机载相控阵雷达天线方向图计算与误差仿真

天线线列阵方向图

阵列方向图及MATLAB 仿真 1、线阵的方向图 2 ()22cos(cos )R φψπφ=+- MATLAB 程序如下（2元）： clear; a=0:0.1:2*pi; y=sqrt(2+2*cos(pi-pi*cos(a))); polar(a,y); 图形如下： 若阵元间距为半波长的M 个阵元的输出用方向向量权重11(,,)M j j M g e g e φφ???加以组合的话，阵列的方向图为 [(1)cos()]1()m M j m m m R g e ψπφφ--==∑ MATLAB 程序如下（10个阵元）： clear; f=3e10; lamda=(3e8)/f;

beta=2.*pi/lamda; n=10; t=0:0.01:2*pi; d=lamda/4; W=beta.*d.*cos(t); z1=((n/2).*W)-n/2*beta* d; z2=((1/2).*W)-1/2*beta* d; F1=sin(z1)./(n.*sin(z2));i K1=abs(F1) ; polar(t,K1); 方向图如下： 2、圆阵方向图程序如下： clc; clear all； close all; M = 16; % 行阵元数 k = 0.8090; % k = r/lambda DOA_theta = 90; % 方位角 DOA_fi = 0; % 俯仰角 % 形成方位角为theta，俯仰角位fi的波束的权值m = [0 : M-1];

w = exp(-j*2*pi*k*cos(2*pi*m'/M-DOA_theta*pi/180)*cos(DOA_fi*pi/180)); % w = exp(-j*2*pi*k*(cos(2*pi*m'/M)*cos(DOA_theta*pi/180)*cos(DOA_fi*pi/180)+sin(2*pi*m'/M)*si n(DOA_fi*pi/180))); % 竖直放置 % w = chebwin(M, 20) .* w; % 行加切比雪夫权 % 绘制水平面放置的均匀圆阵的方向图 theta = linspace(0,180,360); fi = linspace(0,90,180); for i_theta = 1 : length(theta) for i_fi = 1 : length(fi) a = exp(-j*2*pi*k*cos(2*pi*m'/M-theta(i_theta)*pi/180)*cos(fi(i_fi)*pi/180)); %a=exp(-j*2*pi*k*(cos(2*pi*m'/M)*cos(theta(i_theta)*pi/180)*cos(fi(i_fi)*pi/180)+sin(2*pi*m'/ M)*sin(fi(i_fi)*pi/180))); % 竖直放置 Y(i_theta,i_fi) = w'*a; end end Y= abs(Y); Y = Y/max(max(Y)); Y = 20*log10(Y); % Y = (Y+20) .* ((Y+20)>0) - 20; % 切图 Z = Y + 20; Z = Z .* (Z > 0); Y = Z - 20; figure; mesh(fi, theta, Y); view([66, 33]); title('水平放置时的均匀圆阵方向图'); % title('竖面放置时的均匀圆阵方向图'); % 竖直放置 axis([0 90 0 180 -20 0]); xlabel('俯仰角/(\circ)'); ylabel('方位角/(\circ)'); zlabel('P/dB'); figure; contour(fi, theta, Y); 方向图如下：

天线方向图的理论分析及测量原理分析

实验四、电波天线特性测试 一、实验原理 天线的概念 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。 天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。 对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的： 按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等； 按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等； 按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等； 按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。 选择合适的天线 天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在选择天线时必须首先注重其性能。具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线的电气性能。选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。 天线的方向性 发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天

线称为定向天线。全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。 垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图。立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。 天线的增益 增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简单地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离越远，一般基地台天线采用高增益天线，移动台天线采用低增益天线。 增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以这样来理解增益的物理含义------为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。半波对称振子的增益为G = 2.15dBi；4个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G = 8.15dBi(dBi，这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd。 天线的波瓣宽度 方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。还有一种波瓣宽度，即 10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB

试验四天线方向图测量试验

实验四 天线方向图测量实验 一、预习要求 1、什么是天线的方向性？ 2、什么是天线的方向图，描述方向图有哪些主要参数？ 二、实验目的 1、通过天线方向图的测量，理解天线方向性的含义； 2、了解天线方向图形成和控制的方法； 3、掌握描述方向图的主要参数。 三、实验原理 天线的方向图是表征天线的辐射特性(场强振幅、相位、极化)与空间角度关系的图形。完整的方向图是一个空间立体图形，如图7所示。 它是以天线相位中心为球心（坐标原点），在半径足够大的球面上，逐点测定其辐射特性绘制而成的。测量场强振幅，就得到场强方向图；测量功率，就得到功率方向图；测量极化就得到极化方向图；测量相位就得到相位方向图。若不另加说明，我们所述的方向图均指场强振幅方向图。空间方向图的测绘十分麻烦，实际工作中，一般只需测得水平面和垂直面的方 向图就行了。 图7 立体方向图 天线的方向图可以用极坐标绘制，也可以用直角坐标绘制。极坐标方向图的特点是直观、简单，从方向图可以直接看出天线辐射场强的空间分布特性。但当天线方向图的主瓣窄而副瓣电平低时，直角坐标绘制法显示出更大的优点。因为表示角度的横坐标和表示辐射强度的纵坐标均可任意选取，例如即使不到1o的主瓣宽度也能清晰地表示出来，而极坐标却无法绘制。一般绘制方向图时都是经过归一化的,即径向长度(极坐标)或纵坐标值(直角坐标)是以相对场强max `)(E E ?θ表示。这里，)(`?θE 是任一方向的场强值，max E 是最大辐射方向的场强值。因此，归一化最大值是1。对于极低副瓣电平天线的方向图，大多采用分贝值表示，归一化最大值取为零分贝。图8所示为同一天线方向图的两种坐标表示法。

阵列天线方向图函数实验

阵列天线方向图函数实验 一、 实验目的 1. 设计一个均匀线阵，给定d N d ,,,λθ画出方向图)(θF 函数图； 2. 改变参数后，画出方向图)(θF 函数图，观察方向图)(θF 的变化并加以分析； 3. 分析方向图)(θF 主瓣的衰减情况以及主瓣对第一旁瓣的衰减情况，确定dB 3衰减对应的θ； 二、 实验原理 阵列输出的绝对值与来波方向之间的关系称为天线的方向图。方向图一般有两类：一类是阵列输出的直接相加（不考虑信号及其来向），即静态方向图；另一类是带指向的方向图（考虑信号指向），当然信号的指向是通过控制加权的相位来实现的。对于某一确定的M 元空间阵列，在忽略噪声的条件下，第k 个阵元的复振幅为 ),2,1(0M k e g x k j k ==-ωτ （2.1） 式中：0g 为来波的复振幅，k τ为第k 个阵元与参考点之间的延迟。设第k 个阵元的权值为k w ，那么所有阵元加权的输出得到的阵列的输出为 ) ,2,1(010M k e g w Y k j M k k ==-=∑ωτ （2.2） 对上式取绝对值并归一化后可得到空间阵列的方向图 {}00max )(Y Y F =θ （2.3） 如果),2,1(1M k w k ==式（2.3）即为静态方向图)(θF 。下面考虑均匀线阵方向图。假设均匀线阵的间距为d ，且以最左边的阵元为参考点（最左边的阵元位于原点），另假设信号入射方位角为θ，其中方位角表示与线阵法线方向的夹角，与参考点的波程差为 θθτsin )1(1)sin (1 1d k c x c k -== （2.4） 则阵列的输出为

βθλπ ωτ)1(10sin )1(210100--=--=-=∑∑∑===k j M k k d k j M k k j M k k e g w e g w e g w Y k （2.5） 式中：λθπβ/sin 2d =，λ为入射信号的波长。当式（2.5）中),2,1(1M k w k ==时，式（2.5）可以进一步简化为 ) 2/sin()2/sin(2)(00βββM M e Mg Y k M j == （2.6） 可得均匀线阵的静态方向图，即 ) 2/sin()2/sin()(0ββθM M F = （2.7） 当式（2.5）中),2,1(,/sin 2,)1(M k d e w d d k j k d ===-λθπββ时，式（2.6）可简化为 ] 2/)sin[(]2/)(sin[2)()1(00d d M j M M e Mg Y d ββββββ--=-= （2.7） 于是可得到指向为d θ的阵列方向图，即 ] 2/)sin[(]2/)(sin[)(d d M M F ββββθ--= （2.8） 三、 实验过程 1. 指向0=d θ静态方向图函数的实验 1.1均匀线阵阵元个数N 对方向图函数)(θF 的影响 sita=-pi/2:0.01:pi/2; lamda=0.03; d=lamda/2; n1=10; sita_d=0 beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda; beta_d=2*pi*d*sin(sita_d)/lamda; z11=(n1/2)*(beta-beta_d); z21=(1/2)*(beta-beta_d); f1=sin(z11)./(n1*sin(z21)); F1=abs(f1); figure(1); plot(sita,F1,'b'); hold on ; n2=20;

