第一章 天线增益测量
天线原理与设计—第一章天线参数
1.2 天线主要的特性参数
圆极化和椭圆极化
对于两个相互垂直的线极化波，当他们幅度相同 相位相差 90°是形成圆极化波，当他们幅度不同 的时候，则形成椭圆极化波。他们根据旋转方向 不同，又分为左旋和右旋。
1.2 天线主要的特性参数
天线的极化
• 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致 时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极 化损失。 • 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正 交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化 的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆 极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量， 这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。
辐射近场区的场以辐射场为主，但场随空间角度的分 布会随 R 的变化而变化，场的径向分量也有可能较大。 这一区域的范围一般定义为 （D > ）。 当天线的尺寸与波长相比很小时，这一区域可能不存 在。对于聚焦于无穷处的天线，这一区域也称为菲涅 耳(Fresnel)区。 远场区则是我们最关心的区域，我们的测量几乎都必 须在这个区域内进行。
1.1 空间源产生的场
L=lambda/2
L=3*lambda/2
1.1 空间源产生的场
一般根据R的变化可以将空间分为感应近场区、辐射近 场 区 （ 菲 涅 耳 区 Fresnel ） 和 远 场 区 （ 夫 琅 和 费 Fraunhofer）三个区，如图所示。
1.1 空间源产生的场
感应近场区的场主要是感应场，其外边界一般定义 为 ，其中，D为天线的最大尺寸，为 工作波长。如果天线是非常短的偶极天线，其外边界 定义为 。。
1.2 天线主要的特性参数
主瓣宽度
场强从主瓣最大值下降到最大值的0.707倍或功率从 主瓣的功率最大值下降到主瓣功率最大值一半时两 点之间的角度 主瓣宽度通常指方向 图某个截面内的主瓣 宽度。如果天线方向 图不是旋转对称的 ， 则各个截面内的主瓣 宽度不等。一般情况 下主要考虑 E 面和 H 面 内的主瓣宽度。
天线增益的计算公式
天线增益的计算公式天线增益是描述天线辐射功率相对于理想点源天线的增加量。
它用于比较不同天线的辐射效果，通常以分贝(dB)为单位。
在计算天线增益时，我们需要知道以下几个参数：1.方向性：天线的方向性是指其辐射功率在不同方向上的分布情况。
受到制约的天线会使辐射功率在一些方向上得到增强，从而提高了天线的增益。
2.前向增益：前向增益是指天线在最大辐射方向上的辐射功率与相同功率的理想点源天线的辐射功率之比。
它是用来衡量天线在最大辐射方向上的辐射效果。
3.方向图：天线的辐射方向图描述了其辐射功率在空间中的分布情况。
通过方向图，我们可以确定天线在不同方向上的辐射功率，从而计算出其增益。
根据这些参数，天线增益可以通过以下两种方法计算：1.粗略估算方法：1.1.单源公式：对于天线的偶极子辐射，可以使用以下公式来计算增益(G)：G=4π(辐射功率)/(总辐射功率)其中，辐射功率是指天线在一些方向上的辐射功率，总辐射功率是指天线在全球范围内的辐射功率。
1.2.估算方法：对于天线的指向性辐射，我们可以使用以下公式来计算增益(G)：G = 10log(辐射功率/平均辐射功率)其中，辐射功率是指天线在一些方向上的辐射功率，平均辐射功率是指天线在全方向上的平均辐射功率。
2.精确计算方法：在精确计算天线增益时，我们需要考虑天线的方向图以及其工作频率。
具体的计算方法如下：2.1.先测量天线的方向图：使用天线测试仪器，测量天线在不同方向上的辐射功率。
2.2.计算辐射效果：使用以下公式来计算天线在一些方向上的增益(G)：G(θ) = 10log(辐射功率(θ)/比较功率)其中，辐射功率(θ)是指天线在方位角θ处的辐射功率，比较功率是参考天线的辐射功率。
通过测量和计算，我们可以得到天线在不同方向上的增益值。
总的天线增益可以通过取所有方向上的增益的最大值来确定。
在实际应用中，天线增益是一个非常重要的参数，可以用于引导电信系统的设计和优化，以便提高系统的性能和覆盖范围。
天线增益的简易测试
天线增益的简易测试BG1LQX 05-10-10 1、天线增益的定义：G=η*D 增益=方向性*效率半波振子方向性为1.64，由于结构简单没什么损耗，故效率很高，其增益为1.64，用dBi 表示，即2.15dBi(i即以各向同性的点源为参考)增益的测量一般用比较法：A.在相同条件下，某天线收到的功率与半波振子收到的功率之比即相对与半波振子的增益dBd，再加2dB即得dBi。
