天线的各种性能及测量方法探讨
天线的各种性能及测量方法探讨
1、引言
随着移动通信的不断发展，移动通信天线也经历了从单极化天线、双极化天线到智能天线、MIMO天线乃至大规模阵列天线的发展历程。中国移动经过4G大发展后，目前拥有大约150万个基站，在网天馈质量参差不齐。天线作为移动通信网络的感知器官在网络中的地位越来越复杂，并且越来越重要。虽然天线的投资占比较小（仅占基站投资的3%左右），但是网络故障的40%以上是由天馈系统引起的。天馈系统质量下降会导致覆盖性能变差，或者造成干扰问题，而且天线作为一种复杂的无源产品，其在网络中很难监测，
天馈系统问题的表现多种多样，如：天线在网使用两三年后，网络覆盖性能明显下降，互调干扰越来越严重；下暴雨时驻波比告警；刮大风时驻波比告警；同一厂家同一型号的天线用在同一网络性能却大不相同等等。这些现象，表明供货厂家的产品可靠性不高，质量存在隐患，达不到产品寿命指标要求。如何判断呢？这就和天线的一致性、稳定性和可靠性相关。
2、天线的可靠性
通常，产品的可靠性是指元件、产品、系统在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。可通过可靠度、失效率、平均无故障间隔等来评价产品的可靠性。环境可靠性是指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。产品在设计、应用过程中，不断经受自身及外界气候环境及机械环境的影响，而仍需要能够正常工作，这就需要用试验设备对其进行验证。
可靠性包含了耐久性、可维修性、设计可靠性三大要素。耐久性是指产品使用无故障性或使用寿命的长短。可维修性是指当产品发生故障后，能够很快很容易的通过维护或维修排除故障。
设计可靠性是决定产品质量的关键，由于人—机系统的复杂性，以及人在操作中可能存在的差错和操作使用环境的这种因素影响，发生错误的可能性依然存在，所以设计的时候必须充分考虑产品的易使用性和易操作性，这就是设计可靠性。因此，可靠性是一项重要的
天线的主要性能指标和相关知识
天线的主要性能指标 1、方向图： 天线方向图是表征天线辐射特性空间角度关系的图形。以发射天线为例，从不同角度方向辐射出去的功率或场强形成的图形。一般地，用包括最大辐射方向的两个相互垂直的平面方向图来表示天线的立体方向图，分为水平面方向图和垂直面方向图。平行于地面在波束最大场强最大位置剖开的图形叫水平面方向图；垂直于地面在波束场强最大位置剖开的图形叫垂直面方向图。 描述天线辐射特性的另一重要参数半功率宽度，在天线辐射功率分布在主瓣最大值的两侧，功率强度下降到最大值的一半(场强下降到 最大值的0.707倍，3dB衰耗)的两个方向的夹角，表征了天线在指定方向上辐射功率的集中程度。一般地，GSM定向基站水平面半功 率波瓣宽度为65° 在120°的小区边沿，天线辐射功率要比最大辐射方向上低9-10dB。 2、方向性参数 不同的天线有不同的方向图，为表示它们集中辐射的程度，方向图的尖锐程度，我们引入方向性参数。理想的点源天线辐射没有方向性，在各方向上辐射强度相等，方向是个球体。我们以理想的点源天线作为标准与实际天线进行比较，在相同的辐射功率某天线产生于某点的电场强度平方E2与理想的点源天线在同一点产生的电场强度的平方E02的比值称为该点的方向性参数D=E2/E02? 3、天线增益 增益和方向性系数同是表征辐射功率集中程度的参数，但两者又不尽相同。增益是在同一输出功率条件下加以讨论的，方向性系数是在同一辐射功率条件下加以讨论的。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。一般地，在实际应用中，取最大辐射方向的方向性系数和增益作为天线的方向性系数和增益。 另外，表征天线增益的参数有dBd和dBi。DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益 dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。 