第一篇：天线测量-时域应用
三． 天线的增益和方向图测量
在天线外场测试中，地面或周围环境的反射要对增益和方向图的测量结果带来或大或小的误差。
1． 测量误差分析
图3 天线测试示意图
如图3，两相距D米，高度为H米的收发天线架设在反射系数为r的地面上。因天线的方向性，假设发射天线辐射到O点的场强是最大值的倍，接收天线接收到O点反射波场强是其最大值的倍。接收天线的接收场强由直射波场强E1和反射波场强E2构成。
两波的路程差为:(7)
假设直射波的场强E1归一化为1，则
(8)
合成波的场强E为:(9)
A．增益的测试误差分析
天线的增益测量一般采用比较法，因为被测天线往往与标准天线的形状不一样，即使这两种天线架设在同一位置，相位中心也不一定重合，假设被测天线比标准天线距发射天线近L米，则两波的路程差变为:
(10)
合成波的场强为:
(11)
引起的增益误差为：
(12)
B．方向图测试误差分析
同样的道理，天线在旋转过程中，有时相位中心没在转轴上，假设相位中心距转轴的距离为L，转动的起始角在收发天线的连线上。
则两波的路程差为:(13)
合成波的场强为:(14)
图4 合成波随天线间距变化关系 图5 合成波随被测天线旋转变化关系
图4中取k1=0.4 k2=0.5 r=0.9 H=3 f=1GHz； 图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，归一化场强为1；可看出反射波带来±0.4倍（±2dB）左右的误差。误差可以通过减小地面反射系数，增加天线架设高度和提高发射天线的增益来减小，但很多时候不容易做到，最彻底的方法是采用时域技术去掉反射。
2． 时域应用方法
反射给我们的方向图测试结果造成误差，我们现在用安立公司的矢量网络分析仪MS4623B加时域功能OPTION2把它滤掉，其具体的方法是：
A．根据天线的架设情况计算出反射波与直射波的路程差和时延大小。比如：当D=10m,H=3m时，反射波与直射波的路程差为1.66m，时延为5.53E-9秒。
B．首先在频域内测量，根据实际选择对应的频率测量范围。
在DOMAIN菜单下选择FREQUENCY SET UP中的RANGE SET UP，用CENTER、SPAN设置。
C．VNA通过傅立叶反变换计算到时域。
按键APPL，DOMAIN将DISPLAY中TIME/DISTANCE选择为TIME，再选择TIME BAND。
D． 在时域中设置“门”，选择需要通过或需要去除的响应。
通过GATE SETUP设置CENTER 和SPAN，去除延时的反射波。
E． 设置好后，让测试系统每转动一个角度，扫描记录一次数据。
同时测得一个频带内多频点方向图数组。
除了扣除一些指定的多余信号响应外，我们也可以运用ANTI-GATING功能只保留指定信号以外的的响应，其操作方法和GATE基本相同，只需要在GATE中的SPAN选择负值即可，这样就保留主要信号的响应而把其余一些信号响应均去除掉。
四． 总结
随着现代电子测试技术的进步，许多以前无法测试或者无法精确测试的难题现在逐步的得到解决，上面的仪器功能和测试方法就是个例，矢网的时域功能对天线测试是非常实用的功能，把它介绍出来，供大家参考使用。
参考资料:
1.《天线测量》林昌禄著 MS462X矢网指南(Anritsu)
3.Time Domain for Vector Network Analyzers Application Note(Anritsu)
第二篇：大型反射器天线测量
· 52 ·测控与通信2012年第1期
大型反射器天线测量
翟爱芬张博文
（中国电子科技集团公司第39研究所西安710065）
摘要天线交付用户之前需要确定天线的各项指标，通过天线测量获得各种必须的数据。介绍了大口径天线不同参数的测量，美国NASA深空网（DSN）70m卡塞格伦天线、乌克兰70m格利高里天线及日本64m波束波导天线的测量。
关键词大型天线参数测量经纬仪微波全息摄影
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
天线设计制造完成后，能不能实际应用，最可靠的办法是进行实际测量。而测量的结果又常常用于验证理论和检验天线结构，为今后制造同类型的天线提供经验。
经纬仪用来测量安装在每块面板角上的靶标的角度。面板安装好之后，用打孔钢带在天线面板上钻孔，作为旋转靶标的模板。经纬仪测量中的误差包括靶标位置测量的角度误差和到目标半径距离误差。
到目前为止，用经纬仪测量的最大误差源是用打孔钢带导致的半径距离测量误差。如果用激光测距仪替代打孔钢带测量半径，均方根测量误差可以从0.3mm提高到0.2mm。通常使用经纬仪进行初装后的面板调整，微波全息摄影用于描述主反射面表面特性。美国航空航天局（NASA）的深空网（DSN）70m天线用瑞士Leica Geosystems公司的TDM-5000全站仪（也称电子速测仪）进行了测量。这种经纬仪测量垂直和水平角及距离并将测量数据下载到计算机中，计算机将球坐标转换到笛卡尔坐标，并可用指令驱动仪得到1个期望的观测角[1]。
