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天线设计入门系列七——天线测量

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天线测量

天线测量
•随距离r的增加，场的振幅按1/r的关系非单调衰减，而是先震荡地变化，然后单调地下降 •场振幅的相对角分布与离天线的距离有关，亦即在不同的距离处天线的方向图是不同的
孔径天线产生的场——辐射近场区
2D2
天 线 口 径 面
辐射近区场
辐射远区场
辐射近场区方向图的变化
可以看到，离天线很近时， 方向图只有一个具有起伏包
用的真实全பைடு நூலகம்寸天线。
优点
√ 模型天线用料少，制作简便；
√ 研制新天线时，在模型上易于修改天线几何参数
和结构，且用费省； 缩尺模型
√技便术于是在指不在太满大足的一测定试前场提地条上件进下行，天将线真多实种天性线能按的一
测定试的；缩尺比例缩小（或放大）成便于测试的模型天
√线有，些通真过实对天模线型特天性线现的场测测量试，困便难可（得如到机真载实﹑天星线载的
E pje 2 jr k(1 r co )sE ssej( k x ss ic n o y s ss is n i)n d s
Ep je2jrk r(1co)ssEsds
（辐射远场区）
在辐射近场区内测量相对误差为
1
E p Ep
辐射近场区测量天线的误差分析
在辐射近场区内测量相对误差为
1
冲水
盐雾 冲击 碰撞 风载/冰负荷
天线周围的场区分布
感应场区 λ/2π
辐射场区
• 感应场区是指非常靠近天线的 区域。
• 感应场区里，占优势的是感应 场，其电场和磁场的时间相位 相差90度，波印亭矢量为纯虚 数，因此不辐射功率，电场能 量和磁场能量相互交替地贮存 于天线附近的空间内。
• 图所示电尺寸小的偶极天线， 其感应场区的外边界是λ/2π。 这里，λ是工作波长。感应场随 离开天线的距离的增加而极快 衰减，超过感应场区后，就是 辐射场占优势的辐射场区了.

天线测量理论介绍共50页

天线测量理论介绍共50页
60、人民的幸福是至高无个的法。—Байду номын сангаас—西塞 罗
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
天线测量理论介绍
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
Thank you

天线测量(3)PPT课件

天线测量(3)PPT课件
(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。
(7)
.
7
微波测量与天线测量
(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(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。
……(1)
式中△φ(θ)=△[p(θ)/pm]是功率比测量误差；
d dθ[p(θ)/pm]
=
dφdθ(θ)是功率方向图函数的导数。
(16
.
) 16
微波测量与天线测量
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△φ(θ)后，就可求出△θ2
功率比测量误差△φ(θ)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:
(b)归一化场强分贝值方向图
归一化方向图
(4)
.
4
微波测量与天线测量
§3.2 方向图测量
一、现场测量(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、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
(19
.
) 19
微波测量与天线测量
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。

天线测量-时域应用

天线测量-时域应用

天线测量-时域应用第一篇：天线测量-时域应用三．天线的增益和方向图测量在天线外场测试中，地面或周围环境的反射要对增益和方向图的测量结果带来或大或小的误差。

1．测量误差分析图3 天线测试示意图如图3，两相距D米，高度为H米的收发天线架设在反射系数为r的地面上。

因天线的方向性，假设发射天线辐射到O点的场强是最大值的倍，接收天线接收到O点反射波场强是其最大值的倍。

接收天线的接收场强由直射波场强E1和反射波场强E2构成。

两波的路程差为:(7)假设直射波的场强E1归一化为1，则(8)合成波的场强E为:(9)A．增益的测试误差分析天线的增益测量一般采用比较法，因为被测天线往往与标准天线的形状不一样，即使这两种天线架设在同一位置，相位中心也不一定重合，假设被测天线比标准天线距发射天线近L米，则两波的路程差变为:(10)合成波的场强为:(11)引起的增益误差为：(12)B．方向图测试误差分析同样的道理，天线在旋转过程中，有时相位中心没在转轴上，假设相位中心距转轴的距离为L，转动的起始角在收发天线的连线上。

则两波的路程差为:(13)合成波的场强为:(14)图4 合成波随天线间距变化关系图5 合成波随被测天线旋转变化关系图4中取k1=0.4 k2=0.5 r=0.9 H=3 f=1GHz；图5中取k1=0.8 k2=0.9 r=0.9 H=3 D=10 L=0.2 f=1GHz。