Gd=P0/Pd |发射功率相同B.在相同条件下，某天线在其最大辐射方向上某一点的功率密度与半波振子天线在同一点的功率密度之比，即：Gd=S0/Sd |发射功率相同C.在相同条件下，某天线在其最大辐射方向上某一点的场强的平方与半波振子天线在同一点的场强的平方之比，即：Gd=|E0|^2/|Ed|^2 |发射功率相同D.在相同条件下，半波振子天线与某天线在最大辐射方向上同一点处产生相同场强时发射，功率控制单元是自电源（参见：自制（参见：4，测试步分贝表示：Gg（dB）=10lg（Pg/Px）5实物照片如下：为使增益数值可以从微安表头直接读出，免去计算的麻烦，从新推导计算了，表头指针偏转角度和功率，增益分贝之间的对应关系，并对功率测量的非线性误差做了三段补偿，绘制了包含两条增益刻线、一条功率刻线和一条相对场强刻线的表盘，这样就可以直接读出测试功率和天线增益了，而且对于测量功率的精度要求也降低了，只要求相对功率比率，绝对功率数值并不重要了。
测试原理相同，操作方法略有不同。
第一步，接好参照天线，开关拨向功率/增益，调整发射功率使表头指针指到0dB处。
将开关拨向场强，适当调整场强旋扭，使场强为一确定读数。
第二步，替换参照天线为被测天线，开关保持在场强位置，不要再调整场强旋扭，调整功率旋扭，使场强读数与参照天线时读数相同。
将开关拨回功率增益位置，此时读出的分贝数，即是该天线的增益。
改变给定频率，重复以上步骤，可测出增益-频率曲线，如果场地条件允许，改变被测天线和场强接收天的水平角度可测水平方向图，改变仰角可测垂直方向图。
第一章 天线增益测量
天线与电波教学实验指导书实验三 天线增益测量3．1实验内容和目的：用绝对测量法（即测传播损耗的方法）和相对测量法（即比较法）测量喇叭天线的增益，掌握天线增益的一般测量方法。
3．2测量原理1．天线增益的绝对测量根据福里斯公式，当发射功率为P t ，发射天线增益为G t ，接收天线增益为G r ，收发天线相距 R ，则位于远场区的接收天线的最大接收功率为2244⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅=R G G P A RG P P r t t r er tt r πληπ当收发天线完全相同即G t =G r =G 时，接收功率为2244⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅=R G P A R G P P t r er tt r πληπ由此可求出每个天线的增益为G P P R r t =⋅4πλ如用dB 表示，则为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛=t r P P R dB G lg 10214lg 10)(λπ因此,如果测出收发电平差、工作频率和收发距离，即可通过上式求出被测天线的增益。
2．天线增益的相对测量被测天线增益G 和参考天线增益G 0间存在简单的关系：G=gG 0式中，g 是被测天线相对于参考天线的增益。
因此如果参考天线的增益已知，只要测出g ，即可按上式求出被测天线的增益。
用比较法测天线增益，常用半波对称振子(或折合振子)作线天线的标准增益天线（其增益约为1.64或2.15dB ）；常用按最佳方向性系数设计的标准增益喇叭作面天线的增益标准天线，其增益理论设计值和实际值相当吻合，可按下式估算：)(4lg 102dB Ak D G λπ≈≈式中，A 是喇叭口面面积，k 是口面利用率。
对角锥喇叭天线k 取0.51。
3. 天线增益的综合测量设三个不同天线的增益分别为G G G 010203、、,先用比较法测得1和2对3的相对增益0302203011G G G G G G ==，当G 03已知时，则0320203101G G G G G G ==，，用dB 表示,即)()()()()()(0320203101dB G dB G dB G dB G dB G dB G +=+=， 当G dB 03()未知时，可用上述1项（天线增益的绝对测量）的方法测出G dB G dB 0102()()+，与上两式联立求出G dB 03()。
天线增益测试方法
天线增益测试方法引言：天线增益是天线在特定方向上辐射或接收无线信号的能力。
在无线通信系统中，天线增益的测试是非常重要的，因为它直接影响到信号的传输和接收质量。
本文将介绍几种常用的天线增益测试方法。
一、理论计算法理论计算法是一种基于数学模型的天线增益测试方法。
它通过天线的物理特性参数以及信号传输的理论模型，计算出天线在特定方向上的增益值。
这种方法通常需要天线的几何参数、频率、天线材料等信息，并结合天线辐射方向图和功率密度图进行计算。
