GBT66671986地面无线电接力系统所用设备的测量方法第二部分分系统的测量第二节天

中华人民共和国国家标准地面无线电接力系统所用设备的测量方法第二部分分系统的测量第二节天线和无源转向器的测量发布实施国家标准局发布中华人民共和国国家标准地面无线电接力系统所用设备的测量方法第二部分分系统的测量第二节天线和无源转向器的测量国家标准局发布实施本标准所述的测量方法提供定型试验和交收试验使用也可以用于工厂测试适用范围本标准包括频率在以上的地面无线电接力系统使用的天线和无源转向器的补充定义以及电气机械特性的测量方法和环境条件的试验方法适用于视距和对流层散射系统本标准不涉及有源天线和卫星地球站天线目的本标准的目的是规定评价天线和无源转向器性能特性的术语测试条件及测量方法该天线和无源转向器用于工作频率高于采用线极化的地面无线电接力系统中的收发信系统补充定义天线就本标准而言天线是能使传输线与自由空间相耦合起到发射和接收电磁波作用的一种装置它包括所有起辐射作用的元件例如初级馈源反射器等但不包括有关的传输线和在天线终端的收发信机一侧的其它电气元部件对天线终端必须明确规定注天线可包括天线罩天线装置本标准指的天线装置包括天线及将天线固定在支撑结构上的装置在有规定时也包括天线的定向设备天线系统天线系统包括天线装置传输线变换部件以及形成定向空间辐射所必需的其它构件注在对流层散射系统中要求使用的自承式天线的支撑结构可考虑作为天线系统中的一部分潜望镜天线系统已给出测量方法的各项性能特性在各相应的测量条款中给出定义潜望镜天线系统是一种特殊类型的天线系统它是利用天线照射挂在天线塔上部的无源反射器而天线一般位于天线塔或支撑无源反射器的结构的下部天线罩天线罩是保护天线及其馈源的罩子通常用绝缘材料制成可起到减少风载的作用无源转向器无源转向器是插入微波传输路径中的无源转发装置以达到改变电磁波传播方向的目的注常用的两种不同类型的无源转向器背对背式它是由一小段传输线连接两副天线组成的镜式由单个反射面或彼此距离十分紧凑的两个或多个反射面组成频带天线潜望镜天线或无源转向器的频带是指所有规定的性能特性都能达到的频率范围天线极化天线的极化是指沿视轴方向天线辐射的电磁波在远场区的电矢量的取向倾斜角线极化波的倾斜角是在垂直传播方向的平面上电场方向与标称极化方向之间的夹角同极化天线的同极化是指天线的规定极化或标称极化注实际上天线的实际极化与同极化在倾斜角和轴比上略有不同如果两副天线的标称极化相同则称这两副天线为同极化的正交极化天线的正交极化指的是与所定义的同极化相正交的极化注两副天线的同极化是正交的则这两副天线是正交极化的极化图天线极化图是天线对线极化入射波的响应曲线该入射波的极化方向是旋转的极化效率极化效率是为修正两副天线间的极化失配在功率转换传输方程中引入的一个系数它的值在之间注对极化区配的收发信天线在不存在大气衰减和其它异常情况下则接收功率将满足传输方程见附录单极化天线只以一种极化方式发射和或接收的天线注单极化天线通常只有一个端口与传输线相连接双极化天线以两种独立的同极化方式发射和或接收的天线要求两种极化方式相互正交注双极化天线通常有两个端口此两端口可位于天线系统中传输线接天线一侧如果传输线能传输两个正交模则可位于传输线接收发信机一侧多频段天线多频段天线是可在指定给地面无线电接力业务的两个或两个以上频段上同时进行发射和或接收的天线它可以一组或两组正交极化同时进行工作视轴方向天线的视轴方向是指最大增益的方向天线的有效面积在指定的方向上传输到天线终端匹配负载的功率与从指定方向入射到天线的极化匹配的平面波功率密度之比值即天线效率天线效率是指最大有效面积与辐射表面在垂直于最大辐射方向的平面投影面积的比最大有效面积与最大增益的关系由规定详见附录额定功率天线的额定功率是指天线生产厂家规定的能保证天线性能指标的最大发射功率电平增益参考天线增益参考天线具有可精确复制的结构其增益和方向性优于半波振子可由计算确定并可通过实测证实它具有良好的一致性可作为测量天线增益的标准天线天