幅值最大且等于2|A 1|/Z 0, 称这些位置为电压波节点；在z=(2n+1)λ/4 (n=0, 1, 2, …)处电压的振幅值最大且等于2|A 1|, 而电流为零, 称这些位置为电压波腹点。 ③ 传输线上各点阻抗为纯电抗, 在电压波节点处Z in =0, 相当于串联谐振, 在电压波腹点处|Z in |→∞, 相当于并联谐振, 在0＜z ＜λ/4内, Z in =jX 相当于一个纯电感, 在λ/4＜z ＜λ/2内, Z in =-jX 相当于一个纯电容，从终端起每隔λ/4阻抗性质就变换一次, 这种特性称为λ/4阻抗变换性。 短路线ls l 110arctan()2s X l Z λπ= 开路线loc 0cot() 2c oc X l arc Z λ π= 9.无耗传输线上距离为λ／4的任意两点处阻抗的乘积均等于传输线特性阻抗的平方, 这种特 性称之为λ/4阻抗变换性。 10.负载阻抗匹配的方法 基本方法：在负载与传输线之间接入一个匹配装置（或称匹配网络），使其输入阻抗等于传输线的特性阻抗Z 0. 对匹配网络的基本要求：简单易行、附加损耗小、频带宽、可调节以匹配可变的负载阻抗。 实现手段分类：串联λ/4阻抗变换器法、支节调配器法 (1)因此当传输线的特性阻抗 01 Z = 时, 输入端的输入阻抗Z in =Z 0, 从而实现了负载和传输 线间的阻抗匹配(2)串联
八木天线制作教程
八木天线制作教程 八木天线是一种引向天线，由一个有源振子和多个无源振子放臵在同一平面上，并且垂直于连接它们中心的金属杆。一般一个无源振子为反射器，其余的无源振子为引向器。因为金属杆通过振子上的压波节点，并垂直于天线，所以，金属杆对天线的近场影响很小。而有源振子必须与金属杆绝缘。 通过下表的数据可以看到，八木天线的增益高于垂直天线及偶极天线。(摘自《天线与电波传播》，北方交通大学徐坤生、蒋忠涌编著) 天线形式反射器数引向器数有源振子数方向性系数 偶极００１０dB 二单元八木１０１３～４.５ｄＢ 二单元八木００１３～４.５ｄＢ 三单元八木１１１６～８ｄＢ 四单元八木１２１７～１０ｄＢ 五单元八木１３１９～１１ｄＢ 从上表上可知，八木天线的单元越多，方向性越强。但是单元的增加不与方向性成正比。单元过多时，导致工作频带变窄，整个天线尺寸也将偏大。 在短波波段，波长较长，自制八木天线比较困难，在超短波波段（Ｖ／Ｕ），因波长短，可以比较方便的自制低成本的八木天线。 八木天线的数学计算复杂，不过很多工程或理论书籍都给出它的尺寸，只要依照这些数据，就可以自制出一副不错的YAGI!五单元八木天线的尺寸如图１
如果自制四单元八木天线，只要不安装引向器Ｄ就可以，天线也会显得小巧一点。如果想做成七单元，在上图的基础上加两个引向器单元，长度分别是半波长的８４％，８２％。新加的单元的间隔仍是波长的０．２倍。 我做的70CM波段八木天线，最初是四单元的，各个振子及其连接的金属杆，用ＢＧ４ＲＵＶ提供的铜焊条(直径２．５ｍｍ)制成。大约一个月后，买了一段２米长，直径４ｍｍ的铜条，又制了一可拆卸的四单元八木天线（找到一段矩形铜管作为连接各个振子的支杆，各个振子均用螺丝与支杆固定，便于携带）。第一支天线的谐振点比预计的中心频率（４３５兆赫）低了约２兆赫，但在４３０至４４０兆赫内的ＳＷＲ不高，最低的ＳＷＲ〈１．１，最高的ＳＷＲ也不大于１．４。第二支天线的ＳＷＲ在整个70CM频段内的起伏不大，最高约１．２。后来，我对这支可拆卸的天线作一些改动，利用剩下的材料又作成三个引向器，就这样我的这支天线既可以拼装成四单元八木天线，也可以拼装成七单元八木。如果想做一支八木天线，但不要求方向性强，可以试试，动手做一支三单元八木天线。在此给处其尺寸（图２）。
微波天线课程设计56GHz微带天线设计(不同切角)教材
课程设计 课程名称：微波技术与天线 课设题目：微带天线设计（不同切角） 实验地点：博学馆机房 专业班级：电信1201班 学号：2012001422 学生姓名： 指导教师：李鸿鹰 2015 年7 月 4 日
课程设计任务书 注：课程设计完成后，学生提交的归档文件应按，封面—任务书—说明书—图纸的顺序进 行装订上交（大张图纸不必装订） 指导教师签名： 日期：2015-6-10 专业班级 电信1201 学生姓名 课程名称 微波技术与天线 课程设计 设计名称 微带天线设计 设计周数 1.5周 指导教师 李鸿鹰 设计 任务 主要 设计 参数 1 熟悉HFSS 仿真平台的使用 2 熟悉微带天线的工作原理与设计方法 3 在HFSS 平台上完成如下微带天线的仿真设计 设计要求如下： 频率：5.6GHz 介质：FR4 4 结合同组其他同学的设计结果完成对于该天线结构参数与性能之间关系的探讨 5 在1.5周内完成设计任务 设计内容 设计要求 6.11：分组、任务分配、任务理解 6.12：查阅参考资料，理论上熟悉所设计的器件的工作原理与特性，完成方案设计。 6.15~6.18：熟悉仿真平台的使用，完成在平台上的建模，设置，结果提取与分析，以及验收。 6.19：同组同学结果汇总及讨论 6. 22：设计说明书的撰写 在设计过程中，作为设计小组成员，每位同学要具有团队意识和合作精神，并最终独立完成自己的设计任务。 主要参考 资 料 刘学观，微波技术与天线，西安电子科技大学电出版社，2012 顾继慧，微波技术，科学出版社，2007 李明洋，HFSS 应用设计详解，人民邮电出版社，2010 学生提交 归档文件 1.设计报告 2.工程文件
