天线测量ppt课件

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1、微波测量与天线测量微波测量与天线测量(1)第三章第三章 方向图测量方向图测量3.1 3.1 概述概述 天线方向图天线方向图是表征天线辐射特性(场强振幅、相位、极化)与空间角度关系的图形。测量场强振幅,就得到场强方向图;测量功率,就得到功率方向图;测量极化,就得到极化方向图;测量相位,就得到相位方向图。 天线方向图测量的目的天线方向图测量的目的是测定和检验天线的辐射特性。1(2)完整的方向图是一个三维的空间图形。天线 E E rxyz微波测量与天线测量微波测量与天线测量2(3) 在实际工作中,一般只需测绘经过主最大辐射方向分别与电场和磁场平行的两个正交平面方向图就行了。(b)直角坐标0 0 60

2、 120 180 240 300 360 E方向图表示法方向图表示法00 600 900 1200 1800 2400 2700 3000 (a)极坐标微波测量与天线测量微波测量与天线测量3(4)归一化方向图归一化方向图20lg(E/Emax) (dBdB)0020604080120100140160 1800 -10-20-30-40(b)归一化场强分贝值方向图E/Emax00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.020604080120100140160 1800 (a)归一化场强方向图微波测量与天线测量微波测量与天线测量4(5)3.2 3.2 方向图测量方向图测量一、现

3、场测量一、现场测量( (固定天线法固定天线法) ) 采用现场测量方法的待测天线通常都固定不动,而让辅助天线绕待测天线在感兴趣的平面内作圆周运动,以测取该平面的方向图。1 1、地面测试法、地面测试法 地面测试法通常只限于通常只限于测绘天线的水平面方向图主瓣。待测天线作发射,且固定不动。在离开天线中心距离为R(满足远场辐射条件)的一个预定的扇形区域内,用经纬仪在R为半径的圆弧上选定一系列方位角测微波测量与天线测量微波测量与天线测量5(6)试点,然后,在各点进行相对场强测量,从而得到地平面方向图的主瓣特性。 其缺点是其缺点是:(1)准确性差;(2)只能测得地平面方向图;(3)测量工作复杂而费事。2

4、2、空中测试法、空中测试法 这种方法仍然是固定待测天线不动,一般作接收天线。辅助源天线由普通飞机、直升飞机、小型飞船、气球等运载工具携带,绕待测天线在所需测试的平面内作圆弧运动,据不同角位置时待测天线接收到的相对场强大小,就求得了该平面内的方向图特性。微波测量与天线测量微波测量与天线测量6(7)采用此方法应注意以下几点采用此方法应注意以下几点: : (1)当沿要求路线飞行的飞行器所运载的源天线姿态相对于待测天线改变时,待测天线接收到的信号也将显著改变。为了将这种改变减至最小,源天线的波瓣最大值应始终对准待测天线,且源天线方向图之有用部份应尽可能均匀(即弱方向性或全方向性天线),飞行器的航向选择

5、应使其姿态改变最小。 (2)由于源天线的方向图会受到携带它的飞行器形状的影响,因此,设计和安装源天线时必须将环境因素考虑进去。微波测量与天线测量微波测量与天线测量7(8) (3)根据天线电尺寸和飞行器尺寸的不同,应选择不同类型的源天线。二、测试场测量二、测试场测量( (旋转天线法旋转天线法) ) 超高频或微波波段的真实天线或其它波段的缩尺模型天线,一般都在测试场进行天线方向图测量,简单而方便。此时,辅助天线固定不动,待测天线绕自身的通过相位中心的轴旋转。通常,辅助天线作发射,待测天线作接收,待测天线装在特制的有角坐标指示的转台上。微波测量与天线测量微波测量与天线测量8测试水平面方向图时,可让待

6、测天线在水平面内旋转,记下不同方位角时相应的场强响应,在适当的坐标纸上绘出方向图曲线。测试垂直面方向图时,可以将待测天线绕水平轴转动900后,仍按测水平面方向图的办法得到;也可以直接在垂直面内旋转待测天线,测取不同仰角时的场强响应而得到。场强响应的读取方法有两种:一是由接收机检波输出指示器直接读取;另一是改变接收机衰减器的衰减量,使检波器输出指示器读数保持不变,由衰减器衰减量的差值来读取。微波测量与天线测量微波测量与天线测量(9)9匹配器可变衰减器发射机调制器波长计可变衰减器检波器测量放大器指示器辅助发射天线待测天线转台测试场测量方测试场测量方向图的方框图向图的方框图微波测量与天线测量微波测量