4、入阻输入阻抗 输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，可用矢量网络测试分析仪测量，其直流阻抗为0Q。 般移动通信天线的输入阻抗为50 Q。 5、驻波比 由于天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不可能完全一致，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，其相邻的电 压最大值与最小值的比即为电压驻波比VSWR假定天线的输入功率P1，反射功率P2,天线的驻波比VSWR=( +) / (-)。一般地说，移 动通信天线的电压驻波比应小于 1.5,但实际应用中VSWR应小于1.2。 6、极化方式 根据天线在最大辐射(或接收)方向上电场矢量的取向，天线极化方式可分为线极化，圆极化和椭圆极化。线极化又分为水平极化，垂 直极化和土45o极化。发射天线和接收天线应具有相同的极化方式，一般地，移动通信中多采用垂直极化或土45o极化方式。 7、双极化天线隔离度 双极化天线有两个信号输入端口，从一个端口输入功率信号P1dBm，从另一端口接收到同一信号的功率P2dBm之差称为隔离度，即隔 离度=P1-P2。 移动通信基站要求在工作频段内极化隔离度大于28dB。土45o双极化天线利用极化正交原理，将两副天线集成在一起，再通过其他的一 些特殊措施，使天隔离度大于30dB。 天线常识
天线驻波比测试方法
天线xx测试方法 SX－400驻波比功率计是日本第一电波工业株式会社的“钻石天线”系列产品，它是一种无源驻波比功率计，将它连接在电台与天线之间，通过简单的操作可测量电台发射功率、天线馈线与电台不匹配引起的反射功率及驻波比，此外在单边带通信中本功率计还可作为峰值包络功率监视器。本仪表作为电信、军队、铁路(无线检修所)等无线通信部门的常用仪表被广泛使用，由于使用说明书为日文，阅读不便，为便于现场人员正确使用，现将使用方法和注意事项介绍如下。 1仪表表头、开关、端口功能 仪表表头、开关、端口位置见图1 ①表头： 用于指示发射功率、反射功率、驻波比及单边带应用时峰值包络功率的数值。 表头上共有5道刻度。从上往下，第 1、2道刻度为驻波比刻度值，第一道刻度右侧标有“H”，当电台输出功率大于5W时，应从该刻度上读取驻波比值；第二道刻度右侧标有“L”，当电台输出功率小于5W时，应从该刻度上读取驻波比值；第 3、4、5道刻度为功率值刻度，分别对应功率值满量程200W、20W、5W 档位。 ②RANGE(量程开关 选择功率测量量程，共三档，分别为200W、20W、5W。 ③FUNCTION(测量功能选择开关 置于“POWER”时，进行发射功率(FWD)、反射功率(REF)测量。'置于“CAL”时，进行驻波比(SWR)测量前的校准。
置于“SWR”时，进行驻波比(SWR)测量 ④CAL(校准旋钮) 进行驻波比(SWR)测量前(被测电台处于发射状态下)，用此旋钮进行校准，应将指针调到表头第一道刻度右侧标有“”处。⑤POWER(功率测量选择开关 置于“FWD”时，进行电台发射功率测量。 置于“REF”时，进行反射波功率测量。 置于“OFF”时，停止对电台各种功率的测量。 ⑥AVG、PEPMONI(平均值或峰值包络功率测量选择开关)测发射功率、反射波功率、驻波比时，该开关应弹起，呈“■”状态，此时表头所指示的是功率的平均值(AVG)。 作为单边带峰值包络功率(PEPMONI)监视器时，该开关应按下，呈“━”状态。 ⑦零点调整螺钉 用于表头指针的机械调零，测量前调整该螺钉可使指针指示到零位。 ⑧TX(与电台发射机相连端口)可同时参见图1及图 用50Ω同轴电缆将该端口与电台天线端(ANT)相连。 ⑨ANT(与电台使用的天馈线连接端口) 将电台实际使用天馈线的馈线(50Ω)端口(或50Ω阻性的标准负债)与该端口相连。 ⑩DC138V(表头照明直流电源输入端口) 表头照明直流电源输入端口，直流电源电压范围为11～15V，红线接电源“＋”，黑线接电源“－”，主要是用于夜间的野外场合。测试方法 2.1连接方法(参见图2)
