GB T 6667-1986 地面无线电接力系统所用设备的测量方法 第2部分 分系统的测量 第2节 天线和无源转向器的测量.pdf

1、中华人民共和国国家标准地面无线电接力系统所用设备的测量方法第二部分分系统的测量第二节天线和无源转向器的测量发布实施国家标准局发布中华人民共和国国家标准地面无线电接力系统所用设备的测量方法第二部分分系统的测量第二节天线和无源转向器的测量国家标准局发布实施本标准所述的测量方法提供定型试验和交收试验使用也可以用于工厂测试适用范围本标准包括频率在以上的地面无线电接力系统使用的天线和无源转向器的补充定义以及电气机械特性的测量方法和环境条件的试验方法适用于视距和对流层散射系统本标准不涉及有源天线和卫星地球站天线目的本标准的目的是规定评价天线和无源转向器性能特性的术语测试条件及测量方法该天线和无源转向器用于

2、工作频率高于采用线极化的地面无线电接力系统中的收发信系统补充定义天线就本标准而言天线是能使传输线与自由空间相耦合起到发射和接收电磁波作用的一种装置它包括所有起辐射作用的元件例如初级馈源反射器等但不包括有关的传输线和在天线终端的收发信机一侧的其它电气元部件对天线终端必须明确规定注天线可包括天线罩天线装置本标准指的天线装置包括天线及将天线固定在支撑结构上的装置在有规定时也包括天线的定向设备天线系统天线系统包括天线装置传输线变换部件以及形成定向空间辐射所必需的其它构件注在对流层散射系统中要求使用的自承式天线的支撑结构可考虑作为天线系统中的一部分潜望镜天线系统已给出测量方法的各项性能特性在各相应的测量

3、条款中给出定义潜望镜天线系统是一种特殊类型的天线系统它是利用天线照射挂在天线塔上部的无源反射器而天线一般位于天线塔或支撑无源反射器的结构的下部天线罩天线罩是保护天线及其馈源的罩子通常用绝缘材料制成可起到减少风载的作用无源转向器无源转向器是插入微波传输路径中的无源转发装置以达到改变电磁波传播方向的目的注常用的两种不同类型的无源转向器背对背式它是由一小段传输线连接两副天线组成的镜式由单个反射面或彼此距离十分紧凑的两个或多个反射面组成频带天线潜望镜天线或无源转向器的频带是指所有规定的性能特性都能达到的频率范围天线极化天线的极化是指沿视轴方向天线辐射的电磁波在远场区的电矢量的取向倾斜角线极化波的倾斜角

4、是在垂直传播方向的平面上电场方向与标称极化方向之间的夹角同极化天线的同极化是指天线的规定极化或标称极化注实际上天线的实际极化与同极化在倾斜角和轴比上略有不同如果两副天线的标称极化相同则称这两副天线为同极化的正交极化天线的正交极化指的是与所定义的同极化相正交的极化注两副天线的同极化是正交的则这两副天线是正交极化的极化图天线极化图是天线对线极化入射波的响应曲线该入射波的极化方向是旋转的极化效率极化效率是为修正两副天线间的极化失配在功率转换传输方程中引入的一个系数它的值在之间注对极化区配的收发信天线在不存在大气衰减和其它异常情况下则接收功率将满足传输方程见附录单极化天线只以一种极化方式发射和或接收的

5、天线注单极化天线通常只有一个端口与传输线相连接双极化天线以两种独立的同极化方式发射和或接收的天线要求两种极化方式相互正交注双极化天线通常有两个端口此两端口可位于天线系统中传输线接天线一侧如果传输线能传输两个正交模则可位于传输线接收发信机一侧多频段天线多频段天线是可在指定给地面无线电接力业务的两个或两个以上频段上同时进行发射和或接收的天线它可以一组或两组正交极化同时进行工作视轴方向天线的视轴方向是指最大增益的方向天线的有效面积在指定的方向上传输到天线终端匹配负载的功率与从指定方向入射到天线的极化匹配的平面波功率密度之比值即天线效率天线效率是指最大有效面积与辐射表面在垂直于最大辐射方向的平面投影面

