第一章 天线增益测量

天线与电波教学实验指导书

实验三 天线增益测量

3．1实验内容和目的：

用绝对测量法（即测传播损耗的方法）和相对测量法（即比较法）测量喇叭天线的增益，掌握天线增益的一般测量方法。

3．2测量原理

1．天线增益的绝对测量

根据福里斯公式，当发射功率为P t ，发射天线增益为G t ，接收天线增益为

G r ，收发天线相距 R ，则位于远场区的接收天线的最大接收功率为

2244⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=⋅=R G G P A R

G P P r t t r er t

t r πληπ

当收发天线完全相同即G t =G r =G 时，接收功率为

2244⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=⋅=R G P A R G P P t r er t

t r πληπ

由此可求出每个天线的增益为

G P P R r t =⋅4πλ

如用dB 表示，则为

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛=t r P P R dB G lg 10214lg 10)(λπ

因此,如果测出收发电平差、工作频率和收发距离，即可通过上式求出被测天线的增益。

2．天线增益的相对测量

被测天线增益G 和参考天线增益G 0间存在简单的关系：

G=gG 0

式中，g 是被测天线相对于参考天线的增益。

因此如果参考天线的增益已知，只要测出g ，即可按上式求出被测天线的增益。

用比较法测天线增益，常用半波对称振子(或折合振子)作线天线的标准增益天线（其增益约为1.64或2.15dB ）；常用按最佳方向性系数设计的标准增益喇叭作面天线的增益标准天线，其增益理论设计值和实际值相当吻合，可按下式估算：

)(4lg 102dB Ak D G λ

π≈≈

式中，A 是喇叭口面面积，k 是口面利用率。对角锥喇叭天线k 取0.51。

3. 天线增益的综合测量

设三个不同天线的增益分别为G G G 010203、、,先用比较法测得1和2对3的相对增益

03

02

203011G G G G G G ==，

当G 03已知时，则

03

20203101G G G G G G ==，，

用dB 表示,即

)

()()()()()(0320203101dB G dB G dB G dB G dB G dB G +=+=， 当G dB 03()未知时，可用上述1项（天线增益的绝对测量）的方法测出G dB G dB 0102()()+，与上两式联立求出G dB 03()。

3．3 测量方框图：

3．4主要测试设备：

发射源：厘米波分频锁相源（带隔离器，具连续波或1KHz 内方波调制输出，带数字频率指示和功率相对指示，工作频率11GHz ±250MHz ，输出功率连续可调，

最大350mW ）

收、发天线：三种不同增益的角锥喇叭天线四只

精密衰减器：TS7或TS5三厘米精密衰减器

测试接收机：连续波发射时,用晶体检波器加微安表；方波调制发射时，用晶体检波器加选频放大器。或用微波变频器加DS 系列场强仪。

调配器

钢卷尺

3．5 实验步骤

先进行天线增益的绝对测量。取两个相同的标准增益喇叭天线作收发天线:

1．将发射天线通过调配器与信号源相接，接收天线通过调配器与接收系统相接。注意收发天线的极化匹配（即极化要一样）。

2．调整信号源输出功率至适当电平。

3．对收发系统调配，使接收指示最大。

4．将接收系统置于远区。反复调整收发天线（对准它们的最大辐射方向），使接收指示最大。

5．将精密衰减器置于某一适当刻度。记下这时的接收指示及精密衰减器的刻度读数a r 。将精密衰减器放到较大衰减处。

6．拆下收发天线，将收发系统直接连接。调配，使接收指示最大。调节精密衰减器，使接收指示与5相同。记下此时精密衰减器的刻度读数a t 。

7. 读出工作频率, 换算出工作波长λ。量出收发天线之间的距离R 。

8. 由衰减器定标曲线，查出a r 、a t 所对应的衰减量（dB ） A r 、A t 。

9. 由下式算出G dB ()：

)(2

14lg 10lg 10214lg 10)(t r t r A A R P P R dB G -⨯+⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=λπλπ

10. 将G dB ()换算成G(数值)。

11. 重复上述步骤测出三次以上数据, 算出G 的平均值。

再进行天线增益的相对测量。取任一个天线作发射天线，用被测天线作接收天线。

1. 先将天线1(增益为)(1dB G )作为接收天线。收发对准。记住此时的最大接收指示，记下精密衰减器的刻度读数1a ，查出它所对应的衰减量)(1dB A 。

2. 再将天线2作为接收天线。收发对准。调整精密衰减器，使接收指示与1相同，记下此时精密衰减器的刻度读数2a ，查出它所对应的衰减量)(2dB A 。算出1221)(A A dB G -=。则天线2的增益

1212112)(A A G G G dB G -+=+=.

3. 再将天线3作为接收天线。收发对准。调整精密衰减器，使接收指示与1相同，记下此时精密衰减器的刻度读数3a ，查出它所对应的衰减量)(3dB A 。算出3231)(A A dB G -=。则天线3的增益

13131

13)(A A G G G dB G -+=+=

4. 若天线1增益不为已知, 可用上述绝对测量法，将天线1和2分别用作收发天线，测出A dB A dB r t ()()、, 按下式求出天线1和2的增益和(dB):

t r A A R dB G G -+⎪⎭

⎫ ⎝⎛=+λπ4lg 20)(21

5. 算出)()()(321dB G dB G dB G 、、。

6. 将)()()(321dB G dB G dB G 、、换算成数值表示的321G G G 、、。

7. 重复上述步骤测出三组以上数据，算出321G G G 、、的平均值。

3．5 测量误差及注意事项：

影响天线增益测量精度的原因主要有:

1.测试距离太近，不满足远区条件。天线口面产生明显的平方率相差,导致天线增益测量值小于实际值。

2.测试场地地面不平，地面和周围环境的反射大。

3.测量系统阻抗失配。

4.收发天线极化失配。

5.收发天线方向未对准。

6.绝对测量工作频率、收发距离未测准；相对测量标准增益天线定标不准。

7.衰减器精度不够。

8.发射源输出功率不稳

为使测量准确，务请注意上述各点。