第一篇：天線測(cè)量-時(shí)域應(yīng)用

三． 天線的增益和方向圖測(cè)量

在天線外場(chǎng)測(cè)試中，地面或周?chē)h(huán)境的反射要對(duì)增益和方向圖的測(cè)量結(jié)果帶來(lái)或大或小的誤差。

1． 測(cè)量誤差分析

圖3 天線測(cè)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(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是最大值的倍，接收天線接收到O點(diǎn)反射波場(chǎng)強(qiáng)是其最大值的倍。接收天線的接收?qǐng)鰪?qiáng)由直射波場(chǎng)強(qiáng)E1和反射波場(chǎng)強(qiáng)E2構(gòu)成。

兩波的路程差為:(7)

假設(shè)直射波的場(chǎng)強(qiáng)E1歸一化為1，則

(8)

合成波的場(chǎng)強(qiáng)E為:(9)

A．增益的測(cè)試誤差分析

天線的增益測(cè)量一般采用比較法，因?yàn)楸粶y(cè)天線往往與標(biāo)準(zhǔn)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(cè)天線比標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)強(qiáng)為:

(11)

引起的增益誤差為：

(12)

B．方向圖測(cè)試誤差分析

同樣的道理，天線在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，有時(shí)相位中心沒(méi)在轉(zhuǎn)軸上，假設(shè)相位中心距轉(zhuǎn)軸的距離為L(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)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(chǎng)強(qiáng)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(cè)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(chǎng)強(qiáng)為1；可看出反射波帶來(lái)±0.4倍（±2dB）左右的誤差。誤差可以通過(guò)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(lái)減小，但很多時(shí)候不容易做到，最徹底的方法是采用時(shí)域技術(shù)去掉反射。

2． 時(shí)域應(yīng)用方法

反射給我們的方向圖測(cè)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(shí)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(jì)算出反射波與直射波的路程差和時(shí)延大小。比如：當(dāng)D=10m,H=3m時(shí)，反射波與直射波的路程差為1.66m，時(shí)延為5.53E-9秒。

B．首先在頻域內(nèi)測(cè)量，根據(jù)實(shí)際選擇對(duì)應(yīng)的頻率測(cè)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(guò)傅立葉反變換計(jì)算到時(shí)域。

按鍵APPL，DOMAIN將DISPLAY中TIME/DISTANCE選擇為T(mén)IME，再選擇TIME BAND。

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

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

E． 設(shè)置好后，讓測(cè)試系統(tǒng)每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，掃描記錄一次數(shù)據(jù)。

同時(shí)測(cè)得一個(gè)頻帶內(nèi)多頻點(diǎn)方向圖數(shù)組。

除了扣除一些指定的多余信號(hào)響應(yīng)外，我們也可以運(yùn)用ANTI-GATING功能只保留指定信號(hào)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(fù)值即可，這樣就保留主要信號(hào)的響應(yīng)而把其余一些信號(hào)響應(yīng)均去除掉。

四． 總結(jié)

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

參考資料:

1.《天線測(cè)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(cè)量

· 52 ·測(cè)控與通信2012年第1期

大型反射器天線測(cè)量

翟愛(ài)芬張博文

（中國(guó)電子科技集團(tuán)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(xiàng)指標(biāo)，通過(guò)天線測(cè)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(cè)量，美國(guó)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(dǎo)天線的測(cè)量。

關(guān)鍵詞大型天線參數(shù)測(cè)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(jì)制造完成后，能不能實(shí)際應(yīng)用，最可靠的辦法是進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。而測(cè)量的結(jié)果又常常用于驗(yàn)證理論和檢驗(yàn)天線結(jié)構(gòu)，為今后制造同類(lèi)型的天線提供經(jīng)驗(yàn)。

經(jīng)緯儀用來(lái)測(cè)量安裝在每塊面板角上的靶標(biāo)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(biāo)的模板。經(jīng)緯儀測(cè)量中的誤差包括靶標(biāo)位置測(cè)量的角度誤差和到目標(biāo)半徑距離誤差。

到目前為止，用經(jīng)緯儀測(cè)量的最大誤差源是用打孔鋼帶導(dǎo)致的半徑距離測(cè)量誤差。如果用激光測(cè)距儀替代打孔鋼帶測(cè)量半徑，均方根測(cè)量誤差可以從0.3mm提高到0.2mm。通常使用經(jīng)緯儀進(jìn)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(guó)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(chēng)電子速測(cè)儀）進(jìn)行了測(cè)量。這種經(jīng)緯儀測(cè)量垂直和水平角及距離并將測(cè)量數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)將球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到笛卡爾坐標(biāo)，并可用指令驅(qū)動(dòng)儀得到1個(gè)期望的觀測(cè)角[1]。