6、积的比最大有效面积与最大增益的关系由规定详见附录额定功率天线的额定功率是指天线生产厂家规定的能保证天线性能指标的最大发射功率电平增益参考天线增益参考天线具有可精确复制的结构其增益和方向性优于半波振子可由计算确定并可通过实测证实它具有良好的一致性可作为测量天线增益的标准天线天线电气特性的测量方法天线增益定义及总的考虑天线增益是天线在给定方向上在远场区产生的功率密度与无耗各向同性天线在同样距离处产生的功率密度的比两天线要由同一信号源供给相同的功率注本定义适用于发射天线接收天线增益的定义可从有效面积的定义按下式导出式中波长如果天线是互易的接收和发射用同一天线在同一频率范围内工作并有同样的终端正文定义

7、的发射增益与注释定义的接收增益是相等的除非另有规定增益是指最大增益测量天线增益的方法之一是与增益参考天线进行比较方向图积分法虽然很少采用但计入衰减时可得到精确的结果所以也可采用对大型天线来说直接测量方向性图很不方便可按下述方法求出其增益测量初级馈源的增益和辐射方向图测量或计算衰耗计算天线增益下述其它方法很少使用本文不予叙述测量接收或发射信号绝对功率的方法三天线法注以下各分条款是指对接收天线的测量当需测量发射天线增益时如天线是非互易的则应互换发射源和接收电子设备与增益参考天线直接进行比较测量增益总的考虑直接比较法测量增益是比较由被测天线和增益参考天线从等距离的辐射源接收到的信号电平为减少与照射场

8、不均匀性有关的误差增益参考天线和被测天线应尽可能地相互靠近对照射场剩余的不均匀性应根据附录予以修正应注意保证大天线结构的影响不会明显地改变增益参考天线的特性在被测天线口面上的入射场明显地偏离具有均匀振幅和相位的平面波时为了精确地确定被测天线的增益对每一天线还需引进一个功率转换修正系数对测量设备的要求为减小由于有源电子仪表增益不同而形成的误差通常对增益参考天线和被测天线共用一套接收设备必须注意减小与接收设备的增益漂移和发射源中的输出功率频率变化有关的误差当接收信号电平相差很大时要减小与信号检测装置有关的非线性误差可采用带刻度的方向耦合器或衰耗器使被测天线接收的信号电平与增益参考天线接收到的电平相

9、等测量时保证接收机的线性范围大于接收信号的变化范围是非常重要的把增益参考天线和被测天线接到一个与其匹配的接收机上应当计算失配损耗并将它计入天线增益中必须校准增益参考天线和接收机之间传输的功率应把由于传输线和转换开关阻抗不匹配及功率耗散损失考虑在内同样也须校准被测天线和接收机之间的传输功率当两天线和来自远距离的辐射源的信号的极化不相同时必须确定对每个天线各自的功率传输数值测量方法图为增益比较法在单一频率上测量天线增益的方框图图天线增益测量常用的装置布置示例通常转换开关接通增益参考天线和接收设备并记下指示功率通过转换开关接通被测天线和接收设备并记下指示功率重复步骤直到测得的与达到重复性合乎要求的程

10、度重复性欠佳是由于发射源或接收设备不稳定或传播路径条件改变造成的被测天线的实测增益可由下列一般表达式决定式中被测天线在增益参考点相对于各向同性天线的实测增益增益参考天线相对于各向同性天线的增益极化效率天线与转换开关公共输出之间的传输线衰耗对幅度和相位不均匀的入射波前的修正系数与天线相连的衰减器或方向耦合器的衰耗接入衰减器或方向耦合器是为了把信号电平降低到接近增益参考天线的信号电平注注脚表示和被测天线连接所收到的信号有关的参数注脚表示和增益参考天线连接所收到的信号有关的参数结果的表示相对于各向同性天线的被测天线增益用分贝表示由下式给出天线增益应说明该增益的测试频率和极化方式应规定的细节技术规范应