天线方向图测量

电磁场与电磁波实验报告实验内容：天线方向图的测量 学院：电子工程学院 班级：2010211207 姓名：林铭雯 学号：10210880（21）

一、实验目的 1．了解天线的基本工作原理。 2．绘制并理解天线方向图。 3．根据方向图研究天线的辐射特性。 4、通过对不同材质的天线的方向图的研究，探究其中的练习与规律。 二、实验原理 1、天线的原理 天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它 的辐射或接收效率可能很低。要能够有 效地辐射或者接收电磁波，天线在结构 和形式上必须满足一定的要求。图B1-1 给出由高频开路平行双导线传输线演变 为天线的过程。开始时，平行双导线传 输线之间的电场呈现驻波分布，如图 B3-1a 。在两根互相平行的导线上，电流 方向相反，线间距离又远远小于波长， 它们所激发的电磁场在两线外部的大部 分空间由于相位相反而互相抵消。如果 将两线末端逐渐张开，如图B3-1b 所示， 那么在某些方向上，两导线产生的电磁 场就不能抵消，辐射将会逐渐增强。当 两线完全张开时，如图B3-1c 所示，张开 的两臂上电流方向相同，它们在周围空 间激发的电磁场只在一定方向由于相位关系而互相抵消，在大部分方向则互相叠加，使辐射显著增强。这样的结构被称为开放式结构。由末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线，是最简单的一种天线。 天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。图B3-2是进行无线电通信时，从发射机到接收机信号通 图1 传输线演变为天线 a.发射机c. b.

天线方向图测试系统操作说明

大连理工大学实验预习报告 姓名：牛玉博班级：电通1202 学号：201201203 实验六天线方向图测试 本系统主要用于线天线E面方向图测试，可动态、实时绘制极坐标和直角坐标系方向图曲线，保存测试数据用于后续分析处理。 系统使用步骤示意如图0.1所示。 图0.1 系统使用步骤示意图 1系统连接 测试系统由发射装置、接收装置和控制器三大部分组成，三部分的连接示意如图1.1所示。连接时注意信号线要根据待测工作频率接至对应端子，并将接收装置方向调整到正确姿态。

图1.1 系统连接示意图 发射装置包含400MHz 和900MHz 两个频点的发射电路和天线，如图1.2所示。接收装置包含400MHz 和900MHz 两个频点的接收电路和天线，并具有天线旋转机构，如图1.3所示。控制器利用触摸屏完成所有测试操作和方向图曲线的实时绘制，如图1.4所示。 图1.2 发射装置 图1.3 接收装置 此处少一图（图1.4 测试控制器）、待发。 2 控制器操作 2.1 打开控制器电源，等待系统启动，进入提示界面，如图2.1所示。

图2.1 方向图测试系统提示界面 2.2点击界面任意位置，进入“实测方向图”界面，如图2.2所示。 图2.2 实测方向图界面 2.3点击图2.2中的“频率选择”按钮，选择与硬件链接对应的工作频率。 2.4点击“天线长度”数字框，输入实际天线长度（单位为毫米），并按“确 定”确认，如图2.3所示。

图2.3 天线长度输入界面 2.5点击“机械回零”按钮，接收天线旋转，当到达机械零点基准点时，自 动停止旋转，如图2.4所示。注意：机械回零完成之前不要做其它操作！ 图2.4 机械归零界面 2.6点击“归一化”按钮，接收天线旋转，搜索信号最大值，并提示“归一 化进行中”。当到天线旋转一周时，搜索结束，如图2.5所示。注意：归一化完成之前不要做其它操作！

天线的方向图测量(设计性试验)