理论计算法具有较高的精度和准确性，但需要掌握天线理论知识和专业计算工具。
二、场强测试法场强测试法是一种实测天线增益的方法。
它通过在特定位置上设置场强测试仪器，测量天线接收到的信号强度，然后与参考天线进行对比，计算出天线的增益值。
场强测试法可以直接测量天线的实际性能，适用于各种类型的天线。
但需要在实际测试中考虑到环境因素对测试结果的影响。
三、标称增益测试法标称增益测试法是一种基于天线制造商提供的标称增益值进行测试的方法。
它通过查阅天线的规格书或制造商提供的技术资料，找到天线的标称增益值，并在实际使用中进行验证。
这种方法简单直接，适用于无法进行准确测量的情况。
但需要注意，标称增益值是制造商提供的理论值，实际性能可能会有一定差异。
四、比较测试法比较测试法是一种通过对比不同天线的性能进行测试的方法。
它通过选择一组具有不同增益的天线，在相同条件下进行测试，然后比较它们的信号强度，计算出增益值。
这种方法简单易行，适用于快速测试和筛选天线。
但需要注意选择合适的参考天线和测试环境，以保证测试结果的准确性。
五、模拟仿真法模拟仿真法是一种使用电磁场仿真软件进行天线增益测试的方法。
它通过在仿真软件中建立天线模型、设定工作频率和辐射方向，进行电磁场仿真计算，得出天线的增益值。
这种方法可以模拟不同工作条件下的天线性能，提前评估天线的性能。
但需要具备电磁场仿真软件的使用技能和较高的计算资源。
六、实测法实测法是一种直接在实际应用环境中进行天线增益测试的方法。
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。
天线增益测量.
第一章概念1.1 定义1.1.1 功率增益天线在某方向上的辐射强度（每单位立体角内天线所辐射的功率）与天线从其信号源所得的净功率的比值称为天线在该方向的功率增益。
功率增益表征天线固有的性质，不包括因阻抗或极化失配所引起的系统损失。
在确定整个系统的功率传递时，要测量和考虑天线的输入阻抗与天线的极化。
1.1.2 峰值功率增益功率增益的最大值称为峰值功率增益。
本文所指的公路增益测量均为峰值功率增益测量，知道了辐射方向图就可确定任何其它方向的增益。
1.2 测量方法概述1.2.1功率增益测量方法分类功率增益测量方法可分为两大类：绝对法和比较法。
1.2.1.1 绝对法分类绝对增益测量不需要预先知道测量中所使用的任一天线的增益。
这种方法通常用于增益标准天线的定标。
除了专门从事标准定标的实验室外，其它实验室很少采用这种方法。
1.2.1.2 增益传递法增益传递发也称增益比较法，它是增益测量最常用的方法。
用这种方法进行测量时，需使被测天线的增益与增益标准的增益天线进行比较。
1.2.2 确定天线功率增益所采用的技术确定天线功率增益所采用的技术因天线的工作频率而异。
1.2.2.1 1GHz以上的频率在1GHz以上的频率，通常采用自由空间测试场进行功率增益测量。
对这些频率，可采用微波技术，例如可采用电磁喇叭等波导元件。
1.2.2.2 0.1‐‐1GHz之间的频率对于0.1‐‐1GHz之间的频率，通常用地面反射测试场进行测量。
在这一频率范围内工作的天线通常安装在诸如飞机之类的构件上，这些构件会影响天线的性能。
此时可采用比例模型技术。
然而，只要比例模型天线制作的合适，其方向性与原型天线的方向性是相同的，故可以测量比例模型天线的方向性，再用其它方法测出原型天线的效率，从而求得功率增益。
可使装有原型天线的飞机相对于一个适当的地面站按规定的路线飞行，以证实方向性测量结果。
可用原型被测天线测出系统性能，并与比例模型的测量结果进行比较。
天线增益测量的不确定度评定
!"# $%&’()* $%+,)-.-*/ ; . 天线之间互耦引入的相对不确定 度 由于收、发天线之间的距离有限，造 成天线之间的互耦，产生测量不确定度。 设天线的口面利用系数为 A，散射系数为 "， 则 天 线 互 耦 引 入 的 误 差 限 区 间 半 宽 为：
有限距离修正因子是经计算给出的， 修正误差的可信度取为 /56 ，则 "8 的自 由度为： !8 1 2 8 . 极化失配引入的标准不确定度 由于天线的轴比有限，产生极化失配 误差， 经测量， 天线 - 的轴比 9:- 1 ,,4 -、 天线 2 的轴比 9:2 1 ,84 ;。对于收发天线 旋向和倾角相同的情况，经计算极化效率 为 54 <<=/， 因极化失配引入的误差限区间 半宽为 != 1 54 2/6 。其概率为均匀分布， 相对标准不确定度 "= 为：
图$
天线增益测量原理图
设三个天线的增益分别为 %$、 %& 、 %’ ， 对于天线 $ 作发射，天线 & 作接收的情
发天线之间的距离。 ) 为收、 根据信号源和负载之间的功率传输 关系， 有：
式中：($ 为天线 $ 的输入功率； (& 为天线 & 的接收功率； ! 为发射信号的波长；
安全 与 电 磁 兼 容 "##!$ !