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。
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，
实验五天线的输入阻抗与驻波比测量
实验五天线的输入阻抗与驻波比测量 一、实验目的 1.了解单极子的阻抗特性，知道单极子阻抗的测量方法。 2.了解半波振子的阻抗特性，知道半波振子阻抗与驻波比的测量方法。 3.了解全波振子的阻抗特性，知道全波振子阻抗与驻波比的测量方法。 4.了解偶极子的阻抗特性，知道偶极子阻抗与驻波比的测量方法。 二、实验器材 PNA3621及其全套附件，作地用的铝板一块，待测单极子3个，分别为Φ1，Φ3，Φ9，长度相同。短路器一只，待测半波振子天线一个，待测全波振子天线一个，待测偶极子天线一个。 三、实验步骤 1.仪器按测回损连接，按【执行】键校开路； 2.接上短路器，按【执行】键校短路； 3.拔下短路器，插上待测振子即可测出输入阻抗轨迹。 4.拔下短路器，接上待测半波振子天线，按菜单键将光标移到【移+0.000m】处，设置移参数据约0.184m，再将光标上移到【矢量】处，按【执行】键。 5.拔下短路器，接上待测全波振子天线，按菜单键将光标移到【移+0.000m】处，设置移参数据约0.133m，再将光标上移到【矢量】处，按【执行】键。 6.拔下短路器，接上待测偶极子天线，按菜单键将光标移到【移+0.000m】处，设置移参数据约0.074m，再将光标上移到【矢量】处，按【执行】键。 四、实验记录
单极子?3： 单极子?2： 单极子?1： 偶极子： 半波振子： 全波振子： 五、实验仿真 以下为实验仿真及其结果： 六、实验扩展分析 单极子天线是在偶极子天线的基础上发展而来的。最初偶极子天线有两个臂，每个臂长四分之一波长，方向图类似面包圈；研究人员利用镜像原理，在单臂下面加一块金属板，变得到了单极子天线。单极子天线很容易做成超宽带。至于其他方面的电性能，基本与偶极子天线相似。 上图左边为单极子，右边为偶极子。虚线根据地面作为等势面镜像而来，单极子是从中心馈电点处切去一半并相对于地面馈电的偶极子。单极子是从中心馈电点处切去一半并相对于地面馈电的偶极子。因此可以理解为：上半个偶极子+对称面作为接地=单极子。由于单极子接地面就是偶极子的对称面，因此单极子馈电部分输入端的缝隙宽度只有偶极子的一半，根据电压等于电场的线积分，这导致输入电压只有偶极子的一半。又因为对称性，单极子和偶极子的电流大小相同，因此单极子的输入阻抗是偶极子的一半。同理，辐射电阻或辐射功率也是偶极子的一半。 由于单极子只辐射上半空间，而偶极子辐射整个空间，因此单极子的方向性是偶极子的
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。
驻波比的测量 微波原理
电子信息工程系实验报告课程名称：微波原理 实验项目名称：驻波比的测量实验时间：2010-5-27 班级：通信072 姓名：学号：710705229 实验目的: 掌握测量驻波比的原理和常用方法 【实验内容】 在测量线系统中，选用合适的方法测量给定器件的电压驻波系数。 【实验框图与仪器】 网络分析仪信号源被测件频谱仪 b. c. 图1 驻波比测量系统图 【实验原理】 测试微波传输系统内电磁场的驻波分布情况，包括场强的最大点、最小点的幅度及其位置，从而得到驻波比（或反射系数）和波导波长。通过驻波测量可以测出阻抗、波长、相位和Q值等其它参量。 测量电压驻波系数：
