天线测量第一章

360
以半波振子 为参考的增益
0dBd
带反射板的半波振子 180
3dBd
带反射板的两个半波振子 90 理论辐射图
6dBd
dBd 和 dBi的区别
一个单一对称振子具有面包 圈形的方向图辐射
2.17dB
对称振子的增益为2.17dB
一个各向同性的辐射器在所 有方向具有相同的辐射
一个天线与对称振子相比较的增益 用“dBd”表示
Ⅱ 基本概念
基本概念
• 天线辐射区域划分
由天线所辐射的电磁波可以用玻印亭矢
量 E × conjugate(H) 来描述。在紧邻天线
的空间，玻印亭矢量是虚数，电场或磁场同
距离的高次幂成反比，随离开天线距离的增
加迅速减小。在这个区域，由于电抗场占优
势，所以把此区域叫电抗近场区（0 r ）。 2 越过电抗区就到了辐射场区，此时玻印
一个天线与各向同性辐射器相比较的 增益用“dBi”表示
例如: 3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱBd = 5.17dBi
基本概念
• 天线参数
• 效率
天线效率用以度量天线转换能量的有效性，数值上等于增益与方向系数的比值。 天线输入功率一部分转化为辐射功率，另一部分即为损耗功率：天线系统中的导体损 耗、介质损耗、网络损耗，以及在天线支架、周围物体和大地中的电磁感应所引起的 损耗等。
驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比(VSWR)。终 端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波比越接近于１，匹配也就越好。
基本概念
• 天线参数
• 端口隔离度
多端口天线的一个端口上的入射功率与该入射功率在其他端口上可得到的功率 之比。
在这种情况下的隔离为

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

Pd 1 2 I Rd 2 Rd 2 Pd I2
设 Z r 0为归算于天线输入端电流的辐射阻抗 Rd 0 为归算于天线输入端电流的损耗电阻
Z in 2 Pin I in
2

2( Prf Pd ) I in
2
Z r 0 Rd 0 Rr 0 Rdo jX ro
若天线是理想无耗的，则
20
例:电基本振子的辐射电阻
l 2 ) ——反映了天线的辐射能力 l 分析： 则Rr 辐射能力越强
Rr 80(
对于长度为 l 的电基本振子与周长为 l 磁基本振子的辐射电阻之比为
Rr e Rr m l 80 2
2
a 320 6 4 l
Prf 1 2 I Zr 2
北京邮电大学
分析上式：
I
a


则Pr
Zr
2 Prf I
2
问题: 是否天线的辐射功率越大,其辐射能力就越强
天线与电波传播 北京邮电大学 17 天线与电波传播 18
3
2014/2/16
Prf
1 2 I Zr 2
Zr
2 Prf I2
I——天线上某处的电流 I的选取：输入电流 I in 或波腹电流 I m 相应的辐射阻抗： Z r 0 Z rm 由于辐射功率一般为复数，则 Z r Rr jX r
l 2 )
则Pr
16
得: Pr
天线与电波传播
1 240
2
E
0 0
2
r 2 sin d d
北京邮电大学
U ( , )sin d d
0 0
15

第1章 天线基础知识
内容：1、基本振子辐射 2、天线参数 3、对称振子 4、天线阵 5、地面导体影响
重点：1、天线参数分析与设计 2、对称振子3、天线阵 难点：天线阵 课时：14课时
第1章 天线基础知识
绪论
1、天线是无线通信、广播电视、导航等工程系统中辐射或接收无线 电波的部件。
2、作用：高频电流
E(r, , 60I f ( , )
r
（1―2―1）
第1章 天线基础知识 z
r
O y
x
图 1―2―1
第1章 天线基础知识
式中I为归算电流，对于驻波天线，通常取波腹电 流Im作为归算电流；f(θ,φ)为场强方向函数。因此，方 向函数可定义为
f ( , ) E(r, , )
60I / r
（1―2―2）
第1章 天线基础知识
1.2.1 方向函数 由电基本振子的分析可知，天线辐射出去的电磁
波虽然是一球面波，但却不是均匀球面波，因此，任 何一个天线的辐射场都具有方向性。
所谓方向性，就是在相同距离的条件下天线辐射 场的相对值与空间方向（子午角θ、方位角φ）的关系， 如图1―2―1所示。若天线辐射的电场强度为E(r,θ,φ)， 把电场强度（绝对值）写成
1（
A）
又由于均匀导波上传播的波，相当于无源情况下的传播，
所以麦克斯韦方程符合 H jE
因为由波动方程已知场源做正弦变化时，
A
1
J e jkr dV
4 V r
因此对于沿Z轴放置的电基本振子，A
1
4
I e jkr dl Lr
又Az在球坐标中的各分量为
Ar A
Az c os Az sin
1.2 发射天线的电参数

