天线方向图测量
电磁场与电磁波实验指导书(参考)
电磁场与电磁波实验指导书目录实验一电磁波感应器的设计与制作实验二电磁波传播特性实验实验三电磁波的极化实验实验四天线方向图测量实验实验一电磁波感应器的设计与制作一、预习要求1、什么是法拉第电磁感应定律？2、什么是电偶极子？3、了解线天线基本结构及其特性。
二、实验目的1、认识时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用。
2、通过电磁感应装置的设计，初步了解天线的特性及基本结构。
3、理解电磁波辐射原理。
三、实验原理随时间变化的电场要在空间产生磁场，同样，随时间变化的磁场也要在空间产生电场。
电场和磁场构成了统一的电磁场的两个不可分割的部分。
能够辐射电磁波的装置称为天线，用功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。
图1 电磁感应装置如果将另一付天线置于电磁波中，就能在天线体上感生高频电流，我们可以称之为接收天线，接收天线离发射天线越近，电磁波功率越强，感应电动势越大。
如果用小功率的白炽灯泡接入天线馈电点，能量足够时就可使白炽灯发光。
接收天线和白炽灯构成一个完整的电磁感应装置，如图1所示。
电偶极子是一种基本的辐射单元，它是一段长度远小于波长的直线电流元，线上的电流均匀同相，一个作时谐振荡的电流元可以辐射电磁波，故又称为元天线，元天线是最基本的天线。
电磁感应装置的接收天线可采用多种天线形式，相对而言性能优良，但又容易制作，成本低廉的有半波天线、环形天线、螺旋天线等，如图2所示。
图2 接收天线本实验重点介绍其中的一种─—半波天线。
半波天线又称半波振子，是对称天线的一种最简单的模式。
对称天线（或称对称振子）可以看成是由一段末端开路的双线传输线形成的。
这种天线是最通用的天线型式之一，又称为偶极子天线。
而半波天线是对称天线中应用最为广泛的一种天线，它具有结构简单和馈电方便等优点。
半波振子因其一臂长度为/4λ，全长为半波长而得名。
其辐射场可由两根单线驻波天线的辐射场相加得到，于是可得半波振子（/L λ=4）的远区场强有以下关系式：()cos(cos )sin I I E f r rθπθθ==60602 式中，()f θ为方向性函数，对称振子归一化方向性函数为：()()maxcos(cos )sin f F f θθπθθ==2 其中max f 是()f θ的最大值。
在室外测试场中阵列天线方向图的测试方法
在室外测试场中阵列天线方向图的测试方法郝延刚;李淑华【摘要】On the basis of the commonly used antenna pattern measurement method, is the size of a large array antenna taken into consideration, and designed a set of array antenna pattern testing method in an outdoor test field. According to this method, the array antenna pattern of a particular model of aircraft is firstly tested. Then the radiation pattern of the pitch surface is measured and compared with the theoretical simulation results thus proving the accuracy of the experimental program. Finally, the experimental error is analyzed.%在常用天线方向图测量方法的基础上,考虑大型阵列天线尺寸大的特殊性,并且结合实际测量条件,设计出一套在室外测试场中阵列天线方向图的测试方法.按照此方法,对某型号飞机的阵列天线方向图进行测试.测得其俯仰面辐射方向图后与理论仿真结果对比,论证实验方案的准确性,并对实验误差进行分析.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)029【总页数】4页(P7745-7748)【关键词】阵列天线;方向图;室外测试场【作者】郝延刚;李淑华【作者单位】海军航空工程学院青岛分院,青岛266041;海军航空工程学院青岛分院,青岛266041【正文语种】中文【中图分类】TN820.1阵列天线具有较强的方向性和较高的增益，并且能够实现方向图扫描等优点。
提高室内远场方向图测试精度的几种方法
提高室内远场方向图测试精度的几种方法摘要：在利用室内远场测量天线方向图时，由于测试系统本身的限制，方向图测试结果的精度会受到多方面的影响，本文通过对方向图测试原理及误差分析，找到了提高天线方向图测试精度的几种方法，并通过实验对其进行了验证。