线电气特性的测量方法天线增益定义及总的考虑天线增益是天线在给定方向上在远场区产生的功率密度与无耗各向同性天线在同样距离处产生的功率密度的比两天线要由同一信号源供给相同的功率注本定义适用于发射天线接收天线增益的定义可从有效面积的定义按下式导出式中波长如果天线是互易的接收和发射用同一天线在同一频率范围内工作并有同样的终端正文定义的发射增益与注释定义的接收增益是相等的除非另有规定增益是指最大增益测量天线增益的方法之一是与增益参考天线进行比较方向图积分法虽然很少采用但计入衰减时可得到精确的结果所以也可采用对大型天线来说直接测量方向性图很不方便可按下述方法求出其增益测量初级馈源的增益和辐射方向图测量或计算衰耗计算天线增益下述其它方法很少使用本文不予叙述测量接收或发射信号绝对功率的方法三天线法注以下各分条款是指对接收天线的测量当需测量发射天线增益时如天线是非互易的则应互换发射源和接收电子设备与增益参考天线直接进行比较测量增益总的考虑直接比较法测量增益是比较由被测天线和增益参考天线从等距离的辐射源接收到的信号电平为减少与照射场不均匀性有关的误差增益参考天线和被测天线应尽可能地相互靠近对照射场剩余的不均匀性应根据附录予以修正应注意保证大天线结构的影响不会明显地改变增益参考天线的特性在被测天线口面上的入射场明显地偏离具有均匀振幅和相位的平面波时为了精确地确定被测天线的增益对每一天线还需引进一个功率转换修正系数对测量设备的要求为减小由于有源电子仪表增益不同而形成的误差通常对增益参考天线和被测天线共用一套接收设备必须注意减小与接收设备的增益漂移和发射源中的输出功率频率变化有关的误差当接收信号电平相差很大时要减小与信号检测装置有关的非线性误差可采用带刻度的方向耦合器或衰耗器使被测天线接收的信号电平与增益参考天线接收到的电平相等测量时保证接收机的线性范围大于接收信号的变化范围是非常重要的把增益参考天线和被测天线接到一个与其匹配的接收机上应当计算失配损耗并将它计入天线增益中必须校准增益参考天线和接收机之间传输的功率应把由于传输线和转换开关阻抗不匹配及功率耗散损失考虑在内同样也须校准被测天线和接收机之间的传输功率当两天线和来自远距离的辐射源的信号的极化不相同时必须确定对每个天线各自的功率传输数值测量方法图为增益比较法在单一频率上测量天线增益的方框图图天线增益测量常用的装置布置示例通常转换开关接通增益参考天线和接收设备并记下指示功率通过转换开关接通被测天线和接收设备并记下指示功率重复步骤直到测得的与达到重复性合乎要求的程度重复性欠佳是由于发射源或接收设备不稳定或传播路径条件改变造成的被测天线的实测增益可由下列一般表达式决定式中被测天线在增益参考点相对于各向同性天线的实测增益增益参考天线相对于各向同性天线的增益极化效率天线与转换开关公共输出之间的传输线衰耗对幅度和相位不均匀的入射波前的修正系数与天线相连的衰减器或方向耦合器的衰耗接入衰减器或方向耦合器是为了把信号电平降低到接近增益参考天线的信号电平注注脚表示和被测天线连接所收到的信号有关的参数注脚表示和增益参考天线连接所收到的信号有关的参数结果的表示相对于各向同性天线的被测天线增益用分贝表示由下式给出天线增益应说明该增益的测试频率和极化方式应规定的细节技术规范应包括以下各项频带增益误差及测量时的频率增益测量精度在所有的增益测量中影响测量精度的基本因素是环境温度的稳定性接收到的信号噪声比发射源的信号变化接收设备的增益变化传播路径的增益或衰耗变化包括环境的影响在内多径传播误差接收设备的非线性传输线和无源器件的功率转换值的功率校准精度测量人员的读数误差增益参考天线的校准精度注附录讨论了与天线测试场地几何条件有关的修正系数天线方向性系数定义天线在远场区给定方向上所产生的功率密度与在相同的距离辐射与被测天线相同功率的无耗各向同性天线产生的功率密度的比值注中定义的增益是与方向性系数相对应的方向性系数是以发射功率为基础的因而不象增益那样包含欧姆损耗在内而增益以输入端接收功率为基础方向性系数通常以分贝