作者簡(jiǎn)介 翟愛(ài)芬 女，1987年畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)。主要從事情報(bào)研究工作。

1測(cè)量參數(shù)

大型天線測(cè)量包括機(jī)械性能和電氣性能測(cè)量。機(jī)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(duì)于大口徑天線來(lái)說(shuō)，最大的挑戰(zhàn)是天線的表面精度和重力變形測(cè)量。

1.1機(jī)械性能測(cè)量

天線制造完成后首先需要測(cè)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(cè)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(lái)，隨著科學(xué)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(shí)踐活動(dòng)中推動(dòng)了我國(guó)廣播電視行業(yè)的迅猛發(fā)展。就其基本構(gòu)成來(lái)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(shí)現(xiàn)廣播電視信號(hào)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(jì)環(huán)節(jié)提供科學(xué)、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(lèi)號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）165-0098-01

在具體的生活實(shí)踐中，無(wú)線電視和廣播是人們進(jìn)行信息資源獲取的常用途徑。而這個(gè)進(jìn)行信息獲取的過(guò)程通常涉及到信號(hào)的接收問(wèn)題，但通常無(wú)線信號(hào)的接收一般是通過(guò)電視天線來(lái)完成的，就我國(guó)的當(dāng)前實(shí)際來(lái)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(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)射裝置，同傳統(tǒng)性的發(fā)射天線相較而言，在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)和升級(jí)改造下，能夠在具體的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、低消耗、少問(wèn)題的建設(shè)目的。在這樣的設(shè)備應(yīng)用中，標(biāo)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(shí)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(jī)構(gòu)的發(fā)射端以電磁波的形式進(jìn)行信號(hào)發(fā)射之后，接收端通過(guò)接收裝置對(duì)相關(guān)信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)性的處理和轉(zhuǎn)換，再通過(guò)不同的接收設(shè)備來(lái)接收不同的、清晰優(yōu)秀的圖像和聲音。這樣的過(guò)程就是廣播電視的具體工作過(guò)程[1]。在一個(gè)完整的工作過(guò)程創(chuàng)設(shè)中，進(jìn)行信號(hào)電磁波的發(fā)射是天線的主要功能，通過(guò)先進(jìn)化設(shè)備的支持，在相對(duì)簡(jiǎn)單的處理過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳播。由此可見(jiàn)，天線的工作原理體現(xiàn)在將接收環(huán)節(jié)的短信號(hào)波轉(zhuǎn)換為電磁波的形式并通過(guò)介質(zhì)的支持實(shí)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(guó)當(dāng)前的基本應(yīng)用來(lái)看，立體聲調(diào)頻是在調(diào)頻廣播機(jī)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(guò)有效的立體聲實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)構(gòu)發(fā)射端發(fā)射的信號(hào)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(jìn)行系統(tǒng)性的裝置應(yīng)用中最為頻繁的是電視發(fā)射機(jī)，此外，還包含著具體應(yīng)用中的檢測(cè)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(jī)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(guò)變頻器的應(yīng)用將大功率的射頻信號(hào)波進(jìn)行挑選，并將這些信號(hào)通過(guò)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(jìn)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?hào)傳播的制定規(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(guò)音頻和圖像的方式通過(guò)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(jìn)行信息獲取的有效渠道，所以，在不斷的發(fā)展進(jìn)步中，人們對(duì)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(duì)于信息獲取的要求。

3.1 應(yīng)用現(xiàn)狀分析

在相關(guān)部門(mén)在對(duì)廣播電視行業(yè)內(nèi)的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在我國(guó)當(dāng)前社會(huì)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(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)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(xué)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(qiáng)，并且在全新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用下，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)發(fā)展技術(shù)和信號(hào)傳輸方式的變革和推廣，并對(duì)相關(guān)的接收信號(hào)進(jìn)行合理的優(yōu)化處理，以確保整體運(yùn)行中信號(hào)的接收質(zhì)量和傳輸畫(huà)面的質(zhì)量高效性[3]。

