GB/T 6667-1986 地面无线电接力系统所用设备的测量方法 第二部分：分系统的测量 第二节 天线和无源转向器的测量

中华人民共和国国家标准

地面无线电接力系统所用设备的

测量方法

第二部分分系统的测量

第二节天线和无源转向器的测量

发布实施

国家标准局发布

华人民共和国国家标准

地面无线电接力系统所用设备的

测量方法

第二部分分系统的测量

第二节天线和无源转向器的测量

本标准所述的测量方法提供定型试验和交收试验使用也可以用于工厂测试

适用范围

标准包括频率在以上的地面无线电接力系统使用的天线和无源转向器的补充定义以及

电气机械特性的测量方法和环境条件的试验方法适用于视距和对流层散射系统本标准不涉及有

源天线和卫星地球站天线

目的

本标准的目的是规定评价天线和无源转向器性能特性的术语测试条件及测量方法该天线和无

源转向器用于工作频率高于采用线极化的地面无线电接力系统中的收发信系统

补充定义

天线

就本标准而言天线是能使传线与自由空间相耦合起到发射和接收电磁波作用的一种装置它

包括所有起辐射作用的元件例如初级馈源反射器等但不包括有关的传线和在天线终端的收

发信机一侧的其它电气元部件对天线终端必须明确规定

注天线可包括天线罩

天线装置

本标准指的天线装置包括天线及将天线固定在支撑结构上的装置在有规定时也包括天线的定

向设备

天线系统

天线系统包括天线装置传线变换部件以及形成定向空间辐射所必需的其它构件

注在对流层散射系统中要求使用的自承式天线的支撑结构可考虑作为天线系统中的一部分

潜望镜天线系统

已给出测量方法的各项性能特性在各相应的测量条款中给出定义

国家标准局发布实施

潜望镜天线系统是一种特殊类型的天线系统它是利用天线照射挂在天线塔上部的无源反射器而

天线一般位于天线塔或支撑无源反射器的结构的下部

天线罩

天线罩是保护天线及其馈源的罩子通常用绝缘材料制成可起到减少风的作用

无源转向器

无源转向器是插入微波传路径中的无源转发装置以达到改变电磁波传播方向的目的

注常用的两种不同类型的无源转向器

背对背式它是由一小段传线连接两副天线组成的

镜式由单个反射面或彼此距离十分紧凑的两个或多个反射面组成

频带

天线潜望镜天线或无源转向器的频带是指所有规定的性能特性都能达到的频率范围

天线极化

天线的极化是指沿视轴方向天线辐射的电磁波在远场区的电矢量的取向

倾斜角

线极化波的倾斜角是在垂直传播方向的平面上电场方向与标称极化方向之间的夹角

同极化

天线的同极化是指天线的规定极化或标称极化

注实际上天线的实际极化与同极化在倾斜角和轴比上略有不同

如果两副天线的标称极化相同则称这两副天线为同极化的

正交极化

天线的正交极化指的是与所定义的同极化相正交的极化

注两副天线的同极化是正交的则这两副天线是正交极化的

极化图

天线极化图是天线对线极化入射波的响应曲线该入射波的极化方向是旋转的

极化效率

极化效率是为修正两副天线间的极化失配在功率转换传方程中引入的一个系数它的值

在之间

注对极化区配的收发信天线在不存在大气衰减和其它异常情况下则接收功率将满足传方程

见附录

单极化天线

只以一种极化方式发射和或接收的天线

注单极化天线通常只有一个端口与传线相连接

双极化天线

以两种独立的同极化方式发射和或接收的天线要求两种极化方式相互正交

注双极化天线通常有两个端口此两端口可位于天线系统中传线接天线一侧如果传线能传两个正交模

则可位于传线接收发信机一侧

多频段天线

多频段天线是可在指定给地面无线电接力业务的两个或两个以上频段上同时进行发射和或接收

的天线它可以一组或两组正交极化同时进行工作

视轴方向

天线的视轴方向是指最大增益的方向

天线的有效面积

在指定的方向上传输到天线终端匹配负的功率与从指定方向入射到天线的极化匹配的平面

波功率密之比值即

天线效率

天线效率是指最大有效面积与辐射表面在垂直于最大辐射方向的平面投影面积的比最大有效面

积与最大增益的关系由规定详见附录

额定功率

天线的额定功率是指天线生产厂家规定的能保证天线性能指标的最大发射功率电平

增益参考天线

增益参考天线具有可精确复制的结构其增益和方向性优于半波振子可由计算确定并可通过

实测证实它具有良好的一致性可作为测量天线增益的标准天线

天线电气特性的测量方法

天线增益

定义及总的考虑

天线增益是天线在给定方向上在远场区产生的功率密与无耗各向同性天线在同样距离处产生

的功率密的比两天线要由同一信号源供给相同的功率

注定义适用于发射天线接收天线增益的定义可从有效面积的定义按下式导出

式中波长

如果天线是互易的接收和发射用同一天线在同一频率范围内工作并有同样的终端正文定义的

发射增益与注释定义的接收增益是相等的除非另有规定增益是指最大增益

测量天线增益的方法之一是与增益参考天线进行比较方向图积分法虽然很少采用但计入衰减

时可得到精确的结果所以也可采用

