,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微波测量与天线测量,教材：,微波测量与天线测量,(1),微波测量与实验教程,哈尔滨工程大学出版社出版,天线测量手册,国防工业出版社出版,参考书,:,现代微波与天线测量技术,电子工业出版社出版,1,微波测量与天线测量教材：微波测量与天线测量(1),注意,：缺,5次课及以上者平时成绩记零分！,成绩评定：,理论:55；实验:25；平时:20(含中期,考试10,）,微波测量原理,西安电子科技大学出版社出版（研,）,天线测量技术,电子科技大学出版社出版,微波测量与天线测量,(2),2,注意：缺5次课及以上者平时成绩记零分！成绩评定：,(3),第一部分 天线测量,概 述,天线测量的主要任务：,一、检验理论,;,二、独立研究,;,三、工厂制造检验,;,四、安装和维修。,微波测量与天线测量,3,(3)第一部分 天线测量概 述天线测量的主要任务：一、检验,(4),第一章 天线测试场地的设计和鉴定,1.1 概述,天线测试场地的分类：,自由空间测试场：,能够消除或抑制地面、周围环境,及外来干扰等影响的一种测试场。,反射测试场,：就是合理地利用和控制地面反射波与,直射波干涉而建立的一种测试场。,微波测量与天线测量,4,(4)第一章 天线测试场地的设计和鉴定1.1 概述天线测试,(5),1.2 几种常见的天线测试场,一、高架天线测试场：,平坦地面,辅助天线,(发),待测天线,(收),0,/2,h,R,1,、,天线架设高度,:,h=(R/2)tg(,O,/2),微波测量与天线测量,5,(5)1.2 几种常见的天线测试场一、高架天线测试场：平坦,地面反射消除法:,(6),二次反射法,：,10,0,二次反射法,微波测量与天线测量,6,地面反射消除法:(6)二次反射法：100二次反射法微波,(7),反射栅法：,待（收）,辅（发）,反射栅法,吸收材料,反射栅网,微波测量与天线测量,7,(7)反射栅法：待（收）辅（发）反射栅法吸收材料反射栅网微,(8),垂直测试法：,绝缘塔架,吸收材料,垂直测试法,辅,待,微波测量与天线测量,8,(8)垂直测试法：绝缘塔架吸收材料垂直测试法辅待微波测量与,(9),频率调制法：,频率调制法,f,bd,f,bR,f,bd,通过传输线送来的信号,直射波信号,反射波信号,混 频,器,高 通,滤波器,微波测量与天线测量,9,(9)频率调制法：频率调制法fbdfbRfbd通过传输线送,(10),二、斜天线测试场：,0,/2,绝缘塔架,辅,待,斜天线测试场,微波测量与天线测量,10,(10)二、斜天线测试场：0/2绝缘塔架辅待斜天线测试场微,三、紧缩场,(缩距测试场）,紧缩场,是以反射面原理构成的、缩短了测试距离的,天线测试场。,其基本原理是,：采用一个或多个反射面，将馈源,（辅助天线）辐射的球面波，在近距离（典型值是,10-20m)上变换为平面波。,紧缩场系统,可被视为一个在近距离内球面波到平面波,的变换器。,分析和设计紧缩场的理论工具，目前最实用和最有效,应该是,物理学上的几何光学法。,微波测量与天线测量,(11),11,三、紧缩场(缩距测试场）紧缩场是以反射面原理构成的、缩,单反射面紧缩场示意图,反射面,抛物面顶点,馈源,（辅助天线）,抛物面,测试区,（待测天线所在区域）,微波测量与天线测量,(12),12,单反射面紧缩场示意图反射面抛物面顶点馈源抛物面测试区微波测,(13),微波测量与天线测量,四、无反射室（微波暗室）：,微波暗室是墙壁、天花板、地板均铺上高频吸收材料,的室内测试场。其优点是：能全天候工作，便于保密和,避免外来电磁干扰，工作可靠等。,它属于自由空间测试,场。,矩形微波暗室:,波前振幅,矩形微波暗室,矩形微波暗室几何尺寸设,计的经验数据为：,WR/2.75,式中 R是源天线和待测天,线之间的距离,W是微波暗室,的宽度和高度。