(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。

第一章均匀传输线理论第章传输1.1节均匀传输线方程及其解1.2节传输线的阻抗与状态参量1.3节无耗传输线的状态分析1.4节传输线的传输功率、效率与损耗1.5节阻抗匹配151.6节史密斯圆图及其应用1.7节同轴线的特性阻抗1.1 均匀传输线方程及其解 本节要点传输线分类均匀传输线等效及传输线方程传输线方程解及其分析传输线的特性参数1.微波传输线定义及分类微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称，它的作用是引导电磁波沿一定方向传输因此又称为导波系统 第一类是双导体传输线，它由二根或二根以上平行传输，因此又称为导波系统。

第类是双导体传输线由根或根以平行导体构成，因其传输的电磁波是横电磁波（TEM 波）或准TEM 波，故又称为TEM 波传输线，主要包括平行双线同轴线带状线和微带线等行双线、同轴线、带状线和微带线等。

第二类是均匀填充介质的金属波导管，因电磁波在管内传播，故称为波导，主要包括矩形波导、圆波导、脊形波导和椭圆波导等。

第三类是介质传输线，因电磁波沿传输线表面传播，故称为表面波波导，主要包括介质波导、镜像线和单根表面波传输线等。

2. 均匀传输线方程当高频电流通过传输线时，在传输线上有：导线将产生热耗，这表明导线具有分布电阻；在周围产生磁场，即导线存在分布电感；由于导线间绝缘不完善而存在漏电流，表明沿线各处有分布电导；两导线间存在电压，其间有电场，导线间存在分布电容。

这四个分布元件分别用单位长分布电阻、漏电导、电感和电容描述。

设传输线始端接信号源，终端接负载，坐标如图所示。

Δz其上任意微分小段等效为由电阻R Δz 、电感L Δz 、电容C Δz z +Δz z z 0和漏电导G Δz 组成的网络。

i (z +Δz ,t )i (z ,t )R ΔzL Δz u (z +Δz ,t )u (z ,t )G Δz C Δz设时刻t 在离传输线终端z 处的电压和电流分别为u (z,t ) 和i (z,t )，+z +z +z z +Δz而在位置z Δz 处的电压和电流分别为u (z Δz,t )和i (z Δz,t )。