11、包括以下各项频带增益误差及测量时的频率增益测量精度在所有的增益测量中影响测量精度的基本因素是环境温度的稳定性接收到的信号噪声比发射源的信号变化接收设备的增益变化传播路径的增益或衰耗变化包括环境的影响在内多径传播误差接收设备的非线性传输线和无源器件的功率转换值的功率校准精度测量人员的读数误差增益参考天线的校准精度注附录讨论了与天线测试场地几何条件有关的修正系数天线方向性系数定义天线在远场区给定方向上所产生的功率密度与在相同的距离辐射与被测天线相同功率的无耗各向同性天线产生的功率密度的比值注中定义的增益是与方向性系数相对应的方向性系数是以发射功率为基础的因而不象增益那样包含欧姆损耗在内而增益以输入

12、端接收功率为基础方向性系数通常以分贝表示方向性图定义在天线的远场区保持距离不变时场强或功率随方位角度的分布它可以是同极化的或正交极化的测量方法较小的天线通常测量主要方位和俯仰平面方向性图对较大的天线如米或更大进行直接测量一般不太方便其方向性图可由计算或用比例模型测量得到见和细节说明被测天线和同极化源天线应按附录安装在适当的测试场地如图所示将所需频率的射频信号送到源天线把被测天线连到接收机上连续或逐步将被测天线围绕天线定位装置的方位轴旋转并把所接收到的功率作为角度的函数记录下来然后将被测天线重新定位并绕其轴对有关各平面再进行测量将被测天线重新定位时必须保持源天线的同极化测量正交极化方向性图时被测

13、天线与源天线正交极化并重复上述测量正交极化方向性图的电平是相对于同极化方向性图的峰值电平的图天线方向性系数测量方框图结果的表示可用绘图仪制成的曲线图或列表方式表示结果应规定的细节天线技术规范应包括以下各项有关测试频率测量平面极化方式天线方向性图包络定义天线方向性图包络是一副天线的方向性系数的方向图包络它是根据使用频带内的不同频率和在特定的平面内对规定的极化测量分别画出的注规定本标准中包括的双极化天线通常它们的主瓣应该是能重合的测量方法在天线工作频带内至少选取低中高三点频率测量得到个方向性图来确定天线方向性图包络结果的表示应按偏离视轴方向的度数用相对于峰值最大功率电平的分贝数分别绘出正交极化和同

14、极化的天线方向性图包络天线方向性图包络可用适于计算机编程序的表格型式或者用直角坐标或极坐标的图形给出对设计对称的天线可用辐射图包络表示对非对称天线要用的包络图表示应规定的细节技术规范中应包括以下各项有关测试频率极化方式正交极化鉴别率定义正交极化鉴别率定义为同极化方向峰值信号电平与以同极化视轴方向为中心的角度等于射束宽度内的正交极化最大电平之比单极化天线的测量方法被测天线应装在适当的测试场内见附录并在远场区用一线性极化源天线照射将两天线调整到有完全一致的同极化并且增益最大的位置将源天线绕其视轴方向的轴线转被测天线在方位平面内或其它有关平面内转动射束宽度并记录接收功率同极化信号与最大正交极化信号之