图6
硅橡胶和丝网挤出条
第二种是定向蒙乃尔丝或铝丝垂直 嵌入硅 9 氟硅橡胶中的衬垫。可以板材条 材的形状提供。价格大大低于导电橡胶， 无复杂剖面形状。 应用实例 电磁屏蔽衬垫广泛地应用于无线通 信基站和手机。以下为两个实例： 无线通信基站中的铝铸件元件需要 进行电磁屏蔽和环境密封。但由于该类元
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天线增益的简易测试
天线增益的简易测试
1、天线增益的定义：
g=η*d增益=方向性*效率
半波振子方向性为1.641.64，用dbi则表示，即2.15dbi(i即以各向同性的点源为参照)
增益的测量一般用比较法：
a.在相同条件下，dbd，再加2db即为得dbi。
gd=p0/pd|
b.在相同条件下，的功率密度之比，即为：
gd=s0/sd|
c.在相同条件下，点的场强的平方之比，即为：
gd=|e0|^2/|ed|^2|
d.在相同条件下，半波振子天线与某天线在最小电磁辐射方向上同一点处产生相同场强时升空
，功率控制单元是自电源（参见：自制（参见：bg1lqx05-10-10
4，测试步分贝则表示：
gg（db）=10lg（pg/px）
实物照片如下：
免去计算的麻烦，从新推导计算了，表头指针偏转角度和功率，
绘制了涵盖两条增益刻线、这样就可以轻易念出测试功率和天线增益了，绝对功率数值并不关键了。
测试原/增益，调整发射功率并使字段指针Azamgarh0db处为。
将控制器
调整功率旋即是该天线的增益。
-频率曲线，如果场地条件容许，发生改变被测天线和。
天线测量第一章报告
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 D2 / 2 xs ys 1 D1 / 2 E 1 exp jk dxs exp jk dys D2 / 2 D1D2 D1 / 2 2r 2r
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
10.0 5.0
孔径窄边的长度
10.0
D / D 0.8
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.
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
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 天线按一定的缩尺比例缩小（或放大）成便于测试 定的缩尺比例缩小（或放大）成便于测试的模型天线，通过 的模型天线，通过对模型天线的测量，便可得到真 对模型天线的测量，便可得到真实天线的各参数特性，然后 实天线的各参数特性，然后，再据此制作出实际使 ，再据此制作出实际使用的真实全尺寸天线。
用GTEM小室进行天线增益测量的研究概要
用GTEM小室进行天线增益测量的研究0 引言在天线和通信发射设备的测试中，天线增益的测试是一个重要内容。
传统的方法需要将接收天线放置在自由空间或暗室中，同时需用标准参考天线。
理想的开阔试验场可作为最终判定测量结果的标准测试场地，其造价低于屏蔽暗室，是理想的电磁兼容测试场地。
但是随着广播、电视、无线通信技术的高速发展，空间电磁环境日趋复杂，这给开阔试验场的建造、选址以及使用带来了不少问题，适宜建造开阔试验场的场地已经很难发现了。
并且，由于开阔试验场位于室外，自然气候的影响使其不能全天候工作，这也制约了开阔试验场的广泛使用[1]。
电波暗室的建造成本相当高且在施工上有较大的难度，建设符合标准要求的暗室基本需要上百万元，且日常维护的费用昂贵，配套的测试系统的软硬件成本也是十分惊人，这样的庞大的开支是广大中小型企业和实验室所无法承担的，这也在很大程度上制约了电波暗室的推广前景[2]。
因此，需要一种相对简单、廉价的测试设备。
1 GTEM 小室的介绍1987 年，由瑞士Baden 市Asea Brown Boveri 公司电磁干扰控制中心的Konigstein D.和Hansen D 提出了吉赫横电磁传输室（GTEM 小室）[3][4]，将TEM 小室改造成矩形锥同轴线结构，从而将工作频率提高到GHz 以上。
GTEM 小室实质上是同轴线的一种变形，也可以说是双导体导波系统，采用同轴及非对称矩形传输线设计原理，为避免内部电磁波的反射及产生高阶模式的谐振，总体设计为尖劈型[5]。
