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天线校准中关键电性能指标测试方法的研究

发布时间:2019-11-09 作者: 来源: 浏览:757

一、关键电性能指标的测试


天线的测量指标比较多,包括方向图、输入阻抗与驻波比、有效口径、有效高度、方向系数与增益、极化方式、相位中心、带宽等。本文主要从与电性能参数相关的方向图、输入阻抗与驻波比、增益、极化等四个电参数研究其测试原理及方法。


1.方向图


天线方向图也称为波瓣图,是表征天线辐射特性空间角度关系的三维图形,可形象地说明天线在不同方位角下的辐射状况。方向图通常取过三维方向轴线的一个剖面来表述主极化平面上的方向性,即在以天线为圆心、半径为r的球面上,场的幅度、相位或功率密度与球坐标方位角(θ,ψ)的关系。

图1给出了典型的在微波暗室内进行天线方向图测量的系统框图,涉及的主要仪器有天线测试转台、射频信号源、场强计及参考天线等。


2.输入阻抗及驻波比


输入阻抗是指天线在工作频段的高频阻抗,即馈电点的高频电压与高频电流的比值,它是由天线尺寸、结构形式和材质决定的,测量输入阻抗的目的是为了设计合理的匹配网络。输入阻抗通常用矢量网络分析仪测量,其直流阻抗一般为0Ω,移动通信天线的输入阻抗一般为50Ω。


驻波比反映的是天线输入阻抗和馈线特性阻抗的匹配程度。由于天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不可能完全一致,就会产生部分的信号反射,反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波,其相邻的最大值与最小值的比即为驻波比ρ。驻波比的测量一般也是通过矢量网络分析仪测得。


3.增益


增益和方向性系数同是表征辐射功率集中程度的参数,增益是在同一输出功率条件下加以计算的,方向性系数是在同一辐射功率条件下加以计算的。由于天线各方向的辐射强度并不相等,天线的方向性系数和增益随着观察点的不同而变化,但其变化趋势是一致的,增益一般是取最大辐射方向的增益作为天线的增益。


天线增益的测量中常用且较为简单的方法为比较法,它是采用已知增益或可准确计算出增益的天线作为参考天线,外加天线测试转台、功率信号源、场强计等,分别测量参考天线与待测天线接收到的功率,即可得出待测天线的增益GAUT为

式中:PAUT——待测天线接收到的功率;PREF——参考天线接收到的功率;GREF——参考天线的增益。


4.极化


天线的极化方式与发射时所辐射的电磁波极化方式相同,即在空间一点处电场强度矢端随时间划出的轨迹。当天线极化方式与来波极化方式一致时,将接收到最大的功率,否则将存在极化失配现象,接收效果就会下降,甚至不能接收到信号。极化特性的测量分为线极化天线极化纯度测量和圆极化天线极化特性测量。



线极化天线的极化纯度测量指标决定交叉极化分量与主极化分量的相对大小,测量中一般使用极化纯度很高的振子天线作为发射天线或接收天线来完成。圆极化天线极化特性测量包括轴比AR测量、极化倾角τ测量、玄向测量和极化方向图测量。轴比、倾角可以通过旋转线极化天线极化角度,然后从待测天线接收到的功率计算出来,还可以根据测量结果作出极化瓣图,如图2所示。极化旋向一般使用两副极化旋向相反的天线与待测天线分别配对,待测天线极化旋向与输出较大的那副天线相同。如果将线极化天线快速旋转,同时缓慢变化待测圆极化天线的方位角,即可测出极化方向图。


二、天线测量中的注意事项


以上重点阐述了天线关键电性能指标中的方向图、输入阻抗与驻波比、增益、极化参数的测试方法。在实际测量中,对于测量准确度要求不高的天线,只需要考虑测量是否在可容忍的环境中进行,测量系统需满足线性要求,同时注意收、发天线的间距以及极化特性的要求。但是,对于需精密测量的天线除了以上几点外,还需充分考虑环境对高灵敏度接收机的干扰,收、发天线的对准误差,电缆的泄漏,系统的匹配等。

本文刊发于《中国计量》杂志2019年第10期

作者:江苏省无锡市计量测试院 严海东 王冠钧

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