天线增益测量教案
天线测试方法
1测试方法 1.1技术指标测试 1.1.1频率范围 1.1.1.1技术要求 频率范围：1150MHz～1250MHz。 1.1.1.2测试方法 在其它技术指标测试中检测，其它各项指标满足要求后，本项指标符合要求。 1.1.1.3测试结果 测试结果记录见表1。 表1 工作频率测试记录表格 1.1.2 1.1. 2.1技术要求 极化方式：线极化。 1.1. 2.2测试方法 该指标设计保证，在测试验收中不进行测试。 1.1.3波束宽度 1.1.3.1技术要求 波束宽度： 1）方位面：60°≤ 2θ≤90°； 0.5 2）俯仰面：60°≤ 2θ≤90°。 0.5 1.1.3.2测试框图 测试框图见图1。
图1 波束宽度测试框图 1.1.3.3测试步骤 a)按图1连接设备； b)将发射天线置为垂直极化，将待测天线也置为垂直极化并架设于一维转台上， 设置信号源输出频率为1150MHz，幅度设为最大值； c)使用计算机同时控制一维转台及频谱仪，在一维转台转动的同时频谱仪自动记 录待测天线接收的幅度值，待一维转台完成360°转动后，测试软件绘制该频点的俯仰面方向图； d)从该频点方向图中读出俯仰面波束宽度，并记录测试结果于表2； e)重复步骤b）~d），直到完成所有频点俯仰面波束宽度测试； f)将发射天线置为水平极化，将待测天线也置为水平极化并架设于一维转台上， 设置信号源输出频率为1150MHz，幅度设为最大值； g)使用计算机同时控制一维转台及频谱仪，在一维转台转动的同时频谱仪自动记 录待测天线接收的幅度值，待一维转台完成360°转动后，测试软件绘制该频点的方位面方向图； h)从该频点方向图中读出方位面波束宽度，并记录测试结果于表2； i)重复步骤f）~h），直到完成所有频点方位面波束宽度测试； j)若方位面波束宽度和俯仰面波束宽度60°≤ 2θ≤90°，则满足指标要求。 0.5 1.1.3.4测试结果 测试结果记录见表2。
天线近场测量的综述
内部☆ 天线近场测量的综述 An OutIine of Near Field Antenna Measurement 一引言 天线工程一问世．天线测量就是人们一直关注的重要课题之一，方法的精确与否直接关系到与之配套系统的实用与否。随着通讯设备不断更新，对天线的要求愈来愈高，常规远场测量天线的方法由于实施中存在着许多困难，有时甚至无能为力，于是人们就渴望通过测量天线的源场而计算出其辐射场的方法。然而由于探头不够理想和计算公式的过多近似，致使这种方法未能赋于实用。为了减小探头与被测天线间的相互影响，Barrett等人在50年代采用了离开天线口面几个波长来测量其波前的幅相特性，实验结果令人大为振奋，由此掀开了近场测量研究的序幕，这一技术的出现，解决了天线工程急待解决而未能解决的许多问题，从而使天线测量手段以新的面目出现在世人的面前。 四十多年过去了，近场测量技术已由理论研究进入了应用研究阶段，并由频域延拓到了时域，它不仅能够测量天线的辐射特性，而且能够诊断天线口径分布，为设计提供可靠、准确设计依据；与此同时，人们利用它进行了目标散射特性的研究，即隐身技术和反隐身技术的研究，从而使该技术的研究有了新的研究手段，进而使此项研究进入了用近场测量的方法对目标成像技术的探索阶段。 二、近场测量技术发展的过程 近场测量的技术研究从五十年代发展至今，其研究方向大致经历四个阶段，如表1所示。 表1 近场测量技术所经历的时间
各个时期的研究内容可概述为以下几个方面 1．理论研究 在Barrett等人的实验之后，Richnlond等人用空气和介质填充的开口波导分别测量了微波天线的近场，并把由近场测量所计算得到的方向图与直接远场法测得的结果相比较，其方向图在主瓣和第一副瓣吻合较好，远副瓣和远场法相差较大。于是人们就分析其原因，最终归结为探头是非理想起点源所致，因此，出现了各种方法的探头修正理论。直到1963年Karns等人提出了平面波分析理论才从理论上严格地解决了非点源探头修正的问题。与此同时，Paris和Leach等人用罗仑兹互易定理也推出了含有探头修正的平面波与柱面波展开表达式[1，2]。Joy等人也给出了含有探头修正下的球面波展开式及其应用[3 ]。至此，频域近场测量模式展开理论已完全成熟，因此研究者的目光投向了应用领域。在随后的十年里，美国标准局(NBS)等研究机构进行大量的实验证明此方法的准确性[4]，其中取样间隔、探头型式的选择以及误差分析是研究者们关心的热门问题。 2．取样间隔及取样间距 由于模式展开理论是建立在付里叶变换的基础上，根据付里叶变换中抽样定理[5]，对带宽有限的函数。用求和代替积分，用增量代替积分元不引人计算误差，而平面、柱面、球面的模式展开式对辐射场而言都是带宽有限的函数，忽略探头与被测天线间的电抗耦合(取样间距选取的准则)，取样间隔与取样间距按表2所示的准则进行选取(参看图1坐标系)。 表2 取样间隔与取样问距的准则 表中：λ—工作波长；d—探头距被测天线口径面的距离；a—完全包围教测天线最小柱面或球面的半径；a'—极平面取样的最大圆半径．
实验六天线的方向性与驻波比测量
