天线测量第一章.ppt

天线测量 chenbo@UESTC.edu.cn Tel: (028) 6183-0171 ROOM:C201 天线测量第一章 第1章 天线测量概论 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科分支 主要特性参数可以分为两大类： 电路特性参数（输入阻抗、效率﹑频带宽度﹑驻波比等） 辐射特性参数（方向图﹑增益﹑极化﹑相位等） 天线测量的任务就是用实验方法测定和检验天线的这些特性参数。 其他特性参数，如最大承受功率、抗风强度、工作温度、寿命等。 重要性：验证理论分析计算或仿真模拟是否正确；已定型天线批量生产中，需要抽样检测天线参数是否合格；已在现场使用日久的天线，需要定期检查其性能是否下降；特别是研制一种新天线时，天线参数的实验测量更是必不可少。 天线测量定义 天线系统的主要特性参数 天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗具有电阻分量 Rin 和电抗分量 Xin ，即 Zin = Rin + j Xin 。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。事实上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。　 输入阻抗与天线的结构、尺寸以及工作波长有关，半波对称振子是最重要的基本天线 ，其输入阻抗为 Zin = 73.1＋ｊ42.5 (欧) 。当把其长度缩短（３～５）％时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，此时的输入阻抗为 Zin = 73.1 (欧) ,（标称 75 欧） 。注意，严格的说，纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的。 天线效率 　　它是指天线辐射出去的功率（即有效地转换电磁波部分的功率）和输入到天线的有功功率之比。是恒小于1的数值。 1998年6月3日，德国发生了战后最惨重的一起铁路交通事故。一列高速列车脱轨，造成100多人遇难。 2007年11月2日，一架美军 F-15C鹰式战斗机在做空中缠斗飞行训练时，飞机突然凌空解体，一份调查结果表明，飞机的关键支撑构件——桁梁出现了金属疲劳问题。 1998年6月3日，德国艾舍德高速列车脱轨事故中的车轮轮缘疲劳断口 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 三阶交调 隔离度(多端口天线) 增益 半功率波束宽度 前后比 交叉极化鉴别率 幅相一致性(智能天线) 副瓣抑制(赋形) 零点填充(赋形) 电下倾角精度 圆度(全向天线) 有源驻波比(智能天线) 环境实验 天线环境试验项目 高/低温试验 湿热 盐雾 冲水 冲击 碰撞 正弦振动 跌落滚翻 模拟汽车运输 风载/冰负荷 天线周围的场区分布 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. 天线周围的场区分布 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：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： 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 计算孔径天线外场的坐标系 孔径天线所产生场的表达式： 式中 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 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 做如下近似 k1/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 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 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