与电波暗室、半暗室比较，用GTEM 小室做天线测试的主要优点为能够较好的屏蔽外界电磁干扰，提供准确的电场强度值，且设备成本低廉、占地面积小。
其基本结构如所示。
所以，用GTEM 小室进行天线增益的测试是一个非常合适的选择。
2 用 GTEM 小室测试天线增益的方法2.1 测试原理在 GTEM 小室中进行天线增益的测试原理和方法为：用信号源在GTEM 小室端口输入已知的功率Pin，待测天线放在GTEM 小室确定位置上，天线的端口连接到频谱仪测试其输出功率，旋转天线的方位，记下最大方位上的天线的输出功率值Pout。
天线增益测量
发射天线接入端
216MHz
470MHz
5.1dBm
5.7dBm
700MHz 6.1dBm
测试位置要求
序号 1 2 3 4 5 6
名称 发射天线高度 测试天线高度 两标准天线距离（端口）
支撑架距离 标准接收天线端与支撑架距离 吸波材料边缘与支撑架距离
参数要求 1.5米 1.5米 3米 5.3米 0.95米 1.4米
Pr－接收天线输出功率 PinT－发射天线输入功率
1、接好天线，并将收、发天线最大辐射方向对准 2、记录发射天线的输入功率PinT及接收天线的输出功率Pr 3、根据公式计算天线增益
三天线法
公司的增益测试方法〔两相同天线法〕
各点的功率要求
放大器前输出 -22.5±0.7dBm
174MHz 5.0dBm
本卷须知： 1、收、发天线距离必须满足远场条件 2、尽量防止周围物体的影响 3、收、发天线与设备必须有良好的阻抗匹配，收、发天线之间也要有良好的极化匹配 4、当待测天线与标准天线增益相差较大时〔即孔径相差较大〕，换接天线时应使它们 的相位中心在同一位置上 5、为了防止外来干扰信号，信号源可加调制，接收端可用测试接收机等记录设备
不是，只是方向性系数，必须考虑天线能量转换
如何提高增益？
从无用方向挖掘，增大有用方向的能量辐射
天线增益测量方法： 比较法 两相同天线法 三天线法
比较法测天线增益
比较法实质就是用一个增益的天线作为标准天 线，通过与标准天线的进行比较得到待测天线的增 益。待测天线可作为发射天线，也可作为接收天线。
1、将辅助天线接入发射天线端 2、将标准天线对准辅助天线，使指示器读数最大 3、调节可变衰减器，使指示器指示某一个值A，记下此时可变衰减器的数值N1 4、将待测天线代替标准天线，对准辅助天线，使指示器读数最大 5、调节可变衰减器，使指示器保持数值A，记下此时可变衰减器的数值N2 6、天线增益G＝Gs+N1-N2〔dB) Gs为标准天线增益值
天线增益测量的流程
天线增益测量的流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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天线增益是衡量天线性能的关键指标，表示天线将信号集中在特定方向的能力。
天线增益测量教学设计
天线增益测量教学设计教学设计: 天线增益测量一、教学目标：1. 理解天线增益的概念及其重要性；2. 掌握测量天线增益的方法和步骤；3. 能够根据测量结果评估天线性能的好坏。
二、教学内容：1. 天线增益概念和定义；2. 天线增益的测量方法和步骤；3. 天线增益的评估标准。
三、教学步骤：1. 导入部分（10分钟）：a. 引入天线增益概念，解释其在通信系统中的作用；b. 提问学生：你认为如何测量天线增益？你希望通过测量天线增益能得到哪些信息？2. 理论讲解（30分钟）：a. 分析天线增益的定义及其在通信领域中的应用；b. 介绍天线增益的测量方法：一是理论计算法，二是实测法；c. 解释天线增益的评估标准，如dB、dBi等。
3. 实验操作（40分钟）：a. 设计实验装置：包括信号源、功率计、天线、介质等；b. 使用理论计算法进行测量：通过计算天线的射频功率Gt和接收功率Gr，应用增益定义公式计算天线增益；c. 使用实测法进行测量：通过在实验装置中加入用于接收和发射天线的移动终端，通过测量终端的接收功率和发射功率计算天线增益。
4. 数据处理（20分钟）：a. 分析并比较理论计算法和实测法的测量结果；b. 讨论天线增益与其它因素（如频率、天线形状等）的关系；c. 利用测量结果评估天线的性能。