15、比即为被测天线的正交极化鉴别率被测天线和源天线的极化调到与前述测量成再重复以上步骤如只要一个值则取两次测量值中较小者结果的表示正交极化鉴别率应以分贝数表示应规定的细节天线技术规范中应包括以下各项如需要时规定进行除主要平面外的其它平面的测量规定进行测量的角度范围有关测试频率天线阻抗失配一般考虑当天线与指定的传输线连接时天线阻抗失配通常作为频率的函数以驻波比反射系数幅度或回波损耗来表示测量方法安排天线向自由空间或模拟自由空间辐射如有天线罩则应安装就位通过测量回波损耗表示天线阻抗失配的程度回波损耗的测量可以用逐点法或扫频法逐点测量法要作大量的测试很费时间两种方法均可使用测量线法或反射计法测量线逐点测

16、量法这一方法的典型方框图如图所示在使电压驻波比指示器正常工作时所要求的射频信号电平下被测天线应该是线性工作的信号发生器是调幅的可移动的探针还包括了一个可调谐腔和一个宽带二级管检波器电压驻波比指示器通常是一个可在调制频率范围内调谐的选频电压表测量应在全部所需要的射频频带内进行测量线扫频测量法测量线扫频测量法的典型方框图如图所示扫频信号发生器通常为调幅的移动式探针包括一个宽带二极管检波器在音频放大器的输出端接有检波器音频放大器被调谐到调制频率上指示器可以是一个示波器最好是存贮式示波器或绘图仪这个测试系统要用已知数值的失配负载来校正示波器的水平扫描与信号发生器的频率扫描相对应测量时检波器在最低射频处

17、至少要移动一个半波长扫描频率要包括全部所需要的射频频带在任何指定的射频对应于横坐标上指定的点上示波器显示的包络幅度的最大值与最小值的比可按刻度线读出是该频率点的电压驻波比反射计扫频测量法反射计扫频测量法的典型框图如图所示用图中所示的四端定向网络进行入射和反射功率的取样根据这些样值可测出每个频率点上反射系数的模数校准测量系统时被测设备用短路器代替用衰减器来模拟已知回波损耗例如的衰减相当于的回波损耗这种方法优于需要确知检波律的方法如果入射波电平不是恒量校准线就不是水平的所以应在示波管表面用可以擦去的标记画出这条校准线这种校准应做记录通过调节示波器的增益能迅速测出整个扫频范围内回波损耗的大小变化注测

18、量精度取决于定向网络的方向性大于被测天线的回波损耗的范围的程度例如定向耦合器的方向性为测量时的回波损耗的精度为既能测振幅特性又能测相位特性的反射仪可得到史密斯图图测量线逐点电压驻波比测量典型框图图测量线扫频电压驻波比测量典型框图图用反射计测量回波损耗的典型框图结果的表示在规定的频率范围内测量结果以最坏情况的数值来表示当需要计算系统噪声时还应提供一份记录曲线应说明所用的方法和可能的误差应规定的细节天线技术规范应包括以下各项天线输入端口有关测试频率隔离度定义在相同频率下加到多端口天线的一个端口的功率电平与同一天线的另一端口的接收功率电平的比用分贝表示如天线的所有端口对于天线的发射或接收操作是互易的

19、则天线的任一端口都可作为输入或输出端口如端口不是互易的则输入及输出端口可根据天线技术规范来选择测量方法安排天线能向自由空间或模拟自由空间发射如有天线罩应该安装就位将射频功率送到天线的一个端口用匹配的检测器检测另一端口的接收功率其余端口接匹配负载这两个功率之比即为隔离度通常用方向耦合器和功率计测量输入和输出功率隔离度最好用扫频法测量若天线的所有部件是互易的交换输入和输出端口用同样方法测量隔离度结果的表示优先采用记录曲线的复制件另一方法是在规定频带内以最差的分贝数值表示测量结果应说明使用的方法和可能的误差如果对换输入输出端口测得的两个比值不相同取较差者为隔离度应规定的细节技术规范应包括以下各项需测

