面天線測量是指對工作於微波頻段的面天線電性能參數的測量。面天線包括喇叭天線、透鏡天線、介質棒天線和隙縫天線等。
基本介紹
- 中文名：面天線測量
- 外文名：surface antenna measurement
定義
面天線是指具有初級饋源並由反射面形成次級輻射場的天線。前饋式拋物面天線，卡塞格倫式和格雷果里式雙鏡天線等均屬面天線。主要套用於微波和毫米波波段。
面天線測量是指對工作於微波頻段的面天線電性能參數的測量。
描述面天線電性能的參數
描述面天線電性能的參數有：輻射方向性圖、增益、駐波比、阻抗、極化隔離、工作頻段和口徑效率等。
2.1輻射方向性圖測量
對於衛星通信、宇航和射電天文中使用的大口徑天線，天線最小測試距離約為30km，一般天線測試場無法滿足，只能利用地球以外的射電源或人造衛星上的信標來測量大天線的電參數。常用的射電源有仙后座A、天鵝座A、金牛座A等。星座的位置、通量密度、亮溫度和角尺寸等性能數據均可從天線測量手冊中查到。
用射電源測量，應根據天線的性能選用合適的射電源，確定該射電源的坐標位置，調整天線使其主波束指向射電源運行的前方，在射電源移過天線過程中，用記錄儀描繪方向性圖，並算出待測天線半功率波束寬度
，式中△L為從方向性圖上量得的半功率點寬度，mm；V為記錄儀移動的速度mm/min；δ為射電源的赤諱（例如，用仙后座A，cosδ=0.519388）。對地球站天線也可用通信衛星測量，由監測站發信號控制衛星發射信號，作為測量信號源，驅動天線，並由頻譜分析儀測*接收信號電平。對大天線也可以利用地形，在足夠遠的山頭上放置發射源，在一定距離外設定天線測試轉台進行測景。對於中小型天線，可在室外自由空間測試場進行，注意測試場地要開闊、平坦，附近不能有金屬反射物。把待測天線安裝在測試轉台上，在離轉台大於天線最小測試距離處放置發射源，被測天線接至場強儀，用旋轉天線法測量天線輻射方向性圖。
2.2增益測量
天線系統的增益與接收系統噪聲溫度之比G/T是大天線、特別是衛星通信地球站天線最重要的質量指標～標準地球站要求G/T≥40.7dB/K，G/T值可用射電源或衛星直接測量。例如用Y因子法測量G/T值，先要選擇適當的射電源。當射電源進入天線主瓣，接收機有指示後，驅動天線跟蹤射電源，在記錄儀上得到最大電平指示，記下可變衰減器讀數為A1dB；當天線偏離射電源後，使天線在同一仰角上指向冷空，調可變衰減器使電平指示回到最大電平值，此時衰減器讀數為A2dB，則
，天線的
，式中S為射電源的通量密度；k為波爾茲曼常數；λ為波長；K1為大氣修正係數，K2為波束修正係數；S、K1和K2可以從天線手冊查得。測得G/T值後，只要再測出系統噪聲溫度T，就能算出G。系統噪聲溫度T=TA+TR，式中TA為天饋線系統噪聲溫度；TR為接收機噪聲溫度。T可用Y因子法求得，式中
。T0為常溫負載噪聲溫度（室溫），Te為冷負載噪聲溫度為接收機接指向冷空的天線和接冷負載時的輸出噪聲功率之比；YR為接收機接常溫負載和接冷負載時的輸出噪聲功率之比。
對於中、小型天線增益，常用比較法在自由空間測試場地上進行測量，即把待測天線與相應頻段已知增益的標準天線（標準增益叭天線）在相同條件下進行比較，即可求得天線增益。如果有條件，中小型天線的測試可在微波暗室中進行。
2.3極化隔離測量
空間傳播的電磁波常為橢圓極化波，即瞬時電場E（t）的大小和方向隨時間變化，其矢量軌跡為楠圓形，橢圓的長軸EM和短軸EN之比定義為軸比。沿電磁波傳播方向看去，當瞬時電場矢量順時針方向旋轉時稱右旋極化波；反之稱左旋極化波，極化橢圓的傾角，極化旋轉向和軸比是橢圓極化波的基本參數。當軸比為1時橢圓極化波變為圓極化波；當軸比趨向無限大時橢圓極化波變為線極化波。因而線、圓極化波是橢圓極化波的特殊形式。極化隔離是指正常極化的功率與非正常極化的功率之比。極化隔離最常用的測量方法是用線極化輔助天線來測出待測天線以dB表示的軸比。先把收、發天線對準，用同一水平極化波，將待測天線作接收天線，並在極化角度上稍加轉動使接收機讀取最大指示電平為L1dB；保持輔助天線的極化和輸入功率不變，將待測天線極化角旋轉90°，接收垂直極化波，讀接收機指示電平最小值為L2dB，則待測天線的極化隔離為（L1一L2）dB。
2.4駐波比測量
駐波比測量通常根據饋線的型式在信號源和天線之間串接同軸測量線或波導測量線，調諧探針使在該頻率上諧振，沿開槽線移動探針，找到Uma×和Umin，由晶體檢波特性曲線查出該頻率的駐波比，再用天線輸入短路法，測得第一個電壓波節點離天線輸入端的距離x。，即可從阻抗圓圖求得天線輸入阻抗。此方法的缺點是點頻測量，不能全面反映頻率特性。如有條件可用掃頻反射計、比值計或網路分析儀測量，則能快速自動繪出測試結果，此法利用定向耦合器把信號的入射波和反射波分開，並分別經檢波輸出的低頻電壓加到比值計，得出反射係數R，則天線的駐波比等於(1+|R|)/(1-|R|)。
2.5口徑效率測量
口徑效率測量是利用射電源測量天線有效接收面積Ae，即
，式中
是天線指向射電源與冷空的噪聲溫度之差；S是射電源的通量密度；k是波爾茲曼常數。測量Ae實際上歸結為測量
，
可用輻射計測量天線噪聲溫度的方法來確定，即：
=
，式中Re為天線指向射電源時記錄儀的讀數；RΦ為天線指向射電源附近冷空時記錄儀的讀數；Rc1、Rc2分別為輻射計與噪聲溫度為Tc1、Tc2的冷負載相接時記錄儀的相應讀數。Ae與天線口徑面積相比，即為口徑效率。