5. 总结归纳（10分钟）：a. 总结天线增益的概念、测量方法和评估标准；b. 提问学生：什么因素会影响天线增益？如何进一步优化天线性能？四、教学资源：1. 实验装置（信号源、功率计、天线、介质等）；2. 计算器、电脑等；3. 教师课件和实验指导书；4. 相关参考书籍和资料。
五、教学评估：1. 实验报告：要求学生填写实验记录和数据分析，以及对测量结果的评估和总结；2. 学生讨论：鼓励学生在实验结束后参与讨论、分享观点和经验；3. 教师评估：根据学生的实验操作和讨论表现，以及实验报告的综合评价，对学生的掌握程度进行评估。
六、教学延伸：1. 继续优化天线性能的方法和策略；2. 深入研究天线参数和增益的相关知识；3. 探究不同频率下天线增益的变化规律。
天线等效接收增益测试系统讲解
1.1.1.1天线等效接收增益测试系统（1）用途用于满足各型有源相控阵雷达天线接收状态天线等效接收增益自动测试与记录。
（2）必要性第四代防空反导探测制导系统采用固态有源相控阵体制，天线与传统雷达天线的一个显著不同就是引入了有源T/R组件，在接收状态测试时天线系统中包含了R组件的参数。
所以进行天线增益测试时，按原来无源天线增益的测试方法得到的结果就是不正确的，必须增加天线等效接收增益测试系统。
（3）工艺对系统的主要性能指标要求系统主要指标如下所示：信噪比测试系统可以同时满足4个波段的有源相控阵雷达天线接收增益测试需求；能完成4个波段雷达发射信号的下变频功能；能实现通道增益的自动控制，能设置合适通道信噪比；能通过远程通讯控制设备控制标准信号源输出信号的频率，实现信号源的开关；能实现阵面天线及标准天线的内部噪声的自动测试，完成通道信噪比测试与记录；自动测试控制系统根据中频通道采样处理系统采样和处理的数据计算出天线阵面正面等效接收增益；人机交互界面则可以对测试系统需要的参数进行设置并显示实时的天线增益测量值。
（4）系统组成及工作原理天线等效接收增益测试系统主要包括雷达发射信号下变频组件、通用中频信号调理组件、中频通道信号采样处理系统、支持无线通讯控制的自动控制测试系统及标准信号源系统。
其原理组成框图如下图所示：图错误！文档中没有指定样式的文字。
-1 天线等效接收增益测试系统原理及组成框图天线等效接收增益测试系统主要构成如下：本振信号源； 无线通讯设备；各波段一体化雷达信号下变频组件； 中频信号调理组件； 中频通道信号采样处理系统； 自动测试控制系统（含软件）； 人机交互系统。
理想情况下，被测天线被与其极化匹配的平面波所照射，并在匹配负载上测量接收功率。
在其它条件相同的情况下，用增益标准天线替换被测天线，并再次测量进入其匹配负载的接收功率。
雷达天线比较增益测量工作原理如下图所示。
TP S P表 错误！文档中没有指定样式的文字。
天线增益测量教案
需要指出的是，由于相控阵雷达的天线系统中含有有源T／R组件，从而使得相控阵天线本身具有非互易性，对于此类禾线的增益测试则只能在特定的发射和接收状态下进行测量。关于有源相控阵天线的增益测试将在比较法和绝对法之后单独介绍。
式中： 为接收天线接收到的功率（w）； 为发射天线辐射的功率（w）； 为发射天线增益； 为接收天线增益； 为发射信号波长（m）；R为收发天线距离（m）。在此假定天线的极化是匹配的，主瓣峰值方向与待测天线已对准，并符合远场条件。
双天线法要求收、发天线完全相同，即 = 。根据弗里斯传递公式，在收、发天线增益相同时，可推导得到以下表达式：
采用三点法来测试天线增益时应注意以下几点：①必须精确测量尺测和尺标；②两套接收机和传输线的性能要相同；③测试过程中需要反复控制源天线分别对准待测天线和标准天线。由此可见，三点法的测试效率低、手续繁琐、精度差。
2. S
s曲线法是一种为减少地面反射影响，而将标准天线放在待测天线附近来进行测量的方法。当标准天线放在电动升降梯上，且通过标准天线上下滑动时，在待测天线垂直口径范围内，标准天线信号电平的变化近似为s曲线，取s曲线的平均值作为标准天线信号电平值来计算待测天线增益，可降低或消除地面反射对增益测试的影响。由于是使用同一套接收系统和电缆分别与待测天线和标准增益天线交换连接，所以测量过程中所引入的误差较小。当s曲线起伏不超过3dB时，地面反射引入的增益测试误差是较小的，其计算公式如下：
22天线增益测量
实验二十二天线增益测量一、实验目的（一）、掌握天线增益的测量方法（二）、学会确定标准天线的方法二、实验内容1、用比较法测量天线的增益。
2、用三天线法测量标准天线的增益。