20、隔离度的各端口有关测试频率天线罩衰耗定义由于使用天线罩而产生的信号衰减测量方法天线罩衰耗一般采用如图所示的直接测量法先调整源天线和被测天线使信号最大在将天线罩装在被测天线上之前先调整接收机和校准衰减器的刻度使读数为零然后装上天线罩并直接在接收机上读出衰减的分贝数应重复测量几次保证结果一致被测天线附近的入射场强度在整个测量过程中应连续监测并将变化考虑在内至少要在天线的使用频段的低中高频率点和工作在极化条件下进行测量结果的表示结果可用图形或列表的方式给出用分贝表示应规定的细节天线技术规范应包括以下各项极化方式有关测试频率图天线罩损耗测量框图无源转向器电气特性的测量方法频率限制采用平面反射器的无源转

21、向器其工作频率仅受反射器表面形状公差的限制增益定义和一般考虑无源转向器的增益是由无源转向器在远场区某一点的功率密度与在同一点上由无源转向器中心点上的各向同性天线代替无源转向器并重新辐射与它接收的同样的功率所产生的功率密度的比计算方法测量无源转向器的增益是不实际的通常用以下方法计算其增益对背对背天线无源转向器的增益是天线增益和连接两天线的部件引起的各项衰耗的代数和以分贝表示单个镜式无源转向器的增益以分贝表示可按下式计算无源转向器增益式中波长有效面积注有效面积是入射与反射路径间夹角的一半的余弦乘以反射器面积由于反射器的表面不精确而引起的增益衰减值未计入在此值内互相位于各自近场区的两个或更多的无源转

22、向器的增益位于天线近场区的单个无源转向器的增益均由分析确定应说明计算方法结果的表示结果以分贝表示应规定的细节技术规范中应包括以下各项有关测试频率入射波和反射波之间的转移角镜式无源转向器的极化旋转定义由于平面反射器反射射频能量而引起的极化角度的变化称极化旋转注有时称极化旋转量为极化旋转斜交角或极化偏移测量方法没有标准的测量方法通常有几种计算与图解方法供使用所有这些方法均由系统的几何形状得出方向性图定义见计算方法远场区镜式无源转向器的方向性图通常是用由无源转向器的频率形状和尺寸决定的图形来计算的对近场区的反射镜则应考虑照射情况矩形镜的归一化方向性图用下式计算采用图所示球坐标系其中下标与分别表示入射

23、波与反射波式中波长图方向性图包络定义见本标准计算方法至少应由无源转向器工作频带内低中高三点频带上计算的方向性图来确定对偏离矩型镜主射束方向性图的包络可由下式求得十分近似的结果上式中所用符号与完全相同与在此等于结果的表示应作出同极化无源转向器方向性图包络该方向性图包络用偏离视轴方向的角度和相对于同极化主瓣峰值功率电平的分贝数来表示可用适于计算机编程序的列表形式表示也可用极坐标或直角坐标中的图形表示对于设计对称的无源转向器可用发射方向性图包络表示整个方向性图包络而对不对称者要用的方向性图包络表示应规定的细节技术规范中应包括以下各项有关测试频率入射与反射波间转移角潜望镜天线系统电气特性的测量方法如使

24、用潜望镜天线系统本标准和各条均适用潜望镜天线系统的增益定义潜望镜天线系统增益定义为潜望镜天线系统在远场区一点产生的功率密度与放在上反射板中心的接收与下面的天线相同功率的无耗各向同性天线在同一点产生的功率密度之比测量方法潜望镜天线系统的增益通常是由描述复数场关系的曲线图来确定因为场的振幅和相位都是不均匀的在用于天线的远区场增益的典型情况下这些曲线图提供一个以分贝为单位的修正因数注附录对潜望镜天线系统的应用有参考作用天线机械特性的测量方法和环境条件的试验方法机械特性补充定义极限风速极限风速是指在这个风速的压力下不致引起天线的永久变形的最大风速工作风速工作风速是指天线的电气特性下降到规定值的风速天线