可直接由测量线探针分别处于波腹及波节位置时的电流表读出Imax 和Imin ，求出驻波比。 若驻波腹点和节点处电表读数分别为m ax I ，m in I 则电压驻波系数ρ： min max min max I I E E == ρ （1－2） 当电压驻波系数在1.05<ρ<1.5时，驻波的最大值和最小值相差不大，且不尖锐，不易测准，为了提高测量准确度，可采用节点偏移法。 节点偏移法测量驻波比的测试系统如图5示。 测量方法：逐点改变短路活塞的位置（读数S ），在测量线上用交叉读数法跟踪测得某一波节点的位置（读数为D ），作出S 和（D+S ）+KS 的关系曲线，其中12 1 -= λλK ,1λ是取下待测元件，固定短路活塞位置，移动测量线探针测得的测量线中的波长；2λ是固定测量探针，移动短路活塞，用交叉读数法在短路活塞上测得的波长。由所得实验曲线求得最大偏移量?，按下式求出驻波比 ) sin(1)sin( 1 1πλπρ?-?+= （1－18） 当?很小时，可近似为1 21λπρ? +≈ （1－19） 中等驻波比测量（6≤ρ），可采用直接测量沿线驻波最大点和最小点场强的直接法来测量。为了提高 精确度，可以测量多个最大点和最小点，然后按下式求得驻波比 其中m ax I 和m in I 为指示器上对应的最大值和最小值（直线律检波）或其方根值（平方律检波）。 2、等指示度法（大驻波比 5>ρ） 当被测器件的驻波系数大于5时，驻波腹点和节点的电平相差很大，如果在最小点检波晶体的输出能使仪表有足够的指示读数，则在最大点上检波晶体的特性从平方律转向直线律，因而无法在同一情况下测得最大点和最小点，按直接法求取大驻波系数会带来较大的误差，因此采用等指示度法，也就是通过测量驻波图形中波节点附近场的分布规律的间接方法，求出驻波系数，如图6。 ??? ? ?????? ??-= g g n W W k λπλπρsin cos 2/2 （1.2.4） 式中 min min I kI k 最小点读数测量点读数= n 为晶体检波律，一般n=2，' h h l l W -=＝2d ，g λ为测量线上的 波长即波导波长 3、 功率衰减法 方法是：改变测量电路中可变衰减器的衰减量，使探针位于驻波腹点和节点时指示电表的读数相同， 图5 节点偏移法测量驻波比的测试系统
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。
实验五--微波电压驻波比与反射系数的测量
实验五--微波电压驻波比与反射系数的测量
实验五微波电压驻波比与反射系数的测量、分析与计算 一、实验目的 (1)学会驻波比的测量、分析和计算； (2)通过驻波比及驻波波节点测量数据，学 会分析和计算反射系数。 二、实验原理 在任何的微波传输系统中，为了保证传输效率，减少传输损耗和避免大功率击穿，必须实现阻抗的匹配。描述系统匹配程度的参数有电压驻波比和反射系数。 驻波比测量是微波测量中最基本和最重要的内容之一。在传输线中若存在驻波，将使能量不能有效地传给负载，因而增加损耗。在大功率情况下由于驻波存在可能发生击穿现象。因此驻波测量是非常重要的内容。在测量时，通常是测量电压驻波比，即波导中电场(电压) 最大值与最小值之比，即： 测量驻波比的方法与仪器有多种。驻波比的各种测量方法如表5-1 所示。 表5-1 驻波比的各种测量方法 测量方法适用范围特点
直接法 中、小驻波比 (ρ<6) 测量方法简便，测量误差除与信号源和测量线的系统有关外，主要决定于指示器的读数误差 等指示度法 大驻波比 (ρ>6) 测量方法简单，ρ 值测量时需要确定晶体检波律。测量误差决定于等指示度宽带 w 的读数误差，探针导纳对测量精度影响较小 功率衰减法 任意驻波比(常用于测量大驻波比) 测量方法复杂，标准衰减器两端匹配良好(ρ<1.02)时可得到较高 精度 移动终端法 小驻波比 (ρ<1.1) 能分离两个混合在一起的小反射波，测量精度与直接法相同，由于已将两种反射分离开，所以准确度大大提高 S 曲线法(即 节点偏移法) 任意驻波比(常用于测量小驻波比) 测量方法复杂，测量准确度较高，但测量精度受到信号源的频率 漂移影响较大 本实验仅介绍直接法和等指示度法。 1. 直接法 直接测量沿线驻波的最大点和最小点场强，由式(5-1)直接求出电压驻波比的方法称为直接法。此方法适用于中小电压驻波比 (ρ<6) 的测量。 若驻波波腹点和波节点处电表指示读数分别为 I max 、I min ，对于小驻波比，晶体二极管为平方律(n =2)检波时，则上式驻波比为： min max min max I I E = = E ρ （5-2） 当电压驻波比在 1.05<ρ<1.5 时，驻波的最大值和最小值相差不大，且不尖锐，不易测量准。