如果只有直射波，归一化场强为1；可看出反射波带来±0.4倍（±2dB）左右的误差。

误差可以通过减小地面反射系数，增加天线架设高度和提高发射天线的增益来减小，但很多时候不容易做到，最彻底的方法是采用时域技术去掉反射。

2．时域应用方法反射给我们的方向图测试结果造成误差，我们现在用安立公司的矢量网络分析仪MS4623B加时域功能OPTION2把它滤掉，其具体的方法是：A．根据天线的架设情况计算出反射波与直射波的路程差和时延大小。

天线方向性图的测量[权威资料]

天线方向性图的测量[权威资料]

天线方向性图的测量[权威资料] 天线方向性图的测量对于一面发射天线，如果有另一面性能较好的接收天线相配合，就可以测定发射天线的发射方向图。

对于一面接收天线，如果有一面发射天线相配合，就可以测定接收天线的接收方向图。

只是在测定方向图时，不管被测的是发射天线还是接收天线，都需要有电动伺服系统，能够平稳地、连续地在方位面和俯仰面上进行调整。

用来配合测试的天线可以与被测天线处于同一地球站内，也可以处在地理位置相隔较远的地球站上。

这种测定天线方向性图的方法，称为“辅助地球站测量法”。

要想测定发射天线的方向性图，则与之配合的接收天线就是“辅助地球站”;要想测定接收天线，则与之配合的发射天线就是“辅助地球站”。

这种测量法与其它一些方法相比有以下优点:一是既能测接收方向图，又能测发射方向图;二是测量的角度范围比较大，能够测到远旁瓣;三是测量的结果比较准确，测量精度在可控范围内。

使用这种测量方法，不论是测量发射方向性图还是测量接收方向性图，都必须向卫星发射一个不加调制的单载波，且要求其频率和功率都十分稳定。

上行功率的确定要考虑两个方面的因素，一方面上行功率要足够大，以保证在天线转动到远旁瓣时仍能接收到信号;另一方面，上行功率又不能过大，避免使卫星转发器进入饱和状态，一旦转发器处于饱和状态，会影响方向性图在主瓣附近的细节，还会影响主瓣与旁瓣之间的电平关系。

如图1(a)所示，某天线在测试时因为上行发射功率太大导致转发器饱和，主瓣被压缩，主瓣与旁瓣的电平差不符合指标要求;而在调小发射功率后再测，结果就正常了，见图1(b)。

所以，确定上行功率时需要得到卫星测控站的帮助，只要确认在天线主瓣对准卫星时转发器未饱和即可。

上行功率的确定还要兼顾测试接收机的性能，以保证接收机工作在线性范围内，避免由于接收机的原因导致测量误差。

在测量中还需注意，尽可能不使用LNB(低噪声下变频单元)，而应使用LNA(低噪声放大器)，且放大器中不可启用AGC(自动电平调整)功能。

天线第十四讲-天线测量

天线第十四讲-天线测量

Pr
4p R
2
PtGaGa
Ga
4p R
Pr Pt
Ga
dB
10
lg
4p R
1 2
Pt
dBm
1 2
Pr
dBm
Pt 待测天线
待测天线
Ga
R
Pr Ga
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
方向图的近场扫描测量：
近场测量原理：
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
方向图的近场测量方法：
测量出包围天线的平面、柱面或球面的场分布，利用傅里
South China University of Technology
14.5 增益测量
比较法：用已知增益的天线作参考，通过接收功
率进行对比
Ps Gs Pa Ga
Ga
Gs
Pa Ps
Ga dB Gs dB Pa dBm Ps dBm

(整理)天线测量与微波测量实验讲义

天线测量与微波测量实验讲义（试用）实验一、喇叭天线方向图的测量一、 实验目的：1、 了解喇叭天线的方向图特性；2、 掌握天线方向图的测量方法。

二、 实验原理：H 面和E 面方向图的计算公式为E H θ)E 0b[(λR H )/8]1/2{exp[j(π/4)λR Hθ/λ))2][C(u 1)+C(u 2)-jS(u 1)-jS(u 2)]+exp[j(π/4)λR H ((1/a h )-(2sin θ/λ))2][C(u 3)+C(u 4) -jS(u 3)-jS(u 4)]}E E 2]1/2cos θ}{[C(w 1)+C(w 2)]2+[S(w 1)+S(w 2)]2}1/2±j(π/2)t 2]dt=C(x)±jS(x)u1=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]+(λR H)1/2[(1/a h)+(2sinθ/λ)]}u2=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]-(λR H)1/2[(1/a h)+(2sinθ/λ)]}u3=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]+(λR H)1/2[(1/a h)-(2sinθ/λ)]}u4=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]-(λR H)1/2[(1/a h)-(2sinθ/λ)]} w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w2=[b h/(2λg R E)1/2]-{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}三、实验装置：测量方向图所需的基本设备可分为发射系统和接收系统两大部分。