木天线的原理和制作tm
八木天线的原理和制作 八木天线（YaGi Antenna）也叫引向天线或波导天线，因为八木秀次（YaGi）教授首先用详细的理论去解释了这种天线的工作原理，所以叫做八木天线，它是由HF，到VHF，UHF波段中最常用的方向性天线。 八木天线是由一个有源激励振子（Driver Element）和若干无源振子组成，所有振子都平行装制在同一平面上，其中心通常用一铅通（也可用非金属──木方）固定。有源振子就是一个基本半波偶极天线（Dipole），商品八木天线──尤其是用在电视接收时，则多用折合式半段偶极天线做有源振子，好处是阻抗较高，匹配容易频率亦较宽阔，适合电视讯号的8MHz通频带。但折合式振子在业余条件下，制作较难，而宽带带亦会引入较大噪音，因此常见的八木天线多用基本半波偶极型式的有源振子。至于无源振子根据它的功能可以分为反射器（Reflector）和导向器（Director）两种。通常反射器的长度比有源振子长4～5%，而导向器可以有多个，第1～4 个导向器的长度通常比有源振子顺序递减2～5%。 由反射器至最前的一个导向器的距离叫做这个八木天线长度。通常收发机的天线输出端，都只是接到八木天线的有源振子。反射器和导向器通常与收发机没有任何电气连接，但在有源振子作用下，两者都会产生感应电压表，电流，其幅度各相位则与无源振子间的距离有关，亦和无源振子的长度有关。因为当振子间的距离不同时，电源走过的途径距离也不同，就会形成不同的相位差。当无源振子的长度不同时，呈现的阻抗也不同。适当地安排反射器的长度，和它与有源振子的距离，便可使反射器和有源振子产生的电磁场在反射器后方相互抵消，而在有源振子前方上相加。同样，适当地安排导向器的长度和它到有源振子的距离，可以使导向器和有源振子在主方向上产生的电磁场相加。这样由有源振子幅射的电波，在加入反射器和导向器后，将沿着导各器的方向形成较强的电磁场，亦即单方向的幅射了。导向器的长度相同，间距相等的八木天线称为均匀导向八木天线，特点是天线的主办窄，方向系数大，整个频带内增益均匀。而当八木天线各个导向器的长度不同，间距亦不等时叫做非均匀导向八木天线，特点是天线的主瓣较宽，方向系数较少，工作频带内增益不均匀（但在UHF以上波段并不明显），但工作频带较宽。但如果将非均匀的导向八木天线的结构设计合理，则可以显着地压缩副瓣，又不致太大扩宽主瓣和降低方向系数。
八木天线研究进展及辐射原理
八木天线研究进展及辐射原理 研究报告 1.历史沿革 八木天线又称引向天线，它是由日本东北大学的八木和宇用共同实验和研制成的。1926年八木在辛：家学会宣讲了题为“Pr四ector of the Sharpest Be枷of Electricwaves”(电波的最锐波束发射器)的论文，同年又在东京举行的第三届泛太平洋会议(the nird Pall．Pacmc Congress)上宣讲了题为“0n the Feasibilitv of PowertransmiSSion by Electric whvcs”(论电波功率传输之可行性)的论文，提出利用多引向器周期性结构的导向作用，即所谓的“波渠”(wave chaIlnel)，可以产生短波的窄波束，用于短波的功率传输。此后八木和宇田继续在合作下从事天线的研究，八木曾于1928年旅美期间，对无线电工程师协会(mE)纽约、华盛顿、哈佛等地的分会进行演讲，并在“Proccedings ofthe mE”上发表了他的著名论文“Beam11ransmi 蚓on of ultra Short wjves”(超短波的波束传输)，该天线随即被称为“八木天线”。八木天线已经被广泛的应用于米波及分米波段的通讯，雷达、电视及其它无线电技术设备中。 2.工作原理及特点 相对与基本的半波对称振子天线和折合振子天线，八木天线增益高，方向性强，抗干扰，作用距离远，并且价格低廉，构造简单，通常八木天线由一个激励振子，一个反射振子，和若干个引向振子组成，相比之下，反射振子最长，位于紧邻主振子一侧，引向都比较短，位于另一侧。主振子与馈电系统相连，属于有源振子，其他反射和引向振子都属于无缘振子，所有振子处于同一个平面内，并且按一定间距平行固定在一根横贯各振子的中心金属横梁上，除了有源振子馈电点必须与金属杆绝缘外，无源振子则都与金属秆短路连接。因为金属杆与各个振子垂直，所以金属杆上不感应电流，也不参与辐射。引向天线的最大辐射方向在垂直于各个振子且由有源振子指向引向器的方向，所以它是一种端射式天线阵。 八木天线的工作原理是这样的（以三单元天线接收为例）：引向器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，反射器略长于二分之一波长，两振子间距四分之一波长。此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90°；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号迭加，得到加强。反射器略长于二分之一波长，呈感性，电流滞后90°，再加上辐射到主振子过程中又滞后90°，与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180°，起到了抵消作用。一个方向加强，一个方向削弱，便有了强方向性。发射状态作用过程亦然。天线的一个重要特征，那就是“输入阻抗”。在谐振状态，天线如同一只电阻接在馈线端。常用馈线阻抗为50Ω，如果天线输入阻抗也是50Ω，那就达到了“匹配”，电台输出的信号就能全部从天线上发射出去；如果不“匹配”，