,13,(13)微波测量与天线测量四、无反射室（微波暗室）：微,(14),微波测量与天线测量,锥形微波暗室,:,它有两种工作状态:一种是从频段低端进行设计,另一,种是从频段高端进行设计(类似于矩形微波暗室的设计)。,波前振幅,锥形微波暗室,锥形微波暗室几何尺寸设计的,经验数据为：,d,t,R/(4d,r,),式中 d,t,是源天线到側壁的垂直距离,d,r,是待测天线到側壁的垂直距,离,R是源天线和待测天线之间的,距离,是天线的工作波长,14,(14)微波测量与天线测量锥形微波暗室:它有两种工,微波测量与天线测量,(15),锥形微波暗室的使用受到以下条件的限制,:,锥形微波暗室的交叉极化特性和场的幅度均匀,性极强地依赖发射天线对锥形截面的对称性,;,只能作单端测量,不适合测量雷达的散射截面;,由于空间传输损耗与自由空间不一样,因而只能,用比较法测量天线增益。,15,微波测量与天线测量(15)锥形微波暗室的使用受到以下条件的限,微波暗室的主要电性能:,静区,：指暗室内杂散波（含反射波、散射波和绕射,波等）干扰最小的区域，待测天线通常就放在此区域内。,矩形微波暗室（各面均铺设相同吸收材料）静区直径,的估算公式：,静区直径,（,R/2,）,1/2,式中,R是源天线与待测天线的距离,是电磁波的波长,微波测量与天线测量,(16),16,微波暗室的主要电性能:静区：指暗室内杂散波（,微波测量与天线测量,(17),反射率电平,：定义为等效反射场与直接入射场之比。,暗室中静区的反射率电平越低，则测量精度越高。,交叉极化特性,：是指电磁波在传输过程中，产生的,与原极化特性相正交的极化分量的大小，它表征了电 磁,波的极化纯度。通常用正交极化分量与原极化分量的比值,来表示暗室交叉极化特性的大小。,它的值一般应小 于,-25dB。,多路径损耗的均匀性,:它是指暗室内电磁波传输路,径损耗的不均匀性。这对圆极化天线的测量尤为重要。,这种不均匀性一般限制在,0.25dB之内。,17,微波测量与天线测量(17)反射率电平：定义为等效反射场与直,微波测量与天线测量,(18),场强幅值均匀性,:它是指源天线照射置于静区内的,待测天线时,待测天线孔径上场强振幅值的不均匀程度。,一般要求静区横向幅值变化不超过,0.25dB,纵,向幅值变化在2dB以内。,频率范围:,静区工作频率范围的下限取决于暗室的,宽度和吸收材料的厚度,;上限取决于暗室的长度和对静,区反射电平的要求程度。,18,微波测量与天线测量(18)场强幅值均匀性:它是指,微波测量与天线测量,(19),建造微波暗室还需考虑的其它问题,:,暗室的屏蔽,;,吸收材料的选择;,配套附属房间与门;,通风与照明;,走道与检修走廊;,安全和消防设施。,19,微波测量与天线测量(19)建造微波暗室还需考虑的其它问题:,微波测量与天线测量,(20),1.3 天线的互易测量,互易原理,:,一付,无源,天线用作发射和接收时的电参数,(包括方向图、阻抗及其它电指标)是相同的。,在使用互易原理测量天线的电性能时,必须注意以,下几点,:,若把待测天线和辅助天线的工作状态互换,并保,持接收信号的幅度和相位不变,要求信号源、检波器,必须与馈线匹配;,天线上的电流或电场分布,并不,互易；,天线中包含晶体管匹配网络、电子管、铁氧体等,有源或非线性元件时，只能在指定工作状态下测量。,20,微波测量与天线测量(20)1.3 天线的互易测量互易原理:,微波测量与天线测量,(21),1.4 天线场的区域划分和测量误差,一、天线场的区域划分：,天线周围的场区可划分为：,感应场区,（电抗近场,区）、,辐射近场区,（菲涅尔区）和,辐射远场区,（夫,朗荷费区）。,/（2）,感应场区,辐射场区,电小天线周围的场区,21,微波测量与天线测量(21)1.4 天线场的区域划分和测量误,微波测量与天线测量,(22),D,2D,2,/,感应场区,辐射近场区,辐射远场区,孔径天线周围的场区,22,微波测量与天线测量(22)D2D2/感应场区辐射近场区辐射,微波测量与天线测量,(23),1,、,感应场区,:,它是指靠近天线的区域。