天线测量第一章

由于这个区域离开天线的孔径更远，
2 2 将 rsp r ( x s sin cos y s sin sin ) x s y s 进一步简化为
rsp r ( xs sin cos y s sin sin )
这一近似实际上就是把孔径上任意点到观察点p的射线都看成是平行的，得
m m m F m H mE
1
x m F x, z mF z, y mF y
m m m F m E 1 mH m m F m 1 mH

m m m H m F m
H
m m m F m m m m F H j m mH
√ 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 √便于在不太大的测试场地上进行天线多种性能的测试； 技术是指在满足一定前提条件下，将真实天线按一定的缩尺比例缩小（或放大）成便于测试的 √有些真实天线特性现场测试困难（如机载﹑星载天线，船舶天线等）通 模型天线，通过对模型天线的测量，便可得到真实天线的各参数特性，然后，再据此制作出实 际使用的真实全尺寸天线。 过缩尺模型技术有利于了解天线特性； √ 可以根据手边现有材料和仪器设备情况，选择合适的缩尺比例开展测试 工作，不会因缺乏测试真实天线的仪器及所用材料而影响工作的进行。
设孔径场 E s 常数
x s2 y s2 sexp( jk 2r ds E 1 s
辐射近场区测量天线的误差分析
矩形孔径相对误差 2 2 D1 / 2 D2 / 2 xs ys 1 E 1 exp jk dxs exp jk dys D / 2 D / 2 2 D1 D2 1 2r 2r
概论
地面影响 考虑
第1章 天线测量概论
天线测量定义
天线测量是专门研究天线系统特性参数测量理论和测试方法的一门学 科分支
天线系统的主要特性参数
主要特性参数可以分为两大类： 电路特性参数（输入阻抗、效率﹑频带宽度﹑驻波比等） 辐射特性参数（方向图﹑增益﹑极化﹑相位等） 天线测量的任务就是用实验方法测定和检验天线的这些特性参数。 其他特性参数，如最大承受功率、抗风强度、工作温度、寿命等。
辐射近场区测量天线的误差分析
孔径轴线（z轴）方向上测量的误差
x ys rsp r s 2r 2 2 xs y s e jkr p j (1 cos ) Es exp jk[( xs sin cos y s sin sin ) 2r ] ds s 2 r
2r
e jkr Ep j (1 cos ) Es e jk ( xs sin cos ys sin sin ) ds s 2r
可以看出，式中积分内没有与r有关的因子，因此，远区辐射场随距离的变化有 以下的特点：
•场的振幅按 的关系单调地衰减； •方向图与距离无关，且方向图主﹑副瓣已明显形成，零值点也很深。
，
缩尺模型技术
模型天线和真实天线 都放于自由空间中
m 1 m 1

m m m F m H mE
1
模型天线与真实天线 电磁场应相同
H H
mE 1 mH 1
m m m F m E 1 mH m m F m 1 mH
真实天线的几何尺寸缩小(或放大)m倍而做成的模型天线， 其相应的导电率和测试频率均应增加（或减小）m ，这样才 能保持模型天线与真实天线有相同的电磁场。 真实天线和模型天线所处媒质中的介电常数和导磁率相同 （ m 1, m 1 ）且天线系统中不能包含铁氧体等非线性材 料。
– 场的大小与离开天线的距离成反比； – 场的相对角分布与离开天线的距离无关； – 方向图主瓣﹑副瓣和零点已全部形成。
辐射远场区是进行天线测试的重要场区，天线 辐射特性所包括的各特性参数的测量一般均需在 辐射远场区内进行。
孔径天线产生的场
孔径天线所产生场的表达式：
x
rsp
ds
p
p
式中
1 4
e jkr Ep j (1 cos ) Es ds s 2r
（辐射远场区）
在辐射近场区内测量相对误差为
1
Ep