天线第十四讲-天线测量


在远场区，方向图与距离无关：
South China University of Technology
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
方向图的近场扫描测量：
近场测量原理：
依据等效原理，天线的辐射场可以由包围天线的闭合面上
South China University of Technology
South China University of Technology
反射率电平：各种反射场与直射场的比值，一般要求 小于-40dB，对于低副瓣天线测量要求-60~-70dB
交叉极化：电磁波传输过程中与原极化分量正交的分 量电平，一般小于-25dB
多路损耗均匀性：不同路径和极化的电磁波传输的损 耗 静区场强均匀性：纵向2dB，横向正负0.25dB
G2 4p R
G1

Pr APt
R
G2
G1 AG2
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
14.6 交叉极化和轴比测量
交叉极化测量：分别同极化天线和正交极化天线

天线测试方法介绍

天线测试方法介绍天线测试方法介绍对天线与某个应用进行匹配需要进行精确的天线测量。

天线工程师需要判断天线将如何工作，以便确定天线是否适合特定的应用。

这意味着要采用天线方向图测量(APM)和硬件环内仿真(HiL)测量技术，在过去5年中，国防部门对这些技术的兴趣已经越来越浓厚。

虽然有许多不同的方法来开展这些测量，但没有一种能适应各种场合的理想方法。

例如，500MHz以下的低频天线通常是使用锥形微波暗室(Anechoic Chamber)，这是20世纪60年代就出现的技术。

遗憾的是，大多数现代天线测试工程师不熟悉这种非常经济的技术，也不完全理解该技术的局限性(特别是在高于1GHz的时候)。

因此，他们无法发挥这种技术的最大效用。

随着对频率低至100MHz的天线测量的兴趣与日俱增，天线测试工程师理解各种天线测试方法(如锥形微波暗室)的优势和局限的重要性就愈加突出。

在测试天线时，天线测试工程师通常需测量许多参数，如辐射方向图、增益、阻抗或极化特性。

用于测试天线方向图的技术之一是远场测试，使用这种技术时待测天线(AUT)安装在发射天线的远场范围内。

其它技术包括近场和反射面测试。

选用哪种天线测试场取决于待测的天线。

为更好地理解选择过程，可以考虑这种情况：典型的天线测量系统可以被分成两个独立的部分，即发射站和接收站。

发射站由微波发射源、可选放大器、发射天线和连接接收站的通信链路组成。

接收站由AUT、参考天线、接收机、本振(LO)信号源、射频下变频器、定位器、系统软件和计算机组成。

在传统的远场天线测试场中，发射和接收天线分别位于对方的远场处，两者通常隔得足够远以模拟想要的工作环境。

AUT被距离足够远的源天线所照射，以便在AUT的电气孔径上产生接近平面的波阵面。

远场测量可以在室内或室外测试场进行。

室内测量通常是在微波暗室中进行。

这种暗室有矩形的，也有锥形的，专门设计用来减少来自墙体、地板和天花板的反射(图1)。

在矩形微波暗室中，采用一种墙面吸波材料来减少反射。

天线测量理论介绍技术介绍

天线测量理论介绍与 技术介绍
• 天线测量理论概述 • 天线测量技术与方法 • 天线参数测量与评估 • 天线测量系统与设备 • 天线测量技术前沿与展望
目录
Part
01
天线测量理论概述
天线测量的定义与目的
定义
天线测量是指使用测量设备和技 术，对天线的各种参数进行量化 和评估的过程。
目的
评估天线的性能指标，如增益、 方向性、极化等，为天线设计和 优化提供依据。
近远场测量技术转换需要采用数值计 算方法和计算机模拟技术，如傅里叶 变换、基函数展开等。
