天線參量測(cè)量

　　天線方向圖的測(cè)量　圖1是測(cè)量通過(guò)天線相位中心各平面內(nèi)的方向圖的方案之一。圖中天線1為被測(cè)天線，與信號(hào)發(fā)生器相連用作發(fā)射,它裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上能作360°轉(zhuǎn)動(dòng)；天線2為輔助天線，它與電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)相連以便測(cè)得離被測(cè)天線一定距離處的場(chǎng)強(qiáng)。兩天線的極化特性要求相同，為了近似滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件，兩天線間的距離應(yīng)滿足,式中λ為測(cè)試工作波長(zhǎng)；r和D的意義見(jiàn)圖1。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)被測(cè)天線1時(shí)，可在天線2處測(cè)得以轉(zhuǎn)動(dòng)角θ表示的函數(shù)的電場(chǎng)強(qiáng)度E(θ)，于是就可畫出轉(zhuǎn)動(dòng)平面內(nèi)的天線 1的方向圖。若被測(cè)天線為半波天線，它的子午面內(nèi)的方向圖如圖2a，當(dāng)把天線轉(zhuǎn)動(dòng)90°使之垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)平面時(shí),可測(cè)得赤道面內(nèi)的方向圖(圖2b)。若把天線任意傾斜安裝，則可測(cè)得任意面內(nèi)的方向圖。此外，也可固定被測(cè)天線1，而把輔助天線2沿以被測(cè)天線為中心,距離r為半徑的圓周運(yùn)動(dòng)，同樣可以測(cè)得天線的方向圖。若把收發(fā)條件互換，即把被測(cè)天線用作接收，輔助天線用作發(fā)射，最終測(cè)得的天線方向圖并無(wú)變化，這是符合天線互易定理的。

　　天線輸入阻抗的測(cè)量　天線輸入阻抗是從天線的輸入端向天線看去的阻抗，從原則上說(shuō)，所有測(cè)量阻抗的方法都可以用來(lái)測(cè)量天線的輸入阻抗。但實(shí)際上，常用的方法是電橋法和測(cè)量線法。前者常用于短波以下，后者常用于超短波以上的天線。
　　天線輸入阻抗的電橋法測(cè)量如圖3。圖中的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生所需頻率的電壓，把它加到電橋的一個(gè)對(duì)角線上，在另一對(duì)角線上接高頻微伏電壓表作平衡指示器。電橋由四個(gè)阻抗構(gòu)成，其中Z1和Z2為固定阻抗，Z3為可變阻抗,Zx為被測(cè)天線的輸入阻抗，即把天線的輸入端作為電橋的一個(gè)臂。調(diào)節(jié)可變阻抗使平衡指示器的讀數(shù)為零，表示電橋已達(dá)到平衡，根據(jù)電橋平衡條件就可計(jì)算出

　　可以按照?qǐng)D4用測(cè)量線法測(cè)量天線的輸入阻抗。圖中的測(cè)量線是一段（長(zhǎng)度應(yīng)大于半波長(zhǎng)）帶有可移動(dòng)場(chǎng)強(qiáng)指示器的傳輸線，測(cè)量線的一端連接信號(hào)發(fā)生器，發(fā)生器調(diào)到所需的頻率，測(cè)量線的另一端連接被測(cè)天線。通過(guò)測(cè)量沿測(cè)量線上的電壓(電場(chǎng))分布(圖4)，就可以用下式算出被測(cè)天線的輸入阻抗Zx

式中ZC為測(cè)量線的特性阻抗；K為行波系統(tǒng)，　　　　　　　　　　　　　　　　　，λ為工作波長(zhǎng)；z0為第一個(gè)電壓波節(jié)至被測(cè)阻抗連接點(diǎn)的距離。

　　用測(cè)量線法測(cè)阻抗時(shí)，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算待測(cè)阻抗值是一件費(fèi)時(shí)的工作，尤其由于天線的輸入阻抗是隨工作頻率而變化的，所以當(dāng)需要在眾多的頻率點(diǎn)上測(cè)量天線的輸入阻抗時(shí)，工作量將大為增加。但若用圓圖來(lái)計(jì)算待測(cè)阻抗或用自動(dòng)掃頻阻抗測(cè)量?jī)x，則可大大減少測(cè)量天線輸入阻抗的工作量。
　　天線增益系數(shù)的測(cè)量　天線增益系數(shù)的測(cè)量常用絕對(duì)法和比較法?？砂磮D5用絕對(duì)法測(cè)天線的增益系數(shù)。首先用功率計(jì)和場(chǎng)強(qiáng)計(jì)分別測(cè)出待測(cè)天線的輸入功率和足夠遠(yuǎn)距離r處的電場(chǎng)強(qiáng)度，然后用下式求得該天線的增益系數(shù)：

或

式中E為距離r處最大輻射方向的電場(chǎng)強(qiáng)度;P為輸入功率。
　　可按圖6用比較法測(cè)天線的增益系數(shù)。信號(hào)發(fā)生器的輸出經(jīng)匹配器先接到被測(cè)天線，此時(shí)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)在距離r處測(cè)得電場(chǎng)強(qiáng)度為E1;然后用已知增益為G′倍的標(biāo)準(zhǔn)天線替換被測(cè)天線，并重新調(diào)整匹配，由場(chǎng)強(qiáng)計(jì)測(cè)得電場(chǎng)強(qiáng)度為E2。再用下式即可算出被測(cè)天線的增益系數(shù)G：