在基本的應(yīng)用發(fā)展中，在整體運(yùn)行和發(fā)展環(huán)境推動(dòng)下，技術(shù)革命和材料革命的有效開(kāi)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(hào)傳輸中的頻道傳輸更加的廣泛，進(jìn)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(guò)程中，使得信號(hào)間的信號(hào)干擾不斷減少，這也就確保了信號(hào)傳輸過(guò)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(guò)導(dǎo)體體面的分裂而形成，所以，在一般情況下又稱(chēng)為開(kāi)槽天線。就具體的表現(xiàn)來(lái)看，矩形狀是縫隙天線最常見(jiàn)的表現(xiàn)狀態(tài)和形式，其長(zhǎng)度一般為整體波長(zhǎng)的1/2。跨接形式是縫隙天線的有效傳播方式，能夠在窄邊饋電的方式下實(shí)現(xiàn)信號(hào)的合理有效傳播，在微波波段的通信雷達(dá)和電子對(duì)抗以及導(dǎo)航設(shè)備，甚至是高速運(yùn)行的飛行器設(shè)計(jì)方面實(shí)現(xiàn)有效的應(yīng)用。另外，因?yàn)榭p隙天線在基本構(gòu)造方面相對(duì)簡(jiǎn)單化，所以在對(duì)一些口徑場(chǎng)的具體分布的控制也相對(duì)方便快捷，使其在實(shí)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(chēng)為正交振子天線，是具體應(yīng)用中相當(dāng)普遍的形式，主要通過(guò)兩個(gè)正交對(duì)稱(chēng)卻又無(wú)差別的半波進(jìn)行振子對(duì)的構(gòu)成和組合，同理而言，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的激勵(lì)控制。蝙蝠翼天線在具體的平面處理工作中，通過(guò)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(chǎng)之外。在具體的應(yīng)用中，處于水平對(duì)稱(chēng)狀態(tài)的振子會(huì)因?yàn)閷?duì)稱(chēng)面的面積偏大，能夠保證整體過(guò)程中同步頻道狀態(tài)下信號(hào)的優(yōu)良匹配性。這樣的基本工作運(yùn)行原理確保了電波在通過(guò)電視的介質(zhì)傳播時(shí)對(duì)電視的屏幕畫(huà)面不會(huì)出現(xiàn)重影的現(xiàn)象，進(jìn)而使得廣播和電視信號(hào)在接收過(guò)程和具體展現(xiàn)時(shí)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(diǎn)，所以，在具體的應(yīng)用中，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)具體介質(zhì)的絕緣子保護(hù)，也能有效確保振子和整體天線之間信號(hào)傳輸和應(yīng)用的可靠性和穩(wěn)定性。所以，在現(xiàn)今社會(huì)發(fā)展和人們對(duì)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(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和推動(dòng)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(shí)現(xiàn)了具體發(fā)展中的機(jī)遇建設(shè)，并在新技術(shù)和新材料的更新?lián)Q代下推動(dòng)著廣播電視發(fā)射天線技術(shù)的更新和前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)內(nèi)的整體完善和提升，以及各個(gè)層面的進(jìn)步。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和推動(dòng)，人們對(duì)于廣播電視的質(zhì)量要求也在不斷提升和強(qiáng)化，使得具體應(yīng)用技術(shù)也在更新和完善，以確保信號(hào)在通過(guò)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(duì)于具體生活實(shí)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(xiàn)

[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(fēng)，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(kāi)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(bào)道與納米光學(xué)天線有關(guān)。為此從百度文庫(kù)、道客巴巴文庫(kù)、光明網(wǎng)、科學(xué)網(wǎng)、騰訊網(wǎng)、國(guó)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(xué)天線有關(guān)資料，分析整理后，對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行一些討論。

近日，武漢大學(xué)電子信息學(xué)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(xué)鄭國(guó)興與伯明翰大學(xué)教授張霜開(kāi)展合作，在實(shí)驗(yàn)中不僅捕捉到令人滿意的愛(ài)因斯坦激光全息圖像，而且實(shí)現(xiàn)了高達(dá)80%的實(shí)測(cè)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(jiǎn)化——僅需一步光刻工藝。

另?yè)?jù)報(bào)道，蘇格蘭大學(xué)物理學(xué)聯(lián)盟高校的科學(xué)家，在實(shí)驗(yàn)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(yùn)行。在自由空間中光速接近每秒30萬(wàn)公里，當(dāng)光通過(guò)諸如冰體、玻璃等材料時(shí)，光速會(huì)出現(xiàn)降低，但只要它再次返回自由空間中，其速度就會(huì)回歸正常。

美國(guó)伊利諾斯大學(xué)厄本那—香檳分校一個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)等離子光學(xué)性質(zhì)進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)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(fù)9次方牛）量級(jí)的受力差異。

2015-03-05，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)設(shè)計(jì)了一類(lèi)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(guò)降低結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性和增大顆粒尺寸，使其能夠在可見(jiàn)光寬譜范圍內(nèi)吸光，吸光后的光熱效應(yīng)足以為有機(jī)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(qiáng)的聚光能力從而產(chǎn)生局部高溫。

內(nèi)外科技專(zhuān)家上述研究進(jìn)展，這些成果很受關(guān)注。無(wú)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(dāng)然這些領(lǐng)域的研究是相互交叉的，有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期的融合過(guò)程。將會(huì)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(zhuān)業(yè)上愛(ài)好和興趣也是一個(gè)原因。