实验六天线的方向性与驻波比测量 一、实验目的 1.了解八木天线的阻抗特性，知道八木天线驻波比的测量方法。 2.加深对方向图的理解，了解方向图的测试方法。 3.了解两天线法测增益的原理，知道测试方法。 二、实验器材 1、PNA3621及其成套附件 2、偶极子天线两根 3、待测八木天线一个 4、短路器一只 5、半波振子和全波振子各一个。 三、实验步骤 1、仪器进行校准。 2、插损和增益测量。 3、接上待测八木天线，按【菜单】键将光标移到【驻波】处，再按【执行】键，用驻波测量，打出测试曲线。 4、设置参考方位，控制器置手动（MAN），接通电源；按控制器右转（或左）按
键，将天线转到底使其限位停下；左右微动使得转台停在指示灯亮的方位上，以这点为参考方位。此点习惯上为-90°(或270°)；将待测天线的-90°(或270°，即天线讯号的最小值处)方向，对准发射天线并固定之。 5、校最大值，控制器置手动（MAN），左右转动以便找到最大值。找到最大值后，按下仪器执行键。即完成了校最大值步骤，此时屏幕右下角显示测试频率值。 6、测试，按控制器右转（或左）键将天线转到底使其限位停下，然后再按一次仪器执行键，仪器进入测试状态，画面转为直角坐标；再按入控制器自动（AUTO）键使天线按270°→ 0°→90°→180°方向旋转；过270°后仪器即进入记录状态，这样记的目的是为了得到完整的主瓣与尾瓣。 四、实验记录 1、偶极子天线的插损及增益： 2、全波振子方向图：
3、半波振子方向图： 4、八木天线方向图：
5、八木天线驻波比图： 五、实验分析
对于天线增益：天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要是依靠减少垂直面向辐射的波束宽度，而在水平面上保持全向的辐射特性。在本实验中，天线的插损为25.61dB,属于较好的结果范围内，实验相对较成功。 所谓方向图，是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强随方向变化的曲线图。由方向图可以看出半波振子可以达到-60dB，而全波振子天线可以达到-76dB 左右。半波振子天线的方向图是“8”字形，无副瓣，在一般性应用中，有一定优势。且半波振子当长度超过半波长时，线上出现反相电流，使得天线的方向性下降，增益降低。 对于八木天线它的振子为全波振子。相对于基本的半波对称振子天线，八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远，并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。因为八木天线有着很好的方向性，被广泛的用于微波通信、雷达、电视等无线电系统中。配上仰角和方位旋转控制装置，可较为灵活的与各个方向上的电台联络。可被用于无人机的地面遥控天线。 六、实验小结 通过本次实验我们学会了天线方向图的测试方法，加深了对天线方向图的理解与认识。天线方向图是衡量天线性能的重要图形，可以从天线方向图中观察到天线的各项参数。且天线方向图是用来表示天线的方向性的图，所谓的“天线方向性”，就是指在远区相同距离R的条件下，天线辐射场的相对值与空间方向的关系。同时在实验中还了解到两天线法测增益的原理及其测试方法，实验中也对偶极子天线的插损与增益进行了测量，测试数据也相对较好。此外，又对上节课遗留下的八木天线的驻波比进行了测试。另外，在课后也查找了半波振子，
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，
天线测试方法介绍
天线测试方法介绍 对天线与某个应用进行匹配需要进行精确的天线测量。天线工程师需要判断天线将如何工作，以便确定天线是否适合特定的应用。这意味着要采用天线方向图测量(APM)和硬件环内仿真(HiL)测量技术，在过去5年中，国防部门对这些技术的兴趣已经越来越浓厚。虽然有许多不同的方法来开展这些测量，但没有一种能适应各种场合的理想方法。例如，500MHz以下的低频天线通常是使用锥形微波暗室(anechoic chamber)，这是20世纪60年代就出现的技术。遗憾的是，大多数现代天线测试工程师不熟悉这种非常经济的技术，也不完全理解该技术的局限性(特别是在高于1GHz的时候)。因此，他们无法发挥这种技术的最大效用。 随着对频率低至100MHz的天线测量的兴趣与日俱增，天线测试工程师理解各种天线测试方法(如锥形微波暗室)的优势和局限的重要性就愈加突出。在测试天线时，天线测试工程师通常需测量许多参数，如辐射方向图、增益、阻抗或极化特性。用于测试天线方向图的技术之一是远场测试，使用这种技术时待测天线(AUT)安装在发射天线的远场范围内。其它技术包括近场和反射面测试。选用哪种天线测试场取决于待测的天线。 为更好地理解选择过程，可以考虑这种情况：典型的天线测量系统可以被分成两个独立的部分，即发射站和接收站。发射站由微波发射源、可选放大器、发射天线和连接接收站的通信链路组成。接收站由AUT、参考天线、接收机、本振(LO)信号源、射频下变频器、定位器、系统软件和计算机组成。 在传统的远场天线测试场中，发射和接收天线分别位于对方的远场处，两者通常隔得足够远以模拟想要的工作环境。AUT被距离足够远的源天线所照射，以便在AUT的电气孔径上产生接近平面的波阵面。远场测量可以在室内或室外测试场进行。室内测量通常是在微波暗室中进行。这种暗室有矩形的，也有锥形的，专门设计用来减少来自墙体、地板和天花板的反射(图1)。在矩形微波暗室中，采用一种墙面吸波材料来减少反射。在锥形微波暗室中，锥体形状被用来产生照射。 图1：这些是典型的室内直射式测量系统，图中分别为锥形(左)和矩形(右)测试场。