7、与天线测量(10)10三、注意事项三、注意事项 无论用哪种方法进行天线方向图测量时,都必须注意以下几点: (1)根据互易原理,待测天线可以作接收,也可作发射,视进行测量的方便程度而选定,但测试方法和结果是不变的。 (2)收、发天线之间的距离应大于在第一章中讨论的最小测试距离。 (3)测量主平面方向图时,收、发天线的最大辐射方向应对准,且都在旋转平面内。微波测量与天线测量微波测量与天线测量(11)11(4)天线转动的轴线应通过天线的相位中心。 (5)若非连续记录而是逐点测试时,视天线方向图波瓣的多少和大小,应选取足够的测试点。一般说来,一个波瓣的测试点不应少于10-20个,且对波瓣最大值和最小值

8、所在区域更应特别注意。 (6)测试时必须注意信号源输出的稳定和接收设备的校准。微波测量与天线测量微波测量与天线测量(12)123.3 3.3 方向图测量误差讨论方向图测量误差讨论一、周围物体反射引起的误差一、周围物体反射引起的误差E E1 1E E2 2源天线待测天线反射物体周围物体的反射周围物体的反射微波测量与天线测量微波测量与天线测量(13)13 设直射场为E1,反射场为E2,则相对电平的测量误差可近似表示为:L=20lg1(E2/E1) (dB) (E1E2)或者 L=20lg(E2/E1)1 (dB) (E2E1)(注注:E2与E1同相时取“+”,反相时取“-”) 如果改变待测天线与辅

9、助天线之间的距离,采用接收信号的最大值和最小值的算术平均值的方法,也可以减小或消除在测量副瓣电平时由于周围物体反射所造成的误差。微波测量与天线测量微波测量与天线测量(14)14二、方向图角度测量误差二、方向图角度测量误差引起方向图角度测量误差的主要因素有三种： （1）由角度测量装置（即转台）产生的角度误差， 用1表示； （2）由功率测量不精确而产生的角度误差，用2表示； （3）由于待测天线相位中心与转台转轴不重合而产生的角度误差，用3表示。 1和2是随机的，且相互独立，3是系统误差，是固定的。所以总的角度误差为：微波测量与天线测量微波测量与天线测量(15)15=(1)2+(2)21/2+31一

10、般是已知的，故只讨论2和3的计算。1、角误差2的计算:设功率方向图函数为 ()=p()/pm 式中，p()和pm分别表示天线在任意方向和主瓣最大辐射方向上单位立体角的功率。由此得2=()d dp()/pm(1)式中()=p()/pm是功率比测量误差；是功率方向图函数的导数。dd p()/pm =d()d微波测量与天线测量微波测量与天线测量(16)16 如果已知功率方向图函数及其导数，并求出功率比测量误差()后，就可求出2功率比测量误差功率比测量误差()()的计算的计算: : 如果采用平方律检波电表直接指示，则功率方向图函数可表示为:p()/pm=(Q/Qm) 式中，Qm和Q是主瓣最大辐射方向和

11、给定电平方向上电表的指示。 而在主瓣最大辐射方向和给定电平方向的功率测量误差是随机的，因此按平方律合成即 微波测量与天线测量微波测量与天线测量(17)17p()/pm= Q2+ Q21/2 (Q/Qm)Qm(Q/Qm)Q=(Q/Qm)1/Qm2+1/Q21/2Q =p()/pm1/Qm2+1/Q21/2Q (2)式中Q是电表读数误差。如果用衰减器测量，则功率方向图函数由下式确定p()/pm=10-(Am-A)/10 式中Am和A分别为在功率方向图主瓣最大辐射方向和给定电平方向上衰减器的读数。微波测量与天线测量微波测量与天线测量(18)18 故p()/pm= A2+ A21/2 p()/pmAm