納米光學(xué)天線的基本關(guān)注點(diǎn)

[size=14.0000pt]1.納米光學(xué)天線最小尺寸

納米光學(xué)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(lèi)似于傳統(tǒng)天線接收入射電磁波的屬性，最早提出光學(xué)天線的概念。隨后，Pohl教授對(duì)這種類(lèi)似性進(jìn)行系統(tǒng)的討論，通過(guò)比較近場(chǎng)光學(xué)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(chǎng)光學(xué)。由于光學(xué)偶極子天線諧振長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于入射光半波長(zhǎng)，這與傳統(tǒng)天線理論相悖，Novotny教授用有效波長(zhǎng)的概念解決了該問(wèn)題。

2010年03月17日新華網(wǎng)報(bào)道：日本廣島大學(xué)的研究小組日前開(kāi)發(fā)出納米級(jí)超小型天線.天線寬75至125納米、長(zhǎng)500納米，相當(dāng)于把普通電視天線縮小到百萬(wàn)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(zhǎng)為400至800納米的電磁波。納米光學(xué)天線是自赫茲發(fā)明天線以來(lái)，所有天線中最小天線，它的工作頻段進(jìn)入光頻段，即THz。然而納米天線進(jìn)入光頻段，出現(xiàn)一些超常特性。2.納米光學(xué)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(xué)波段可以利用光學(xué)天線在納米尺度對(duì)光波進(jìn)行調(diào)控。基于表面等離子體共振的納米光學(xué)天線的一個(gè)獨(dú)特性質(zhì)是約束場(chǎng)。一個(gè)很小金屬顆粒受光激后，經(jīng)常被看作一個(gè)偶極子天線，納米粒子可以通過(guò)外場(chǎng)的激發(fā)，而成為光源,并擁有其獨(dú)特的光學(xué)性能。納米天線對(duì)特定波長(zhǎng)的輻射，具有強(qiáng)吸收和強(qiáng)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(dāng)表面等離子體諧振時(shí)，納米金屬粒子的極化作用明顯增強(qiáng)，誘發(fā)的偶極子也極大地增強(qiáng)，這也導(dǎo)致電磁場(chǎng)大大增強(qiáng)。這種性能常常被用來(lái)增強(qiáng)某些光學(xué)過(guò)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(xué)響應(yīng)。這種性能與微波線天線受外場(chǎng)激勵(lì)后，在諧振狀態(tài)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流在平行極化時(shí)，會(huì)使天線輻射場(chǎng)明顯增強(qiáng)，這兩者有相類(lèi)似的現(xiàn)象。A.頻譜調(diào)控：

據(jù)科學(xué)時(shí)報(bào)2010年1月27日?qǐng)?bào)道：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研人員發(fā)現(xiàn)：無(wú)線電通信天線尖端尺寸減少到納米量級(jí)，并非常接近另一金屬表面而形成一個(gè)納米腔室時(shí)，就可以調(diào)控局域等離激元諧振模式，來(lái)對(duì)腔內(nèi)熒光體的發(fā)光特性進(jìn)行有效控制，在光頻區(qū)實(shí)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(jī)制，揭示了局域的納腔等離激元場(chǎng)，可以作為一種近場(chǎng)相干光源，在光電耦合與轉(zhuǎn)化過(guò)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(shí)現(xiàn)高增益單波束輻射：

單向納米天線可以為任何無(wú)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(diǎn)）引入方向性。立方體天線通過(guò)精確控制光束寬度與方向，實(shí)現(xiàn)光會(huì)聚。特殊結(jié)構(gòu)的納米天線能夠改變與其相耦合的點(diǎn)光源的方向性，甚至可實(shí)現(xiàn)高增益單波束輻射。調(diào)天線單元間距可實(shí)現(xiàn)對(duì)光束指向的微調(diào)。

C.利用非對(duì)稱(chēng)光學(xué)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(xué)縫隙納米天線，通過(guò)調(diào)節(jié)天線尺寸來(lái)改變兩個(gè)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(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)圓偏振光。