作者简介 翟爱芬 女，1987年毕业于西安电子科技大学。主要从事情报研究工作。
1测量参数
大型天线测量包括机械性能和电气性能测量。机械性能包括面板精度、重力变形等，主要电气性能参数是辐射方向图。对于大口径天线来说，最大的挑战是天线的表面精度和重力变形测量。
1.1机械性能测量
天线制造完成后首先需要测量的是面板精度，一般用经纬仪或微波全息摄影技术。
1）经纬仪测量
经纬仪用于天线面板安装后的初次调整。收稿日期：2011年11月1日
第三篇：广播电视发射天线技术及应用
广播电视发射天线技术及应用
摘 要近年来，随着科学信息技术的发展，在广播电视行业中广播电视技术得到了广泛的应用，并在具体的实践活动中推动了我国广播电视行业的迅猛发展。就其基本构成来看，广播电视发射天线技术是极为重要的因素和环节，以有效实现广播电视信号在接收环节的优化和提升，并且为广电工程在天线参数设置和具体的设计环节提供科学、合理的依据，使其在广播电视行业中得到推广和应用。
关键词 广播电视技术；发射天线技术；应用
中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）165-0098-01
在具体的生活实践中，无线电视和广播是人们进行信息资源获取的常用途径。而这个进行信息获取的过程通常涉及到信号的接收问题，但通常无线信号的接收一般是通过电视天线来完成的，就我国的当前实际来看，广播电视发射天线技术在具体的应用中所采取的是一种全新科学设计的发射装置，同传统性的发射天线相较而言，在科学技术的推动和升级改造下，能够在具体的应用中实现高质量、低消耗、少问题的建设目的。在这样的设备应用中，标志着广播发射技术也随着信息技术的发展迈入数字化的建设时代，使得广播电视发射天线技术成为全新型的传播技术。广播电视发射天线工作原理
广播与电视机构的发射端以电磁波的形式进行信号发射之后，接收端通过接收装置对相关信号进行系统性的处理和转换，再通过不同的接收设备来接收不同的、清晰优秀的图像和声音。这样的过程就是广播电视的具体工作过程[1]。在一个完整的工作过程创设中，进行信号电磁波的发射是天线的主要功能，通过先进化设备的支持，在相对简单的处理过程中实现对信号的转换和传播。由此可见，天线的工作原理体现在将接收环节的短信号波转换为电磁波的形式并通过介质的支持实现有效的传播。广播电视发射技术
2.1 广播发射技术
就我国当前的基本应用来看，立体声调频是在调频广播机构的发射端所较常使用的发射装置，在具体应用中，其发射装置具有多样性的发射功能。通过有效的立体声实现相应的调频管理，并且能够在单声道立体的调频应用中实现对多种节目的管理，使得在具体的应用中能够使有广播机构发射端发射的信号更加稳定，并且在具体的应用中功率更高且应用噪音更小[2]。
2.2 电视发射技术
电视发射端进行系统性的装置应用中最为频繁的是电视发射机，此外，还包含着具体应用中的检测调节设备和控制设备等。其基本的工作原理是电视发电机在整体性的处于低电平的状态下，将电视装置设备调制到中频状态，并通过变频器的应用将大功率的射频信号波进行挑选，并将这些信号通过馈线的传输作用发送至电视接收天线，由天线的作用之后进行一定程度的接收和转换，最后以电磁波的方式传输到信号传播的制定规划区域，然后在区域内的接收装置设置，有效的通过音频和图像的方式通过电视媒体的介质得以呈现。广播电视发射天线技术的应用
随着人们生活水平的不断提高，在日常的生活应用中，电视和广播已经是我们进行信息获取的有效渠道，所以，在不断的发展进步中，人们对于具体应用环节的广播电视发射技术也有了更高的要求，以满足人们对于信息获取的要求。
3.1 应用现状分析
在相关部门在对广播电视行业内的调查数据显示，在我国当前社会发展中的大中型城市应用中，在具体的生活建设中，广播电视发射天线技术得到了广泛且大量的应用，并在社会经济和科学技术以及行业的发展建设中朝着小城市的方向发展和蔓延，并不断的推广和应用。于广播电视技术的发展而言，科学技术的发展推广和具体应用使得其在应用范围中的建设不断的拓展和增强，并且在全新技术的发展和应用下，实现了传统发展技术和信号传输方式的变革和推广，并对相关的接收信号进行合理的优化处理，以确保整体运行中信号的接收质量和传输画面的质量高效性[3]。
在基本的应用发展中，在整体运行和发展环境推动下，技术革命和材料革命的有效开展使得广播电视发射天线技术的应用和推广得到了更加有效的支持和管理，使得在具体信号传输中的频道传输更加的广泛，进而也确保了整体通讯容量的拓展性，并且在基本的传输建设过程中，使得信号间的信号干扰不断减少，这也就确保了信号传输过程中的抗干扰能力，保证最后传输的整体质量。
3.2 缝隙天线
在具体应用表现方面，缝隙天线有广泛的应用，在基本的应用中，缝隙天线是通过导体体面的分裂而形成，所以，在一般情况下又称为开槽天线。就具体的表现来看，矩形状是缝隙天线最常见的表现状态和形式，其长度一般为整体波长的1/2。跨接形式是缝隙天线的有效传播方式，能够在窄边馈电的方式下实现信号的合理有效传播，在微波波段的通信雷达和电子对抗以及导航设备，甚至是高速运行的飞行器设计方面实现有效的应用。另外，因为缝隙天线在基本构造方面相对简单化，所以在对一些口径场的具体分布的控制也相对方便快捷，使其在实际生活中得到广泛的应用。