天线近场测量的综述
天线近场测量的综述
内部☆ 天线近场测量的综述 An OutIine of Near Field Antenna Measurement 一引言 天线工程一问世．天线测量就是人们一直关注的重要课题之一，方法的精确与否直接关系到与之配套系统的实用与否。随着通讯设备不断更新，对天线的要求愈来愈高，常规远场测量天线的方法由于实施中存在着许多困难，有时甚至无能为力，于是人们就渴望通过测量天线的源场而计算出其辐射场的方法。然而由于探头不够理想和计算公式的过多近似，致使这种方法未能赋于实用。为了减小探头与被测天线间的相互影响，Barrett等人在50年代采用了离开天线口面几个波长来测量其波前的幅相特性，实验结果令人大为振奋，由此掀开了近场测量研究的序幕，这一技术的出现，解决了天线工程急待解决而未能解决的许多问题，从而使天线测量手段以新的面目出现在世人的面前。 四十多年过去了，近场测量技术已由理论研究进入了应用研究阶段，并由频域延拓到了时域，它不仅能够测量天线的辐射特性，而且能够诊断天线口径分布，为设计提供可靠、准确设计依据；与此同时，人们利用它进行了目标散射特性的研究，即隐身技术和反隐身技术的研究，从而使该技术的研究有了新的研究手段，进而使此项研究进入了用近场测量的方法对目标成像技术的探索阶段。 二、近场测量技术发展的过程 近场测量的技术研究从五十年代发展至今，其研究方向大致经历四个阶段，如表1所示。 表1 近场测量技术所经历的时间
各个时期的研究内容可概述为以下几个方面 1．理论研究 在Barrett等人的实验之后，Richnlond等人用空气和介质填充的开口波导分别测量了微波天线的近场，并把由近场测量所计算得到的方向图与直接远场法测得的结果相比较，其方向图在主瓣和第一副瓣吻合较好，远副瓣和远场法相差较大。于是人们就分析其原因，最终归结为探头是非理想起点源所致，因此，出现了各种方法的探头修正理论。直到1963年Karns等人提出了平面波分析理论才从理论上严格地解决了非点源探头修正的问题。与此同时，Paris和Leach等人用罗仑兹互易定理也推出了含有探头修正的平面波与柱面波展开表达式[1，2]。Joy 等人也给出了含有探头修正下的球面波展开式及其应用[3 ]。至此，频域近场测量模式展开理论已完全成熟，因此研究者的目光投向了应用领域。在随后的十年里，美国标准局(NBS)等研究机构进行大量的实验证明此方法的准确性[4]，其中取样间隔、探头型式的选择以及误差分析是研究者们关心的热门问题。 2．取样间隔及取样间距 由于模式展开理论是建立在付里叶变换的基础上，根据付里叶变换中抽样定理[5]，对带宽有限的函数。用求和代替积分，用增量代替积分元不引人计算误差，而平面、柱面、球面的模式展开式对辐射场而言都是带宽有限的函数，忽略探头与被测天线间的电抗耦合(取样间距选取的准则)，取样间隔与取样间距按表2所示的准则进行选取(参看图1坐标系)。 表2 取样间隔与取样问距的准则 表中：λ—工作波长；d—探头距被测天线口径面的距离；a—完全包围教测天
天线等效接收增益测试系统
1.1.1.1天线等效接收增益测试系统 （1）用途 用于满足各型有源相控阵雷达天线接收状态天线等效接收增益自动测试与记录。 （2）必要性 第四代防空反导探测制导系统采用固态有源相控阵体制，天线与传统雷达天线的一个显著不同就是引入了有源T/R组件，在接收状态测试时天线系统中包含了R组件的参数。所以进行天线增益测试时，按原来无源天线增益的测试方法得到的结果就是不正确的，必须增加天线等效接收增益测试系统。 （3）工艺对系统的主要性能指标要求 系统主要指标如下所示： 信噪比测试系统可以同时满足4个波段的有源相控阵雷达天线接收增益测试需求； 能完成4个波段雷达发射信号的下变频功能； 能实现通道增益的自动控制，能设置合适通道信噪比； 能通过远程通讯控制设备控制标准信号源输出信号的频率，实现信号源的开关； 能实现阵面天线及标准天线的内部噪声的自动测试，完成通道信噪比测试与记录； 自动测试控制系统根据中频通道采样处理系统采样和处理的数据计算出天线阵面正面等效接收增益；
人机交互界面则可以对测试系统需要的参数进行设置并显示实时的天线增益测量值。 （4）系统组成及工作原理 天线等效接收增益测试系统主要包括雷达发射信号下变频组件、通用中频信号调理组件、中频通道信号采样处理系统、支持无线通讯控制的自动控制测试系统及标准信号源系统。其原理组成框图如下图所示： 图错误！文档中没有指定样式的文字。-1 天线等效接收增益测试系统原 理及组成框图 天线等效接收增益测试系统主要构成如下：