天线主要性能指标和相关知识
天线主要性能指标和相关知识 天线的主要性能指标 1、方向图： 天线方向图是表征天线辐射特性空间角度关系的图形。以发射天线为例从不同角度方向辐射出去的功率或场强形成的图形。一般地用包括最大辐射方向的两个相互垂直的平面方向图来表示天线的立体方向图分为水平面方向图和垂直面方向图。平行于地面在波束最大场强最大位置剖开的图形叫水平面方向图；垂直于地面在波束场强最大位置剖开的图形叫垂直面方向图。 描述天线辐射特性的另一重要参数半功率宽度在天线辐射功率分布在主瓣最大值的两侧功率强度下降到最大值的一半（场强下降到最大值的 0.707 倍3dB 衰耗）的两个方向的夹角表征了天线在指定方向上辐射功率的集中程度。一般地GSM 定向基站水平面半功率波瓣宽度为 65°在 120°的小区边沿天线辐射功率要比最大辐射方向上低 9-10dB。 2、方向性参数不同的天线有不同的方向图为表示它们集中辐射的程度方向图的尖锐程度我们引入方向性参数。理想的点源天线辐射没有方向性在各方向上辐射强度相等方向是个球体。我们以理想的点源天线作为标准与实际天线进行比较在相同的辐射功率某天线产生于某点的电场强度平方 E2 与理想的点源天线在同一点产生的电场强度的平方 E02 的比值称为该点的方向性参数D=E2/E02。
3、天线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但两者又不尽相同。增益是在同一输出功率条件下加以讨论的方向性系数是在同一辐射功率条件下加以讨论的。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。一般地在实际应用中取最大辐射方向的方向性系数和增益作为天线的方向性系数和增益。 另外表征天线增益的参数有 dBd 和 dBi。DBi 是相对于点源天线的增益在各方向的辐射是均匀的；dBd 相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下增益越高电波传播的距离越远。 4、入阻输入阻抗输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可用矢量网络测试分析仪测量其直流阻抗为 0Ω。一般移动通信天线的输入阻抗为 50Ω。 5、驻波比由于天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不可能完全一致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电压最大值与最小值的比即为电压驻波比 VSWR。假定天线的输入功率 P1反射功率 P2天线的驻波比 VSWR=（+）/（-）。一般地说移动通信天线的电压驻波比应小于 1.5但实际应用中 VSWR 应小于 1.2。 6、极化方式根据天线在最大辐射（或接收）方向上电场矢量的取向天线极化方式可分为线极化圆极化和椭圆极化。线极化
什么是天线的驻波比