3.3 蝙蝠翼天线
通常而言，蝙蝠翼天线又称为正交振子天线，是具体应用中相当普遍的形式，主要通过两个正交对称却又无差别的半波进行振子对的构成和组合，同理而言，可以实现对电流的激励控制。蝙蝠翼天线在具体的平面处理工作中，通过圆极化同法线的整体方向相一致，而线极化在一般情况下则处于辐射场之外。在具体的应用中，处于水平对称状态的振子会因为对称面的面积偏大，能够保证整体过程中同步频道状态下信号的优良匹配性。这样的基本工作运行原理确保了电波在通过电视的介质传播时对电视的屏幕画面不会出现重影的现象，进而使得广播和电视信号在接收过程和具体展现时的效果更加的理想和有效[4]。
在具体的应用中，蝙蝠翼体现在整体表现上有驻波系数较小而同频带宽较大的特点，所以，在具体的应用中，没有实现具体介质的绝缘子保护，也能有效确保振子和整体天线之间信号传输和应用的可靠性和稳定性。所以，在现今社会发展和人们对于广播电视的需求而言，蝙蝠翼的应用在不断的推广和完善。结论
在社会经济和科学技术的发展和推动下，广播电视发射天线技术在网络化和信息化的推广变革下实现了具体发展中的机遇建设，并在新技术和新材料的更新换代下推动着广播电视发射天线技术的更新和前进，实现行业内的整体完善和提升，以及各个层面的进步。近年来，随着社会经济的发展和推动，人们对于广播电视的质量要求也在不断提升和强化，使得具体应用技术也在更新和完善，以确保信号在通过介质的传播之后确保播放环节的稳定性和质量性，以更好地满足人们对于具体生活实际的服务有效性，确保服务质量的合理有效性。
参考文献
[1]孙春茂.浅析广播电视发射天线技术及应用[J].科技风，2013（10）：127.[2]聂丽芬.广播电视发射天线技术及其应用研究[J].企业技术开发，2014（33）：55-56.[3]苗斌.广播电视发射天线技术及应用[J].西部广播电视，2015（8）：224-225.[4]席鹤鹏.广播电视发射天线技术与其应用[J].西部广播电视，2015（13）：243-244.
第四篇：纳米天线的超常特性及应用
纳米天线的超常特性
都世民
最近笔者发现有多则科技报道与纳米光学天线有关。为此从百度文库、道客巴巴文库、光明网、科学网、腾讯网、国家纳米研究中心网、中科院纳米研究中心网等，查询纳米光学天线有关资料，分析整理后，对有关问题进行一些讨论。
近日，武汉大学电子信息学院，用一种新穎的反射式金納米天线阵列，成功应用於激光全息領域。这是一種在襯底表面加工出超薄金属微納結构材料，与光波相互作用，呈現出一些超常特性。武汉大学郑国兴与伯明翰大学教授張霜开展合作，在实验中不仅捕捉到令人滿意的爱因斯坦激光全息图像，而且实現了高达80%的实測衍射效率。這一成果超越了传統材料的激光全息水平，而且工艺流程大大简化——仅需一步光刻工艺。
另据报道，苏格兰大学物理学联盟高校的科学家，在实验室内成功降低了光的速度，即便光子回到自由的空间中，仍然以较低的速度运行。在自由空间中光速接近每秒30万公里，当光通过诸如冰体、玻璃等材料时，光速会出现降低，但只要它再次返回自由空间中，其速度就会回归正常。
美国伊利诺斯大学厄本那—香槟分校一个研究小组基曼尼·图森特,用已制作好的纳米阵列结构，在电子扫描显微镜下，调整阵列，实现对等离子光学性质进一步重组。因此人们能在制作好之后，决定所需的纳米结构，实现对光波的控制。
这种纳米天线阵列为柱-领结纳米天线（p-BNA）阵列模板，每根直径约250纳米，用金制作成领结状柱块，“领结”下垫有500纳米高的玻璃柱。用扫描电子显微镜（SEM）发出的电子束，可以让单根或多根p-BNA子阵列，以60纳米/秒的速度变形。在电子束的激发下，等离子推动纳米天线阵列，使其出现明显变形，这在金粒子之间形成纳牛（10的负9次方牛）量级的受力差异。
2015-03-05，中国科学技术大学设计了一类尺寸为50纳米，且具有内凹型结构的金属钯纳米材料，通过降低结构对称性和增大颗粒尺寸，使其能够在可见光宽谱范围内吸光，吸光后的光热效应足以为有机加氢反应提供热源。纳米结构的尖端棱角处具有超强的聚光能力从而产生局部高温。
内外科技专家上述研究进展，这些成果很受关注。无论是军用或民用上，这些成果的转化都可能产生颠覆性影响。其应用前景十分广阔。当然这些领域的研究是相互交叉的，有一个较长时期的融合过程。将会在哪些方面出现巨大变化，还需试目以待。这是笔者关注的原因之一。另外，笔者从事天线技术五十年，专业上爱好和兴趣也是一个原因。
纳米光学天线的基本关注点
[size=14.0000pt]1.纳米光学天线最小尺寸
纳米光学天线与传统天线比较，首先在维度上是最小尺寸。1985年，wessel教授基于金属小颗粒能有类似于传统天线接收入射电磁波的属性，最早提出光学天线的概念。随后，Pohl教授对这种类似性进行系统的讨论，通过比较近场光学探针与传统天线的相似性，得出传统天线理论可以应用于近场光学。由于光学偶极子天线谐振长度远远小于入射光半波长，这与传统天线理论相悖，Novotny教授用有效波长的概念解决了该问题。