微波技术与天线实验4利用HFSS仿真分析矩形波导
实验3：利用 HFSS 仿真分析矩形波导 一、 实验原理 矩形波导的结构（如图1），尺寸a×b, a>b ，在矩形波导内传播的电磁波可分为TE 模和TM 模。 图1 矩形波导 1） TE 模，0=z E 。 cos cos z z mn m x n y H H e a b γππ-= 2 cos sin x mn c z n m x n y E H b a b j k e γπππωμ-= 2 sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=- 2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γλπ ππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γλπ ππ-= 其中，c k =2 2 m n a b ππ???? ? ????? +而mn H 是与激励源有关的待定常数。 2） TM 模 Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意：对于mn TM 和mn TE 模， m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即
c k （mn TM ）=c k （mn TE ） = 所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即 c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）= 2 2 2?? ? ??+??? ??b n a m c f （mn TM ）=c f （mn TE ） 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ 微波：是电磁波中介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短（频率最高）的波段，其频率范围从300Mhz（波长1m）至3000GHz（波长0.1m）. 微波的特性：1.似光性2.穿透性3.宽频带特性4.热效应特性5.散射特性6.抗低频干扰特性. 与低频区别：趋肤效应，辐射效应，长线效应，分布参数。 微波传输线的三种类型:1.双导体传输线，2.金属波导管3.介质传输线。 集总参数：在一般的电路分析中,电路的所有参数,如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上,各个元件上,各点之间的信号是瞬间传递的,这种理想化的电路模型称为集总电路。 这类电路所涉及电路元件的电磁过程都集中在元件内部进行。用集总电路近似实际电路是有条件的，这个条件是实际电路的尺寸要远小于电路工作时的电磁波长。 对于集总参数电路，由基尔霍夫定律唯一地确定了电压电流。 分布参数：电路是指电路中同一瞬间相邻两点的电位和电流都不相同。这说明分布参数电路中的电压和电流除了是时间的函数外，还是空间坐标的函数。 分布参数电路的实际尺寸能和电路的工作波长相比拟。 对于分布参数电路由传输线理论对其进行分析。 均匀传输线方程（电报方程）： t t z i L t z Ri z t z u ? ? + = ? ?), ( ), ( ), (， t t z u C t z Gi z t z i ? ? + = ? ?), ( ), ( ), ( 传输线瞬时电压电流： ) cos( ) cos( ), ( 2 1 z t e A z t e A t z u z zβ ω β ωα α- + + =- + )] cos( ) cos( [ 1 ), ( 2 1 z t e A z t e A Z t z i z zβ ω β ωα α- + + =- + 特性阻抗: C j G L j R Z ω ω + + = (无耗传输线R=G=0.) 平行双导线(直径为d,间距为 D): d D Z r 2 ln 120 0ε = 同轴线（内外导体半径a,b）: a b Z r ln 60 0ε = 相移常数： λ π ω β 2 = =LC 输入阻抗： ) tan( ) tan( 1 1 0z Z Z z Z Z Z Z inβ β + + = 反射系数：z j z j e e Z Z Z Z zβ β- -Γ = + - = Γ 1 1 1 ) ((完整word版)微波技术与天线(重点)