12、Ap()/pm=0.326p()/pmA(3)式中A为衰减器的读数误差的分贝数。2、角误差3的计算:Rd 3 33 3A A1 1 A A1 1 A A2 2 o o转轴偏离相位中心产生的误差转轴偏离相位中心产生的误差微波测量与天线测量微波测量与天线测量(19)19 设安装在转台上的天线的实际相位中心位于o点，而天线转轴偏离相位中心的距离为d。=+3 式中3是由于天线转轴偏离相位中心所产生的角度误差。当Rd 时，由图中几何关系可知Rsin(3)=dsinsin(3)=(d/R)sin当3很小时，有3(d/R)sin(4)三、方向图测量的其它误差三、方向图测量的其它误差微波测量与天线测量微波测量

13、与天线测量(20)20微波测量与天线测量微波测量与天线测量(21)第四章第四章 增益测量增益测量4.1 4.1 概述概述 天线的方向增益(通常称方向性系数)是表征天线所辐射的能量在空间分布情况的量，其定义为在相同辐射功率情况下，该天线的辐射强度p(,)与平均辐射强度p0之比，即D(,)=p(,)/p0 (相同辐射功率) (1) 亦可写为 D(,)=E2(,)/E02 (相同辐射功率)(2)21微波测量与天线测量微波测量与天线测量(22) 式中E(,)是该天线在(,)方向某点产生的场强,E0是点源天线在同一点产生的场强。 另外,方向性系数也可以定义为在(,)方向产生相同电场强度的条件下,点源天线

14、的总辐射功率POT与该天线的总辐射功率PT(,)之比,即D(,)=POT/PT(,) (相同电场强度)(3) 一般情况均指最大辐射方向的方向性系数,因此以上三个定义式可写为 Dm=pm/p0=Em2/E02 (相同辐射功率) =POT/PmT (相同电场强度) (4)22微波测量与天线测量微波测量与天线测量(23)功率增益(通常称为增益系数)的定义式为G(,)=E2(,)/E02 (相同输入功率) (5)或 G(,)=P0in/Pin(,)(相同电场强度) (6) 式中,P0in和Pin(,)分别是点源天线和该天线的输入功率。天线最大辐射方向的增益为Gm=Em2/E02 (相同输入功率) =P

15、0in/Pinm (相同电场强度) (7)将上式变形则有23微波测量与天线测量微波测量与天线测量(24)Gm=P0inPinm=P0inP0TP0TPinm=POinP0TP0TPmTPmTPinm=(1/0)DmA (8)式中，0和A分别是点源天线和某天线的效率。 规定点源天线的效率0=1，并且一般谈及天线方一般谈及天线方向性系数和增益系数均指最大辐射方向向性系数和增益系数均指最大辐射方向，为简化书写，将下标“m”去掉，于是上式就变形为： G=AD (9) 即天线的增益系数等于天线的效率与方向性系数之积。测增益的基本方法有两大类：比较法和绝对法。24微波测量与天线测量微波测量与天线测量(25

16、)4.2 4.2 弗利斯弗利斯(Friis)(Friis)传输公式传输公式oxyzPinTPryxzor 收、发天线的相关坐标收、发天线的相关坐标25微波测量与天线测量微波测量与天线测量(26) 如上图示，令发射天线的输入功率为PinT，效率为，则辐射功率为 PT=PinT (10)于是,辐射功率PT在接收天线处产生的功率密度为p= PTDT(,)/(4r2) (11) 式中,DT(,)是发射天线在(,)方向的方向性系数。 如果接收天线对入射场的极化是匹配的,则接收天线的输出功率为26微波测量与天线测量微波测量与天线测量(27) 式中,Se是接收天线的有效面积,它与接收天线增益有如下关系Se=

17、Gr(,)2/(4) (13) (注注: Gr(,)是接收天线在(,)方向的增益系数)将式(11)和式(13)代入式(12)得:Pr=PTDT(,)Gr(,)/(4r)2 =PinTDT(,)Gr(,)/(4r)2Pr=pSe (12)27微波测量与天线测量微波测量与天线测量(28) Pr=PinTGT(,)Gr(,)/(4r)2 (14) 上式就是弗利斯(Friis)能量传输公式(注注:它是在两它是在两天线极化匹配天线极化匹配; ;无电失配损耗无电失配损耗; ;在自由空间传输条件下在自由空间传输条件下得出得出的的)。 如果发射天线和接收天线均以最大增益方向对准,则上式可写为Pr=PinTGT