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
2 xx y s2 s E s exp( jk 2r ds Ep 1 1 Ep Es d s s
孔径天线产生的场——辐射近场区
2D 2
天 线 口 径 面
辐射近区场
辐射远区场
可以看到，离天线很近时， 方向图只有一个具有起伏包 络的波瓣。随着离天线距 离的增加，方向图才逐渐 接近于无穷远处的情况，形 成较明显的主瓣和副瓣，但 副瓣电平和零值电平均较高 。
辐射近场区方向图的变化
孔径天线产生的场——辐射远场区
D / 2r
0.1 0.5 1.0 1.5
1.0
1.5
E 与 D / 2r 的关系
增益相对误差 E 与 D / 2r 的关系
D ' 孔径窄边的长度 D 孔径宽边的长度
发射和接收天线的互易性
天线1 天线2
天线1 天线2
指示器
U1
I 21
I12
U2
源
观察圆
U1 U 2 I 1 2 I 21
感应场区
π λ/2
辐射场区
天线周围的场区分布
辐射元场区 感应场区 辐射近场区
D
2D 2
孔径天线的辐射场区又分为近场区和远场区
孔径天线的辐射场
辐射近场区的外边界按通用标准规定为：
r
2D 2
r：观察点到天线的距离
D：天线孔径的最大线尺寸

辐射远场区
辐射近场区的外边界以外就是辐射远场区，范 围直到无穷远处。这个区域里的特点是：
计算孔径天线外场的坐标系
原则上，无论何种场区内的场，均应由上式计 算求得。特别是感应场区内，上式难以做任何简化 。但是，在辐射场区内，从实际工程和测试工作角 度看，可以对该式做一定的简化处理，以利计算和 分析，而又不损其精度。
孔径天线产生的场——辐射近场区
x
rsp
ds
p
p
1 4
Es
s
exp( jkrop ) rsp
D1
2 r

D2
0
t 2 dt
2 r
矩形孔径沿y方向的边长
矩形孔径沿x方向的边长
增益系数G圆形孔径相对误差
kD 2 sin 8r E 1 2 kD 2 8r
2
圆孔径的直径
辐射近场区测量天线的误差分析
E
100 50 方孔径 圆孔径
G
100 50 圆孔径 方孔径
[ jk ( jk
1 ) cos(n, rsp )]ds rsp
做如下近似
z
0
s
y
•k>>1/rsp，就是说这个区域辐射场已远大于感应场，因 而式中圆括号内的1/rsp项可以忽略 •振幅项中1/rsp ≈1/r •cos(n,rsp) ≈cos θ •相位项中的rsp不能用r近似
rsp r ( x s sin cos y s sin sin ) xs y s 2r
缩尺模型技术
真实天线 F（ x
z
）
y
模型天线M（
x'

）
E j H
'
E j H
z'
y
H ( j ) E
H ( j ) E
H mH H , E mE E , m , m , m , m
10.0 5.0
孔径窄边的长度
10.0
D / D 0.8
'
5.0 1.0 0.5
D' / D 0.8
D' / D 0.6
1.0 0.5
D' / D 0.6
D' / D 0.5
线天线
D' / D 0.5
线天线
0.1 0.05
0.1 0.05
D / 2r
0.1 0.5
场强相对误差
圆度(全向天线)
零点填充(赋形)
电下倾角精度
环境实验
天线环境试验项目
高/低温试验 盐雾 湿热 冲击 正弦振动 碰撞 跌落滚翻 风载/冰负荷
模拟汽车运输
冲水
天线周围的场区分布
• 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.
一副天线的方向特性与它作接收 或作发射的工作方式是无关的
缩尺模型技术
定义 缩尺模型技术是指在满足一定前提条件下，将真实天线按一定的缩尺比例缩 缩尺模型技术是指在满足一定前提条件下，将真实天线按一定的缩尺比例缩小（或放大）成便 于测试的模型天线，通过对模型天线的测量，便可得到真实天线的各参数特性，然后，再据此 小（或放大）成便于测试的模型天线，通过对模型天线的测量，便可得到真 制作出实际使用的真实全尺寸天线。 实天线的各参数特性，然后，再据此制作出实际使用的真实全尺寸天线。 优点
kD 2 sin 8r kD 2 8r
圆孔径的直径
辐射近场区测量天线的误差分析