对大型天线来说直接测量方向性图很不方便可按下述方法求出其增益

测量初级馈源的增益和辐射方向图

测量或计算衰耗

计算天线增益

下述其它方法很少使用文不予叙述

测量接收或发射信号绝对功率的方法

三天线法

注以下各分条款是指对接收天线的测量当需测量发射天线增益时如天线是非互易的则应互换发射源和接收

电子设备

与增益参考天线直接进行比较测量增益

总的考虑

直接比较法测量增益是比较由被测天线和增益参考天线从等距离的辐射源接收到的信号电平

为减少与照射场不均匀性有关的误差增益参考天线和被测天线应尽可能地相互靠近对照射场

剩余的不均匀性应根据附录予以修正

应注意保证大天线结构的影响不会明显地改变增益参考天线的特性

在被测天线口面上的入射场明显地偏离具有均匀振幅和相位的平面波时为了精确地确定被测天

线的增益对每一天线还需引进一个功率转换修正系数

对测量设备的要求

为减小由于有源电子仪表增益不同而形成的误差通常对增益参考天线和被测天线共用一套接收

设备

必须注意减小与接收设备的增益漂移和发射源中的输出功率频率变化有关的误差

当接收信号电平相差很大时要减小与信号检测装置有关的非线性误差可采用带刻的方向耦

合器或衰耗器使被测天线接收的信号电平与增益参考天线接收到的电平相等

测量时保证接收机的线性范围大于接收信号的变化范围是非常重要的

把增益参考天线和被测天线接到一个与其匹配的接收机上应当计算失配损耗并将它计入天线增

益中

必须校准增益参考天线和接收机之间传的功率应把由于传线和转换开关阻抗不匹配及功率

耗散损失考虑在内同样也须校准被测天线和接收机之间的传功率当两天线和来自远距离的辐射

源的信号的极化不相同时必须确定对每个天线各自的功率传数值

测量方法

图为增益比较法在单一频率上测量天线增益的方框图

图天线增益测量常用的装置布置示例

通常转换开关接通增益参考天线和接收设备并记下指示功率

通过转换开关接通被测天线和接收设备并记下指示功率

重复步骤直到测得的与达到重复性合乎要求的程重复性欠佳是由于发射源或接收

设备不定或传播路径条件改变造成的

被测天线的实测增益可由下列一般表达式决定

式中被测天线在增益参考点相对于各向同性天线的实测增益

增益参考天线相对于各向同性天线的增益

极化效率

天线与转换开关公共输出之间的传线衰耗

对幅和相位不均匀的入射波前的修正系数

与天线相连的衰减器或方向耦合器的衰耗接入衰减器或方向耦合器是为了把信号电平

降低到接近增益参考天线的信号电平

注注脚表示和被测天线连接所收到的信号有关的参数

注脚表示和增益参考天线连接所收到的信号有关的参数

结果的表示

相对于各向同性天线的被测天线增益用分贝表示由下式给出

天线增益

应说明该增益的测试频率和极化方式

应规定的细节

技术规范应包括以下各项

频带

增益误差及测量时的频率

增益测量精

在所有的增益测量中影响测量精的基因素是

环境温的定性

接收到的信号噪声比

发射源的信号变化

接收设备的增益变化

传播路径的增益或衰耗变化包括环境的影响在内

多径传播误差

接收设备的非线性

传线和无源器件的功率转换值的功率校准精

测量人员的读数误差

增益参考天线的校准精

注附录讨论了与天线测试场地几何条件有关的修正系数

天线方向性系数

定义

天线在远场区给定方向上所产生的功率密与在相同的距离辐射与被测天线相同功率的无耗各向

同性天线产生的功率密的比值

注中定义的增益是与方向性系数相对应的方向性系数是以发射功率为基础的因而不象增益那样包含

欧姆损耗在内而增益以入端接收功率为基础

方向性系数通常以分贝表示

方向性图

定义

在天线的远场区保持距离不变时场强或功率随方位角的分布它可以是同极化的或正交极化

的

测量方法

较小的天线通常测量主要方位和俯仰平面方向性图对较大的天线如米或更大进行直接测

量一般不太方便其方向性图可由计算或用比例模型测量得到见和细节说明

被测天线和同极化源天线应按附录安装在适当的测试场地如图所示

将所需频率的射频信号送到源天线

把被测天线连到接收机上

连续或逐步将被测天线围绕天线定位装置的方位轴旋转并把所接收到的功率作为角的函

数记录下来

然后将被测天线重新定位并绕其轴对有关各平面再进行测量将被测天线重新定位时必须保

持源天线的同极化

测量正交极化方向性图时被测天线与源天线正交极化并重复上述测量正交极化方向性图的电

平是相对于同极化方向性图的峰值电平的

图天线方向性系数测量方框图

结果的表示

可用绘图仪制成的曲线图或列表方式表示结果

应规定的细节

天线技术规范应包括以下各项

有关测试频率

测量平面

极化方式

天线方向性图包络

定义

天线方向性图包络是一副天线的方向性系数的方向图包络它是根据使用频带内的不同频率和

在特定的平面内对规定的极化测量分别画出的

注规定本标准中包括的双极化天线通常它们的主瓣应该是能重合的

测量方法

在天线工作频带内至少选取低中高三点频率测量得到个方向性图来确定天线方向性图

包络