天線(xiàn)參量測量

　　天線(xiàn)方向圖的測量　圖1是測量通過(guò)天線(xiàn)相位中心各平面內的方向圖的方案之一。圖中天線(xiàn)1為被測天線(xiàn)，與信號發(fā)生器相連用作發(fā)射,它裝在旋轉平臺上能作360°轉動(dòng)；天線(xiàn)2為輔助天線(xiàn)，它與電場(chǎng)強度計相連以便測得離被測天線(xiàn)一定距離處的場(chǎng)強。兩天線(xiàn)的極化特性要求相同，為了近似滿(mǎn)足遠場(chǎng)條件，兩天線(xiàn)間的距離應滿(mǎn)足,式中λ為測試工作波長(cháng)；r和D的意義見(jiàn)圖1。當轉動(dòng)被測天線(xiàn)1時(shí)，可在天線(xiàn)2處測得以轉動(dòng)角θ表示的函數的電場(chǎng)強度E(θ)，于是就可畫(huà)出轉動(dòng)平面內的天線(xiàn) 1的方向圖。若被測天線(xiàn)為半波天線(xiàn)，它的子午面內的方向圖如圖2a，當把天線(xiàn)轉動(dòng)90°使之垂直于轉動(dòng)平面時(shí),可測得赤道面內的方向圖(圖2b)。若把天線(xiàn)任意傾斜安裝，則可測得任意面內的方向圖。此外，也可固定被測天線(xiàn)1，而把輔助天線(xiàn)2沿以被測天線(xiàn)為中心,距離r為半徑的圓周運動(dòng)，同樣可以測得天線(xiàn)的方向圖。若把收發(fā)條件互換，即把被測天線(xiàn)用作接收，輔助天線(xiàn)用作發(fā)射，最終測得的天線(xiàn)方向圖并無(wú)變化，這是符合天線(xiàn)互易定理的。

　　天線(xiàn)輸入阻抗的測量　天線(xiàn)輸入阻抗是從天線(xiàn)的輸入端向天線(xiàn)看去的阻抗，從原則上說(shuō)，所有測量阻抗的方法都可以用來(lái)測量天線(xiàn)的輸入阻抗。但實(shí)際上，常用的方法是電橋法和測量線(xiàn)法。前者常用于短波以下，后者常用于超短波以上的天線(xiàn)。
　　天線(xiàn)輸入阻抗的電橋法測量如圖3。圖中的信號發(fā)生器產(chǎn)生所需頻率的電壓，把它加到電橋的一個(gè)對角線(xiàn)上，在另一對角線(xiàn)上接高頻微伏電壓表作平衡指示器。電橋由四個(gè)阻抗構成，其中Z1和Z2為固定阻抗，Z3為可變阻抗,Zx為被測天線(xiàn)的輸入阻抗，即把天線(xiàn)的輸入端作為電橋的一個(gè)臂。調節可變阻抗使平衡指示器的讀數為零，表示電橋已達到平衡，根據電橋平衡條件就可計算出

　　可以按照圖4用測量線(xiàn)法測量天線(xiàn)的輸入阻抗。圖中的測量線(xiàn)是一段（長(cháng)度應大于半波長(cháng)）帶有可移動(dòng)場(chǎng)強指示器的傳輸線(xiàn)，測量線(xiàn)的一端連接信號發(fā)生器，發(fā)生器調到所需的頻率，測量線(xiàn)的另一端連接被測天線(xiàn)。通過(guò)測量沿測量線(xiàn)上的電壓(電場(chǎng))分布(圖4)，就可以用下式算出被測天線(xiàn)的輸入阻抗Zx

式中ZC為測量線(xiàn)的特性阻抗；K為行波系統，　　　　　　　　　　　　　　　　　，λ為工作波長(cháng)；z0為第一個(gè)電壓波節至被測阻抗連接點(diǎn)的距離。

　　用測量線(xiàn)法測阻抗時(shí)，根據測得的數據計算待測阻抗值是一件費時(shí)的工作，尤其由于天線(xiàn)的輸入阻抗是隨工作頻率而變化的，所以當需要在眾多的頻率點(diǎn)上測量天線(xiàn)的輸入阻抗時(shí)，工作量將大為增加。但若用圓圖來(lái)計算待測阻抗或用自動(dòng)掃頻阻抗測量?jì)x，則可大大減少測量天線(xiàn)輸入阻抗的工作量。
　　天線(xiàn)增益系數的測量　天線(xiàn)增益系數的測量常用絕對法和比較法?？砂磮D5用絕對法測天線(xiàn)的增益系數。首先用功率計和場(chǎng)強計分別測出待測天線(xiàn)的輸入功率和足夠遠距離r處的電場(chǎng)強度，然后用下式求得該天線(xiàn)的增益系數：

或

式中E為距離r處最大輻射方向的電場(chǎng)強度;P為輸入功率。
　　可按圖6用比較法測天線(xiàn)的增益系數。信號發(fā)生器的輸出經(jīng)匹配器先接到被測天線(xiàn)，此時(shí)場(chǎng)強計在距離r處測得電場(chǎng)強度為E1;然后用已知增益為G′倍的標準天線(xiàn)替換被測天線(xiàn)，并重新調整匹配，由場(chǎng)強計測得電場(chǎng)強度為E2。再用下式即可算出被測天線(xiàn)的增益系數G：