中国石油大学近代物理实验报告 班级：材料物理10-2 姓名：同组者：教师： 设计性实验不同材质天线的方向图测量【实验目的】 1．了解天线的基本工作原理。 2．绘制并理解天线方向图。 3．根据方向图研究天线的辐射特性。 4、通过对不同材质的天线的方向图的研究，探究其中的练习与规律。 【预习问题】 1．什么是天线？ 2．AT3200天线实训系统有那几部分组成，分别都有什么作用？ 3．与AT3200天线实训系统配套的软件有几个，分别有什么作用？ 【实验原理】 一．天线的原理 天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。要能够有效地辐射或者接收电磁波，天线在 结构和形式上必须满足一定的要求。图B1-1给出 由高频开路平行双导线传输线演变为天线的过程。 开始时，平行双导线传输线之间的电场呈现驻波分 布，如图B3-1a。在两根互相平行的导线上，电流 方向相反，线间距离又远远小于波长，它们所激发 的电磁场在两线外部的大部分空间由于相位相反 而互相抵消。如果将两线末端逐渐张开，如图B3-1b 所示，那么在某些方向上，两导线产生的电磁场就 不能抵消，辐射将会逐渐增强。当两线完全张开时， 如图B3-1c所示，张开的两臂上电流方向相同，它 们在周围空间激发的电磁场只在一定方向由于相 位关系而互相抵消，在大部分方向则互相叠加，使 辐射显著增强。这样的结构被称为开放式结构。由 末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线，是最简单的一种天线。 图B3-1 传输线演变为天线a. 发射机 c. b.

天线测量与微波测量实验讲义

天线测量与微波测量实验讲义(试用)实验一、喇叭天线方向图得测量 一、 实验目得: 1、 了解喇叭天线得方向图特性; 2、 掌握天线方向图得测量方法。 ,H 面与E 面方向图得计算公式为 E H θ)E 0b[(λR H )/8]1/2{exp[j(π/4)λR H θ/λ))2][C(u 1)+C(u 2)-jS(u 1)-jS(u 2)] λR H ((1/a h )-(2sin θ/λ))2][C(u 3)+C(u 4) -jS(u 3)-jS(u 4)]} E E 2]1/2cos θ}{[C(w 1)+C(w 2)]2+[S(w 1)+S(w 2)]2}1/2 ±j(π/2)t 2 ]dt=C(x)±jS(x) u 1h /(λR H )1/2]+(λR H )1/2 [(1/a h )+(2sin θ/λ)]} u 2h /(λR H )1/2]-(λR H )1/2[(1/a h )+(2sin θ/λ)]} u 3=(1/2)1/2{[a h /(λR H )1/2]+(λR H )1/2[(1/a h )-(2sin θ/λ)]} u 4=(1/2)1/2{[a h /(λR H )1/2]-(λR H )1/2[(1/a h )-(2sin θ/λ)]} w 1=[b h /(2λg R E )1/2]+{[(2λg R E )1/2/λ]sin θ} w 2=[b h /(2λg R E )1/2]-{[(2λg R E )1/2 /λ]sin θ} w 1=[b h /(2λg R E )1/2]+{[(2λg R E )1/2/λ]sin θ}

8第8章 天线方向图的测试

第8章 天线方向图的测试 方向图测试本身并不难，难在它须要一套设施。首先是空旷的场地或暗室，其次是转台与安装设备，当然还要有一套收发装置能自动记录测试数据。 这里要提醒的是在测照射器的幅度方向图之前，先要测出其相位方向图以定出相位中心后，才能测幅度方向图。 8.1 相位方向图的测试 由于这个问题未受到充分重视，故这里先讲它，作为抛物反射面天线的照射器，可以 是振子，也可以是喇叭，甚至是波纹喇叭，抛物面反射器对照射器不但有幅度分布要求，对相位分布也有要求，一般要求同相。或者说测幅度方向图时转台的旋转中心要落在照射器的相位中心上，除要求转台上有平移微调用的拖板，以便来回调整位置，找到合适的相位中心，当然指示设备要用有相位信息的矢网之类的幅相接收机，最简单的就是PNA36系列。 相位中心不是一次就找得出来的，它是一个试凑过程，甚至有的照射器E 面与H 面相位中心不重合，假如你能在天线反射面或付面中能修正这些相位误差的话，你的天线设计就又高了一层。 8.2 测远场幅度方向图的考虑 一．测试距离R 一个待测天线最大口径尺寸为D 则R ≥2D 2/λ，对于一般通信天线大致上约为30m 。这是允许口面相位差π/8推出的，适于一般常规要求。 二．架高问题 一般习惯收发天线适当架高一些，以避免阻挡与人的影响。有人想避开地的影响，拼命架高并无必要，因为在低频段，低增益下脱离地面达到自由空间的效果是办不到的，甚至测增益有时要故意架低才能测准。但测波瓣并不太在乎高度，但也不宜放在盲区，有时得适当选择一个高度才行。当然有条件的话尽量在暗室中测试。 三．系统信号强度（接收功率）估算 P r = ()222244L R G PGG L R A G G P r t t πλπ=???? （8-1） 用dB 表示 。 P rdBm = P dBm + G dB + G tdB + G rdB +λdB - R dB - L dB （8-2） P 为发射功率，L 为电缆损耗，G 为放大器增益（注意P max ≈17dBm ），G t 为发射天线增益，G r 为待测天线增益，R 为空间衰减，λ为波长，λ dB 为由波长引入的因子。