天线测量实用手册
《天线测量实用手册》是一本专门介绍天线测量的实用指南，旨在帮助读者了解天线测量的基本原理、方法和技术。

本书主要内容包括：
1. 天线测量的基础知识：介绍了电磁波的基本概念、天线的基本原理和天线测量的重要性。

2. 天线测量系统：详细介绍了天线测量系统的组成，包括接收机、发射机、测量软件等，以及如何选择合适的测量系统和设备。

3. 天线参数的测量：介绍了天线参数的基本概念，如增益、方向性、波束宽度等，以及如何使用测量设备对这些参数进行准确测量。

4. 天线测量实践：通过具体的测量案例，介绍了天线测量的实际操作过程和技巧，包括测量前的准备工作、测量步骤、数据处理和分析等。

5. 天线测量误差：讨论了天线测量中可能出现的误差来源和误差减小的方法，以提高测量的准确性和可靠性。

6. 天线测量技术的应用：介绍了天线测量技术在通信、雷达、导航、射电天文学等领域的应用和发展趋势。

总之，《天线测量实用手册》是一本实用的天线测量指南，适合从事天线测量和相关领域的工程师、技术人员和科研人员阅读和使用。

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

wave
接
避免能量损耗
收
发
天
防止干扰
线
射
天
线
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Dept.PEE Hefei Normal University
天线的方向性
8/18/2019
7
Dept.PEE Hefei Normal University
天线的方向性
8/18/2019
8
Dept.PEE Hefei Normal University
接收机
8/18/2019
5
Dept.PEE Hefei Normal University
天线的作用
• 发射天线应能使电磁波的能量集中辐射到所规定的 方向或区域内，并抑制对其它不需要方向或区域的 辐射。接收天线应对某个方向的来波接收最强，而 抑制其它方向来波的干扰。也就是说天线应该有一 定的方向性。
音频 基低频 低 频 中 频 高 频 甚高频 特高频 超高频 极高频
（VF)） （VLF） （LF） （MF） （HF） （VHF ） （UHF） （SHF） （EHF）
频段2 8
4
5
6
7
8
9
10
11
12 13
14
音频 视频
雷达频率 微波频率
红外
超长波 长波 中波 短波 超短波 分米波
（VLW） （LW） （MW） （SW） （VSW） （米波）
线电波来传递信号的，而无线电波的发射和接收都通过天线来完成。 因此天线设备是无线电系统中重要的组成部分。图1.和图2.指出了天 线设备在两种典型的无线电系统中的地位。
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Dept.PEE Hefei Normal University

第9章 天线测量基本知识
第9章 天线测量基本知识
注意： (1)入射场相位不均匀会给方向图测量带来误差：零点 变浅，副瓣电平抬高。 (2)入射场相位不均匀还会带来增益测量误差。表 9. 1 列出了由于口面相差引起的增益测量误差。
第9章 天线测量基本知识 表 9.1 口面相差引起的口径天线的增益测量误差
图 9.5 待测天线的最大口面相差
第9章 天线测量基本知识
当收发天线的距离有限时，入射到待测天线口面上的相 位并不同相，如图 9.5 所示，最大相差为
第9章 天线测量基本知识
式中： d ———辅助发射天线的最大口径的线尺寸； D ———待测天线的最大口径的线尺寸； R ———收发天线间的距离。
化简式(9-17 )得：
第9章 天线测量基本知识
理想的远区条件在实际工程中做不到，也不必要做到。 实际工作中要根据测量精度的要求选择近似于理想条件的测 试场。前人们研制出了各种形式的天线测试场，按照原理一 般把它们分为自由空间测试场和地面反射测试场。
天线测试场的设计思想是要形成准平面波照射待测天线。 其中需要考虑的工程因素有距离 R 、宽度 W 和高度 H 等。
注意这一点很重要。如图 9.3 所示或者根据式( 9-9 )可 知，互易性是一个普遍的结果。另外，当两天线离得很远时，
Z m (θ ， ϕ )是远场方向图。当然，如果天线含有任何非互易
元件时，互易性将不再保持，如天线系统中含有铁氧体隔离 器。
第9章 天线测量基本知识
9. 2 天线测试场的设计
天线测试场是测试和鉴定天线参数的空间区域。由于通 信、雷达等用途的天线参数都是在远区条件下给出的，因此 要对它们进行测量必须满足远区条件，即用一个理想均匀平 面波照射待测天线，该条件也就是天Байду номын сангаас测试场设计和鉴定的 基本思想。

(12)
天线测量与微波测量
注:关于式(9)的推导:
由传输线理论可知,传输线上某点的电场分布为 E=E+[1+Γcos(2βL-θ)-jΓsin(2βL-θ)] 式中Ｌ为该点离传输线终端的距离，Γ和θ分别为传输线的终端反 射系数的幅值和幅角，β=(２π)／λg，E+为该点电场的入射波。 则该点电场的幅值可由下式计算： ① E 2= E+ 2[1+Γ 2+2Γcos(2βL-θ)] 当2βL-θ=２nπ,(n=0,1,2,……)时，Ｅ为最大，其值为 Ｅ２= E+ 2(1+Γ）2 ② max 当2βL-θ=（２n+１）π,(n=0,1,2,……)时，Ｅ为最小，其值为 Ｅ２= E+ 2(1-Γ）2 ③ min ２ ２ －Ｅmin ＝４Γ＊E+ 2 ④ 则 Ｅmax 设Ａ点到驻波波节点的距离为d(参见等指示度法测量大驻波比的 示意图），则Ａ点电场的幅值可由下式计算
(1５)
天线测量与微波测量
△XA
△ρ 2ρ2 = 2 XA (ρ –1)[ρ2cos2(kLmin)+sin2(kLmin )] ρ 2π[ρ2cos2(kLmin)△Lmin 2 + cos(kLmin)sin(kLmin )[ρ2cos2(kLmin)+sin2(kLmin )] λg sin (kLmin )]
(2)
天线测量与微波测量
在不同位置进行测量，取几个数据的平均值，可较 好地克服多路径信号对测试结果的影响。
§2.2 测量线法
一、测量线： 测量线： 测量线(或称驻波测量线、开槽线)是测量阻抗和驻 波的一种很精密的通用基本设备，它由开槽传输线、 测试探头(包括探针、调谐回路、检波器和指示器)和 机械传动装置组成。最常用的测量线有：同轴测量线、 平板测量线和波导测量线。 测量原理： 二、测量原理： 当传输线终端接上不等于其特性阻抗的负载时，沿 传输线的电压和电流将形成驻波分布，其大小及分布