2010年03月17日新华网报道：日本广岛大学的研究小组日前开发出纳米级超小型天线.天线宽75至125纳米、长500纳米，相当于把普通电视天线缩小到百万分之一。构成天线的5根“枝杈”是用金制作的，固定在透明的氧化硅板中。这种天线能够收发波长为400至800纳米的电磁波。纳米光学天线是自赫兹发明天线以来，所有天线中最小天线，它的工作频段进入光频段，即THz。然而纳米天线进入光频段，出现一些超常特性。2.纳米光学天线的超常特性
天线是接收和辐射电磁能的工具，具有非常广泛的应用，在光学波段可以利用光学天线在纳米尺度对光波进行调控。基于表面等离子体共振的纳米光学天线的一个独特性质是约束场。一个很小金属颗粒受光激后，经常被看作一个偶极子天线，纳米粒子可以通过外场的激发，而成为光源,并拥有其独特的光学性能。纳米天线对特定波长的辐射，具有强吸收和强散射的特性，该特性与粒子的大小、形状、介质环境等因素紧密相关。
当表面等离子体谐振时，纳米金属粒子的极化作用明显增强，诱发的偶极子也极大地增强，这也导致电磁场大大增强。这种性能常常被用来增强某些光学过程的弱辐射截面,如拉曼散射、荧光现象或者提高非线性光学响应。这种性能与微波线天线受外场激励后，在谐振状态，产生的感应电流在平行极化时，会使天线辐射场明显增强，这两者有相类似的现象。A.频谱调控：
据科学时报2010年1月27日报道：中国科学技术大学科研人员发现：无线电通信天线尖端尺寸减少到纳米量级，并非常接近另一金属表面而形成一个纳米腔室时，就可以调控局域等离激元谐振模式，来对腔内荧光体的发光特性进行有效控制，在光频区实现新奇的电光效应：电致热荧光、上转换发光和“彩色”频谱调控。这些发现及其隐含的物理机制，揭示了局域的纳腔等离激元场，可以作为一种近场相干光源，在光电耦合与转化过程中，起着至关重要的调控与放大作用，为纳米光电集成提供了新的思路。B.实现高增益单波束辐射：
单向纳米天线可以为任何无方向性的光发射器（如微激光器、纳激光器或等离子激光器（Spasers），甚至量子点）引入方向性。立方体天线通过精确控制光束宽度与方向，实现光会聚。特殊结构的纳米天线能够改变与其相耦合的点光源的方向性，甚至可实现高增益单波束辐射。调天线单元间距可实现对光束指向的微调。
C.利用非对称光学缝隙纳米天线，可以调控光的耦合和辐射方向。
D.圆偏振光的调控: 利用L形光学缝隙纳米天线，通过调节天线尺寸来改变两个相互正交的线偏振的不同模式的相位，可以获得90度的相位差和近似相等的强度，从而实现圆偏振光。
E.增强自发光辐射： 用由金制成的外部天线，来增强铟镓砷磷(InGaAsP)制成的纳米棒的自发光辐射，可增加115倍。
F.产生开关效应: 由北京大学物理学院、美国Rice大学、国家纳米科学中心、北京大学前沿交叉学院共同合作完成的“导电衬底金属九聚体纳米天线结构Fano共振开关效应”.G.改变纳米天线尺寸与波长的关系: 使用不规则碎片形状，可改变纳米天线尺寸至非常小，或增大至人类头发的宽度.H.改善天线的性能: 使用3D打印技术制成的半球立体天线,其性能比普通的单极天线高一个数量级，同时也能大大减小纳米天线尺寸，不足波长的十二分之一.I.创建负折射现象来控制光的偏振: 2011年12月26日 ,科技日报报道：(http://www.xiexiebang.com)实验证明，纤细的等离子体纳米天线阵列能采用新奇的方式对光进行精确地操控，改变光的相位，形成负折射现象.通过改变光的相位，能显著改变光的传播方式，同一种光波通过折射率不同的物质时，相位就会发生变化。创建负折射现象，也可以控制光的偏振。有别于经典的折射和反射定律。普渡大学的科研团队制造出了这种纳米天线阵列，光波波介于1微米(百万分之一米)到1.9微米之间的近红外光附近，大大改变了光波的相位和传播方向。J.控制和引导吸收光的能量: 据美国物理学家组织网2011年7月10日报道，加拿大科学家从植物的光合作用装置——捕光天线中获取灵感，研制出了新型纳米捕光“天线”，它能控制和引导吸光能量。这是整合在DNA（脱氧核糖核酸）和半导体研究两方面的先进成果，发明了这种方法，让某些类型的纳米粒子相互依附在一起，自我组装成最新的纳米天线复合物，并将这种由量子点自我组装而成的材料命名为“人造分子”。令人吃惊的是，这种天线能自我组装而成，用筛选出来的特定DNA序列包裹不同类型的纳米粒子，将其整合在一起。随后按照自然规律，自我组装成拥有特定属性的类似于分子的纳米粒子复合物。这种新型纳米天线能增加吸收光的能量，还可以将此光能量释放到该复合物内特定的位置上。新复合物也能捕捉太阳光中所包含的各种波长的光。这是一种新型能量产生器，这对探索小宇宙内能量形成机制有很好的启发。
K.调控光的速度: 苏格兰大学物理学联盟高校的科学家，在实验室内成功降低光的速度，即便光子回到自由的空间中，仍然以较低的速度运行。
