天线测量第一章

1
4
s Es
exp( jkrop ) rsp
[
jk

(
jk

1 rsp
) cos(n, rsp
)]ds
式中
z
Βιβλιοθήκη Baidu
Ep：观察点P处的场 Es：天线孔径面上的场 rsp ：源点ps到场点p的距离 S：天线孔径面积 k：自由空间波数 ds：单元面积 cos(n,rsp)：是孔径面法线与矢径rsp之间夹角的余弦
jk[(xs sin cos

ys sin sin )
xs
2
2r
ys
2
]ds
E p
j e jkr (1 cos ) 2r
Es
exp( jk
xs2

y
2 s
2r
)ds
（辐射近场区）
E p

e jkr j
2r
(1 cos )
E e ds jk ( xs sin cos ys sin sin )
天线周围的场区分布
感应场区
辐射近场区
辐射元场区
D
2D2
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 2D2

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：
当把重其要长性：度验缩证短理（论分３析～计５算）或％仿真时模，拟就是可否以正确消；除已其定中型的天线电批抗量分生量产， 使（只中 定 测 1天标是9，期量98线称对需检更年的点▪交要查是7615月抽其必输频通9欧39样性不入而日事8）检能可年，阻言故测是少。德6抗的。天否。月国注为。一线下3艾意日参降纯列舍，数 ；，电德高是 特严德高阻速否 别格速国，列合 是列的发此车格 研车说生； 制时脱脱，已 一了的轨轨在 种纯战事输，现 新电故后入造场 天中阻最阻成使 线的性惨用 时抗1车0的日，重为轮0久天天多的轮Z的线线i缘人一n天参疲=输遇起线数劳7入难铁3，的断.1阻。需实路口(要验抗欧) ,
U
C(t)
t
cos
t
2 dt
02
U D1
S(t) t sin t 2dt
0
D2
2
式中：
2r
2r
矩形孔径沿x方向的边长 矩形孔径沿y方向的边长
圆形孔径相对误差
k D2
sin
8r
E 1 kD2
8r
圆孔径的直径
辐射近场区测量天线的误差分析
增益系数G矩形孔径相对误差
– 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
x rsp
ds
0
s
y
孔径天线所产生场的表达式：
p
p

ss
E p

j e jkr
2r
(1 cos )
sEs ds
（辐射远场区）
在辐射近场区内测量相对误差为

1
E p 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

1
E p Ep
1
sEs
exp(
jk
x
2 x

y
2 s
2r
ds
sEsds
设孔径场Es 常数

ys sin sin )
xs2 ys2 2r
p

j
e jkr 2r
(1 cos )
sEs
exp
jk[(xs
s in
cos

ys
s in
sin)
xs
2
2r
ys
2
]
ds
•随距离r的增加，场的振幅按1/r的关系非单调衰减，而是先震荡地变化，然后单调地下降
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
rsp

r
(xs
s in
cos

ys
s in
sin)
xs2 ys2 2r
轴线方向 0
rsp
r xs2 ys2 2r
r
p

j
e jkr 2r
(1 cos )
sEs exp
2r 的关系
G
100 50
10.0 5.0
1.0 0.5
0.1 0.05
圆孔径 方孔径
D' / D 0.8 D' / D 0.6 D' / D 0.5
线天线
D / 2r
0.1
0.5
1.0
1.5
增益相对误差 E与 D / 2r 的关系
发射和接收天线的互易性
天线1 天线2
U1
I21
E p

j e jkr
2r
(1 cos )
E e ds jk ( xs sin cos ys sin sin )
ss
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1/r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。
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
天科分线支输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。
输电必抗天天主 电入抗须为线线要路阻分使纯特特系它抗量电电效性性统的抗具阻参参是率的存分有。数数指（可在量电事主输以会尽阻实天要入分减可分上线阻为特少能量 ，抗两性辐天为即、大Ri参效类线零n使射和率：数从，是出﹑电馈也设频去抗线就计带分对是、的宽量度信应调功﹑X号尽试i驻率n功可得，波率能很（比即的使好等即Z）提天的in有取线天= R，的线效in因输，地+ 此入其j X，阻输in 。 入输子转 功辐 天 其阻入是换功射线他抗阻最特测特中抗重电率性量性总与要参的参磁之还天的任数数波比（务，含线基如方就有的本部。最向是一结天大分是图 用个构线承实﹑的 恒受小、验增，功方益的尺功 小其率法﹑电寸输率 于、测极抗以抗入定化1）分及风阻和﹑的强量工和检相抗数度验位值作为输、天等。波值工Z线）入i长n作。的=有到温这7度关3些天.、1特，＋寿线性半命ｊ参波的等4数2对。。有.5称(欧振) 。
E
1
8r