什么是天线的驻波比？ 只有阻抗完全匹配，才能达到最大功率传输。这在高频更重要！发射机、传输电缆（馈线）、天线阻抗都关系到功率的传输。驻波比就是表示馈线与天线匹配情形。 不匹配时，发射机发射的电波将有一部分反射回来，在馈线中产生反射波，反射波到达发射机，最终产生为热量消耗掉。接收时，也会因为不匹配，造成接收信号不好。 如下图，前进波（发射波）与反射波以相反方向进行。 完全匹配，将不产生反射波，这样，在馈线里各点的电压振幅是恒定的，如下图中左部分（a），不匹配时，在馈线里产生下图右方的电压波形，这驻留在馈线里的电压波形就叫做驻波。 驻波比（SWR）的S值的计算公式为下图： 当然还有其它的驻波比计算方法，不过计算结果是一样的。 驻波比越高，表示阻抗越不匹配，业余玩家，做到驻波比小于1.5就算可以了。 最后提醒一点，天线的好坏不能单看驻波比，现在大家如此迷信驻波比的原因很简单，就是因为驻波表好便宜、好买。不要因为天线驻波比很低就觉得一切OK，多研究天线的其它特性（如方向性）才是真正的乐趣。 电压驻波比（VSWR）是射频技术中最常用的参数，用来衡量部件之间的匹配是否良好。测量一下天线系统的驻波比是否接近1:1，如果接近1:1，当然好。但如果不能达到1，会怎样呢？驻波比小到几，天线才算合格？ VSWR及标称阻抗 发射机与天线匹配的条件是两者阻抗的电阻分量相同、感抗部分互相抵消。如果发射机的阻抗不同，要求天线的阻抗也不同。在电子管时代，一方面电子管本输出阻抗高，另一方面低阻抗的同轴电缆还没有得到推广，流行的是特性阻抗为几百欧的平行馈线，因此发射机的输出阻抗多为几百欧姆。
而现代商品固态无线电通信机的天线标称阻抗则多为50欧姆，因此产品VSWR表也是按50欧姆设计标度的。 如果你拥有一台输出阻抗为600欧姆的老电台，那就大可不必费心血用50欧姆的VSWR计来修理你的天线，因为那样反而帮倒忙。只要设法调到你的天线电流最大就可以了。 VSWR不是1时，比较VSWR的值没有意义 天线VSWR＝1说明天线系统和发信机满足匹配条件，发信机的能量可以最有效地输送到天线上，匹配的情况只有这一种。 而如果VSWR不等于1，譬如说等于4，那么可能性会有很多：天线感性失谐，天线容性失谐，天线谐振但是馈电点不对，等等。在阻抗园图上，每一个VSWR数值都是一个园，拥有无穷多个点。也就是说，VSWR数值相同时，天线系统的状态有很多种可能性，因此两根天线之间仅用VSWR数值来做简单的互相比较没有太严格的意义。 正因为VSWR除了1以外的数值不值得那么精确地认定（除非有特殊需要），所以多数VSWR表并没有象电压表、电阻表那样认真标定，甚至很少有VSWR给出它的误差等级数据。由于表内射频耦合元件的相频特性和二极管非线性的影响，多数VSWR表在不同频率、不同功率下的误差并不均匀。 VSWR都＝1不等于都是好天线 一些国外杂志文章在介绍天线时经常给出VSWR的曲线。有时会因此产生一种错觉，只要VSWR＝1，总会是好天线。其实，VSWR＝1只能说明发射机的能量可以有效地传输到天线系统。但是这些能量是否能有效地辐射到空间，那是另一个问题。一副按理论长度作制作的偶极天线，和一副长度只有1/20的缩短型天线，只要采取适当措施，它们都可能做到VSWR＝1，但发射效果肯定大相径庭，不能同日而语。做为极端例子，一个50欧姆的电阻，它的VSWR十分理想地等于1，但是它的发射效率是0。 影响天线效果的最重要因素：谐振 天线系统和输出阻抗为50欧的发信机的匹配条件是天线系统阻抗为50欧纯电阻。要满足这个条件，需要做到两点：第一，天线电路与工作频率谐振（否则天线阻抗就不是纯电阻）；第二，选择适当的馈电点。 让我们用弦乐器的弦来加以说明。无论是提琴还是古筝，它的每一根弦在特定的长度和张力下，都会有自己的固有频率。当弦以固有频率振动时，两端被固定不能移动，但振动方向的张力最大。中间摆动最大，但振动张力最松弛。这相当于自由谐振的总长度为1/2波长的天线，两端没有电流（电流波谷）而电压幅度最大（电压波腹），中间电流最大（电流波腹）而相邻两点的电压最小（电压波谷）。 我们要使这根弦发出最强的声音，一是所要的声音只能是弦的固有频率，二是驱动点的张力与摆幅之比要恰当，即驱动源要和弦上驱动点的阻抗相匹配。具体表现就是拉弦的琴弓或者弹拨的手指要选在弦的适当位置上。我们在实际中不难发现，拉弓或者拨弦位置错误会影响弦的发声强度，但稍有不当还不至于影响太多，而要发出与琴弦固有频率不同的声响却是十分困难的，此时弦上各点的振动状态十分复杂、混乱，即使振动起来，各点对空气的推动不是齐心合力的，发声效率很低。 