L.重组光的性质：纳米纹理表面就像一种预编程序，入射光与表面相互作用后，光的性质就会发生改变。用已制作好的纳米阵列结构，在电子扫描显微镜下对阵列进行调整，实现对等离子光学性质进一步重组。因此能在制作好之后，而不是之前，决定所需的纳米结构来改变光的性质。
[size=15.0000pt]3.纳米光学天线形状与结构
纳米光学天线结构种类繁多，常见结构:分别是纳米棒、蝴蝶结形、纳米粒子对、八木-宇田天线、纳米粒子阵列。对称振子纳米光学天线，由两片金属薄膜和馈电间隙构成。共振时天线长度约为入射光波长的一半。振子臂形状除了长方形外，也可以为梯形，蝴蝶结形、圆盘形、三角形等。金属纳米颗粒的不同结构或组合决定了其等离子体共振峰值的位置，也就是结构决定其工作波长。不同结构的纳米天线具有不同的光学性能，这也提供了对基于纳米光学天线的光学元件的调控方法。.新近科技报道表明，纳米光学天线还有下列形状：
A.澳大利亚spacedaily网站2015年2月25日报道：澳大利亚科学家发明200纳米绝缘材料组成的立方体形状的纳米天线.性能优于先前的由导体和半导体材料组成的球形天线。B.纳米光学L形缝隙天线,可以辐射出圆偏振光。
C.不规则碎片形，也就是说它们由重复样板组成，复制最小属性的形状，以打造相似却更大的结构。使用这一不规则碎片形法，意味着研究人员研发的纳米天线可缩小至非常小的尺寸，或扩大至人类头发的宽度.D 3D立体半球天线
美国伊利诺伊大学电子和计算机工程系以及材料科学和工程系的两位教授联手，造出了一种突破性的“3D天线”。使用纳米级的“银墨水”，用类似打印机的原理，在一颗半球体表面上“打印”出了依附在弧形表面上的立体天线。这种3D立体天线的性能比普通的单极天线高一个数量级，同时尺寸也能大大缩小，不足波长的十二分之一。通过计算机设计多种天线形状，可以实现在各种基板，包括塑料薄膜、纸质、陶瓷等表面，实现“一键”打印天线，该技术非常便捷，可以实现诸如办公室打印文档一样快速打印制造天线。
E.V型结构纳米天线：普渡大学的科研团队制造出了纳米天线阵列,这种纳米天线是蚀刻在一层硅上方的金做成的V型结构，它们是一种“超材料”(一般都是所谓的等离子体结构)，宽40纳米。科学家们也已证明，他们能让光通过一个宽度仅为光波波长五十分之一的超薄“等离子体纳米天线层”。
F.人造分子式纳米天线：让某些类型的纳米粒子相互依附在一起，自我组装成最新的纳米天线复合物，将这种由量子点自我组装而成的材料命名为“人造分子”。
G.Bow-tie金属天线，通过利用双光子荧光增强作用，得到了天线间隙处场增强大约在1000量级。Bow-tie天线间隙处的场高度增强，应用于双光子聚合，得到30 nm的分辨率。H.单极纳米天线：在SNOM针尖上，制备单极光学天线，探测单分子荧光，得到了～25nm的光学分辨率。
I.金子塔形的纳米天线：荷兰阿姆斯特丹FOM研究所和飞利浦研究所的研究人员，设计了一种新型小金子塔形的纳米天线,而不是通常所采用的直柱形。这种形状能够增强光的电场与磁场之间的干涉，使场增强或改变光束的方向。[size=15.0000pt]4.纳米光学天线的材料
按材料的不同，光学天线可分为介质光学天线和金属光学天线。其中，介质光学天线可以作为近场光学探针对样本表面的隐逝场进行散射，实现局域场与传播场的相互转换。金属(金、银、铜、铝等)光学天线，一般由金属纳米结构组成，利用金属纳米结构与光的作用，实现传播场与局域场的相互转换和电磁场局域增强。
A.对称振子纳米光学天线，由两片金属薄膜和馈电间隙构成。两片金属薄膜材料多为金、银，也可用碳纳米管制成。
B.3D立体半球天线.使用纳米级的“银墨水”，用类似打印机的原理，在一颗半球体表面上“打印”出了依附在弧形表面上的立体天线。
C.纳米捕光“天线”.让某些类型的纳米粒子相互依附在一起，自我组装成最新的纳米天线复合物，这种由量子点自我组装而成的材料命名为“人造分子”。
D.创建负折射现象，控制光的偏振。有别于经典的折射和反射定律.制造出了纳米天线阵列并大大改变了光波波长介于1微米(百万分之一米)到1.9微米之间的近红外线附近光波的相位和传播方向。
E.使用由金制成的外部天线，并使用铟镓砷磷(InGaAsP)制成纳米棒光学天线。
F.用一种新穎的反射式金納米天线阵列，在襯底表面加工出超薄金属微納結构材料，与光波相互作用，呈現出一些超常特性。
G.使用绝缘材料组成的立方体形状的纳米天线。H.使用由导体和半导体材料组成的球形天线。
I.使用微型半导体量子级联(QC)激光器,在QC激光器上安装纳米天线，实现了纳米级的精度对激光点聚焦，从而可以使QC激光器执行亚微米级的扫描。使分辨率提高到可见光波长的百分之一。使体积更小，有更好的信噪比。
J.石墨烯制作的纳米天线: 佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的研究人员，通过计算机模拟，用石墨烯制作的纳米天线,可以用于纳米机器的网络中。除了能够在纳米机器之间通信外，石墨烯天线还能用于移动手机和网络连接的笔记本上，使它们得到更远的通信距离。石墨烯使用非常少的能源就能够运行。由于石墨烯的蜂窝结构，所以它的表面产生表面波的范围也最广。这种天线的特性是，在大小相同的情况下，辐射频率比普通材料天线的辐射频率还要低。