天线方向图及归一化概念

天线方向图及归一化概念 天线的方向图是表征天线辐射特性(场强振幅、相位、极化)与空间角度关系的图形。完整的方向图是一个三维的空间图形，如图3.1所示。它是以天线相位中心为球心（坐标原点），在半径r足够大的球面上，逐点测定其辐射特性绘制而成。测量场强振幅，就得到场强方向图；测量功率，就得到功率方向图；测量极化，就得到极化方向图；测量相位，就得到相位方向图。若不另加说明，本书说述方向图均指场强振幅方向图。三维空间方向图的测绘十分麻烦，实际工作中，一般只需测得水平面和垂直面（即XY平面和XZ平面）的方向图就行了。 图1 测量方向图的坐标 天线方向图可以用极坐标绘制，也可以用直角坐标绘制。极坐标方向图的特点是直观、简单，从方向图可以直接看出天线辐射场强的空间分布特性。但当天线方向图的主瓣窄而副瓣电平低时，直角坐标绘制法显示出更大的优点。因为表示角度的横坐标和表示辐射强度的纵坐标均可任意选取，例如即使不到1°的主瓣宽度也能清晰地表示出来，而极坐标却无法绘制。图2所示为同一天线方向图的两种坐标表示法。

图2方向图的表示法(a)极坐标(b)直角坐标 一般绘制方向图时都是经过归一化的，即径向长度(极坐标)或纵坐标值(直角坐标)是以相对场强E（θ，φ）/Emax，这里E（θ，φ）是任一方向的场强值，Emax是最大辐射方向的场强值。因此，归一化最大值是1。对于极低副瓣电平天线的方向图，大多采用分贝值表示，归一化最大值取为零分贝。图3所示为直角坐标中用归一化场强和分贝值表示的同一天线方向图。 图3 归一化方向图

以下为实测的方向图（采用直角坐标系并归一化，单位为dB ） DEG 1-1 发垂直极化方位±8°方向图 -1.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 d B DEG 1-7发垂直极化方位±3°测交叉极化方向图

天线测试方法介绍

天线测试方法介绍 天线测试方法介绍 对天线与某个应用进行匹配需要进行精确的天线测量。天线工程师需要判断天线将如何工作，以便确定天线是否适合特定的应用。这意味着要采用天线方向图测量(APM)和硬件环内仿真(HiL)测量技术，在过去5年中，国防部门对这些技术的兴趣已经越来越浓厚。虽然有许多不同的方法来开展这些测量，但没有一种能适应各种场合的理想方法。例如，500MHz以下的低频天线通常是使用锥形微波暗室(Anechoic Chamber)，这是20世纪60年代就出现的技术。遗憾的是，大多数现代天线测试工程师不熟悉这种非常经济的技术，也不完全理解该技术的局限性(特别是在高于1GHz的时候)。因此，他们无法发挥这种技术的最大效用。随着对频率低至100MHz的天线测量的兴趣与日俱增，天线测试工程师理解各种天线测试方法(如锥形微波暗室)的优势和局限的重要性就愈加突出。在测试天线时，天线测试工程师通常需测量许多参数，如辐射方向图、增益、阻抗或极化特性。用于测试天线方向图的技术之一是远场测试，使用这种技术时待测天线(AUT)安装在发射天线的远场范围内。其它技术包括近场和反射面测试。选用哪种天线测试场取决于待测的天线。 为更好地理解选择过程，可以考虑这种情况：典型的天线测量系统可以被分成两个独立的部分，即发射站和接收站。发射站由微波发射源、可选放大器、发射天线和连接接收站的通信链路组成。接收站由AUT、参考天线、接收机、本振(LO)信号源、射频下变频器、定位器、系统软件和计算机组成。 在传统的远场天线测试场中，发射和接收天线分别位于对方的远场处，两者通常隔得足够远以模拟想要的工作环境。AUT被距离足够远的源天线所照射，以便在AUT的电气孔径上产生接近平面的波阵面。远场测量可以在室内或室外测试场进行。室内测量通常是在微波暗室中进行。这种暗室有矩形的，也有锥形的，专门设计用来减少来自墙体、地板和天花板的反射(图1)。在矩形微波暗室中，采用一种墙面吸波材料来减少反射。在锥形微波暗室中，锥体形状被用来产生照射。

