一、關(guān)鍵電性能指標(biāo)的測(cè)試

天線的測(cè)量指標(biāo)比較多，包括方向圖、輸入阻抗與駐波比、有效口徑、有效高度、方向系數(shù)與增益、極化方式、相位中心、帶寬等。本文主要從與電性能參數(shù)相關(guān)的方向圖、輸入阻抗與駐波比、增益、極化等四個(gè)電參數(shù)研究其測(cè)試原理及方法。

1.方向圖

天線方向圖也稱為波瓣圖，是表征天線輻射特性空間角度關(guān)系的三維圖形，可形象地說(shuō)明天線在不同方位角下的輻射狀況。方向圖通常取過(guò)三維方向軸線的一個(gè)剖面來(lái)表述主極化平面上的方向性，即在以天線為圓心、半徑為r的球面上，場(chǎng)的幅度、相位或功率密度與球坐標(biāo)方位角（θ，ψ）的關(guān)系。

圖1給出了典型的在微波暗室內(nèi)進(jìn)行天線方向圖測(cè)量的系統(tǒng)框圖，涉及的主要儀器有天線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)、射頻信號(hào)源、場(chǎng)強(qiáng)計(jì)及參考天線等。

2.輸入阻抗及駐波比

輸入阻抗是指天線在工作頻段的高頻阻抗，即饋電點(diǎn)的高頻電壓與高頻電流的比值，它是由天線尺寸、結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)決定的，測(cè)量輸入阻抗的目的是為了設(shè)計(jì)合理的匹配網(wǎng)絡(luò)。輸入阻抗通常用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量，其直流阻抗一般為0Ω，移動(dòng)通信天線的輸入阻抗一般為50Ω。

駐波比反映的是天線輸入阻抗和饋線特性阻抗的匹配程度。由于天線的輸入阻抗與饋線的特性阻抗不可能完全一致，就會(huì)產(chǎn)生部分的信號(hào)反射，反射波和入射波在饋線上疊加形成駐波，其相鄰的最大值與最小值的比即為駐波比ρ。駐波比的測(cè)量一般也是通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得。

3.增益

增益和方向性系數(shù)同是表征輻射功率集中程度的參數(shù)，增益是在同一輸出功率條件下加以計(jì)算的，方向性系數(shù)是在同一輻射功率條件下加以計(jì)算的。由于天線各方向的輻射強(qiáng)度并不相等，天線的方向性系數(shù)和增益隨著觀察點(diǎn)的不同而變化，但其變化趨勢(shì)是一致的，增益一般是取最大輻射方向的增益作為天線的增益。

天線增益的測(cè)量中常用且較為簡(jiǎn)單的方法為比較法，它是采用已知增益或可準(zhǔn)確計(jì)算出增益的天線作為參考天線，外加天線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)、功率信號(hào)源、場(chǎng)強(qiáng)計(jì)等，分別測(cè)量參考天線與待測(cè)天線接收到的功率，即可得出待測(cè)天線的增益GAUT為

式中：PAUT——待測(cè)天線接收到的功率；PREF——參考天線接收到的功率；GREF——參考天線的增益。

4.極化

天線的極化方式與發(fā)射時(shí)所輻射的電磁波極化方式相同，即在空間一點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度矢端隨時(shí)間劃出的軌跡。當(dāng)天線極化方式與來(lái)波極化方式一致時(shí)，將接收到最大的功率，否則將存在極化失配現(xiàn)象，接收效果就會(huì)下降，甚至不能接收到信號(hào)。極化特性的測(cè)量分為線極化天線極化純度測(cè)量和圓極化天線極化特性測(cè)量。

線極化天線的極化純度測(cè)量指標(biāo)決定交叉極化分量與主極化分量的相對(duì)大小，測(cè)量中一般使用極化純度很高的振子天線作為發(fā)射天線或接收天線來(lái)完成。圓極化天線極化特性測(cè)量包括軸比AR測(cè)量、極化傾角τ測(cè)量、玄向測(cè)量和極化方向圖測(cè)量。軸比、傾角可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)線極化天線極化角度，然后從待測(cè)天線接收到的功率計(jì)算出來(lái)，還可以根據(jù)測(cè)量結(jié)果作出極化瓣圖，如圖2所示。極化旋向一般使用兩副極化旋向相反的天線與待測(cè)天線分別配對(duì)，待測(cè)天線極化旋向與輸出較大的那副天線相同。如果將線極化天線快速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)緩慢變化待測(cè)圓極化天線的方位角，即可測(cè)出極化方向圖。

二、天線測(cè)量中的注意事項(xiàng)

以上重點(diǎn)闡述了天線關(guān)鍵電性能指標(biāo)中的方向圖、輸入阻抗與駐波比、增益、極化參數(shù)的測(cè)試方法。在實(shí)際測(cè)量中，對(duì)于測(cè)量準(zhǔn)確度要求不高的天線，只需要考慮測(cè)量是否在可容忍的環(huán)境中進(jìn)行，測(cè)量系統(tǒng)需滿足線性要求，同時(shí)注意收、發(fā)天線的間距以及極化特性的要求。但是，對(duì)于需精密測(cè)量的天線除了以上幾點(diǎn)外，還需充分考慮環(huán)境對(duì)高靈敏度接收機(jī)的干擾，收、發(fā)天線的對(duì)準(zhǔn)誤差，電纜的泄漏，系統(tǒng)的匹配等。

本文刊發(fā)于《中國(guó)計(jì)量》雜志2019年第10期

作者：江蘇省無(wú)錫市計(jì)量測(cè)試院 嚴(yán)海東 王冠鈞