本振信号源； 无线通讯设备； 各波段一体化雷达信号下变频组件； 中频信号调理组件； 中频通道信号采样处理系统； 自动测试控制系统（含软件）； 人机交互系统。 理想情况下，被测天线被与其极化匹配的平面波所照射，并在匹配负载上测量接收功率。在其它条件相同的情况下，用增益标准天线替换被测天线，并再次测量进入其匹配负载的接收功率。雷达天线比较增益测量工作原理如下图所示。 T P S P 表 错误！文档中没有指定样式的文字。-1 雷达天线比较增益测量工作原 理 有弗里斯传输公式可得出分贝表示的被测天线的功率增益 ()T dB G ：
近场天线测量作业
作业一：分别采用直接求和与快速Fourier 变换（FFT ）两种方法计算出)(ωF ，并与理 论计算结果比较，并比较两种方法所用时间。 1. 已知x e x f -=)( 求 dx e e F x j x πωω2)(? ∞ ∞ --= 直接积分：2 )2(12 )(πωω+= F (1-1) 当ω很大时，0)(≈ωF 取100=Ω时，010 )(5 ≈<-ωF 故近似认为当Ω>ω时，0)(≈ωF ，即可以近似认为f （x ）是一个谱宽有限得函数，带限为2Ω，取005.02=Ω ≤?ππ x ，则由取样定理有 2()m x j m x m F e e x πωω∞ -??=-∞ = ???∑ 令x N n ?=ω， ∑-- =?-?≈12 2 2)(N N m N mn j x m x e e F πω 令,2 k N m =+ 则有 ∑-=-?--?≈?10 )2 (2)2 ()(N k N k N n j x N k x e e x N n F π ∑-=?- -?-=10 2)2 () 1(N k N kn j x N k n e xe π ∑-=-=1 2)1(N k N kn j k n e f π (1,,1,0-=N n Λ)
其中： ??? ? ??? -=?-=?=?-?-1 ,,212, ,1,0)2()2(N N k xe N k xe f x k N x N k k ΛΛ (1-3) 取N=2048，则1024*0.005≈5，12 <
天线增益的计算及单位转换
天线增益的计算及单位转换 增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以这样来理解增益的物理含义 ------ 为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要 100W 的输入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为 G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为 G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源 )。 如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是 dBd 。 半波对称振子的增益为 G=0dBd （因为是自己跟自己比，比值为 1 ，取对数得零值。）垂直四元阵，其增益约为 G=8.15 – 2.15=6dBd 。 天线增益的若干计算公式 1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益： G（dBi）=10Lg{32000/（2θ3dB,E×2θ3dB,H）} 式中， 2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度； 32000 是统计出来的经验数据。 2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益： G（dBi）=10Lg{4.5×（D/λ0）2} 式中， D 为抛物面直径； λ0为中心工作波长； 4.5 是统计出来的经验数据。 3）对于直立全向天线，有近似计算式 G（dBi）=10Lg{2L/λ0} 式中， L 为天线长度； λ0 为中心工作波长； 关于天线的db, dBi，dBd等单位 有些朋友往往比较容易混淆这些单位，dB取的都是以对数值为基础的。
天线测试方法介绍
天线测试方法介绍 来源：Vince Rodriguez公司 对天线与某个应用进行匹配需要进行精确的天线测量。天线工程师需要判断天线将如何工作，以便确定天线是否适合特定的应用。这意味着要采用天线方向图测量(APM)和硬件环内仿真(HiL)测量技术，在过去5年中，国防部门对这些技术的兴趣已经越来越浓厚。虽然有许多不同的方法来开展这些测量，但没有一种能适应各种场合的理想方法。例如，500MHz 以下的低频天线通常是使用锥形微波暗室(anechoic chamber)，这是20世纪60年代就出现的技术。遗憾的是，大多数现代天线测试工程师不熟悉这种非常经济的技术，也不完全理解该技术的局限性(特别是在高于1GHz的时候)。因此，他们无法发挥这种技术的最大效用。 