表示方向性图定义在天线的远场区保持距离不变时场强或功率随方位角度的分布它可以是同极化的或正交极化的测量方法较小的天线通常测量主要方位和俯仰平面方向性图对较大的天线如米或更大进行直接测量一般不太方便其方向性图可由计算或用比例模型测量得到见和细节说明被测天线和同极化源天线应按附录安装在适当的测试场地如图所示将所需频率的射频信号送到源天线把被测天线连到接收机上连续或逐步将被测天线围绕天线定位装置的方位轴旋转并把所接收到的功率作为角度的函数记录下来然后将被测天线重新定位并绕其轴对有关各平面再进行测量将被测天线重新定位时必须保持源天线的同极化测量正交极化方向性图时被测天线与源天线正交极化并重复上述测量正交极化方向性图的电平是相对于同极化方向性图的峰值电平的图天线方向性系数测量方框图结果的表示可用绘图仪制成的曲线图或列表方式表示结果应规定的细节天线技术规范应包括以下各项有关测试频率测量平面极化方式天线方向性图包络定义天线方向性图包络是一副天线的方向性系数的方向图包络它是根据使用频带内的不同频率和在特定的平面内对规定的极化测量分别画出的注规定本标准中包括的双极化天线通常它们的主瓣应该是能重合的测量方法在天线工作频带内至少选取低中高三点频率测量得到个方向性图来确定天线方向性图包络结果的表示应按偏离视轴方向的度数用相对于峰值最大功率电平的分贝数分别绘出正交极化和同极化的天线方向性图包络天线方向性图包络可用适于计算机编程序的表格型式或者用直角坐标或极坐标的图形给出对设计对称的天线可用辐射图包络表示对非对称天线要用的包络图表示应规定的细节技术规范中应包括以下各项有关测试频率极化方式正交极化鉴别率定义正交极化鉴别率定义为同极化方向峰值信号电平与以同极化视轴方向为中心的角度等于射束宽度内的正交极化最大电平之比单极化天线的测量方法被测天线应装在适当的测试场内见附录并在远场区用一线性极化源天线照射将两天线调整到有完全一致的同极化并且增益最大的位置将源天线绕其视轴方向的轴线转被测天线在方位平面内或其它有关平面内转动射束宽度并记录接收功率同极化信号与最大正交极化信号之比即为被测天线的正交极化鉴别率被测天线和源天线的极化调到与前述测量成再重复以上步骤如只要一个值则取两次测量值中较小者结果的表示正交极化鉴别率应以分贝数表示应规定的细节天线技术规范中应包括以下各项如需要时规定进行除主要平面外的其它平面的测量规定进行测量的角度范围有关测试频率天线阻抗失配一般考虑当天线与指定的传输线连接时天线阻抗失配通常作为频率的函数以驻波比反射系数幅度或回波损耗来表示测量方法安排天线向自由空间或模拟自由空间辐射如有天线罩则应安装就位通过测量回波损耗表示天线阻抗失配的程度回波损耗的测量可以用逐点法或扫频法逐点测量法要作大量的测试很费时间两种方法均可使用测量线法或反射计法测量线逐点测量法这一方法的典型方框图如图所示在使电压驻波比指示器正常工作时所要求的射频信号电平下被测天线应该是线性工作的信号发生器是调幅的可移动的探针还包括了一个可调谐腔和一个宽带二级管检波器电压驻波比指示器通常是一个可在调制频率范围内调谐的选频电压表测量应在全部所需要的射频频带内进行测量线扫频测量法测量线扫频测量法的典型方框图如图所示扫频信号发生器通常为调幅的移动式探针包括一个宽带二极管检波器在音频放大器的输出端接有检波器音频放大器被调谐到调制频率上指示器可以是一个示波器最好是存贮式示波器或绘图仪这个测试系统要用已知数值的失配负载来校正示波器的水平扫描与信号发生器的频率扫描相对应测量时检波器在最低射频处至少要移动一个半波长扫描频率要包括全部所需要的射频频带在任何指定的射频对应于横坐标上指定的点上示波器显示的包络幅度的最大值与最小值的比可按刻度线读出是该频率点的电压驻波比反射计扫频测量法反射计扫频测量法的典型框图如图所示用图中所示的四端定向网络进行入射和反射功率的取样根据这些样值可测出每个频率点上反射系数的模数校准测量系统时被测设备用短路器代替用衰减器来模拟已知回波损耗例如的衰减相当于的回波损耗这