在 0.1 到 10 太赫兹之间波段,石墨烯纳米天线将无线网络中的数据速率提高超过两个数量级。
K.稀土掺杂上转换纳米发光材料具有高光化学稳定性、几乎无毒性、窄线宽、长荧光寿命、可调谐荧光发射波长等优势，是目前普遍看好且有望成为替代传统下转换荧光探针的新一代荧光生物标记材料。
L.用具有内凹型结构的金属钯纳米材料，制作的纳米天线.这种独特设计的金属钯纳米材料，具有高催化活性和太阳能利用价值，在光驱动有机加氢反应中，展现出优异的催化性能.
第五篇：天线的方向图测量(设计性)试验
理学院材料物理专业
近代物理实验（设计性）试验报告
2012年6月23号 中国石油大学近代物理 实验报告
班级： 材料物理10-2 姓名： 同组者：
设计性实验
不同材质天线的方向图测量
（measurement of antenna parameters）
【 中国石油大学（华东）理学院材料物理专业10-2 】
摘要：
天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。
天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。
研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。我们知道电磁场满足麦克斯韦（Maxwell）方程组。因此，求解天线问题实质上是求解满足一定边界条件的电磁场方程，它的理论基础是电磁场理论。
研究天线主要是得到天线的相关特性，天线特性一般由电路特性和辐射特性两个方面表征。电路特性包括天线的输入阻抗、效率、频率宽度和匹配程度等；辐射特性包括方向图、增益、极化、相位等，为了达到最佳的通信效果，要求天线必须具备一定的方向性，较高的转换效率，以及满足系统工作的频带宽度。
根据无线电技术设备的任务不同，常常要求天线不是向所有方向均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接受能力），而是只向某个特定的区域辐射（或只接受来自特定区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是说，要求天线具有方向性。
天线所辐射的无线电波能量在空间方向上的分布，通常是不均匀的，这就是天线的方向性。即使最简单的天线也有方向性，完全没有方向性的天线实际上不存在。
通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数。用来描述天线方向图的参数通常有主方向角、主瓣宽度、半功率角、副瓣宽度、副瓣电平等。
关键词：天线、无线电波、能量转换、电磁场、辐射或接收 引言：
通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备，都是通过无线电波来传播信息，都需要有无
线电波的辐射和接收。在无线电技术设备中，用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。天线和发射机、接收机一样，是无线电技术设备的一个重要组成部分。
图1是测量通过天线相位中心各平面内的方向图的方案之一。图中天线1为被测天线，与信号发生器相连用作发射,它装在旋转平台上能作360°转动；天线2为辅助天线，它与电场强度计相连以便测得离被测天线一定距离处的场强。两天线的极化特性要求相同，为了近似满足远场条件，两天线间的距离应满足,式中&λ为测试工作波长；r和D的意义见图1。当转动被测天线1时，可在天线2处测得以转动角θ表示的函数的电场强度E(θ)，于是就可画出转动平面内的天线 1的方向图。若被测天线为半波天线，它的子午面内的方向图如图2a，当把天线转动90°使之垂直于转动平面时,可测得赤道面内的方向图(图2b)。若把天线任意倾斜安装，则可测得任意面内的方向图。此外，也可固定被测天线1，而把辅助天线2沿以被测天线为中心,距离为半径的圆周运动，同样可以测得天线的方向图。若把收发条件互换，即把被测天线用作接收，辅助天线用作发射，最终测得的天线方向图并无变化，这是符合天线互易定理的。
r【实验目的】
1．了解天线的基本工作原理。2．绘制并理解天线方向图。
3．根据方向图研究天线的辐射特性。
4、通过对不同材质的天线的方向图的研究，探究其中的联系与规律。
【实验原理】
一．天线的原理
天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。要能够有效地辐射或者接收电磁波，天线在结构和形式上必须满足一定的要求。图B1-1给出由高频开路平行双导线传输线演变为天线的过程。开始时，平行双导线传输线之间的电场呈现驻波分布，如图B3-1a。在两根互相平行的导线上，电流方向相反，线间距离又远远小于波长，它们所激发的电磁场在两线外部的大部分空间由于相位相反而互相抵消。如果将两线末端逐渐张开，如图B3-1b所示，那么在某些方向上，两导线产生的电磁场就不能抵消，辐射将会逐渐增强。当两线完全张开时，如图B3-1c所示，张开的两臂上电流方向相同，它们在周围空间激发的电磁场只在一定方向由于相位关系而互相抵消，在大部分方向则互相叠加，使辐射显著增强。这样的结构被称为开放式结构。由末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线，是最简单的一种天线。
