一、關(guān)鍵電性能指標(biāo)的測試

天線的測量指標(biāo)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(shù)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(shù)相關(guān)的方向圖、輸入阻抗與駐波比、增益、極化等四個電參數(shù)研究其測試原理及方法。

1.方向圖

天線方向圖也稱為波瓣圖，是表征天線輻射特性空間角度關(guān)系的三維圖形，可形象地說明天線在不同方位角下的輻射狀況。方向圖通常取過三維方向軸線的一個剖面來表述主極化平面上的方向性，即在以天線為圓心、半徑為r的球面上，場的幅度、相位或功率密度與球坐標(biāo)方位角（θ，ψ）的關(guān)系。

圖1給出了典型的在微波暗室內(nèi)進(jìn)行天線方向圖測量的系統(tǒng)框圖，涉及的主要儀器有天線測試轉(zhuǎn)臺、射頻信號源、場強計及參考天線等。

2.輸入阻抗及駐波比

輸入阻抗是指天線在工作頻段的高頻阻抗，即饋電點的高頻電壓與高頻電流的比值，它是由天線尺寸、結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)決定的，測量輸入阻抗的目的是為了設(shè)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，移動通信天線的輸入阻抗一般為50Ω。

駐波比反映的是天線輸入阻抗和饋線特性阻抗的匹配程度。由于天線的輸入阻抗與饋線的特性阻抗不可能完全一致，就會產(chǎn)生部分的信號反射，反射波和入射波在饋線上疊加形成駐波，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矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得。

3.增益

增益和方向性系數(shù)同是表征輻射功率集中程度的參數(shù)，增益是在同一輸出功率條件下加以計算的，方向性系數(shù)是在同一輻射功率條件下加以計算的。由于天線各方向的輻射強度并不相等，天線的方向性系數(shù)和增益隨著觀察點的不同而變化，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的增益。

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

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

4.極化

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

線極化天線的極化純度測量指標(biāo)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作為發(fā)射天線或接收天線來完成。圓極化天線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、傾角可以通過旋轉(zhuǎn)線極化天線極化角度，然后從待測天線接收到的功率計算出來，還可以根據(jù)測量結(jié)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與待測天線分別配對，待測天線極化旋向與輸出較大的那副天線相同。如果將線極化天線快速旋轉(zhuǎn)，同時緩慢變化待測圓極化天線的方位角，即可測出極化方向圖。

二、天線測量中的注意事項

以上重點闡述了天線關(guān)鍵電性能指標(biāo)中的方向圖、輸入阻抗與駐波比、增益、極化參數(shù)的測試方法。在實際測量中，對于測量準(zhǔn)確度要求不高的天線，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(tǒng)需滿足線性要求，同時注意收、發(fā)天線的間距以及極化特性的要求。但是，對于需精密測量的天線除了以上幾點外，還需充分考慮環(huán)境對高靈敏度接收機的干擾，收、發(fā)天線的對準(zhǔn)誤差，電纜的泄漏，系統(tǒng)的匹配等。

本文刊發(fā)于《中國計量》雜志2019年第10期

作者：江蘇省無錫市計量測試院 嚴(yán)海東 王冠鈞