天线原理与设计62方向图测量

8.2方向图测量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。完整的方向图是一个三维的空间图形。zyxφθrEθEφ天线测量场强振幅,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。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。00θ27003300900180030015002100Eθ0900150021003003300方向图表示法(a)极坐标(b)直角坐标1.00.80.70.60.50.40.90.30.20.10θ0θ0Eθ/Emax20lg(Eθ/Emax)20408060100208018014016012016014012010060401800-30-20-100-40dB(a)归一化场强方向图(b)归一化场强分贝值方向图归一化方向图一、现场测量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、地面测试法地面测试法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:(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、空中测试法这种方法仍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。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),飞行器的航向应选择得其姿态改变最小。(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。(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标指示的转台上。测试水平方向图时,可让待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(6)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。匹配器可变衰减器可变衰减器发射机波长计调制器检波器指示器测量放大器转台辅助发射天线待测天线测试场测量方向图的方框图三、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。(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(8)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。方向图测量误差讨论一、周围物体反射引起的误差(9)反射物体源天线待测天线周围物体的反射E2E1设直射场为E1,反射场为E1,则相对电平的测量误差可近似表示为:△L=20•lg[1±(E2/E1)](dB)(E1>E2)或者△L=20•lg[(E2/E1)±1](dB)(E2>E1)如果改变待测天线与辅助天线之间的距离,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。