天线也是同样，要使天线发射的电磁场最强，一是发射频率必须和天线的固有频率相同，二是驱动点要选在天线的适当位置。如果驱动点不恰当而天线与信号频率谐振，效果会略受影响，但是如果天线与信号频率不谐振，则发射效率会大打折扣。 所以，在天线匹配需要做到的两点中，谐振是最关键的因素。 在早期的发信机中，天线电路只用串联电感、电容的办法取得与工作频率的严格谐振，而进一步的阻抗配合是由线圈之间的固定耦合确定死的，在不同频率下未必真正达到阻抗的严格匹配，但是实际效果证明只要谐振就足以好好工作了。 因此在没有条件做到VSWR绝对为1时，电台天线最重要的调整是使整个天线电路与工作频率谐
BIRD(鸟牌驻波比分析仪)使用方法
SITE ANALYZER? 无线系统的线缆和天线测试仪操作指南 适用型号： SA-1700, SA-1700-P SA-2500A, SA-4000
一、安全预防措施 遵循一般的安全预防措施。不允许用非专业人士打开仪器。必须确保接入仪器的主电源有可靠的接地。如果没有很好的接地，有可能对使用人员造成伤害。 二、手册简介 手册说明： 我们已经尽力确保该手册是准确的。如果你们发现任何错误，或有什么改进的建议可以与我们联系。这本手册可能周期性地被更新。如果询问对这本手册的更新时，可以参考目录或关于标题页的修订版。 手册的主要章节： 仪器简介――－描述鸟牌分析仪的特点。 校准―――列出校准步骤（在进入驻波分析模式，故障定位模式前必须进行校准）驻波分析模式―――列出驻波分析的步骤，介绍该模式下出现的各种功能。 故障定位模式―――列出故障定位的步骤，介绍该模式下的所有功能。 存储与回放―――描述在驻波分析及故障定位模式下如何存储及回放波形轨迹。 能量分析模式―――列出能量分析的步骤，介绍该模式下出现的各种功能。 应用程序―――描述应用程序的使用。 计算机软件―――提供安装指导，介绍鸟牌分析仪的计算机软件的功能。 维修―――列出该分析仪的日常维护任务，解决普通问题的方法。 附录―――介绍该分析仪的按键及接头，提供普通测试的步骤。
三、定位分析仪的按键 定位分析器上的按键分为两类。 第一类型是指有一种特殊功能的硬按键。功能显示在按键上或按键旁。例如回车键。 第二类型的键是软按键。每个软按键(在左侧有5个此类按键)都有改变当前支持模式的功能。按键的名称出现在屏幕的左侧。例如范围键。 如下图示， 驻波分析 故障定位 能量分析按MEASURE MATCH 软按键 应用程序 按MODE 模式键 按UP 箭头 用数字键盘输入一个值然后按ENTER
天线的几个重要参数介绍
一、天线的几个重要参数介绍 1.天线的输入阻抗 天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量，即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。 xx： 它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移动通信系统中，一般要求驻波比小于 1.5。回波损耗： 它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于 14dB。 2.天线的极化方式 所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。另外，随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。就其设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能
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
天线驻波比测试方法