关键词：室内远场，天线，方向图；0.引言室内远场设计了包括金属结构和高性能的吸波材料结构，相较于室外远场具有全天候、保密等特性，不仅对于比较昂贵的待测产品能起到保护作用，而且还可以有效避免外界电磁干扰，获得稳定的信号电平。
精确的幅度和相位测试是精准获取天线参数的基础。
天线方向图定义为在无限远处辐射场随辐射方向的变化。
天线方向图是反映天线辐射特性的一个最重要的初始参量。
天线的其它参量，如增益、主瓣宽度、副瓣电平、差斜率、零深和瞄准误差等技术指标，均可由方向图确定。
由于各自硬件条件的限制、经费预算的限制、以及对测试效率的期望，导致每一种测试方法所对应的实际系统会引入各自固有的测试误差，从而限制了辐射参数测试的准确性。
1.室内远场方向图的测试原理室内远场测试一般是以矢量网络分析仪为核心，辅以控制和操作单元组成，通过更换不同频段的参考/测试混频组件和相应的连接电缆、转换器，完成不同频段的各种天线、各种参数的测量，分为微波暗室、测试转台子系统、发射极化转台子系统、射频链路子系统与计算机软件控制软件子系统。
根据互易原理可知，无源天线作为放射天线或者接收天线时测量得到的天线辐射参数是相同的，由发射天线发射信号，被测天线收到后，将幅度和相位传送到接收机。
远场测量时，保持发射天线不动，待测天线架设在距离发射天线大于2D^2/λ(远场测量的典型距离)距离的多维转台上，转台转动带动待测天线空间姿态的改变，根据接收机在不同方位角度接收到的功率电平，即可描绘出方向图曲线。
天线方向图是表征天线辐射特性与空间角度关系的图形，用来表征天线向一定方向辐射电磁波的能力。
在通常情况下，方向图在远区进行测定并且表示为空间方向坐标的函数，取坐标系如下图：图1 方向图坐标系天线位于坐标原点。
天线方向图测试中的俯仰角定义与转台选择
天线用于辐射和接收无线电波，是雷达系统的重要 组成部分。雷达系统的战术性能如探测距离、探测范围、 测角（方位、俯仰）精度、角度分辨力和反干扰能力都与天 线方向图特性有关，因此需要全面掌握天线的方向图特 性。通常天线方向图的测试是在微波暗室或外场试验场 进行的，不仅需要测试天线水平方向（俯仰角为 0°时）的 方向图，还需要测试其他俯仰角（俯仰角不为 0°时）的方 向图［1］。但天线安装平台的俯仰角定义不尽相同，有的 以目标与天线水平面的夹角定义为俯仰角，有的以目标 在天线垂直面的投影与水平面的夹角为俯仰角；同时常 见的转台形式也有两种，有的水平轴在俯仰轴上方，有的 水平轴在俯仰轴下方［2］。因此，根据俯仰角定义正确选 择具有合适转台的测量环境进行测试，是正确获得天线 方向图特性数据的保证。
Yang Xianchao Ren Chao Wang Kai Xiong Han
（State-run NO.783 Factory，Mianyang Sichuan 621000）
Abstract：The paper introduced the definitions of two pitch angles and two forms of turntable in antenna pattern mea⁃ surement，and analyzed the corresponding relationship between different pitch angles and different turntables，Final⁃ ly，gave the conversion relationship between two different pitch angles.This paper is of great significance for the guid⁃ ance of antenna pattern measurement. Keywords:pitch angle；turntable；antenna pattern measurement
有源相控阵天线发射方向图测试简易方法
有源相控阵天线发射方向图测试简易方法李为玉【摘要】It is necessary to test antenna beam pattern in transmitting and receiving mode of the active phased array antenna. The existing far field test for antenna is to test antenna beam pattern in receiving mode. In this paper, an easy way to test transmit beam pattern was presented. In the test, testing pedestal for radar antenna and transmitting horn of the far field test were used. And then the spectrum analyzer received the data which the active phased array antenna had transmitted. Test software was developed and installed in the central master computer to collect data and test transmit beam pattern of active phased array antenna in real time. It proves that the test method is simple and easy to carry out.