在此区域内，占优势的感,应场之电场和磁场的时间相位相差,90,0,，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。,2、辐射近场区,:,辐射近场区里电场的相对角分布（即方向图）与离,开天线的距离有关，即在不同距离处的方向图是不同的。因为：由天线各辐射元所建立的场之相对相位,关系是随距离而变的；这些场的相对振幅也随距离,而改变。,23,微波测量与天线测量(23)1、感应场区:它是指靠近,微波测量与天线测量,(24),辐射近场区的外边界按,通用标准,规定为：,R=2D,2,/,式中，,R是观察点到天线的距离,D是天线孔径的最大线尺寸,是天线的工作波长。,3、辐射远场区,:,在,辐射远场区场的,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（即方向图）,与离开天线的距离无关；方向图主瓣、付瓣和零,值点已全部形成。,24,微波测量与天线测量(24)辐射近场区的外边界按通用标准规定为,微波测量与天线测量,(25),4、三个场区的讨论,:,孔径天线产生的场,Z,X,Y,O,S,P,ds,P,s,r,s,R=(x,2,+y,2,+z,2,),1/2,n,(x,s,2,+y,s,2,),1/2,注：,孔径面位于,xoy,平面,n,是孔径面外法线方向的,单位矢量。,（,n,，,r,s,）,(x,S,y,S,0),(x,y,z),E,S,R,r,s,=(x-x,s,),2,+(y-y,s,),2,+z,2,1/2,25,微波测量与天线测量(25)4、三个场区的讨论:孔径天线产生,微波测量与天线测量,(26),E,P,=,1,4,S,E,S,exp(-jkr,s,),r,s,jk+jk+(1/r,s,)cos(,n,r,s,)ds,(1),式中：,E,P,观察点P处的电场;,E,S,天线孔径面上的电场;,r,s,源点P,s,（,x,s,y,s,0）到观察点P（x,y,z）,的距离；,S天线孔径面积；,K自由空间波数；,ds天线孔径面上的面积元;,cos（,n,，,r,s,）,孔径面法线与矢径r,s,之间夹角,的余弦。,26,微波测量与天线测量(26)EP=14SESexp(-jk,微波测量与天线测量,(27),辐射近场区,在此区域可作如下近似：,k1/r,s,即 r,s,/(2),注,:,K=2/,jk+(1/r,s,)jk,1/r,s,1/R,(振幅项中）,cos(n,r,s,)cos,相位项中的r,s,不能用,R近似,须用下式计算,r,s,=(x-x,s,),2,+(y-y,s,),2,+z,2,1/2,=x,2,+x,s,2,-2xx,s,+y,2,+y,s,2,-2yy,s,+z,2,1/2,考虑到,R,2,=x,2,+y,2,+z,2,27,微波测量与天线测量(27)辐射近场区在此区域可作如下近似：,微波测量与天线测量,(28),所以,r,s,=R,2,+x,s,2,+y,s,2,-2(xx,s,+yy,s,),1/2,R1+(x,s,2,+y,s,2,)/R,2,-2(xx,s,+yy,s,)/R,2,1/2,由于x,s,R,y,s,R,利用二项式定理将上式展开,并取前两项得,r,s,R1+(1/2)(x,s,2,+y,s,2,)/R,2,-2(xx,s,+yy,s,)/R,2,R-(xx,s,+yy,s,)/R+(x,s,2,+y,s,2,)/2R,注,：,二项式定理,(1+x),n,=1+nx+n(n-1)/2!x,2,+n(n-1)n-(k-1)/k!x,k,+x,n,利用球坐标与直角坐标间的关系,:,x=Rsincos y=Rsinsin z=Rcos,28,微波测量与天线测量(28)所以rs=R2+xs2+ys2,微波测量与天线测量,(29),故,r,s,R-(x,s,sinc