随着对频率低至100MHz的天线测量的兴趣与日俱增，天线测试工程师理解各种天线测试方法(如锥形微波暗室)的优势和局限的重要性就愈加突出。在测试天线时，天线测试工程师通常需测量许多参数，如辐射方向图、增益、阻抗或极化特性。用于测试天线方向图的技术之一是远场测试，使用这种技术时待测天线(AUT)安装在发射天线的远场范围内。其它技术包括近场和反射面测试。选用哪种天线测试场取决于待测的天线。 为更好地理解选择过程，可以考虑这种情况：典型的天线测量系统可以被分成两个独立的部分，即发射站和接收站。发射站由微波发射源、可选放大器、发射天线和连接接收站的通信链路组成。接收站由AUT、参考天线、接收机、本振(LO)信号源、射频下变频器、定位器、系统软件和计算机组成。 在传统的远场天线测试场中，发射和接收天线分别位于对方的远场处，两者通常隔得足够远以模拟想要的工作环境。AUT被距离足够远的源天线所照射，以便在AUT的电气孔径上产生接近平面的波阵面。远场测量可以在室内或室外测试场进行。室内测量通常是在微波暗室中进行。这种暗室有矩形的，也有锥形的，专门设计用来减少来自墙体、地板和天花板的反射(图1)。在矩形微波暗室中，采用一种墙面吸波材料来减少反射。在锥形微波暗室中，锥体形状被用来产生照射。
天线测试方法选择及评估
天线测试方法选择及评估 对天线与某个应用进行匹配需要进行精确的天线测量。天线工程师需要判断天线将如何工作，以便确定天线是否适合特定的应用。这意味着要采用天线方向图测量(APM)和硬件环内仿真(HiL)测量技术，在过去5年中，国防部门对这些技术的兴趣已经越来越浓厚。虽然有许多不同的方法来开展这些测量，但没有一种能适应各种场合的理想方法。例如，500MHz以下的低频天线通常是使用锥形微波暗室(anechoic chamber)，这是20世纪60年代就出现的技术。遗憾的是，大多数现代天线测试工程师不熟悉这种非常经济的技术，也不完全理解该技术的局限性(特别是在高于1GHz的时候)。因此，他们无法发挥这种技术的最大效用。 随着对频率低至100MHz的天线测量的兴趣与日俱增，天线测试工程师理解各种天线测试方法(如锥形微波暗室)的优势和局限的重要性就愈加突出。在测试天线时，天线测试工程师通常需测量许多参数，如辐射方向图、增益、阻抗或极化特性。用于测试天线方向图的技术之一是远场测试，使用这种技术时待测天线(AUT)安装在发射天线的远场范围内。其它技术包括近场和反射面测试。选用哪种天线测试场取决于待测的天线。 为更好地理解选择过程，可以考虑这种情况：典型的天线测量系统可以被分成两个独立的部分，即发射站和接收站。发射站由微波发射源、可选放大器、发射天线和连接接收站的通信链路组成。接收站由AUT、参考天线、接收机、本振(LO)信号源、射频下变频器、定位器、系统软件和计算机组成。 在传统的远场天线测试场中，发射和接收天线分别位于对方的远场处，两者通常隔得足够远以模拟想要的工作环境。AUT被距离足够远的源天线所照射，以便在AUT的电气孔径上产生接近平面的波阵面。远场测量可以在室内或室外测试场进行。室内测量通常是在微波暗室中进行。这种暗室有矩形的，也有锥形的，专门设计用来减少来自墙体、地板和天花板的反射(图1)。在矩形微波暗室中，采用一种墙面吸波材料来减少反射。在锥形微波暗室中，锥体形状被用来产生照射。 图1：这些是典型的室内直射式测量系统，图中分别为锥形(左)和矩形(右)测试场。 近场和反射测量也可以在室内测试场进行，而且通常是近场或紧缩测试场。在紧缩测试场中，反射面会产生一个平面波，用于模拟远场行为。这使得可以在长度比远场距离短的测试场中对天线进行测量。在近场测试场中，AUT被放置在近场，接近天线的表面上的场被测量。随后测量数据经过数学转换，即可获得远场行为(图2)。图3显示了在紧缩测试场中由静区上的反射面产生的平面波。 图2：在紧缩测试场，平坦波形是由反射测量产生。 一般来说，10个波长以下的天线(中小型天线)最容易在远场测试场中测量，这是因为在可管理距离内往往可以轻松满足远场条件。对大型天线(electrically large antenna)、反射面和阵列(超过10个波长)来说，远场通常在许多波长以外。因此，近场或紧缩测试场可以提供更加可行的测量选项，而不管反射面和测量系统的成本是否上升。 假设天线测试工程师想要在低频下进行测量。国防部门对此尤感其兴趣，因为他们需要研究诸如在低频下使用天线等事项，以便更好地穿透探地雷达(GPR)系统中的结构(针对工作在400MHz范围的射频识别(RFID)标签)，以及支持更高效的无线电设备(如软件定义无线电(SDR))和数字遥感无线电设备。在这种情况下，微波暗室可以为室内远场测量提供足够好的环境。 矩形和锥形是两种常见的微波暗室类型，即所谓的直接照射方法。每种暗室都有不同的物理尺寸，因此会有不同的电磁行为。矩形微波暗室处于一种真正的自动空间状态，而锥形
西安电子科技大学《天线测量》教学大纲