kD2 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
10.0
5.0
D' / D 0.8
孔径窄边的长度
1.0
D' / D 0.6
0.5
D' / D 0.5
0.1 0.05
线天线
D / 2r
0.1
0.5
1.0
1.5
场强相对误差 E 与 D / D' 孔径窄边的长度 D 孔径宽边的长度
测试对象
天线电性能主要参数
电路特性参数
辐射特性参数
驻波比
增益
三阶交调
半功率波束宽度
隔离度(多端口天线) 幅相一致性(智能天线) 有源驻波比(智能天线)
圆度(全向天线) 副瓣抑制(赋形) 零点填充(赋形)
前后比 交叉极化鉴别率
电下倾角精度
环境实验
天线环境试验项目
高/低温试验 湿热
正弦振动 跌落滚翻 模拟汽车运输
天各线参，数船特舶性天，线然等后），通再过据缩此尺制模作型出技实术际有使利用于的了真解实
天线特性；
全尺寸天线。
√ 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。
缩尺模型技术
真实天线F（ ） x E j H
•场振幅的相对角分布与离天线的距离有关，亦即在不同的距离处天线的方向图是不同的
孔径天线产生的场——辐射近场区
2D2
天 线 口 径 面
辐射近区场
辐射远区场
辐射近场区方向图的变化
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 。
天线测量
方向图测 量
增益测量
极化测量
近场测量 技术
阻抗测量
天体源测 量技术
测量概论
天线 测量
测试场的 设计与鉴
定
chenbo@UESTC.edu.cn Tel: (028) 6183-0171 ROOM:C201
天线测量第一章
天线周围 的场区分
布
发射和接 收天线的 互易性
缩尺模型 技术
引言
概论
地面影响 考虑
exp( jk
x
2 s

y
2 s
ds
E 1 s
2r s
辐射近场区测量天线的误差分析
矩形孔径相对误差
E
1
1 D1D2
D1 / 2 exp
D1 / 2
jk
xs 2 2r
dxs
D2 / 2 exp
D2 / 2
jk
ys 2 2r
dys
1 C(U ) jS(U ) C() jS()
x mF x, z mF z, y mF y
m m mH mF H
m
H


m
m m
mF


j
m m m mF mH


，
缩尺模型技术
模型天线和真实天线 都放于自由空间中
模型天线与真实天线
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
s Es
exp( jkrop ) [ rsp
y
z H ( j )E
m m mF mH 1 mE
m m mF mE 1 mH
m mF m 1 mH
模型天线M（ ）
x'
E jH
y'
z' H ( j )E
H mH H ,E mE E, m , m , m , m
E
1
C(U ) jS(U ) C()
U

jS()
2
式中：
C(t) t cos t 2dt 02
U D1
2r
S(t) t sin t 2dt
0
D2
2
2r
矩形孔径沿x方向的边长 矩形孔径沿y方向的边长
增益系数G圆形孔径相对误差
sin 2 kD2
jk

(
jk

1 rsp
) cos(n, rsp )]ds
做如下近似
0
s y
z •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 (xs
sin cos
冲水
盐雾 冲击 碰撞 风载/冰负荷
天线周围的场区分布
感应场区 λ/2π
辐射场区
• 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.
I12
U2
U1 U2 I12 I 21
天线1 源
天线2 指示器
观察圆
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
缩定缩天的尺尺线缩模模 按尺型型 一比技技 定例术缩是术 的小指是 缩（在指 尺或满在 比放足满 例大一足 缩）定一 小成前便提定 （于条前 或测件提放试下条大的，件）模将下成型真，便天实线天将于，线真测通按实试过一 对的模模型型天天线线的测，量通，过便对可模得型到天真实线天的线测的量各，参便数可特性得，到然真后 ，实再天据线此的制各作出参实数际特使性用，的然真后实全，尺再寸据天此线制。作出实际使
用的真实全尺寸天线。
优点
√ 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
√技便术于是在指不在太满大足的一测定试前场提地条上件进下行，天将线真多实种天性线能按的一
测定试的；缩尺比例缩小（或放大）成便于测试的模型天
√线有，些通真过实对天模线型特天性线现的场测测量试，困便难可（得如到机真载实﹑天星线载的
孔径天线产生的场——辐射远场区
由于这个区域离开天线的孔径更远，
将 rsp

r
(xs
s in
cos

ys
s in
sin)
xs2 ys2 2r
进一步简化为
rsp r (xs sin cos ys 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