天線參數測量是指用場強儀、功率計、阻抗圖示儀或網路分析儀等儀表與標準天線等專用測試設備來測定天線的輻射方向性圖、增益、效率、阻抗、駐波比、極化隔離度和工作頻段等電性能參數的過程。
基本介紹
- 中文名：天線參數測量
- 外文名：antenna parameters measurement
定義
天線參數測量是指用場強儀、功率計、阻抗圖示儀或網路分析儀等儀表與標準天線等專用測試設備來測定天線的輻射方向性圖、增益、效率、阻抗、駐波比、極化隔離度和工作頻段等電性能參數的過程。互易原理證明，同一副天線用作發射和接收時的電性能是完全相同的，具體測試中可根據儀表、場地等條件來選擇待測天線的工作狀態。
測試場地
天線在用於通信、雷達、遙控等時都處於遠場狀態，要正確測量天線的輻射特性，必須具備一個能提供均勻平面電磁波的理想測試場，要求地面平坦開闊，無金屬阻擋物和反射體。為減少入射到待測天線口徑上電磁波相位差所引起的測量誤差，要求待測天線到輔助天線之間的距離必須大於天線最小測試距離Rmin、
其中
，式中D為待測天線直徑；d為輔助天線直徑；λ為工作波長。常用的測試場有四種。
高架天線測試場地
高架天線測試場是為消除地面反射波對測試的影響，把收、發天線架在高度為h的非金屬測試塔上，使輔助天線垂直方向性圖第一個零點指向地面反射點，避免副瓣輻射從地面反射後再投射到待測天線上。要求天線架設高度h≥λR/2d，式中R為收、發天線測試距離；d為輔助天線直徑。如果在地面反射區放置電磁波吸收屏或反射屏也能達到消除反射波影響的目的。
斜天線測試場
將收、發天線架設在不同高度，通常把待測天線架在較高測試塔上作接收天線，把輔助天線靠近地面架設，以一定仰角對準待測天線，適當調整其高度使輔助天線的零輻射方向對準反射點地面，也能有效地抑制地面反射對測試的影響。
利用地面反射的測試場
當發射天線垂直方向性圖比較寬，很難用上述方法消除地面反射波影響時，可把收、發天線低架在光滑平坦的地面上，用直射波與地面反射波產生干涉方向性圖，使其第一個瓣的最大值對準待測天線口面中心，在待測天線口面上近似得到一個等幅同相場。
微波暗室
微波暗室或稱無反射室用尖齒形吸收材料作房間的襯裡，能吸收入射到房間六個壁上的大部分電磁能量，較好地模擬自由空間測試條件。這種無反射室不受室外條件影響，是測量天線性能的理想場所。
測量方法
天線參數的測量方法與天線工作頻率有關。對頻率低於100MHz的天線，由於地面對天線電性能有明顯影響，且天線尺寸很大，只能在原地測量其輻射特性；對頻率在0.1～1GHz天線，常用地面反射測試場確定天線增益；對飛行器上天線，由於飛行器往往也是天線輻射體的一部分，一般用模型天線測量方向性圖；對頻率在1GHz以上的天線，常用自由空間測試場測量天線參數。下面按參數分類說明測量方法。
輻射方向性圖測量
方向性圖是天線的輔射電磁場在空遠場固定距離上隨空間角坐標（Θ，φ）分布的圖形。測量方法通常有固定天線法和旋轉天線法兩種。
（1）固定天線法待測天線固定不動，如作發射用，帶輔助天線的場強儀在離待測天線距離大於Rmin處相互對準，並圍繞待測天線沿圓周移動，測出不同方位角上各點的場強值；如待測天線作接收用，只需以帶輔助天線的高穩定信號源代替場強儀即可以接在待測天線上的場強儀測定不同方位角上各點的場強值，由此繪出方向性圖。該方法常用於測繪大型固定地面天線方向性圖。
（2）旋轉天線法待測天線圍繞天線本身中心軸旋轉，而輔助天線固定不動，同樣待測天線可作發射用，也可作接收用，測量過程與固定天線法相同。該方法廣泛用於天線模型自動測試。
增益測量
測量方法分為相對增益測量和絕對增益測最常用的比較法就是把待測天線增益與已知增益的標準天線進行比較測試。可先後把待測天線和標準天線接到信號源上，並分別與輔助天線最大輻射方向對準，調可變衰減器使接收指示器有一適當指示，只要在兩種狀態下維持相同指示，用功率計分別測出待測天線和標準天線的輸入功率P×0、Pa0，。已知標準天線增益為Ga，則待測天線增益G×=Ga·Pa0/P×0、，此法屬相對增益測量法。用兩相同天線法、三天線法、反射屏法、輻射計法以及通過測量與增益有關的其它參數如絕對輻射場強最大值和輻射方向性圖等，均可求出待測天線增益。這些方法均屬絕對增益測量法。
阻抗測量
測量天線輸入端電壓與電流的比值稱為天線輸入阻抗。天線是饋線的終端負載，相當於一個二端網路，因此可以採用無線電中各種阻抗測量方法來測量天線輸入阻抗，常用的有①電橋法利用電橋平衡條件測量天線輸入阻抗。根據工作頻段不同，電橋可以分為集中參數電橋（長波至米波）、同軸電橋（米波至分米波）、波導電橋（厘米波至毫米波）和寬頻帶（2～18GHz）微波電橋。其優點是測量精度高，方法比較簡單。②測量線法測量線是由調諧探頭、檢波器、指示器、移動裝置和一段傳輸線組成。按照傳輸線的類型不同，測量線可分為雙線、同軸、平板和波導四種，利用測量線可以測量傳輸線的電場分布、波長和駐波比，根據這些參數通過阻抗圓圖能確定待測天線的輸入阻抗。③掃頻法採用掃頻信號源作測試源，利用定向耦合器器把傳輸線上的入射波和反射波分別取出，並經檢波和放大得入射波電壓Vi和反射波電壓Vr。由於反射係數是反射波電壓與入射波電壓之比，由此可連續顯示天線的阻抗頻率特性。如阻抗圖示儀、網路分析儀和自動網路分析儀等均能快速自動給出直觀的測試結果。
效率測量
天線效率是輻射功率與輸入功率或輻射電阻與輸入電阻之比。用方向性圖積分法能確定天線的輻射功率，再用功率計測出天線輸入功率，效率即可確定。
標準增益天線
標準增益天線是指具有固定增益值的天線，在天線增益測量中作為定值標準。它的精度直接影響增益測量精度。在VHF、UHF頻段用半波偶極子天線作為標準天線，其增益與無方向性天線比較為2.15dB。在UHF頻段也用帶反射面的二元半波長偶極子天線陣作標準天線，其增益與半波偶極天線比較為7.7dB。在微波波段（0.35～90GHz），用角錐喇叭天線作標準天線，對不同頻率已設計出一套標準喇叭天線，其增益在14～25dB之間。
