天線參量測量

天線參量是描述天線特徵的量，可用實驗的方法測定。 天線參量測量天線輸入阻抗的測量 可以按照圖4用測量線法測量天線的輸入阻抗。

天線參量測量

正文

天線參量是描述天線特徵的量，可用實驗的方法測定。天線參量的測量（簡稱為天線測量）是設計天線和調整天線的重要手段。因為天線的特徵是多方面的，所以一個天線有很多個參量（見天線特性參量、天線方向性、天線阻抗）。在這些參量中，大多數情況下要著重測量的是方向圖、輸入阻抗和增益。
天線方向圖的測量　圖1是測量通過天線相位中心各平面內的方向圖的方案之一。圖中天線1為被測天線，與信號發生器相連用作發射,它裝在鏇轉平台上能作360°轉動；天線2為輔助天線，它與電場強度計相連以便測得離被測天線一定距離處的場強。兩天線的極化特性要求相同，為了近似滿足遠場條件，兩天線間的距離應滿足,式中λ為測試工作波長；r和D的意義見圖1。當轉動被測天線1時，可在天線2處測得以轉動角θ表示的函式的電場強度E(θ)，於是就可畫出轉動平面內的天線 1的方向圖。若被測天線為半波天線，它的子午面內的方向圖如圖2a，當把天線轉動90°使之垂直於轉動平面時,可測得赤道面內的方向圖(圖2b)。若把天線任意傾斜安裝，則可測得任意面內的方向圖。此外，也可固定被測天線1，而把輔助天線2沿以被測天線為中心,距離r為半徑的圓周運動，同樣可以測得天線的方向圖。若把收發條件互換，即把被測天線用作接收，輔助天線用作發射，最終測得的天線方向圖並無變化，這是符合天線互易定理的。

天線參量測量

天線參量測量

天線輸入阻抗的測量　天線輸入阻抗是從天線的輸入端向天線看去的阻抗，從原則上說，所有測量阻抗的方法都可以用來測量天線的輸入阻抗。但實際上，常用的方法是電橋法和測量線法。前者常用於短波以下，後者常用於超短波以上的天線。
天線輸入阻抗的電橋法測量如圖3。圖中的信號發生器產生所需頻率的電壓，把它加到電橋的一個對角線上，在另一對角線上接高頻微伏電壓表作平衡指示器。電橋由四個阻抗構成，其中Z1和Z2為固定阻抗，Z3為可變阻抗,Zx為被測天線的輸入阻抗，即把天線的輸入端作為電橋的一個臂。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

天線參量測量

可以按照圖4用測量線法測量天線的輸入阻抗。圖中的測量線是一段（長度應大於半波長）帶有可移動場強指示器的傳輸線，測量線的一端連線信號發生器，發生器調到所需的頻率，測量線的另一端連線被測天線。通過測量沿測量線上的電壓(電場)分布(圖4)，就可以用下式算出被測天線的輸入阻抗Zx

　 式中ZC為測量線的特性阻抗；K為行波系統，　 ，λ為工作波長；z0為第一個電壓波節至被測阻抗連線點的距離。

天線參量測量

用測量線法測阻抗時，根據測得的數據計算待測阻抗值是一件費時的工作，尤其由於天線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上測量天線的輸入阻抗時，工作量將大為增加。但若用圓圖來計算待測阻抗或用自動掃頻阻抗測量儀，則可大大減少測量天線輸入阻抗的工作量。
天線增益係數的測量　天線增益係數的測量常用絕對法和比較法。可按圖5用絕對法測天線的增益係數。首先用功率計和場強計分別測出待測天線的輸入功率和足夠遠距離 r處的電場強度，然後用下式求得該天線的增益係數：

天線參量測量

　或

式中E為距離r處最大輻射方向的電場強度;P為輸入功率。
可按圖6用比較法測天線的增益係數。信號發生器的輸出經匹配器先接到被測天線，此時場強計在距離r處測得電場強度為E1;然後用已知增益為G′倍的標準天線替換被測天線，並重新調整匹配，由場強計測得電場強度為E2。再用下式即可算出被測天線的增益係數G：

　或

天線參量測量

模擬測量　在實驗室內進行天線參量的測量時要求被測天線有一個“合適”的尺寸。實用天線的尺寸大小懸殊，大的達幾百米以上，而小的只有幾個毫米。為便於測量，可在適當頻率上測量縮小或放大了的模型。此時需要先設計好模型天線，使它的參量和實際天線的相同。這就是天線的模擬測量。
在自由空間條件下，製作線度因子為Kd的模型天線（即模型天線的尺寸等於實際天線的尺寸除以Kd），在測量時應滿足下列條件：工作頻率f2=Kd·f1,模型天線的電導率σ2=Kd·σ1,此處f1和σ1表示實際天線的工作頻率和電導率。
在實際天線的模擬測量中，往往只能滿足上述第一個條件，而滿足不了第二個條件，但這對於大多數高效率的天線，不會引入太大的誤差。
近場測量　對於射電天文、雷達設備等套用的大口徑天線，測量時很難滿足所需的最小距離。如天線口徑 100米，工作波長10厘米，測試距離，這樣大的測試場地事實上是無法辦到的。還由於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,收發天線的高度也將達到不現實的程度。對這樣的大天線，其參量的測量通常有兩種方法，即利用射電星的測量技術和近場測量技術。
射電星測量技術就是利用輻射穩定的射電星作為發射源，被測天線用於接收。這樣就可保證收發間距離遠大於最小測試距離。
近場測量技術是在天線附近（距天線表面僅幾個焦距的距離範圍內）測量遠區的天線參量。近場測量技術包括縮距法、聚焦法和外推解析法。
①　縮距法：利用特定的信號發射天線，使收發天線之間的距離減少後，仍能保證發射天線在接收天線口徑處產生如同遠距離時一樣的平面波。一般的發射天線在其附近產生的是球面波。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。
②　聚焦法：調整被測天線，使如拋物面反射器天線、透鏡天線、相控陣天線等有聚焦特性的天線，原來對無窮遠處的聚焦改變為聚焦於近場區（幾個焦距或幾十個波長的距離內），然後在焦區測取其方向圖。使天線聚焦於近場區的方法是：對拋物面反射器天線可把饋源從焦點沿軸外移一小段距離；對透鏡天線可把饋源安裝在一個焦距到兩個焦距的範圍內；對相控陣天線則可通過適當調整其移相器而達到。
③　外推解析法：先測得天線口徑上的場分布或天線導體表面上的電流分布，然後用解析的方法算出遠區場分布，即天線的遠區方向圖。
微波暗室　在普通實驗室內進行天線參量的測量時，周圍環境使電磁波產生反射、散射和繞射等現象，這些反射、散射和繞射場對測量場的“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的測量，影響尤為嚴重。建立微波暗室可以解決這個問題。微波暗室就是周圍安裝微波吸收材料的實驗室。暗室不但用於天線測量，還可用於目標散射場和繞射場等弱場強的測量。使用暗室除能減弱干擾場因而提高測量精度外，還能保證有一個保密的、全天候的測量環境。從1953年建立第一個微波暗室以來，暗室的技術指標已有很大的改進。
起初，暗室採用平板型吸收材料，這種材料的吸收頻帶較窄。現代寬頻微波暗室大多使用錐形或楔形吸收材料。一個設計良好的微波暗室，在測量區內的干擾場可以做到-40分貝以下。

配圖

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