%有源相控阵天线需要对接收和发射两种状态的天线方向图进行测试.现有天线测试远场只能进行接收态的方向图测试,介绍了在远场进行发射态方向图测试的一种简易方法.利用远场的测试转台和发射喇叭,使用频谱分析仪接收有源相控阵天线发射的数据,编制测试软件采集处理数据,即能实现有源相控阵天线发射方向图的测试.该测试方法简单易行.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)015【总页数】2页(P95-96)【关键词】有源相控阵天线;发射方向图;测试转台;发射喇叭【作者】李为玉【作者单位】中航雷达与电子设备研究院,江苏无锡214063【正文语种】中文【中图分类】TN820.1-340 引言雷达在国防建设和国民经济方面得到了广泛的应用，其中相控阵雷达技术以高度的灵活性受到了人们的青睐。
天线方向图测试系统操作说明
大连理工大学实验预习报告姓名：牛玉博班级：电通1202 学号：201201203实验六天线方向图测试本系统主要用于线天线E面方向图测试，可动态、实时绘制极坐标和直角坐标系方向图曲线，保存测试数据用于后续分析处理。
系统使用步骤示意如图0.1所示。
图0.1 系统使用步骤示意图1系统连接测试系统由发射装置、接收装置和控制器三大部分组成，三部分的连接示意如图1.1所示。
连接时注意信号线要根据待测工作频率接至对应端子，并将接收装置方向调整到正确姿态。
图1.1 系统连接示意图发射装置包含400MHz 和900MHz 两个频点的发射电路和天线，如图1.2所示。
接收装置包含400MHz 和900MHz 两个频点的接收电路和天线，并具有天线旋转机构，如图1.3所示。
控制器利用触摸屏完成所有测试操作和方向图曲线的实时绘制，如图1.4所示。
图1.2 发射装置 图1.3 接收装置 此处少一图（图1.4 测试控制器）、待发。
2 控制器操作2.1 打开控制器电源，等待系统启动，进入提示界面，如图2.1所示。
发射装置 接收装置控制器电机线信号线图2.1 方向图测试系统提示界面2.2点击界面任意位置，进入“实测方向图”界面，如图2.2所示。
图2.2 实测方向图界面2.3点击图2.2中的“频率选择”按钮，选择与硬件链接对应的工作频率。
2.4点击“天线长度”数字框，输入实际天线长度（单位为毫米），并按“确定”确认，如图2.3所示。
图2.3 天线长度输入界面2.5点击“机械回零”按钮，接收天线旋转，当到达机械零点基准点时，自动停止旋转，如图2.4所示。
注意：机械回零完成之前不要做其它操作！图2.4 机械归零界面2.6点击“归一化”按钮，接收天线旋转，搜索信号最大值，并提示“归一化进行中”。
当到天线旋转一周时，搜索结束，如图2.5所示。
注意：归一化完成之前不要做其它操作！图2.5 归一化界面2.7当图2.5中“归一化控制”区提示归一化完成时，点击“启动”按钮，天线旋转，测试开始。
天线原理与设计62 方向图测量
-20
0.3 0.2
-30
0.1
0 20 40 60 80 100 120140160180θ 0-400 20 40 60 80 100 120 140160180θ 0
(a)归一化场强方向图
(b)归一化场强分贝值方向图
归一化方向图
一、现场测量
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
2、空中测试法 这种方法仍是固定待测天线不动,一般作接收天
线。辅助源天线由普通飞机、直升飞机、小型飞船、 气球等运载工具携带,绕待测天线在所需测试的平 面内作圆弧运动,据不同角位置时待测天线接收到 的相对场强大小,就求得了该平面内的方向图特性。
采用此方法应注意以下几点: (1)当沿要求路线飞行的飞行器所运载的源天线 姿态相对于待测天线改变时,待测天线接收到的信 号也将显著改变。为了将这种改变减至最小,源天 线的波瓣最大值应始终对准待测天线,且源天线方 向图之有用部份应尽可能均匀(即弱方向性或全方 向性天线),飞行器的航向应选择得其姿态改变最小。
(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。
(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
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标指示的转 台上。测试水平方向图时,可让待测天线在水平面内 旋转,记下不同方位角时相应的场强响应,在适当的
天线方向性图的测量[权威资料]