18、Gr/(4r)2 (15)又 G(,)=D(,)28微波测量与天线测量微波测量与天线测量(29)4.3 4.3 比较法测天线增益比较法测天线增益 比较法是将待测天线与一已知增益的标准天线进行是将待测天线与一已知增益的标准天线进行比较而测得其增益值的比较而测得其增益值的。G=Gs(Ps/P) (相同电场强度) (16)( Gs=Poin/Ps G=Poin/P G/Gs=Ps/P) 式中,Ps和P分别是标准天线和待测天线的输入功率(相同电场强度)。 设标准天线增益为Gs,待测天线增益为G,则二者之间的关系为:29微波测量与天线测量微波测量与天线测量(30)或 G=Gs(E2/Es2) (相同输入

19、功率) (17)(Gs=Es2/Eo2 G=E2/Eo2 G/Gs=E2/Es2 ) 式中,Es和E分别是标准天线和待测天线辐射的电场的强度(相同输入功率)。(注注:在(16)和(17)式中均省掉了各量的下标“m”)一、标准天线和待测天线作发射一、标准天线和待测天线作发射1、相对功率法(相同电场强度)30微波测量与天线测量微波测量与天线测量(31)振荡器可变衰减器匹配器功率计标准天线待测天线匹配器辅助天线检波器指示器待测天线作发射测量增益方框图待测天线作发射测量增益方框图测试步骤如下：测试步骤如下： （1）将标准天线接入发射端，并调整匹配，使输出功率最大；31微波测量与天线测量微波测量与天线测

20、量(32) （2）辅助天线接入接收端，并使其最大辐射方向与发射天线的最大辐射方向对准； （3）调节可变衰减器，使接收端指示器指示适当的值A，计下功率计读数Ps； （4）将标准天线取下，接待测天线，再次调整匹配，使输出功率最大； （5）改变可变衰减器，使接收端指示器仍保持原先读数A，计下功率计读数P； （6）将测得结果和已知的标准天线增益Gs代入式G=Gs(Ps/P)，就求得了待测天线的增益。 32微波测量与天线测量微波测量与天线测量(33)2、相对场强法(相同输入功率)仍采用上图所示测试电路，测试步骤如下测试步骤如下：（1）、（2）同前； （3）调节可变衰减器，使功率计为适当读数P，记下此时接

21、收端指示器读数Es； （4）取下标准天线，换接待测天线，调整匹配，使功率输出最大； （5）改变可变衰减器，使功率计读数仍保持原先的读数P，记下接收端指示器读数E；33微波测量与天线测量微波测量与天线测量(34) （6）将测试结果及已知标准天线增益Gs代入式 G=Gs(E2/Es2)，就求得了待测天线的增益。(注注：若指示器指示的是电压，则G=Gs(U2/Us2)，若指示器指示的是电流，且检波器的检波律为平方律时，则G=Gs(I/Is)二、标准天线和待测天线作接收二、标准天线和待测天线作接收1、相对功率法(相同电场强度)34微波测量与天线测量微波测量与天线测量(35)可变衰减器标准天线匹配器检波

22、器指示器待测天线作接收测量增益方框图待测天线作接收测量增益方框图振荡器匹配器功率计待测天线辅助天线衰减器测试步骤如下：测试步骤如下： （1）将辅助天线接入发射端，调整匹配，使输出功率最大；35微波测量与天线测量微波测量与天线测量(36) （2）将标准天线接入接收端，让收、发天线最大辐射方向对准，并调整匹配，使指示器读数最大； （3）调节可变衰减器，使指示器指示某一适当值A，记下可变衰减器读数N1； （4）取下标准天线，换接待测天线，调整匹配，使指示器指示最大； （5）再调节可变衰减器，使指示器读数仍保持先前的A，记下可变衰减器读数N2；36 （6）将测试结果及标准天线增益值Gs代入式G=Gs(

23、Ps/P)，就求得待测天线的增益。如果N1、N2读数为分贝，则G(dB)=Gs(dB)+N2(dB)-N1(dB)，或者G=Gs10(N2-N1)/10(倍)。2、相对场强法(相同输入功率)仍采用上图所示测试电路，测试步骤如下测试步骤如下：（1）、（2）同前； （3）调节可变衰减器，使指示器读数为某一适当值Es；微波测量与天线测量微波测量与天线测量(37)37（4）取下标准天线，接待测天线，调整匹配，使指示器读数最大且记下其读数E；（5）将测试结果及标准天线增益值Gs代入G=Gs(E2/Es2)，便求得待测天线增益。三、注意事项三、注意事项为了得到良好的测试精度，必须注意以下事项：（1）收、发