天线及其测量方法概要

现代微波与天线测量技术 第6讲：无源天线及其测量技术 彭宏利博士 2008.11 微波与射频研究中心 上海交通大学－电信学院－电子工程系 第 8 节：无源天线及其测量技术 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 能的影响 8.8. 8.9. 8.10. 8.11. 天线概述；天线主要性能指标； Helical 外置天线； PIFA 内置天线；Monopole 内置天线； PIFA 和 Monopole 天线比较；天线性能与环境：其它部件对手机天线性天线测量条件和测量参数；天线方向图测量技术；天线增益测量技术；天线极化参数测量第 1/ 39 页 8.1. 天线概述 8.1.1. 天线的定义在无线电发射和接收系统中，用来发射或接收电磁波的元件，被称为天线。 8.1.2. 天线的作用天线的作用是转换电磁波的型态：… … … … 发射天线将电路传输结构中的导引波转换成空间中的辐射波；接收天线将空间中的辐射波转换成电路传输结构中的导引波；接收和发射天线是互易的。导引波（Guided wave）：电磁波被局限在一般电路中，沿传输线往特定的方向前进，分析参数为电压和电流。 … 辐射波（Radiation wave）：电磁波可以往空间任意方向传播，分析参数为电场和磁场。 8.1.3. 天线工作机理第 2/ 39 页 导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。如果两平行导线的距离很近，则两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，辐射很微弱。如果两导线张开，则由于两导线的电流方向相同，两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度ｌ远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱。当导线的长度可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，能形成较强的辐射。通常将能产生显著辐射的直导线称为振子。 8.1.4. 天线分类基站天线：第 3/ 39 页 终端天线： 8.2. 天线主要性能指标 8.2.1. 工作频率和带宽 3dB 增益带宽：天线增益下降 3dB 时对应的频带宽度。驻波比带宽：在一定驻波比条件下，天线输入口的工作频带宽度。移动通信系统中，通常使用后一种定义，即基站天线的输入驻波比≤1.5 时，天线的工作带宽；手机天线驻波比≤2.5 时的工作带宽。 8.2.2. 驻波比第 4/ 39 页 当天线馈线和天线匹配时，高频能量全部被天线转化成辐射电磁波。其特点是，馈线上传输的是行波，即线上没有反射波、各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。当天线馈线和天线不匹配时，馈线上传播的是行驻波。可用反射系数Γ 表示。也可用回波损耗（Return Loss）来表示天线与馈线的匹配状况。电压驻波比 VSWR、反射系数Γ、回波损耗 RL 的关系式如下：

天线的方向图测量(设计性)试验

理学院材料物理专业近代物理实验（设计性）试验报告

中国石油大学近代物理实验报告 班级：材料物理10-2 姓名：同组者： 设计性实验不同材质天线的方向图测量 （measurement of antenna parameters） 【中国石油大学（华东）理学院材料物理专业10-2 】 摘要： 天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。 天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。 研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。我们知道电磁场满足麦克斯韦（Maxwell）方程组。因此，求解天线问题实质上是求解满足一定边界条件的电磁场方程，它的理论基础是电磁场理论。 研究天线主要是得到天线的相关特性，天线特性一般由电路特性和辐射特性两个方面表征。电路特性包括天线的输入阻抗、效率、频率宽度和匹配程度等；辐射特性包括方向图、增益、极化、相位等，为了达到最佳的通信效果，要求天线必须具备一定的方向性，较高的转换效率，以及满足系统工作的频带宽度。 根据无线电技术设备的任务不同，常常要求天线不是向所有方向均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接受能力），而是只向某个特定的区域辐射（或只接受来自特定区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是说，要求天线具有方向性。 天线所辐射的无线电波能量在空间方向上的分布，通常是不均匀的，这就是天线的方向性。即使最简单的天线也有方向性，完全没有方向性的天线实际上不存在。 通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数。用来描述天线方向图的参数通常有主方向角、主瓣宽度、半功率角、副瓣宽度、副瓣电平等。 关键词：天线、无线电波、能量转换、电磁场、辐射或接收 引言： 通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备，都是通过无线电波来传播信息，都需要有无