![天线方向性图的测量[权威资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/3761ef4fcbaedd3383c4bb4cf7ec4afe05a1b144.png)
天线方向性图的测量[权威资料] 天线方向性图的测量对于一面发射天线，如果有另一面性能较好的接收天线相配合，就可以测定发射天线的发射方向图。
对于一面接收天线，如果有一面发射天线相配合，就可以测定接收天线的接收方向图。
只是在测定方向图时，不管被测的是发射天线还是接收天线，都需要有电动伺服系统，能够平稳地、连续地在方位面和俯仰面上进行调整。
用来配合测试的天线可以与被测天线处于同一地球站内，也可以处在地理位置相隔较远的地球站上。
这种测定天线方向性图的方法，称为“辅助地球站测量法”。
要想测定发射天线的方向性图，则与之配合的接收天线就是“辅助地球站”;要想测定接收天线，则与之配合的发射天线就是“辅助地球站”。
这种测量法与其它一些方法相比有以下优点:一是既能测接收方向图，又能测发射方向图;二是测量的角度范围比较大，能够测到远旁瓣;三是测量的结果比较准确，测量精度在可控范围内。
使用这种测量方法，不论是测量发射方向性图还是测量接收方向性图，都必须向卫星发射一个不加调制的单载波，且要求其频率和功率都十分稳定。
上行功率的确定要考虑两个方面的因素，一方面上行功率要足够大，以保证在天线转动到远旁瓣时仍能接收到信号;另一方面，上行功率又不能过大，避免使卫星转发器进入饱和状态，一旦转发器处于饱和状态，会影响方向性图在主瓣附近的细节，还会影响主瓣与旁瓣之间的电平关系。
如图1(a)所示，某天线在测试时因为上行发射功率太大导致转发器饱和，主瓣被压缩，主瓣与旁瓣的电平差不符合指标要求;而在调小发射功率后再测，结果就正常了，见图1(b)。
所以，确定上行功率时需要得到卫星测控站的帮助，只要确认在天线主瓣对准卫星时转发器未饱和即可。
上行功率的确定还要兼顾测试接收机的性能，以保证接收机工作在线性范围内，避免由于接收机的原因导致测量误差。
在测量中还需注意，尽可能不使用LNB(低噪声下变频单元)，而应使用LNA(低噪声放大器)，且放大器中不可启用AGC(自动电平调整)功能。
大型电扫相控阵雷达的天线方向图测试
速率 。
相位 分布 ， 再 通过 近／ 远 场 变换 ， 确 定待 测 天 线 方 向图 的 一种 间接测 试技 术 。近场 扫描 测试 技术 一般将 扫描
面取 为平 面 、 柱面 或 球 面 ， 并 相 应 的称 为 平 面 、 柱 面 或 球 面近场 测试 技 术 ， 通 常 需要 在 暗室 内进 行 。对 于 大 型 雷达来 说 ， 庞大 的天 线无 法进 入暗 室 ， 在 外场 也难 以 构 建近场 扫 描测试 系 统 。 因此 ， 近 场 扫描 测 试 无 法 适
大 型 电扫 相 控 阵雷 达 的天 线 方 向 图测试
王 侃 ， 王 真 ，
（ １ ．南京 电子技 术研 究所 ， 南京 ２ １ ０ ０ ３ ９； ２ ．天 线与微 波技 术 重点 实验 室 ， 南京 ２ １ ０ ０ ３ ９ ）
摘要 ： 天线方 向图是天线辐射特性的重要参数 ， 大型 电扫相控阵雷达 的天线方 向图往往难 以准确测量 。扫描方 向图是利用 电扫相控阵波束捷变的特点形成 的方向图 ， 较 为准确地 表征 了天线 的辐射 特性 ， 是对 天线 方向 图很好地 近似。文 中结 合多
（ ２ ．Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｏ ｎ Ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ａ ｎ ｄ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｗ ａ ｖ ｅ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ３ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
天线方向图的理论分析及测量原理分析
实验四、电波天线特性测试一、实验原理天线的概念无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。
电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。
可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。
对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。
选择合适的天线天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在选择天线时必须首先注重其性能。
具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线的电气性能。