24、天线间距离必须满足远场条件；（2）尽量避免周围物体、地面的影响；（3）收、发设备与天线阻抗应良好匹配，且收、发天线间极化也应匹配；微波测量与天线测量微波测量与天线测量(38)38 （4）待测天线与标准天线增益相差较大(即孔径相差较大)时(一般应控制在20dB以内) ，换接天线时应使它们的相位中心在同一位置上； （5）为了防止外来干扰信号，信号源可加调制，接收端可用测试接收设备。4.4 4.4 标准增益天线标准增益天线一、概述一、概述标准增益天线应具备以下特性：（1）天线的增益应当精确已知；微波测量与天线测量微波测量与天线测量(39)39（2）天线的结构简单牢固； （3）天线应当为线极化。在某些

25、应用中，也可以是园极化，但必须同时具备两个园极化天线，一个左旋园极化，另一个右旋园极化，不管是线极化还是园极化，极化纯度都要尽可能的高。二、二、E E面张开扇形喇叭天线面张开扇形喇叭天线LEE EbaE面扇形喇叭面扇形喇叭其增益值计算公式为:GE=60 a LEbC2(w)+S2(w)微波测量与天线测量微波测量与天线测量(40)40式中,C(w)和S(w)是菲涅尔积分。C(w)=cos(x2/2)dx w0S(w)=sin(x2/2)dxw0W=b/(2LE)1/2三、三、H H面张开扇形喇叭天线面张开扇形喇叭天线E ELHbaH H面扇形喇叭面扇形喇叭微波测量与天线测量微波测量与天线测量(4

26、1)41其增益值计算公式为:GH=4bLHaC(u)-C(v)2+S(u)-S(v)2式中 u=(1/2)1/2(LH)1/2/a+a/(LH)1/2v=(1/2)1/2(LH)1/2/a-a/(LH)1/2四、四、E E面、面、H H面同时张开的角锥形喇叭天线面同时张开的角锥形喇叭天线E Eba角角锥锥喇喇叭叭天天线线其增益值计算公式为:G=(/32)(GH/b) (GE/a)式中 GH和GE分别是H面和E面扇形喇叭天线的增益计算公式。微波测量与天线测量微波测量与天线测量(42)424.5 4.5 两相同天线法测绝对增益两相同天线法测绝对增益 根据Friis传输公式Pr=PinTGTGr(/

27、(4r)2,如果发射和接收天线的增益相同,则有GT=Gr=(4r/)(Pr/PinT)1/2 (18)r振荡器可变衰减器匹配器功率计匹配器检波器指示器功率计两相同天线法测增益方框图两相同天线法测增益方框图微波测量与天线测量微波测量与天线测量(43)43用两付相同天线测增益的具体方法如下: (1)按上图接好电路,并将收、发天线最大辐射方向对准;(2)调整匹配,使收、发两端均很好匹配; (3)测取并记录发射天线的输入功率PinT和接收天线接收到的功率Pr以及收、发天线间的距离r,工作波长; (4)根据式GT=Gr=(4r/)(Pr/PinT)1/2计算求得天线增益。微波测量与天线测量微波测量与天线

28、测量(44)444.6 4.6 镜像法测绝对增益镜像法测绝对增益 镜像法镜像法是两相同天线法的一种变形,也是实现两相同天线法的具体措施。振荡器衰减器测量线匹配器待测天线(发射)镜像天线反射板RR镜像法测增益方框图镜像法测增益方框图微波测量与天线测量微波测量与天线测量(45)45 如果发射天线的输入功率为PinT,天线增益为G,则 根据两相同天线法的增益计算公式有:G=4(2R)/(Pr/PinT)1/2 (19) 接收功率Pr与输入功率PinT之比可用反射系数的模来表示,即=(Pr/PinT)1/2 而反射系数与驻波系数之间的关系为: =(-1)/(+1)微波测量与天线测量微波测量与天线测量(