　　　或

　　模擬測(cè)量　在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行天線參量的測(cè)量時(shí)要求被測(cè)天線有一個(gè)“合適”的尺寸。實(shí)用天線的尺寸大小懸殊，大的達(dá)幾百米以上，而小的只有幾個(gè)毫米。為便于測(cè)量，可在適當(dāng)頻率上測(cè)量縮小或放大了的模型。此時(shí)需要先設(shè)計(jì)好模型天線，使它的參量和實(shí)際天線的相同。這就是天線的模擬測(cè)量。
　　在自由空間條件下，制作線度因子為Kd的模型天線（即模型天線的尺寸等于實(shí)際天線的尺寸除以Kd），在測(cè)量時(shí)應(yīng)滿足下列條件：工作頻率f2=Kd·f1,模型天線的電導(dǎo)率σ2=Kd·σ1,此處f1和σ1表示實(shí)際天線的工作頻率和電導(dǎo)率。
　　在實(shí)際天線的模擬測(cè)量中，往往只能滿足上述第一個(gè)條件，而滿足不了第二個(gè)條件，但這對(duì)于大多數(shù)高效率的天線，不會(huì)引入太大的誤差。
　　近場(chǎng)測(cè)量　對(duì)于射電天文、雷達(dá)設(shè)備等應(yīng)用的大口徑天線，測(cè)量時(shí)很難滿足所需的最小距離。如天線口徑 100米，工作波長(zhǎng)10厘米，測(cè)試距離，這樣大的測(cè)試場(chǎng)地事實(shí)上是無(wú)法辦到的。還由于地球表面曲率的影響,為使電磁波不為球形地球表面所遮擋,收發(fā)天線的高度也將達(dá)到不現(xiàn)實(shí)的程度。對(duì)這樣的大天線，其參量的測(cè)量通常有兩種方法，即利用射電星的測(cè)量技術(shù)和近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)。
　　射電星測(cè)量技術(shù)就是利用輻射穩(wěn)定的射電星作為發(fā)射源，被測(cè)天線用于接收。這樣就可保證收發(fā)間距離遠(yuǎn)大于最小測(cè)試距離。
　　近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)是在天線附近（距天線表面僅幾個(gè)焦距的距離范圍內(nèi)）測(cè)量遠(yuǎn)區(qū)的天線參量。近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)包括縮距法、聚焦法和外推解析法。
　　①　縮距法：利用特定的信號(hào)發(fā)射天線，使收發(fā)天線之間的距離減少后，仍能保證發(fā)射天線在接收天線口徑處產(chǎn)生如同遠(yuǎn)距離時(shí)一樣的平面波。一般的發(fā)射天線在其附近產(chǎn)生的是球面波。為把球面波校正為平面波，可用附加的透鏡或拋物面反射器等。
　　②　聚焦法：調(diào)整被測(cè)天線，使如拋物面反射器天線、透鏡天線、相控陣天線等有聚焦特性的天線，原來(lái)對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)處的聚焦改變?yōu)榫劢褂诮鼒?chǎng)區(qū)（幾個(gè)焦距或幾十個(gè)波長(zhǎng)的距離內(nèi)），然后在焦區(qū)測(cè)取其方向圖。使天線聚焦于近場(chǎng)區(qū)的方法是：對(duì)拋物面反射器天線可把饋源從焦點(diǎn)沿軸外移一小段距離；對(duì)透鏡天線可把饋源安裝在一個(gè)焦距到兩個(gè)焦距的范圍內(nèi)；對(duì)相控陣天線則可通過(guò)適當(dāng)調(diào)整其移相器而達(dá)到。
　　③　外推解析法：先測(cè)得天線口徑上的場(chǎng)分布或天線導(dǎo)體表面上的電流分布，然后用解析的方法算出遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)分布，即天線的遠(yuǎn)區(qū)方向圖。
　　微波暗室　在普通實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行天線參量的測(cè)量時(shí)，周圍環(huán)境使電磁波產(chǎn)生反射、散射和繞射等現(xiàn)象，這些反射、散射和繞射場(chǎng)對(duì)測(cè)量場(chǎng)的“干擾”導(dǎo)致測(cè)量精度的下降，這對(duì)方向圖的零值深度和副瓣等微弱場(chǎng)的測(cè)量，影響尤為嚴(yán)重。建立微波暗室可以解決這個(gè)問(wèn)題。微波暗室就是周圍安裝微波吸收材料的實(shí)驗(yàn)室。暗室不但用于天線測(cè)量，還可用于目標(biāo)散射場(chǎng)和繞射場(chǎng)等弱場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量。使用暗室除能減弱干擾場(chǎng)因而提高測(cè)量精度外，還能保證有一個(gè)保密的、全天候的測(cè)量環(huán)境。從1953年建立第一個(gè)微波暗室以來(lái)，暗室的技術(shù)指標(biāo)已有很大的改進(jìn)。
　　起初，暗室采用平板型吸收材料，這種材料的吸收頻帶較窄?，F(xiàn)代寬帶微波暗室大多使用錐形或楔形吸收材料。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的微波暗室，在測(cè)量區(qū)內(nèi)的干擾場(chǎng)可以做到-40分貝以下。