选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。
天线的方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。
天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。
衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。
全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。
定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。
垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图。
立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。
天线的增益增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。
天线方向图测试系统的设计
天线方向图测试系统的设计摘要:本文提出一种微波天线方向图测试系统,详细阐述了发射、接收和控制系统,并给出实验测试结果。
该系统结构简单、成本低廉,可应用于高校的相关实验教学中。
关键词:天线方向图测试系统教学1引言天线辐射方向图是确定天线实际性能的一种重要指标,也是天线教学的一个主要环节,其辐射特性的配置[1]如图1所示,采用极坐标系表示,发射(待测)天线置于坐标原点,取z轴为天线最大辐射方向,则极角从z轴量起,方位角在xy面内逆时针量到球半径矢量的投影。
但大多数天线方向图都是对称的,而且三维测量会带来系统成本上的增加,因此可以采用测量天线主瓣轴线的正交的大圆截割面即E-面截割和H-面截割来体现。
本系统选择了截面进行了天线方向图测量,基本步骤是将一架发射的或接收的源天线放在相对待测天线等距离的不同位置上,通过原地旋转被测天线,利用频谱分析仪不断测量接收信号平均功率强度,以采集大量方向图取样值,最后通过计算作图得到天线相对功率二维截面方向图。
2 系统组成测试系统由发射接收系统和电机控制系统组成,如图2所示,发射接收系统主要完成1.397GHz信号的产生与发射,和对接收信号的放大、滤波、混频等;转台滑台的电机控制系统包括转台及其控制步进电机、步进电机控制电路。
2.1发射接收机设计本文采用集总参数元件和分布参数元件及MMIC、RFIC、分立元件混合方法设计了一对调频小功率1.3GHz超高频接收机发射机,总设计框图如图3所示。
发射机由以下几部分组成:压控振荡器、调制电路、输出放大器、天线匹配网络及发射天线。
压控振荡器是采用NEC公司的微波晶体管2SC3358作为振荡器,特殊处理的同轴谐振器做选频器件,整个谐振器制作于一块相对介电常数为r的陶瓷长方体上,图中灰色部分。
整个陶瓷表面电镀一层0.2mm厚的银箔构成外导体,图4中斜线部分。
其中心有一直径为d的通孔,并用银箔填充,用做内电极。
W<<1/4,则终端短路的同轴线可以等效为一L,C并联电路,dw用于微调谐振频率。
天线第十四讲-天线测量
在远场区，方向图与距离无关：
South China University of Technology
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
方向图的近场扫描测量：
近场测量原理：
依据等效原理，天线的辐射场可以由包围天线的闭合面上
South China University of Technology
South China University of Technology
反射率电平：各种反射场与直射场的比值，一般要求 小于-40dB，对于低副瓣天线测量要求-60~-70dB
交叉极化：电磁波传输过程中与原极化分量正交的分 量电平，一般小于-25dB
多路损耗均匀性：不同路径和极化的电磁波传输的损 耗 静区场强均匀性：纵向2dB，横向正负0.25dB
G2 4p R
G1
Pr APt
R
G2
G1 AG2
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
14.6 交叉极化和轴比测量
交叉极化测量：分别同极化天线和正交极化天线
天线方向图的测试(功率测试法)
天线方向图的测试
实验成绩指导老师签名
【实验目的】
(1)了解八木天线的基本原理
(2)了解天线方向图的基本原理。
(3)用功率测量法测试天线方向图以了解天线的辐射特性。
【实验使用仪器与材料】
(1)HD-CB-V 电磁场电磁波数字智能实训平台
(2)八木天线
(3)电磁波传输电缆
【实验原理】
八木天线的概念：由一个有源半波振子，一个或若干个无源反射器和一个或若干个无源引向器组成的线形端射天线。
八木天线有很好的方向性，较偶极天线有高的增益。
用它来测向、远距离通信效果特别好。
方向图是表征表示场强对方位角变化的极性图形，在本实验中，接收端用功率计来测量接收天线的辐射特性。