29、46)46 具体测试步骤如下: (1)不放金属反射板,调节匹配器,使天馈系统匹配良好; (2)放入金属反射板,测取驻波系数;(3)测量天线到金属反射板之间的距离R;(4)根据测试数据,由式(20)计算得到天线的增益。G=(8R/)(-1)/(+1) (20)从而得到待测天线的增益计算公式为:微波测量与天线测量微波测量与天线测量(47)47 (2)金属反射板到天线的距离R应大于远场最小测试距离的一半; (1)金属反射板的大小至少能挡回天线方向图的全部主瓣;为了保证足够的测试精度,必须注意以下几点必须注意以下几点: (3)金属反射板应采用高导电率材料(如铜和铝等),并要有一定的光洁度。微波测量与天

30、线测量微波测量与天线测量(48)484.7 4.7 两不同天线法测绝对增益两不同天线法测绝对增益 该方法是比较法和两相同天线法的综合,其基本原理如下: 若一付天线的增益为G1,另一付天线的增益为G2(G1,G2均是待测量)。首先用比较法测得两天线增益的比值G1/G2,设G1/G2=A (21)注注：G1=G2(P2/P1) 相同电场强度相同电场强度 然后用两相同天线法,将增益为G1的天线作发射,增益为G2的天线作接收,分别测出发射天线的输入微波测量与天线测量微波测量与天线测量(49)49功率PinT以及接收天线所接收到的功率Pr,则根据Friis传输公式有:Pr=PinT(/(4r)2G1G2

31、令 Pr/PinT=B=(/(4r)2G1G2 (22)联立求解式(21)和式(22)得:G2=(4r/)(B/A)1/2 (23)G1=(4r/)(AB)1/2 (24) 由此可见,只要测得上面两式等号右端各量,两付天线的增益便可计算出来。微波测量与天线测量微波测量与天线测量(50)504.8 4.8 三天线法测绝对增益三天线法测绝对增益 设三付天线的增益分别为G1,G2和G3,只需进行三次测量,就可求得这三个天线的增益值,其原理如下。 首先,增益为G1的天线1作发射,增益为G2的天线2作接收,则由Friis传输公式Pr=PinT (/(4r)2G1G2有G1G2=(4r/)2(Pr/Pin

32、T)12 (25) 其次,增益为G2的天线2作发射,增益为G3的天线3作接收,同理有G2G3=(4r/)2(Pr/PinT)23 (26)微波测量与天线测量微波测量与天线测量(51)51 最后,增益为G3的天线3作发射,增益为G1的天线1作接收,同理有G3G1=(4r/)2(Pr/PinT)31 (27) 如果在三次测量(Pr/PinT)的值时保持收、发天线之间的距离r以及天线的工作波长不变,那么联立求解上面三个方程,就可得到每个天线的增益值,即G1=(4r/)(Pr/PinT)12(PinT/Pr)23(Pr/PinT)311/2G2=(4r/)(Pr/PinT)12(Pr/PinT)23(

33、PinT/Pr)311/2G3=(4r/)(PinT/Pr)12(Pr/PinT)23(Pr/PinT)311/2微波测量与天线测量微波测量与天线测量(52)52微波测量与天线测量微波测量与天线测量(53)4.9 4.9 增益测量的误差和修正增益测量的误差和修正 增益测量的主要误差来自两个方面： 阻抗失配和极化失配；近场效应和多径干涉。一、阻抗失配误差及修正一、阻抗失配误差及修正 收、发天线之间的能量传输如下图所示。设信号源的输出功率为PA。接收机GALr发射天线接收天线PA收、发天线之间的能量传输收、发天线之间的能量传输53微波测量与天线测量微波测量与天线测量(54) 送入发射天线的功率(即

34、发射天线的实际输入功率)为：PinT=PAM1 (28)式中M1= （发射端的失配因子）（发射端的失配因子）(1-G 2)(1-A 2) 1-GA 2 送到负载的功率为：Pr=PmM2 (29)式中M2= （接收端的失配因子）（接收端的失配因子）(1-r 2)(1-L 2) 1-rL 2 Pm是接收天线和接收机均与传输线匹配时，接收天线的输出功率。54微波测量与天线测量微波测量与天线测量(55)如果G=L=0，则M1和M2的表达式可简化为M1=1-A 2M2=1-r 2 通过上面的讨论可知，将前面所介绍的增益计算公式中的发射天线输入功率PinT和接收天线接收功率Pr分别乘以M1和M2后，失配误