西安电子科技大学 《天线测量》教学大纲 课程ID0221035课程名称天线测量 学分数 3.0学时数46 课程性质专业限选适用专业电子信息工程类 开课学期6先修课程电磁场理论、天线 原理 开课院系电子工程学 制定时期2010-3-1 院 一、课程地位、基本要求以及与其他课程的联系 本课程是微波电信专业选修的专业课，通过该课程的学习使学生掌握天线测量的基本理论和方法，培养学生分析和解决实际问题的能力以及实际动手的能力，为学生今后走上工作岗位打下一个良好的基础。 基本要求是通过课程教学、实验、示教等教学环节使学生掌握天线测试场的设计与鉴定准则；掌握天线基本参数的测量原理和方法；学会常规测量仪器和先进测量仪器基本操作方法以及测量原理。 本课程是《天线原理》课程内容的补充与应用。《天线原理》课程完成天线基本理论的教学；《天线测量》课程完成天线基本参数测量原理和实验的教学。 二、课程内容和学时分配 （1）理论教学 绪论 1学时 天线场地设计与鉴定 8学时 天线方向图的测量 2学时 天线增益的测量 3学时 天线极化的测量 6学时 天线阻抗的测量 4学时 天线相位方向图的测量 4学时 天线源场测量 2学时
天线近场测量 6学时 用射电源测量天线的电参数和现代天线测量设备与系统介绍 2学时（2）实验教学 每个实验2小时，共计4个实验，具体内容为： 实验一：对称阵子和无源阵子天线方向图的测量 实验二：对称阵子输入阻抗的测量 实验三：喇叭天线增益的测量 实验四：天线计划参数的测量 （3）示教教学 用矢量网络分析仪测量天线的阻抗特性；微波暗室的设计与建造 三、实验要求 （1）实验前必须充分理解实验测量原理，会出测量方框图，熟悉所用仪器的使用方法和注意事项，给出测量参数的理论数 值； （2）记录实验数据和实验测量条件，试验现场测量数据必须交在场指导老师审阅后方能离开实验现场； （3）做出实验报告，前一个实验报告未交者不能参加下一个实验，实验报告占总成绩的50%； 四、考核方式 独立作业或者命题考察； 五、教材及参考书 《天线测量》林昌禄成都电讯工程学院出版社
基站天线测量方法
国家通信导航设备质检中心──基站天线测量方法 Test specification of Base station antenna center 1 增益、半功率波束宽度、前后比及交叉极化比的测量可以采用远场或近场等测试方法，本标准叙述最常用的远场测试方法。 The test has long distance and near distance for antenna gain,beam width front to back ratio amd polarization. 2 增益测量 Gain test 2.1测量框图见图1 test draws: 图1天线增益测试框图 antenna gain testing draws 测量条件 test qualification 2.2.1被测天线具有相同的极化方式。 The antenna and source antenna is same polarization 2.2.2被测天线与源天线之间测量距离应满足： 式中：L ──源天线与被测天线距离m; there is distance of the antenna to source antenna D ──被测天线最尺寸m; there is max dimension of source antenna D ──源天线最大辐射尺寸m; there is max radiancy of the antenna λ──测试频率波长m 。 test frequency beam long 2.2.3被测天线应安装于场强基本均匀的区域内，场强应预先用一个半波偶极天线的有效天线体积内进行检测，如果电场变化超过1.5dB ，则认为试验场是不可用的。此外，增益基准天线在两个正交极化面上测得的场强差值小于1dB 。 The antenna under test should be placed within a constant field,and the field stremgth can first be measured within the magnetism field of the antenna under test. Should the electric field show fluctuations greater than 1.5dB, the test field should ge considered unsuitable. Moreover, the measured field stremgrhs of the horizontal amd vertical polarized components, s measured by the standard gain antenna, should mot differ by more than 1dB. 2.2.4测量用信号发生器、接收机等测量设备和仪表应具有良好的稳定性、可靠性、动态范围和测量精度，以保证测量 数据的正确性。测量用仪表应有计量合格证，并在校验周期内。 The signal generator,receiver and other equipment and meters used for testing should have high stability, reliability,measurement precision and wide dynamic range in order to guarantee data accuracy. Source antenna 源天线 The antenna 隔离器 信号源发生器 L ≧ 2(D 2+d 2) λ (1)