影响天线方向图测量有关因素分析

影响天线方向图测量有关因素分析 Analyz ing Relative Factors on Antenna Radiation Pattern Measurement t田晓霞Tian Xiaoxia =作者简介>田晓霞,女,工程师。工作单位:中国电子科技集团三十九研究所。通讯地址:710065西安市电子二路84#信箱32分箱。 =摘要>本文着重讨论测试设备及相关因素对天线方向图测量的影响并提出改进措施。 =关键词>方向图旁瓣特性频谱仪 =收稿时间>2004-06-07 1.引言 天线方向图测量的目的是测定或检验天线的辐射特性。天线的波束宽度、天线增益、天线旁瓣特性等多项技术指标由天线方向图确定。可见天线方向图是天线的重要指标,国际电工委员会将它定为天线入网测试的主要指标之一。由于天线方向图测量是系统工程,在天线测量过程中要尽可能排除内外界因素的不良影响,准确地测量天线方向图。外界因素主要指测试环境:天线附近有无同频干扰源,天线正前方有无高大建筑物遮挡,是否满足远场测试条件(R\2D2/K,D为待测天线直径,K为工作频率)等。内因指测量系统:测试设备是否精确,测试方法是否合理等。本文主要讨论内因对天线方向图测量的影响。 2.测量系统构成 天线方向图测量系统主要由源天线、扫频信号源、被测天线、ACU/ ADU(天线控制驱动单元)、LNA(低噪声放大器)、频谱仪、绘图仪和低耗同轴电缆线等构成。测量系统方框如图1所示。由系统框图可以看出,测量系统由多个单元组成,而频 谱仪和驱动单元是方向图测量的主 要设备。 图1用信标塔法测试天线方向图框图 天线方向图是空间角度的函 数,并用F(H,7)函数表征。由于 天线方向图是立体的,在实际测量 中,常把方向性函数F(H,7)中的 一个变量固定,就可以测量某一截 面的天线方向图。通常测量天线的 方位方向图和俯仰方向图。根据测 得的天线方向图,利用式(1)计算天 线波束宽度,利用式(2)计算天线增益。 H=$t t @X(1) 式中:$t)3dB扫描时间;t) 扫描时间;X)天线转动的实际角 度。 G=10lg[1 2 (31000 H0.5A Z@H0.5EL+ 91000 H0.1AZ@H0.1EL)]-IL-685( D K) 2 (2) 式中:I L)馈源损耗;D)天线 精度;K)工作波长。 3.因素分析 3.1测量设备的影响 频谱分析仪是测量天线方向图 的关键设备,测量天线方向图时,把 频谱仪扫频宽度置为零(SPAN= 0),频谱仪就变成时域接收机,此时 的水平轴就由原来的频率轴变成时 间轴,那么方向图的角域测量变成 时域测量,天线转动角度与频谱仪 的扫描时间存在一一对应关系,通 过转动天线就可以实时测量天线方 向图。 但在应用频谱仪测量天线方向 图时应注意以下两点: (1)要有足够的动态范围 动态范围是影响天线方向图测 量的重要因素。动态范围是指在该 范围内线性好,有足够的信噪比,这 样才能保证测量数据的可靠性和准 确性。因此,为了准确测量天线方 向图,就要求有足够的动态范围。 最小动态范围计算公式为: DR min=G-G(H)+10 式中:DR min为最小动态范围, G为天线增益(dBi),G(H)测量角 度为H的天线增益包络。图2和图 3分别给出不同测试角度范围内最 小动态范围与天线增益曲线。 图2最小动态范围与天线增益曲线 通过实验证明,改善动态范围 通常有以下几种途径:1提高信号 源的发射功率。o在频谱仪前加低 噪声放大器,用来放大待测天线接 u计测技术 l y 计量与测试技术#2004#l18