35、差就得到了修正。而M1和M2可以通过测量复反射系数G、A、r和L而计算求得。55微波测量与天线测量微波测量与天线测量(56) 增益测量都是以收、发天线之间最大功率传输为基础，收发天线极化的任意不匹配，都会使传输功率减小。二、极化失配误差及修正二、极化失配误差及修正 在发射天线辐射功率一定的情况下，把极化匹配时在发射天线辐射功率一定的情况下，把极化匹配时接收天线接收之功率与极化失配时接收功率之比定义接收天线接收之功率与极化失配时接收功率之比定义为极化损失，用为极化损失，用L LP P表示表示。它与收、发天线的轴比r、t和旋向有如下关系：56微波测量与天线测量微波测量与天线测量(57)LP=10l

36、g (dB)(rt1)cos+(tr)2sin2(t2+1)(r2+1)(30)式中，收发天线椭园极化同旋向时取“+”号， 收发天线椭园极化反旋向时取“-”号， 收发天线椭园极化长轴间的夹角。 当旋向相同，轴比为确定值时，最大极化失配损耗发生在=900时，此时LPmax=10lg (dB) (31)(t2+1)(r2+1)(t+r)257微波测量与天线测量微波测量与天线测量(58)三、近场和多径效应的误差和修正三、近场和多径效应的误差和修正 有限测试距离就使得照射到待测天线的电磁波不可能是一理想等幅同相的平面波。我们把在有限测试距离测得的增益叫视在增益；一般情况下，视在增益比真实增益值要小些，

37、此负值误差随着收、发天线间距离的增加而逐渐减小。可以认为误差是由两个方面影响引起的：一种影响是由于待测天线的增益确实是随距离变化的；另一种影响是待测天线孔径照射不均匀。两天线相距越远，视在增益也就越接近实际增益。58微波测量与天线测量微波测量与天线测量(59)4.10 4.10 反射测试场测绝对增益反射测试场测绝对增益一、增益耦合方程一、增益耦合方程r0rrRhrhT发射天线接收天线镜像天线反射测试场测量绝对增益反射测试场测量绝对增益59微波测量与天线测量微波测量与天线测量(60)反射测试场的地面不平度应满足瑞利准则hmin/(16sin) 式中 h是地面不平度;min是测试频段最小波长;是入

38、射射线与地平面之间的夹角。直射波在接收天线处产生的电场强度为:E1=KPinT(K1GT)(K2Gr)1/2/(4r) (32) 式中，K是常数；K1、K2是方向因子；K1GT是发射天线在接收天线方向的增益；K2Gr是接收天线在发射天线方向的增益；GT和Gr分别是发射天线和接收天线在最大辐射方向上的增益。60微波测量与天线测量微波测量与天线测量(61)而 r=r02+(hr-hT)21/2 (33) 反射波在接收天线处产生的电场强度为：E2=KPinTGTGr1/2/(4rR)W (34) 式中，W是增益转换因子，它取决于测试场地表面的电特性和几何特性、天线的方向图特性、发射天线的频率和极化等

39、。 对于水平极化波而言，当很小时，地面反射系数绝对值接近于1(-1)，rR可按下式计算：rR=r02+(hr+hT)21/2 (35)61微波测量与天线测量微波测量与天线测量(62) 如果将天线高度调节得使到达接收天线处的直射波和反射波场强相位同相时，则该处的总场强为：E=E1+E2=KPinTGTGr1/2/(4r)(K1K2)1/2+Wr/rR (36)因此，在同相情况下的总接收功率为：Pr=PinTGTGr/(4r)2(K1K2)1/2+Wr/rR2 (37)用分贝表示则为:Pr(dB)=PinT(dB)+GT(dB)+Gr(dB)-20lg(4r/) +20lg(K1K2)1/2+Wr

40、/rR (38) 62微波测量与天线测量微波测量与天线测量(63)由式（37）得收、发天线增益的耦合方程为:GTGr=(Pr/PinT)(4r/)2(K1K2)1/2+Wr/rR-2 (39) 或者 GT(dB)+Gr(dB)=Pr(dB)-PinT(dB)+20lg(4r/) -20lg(K1K2)1/2+Wr/rR (40)二、增益转换因子二、增益转换因子 首先规定一个接收天线高度，这个高度使接收天线孔径面上场的横向幅度不均匀性小于0.25dB，且接收天线与地面镜像天线之间的互耦低于-40dB，为此，接收天线的高度应满足条件:63微波测量与天线测量微波测量与天线测量(64)hr4D (41