近远场测量技术转换的缺点是需要较 高的计算成本和较长的计算时间，同 时需要专业的数值计算和计算机模拟 技能。
测量误差分析与校正
测量误差因素包括测试环境、测 试设备、测试方法、数据处理等 方面。
测量误差分析与校正的优点是可 以提高测试精度和可靠性，减小 测试误差对天线性能评估的影响 。
近场测量技术可以获得天线的详 细辐射特性和方向图信息，适用 于小型天线和复杂天线结构的测 量。
近场测量技术的优点是测试精度 高、分辨率高，可以获得天线的 详细辐射特性和方向图信息。
近远场测量技术转换
近远场测量技术转换是指将近场测量 数据转换为远场测量数据，以便对天 线进行全面的性能评估。
近远场测量技术转换的优点是可以将 小型天线的近场测量数据转换为大型 天线的远场测量数据，提高测试效率 和精度。
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天线方向图测量
总结词
天线方向图是描述天线辐射能量在空间来自布的图形，一般采用近场扫描法进行测 量。
详细描述
天线方向图能够直观地展示天线在不同方向上的辐射特性。近场扫描法是通过在 天线附近不同角度和距离上测量电磁场的幅度和相位信息，再经过计算和修正得 到天线方向图。
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使用中，尽可能避免收、发天线处在近场区，因为此时不但天线的方向图未定型，且近 场范围内任何导体或介质物体均会被看为天线电磁边界条件的一部分，从而影响计算结果。
再次，天线测量仪器设备有哪些？ 1.频谱分析仪 它主要用于频域测量，可用于载波功率、谐波寄生、交调互调、信号边带等测量。它本身 有很多的技术指标，但是在天线测量主要是因为它具有高灵敏度接收机使用、频段宽、动态 范围大等特性，能测量在时域测量中不易得到的信息，另外还可以与计算机的各种借口，组 成天线自动测量系统。最主要的原因也是因为与矢量网络分析仪相比价格相对便宜。 2.信号发生器 又称信号源，产生测量激励信号的装置。它的种类较多，对于天线的测量主要使用模拟信 号发生器，要求能产生频率稳定、大功率的连续波信号。 3.网络分析仪 测量射频、微波和毫米波网络的特性，通过给予合适的激励源到被测网络并接收和处理 网络的响应信号，计算和量化被测网络的网络参数。广泛应用于航空航天、卫星通信、导航 等领域。尤其是天线和雷达反射截面的测量，大大促进了天线设计技术的提高。 它有矢网和标网之分。标网只能测试网络的幅度特性，即传输测量（功率、增益、损耗 等）；反射测试可测电压驻波比、回拨损耗等。矢网比标网更为先进，除了标网能测试的参 数还可测量相位和群延时特性，同时还具有频率覆盖范围宽、动态范围大、速度快、精度高 等特点。 4.同轴连接器 又称转接头。主要特性要求：低 SWR、回波损耗小、有均匀的特性阻抗、要求工作在射频 时无高次模、多次接拆后有高度重复性和机械强度等。 5.传输线 又称馈线。连接天线和发射机（或接收机）输出（或输入）端的导体。主要任务是有效的 传输信号能量。它本身不应拾取或产生杂散干扰信号，这就要求传输线必须具有良好的屏蔽 和平衡，它不应改变天线的方向图特性。 6.放大器 为了确保测量所需的动态范围，在发射端壳配置功率放大器（PA），在接收端配置低噪声 放大器(LNA)。如果系统中只配置 LNA 就能满足动态范围要求，就不需要加入 PA。 7.转台及控制器 测试天线的方向图，是待测天线和参考天线之间做相对运动。 8.无线通信综合测试仪器 主是是对使用相关通信协议的产品进行全功能测试。电子产品的主板及整机在研发、生 产中需要在较短的时间内对其全面的指标进行测试，综合测试仪就是为应对这种需求而产生 的。一般来讲，综合测试仪包含了频谱仪、频率计、功率计、误码失真仪、信号源、示波器 等多种测量仪器的功能，采购用人工手动或程序自动测试一次性在最短的时间内完成全面指 标的测试。