天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。图B3-2是进行无线电通信时，从发射机到接收机信号通路的简单方框图。在发射端，发射机产生的已调制的高频震荡电流经馈电设备传输到发射天线，发射天线将高频电流转变成无线电波——自由电磁波向周围空间辐射；在接受端，无线电波通过接收天线转变成高频电流经馈电设备传送到接收机。从上述过程可以看出，天线除了能有效地辐射或者接收无线电波外，还能完成高频电流到同频率无线电波的转换，或者完成无线电波到同频率的高频电流的转换。所以，天线还是一个能量转换器。
研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。我们知道电磁场满足麦克斯韦（Maxwell）方程组。因此，求解天线问题实质上是求解满足一定边界条件的电磁场方程，它的理论基础是电磁场理论。
发射天线传播电磁波接收天线馈线发射机馈线接收机 图B3-2 无线电通信系统中的信号通道简单方框图
二．天线的分类
天线的形式很多，为了便于研究，可以根据不同情况进行分类。按用途分类，有发射天线，接收天线和收发公用天线。
按使用范围分类，有通信天线，雷达天线，导航天线，测向天线，广播天线，电视天线等。按馈电方式分类，有对称天线，不对称天线。
按使用波段分类，有长波、超长波天线，中波天线，短波天线，超短波天线和微波天线。按天线外形分类，有T形天线，V形天线，菱形天线，鱼骨形天线，环形天线，螺旋天线，喇叭天线，反射面天线等等。
从便于分析和研究天线的性能出发，可以将大部分天线按其结构形式分为两大类：一类是由半径远小于波长的金属导线构成的线状天线——称为线天线，另一类是用尺寸大于波长的金属或介质面构成的面状天线——称为面天线。线天线主要用于长、中、短波波段，面天线主要用于微波波段，超短波波段则两者兼用。线天线和面天线的基本辐射原理是相同的，但分析方法则有所不同。
三．天线的辐射方向图
研究天线主要是得到天线的相关特性，天线特性一般由电路特性和辐射特性两个方面表征。电路特性包括天线的输入阻抗、效率、频率宽度和匹配程度等；辐射特性包括方向图、增益、极化、相位等，为了达到最佳的通信效果，要求天线必须具备一定的方向性，较高的转换效率，以及满足系统工作的频带宽度。
根据无线电技术设备的任务不同，常常要求天线不是向所有方向均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接受能力），而是只向某个特定的区域辐射（或只接受来自特定区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是说，要求天线具有方向性。如果天线没有方向性，对发射天线来说，它说辐射的功率中只有很少一部分到达所需要的方向，大部分功率浪费在不需要的方向上；对接收天线来说，在接受到所需要的信号同时，还接收到来自其它方向的干扰和噪声，甚至使信号完全淹没在干扰和噪声中。因此，一副好的天线，在有效地辐射或接收无线电波的同时，还应该具有为完成某种任务而要求的方向特性。
天线所辐射的无线电波能量在空间方向上的分布，通常是不均匀的，这就是天线的方向性。即使最简单的天线也有方向性，完全没有方向性的天线实际上不存在。为了表示天线的方向特性，人们规定了几种方向性电参数，其中一个就是辐射方向图。天线方向图是指与天线等距离处，天线辐射参量在空间中的相对分布随方向变化的图形。所谓辐射参量包括辐射的功率通量密度、场强、相位和极化等。实际应用中，我们最关心的是天线辐射能量的空间分布，在没有特别指明的情况下，辐射方向图一般均指功率通量密度的空间分布。方向图还可以用分贝（dB）表示，功率方向图用分贝表示后就称为分贝方向图，它表示某方向的功率通量密度相对于最大值下降的分贝数。天线某方向的分贝数的计算方法见公式（B3-1），其中P为某方向的功率通量密度，Pmax为最大功率通量密度。绘制方向图可以采用极坐标，也可以采用直角坐标。极坐标方向图形象、直观，但对于方向性强的天线难于精确表示；直角坐标方向图虽然没有极坐标方向图形象、直观，但更容易从中计算描述天线方向性的诸多参数。
p(dB)10lgPPmax(dB)
（B3-1）
00.52020.50主轴主瓣第一副瓣图B3-3 极坐标下天线方向图一般形状
通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数。用来描述天线方向图的参数通常有主方向角、主瓣宽度、半功率角、副瓣宽度、副瓣电平等。图B3-3是极坐标下天线方向图的一般形状。方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，副瓣中最大的为第一副瓣。下面我们列举出可由天线方向图得到的天线参数：