25、设计荷载天线设计荷载是指天线系统具有保持规定性能的风载和冰载断面误差断面误差是指在无荷载的情况下天线反射器实际表面与设计表面之间的偏差偏焦偏焦是指初级馈源偏离其设计形状的理论位置的轴向与横向的位移偏焦的允许值由电气设计标准决定由风压引起的反射器变形的测量方法风压引起的天线反射器的变形使用静态负荷试验来测量风载与给定的风速及风向有关它可通过风洞试验或附录估算试验时被测天线反射器凸边向下并安装在一个结构接近实际工作情况的支架上为模拟风载分布将沙包和其它重物按附录的说明放在反射器表面上在模拟风速和风向下主辨轴向的偏移和反射器变形可通过以上得到的数据进行计算注当负载试验不可行时则可采用在所需条件下模拟

26、反射器面元上压力分布的有限元法对变形进行计算压力分布可由风洞试验估算断面误差的测量方法一个与天线反射器设计断面具有相同曲线见图的样板固定在反射器表面使其旋转对称轴与反射器的旋转对称轴吻合例如样板固定在顶部的中心环上这个顶环用来装辐射器见图图图样板与反射器表面的距离沿法线方向测出例如用一组固定在样板断面上的千分表样板绕轴旋转按一定间隔重复测量例如对于一个整体的反射器起码要选个方位每个方向上最少有个测量点样板要平滑旋转不要做圆锥运动旋转轴不要倾斜不要压抛物面反射器以防止其变形用下面公式计算反射器断面和标准断面的偏差这里是样板和反射器表面之间沿法向测量的距离是样板位置对反射器表面的标准断面的偏移量是

27、表面法线与反射器的旋转轴之间的角度实际上是根据使样板在旋转时至少与反射器表面有一个接触点的要求测得的对于大尺寸或偏馈天线另外一些测量方法如经纬仪方法更为合适注可用另一种方法以一个轴向上移的偏馈曲线样板代替另一个相同的曲线样板除的方程不同外测量断面误差的方法与相同而公式为这里是对设计曲线的原始偏移距离见图结果的表示断面误差用标称断面的最大测量偏差来表示它按中的公式计算对于定型试验均方根值和测量值用表格的方法给出安装安装天线时天线的波瓣和极化应调到最佳状态因此应按照设备规范提供安装和调整设备垂直面天线支架垂直面支架应配备一个使天线轴线在垂直面内仰角至少在的范围内可连续调整的系统在调整时天线装置应能

28、被牢固支撑另外垂直面支架应备有在范围内水平方向方位角可连续调整的系统同样在调整方位过程中应牢固支撑住天线装置方位角的粗调与安装支架的位置和安装到支撑物上的方法无关并被认为是安装过程的一部分水平面天线支架用于潜望镜天线系统的水平面支架应备有从初始位置的任何一个平面在至少范围内可对主瓣连续调整角度的系统在调整时天线装置应被牢固支撑住按照设备规范将天线安装机械从水平面变到非水平面或倾斜面来进行粗调极化调整调整极化使天线正交极化系统性能处于最佳状态但所需调整量由技术规范给出可以通过辐射器自身旋转或整个天线绕其主轴线旋转进行极化调整温度除另有规定外工作温度范围为注如天线的工作温度低于应在技术规范中说明因

29、为一般情况下钢材在低温时容易断裂密封定义密封是将正压在干燥空气或气体注入天线内部以防止湿气和外界杂质进入测量方法这种测试方法用于不能浸入水中的天线将被测试的装置加压到规定压力并测量环境温度这时的数值为和经过适当时间后如小时再次测量装置内部的气压和环境温度这时的数值为和校正温度差以的气压归一化的气压的降低值为防冰当天线设备规范有规定时应提供手动或自动防冰冻装置当环境气温降到以下时自动控制将开启抗冰冻装置工作如有规定温度降到以下时自动控制可关闭抗冰冻装置使用抗冰冻装置可使用适当的霜或雪检测器与温度传感器件同时工作抗冰冻装置应能防止天线或无源转向器的一些部位形成霜或冰在这些部位上的霜或冰凌会降低电气