E.增強(qiáng)自發(fā)光輻射： 用由金制成的外部天線，來(lái)增強(qiáng)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(kāi)關(guān)效應(yīng): 由北京大學(xué)物理學(xué)院、美國(guó)Rice大學(xué)、國(guó)家納米科學(xué)中心、北京大學(xué)前沿交叉學(xué)院共同合作完成的“導(dǎo)電襯底金屬九聚體納米天線結(jié)構(gòu)Fano共振開(kāi)關(guān)效應(yīng)”.G.改變納米天線尺寸與波長(zhǎng)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(lèi)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(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)也能大大減小納米天線尺寸，不足波長(zhǎng)的十二分之一.I.創(chuàng)建負(fù)折射現(xiàn)象來(lái)控制光的偏振: 2011年12月26日 ,科技日?qǐng)?bào)報(bào)道：(http://www.tmdps.cn)實(shí)驗(yàn)證明，纖細(xì)的等離子體納米天線陣列能采用新奇的方式對(duì)光進(jìn)行精確地操控，改變光的相位，形成負(fù)折射現(xiàn)象.通過(guò)改變光的相位，能顯著改變光的傳播方式，同一種光波通過(guò)折射率不同的物質(zhì)時(shí)，相位就會(huì)發(fā)生變化。創(chuàng)建負(fù)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(xué)的科研團(tuán)隊(duì)制造出了這種納米天線陣列，光波波介于1微米(百萬(wàn)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(dǎo)吸收光的能量: 據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)2011年7月10日?qǐng)?bào)道，加拿大科學(xué)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(dǎo)吸光能量。這是整合在DNA（脫氧核糖核酸）和半導(dǎo)體研究?jī)煞矫娴南冗M(jìn)成果，發(fā)明了這種方法，讓某些類(lèi)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(fù)合物，并將這種由量子點(diǎn)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(lái)的特定DNA序列包裹不同類(lèi)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(lèi)似于分子的納米粒子復(fù)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(fù)合物內(nèi)特定的位置上。新復(fù)合物也能捕捉太陽(yáng)光中所包含的各種波長(zhǎng)的光。這是一種新型能量產(chǎn)生器，這對(duì)探索小宇宙內(nèi)能量形成機(jī)制有很好的啟發(fā)。

K.調(diào)控光的速度: 蘇格蘭大學(xué)物理學(xué)聯(lián)盟高校的科學(xué)家，在實(shí)驗(yàn)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(yùn)行。

L.重組光的性質(zhì)：納米紋理表面就像一種預(yù)編程序，入射光與表面相互作用后，光的性質(zhì)就會(huì)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(duì)陣列進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子光學(xué)性質(zhì)進(jìn)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(lái)改變光的性質(zhì)。

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

納米光學(xué)天線結(jié)構(gòu)種類(lèi)繁多，常見(jiàn)結(jié)構(gòu):分別是納米棒、蝴蝶結(jié)形、納米粒子對(duì)、八木-宇田天線、納米粒子陣列。對(duì)稱(chēng)振子納米光學(xué)天線，由兩片金屬薄膜和饋電間隙構(gòu)成。共振時(shí)天線長(zhǎng)度約為入射光波長(zhǎng)的一半。振子臂形狀除了長(zhǎng)方形外，也可以為梯形，蝴蝶結(jié)形、圓盤(pán)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(zhǎng)。不同結(jié)構(gòu)的納米天線具有不同的光學(xué)性能，這也提供了對(duì)基于納米光學(xué)天線的光學(xué)元件的調(diào)控方法。.新近科技報(bào)道表明，納米光學(xué)天線還有下列形狀：

A.澳大利亞spacedaily網(wǎng)站2015年2月25日?qǐng)?bào)道：澳大利亞科學(xué)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(dǎo)體和半導(dǎo)體材料組成的球形天線。B.納米光學(xué)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(shuō)它們由重復(fù)樣板組成，復(fù)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(kuò)大至人類(lèi)頭發(fā)的寬度.D 3D立體半球天線

美國(guó)伊利諾伊大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程系以及材料科學(xué)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(jí)的“銀墨水”，用類(lèi)似打印機(jī)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(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)尺寸也能大大縮小，不足波長(zhǎng)的十二分之一。通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)多種天線形狀，可以實(shí)現(xiàn)在各種基板，包括塑料薄膜、紙質(zhì)、陶瓷等表面，實(shí)現(xiàn)“一鍵”打印天線，該技術(shù)非常便捷，可以實(shí)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(xué)的科研團(tuán)隊(duì)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。科學(xué)家們也已證明，他們能讓光通過(guò)一個(gè)寬度僅為光波波長(zhǎng)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(lèi)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(fù)合物，將這種由量子點(diǎn)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(guò)利用雙光子熒光增強(qiáng)作用，得到了天線間隙處場(chǎng)增強(qiáng)大約在1000量級(jí)。Bow-tie天線間隙處的場(chǎng)高度增強(qiáng)，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(xué)天線，探測(cè)單分子熒光，得到了～25nm的光學(xué)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(jì)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(qiáng)光的電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間的干涉，使場(chǎng)增強(qiáng)或改變光束的方向。[size=15.0000pt]4.納米光學(xué)天線的材料