连接示意图：
【实验步骤】
首先将八木天线分别固定到支架上，平放至标尺上，距离保持在1米以上。
(一)发射端
1.将八木天线固定在发射支架上。
2.将“输出口2”连接至发射的八木天线。
3.电磁波经定向八木天线向空间发射。
(二)接收端
1.接收端天线连接至“功率频率检测”，测量接收功率。
2.调节发射与接收天线距离，使其满足远场条件。
3.将两根天线正对保持0度。
4.记录下天线的接收功率值。
5.转动接收天线，变换接收天线角度，记录下天线接收功率值。
极化SAR串扰定标和方位向天线方向图在轨测量方法研究的开题报告
极化SAR串扰定标和方位向天线方向图在轨测量方法研究的开题报告一、项目背景和研究意义合成孔径雷达（SAR）在军事、民用等领域有广泛应用，在一些高端应用领域其应用越来越广泛。
常常需要对SAR的性能进行定标和研究，其中极化SAR串扰定标和方位向天线方向图的研究是SAR测量中的重点之一，对SAR应用性能起着关键的作用。
因此，本文研究极化SAR串扰定标和方位向天线方向图的在轨测量方法，为SAR应用提供新的思路和技术手段，具有重要意义。
二、研究内容和目标本文将研究极化SAR串扰定标和方位向天线方向图的在轨测量方法。
具体研究内容包括：1）极化SAR串扰定标原理及其在轨测量方法的研究；2）方位向天线方向图的测量方法及其应用分析。
通过研究，本文旨在实现SAR性能的可靠测量和精确研究，提高SAR应用的准确性和可靠性。
三、研究方法和技术路线本文将采用文献资料法、实验研究法、数学模型法等综合方法开展研究。
具体技术路线包括：1）收集SAR的技术文献和SAR应用案例，对SAR的探测机理和应用场景进行分析和总结；2）通过对极化SAR串扰定标原理进行研究，提出在轨测量方法并进行实验验证；3）对方位向天线方向图的测量方法进行研究，综合分析其应用价值及影响因素。
四、预期成果和应用前景本文将通过对SAR串扰定标和方位向天线方向图的研究，提出在轨测量方法，并进行实验验证。
预计将获得以下成果：1）掌握极化SAR串扰定标的原理及其在轨测量方法；2）掌握方位向天线方向图的测量方法及其应用分析；3）提出更加准确可靠的SAR性能测量方法及研究思路；4）开发SAR性能测量和研究的新技术手段与方案。
本研究成果将为SAR应用提供新的思路和技术手段，提高SAR应用的准确性和可靠性。
具有广阔的应用前景和经济效益。
影响天线方向图测量有关因素分析
影响天线方向图测量有关因素分析Analyz ing Relative Factors on Antenna Radiation Pattern Measurement t田晓霞Tian Xiaoxia=作者简介>田晓霞,女,工程师。
工作单位:中国电子科技集团三十九研究所。
通讯地址:710065西安市电子二路84#信箱32分箱。
=摘要>本文着重讨论测试设备及相关因素对天线方向图测量的影响并提出改进措施。
=关键词>方向图旁瓣特性频谱仪=收稿时间>2004-06-071.引言天线方向图测量的目的是测定或检验天线的辐射特性。
天线的波束宽度、天线增益、天线旁瓣特性等多项技术指标由天线方向图确定。
可见天线方向图是天线的重要指标,国际电工委员会将它定为天线入网测试的主要指标之一。
由于天线方向图测量是系统工程,在天线测量过程中要尽可能排除内外界因素的不良影响,准确地测量天线方向图。
外界因素主要指测试环境:天线附近有无同频干扰源,天线正前方有无高大建筑物遮挡,是否满足远场测试条件(R\2D2/K,D为待测天线直径,K为工作频率)等。
内因指测量系统:测试设备是否精确,测试方法是否合理等。
本文主要讨论内因对天线方向图测量的影响。
2.测量系统构成天线方向图测量系统主要由源天线、扫频信号源、被测天线、ACU/ ADU(天线控制驱动单元)、LNA(低噪声放大器)、频谱仪、绘图仪和低耗同轴电缆线等构成。
测量系统方框如图1所示。
由系统框图可以看出,测量系统由多个单元组成,而频谱仪和驱动单元是方向图测量的主要设备。
图1用信标塔法测试天线方向图框图天线方向图是空间角度的函数,并用F(H,7)函数表征。
由于天线方向图是立体的,在实际测量中,常把方向性函数F(H,7)中的一个变量固定,就可以测量某一截面的天线方向图。
通常测量天线的方位方向图和俯仰方向图。
根据测得的天线方向图,利用式(1)计算天线波束宽度,利用式(2)计算天线增益。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电磁场与电磁波实验报告实验内容：天线方向图的测量学院：电子工程学院班级：2010211207姓名：林铭雯学号：10210880（21）一、实验目的1．了解天线的基本工作原理。
2．绘制并理解天线方向图。
3．根据方向图研究天线的辐射特性。
4、通过对不同材质的天线的方向图的研究，探究其中的练习与规律。
二、实验原理1、天线的原理天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。