三、实验原理和方法各种天线都有一定的方向性，方向函数或方向图仅描述天线的辐射场强在空间的相对分布，为了定量描述天线在某一特定方向上的辐射能量的集中程度需引入天线方向系数这一参数。
绝大多数天线都需要通过实际测试来确定其增益，测量天线的增益有比较法和绝对法1、比较法图21-1示出了用比较法测量天线增益的测试系统方框图，其中图中的待测天线和标准天线作为发射天线。
如果与传输线匹配的待测天线和标准天线作为发射天线，比较法测量增益的实质是通过比较被测天线相对于标准天线的增益来测量待测天线的增益图21-1比较法测增益方框图⑴、把待测天线接入信号源，最大方向对准，调可变衰减器，使接受指示器有一个较大的指示值，记下精密可变衰减器分贝值Ax。
⑵、确定最小测试距离和架设高度⑶、进行电道估算选择测量仪器⑷、收发天线应架设在同一高度上，并将转台调到水平105106⑸、检查周围的反射电平及必须具备的测量条件 ⑹、转台转轴尽可能通过待测天线相位中心⑺、接上标准增益天线，最大方向对准，调整精密可变衰减器的值，使接受指示同刚才一样，记下衰减器的分贝值。
2、接待测天线，调衰减器使指示为一个值，记下待测天线输入功率假定1、阻抗匹配2、极化匹配3、最大方向对准4、距离相同 绝对增益的测量As x s AxP G G P =如果用精密可变衰减器测量功率()/1010()()()()x s A A x s x s x s G G G dB G dB A dB A dB -==+-2、双天线法（两天线相同）假设两天线极化和阻抗均匹配22()41420lg 10lg 2R A A R P P G rP r G dB r P λππ=⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-⎢⎥⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦由此可见，用两付相同增益的天线，只要测得收发天线之间的距离、工作波长及接收天线的接收功率与天线的输入功率之比即可确定天线的增益。
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天线与电波教学实验指导书
实验三 天线增益测量
3．1实验内容和目的：
用绝对测量法（即测传播损耗的方法）和相对测量法（即比较法）测量喇叭天线的增益，掌握天线增益的一般测量方法。
3．2测量原理
1．天线增益的绝对测量
根据福里斯公式，当发射功率为P t ，发射天线增益为G t ，接收天线增益为
G r ，收发天线相距 R ，则位于远场区的接收天线的最大接收功率为
2244⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=⋅=R G G P A R
G P P r t t r er t
t r πληπ
当收发天线完全相同即G t =G r =G 时，接收功率为
2244⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=⋅=R G P A R G P P t r er t
t r πληπ
由此可求出每个天线的增益为
G P P R r t =⋅4πλ
如用dB 表示，则为
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛=t r P P R dB G lg 10214lg 10)(λπ
因此,如果测出收发电平差、工作频率和收发距离，即可通过上式求出被测天线的增益。
2．天线增益的相对测量
被测天线增益G 和参考天线增益G 0间存在简单的关系：
G=gG 0
式中，g 是被测天线相对于参考天线的增益。
因此如果参考天线的增益已知，只要测出g ，即可按上式求出被测天线的增益。
用比较法测天线增益，常用半波对称振子(或折合振子)作线天线的标准增益天线（其增益约为1.64或2.15dB ）；常用按最佳方向性系数设计的标准增益喇叭作面天线的增益标准天线，其增益理论设计值和实际值相当吻合，可按下式估算：
)(4lg 102dB Ak D G λ
π≈≈
式中，A 是喇叭口面面积，k 是口面利用率。
对角锥喇叭天线k 取0.51。
3. 天线增益的综合测量
设三个不同天线的增益分别为G G G 010203、、,先用比较法测得1和2对3的相对增益
03
02