按材料的不同，光學(xué)天線可分為介質(zhì)光學(xué)天線和金屬光學(xué)天線。其中，介質(zhì)光學(xué)天線可以作為近場(chǎng)光學(xué)探針對(duì)樣本表面的隱逝場(chǎng)進(jìn)行散射，實(shí)現(xiàn)局域場(chǎng)與傳播場(chǎng)的相互轉(zhuǎn)換。金屬(金、銀、銅、鋁等)光學(xué)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(shí)現(xiàn)傳播場(chǎng)與局域場(chǎng)的相互轉(zhuǎn)換和電磁場(chǎng)局域增強(qiáng)。

A.對(duì)稱(chēng)振子納米光學(xué)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(jí)的“銀墨水”，用類(lèi)似打印機(jī)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(lèi)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(fù)合物，這種由量子點(diǎn)自我組裝而成的材料命名為“人造分子”。

D.創(chuàng)建負(fù)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(zhǎng)介于1微米(百萬(wàn)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(xué)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(dǎo)體和半導(dǎo)體材料組成的球形天線。

I.使用微型半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)(QC)激光器,在QC激光器上安裝納米天線，實(shí)現(xiàn)了納米級(jí)的精度對(duì)激光點(diǎn)聚焦，從而可以使QC激光器執(zhí)行亞微米級(jí)的掃描。使分辨率提高到可見(jiàn)光波長(zhǎng)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(xué)院（Georgia Institute of Technology）的研究人員，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，用石墨烯制作的納米天線,可以用于納米機(jī)器的網(wǎng)絡(luò)中。除了能夠在納米機(jī)器之間通信外，石墨烯天線還能用于移動(dòng)手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)連接的筆記本上，使它們得到更遠(yuǎn)的通信距離。石墨烯使用非常少的能源就能夠運(yùn)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)速率提高超過(guò)兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

K.稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米發(fā)光材料具有高光化學(xué)穩(wěn)定性、幾乎無(wú)毒性、窄線寬、長(zhǎng)熒光壽命、可調(diào)諧熒光發(fā)射波長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，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(biāo)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(dú)特設(shè)計(jì)的金屬鈀納米材料，具有高催化活性和太陽(yáng)能利用價(jià)值，在光驅(qū)動(dòng)有機(jī)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(cè)量(設(shè)計(jì)性)試驗(yàn)

理學(xué)院材料物理專(zhuān)業(yè)

近代物理實(shí)驗(yàn)（設(shè)計(jì)性）試驗(yàn)報(bào)告

2012年6月23號(hào) 中國(guó)石油大學(xué)近代物理 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

班級(jí)： 材料物理10-2 姓名： 同組者：

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

不同材質(zhì)天線的方向圖測(cè)量

（measurement of antenna parameters）

【 中國(guó)石油大學(xué)（華東）理學(xué)院材料物理專(zhuān)業(yè)10-2 】

摘要：

天線的作用首先在于輻射和接收無(wú)線電波，但是能輻射或接收電磁波的東西不一定都能用來(lái)作為天線。任何高頻電路，只要不被完全屏蔽，都可以向周?chē)臻g或多或少地輻射電磁波，或從周?chē)臻g或多或少地接收電磁波。但是任意一個(gè)高頻電路并不一定能用作天線，因?yàn)樗妮椛浠蚪邮招士赡芎艿汀?/p>

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

研究天線問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上是研究天線所產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)分布，以及由空間電磁場(chǎng)分布所決定的天線特性。我們知道電磁場(chǎng)滿足麥克斯韋（Maxwell）方程組。因此，求解天線問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是求解滿足一定邊界條件的電磁場(chǎng)方程，它的理論基礎(chǔ)是電磁場(chǎng)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(gè)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(dá)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(wú)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€(gè)特定的區(qū)域輻射（或只接受來(lái)自特定區(qū)域的無(wú)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(shuō)，要求天線具有方向性。

天線所輻射的無(wú)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(jiǎn)單的天線也有方向性，完全沒(méi)有方向性的天線實(shí)際上不存在。

通過(guò)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(lái)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(wú)線電波、能量轉(zhuǎn)換、電磁場(chǎng)、輻射或接收 引言：

通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、廣播、電視等無(wú)線電技術(shù)設(shè)備，都是通過(guò)無(wú)線電波來(lái)傳播信息，都需要有無(wú)