最后，讲下天线辐射特性测试方法 如何来描述天线转换电磁能量的大小， 辐射性能的好坏？主要取决于应用环境和系统总 体要求。 天线辐射特性测量方法分为远场和近场： 远场又称为直接测试，可分为室外场、室内场及紧缩场。 利用远场得到的远场数据不需要计算和后处理方向图。但是它有个缺陷，就是需要很长 的距离才能测试天线的特性，所以大多数的远场都是在室外测试场地进行，因此也被成为自 由空间测试场，主要的特点是容易受到外界的干扰和场地放射的影响。远场如果在暗室进行 就被称为室内远场，可以起到保护作用以及能够避免外界电磁干扰等众多优势，但是所需要 的空间很大，室内场的成本会很高。 室内远场需要的空间大， 就可以在较小的空间内产生理想的平面波照射， 根据这个原理， 就产生了紧缩场，它在分类上属于远场测试场。 近场： 天线的近场区的某一表面上采用一个特性已知的探头来取样场的幅度和相位特性， 通过严格的数学变换而求得天线的远场辐射特性的技术。它的主要优点：所需场地小，可以 在微波暗室内进行高精度的测量。测量的信息量大，通过在近场区的某一表面的取样可以精 确地得出天线任意方向的远场幅度相位和极化特性。目前它已完全成熟应用于天线的工程测 试，有时甚至是实现对天线测试的唯一解决方案。 传统的一些测试， 已经无法满足对整机性能的评估。 目前主要有两种方法对终端产品的整 机辐射性能进行考察: 一、天线的辐射性能，目前较为传统的天线测试方法：无源测试（整机的无源效率） 二、特定的微波暗室测试，有源测试（TRP、TIS、Throughout）。 无源测试虽然考虑了整机环境（比如天线周围器件、材质等）对天线性能的影响，但 天线与整机配合之后最终的辐射发射功率和接收灵敏度如何， 从无源测试数据无法直接得知， 测试数据不是很直观。 以天线为例，远距离传播的电磁波的场就是辐射场。它们的特点是场强与距离成反比， 电和磁的分量虽然在波前是互相垂直的，但是在时间上是同相的，故辐射场传输的是实的功 率。在距离天线若干波长后，辐射场是唯一需要考虑的场。但在靠近天线处，情况要复杂得 多。在一个具有电感和电容的普通电路中，磁场（在时间上）与电场相差 1/4 周期。它们的 强度以复杂的形式随着离开源的距离增加而降低，这就是感应场。感应场不传输实的功率， 只有虚功率，电场直接随电荷变化，而磁场直接随电流变化。感应场与辐射场一起存在于天 线的周围。但是当离天线的距离增加时，感应场就会迅速消失。在相当于波长除以 2π或稍 小于 1/6 波长的距离处，辐射场和感应场的强度相等。 由于时间的限制，很多地方不够完善，后期将会针对性的进行复述。因水平有限，文 中有疏漏和错求一个功率值和一个固定的参考功率之比的对数值。 dBw：以 1w 为基准功率。 xdBw 10 lg P dBm：以 1mw 为基准功率。
1W P xdBm 10 lg 1mW
dBwv：以 1mv 为基准是电压。 dBuv：以 1uv 为基准是电压。
P xdBwv 20 lg 1mV
P xdBuv 20 lg 1uV

3.dBc=decibel relative to carrier 相对于在播的 dB 值。 在射频测量方面，谐波功率和载波功率的比值、杂散发射和载波功率的比值、天线的三 阶互调指标均用 dBc 表示。 4.dBi 和 dBd dBi=dB related to isotropic antenna dBd=dB related to dipole dBd 在天线测量中最常用，因为天线的增益测量一般是以标准偶极子为参考接收天线完 成。天线厂给出的都是 dBi。0dBi=-2.15dBd。

天线设计入门系列七——天线测量
天线测量的意义、任务、内容 1.意义： 促进对天线的认识和改造，给设计者正确的依据及导向作用。 在天线技术中许多理论上还不够成熟的课题，要完全依靠实验来解决。目前天线技术某 些理论上还难以进行定量的分析，需要依赖大量的实验数据进行分析研究。 2.任务： 测定和检测天线的相关参数的特性，解决天线问题。 3.内容： 测试仪器为手段，测量天线参数为目的。 常见天线测试系统图
首先，了解下天线测试中常看到的几个单位： 1.dB： 计量比值的一个单位， 以 10 为底求对数。 纯粹的比值， 只表示两个量的相对大小关系， 没有单位 电压 dB 与功率 dB 的区别：
P1 U1 a 10 lg P dB 20 lg U dB 2 2
再次，了解下天线测试的辐射区域
天线测量的三个场区 Near field：感应近场区。最靠近天线的区域。该区域内，感应场分量占主导地位，电 场与磁场的实际相差 90°，电磁场的能量是振荡的，不产生辐射。对于电小尺寸的天线，感 应场的外层通常用 R<λ/2π。 Transition region：辐射近场区。场的分布与被测物和源天线的距离有关。即不同的距 离计算出的天线辐射功率空间分布是有差别的。 Far field： 远场区。 天线实际使用的工作区域， 该区域的幅度与离开天线的距离成反比， 且场的分布与离天线的距离无关。对于电小天线，远场限定 R<10λ。