各种近远场天线测量系统比较
按照天线场区的划分，天线测量系统可分为远场测量系统和近场测量系统。 1. 远场测量系统 远场测量系统按使用环境可分为室外远场测量系统和室内远场测量系统。 室外远场需要较长的测量距离，通常用天线高架法来尽量减小地面反射，其他架设方法还有地面反射法和斜距法。室外远场测量需要在合适的外部环境和天气下进行，同时，室外远场对安全和电磁环境有较高要求。 室内远场在微波暗室中进行，暗室四周和上下铺设吸波材料来减小电磁反射。如果暗室条件满足远场测量条件，可选择传统远场测量法，如果测量距离不够远场条件，可以选择紧缩场，通过反射天线在被测天线处形成平面电磁波。 2. 近场测量系统 近场测量在天线辐射近场区域实施。在三至五个波长的辐射近场区，感应场能量已完全消退。采集这一区域被测天线辐射的幅度和相位数据信息，通过严格的数学计算就可以推出被测天线测远场方向图。 按照扫描方式的不同，常用的近场测量系统可以分为平面近场系统、柱面近场系统和球面近场系统。 （1）近场测量系统 平面近场测量系统在辐射近场区的平面上采集幅相信息，这种类型的测试系统适用于增益>15dBi的定向天线、阵列天线等，最大测量角度<± 70 º。
（2）柱面测量系统 柱面近场测量系统在辐射近场区的柱面上采集幅相信息，这种类型的测试系统适用于扇形波束和宽波瓣的天线。 （3）球面测量系统 球面近场测量系统在辐射近场区的球面上采集幅相信息，这种类型的测试系统适用于低增益的宽波瓣或全向天线。 3.如何选择天线测量系统，需要考虑到的几个重要的特性和指标： 1.天线应用领域； 2.远场角度范围：远场波瓣图坐标系、各种天线性能参数定义、副瓣和后瓣特性； 3.电尺寸：根据电尺寸和计算出远场距离； 4.方向性指标：宽波瓣或窄波瓣； 5.工作频率和带宽：工作频率设计到吸波材料尺寸和暗室工程设计及造价； 6.环境和安全性要求：天气、地表环境等因素； 7.其他因素：转台或铰链、通道切换开关等。 近场（平面、柱面、球面）测量系统与远场|（室外、室内、紧缩场）测量系统的能力比较
天线增益的计算
天线增益的计算 增益是指： 在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以这样来理解增益的物理含义------为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为G=13dB=20的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100/20=5W。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为G= 2.15dBi。4个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G= 8.15dBi(dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。 如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是dBd。 半波对称振子的增益为G=0dBd（因为是自己跟自己比，比值为1，取对数得零值。）垂直四元阵，其增益约为G= 8.15– 2.15=6dBd。 天线增益的若干计算公式 1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益：G（dBi）=10Lg{32000/（2θ3dB,E×2θ3dB,H）} 式中，2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；
32000是统计出来的经验数据。 2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益： G（dBi）=10Lg{ 4.5×（D/λ0）2} 式中，D为抛物面直径； λ0为中心工作波长； 4.5是统计出来的经验数据。 3）对于直立全向天线，有近似计算式 G（dBi）=10Lg{2L/λ0} 式中，L为天线xx； λ0为中心工作波长； 关于天线的db,dBi，dBd等单位 有些朋友往往比较容易混淆这些单位，dB取的都是以对数值为基础的。 (1)dB，这单纯是一个相对值，也就是说A比B的值的对数。常常用于说A 比B高或低多少dB,但是单独说A的增益是多少dB，是不合理的，因为我们不知道B是什么。只是我们许多同好有时为了简省就口头说多少dB了，但这样是不够确切的，不过常常也就将错就错，默认理解为dBi吧，要么您就再问问清楚。 (2)dBd，这是有标准参考值的，即B规定为自由空间的半波偶极子天线，这样A与B的值比起来就有来统一的参照物，您告诉同好这个天线10dBd,他就明白您的天线比半波偶极子天线在主辐射方向上能聚集10倍的能量，即好10倍。