(1)主方向角。指主瓣最大值对应的角度；
(2)主瓣宽度。也称零功率点波瓣宽度（Beam Width between First Nulls, BWFN）,指主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角，即20。主瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强；
(3)半功率角。也称半功率点波瓣宽度（Half Power Beam Width, HPBW）,指主瓣最大值两边功率密度等于最大值的0.5倍的两辐射方向之间的夹角，又叫3分贝波束宽度（将功率密度转化成分贝数后，会发现功率密度变成最大功率密度1/2的地方对应的分贝数比最大功率处小3dB（-3dB=10*lg<1/2>dB），即20.5；
(4)副瓣宽度。指第一副瓣两边两个零辐射方向之间的夹角；
(5)副瓣电平（Side Lobe Lever, SLL）。指副瓣最大值与主瓣最大值之比，一般也以分贝表示，见公式（B3-2），其中：Pmax2和Pmax分别为最大副瓣核主瓣的功率密度最大值。
SLL10lgPmax2Pmax(dB)
（B3-2）
【实验器材】
本实验的实验装置为AT3200天线实训系统。本系统包括可以提供500MHz、2GHz、10GHz的RF 信号源和天线方向控制器，以及可以在计算机上仿真天线复制图和特性的仿真软件。因为本天
线实训系统使用信号的频率较高，所以它能够在较窄的空间（如100m）实验天线的传播特性。而且系统的移动和保管也比较方便。图B3-4为本实验装置的一个示意图：
本实验装置主要包含以下几个主要部件： 1． 主控器 2． 发射器 3． 接收器
4． 各种天线的类型：铝线、镍铬合金和铁线
发射器主控器接收器计算机 图B3-4 AT3200天线实训系统设备示意图
【数据处理】
图
1、极坐标系下的八木天线图
图
2、直角坐标系下的八木天线图
图3、3D下的八木天线方向图
图
4、极坐标系下的八木（铝线）天线图
图
5、直角坐标系下的八木（铝线）天线图
图6、3D下的八木天线（铝线）方向图
图
7、极坐标系下的八木（铁线）天线图
图
8、直角坐标系下的八木（铝线）天线图
图9、3D下的八木天线（铁线）方向图
图
10、极坐标系下的八木（镍铬合金线）天线图
图
11、直角坐标系下的八木（镍铬合金线）天线图
图12、3D下的八木天线（镍铬合金线）方向图
图
13、八木（水平——铝线）
图
14、八木（水平——镍铬合金线）
图
15、八木（水平——铁线）
分析：虽然一般情况下，对于金属材料都满足天线的条件，但从以上图像中，我们可以发现，当将八木天线换成不同的材料之后，天线的方向性将会发生改变，其主方向角和主瓣宽度等都会发生变化，而且变化较为明显，接收信号的宽度也就会相应的改变，但我们也可以发现铁线，铝线和镍铬合金线形成的方向图明显的不规则，这也和在替换材料时的人为因素有关，因为替换材料之后，和原来的八木天线相比，天线必然会出现不直，长短不一，分布不均匀等现象，这些会直接影响到信号的接收。一：因为空间的信号分布是不均匀的；
二：由于改变过的天线方向性会严重减低，所以才会导致方向图的不均匀。但是我们还是可以总结出，不同的材料所对应的主瓣大小是不同的，方向角是不同的，因为不同材料的天线对信号的接收能力是有差别的！
图16、3D下八木（水平——铝线）天线方向图
图16、3D下八木（水平——镍铬合金线）天线方向图
图16、3D下八木（水平——铁线）天线方向图
【思考题】
1.什么是天线方向性图？
答：天线方向图就是通过测量天线在空间不同角度的相关残参量值，在绘制在直角坐标系或者极坐标系中，表示天线相关参量在空间不用角度分布情况的坐标图片。2.测量天线方向图的方法分别有几种，并说明？
答：测量天线方向图的方法主要有两种，分别为固定测量法和旋转测量法，固定测量法主要用于大型天线，由于转动不便，故待测天线固定，辅助天线在空中或地面绕待测天线旋转，得到不同角度的辐射强度，即可绘制出天线方向图。另一种方法是旋转测量法，待测天线旋转，辅助天线固定不动，然后通过测量得到方向图。
【原始数据】
八木(水平——铝线）.atn
八木铝.atn
八木（水平——铁线）.atn八木铁.atn
八木（水平——镍铬合金）.atn
镍铬.atn
【参考文献】
【1】 魏文员，宫德明。《天线原理》 国防工业出版社，1985.【2】 深圳安泰信电子有限公司，AT3200天线实训是同实验参考书。【3】 王石安。《天线的参数测量》（中国大百科）北京百科网络出版社。【4】 任朗：《天线理论基础》，人民邮电出版社，北京，1980。【5】 谢处方：《电波与天线》第二版，人民邮电出版社，北京，1966。
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