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

圖1是測(cè)量通過(guò)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(cè)天線，與信號(hào)發(fā)生器相連用作發(fā)射,它裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上能作360°轉(zhuǎn)動(dòng)；天線2為輔助天線，它與電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)相連以便測(cè)得離被測(cè)天線一定距離處的場(chǎng)強(qiáng)。兩天線的極化特性要求相同，為了近似滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件，兩天線間的距離應(yīng)滿足,式中&λ為測(cè)試工作波長(zhǎng)；r和D的意義見(jiàn)圖1。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)被測(cè)天線1時(shí)，可在天線2處測(cè)得以轉(zhuǎn)動(dòng)角θ表示的函數(shù)的電場(chǎng)強(qiáng)度E(θ)，于是就可畫(huà)出轉(zhuǎn)動(dòng)平面內(nèi)的天線 1的方向圖。若被測(cè)天線為半波天線，它的子午面內(nèi)的方向圖如圖2a，當(dāng)把天線轉(zhuǎn)動(dòng)90°使之垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)平面時(shí),可測(cè)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(cè)得任意面內(nèi)的方向圖。此外，也可固定被測(cè)天線1，而把輔助天線2沿以被測(cè)天線為中心,距離為半徑的圓周運(yùn)動(dòng)，同樣可以測(cè)得天線的方向圖。若把收發(fā)條件互換，即把被測(cè)天線用作接收，輔助天線用作發(fā)射，最終測(cè)得的天線方向圖并無(wú)變化，這是符合天線互易定理的。

r【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

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(guò)對(duì)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(shí)驗(yàn)原理】

一．天線的原理

天線的作用首先在于輻射和接收無(wú)線電波，但是能輻射或接收電磁波的東西不一定都能用來(lái)作為天線。任何高頻電路，只要不被完全屏蔽，都可以向周?chē)臻g或多或少地輻射電磁波，或從周?chē)臻g或多或少地接收電磁波。但是任意一個(gè)高頻電路并不一定能用作天線，因?yàn)樗妮椛浠蚪邮招士赡芎艿汀Ｒ軌蛴行У剌椛浠蛘呓邮针姶挪ǎ炀€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(kāi)路平行雙導(dǎo)線傳輸線演變?yōu)樘炀€的過(guò)程。開(kāi)始時(shí)，平行雙導(dǎo)線傳輸線之間的電場(chǎng)呈現(xiàn)駐波分布，如圖B3-1a。在兩根互相平行的導(dǎo)線上，電流方向相反，線間距離又遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，它們所激發(fā)的電磁場(chǎng)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(kāi)，如圖B3-1b所示，那么在某些方向上，兩導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)就不能抵消，輻射將會(huì)逐漸增強(qiáng)。當(dāng)兩線完全張開(kāi)時(shí)，如圖B3-1c所示，張開(kāi)的兩臂上電流方向相同，它們?cè)谥車(chē)臻g激發(fā)的電磁場(chǎng)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(qiáng)。這樣的結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。由末端開(kāi)路的平行雙導(dǎo)線傳輸線張開(kāi)而成的天線，就是通常的對(duì)稱(chēng)振子天線，是最簡(jiǎn)單的一種天線。

天線輻射的是無(wú)線電波，接收的也是無(wú)線電波，然而發(fā)射機(jī)通過(guò)饋線送入天線的并不是無(wú)線電波，接收天線也不能把無(wú)線電波直接經(jīng)饋線送入接收機(jī)，其中必須進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換。圖B3-2是進(jìn)行無(wú)線電通信時(shí)，從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)信號(hào)通路的簡(jiǎn)單方框圖。在發(fā)射端，發(fā)射機(jī)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(wú)線電波——自由電磁波向周?chē)臻g輻射；在接受端，無(wú)線電波通過(guò)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(jī)。從上述過(guò)程可以看出，天線除了能有效地輻射或者接收無(wú)線電波外，還能完成高頻電流到同頻率無(wú)線電波的轉(zhuǎn)換，或者完成無(wú)線電波到同頻率的高頻電流的轉(zhuǎn)換。所以，天線還是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器。

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

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

二．天線的分類(lèi)

天線的形式很多，為了便于研究，可以根據(jù)不同情況進(jìn)行分類(lèi)。按用途分類(lèi)，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(lèi)，有通信天線，雷達(dá)天線，導(dǎo)航天線，測(cè)向天線，廣播天線，電視天線等。按饋電方式分類(lèi)，有對(duì)稱(chēng)天線，不對(duì)稱(chēng)天線。