　　　或

　　模擬測量　在實(shí)驗室內進(jìn)行天線(xiàn)參量的測量時(shí)要求被測天線(xiàn)有一個(gè)“合適”的尺寸。實(shí)用天線(xiàn)的尺寸大小懸殊，大的達幾百米以上，而小的只有幾個(gè)毫米。為便于測量，可在適當頻率上測量縮小或放大了的模型。此時(shí)需要先設計好模型天線(xiàn)，使它的參量和實(shí)際天線(xiàn)的相同。這就是天線(xiàn)的模擬測量。
　　在自由空間條件下，制作線(xiàn)度因子為Kd的模型天線(xiàn)（即模型天線(xiàn)的尺寸等于實(shí)際天線(xiàn)的尺寸除以Kd），在測量時(shí)應滿(mǎn)足下列條件：工作頻率f2=Kd·f1,模型天線(xiàn)的電導率σ2=Kd·σ1,此處f1和σ1表示實(shí)際天線(xiàn)的工作頻率和電導率。
　　在實(shí)際天線(xiàn)的模擬測量中，往往只能滿(mǎn)足上述第一個(gè)條件，而滿(mǎn)足不了第二個(gè)條件，但這對于大多數高效率的天線(xiàn)，不會(huì )引入太大的誤差。
　　近場(chǎng)測量　對于射電天文、雷達設備等應用的大口徑天線(xiàn)，測量時(shí)很難滿(mǎn)足所需的最小距離。如天線(xiàn)口徑 100米，工作波長(cháng)10厘米，測試距離，這樣大的測試場(chǎng)地事實(shí)上是無(wú)法辦到的。還由于地球表面曲率的影響,為使電磁波不為球形地球表面所遮擋,收發(fā)天線(xiàn)的高度也將達到不現實(shí)的程度。對這樣的大天線(xiàn)，其參量的測量通常有兩種方法，即利用射電星的測量技術(shù)和近場(chǎng)測量技術(shù)。
　　射電星測量技術(shù)就是利用輻射穩定的射電星作為發(fā)射源，被測天線(xiàn)用于接收。這樣就可保證收發(fā)間距離遠大于最小測試距離。
　　近場(chǎng)測量技術(shù)是在天線(xiàn)附近（距天線(xiàn)表面僅幾個(gè)焦距的距離范圍內）測量遠區的天線(xiàn)參量。近場(chǎng)測量技術(shù)包括縮距法、聚焦法和外推解析法。
　?、佟】s距法：利用特定的信號發(fā)射天線(xiàn)，使收發(fā)天線(xiàn)之間的距離減少后，仍能保證發(fā)射天線(xiàn)在接收天線(xiàn)口徑處產(chǎn)生如同遠距離時(shí)一樣的平面波。一般的發(fā)射天線(xiàn)在其附近產(chǎn)生的是球面波。為把球面波校正為平面波，可用附加的透鏡或拋物面反射器等。
　?、凇【劢狗ǎ赫{整被測天線(xiàn)，使如拋物面反射器天線(xiàn)、透鏡天線(xiàn)、相控陣天線(xiàn)等有聚焦特性的天線(xiàn)，原來(lái)對無(wú)窮遠處的聚焦改變?yōu)榫劢褂诮鼒?chǎng)區（幾個(gè)焦距或幾十個(gè)波長(cháng)的距離內），然后在焦區測取其方向圖。使天線(xiàn)聚焦于近場(chǎng)區的方法是：對拋物面反射器天線(xiàn)可把饋源從焦點(diǎn)沿軸外移一小段距離；對透鏡天線(xiàn)可把饋源安裝在一個(gè)焦距到兩個(gè)焦距的范圍內；對相控陣天線(xiàn)則可通過(guò)適當調整其移相器而達到。
　?、邸⊥馔平馕龇ǎ合葴y得天線(xiàn)口徑上的場(chǎng)分布或天線(xiàn)導體表面上的電流分布，然后用解析的方法算出遠區場(chǎng)分布，即天線(xiàn)的遠區方向圖。
　　微波暗室　在普通實(shí)驗室內進(jìn)行天線(xiàn)參量的測量時(shí)，周?chē)h(huán)境使電磁波產(chǎn)生反射、散射和繞射等現象，這些反射、散射和繞射場(chǎng)對測量場(chǎng)的“干擾”導致測量精度的下降，這對方向圖的零值深度和副瓣等微弱場(chǎng)的測量，影響尤為嚴重。建立微波暗室可以解決這個(gè)問(wèn)題。微波暗室就是周?chē)惭b微波吸收材料的實(shí)驗室。暗室不但用于天線(xiàn)測量，還可用于目標散射場(chǎng)和繞射場(chǎng)等弱場(chǎng)強的測量。使用暗室除能減弱干擾場(chǎng)因而提高測量精度外，還能保證有一個(gè)保密的、全天候的測量環(huán)境。從1953年建立第一個(gè)微波暗室以來(lái)，暗室的技術(shù)指標已有很大的改進(jìn)。
　　起初，暗室采用平板型吸收材料，這種材料的吸收頻帶較窄?，F代寬帶微波暗室大多使用錐形或楔形吸收材料。一個(gè)設計良好的微波暗室，在測量區內的干擾場(chǎng)可以做到-40分貝以下。