3
有测试端口延长电缆的校准 ………………………3-6 设置刻度 …………………………………………………3-7
自动刻度 ……………………………………………….3-7 幅度刻度 ………………………………………………3-7 保存和调用设置 ………………………………………….3-7 保存设置 ……………………………………………...3-7 调用设置 ……………………………………………..3-8 保存和调用显示 …………………………………………3-8
Site Master 工具软件不仅可以显示 Site Master 的所有测量值（SWR、回波损耗、电缆 损耗和故障断点距离），还可以提供诸如：转换显示模式和转换到史密斯圆图显示等功 能。欲了解详细情况，请参见第 7 章软件工具。
Site Master 中的标准附件含有如下部件： 软背包 交直流转换器 12Vdc 汽车点烟器（汽车充电器） 含有软件工具的光盘，该软件工具具有故障定位和显示史密斯园图的功能。 自动 InstaCal 校准模块 一年保修（包括电池、固件和软件） 用户指南
第二章— 功能和操作 简介 …………………………………………………………….…….2-1 测试连接器面板 …………………………………………………….2-1 前面板概述 ………………………………………………………….2-2 功能区硬键 ……………………………………………………………2-3 键盘区硬键 …………………………………………………………2-4 软键…. ………………………………………………………………2-6 功率监测菜单 ……………………………………………………….2-15 符号 ………………………………………………………………….2-19 自检 ………………………………………………………………….2-19 错误代码 …………………………………………………………….2-19 自检错误 …………..…………………………………………….2-19 范围错误 ……..………………………………………………….2-21 自动校准 InstaCal 错误消息 ………….…………………………2-22 电池信息 …………………………………………….………………2-24 新电池充电 …………………………………………………………2-24 在 Site Master 上给电池充电 …………………………………….2-24 用充电器给电池充电 ………………………………………………2-24 电池充电指示………… …………………………………………2-25 电池寿命 …………………………………………………………..2-25 关于电池的重要信息 ……………………………………………..2-26

现代微波与天线测量技术第6讲：无源天线及其测量技术彭宏利博士2008.11微波与射频研究中心上海交通大学－电信学院－电子工程系第 8 节：无源天线及其测量技术 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 能的影响 8.8. 8.9. 8.10. 8.11. 天线概述；天线主要性能指标； Helical 外置天线； PIFA 内置天线；Monopole 内置天线； PIFA 和 Monopole 天线比较；天线性能与环境：其它部件对手机天线性天线测量条件和测量参数；天线方向图测量技术；天线增益测量技术；天线极化参数测量第 1/ 39 页8.1. 天线概述 8.1.1. 天线的定义在无线电发射和接收系统中，用来发射或接收电磁波的元件，被称为天线。

8.1.2. 天线的作用天线的作用是转换电磁波的型态：… … … … 发射天线将电路传输结构中的导引波转换成空间中的辐射波；接收天线将空间中的辐射波转换成电路传输结构中的导引波；接收和发射天线是互易的。

导引波（Guided wave）：电磁波被局限在一般电路中，沿传输线往特定的方向前进，分析参数为电压和电流。

… 辐射波（Radiation wave）：电磁波可以往空间任意方向传播，分析参数为电场和磁场。

8.1.3. 天线工作机理第 2/ 39 页导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。

如果两平行导线的距离很近，则两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，辐射很微弱。

如果两导线张开，则由于两导线的电流方向相同，两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。

当导线的长度ｌ远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱。

当导线的长度可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，能形成较强的辐射。

通常将能产生显著辐射的直导线称为振子。

8.1.4. 天线分类基站天线：第 3/ 39 页终端天线： 8.2. 天线主要性能指标 8.2.1. 工作频率和带宽 3dB 增益带宽：天线增益下降 3dB 时对应的频带宽度。