按使用波段分類(lèi)，有長(zhǎng)波、超長(zhǎng)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(lèi)，有T形天線，V形天線，菱形天線，魚(yú)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(lèi)：一類(lèi)是由半徑遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的金屬導(dǎo)線構(gòu)成的線狀天線——稱(chēng)為線天線，另一類(lèi)是用尺寸大于波長(zhǎng)的金屬或介質(zhì)面構(gòu)成的面狀天線——稱(chēng)為面天線。線天線主要用于長(zhǎng)、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(gè)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(dá)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(wú)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€(gè)特定的區(qū)域輻射（或只接受來(lái)自特定區(qū)域的無(wú)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(shuō)，要求天線具有方向性。如果天線沒(méi)有方向性，對(duì)發(fā)射天線來(lái)說(shuō)，它說(shuō)輻射的功率中只有很少一部分到達(dá)所需要的方向，大部分功率浪費(fèi)在不需要的方向上；對(duì)接收天線來(lái)說(shuō)，在接受到所需要的信號(hào)同時(shí)，還接收到來(lái)自其它方向的干擾和噪聲，甚至使信號(hào)完全淹沒(méi)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(wú)線電波的同時(shí)，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(wú)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(jiǎn)單的天線也有方向性，完全沒(méi)有方向性的天線實(shí)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(gè)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(duì)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(chǎng)強(qiáng)、相位和極化等。實(shí)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(méi)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(chēng)為分貝方向圖，它表示某方向的功率通量密度相對(duì)于最大值下降的分貝數(shù)。天線某方向的分貝數(shù)的計(jì)算方法見(jiàn)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(biāo)，也可以采用直角坐標(biāo)。極坐標(biāo)方向圖形象、直觀，但對(duì)于方向性強(qiáng)的天線難于精確表示；直角坐標(biāo)方向圖雖然沒(méi)有極坐標(biāo)方向圖形象、直觀，但更容易從中計(jì)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(biāo)下天線方向圖一般形狀

通過(guò)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(lái)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(biāo)下天線方向圖的一般形狀。方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱(chēng)為主瓣，其余的瓣稱(chēng)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(duì)應(yīng)的角度；

(2)主瓣寬度。也稱(chēng)零功率點(diǎn)波瓣寬度（Beam Width between First Nulls, BWFN）,指主瓣最大值兩邊兩個(gè)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(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)；

(3)半功率角。也稱(chēng)半功率點(diǎn)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(huì)發(fā)現(xiàn)功率密度變成最大功率密度1/2的地方對(duì)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(gè)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(jiàn)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(shí)驗(yàn)器材】

本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置為AT3200天線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括可以提供500MHz、2GHz、10GHz的RF 信號(hào)源和天線方向控制器，以及可以在計(jì)算機(jī)上仿真天線復(fù)制圖和特性的仿真軟件。因?yàn)楸咎?/p>

線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)使用信號(hào)的頻率較高，所以它能夠在較窄的空間（如100m）實(shí)驗(yàn)天線的傳播特性。而且系統(tǒng)的移動(dòng)和保管也比較方便。圖B3-4為本實(shí)驗(yàn)裝置的一個(gè)示意圖：

本實(shí)驗(yàn)裝置主要包含以下幾個(gè)主要部件： 1． 主控器 2． 發(fā)射器 3． 接收器

4． 各種天線的類(lèi)型：鋁線、鎳鉻合金和鐵線

發(fā)射器主控器接收器計(jì)算機(jī) 圖B3-4 AT3200天線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)備示意圖

【數(shù)據(jù)處理】

圖

1、極坐標(biāo)系下的八木天線圖

圖

2、直角坐標(biāo)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(biāo)系下的八木（鋁線）天線圖

圖

5、直角坐標(biāo)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(biāo)系下的八木（鐵線）天線圖

圖

8、直角坐標(biāo)系下的八木（鋁線）天線圖

圖9、3D下的八木天線（鐵線）方向圖

圖

10、極坐標(biāo)系下的八木（鎳鉻合金線）天線圖

圖

11、直角坐標(biāo)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(duì)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(dāng)將八木天線換成不同的材料之后，天線的方向性將會(huì)發(fā)生改變，其主方向角和主瓣寬度等都會(huì)發(fā)生變化，而且變化較為明顯，接收信號(hào)的寬度也就會(huì)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(shí)的人為因素有關(guān)，因?yàn)樘鎿Q材料之后，和原來(lái)的八木天線相比，天線必然會(huì)出現(xiàn)不直，長(zhǎng)短不一，分布不均勻等現(xiàn)象，這些會(huì)直接影響到信號(hào)的接收。一：因?yàn)榭臻g的信號(hào)分布是不均勻的；

二：由于改變過(guò)的天線方向性會(huì)嚴(yán)重減低，所以才會(huì)導(dǎo)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(duì)應(yīng)的主瓣大小是不同的，方向角是不同的，因?yàn)椴煌牧系奶炀€對(duì)信號(hào)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(guò)測(cè)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(biāo)系或者極坐標(biāo)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(biāo)圖片。2.測(cè)量天線方向圖的方法分別有幾種，并說(shuō)明？

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

【1】 魏文員，宮德明。《天線原理》 國(guó)防工業(yè)出版社，1985.【2】 深圳安泰信電子有限公司，AT3200天線實(shí)訓(xùn)是同實(shí)驗(yàn)參考書(shū)。【3】 王石安。《天線的參數(shù)測(cè)量》（中國(guó)大百科）北京百科網(wǎng)絡(luò)出版社。【4】 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。