一、關(guān)鍵電性能指標的測試

天線(xiàn)的測量指標比較多，包括方向圖、輸入阻抗與駐波比、有效口徑、有效高度、方向系數與增益、極化方式、相位中心、帶寬等。本文主要從與電性能參數相關(guān)的方向圖、輸入阻抗與駐波比、增益、極化等四個(gè)電參數研究其測試原理及方法。

1.方向圖

天線(xiàn)方向圖也稱(chēng)為波瓣圖，是表征天線(xiàn)輻射特性空間角度關(guān)系的三維圖形，可形象地說(shuō)明天線(xiàn)在不同方位角下的輻射狀況。方向圖通常取過(guò)三維方向軸線(xiàn)的一個(gè)剖面來(lái)表述主極化平面上的方向性，即在以天線(xiàn)為圓心、半徑為r的球面上，場(chǎng)的幅度、相位或功率密度與球坐標方位角（θ，ψ）的關(guān)系。

圖1給出了典型的在微波暗室內進(jìn)行天線(xiàn)方向圖測量的系統框圖，涉及的主要儀器有天線(xiàn)測試轉臺、射頻信號源、場(chǎng)強計及參考天線(xiàn)等。

2.輸入阻抗及駐波比

輸入阻抗是指天線(xiàn)在工作頻段的高頻阻抗，即饋電點(diǎn)的高頻電壓與高頻電流的比值，它是由天線(xiàn)尺寸、結構形式和材質(zhì)決定的，測量輸入阻抗的目的是為了設計合理的匹配網(wǎng)絡(luò )。輸入阻抗通常用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測量，其直流阻抗一般為0Ω，移動(dòng)通信天線(xiàn)的輸入阻抗一般為50Ω。

駐波比反映的是天線(xiàn)輸入阻抗和饋線(xiàn)特性阻抗的匹配程度。由于天線(xiàn)的輸入阻抗與饋線(xiàn)的特性阻抗不可能完全一致，就會(huì )產(chǎn)生部分的信號反射，反射波和入射波在饋線(xiàn)上疊加形成駐波，其相鄰的最大值與最小值的比即為駐波比ρ。駐波比的測量一般也是通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測得。

3.增益

增益和方向性系數同是表征輻射功率集中程度的參數，增益是在同一輸出功率條件下加以計算的，方向性系數是在同一輻射功率條件下加以計算的。由于天線(xiàn)各方向的輻射強度并不相等，天線(xiàn)的方向性系數和增益隨著(zhù)觀(guān)察點(diǎn)的不同而變化，但其變化趨勢是一致的，增益一般是取最大輻射方向的增益作為天線(xiàn)的增益。

天線(xiàn)增益的測量中常用且較為簡(jiǎn)單的方法為比較法，它是采用已知增益或可準確計算出增益的天線(xiàn)作為參考天線(xiàn)，外加天線(xiàn)測試轉臺、功率信號源、場(chǎng)強計等，分別測量參考天線(xiàn)與待測天線(xiàn)接收到的功率，即可得出待測天線(xiàn)的增益GAUT為

式中：PAUT——待測天線(xiàn)接收到的功率；PREF——參考天線(xiàn)接收到的功率；GREF——參考天線(xiàn)的增益。

4.極化

天線(xiàn)的極化方式與發(fā)射時(shí)所輻射的電磁波極化方式相同，即在空間一點(diǎn)處電場(chǎng)強度矢端隨時(shí)間劃出的軌跡。當天線(xiàn)極化方式與來(lái)波極化方式一致時(shí)，將接收到最大的功率，否則將存在極化失配現象，接收效果就會(huì )下降，甚至不能接收到信號。極化特性的測量分為線(xiàn)極化天線(xiàn)極化純度測量和圓極化天線(xiàn)極化特性測量。

線(xiàn)極化天線(xiàn)的極化純度測量指標決定交叉極化分量與主極化分量的相對大小，測量中一般使用極化純度很高的振子天線(xiàn)作為發(fā)射天線(xiàn)或接收天線(xiàn)來(lái)完成。圓極化天線(xiàn)極化特性測量包括軸比AR測量、極化傾角τ測量、玄向測量和極化方向圖測量。軸比、傾角可以通過(guò)旋轉線(xiàn)極化天線(xiàn)極化角度，然后從待測天線(xiàn)接收到的功率計算出來(lái)，還可以根據測量結果作出極化瓣圖，如圖2所示。極化旋向一般使用兩副極化旋向相反的天線(xiàn)與待測天線(xiàn)分別配對，待測天線(xiàn)極化旋向與輸出較大的那副天線(xiàn)相同。如果將線(xiàn)極化天線(xiàn)快速旋轉，同時(shí)緩慢變化待測圓極化天線(xiàn)的方位角，即可測出極化方向圖。

二、天線(xiàn)測量中的注意事項

以上重點(diǎn)闡述了天線(xiàn)關(guān)鍵電性能指標中的方向圖、輸入阻抗與駐波比、增益、極化參數的測試方法。在實(shí)際測量中，對于測量準確度要求不高的天線(xiàn)，只需要考慮測量是否在可容忍的環(huán)境中進(jìn)行，測量系統需滿(mǎn)足線(xiàn)性要求，同時(shí)注意收、發(fā)天線(xiàn)的間距以及極化特性的要求。但是，對于需精密測量的天線(xiàn)除了以上幾點(diǎn)外，還需充分考慮環(huán)境對高靈敏度接收機的干擾，收、發(fā)天線(xiàn)的對準誤差，電纜的泄漏，系統的匹配等。

本文刊發(fā)于《中國計量》雜志2019年第10期

作者：江蘇省無(wú)錫市計量測試院 嚴海東 王冠鈞