天线驻波比测试方法 SX－400驻波比功率计是日本第一电波工业株式会社的“ 钻石天线” 系列产品，它是一种无源驻波比功率计，将它连接在电台与天线之间，通过简单的操作可测量电台发射功率、天 线馈线与电台不匹配引起的反射功率及驻波比，此外在单边 带通信中本功率计还可作为峰值包络功率监视器。本仪表作 为电信、军队、铁路(无线检修所)等无线通信部门的常用仪表被广泛使用，由于使用说明书为日文，阅读不便，为便于现 场人员正确使用，现将使用方法和注意事项介绍如下。 1 仪表表头、开关、端口功能 仪表表头、开关、端口位置见图 1 ①表头：用于指示发射功率、反射功率、驻波比及单边带应 用时峰值包络功率的数值。 表头上共有5道刻度。从上往下，第 1、 2道刻度为驻波比刻度值，第一道刻度右侧标有“ H” ，当电台输出功率大于5W时，应从该刻度上读取驻波比值；第二道刻度右侧标有“ L” ，当电台输出功率小于5W时，应从该刻度上读取驻波比值；第 3、4、5道刻度为功率值刻度，分别对应功率值满量程200W、20W、5 W档位。 ②RANGE(量程开关 选择功率测量量程，共三档，分别为200W、 20W、 5W。 ③FUNCTION(测量功能选择开关 置于“ POWER” 时，进行发射功率(FWD)、反射功率(REF)测量。' 置于“ CAL” 时，进行驻波比(SWR)测量前的校准。 置于“ SWR” 时，进行驻波比(SWR)测量 ④CAL(校准旋钮) 进行驻波比(SWR)测量前(被测电台处于发射状态下)，用此旋钮进行校准，应将指针调到表头第一道刻度右侧标有“ ” 处。
⑤POWER(功率测量选择开关 置于“ FWD” 时，进行电台发射功率测量。 置于“ REF” 时，进行反射波功率测量。 置于“ OFF” 时，停止对电台各种功率的测量。 ⑥AVG、PEP MONI(平均值或峰值包络功率测量选择开关) 测发射功率、反射波功率、驻波比时，该开关应弹起，呈“ ■” 状态，此时表头所指示的是功率的平均值(AVG)。 作为单边带峰值包络功率(PEP MONI)监视器时，该开关应按下，呈“ ━” 状态。 ⑦零点调整螺钉 用于表头指针的机械调零，测量前调整该螺钉可使指针指 示到零位。 ⑧TX(与电台发射机相连端口)可同时参见图1及图 用50Ω 同轴电缆将该端口与电台天线端(ANT)相连。 ⑨ANT(与电台使用的天馈线连接端口) 将电台实际使用天馈线的馈线(50Ω )端口(或50Ω 阻性的标准 负债)与该端口相连。 ⑩DC13 8V(表头照明直流电源输入端口) 表头照明直流电源输入端口，直流电源电压范围为11～15V，红线接电源“ ＋” ，黑线接电源“ －” ，主要是用于夜间的野外场合。
天线性能的主要参数
天线性能的主要参数 有方向图，增益，输入阻抗，驻波比，极化方式等。 1 天线的输入阻抗 天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。一般移动通信天线的输入阻抗为50Q。 xx： 它是行波系数的倒数，其值在 1 到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5,但实际应用中VSWR应小于1.2。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。 回波损耗： 它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在OdB的到无 穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。 0 表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。 2 天线的极化方式 所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而 使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