任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。
但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。
要能够有效地辐射或者接收电磁波，天线在结构和形式上必须满足一定的要求。
图B1-1给出由高频开路平行双导线传输线演变为天线的过程。
开始时，平行双导线传输线之间的电场呈现驻波分布，如图B3-1a 。
在两根互相平行的导线上，电流方向相反，线间距离又远远小于波长，它们所激发的电磁场在两线外部的大部分空间由于相位相反而互相抵消。
如果将两线末端逐渐张开，如图B3-1b 所示，那么在某些方向上，两导线产生的电磁场就不能抵消，辐射将会逐渐增强。
当两线完全张开时，如图B3-1c 所示，张开的两臂上电流方向相同，它们在周围空间激发的电磁场只在一定方向由于相位关系而互相抵消，在大部分方向则互相叠加，使辐射显著增强。
这样的结构被称为开放式结构。
由末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线，是最简单的一种天线。
天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中图1 传输线演变为天线a.发射机c.b.必须进行能量的转换。
图B3-2是进行无线电通信时，从发射机到接收机信号通路的简单方框图。
在发射端，发射机产生的已调制的高频震荡电流经馈电设备传输到发射天线，发射天线将高频电流转变成无线电波——自由电磁波向周围空间辐射；在接受端，无线电波通过接收天线转变成高频电流经馈电设备传送到接收机。
从上述过程可以看出，天线除了能有效地辐射或者接收无线电波外，还能完成高频电流到同频率无线电波的转换，或者完成无线电波到同频率的高频电流的转换。
所以，天线还是一个能量转换器。
研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。
我们知道电磁场满足麦克斯韦（Maxwell ）方程组。
因此，求解天线问题实质上是求解满足一定边界条件的电磁场方程，它的理论基础是电磁场理论。
2、天线的分类天线的形式很多，为了便于研究，可以根据不同情况进行分类。
按用途分类，有发射天线，接收天线和收发公用天线。
按使用范围分类，有通信天线，雷达天线，导航天线，测向天线，广播天线，电视天线等。
按馈电方式分类，有对称天线，不对称天线。
按使用波段分类，有长波、超长波天线，中波天线，短波天线，超短波天线和微波天线。
按天线外形分类，有T 形天线，V 形天线，菱形天线，鱼骨形天线，环形天线，螺旋天线，喇叭天线，反射面天线等等。
从便于分析和研究天线的性能出发，可以将大部分天线按其结构形式分为两大类：一类是由半径远小于波长的金属导线构成的线状天线——称为线天线，另一类是用尺寸大于波长的金属或介质面构成的面状天线——称为面天线。
线天线主要用于长、中、短波波段，面天线主要用于微波波段，超短波波段则两者兼用。
图2 无线电通信系统中的信号通道简单方框图发射天线接收天线传播电磁波线天线和面天线的基本辐射原理是相同的，但分析方法则有所不同。
3、天线的辐射方向图研究天线主要是得到天线的相关特性，天线特性一般由电路特性和辐射特性两个方面表征。
电路特性包括天线的输入阻抗、效率、频率宽度和匹配程度等；辐射特性包括方向图、增益、极化、相位等，为了达到最佳的通信效果，要求天线必须具备一定的方向性，较高的转换效率，以及满足系统工作的频带宽度。
根据无线电技术设备的任务不同，常常要求天线不是向所有方向均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接受能力），而是只向某个特定的区域辐射（或只接受来自特定区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是说，要求天线具有方向性。
如果天线没有方向性，对发射天线来说，它说辐射的功率中只有很少一部分到达所需要的方向，大部分功率浪费在不需要的方向上；对接收天线来说，在接受到所需要的信号同时，还接收到来自其它方向的干扰和噪声，甚至使信号完全淹没在干扰和噪声中。
因此，一副好的天线，在有效地辐射或接收无线电波的同时，还应该具有为完成某种任务而要求的方向特性。
天线所辐射的无线电波能量在空间方向上的分布，通常是不均匀的，这就是天线的方向性。
即使最简单的天线也有方向性，完全没有方向性的天线实际上不存在。
为了表示天线的方向特性，人们规定了几种方向性电参数，其中一个就是辐射方向图。
天线方向图是指与天线等距离处，天线辐射参量在空间中的相对分布随方向变化的图形。
所谓辐射参量包括辐射的功率通量密度、场强、相位和极化等。
实际应用中，我们最关心的是天线辐射能量的空间分布，在没有特别指明的情况下，辐射方向图一般均指功率通量密度的空间分布。
方向图还可以用分贝（dB）表示，功率方向图用分贝表示后就称为分贝方向图，它表示某方向的功率通量密度相对于最大值下降的分贝数。
天线某方向的分贝数的计算方法见公式P为最大功率通量密度。