203011G G G G G G ==，
当G 03已知时，则
03
20203101G G G G G G ==，，
用dB 表示,即
)
()()()()()(0320203101dB G dB G dB G dB G dB G dB G +=+=， 当G dB 03()未知时，可用上述1项（天线增益的绝对测量）的方法测出G dB G dB 0102()()+，与上两式联立求出G dB 03()。
3．3 测量方框图：
3．4主要测试设备：
发射源：厘米波分频锁相源（带隔离器，具连续波或1KHz 内方波调制输出，带数字频率指示和功率相对指示，工作频率11GHz ±250MHz ，输出功率连续可调，
最大350mW ）
收、发天线：三种不同增益的角锥喇叭天线四只
精密衰减器：TS7或TS5三厘米精密衰减器
测试接收机：连续波发射时,用晶体检波器加微安表；方波调制发射时，用晶体检波器加选频放大器。
或用微波变频器加DS 系列场强仪。
调配器
钢卷尺
3．5 实验步骤
先进行天线增益的绝对测量。
取两个相同的标准增益喇叭天线作收发天线:
1．将发射天线通过调配器与信号源相接，接收天线通过调配器与接收系统相接。
注意收发天线的极化匹配（即极化要一样）。
2．调整信号源输出功率至适当电平。
3．对收发系统调配，使接收指示最大。
4．将接收系统置于远区。
反复调整收发天线（对准它们的最大辐射方向），使接收指示最大。
5．将精密衰减器置于某一适当刻度。
记下这时的接收指示及精密衰减器的刻度读数a r 。
将精密衰减器放到较大衰减处。
6．拆下收发天线，将收发系统直接连接。
调配，使接收指示最大。
调节精密衰减器，使接收指示与5相同。
记下此时精密衰减器的刻度读数a t 。
7. 读出工作频率, 换算出工作波长λ。
量出收发天线之间的距离R 。
8. 由衰减器定标曲线，查出a r 、a t 所对应的衰减量（dB ） A r 、A t 。
9. 由下式算出G dB ()：
)(2
14lg 10lg 10214lg 10)(t r t r A A R P P R dB G -⨯+⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=λπλπ
10. 将G dB ()换算成G(数值)。
11. 重复上述步骤测出三次以上数据, 算出G 的平均值。
再进行天线增益的相对测量。
取任一个天线作发射天线，用被测天线作接收天线。
1. 先将天线1(增益为)(1dB G )作为接收天线。
收发对准。
记住此时的最大接收指示，记下精密衰减器的刻度读数1a ，查出它所对应的衰减量)(1dB A 。
2. 再将天线2作为接收天线。
收发对准。
调整精密衰减器，使接收指示与1相同，记下此时精密衰减器的刻度读数2a ，查出它所对应的衰减量)(2dB A 。
算出1221)(A A dB G -=。
则天线2的增益
1212112)(A A G G G dB G -+=+=.
3. 再将天线3作为接收天线。
收发对准。
调整精密衰减器，使接收指示与1相同，记下此时精密衰减器的刻度读数3a ，查出它所对应的衰减量)(3dB A 。
算出3231)(A A dB G -=。
则天线3的增益
13131
13)(A A G G G dB G -+=+=
4. 若天线1增益不为已知, 可用上述绝对测量法，将天线1和2分别用作收发天线，测出A dB A dB r t ()()、, 按下式求出天线1和2的增益和(dB):
t r A A R dB G G -+⎪⎭
⎫ ⎝⎛=+λπ4lg 20)(21
5. 算出)()()(321dB G dB G dB G 、、。
6. 将)()()(321dB G dB G dB G 、、换算成数值表示的321G G G 、、。
7. 重复上述步骤测出三组以上数据，算出321G G G 、、的平均值。
3．5 测量误差及注意事项：
影响天线增益测量精度的原因主要有:
1.测试距离太近，不满足远区条件。
天线口面产生明显的平方率相差,导致天线增益测量值小于实际值。
2.测试场地地面不平，地面和周围环境的反射大。
3.测量系统阻抗失配。
4.收发天线极化失配。
5.收发天线方向未对准。
6.绝对测量工作频率、收发距离未测准；相对测量标准增益天线定标不准。
7.衰减器精度不够。
8.发射源输出功率不稳
为使测量准确，务请注意上述各点。