4 4 電磁波實驗：實驗四

電磁波實驗：實驗四

天線與微波傳播

教授：瞿大雄

日期： 107/4/10,13

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實驗目的



量測號角天線之基本特性—天線增益與輻射 場型。



驗證距離與天線接收功率值之關係。



驗證接收之訊號強度與使用發射/接收天線

之極化方向有關，並觀察柵欄造成之極化特

性。

天線



天線：可使電磁能量於空間中沿特定方向傳 遞之裝置。



天線種類

 線型天線（wire antenna）

 dipoles, loops, helix, … etc.

 開口型天線（aperture antenna）

 horns, waveguide slots, open-ended WG., … etc.

 印刷電路板天線（printed antenna）

 microstrip patch antenna, slot antenna, … etc.

 反射面天線（reflector antenna）

 corner reflector, parabolic reflector, … etc.

天線

輻射場型

輻射場型

遠場

遠場



近場輻射場型和距離有關



遠場輻射場型與距離無關（只要是在遠場區）



天線主要用以作為無線傳輸工具，通常不會 使用其近場特性。



本實驗僅考慮遠場場型。

等向性天線（ isotropic antenna）



等向性輻射的天線，其輸入天線的能量 P

均勻 地往各個方向輻射。

 對於在平面上的一個點，可用角度描述方向。

 對於在空間上的一個點，可用立體角描述方向。

指向性與天線增益



指向性（ Directivity）

 定義：最大輻射強度與平均強度比

 D = P_r,max / P_r,av

 描述幅射之電磁波集中於某特定方向之能力。



天線增益（ Gain）

 在相同輸入功率下，該天線最強之輻射強度與一等 向性無損耗天線輻射強度之比值

增益 和 指向性 之差異在於 增益 考慮 ohmic loss、feeding mismatch等效應。

,max

4 2 r

in

G P

P r





號角天線



號角天線：開口型（ aperture）天線的一種。

 碟型天線的饋入元件。

 天線增益量測時的標準天線。

 常用於相位陣列天線。



外觀：從導波管向外逐漸延伸。

 此種延伸構造是為了使矩型波導和空氣之間的阻抗 相匹配。

 此結構可調整輻射場型之主波束寬度(main beam width)。

號角天線



天線增益

 亦可視為球面之表面積與天線輻射範圍之實際面積的比 例。

 號角天線的天線增益可用上述原理求得其近似式

2

2

o

G ab



 

Friis 公式

r

G_T G_R

P_t P_r

2 0

eR

4

A  G

 

02

(4 )

r t

P G G P r



 

Friis Formula

實驗第一部份：利用此公式求天 線增益

實驗第二部份：觀察此公式中，

r 與 P_r 的平方反比關係

eR T

t

r

G A

P r

P

4 1

 

（天線等效面積）

天線極化



何謂天線「極化」？



幅射電場或磁場隨時間改變之方向



電磁波的「極化」

 線性極化（linear polarization）

 水平極化（horizontal）

 垂直極化（vertical）

 圓形極化（circular polarization）

 右旋圓極化（RHCP）

 左旋圓極化（LHCP）

 橢圓極化（elliptical polarization）

天線極化



同 -極化(co-polarization) 及異-極化( cross-

polarization)

實驗裝置