绘制方（B3-1），其中P为某方向的功率通量密度，max向图可以采用极坐标，也可以采用直角坐标。
极坐标方向图形象、直观，但对于方向性强的天线难于精确表示；直角坐标方向图虽然没有极坐标方向图形象、直观，但更容易从中计算描述天线方向性的诸多参数。
max()10lg ()P p dB dB P =⨯（B3-1） 通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数。
用来描述天线方向图的参数通常有主方向角、主瓣宽度、半功率角、副瓣宽度、副瓣电平等。
图B3-3是极坐标下天线方向图的一般形状。
方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，副瓣中最大的为第一副瓣。
下面我们列举出可由天线方向图得到的天线参数：(1) 主方向角。
指主瓣最大值对应的角度；(2) 主瓣宽度。
也称零功率点波瓣宽度（Beam Width between FirstNulls, BWFN ）,指主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角，即02θ。
主瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强；(3) 半功率角。
也称半功率点波瓣宽度（Half Power Beam Width,HPBW ）,指主瓣最大值两边功率密度等于最大值的0.5倍的两辐射方向之间的夹角，又叫3分贝波束宽度（将功率密度转化成分贝数后，会发现功率密度变成最大功率密度1/2的地方对应的分贝数比最大功率处小3dB （-3dB=10*lg<1/2>dB ），即0.52θ；(4) 副瓣宽度。
指第一副瓣两边两个零辐射方向之间的夹角；(5) 副瓣电平（Side Lobe Lever, SLL ）。
指副瓣最大值与主瓣最大值之比，一般也以分贝表示，见公式（B3-2），其中：max 2P 和max P 分别为最大副瓣核主瓣的功率密度最大值。
图3 极坐标下天线方向图一般形状第一副瓣max 2max10lg()P SLL dB P =⨯（B3-2） 三、实验装置本实验装置主要包含以下几个主要部件：1． 主控器2． 发射器3． 接收器四、实验过程图5是测量通过天线相位中心各平面内的方向图的方案之一。
图中天线1为被测天线，与信号发生器相连用作发射,它装在旋转平台上能作360°转动；天线2为辅助天线，它与电场强度计相连以便测得离被测天线一定距离处的场强。
图5天线方向图测量方案两天线的极化特性要求相同，为了近似满足远场条件，两天线间的距离应满足 ,式中λ为测试工作波长；r 和D 的意义见图1。
当转动被测天线1时，可在天线2处测得以转动角θ表示的函数的电场强度E(θ)，于是就可画出转动平面内的天线 1的方向图。
若把天线任意倾斜安装，则可测得任意面内的方向图。
此外，也可固定被测天线1，而把辅助天线2沿以被测天图4 天线实训系统设备示意图线为中心,距离r为半径的圆周运动，同样可以测得天线的方向图。
若把收发条件互换，即把被测天线用作接收，辅助天线用作发射，最终测得的天线方向图并无变化，这是符合天线互易定理的。
五、实验数据及分析1、实验结果图旁瓣宽度-3.0db : 31.02-6.0db : 44.01-10.0db : 57.02-15.0db : 220.012、相关天线参数：最大角度：359.89°最大幅度：-27.873、误差分析引起误差的原因可能为：1）、测量设备的影响在应用频谱仪测量天线方向图时应注意以下两点：(1)要有足够的动态范围通过实验证明，改善动态范围通常有以下几种途径：①提高信号源的发射功率。
②在频谱仪前加低噪声放大器，用来放大待测天线接收机的小信号。
③合理地设置频谱仪状态，采用压窄分辨带宽法和减小频谱仪输入射频衰减法。
④尽可能选用灵敏度高的频谱仪。
(2)频谱仪各参数的设置要合理2）、电缆受挤压，接头或转换器之间松动接头不匹配都可能影响测量结果，尽可能选用性能好的同轴电缆线。
3）、信号源输出功率不稳定容易引起接收信号突跳。
六、实验中遇到的问题为什么测量的结果与理论方向的方向图不一致？答：原因有二，一是测试仪器和设备存在系统误差，二是在实际空间中还存在很多电磁干扰。
七、实验心得这个实验是电磁场与电磁波的最后一个实验，整个实验过程由老师操作我们观察，由于实验内容较为有趣，课后我通过网络对实验原理进行了了解，加深了对天线本身性质的认识。
希望以后如果有机会可以更加深入地了解天线的工作以及与之相关的工程方面的知识。
本学期的电磁场与电磁波的测量实验就这样结束了，在这8周的时间内，我学到了不少的知识，不仅仅对于电磁场的理论知识有了更深入更立体的理解，更让我的动手能力有了一定的提高，学习到的都是书本以外与实际生活息息相关的技能，这也许就是学校之所以要开设实验课的目的。
虽然实验是结束了，但是学习生涯是不会结束的，俗话说，实践是检验真理的唯一标准。
在以后的学习中，我会将所学习到的技能用于实际生活中，这样才是学以致用。
最后，很感谢老师的指导与讲解，让我受益匪浅。