30、性能如使用抗冰冻装置或电加热装置应规定电压和功耗注如电加热器或抗冰冻装置不是必需时可使用其它的方法如天线罩或电气的透明材料并要求注明衰减驻波比和极化防腐当对天线的整个结构试验有困难时只能选择部分构件进行测试特别是安装用的金属构件以及不同的金属和非金属元件之间的连接防腐试验可检验出天线抗以下情况的能力盐雾潮湿大气中的二氧化硫紫外线辐射以上试验应采用电工电子产品基本环境试验规程试验盐雾试验方法电工电子产品基本环境试验规程试验接触点和连接件的二氧化硫试验方法电工电子产品基本环境试验规程试验模拟地面上的太阳辐射试验方法中规定的试验方法无源转向器机械特性的测量方法这一条论述了反射镜式无源转向器的机械特性

31、对于背对背式无源转向器见第章补充定义极限风速极限风速是指在风压下不致造成反射镜永久变形的最大风速工作风速工作风速是指在这一风速下反射镜的电气性能降低到规定值时的风速设计荷载指反射镜具有保持规定性能时的风载或冰载断面误差指在无荷载的情况下反射器表面与设计形状之间的偏差当无源转向器由几块板构成时应给出整体及每块板的公差偏转指平均反射器表面的轴与不加负载时轴的角度偏离注偏转一般由两种分量表示扭动和摆动这里扭动是水平面内的角度偏转摆动是垂直面内的偏移偏移与反射镜或反射镜支撑结构有关由风压造成的反射镜的偏移和变形的测量方法可进行计算或测量对反射镜来说测量可按进行支撑结构的偏转主要考虑是扭动和摆动这些在理

32、论上是可以预计的断面误差测量按进行温度见本标准附录极化效率的计算补充件极化效率是数值在之间的一个系数它用于传输方程以修正当两天线功率传递时由极化失配造成的影响注对极化匹配的发射接收天线在无大气衰耗和其它异常情况下接收功率与传输方程一致如天线不是极化匹配的则方程为式中接收功率馈送至发射天线的功率发射天线的增益接收天线的增益距离波长极化效率如果两天线中有一个不是线性极化则必须使用一般表达式计算极化效率的一般表达式为式中天线的电压轴比入射电磁场的轴比两极化椭圆长轴之间的角度差注当两个极化有相同的旋转方向时使用正号不同旋向时取负号极化效率还可表达为如则天线与入射波是极化匹配的如则天线与入射波是正交极化

33、的在这种情况下称天线的极化和入射波的极化是正交的附录天线效率补充件天线方向性系数天线增益和天线效率之间的关系天线方向性系数与辐射口面的关系由下式确定式中天线方向性系数辐射口面或投影在主瓣方向上的辐射表面面积波长口面效率例如对直径为的抛物面天线式变为天线方向性系数和天线增益之间的关系为式中辐射效率因此天线增益与辐射口面的关系是式中天线效率天线效率的计算天线效率有时称为增益因子是多个效率的乘积对抛物面天线可得式中照射效率由馈源照射规律决定溢出效率与抛物面剖面精度有关的损失由馈源波导或同轴电缆和支撑物的阻挡引起的损失馈源后瓣产生的损失反射器匹配顶板引起的损失由于趋肤效应馈源反射器中的波导管或同轴电缆

34、的欧姆损耗馈源或天线的防护罩如果有的话的损耗反射器透明度引起的损耗正交极化引起的损失馈源未对准引起的损失除的值大于外其余所有值都在之间由天线的型式决定的这些系数它们的重要性有大有小附录测试场地的考虑补充件天线测试场地的类型为了确定远场天线的性能理想的测试场地应能提供均匀振幅的平面波照射天线口面下面介绍两种近于理想的天线测试场地自由空间测试场地在该场区内要将周围物体的影响减小到最小这些影响包括测试场地表面的反射源天线和测试天线塔的反射反射测试场地利用场地表面重新辐射的能量与直接信号在测试天线口面上形成干涉确定远场天线性能的第三种方法是使用一小型探测天线如偶极子或波导喇叭来测量近场探针在天线近场内