41、)hr4 (42)式中D是接收天线孔径最大线尺寸。另外，为了使很小，测试距离ro应满足ro2hr (43)而为了满足直射波与反射波同相的条件，必须有hT=(2n-1)ro/4hr （n为整数） (44)因此，满足同相条件的发射天线最低架设高度为64微波测量与天线测量微波测量与天线测量(65)hT=ro/4hr （n=1） （45） 实际上，这个发射天线高度是使接收天线位于直射波和反射波干涉图离地的第一个同相波腹值处。 n值的选择还应使发射天线架设在与其镜像耦合很小的最低位置上，即hT4 （46） 在满足上式的条件下，选取最小的n，由式(44)确 定发射天线架设的最低高度。此时，接收天线的总功

42、率就可由同相条件下导出的式(37)进行计算。65微波测量与天线测量微波测量与天线测量(66) 把接收功率记录下来以后，再把发射天线高度移动到满足式（46）的前提下，并满足下式关系的最低位置上，即hT=mro/2hr （m为整数） （47） 式（47）实际上是直射波场强与反射波场强反相的条件，它所对应的是接收天线高度正好处于直射波和反射波干涉图的最小值（波节）位置。因此，在满足式（46）条件下，选取最小的m，由式（47）确定发射天线的最低架设高度，此时，接收天线处的总66微波测量与天线测量微波测量与天线测量(67)场强为E=E1-E2 （48） 为了与同相条件下的各量相区别，我们用“”符号表示发

43、射天线调到新位置后与位置有关的各参数于是，在直射波与反射波反相的条件下，接收天线接收的总功率为Pr= PinTGTGr/(4r)2(K1K2)1/2 -Wr/rR2 （49） 在水平极化情况下，增益转换因子W受发射天线位置变化影响极小，可以认为相同。因此，将式（37）67微波测量与天线测量微波测量与天线测量(68)与式（49）相除得到Pr/Pr=(r/r)2 2(K1K2)1/2+Wr/rR(K1K2)1/2-Wr/rR从上式中解出W得W=(rRrR)/(rr) (Pr/Pr)1/2(K1K2)1/2r-(K1K2)1/2 r(Pr/Pr)1/2rR+rR(50) 式中，K1、K2、rR、r、

44、Pr都是调整发射天线高度，使在接收天线处场强最大时的值。K1、K2、rR、68微波测量与天线测量微波测量与天线测量(69)r、Pr都是调整发射天线高度，使在接收天线处场强最小时的值。 方向因子K1、K2、K1、K2可以从收发天线的场强振幅方向图求得，其余各量rR、r、Pr、rR、r、Pr等可以由实验直接测得。三、具体测量方法三、具体测量方法 首先测取增益转换因子，然后由增益耦合方程计算求得天线绝对增益。具体步骤如下： (1)测量收、发天线的场强振幅方向图，从而确定方向因子K1和K2；69微波测量与天线测量微波测量与天线测量(70) (2)选定一个接收天线高度，使满足式hr4D和式hr4； (3

45、)选择测试距离ro，使它既满足远场条件，又满足式ro2hr； (4)由式hT=(2n-1)ro/4hr和式hT4计算确定发射天线最低架设高度hT； (5)分别由式r=ro2+(hr-hT)21/2和式rR=(hr+hT)2+ro2 1/2计算出r和rR；(6)测取接收天线所接收到的功率Pr；70微波测量与天线测量微波测量与天线测量(71) (7)将发射天线架设高度按式hT=mro/2hr和式hT4调整到新的最低架设高度hT； (8)重复步骤(5)和(6)，测得新位置时的各量r、rR和Pr，并从场强振幅方向图中求得K1和K2； (9)将两次测得的各数据代入增益转换因子W的计算公式式(50)就得到了增益转换因子W的值； (10)根据收、发天线增益耦合方程式(37)，再用前面介绍的三天线法就测得了天线的绝对增益。 注：注：反射测试场测量绝对增益的方法主要限于线反射测试场测量绝对增益的方法主要限于线极化天线，而且最好是水平极化天线极化天线，而且最好是水平极化天线。71