天线驻波比的测量方法
频通过式功率计的应用 在传统的通信系统中，通常采用AM，FM或PM调制方式。这些发射机的射频功率测量可以用线性连续波（CW）功率计完成。在现代通信系统中，广泛采用了数字调制方式，其射频功率的测试方法也随之改变了。 在本文中，首先讨论了通过式功率计的工作原理，及数字调制信号的射频功率的定义，理解了这些定义将有助于射频功率的正确测量。然后例举了通过式功率计在通信系统中的应用。 一、通过式功率计的工作原理 射频功率可由两类仪器来测量：热偶式功率计和通过式功率计。 1.1 热偶功率计 热偶式测试法是先将射频功率转换为热能，测出其所产生的能量的总和，再将其转换为相应的功率读数（瓦特）。 在热偶式测量法中，其测试结果基本上不受信号波形的影响。但热偶式功率计的成本，物理尺寸，测试响应时间，所需的附件设备，电缆和交流电源都决定了它不能得到广泛的应用。 1.2 通过式功率计 在1952年，BIRD公司的创始人J.Raymond Bird发明了通过式功率计原理Thruline@ 技术。从此，通过式功率测量法成为射频功率测量的工业标准一直至今。在工程应用及工程计量中，通过式功率计的作用是任何其它功率测试手段所无法替代的。 Thruline?通过式功率测量法的原理如下（见图1）： 通过式射频功率计实际上是一种信号激励装置，采用了一个无源的二极管射频传感器。在同轴线的一侧装有一个定向的，半波二极管检波电路，并将其接到一个已校正的表头以读出有效值功率。检波电路与传输线通过介质耦合，并根据置于传输线旁的传感器的方向取样出正向和反射功率。
图1、通过式功率测量法 Thruline@功率计的代表产品是BIRD公司的43型功率计（见图2），它自发明以来已经有超过25万台在全世界范围得到应用。43采用了无源线性二极管检波技术，可以测量单载频的FM，PM和CW信号的功率，或者与校准信号的峰均功率比完全一致的信号。 图2、连续波（CW）功率计的代表产品——BIRD 43 二、模拟调制和数字调制的射频信号 不同的射频调制信号的功率测量方法是不同的，让我们首先来比较一下不同的调制信号各有什么特点。 2.1 连续波（CW ）和模拟调制信号 图3所示为连续波（CW）信号的波形，其特点是峰值包络是恒定的，FM和PM信号也同样。
天线增益原理
天线增益原理 一、什么是增益天线 作为增益天线的基本属性，在一般情况下，增益的强弱将影响到天线辐射或接收无线信号的能力。也就是说，在同等条件下，增益越高，无线信号传播距离就越远。增益的单位为dBi，室内天线大多为4dBi～5dBi，室外天线大多为8.5dBi～14dBi。 通常情况下，由于增益的大小与无线带宽成反比，即增益越大，其带宽就越窄；增益越小，带宽则较大。因此，较大增益的天线主要用于远距离传输，而小增益天线则更适合于无线信号大覆盖范围的应用环境。目前在无线网络应用中，天线分为点对点应用、点对多点应用两种，用户可根据不同的应用范围选择不同类型的无线天线，使无线信号能够顺利地被各个无线设备接收和发送。 二、天线增益的作用 天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。任何蜂窝系统都是一个双向过程，增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量。
三、天线增益的原理 可以这样来理解增益的物理含义：在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W 的输入功率，而用增益为G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。 如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是dBd 。 半波对称振子的增益为G=0dBd （因为是自己跟自己比，比值为1 ，取对数得零值。）垂直四元阵，其增益约为G=8.15 –2.15=6dBd 。 四、天线增益分析 为了比较天线接收信号的能力优劣。把无方向性的半波振子天线(其方向为两个圆）的灵敏度定位0db，相比之下，灵敏度高方向性好的天线就出现了增益。 理想的全向天线的增益定义为1，实际上所谓理想的全向天线在现实世界是不存在的，但是在此理想的条件下，可以很容易计算出在空间的微波功率分布情况。与发射功率相同的一个实际的天线的最大辐射指向位置测得的功率相比，就可以得出天线的增益。 天线的增益和有源电路的增益是有根本区别的。 天线增益的测量. 测试设备为信号源，频谱仪或其他信号接收设备和点源辐射器。 1．先用理想（当然是近似理想）点源辐射天线，加入一功率；然后再距离天线一定的位置上，用频谱仪或接收设备测试接收功率。测得的接收功率为P1 2．换用被测天线，加入相同的功率，在同样的位置上重复上述测试，测得接收功率为P2;