35、指定的表面一般为平面或球面上到处移动然后根据探针特性和近场测量值来计算远场响应使用近场反射测试场地和某种自由空间测试场地例如倾斜距场地矩形无回波室和缩距测试场地正在考虑中在有关各章中假定源天线作发射被测试天线作接收附录潜望镜天线系统增益的计算补充件潜望镜天线系统的增益可分解为两个因子即照射天线增益和无源反射器引入的修正因子图潜望镜天线系统布置如增益以分贝表示修正因子则变成由无源反射器产生的附加增益决定此项附加增益可正可负也就是它可以是真正的增益或损耗本附录中给出了一套适用曲线本附录只讨论直径为的圆形辐射口面的天线照射的潜望镜天线系统有三种特别重要的情况必须考虑无源反射器为矩形平面它在入射波或反

36、射平面波方向上的投影面积是边长为的正方形图以分贝表示的附加增益是一无量纲变量的函数以比值作为参变量是波长该附加增益最大可达无源反射器为椭圆形平面它在入射或反射平面波方向上的投影面积是直径为的圆图中以分贝表示的附加增益是变量的函数以直径为作为参变量附加增益最大可达无源反射器为椭圆形曲面它在入射或反射平面波长方向上的投影是直径为的圆该曲面反射器的断面是从抛物面体上截下来的一部分其焦点与照射天线的中心重合所以焦距由天线和无源反射器之间的距离决定当转移角为时焦距是距离的一半即因需要特殊设计曲面无源反射器很少使用但它却能给出最大的附加增益附加增益与照射规律有关对于抛物面照射假设它满足的规律其中是天线口径

37、的径向坐标图以分贝表示的附加增益是的函数以直径比值为参变量即边缘下降增益与边缘下降的关系如图所示图中固定均匀照射边缘下降边缘上照射为图矩形平面反射器图椭圆平面反射器图椭圆曲面反射器边缘照射下降图椭圆曲面反射器均匀照射边缘照射下降零边缘照射附录天线承受风载的数据补充件本附录包括由天线塔或其它支撑结构支撑的典型整体天线上产生的压力的数据注风载数据从许多的不同来源取得有些是以风洞试验为基础有些以各种理论计算为基础天线的几何形状随制造厂家不同而异本附录里的风压数据用反射器顶点作为原点的天线的轴系统来说明轴系统有三个正交轴其中之一与天线轴重合严格地讲风的作用分解成轴向的三个作用力和绕轴旋转的三个力矩然而

38、对我们研究的系统可简单地只考虑风所在平面的力如图轴向力沿天线的轴向作用侧向力通过抛物面顶点垂直作用在天线轴上扭力矩是一个力偶它作用在有风的面上和的大小取决于风的动压天线的正面投影面积和天气结构的空气动力学特性这些动力学特性随风的角度变化因此用以下系数表示和的变化是方便的式中系数风速正面面积天线直径图图给出了风的角度典型天线和无源反射器外形的相应负载系数这些根据以如下假设为前提抛物面反射器焦距与直径之比在之间层状气流如对直径为的抛物面反射器风速为时应用图计算如下无与天线轴成角时天线承受的压力为图典型的抛物面上的风力图带天线罩的典型抛物面上的风力图带圆柱型罩的典型抛物面天线上的风力图典型的圆锥形喇

39、叭辐射器风力及扭力矩系数轴向力风速侧向力喇叭辐射器焦距长度扭车矩口里面积图典型的矩型无源转向器上的风力长度高度附录天线偏转的测量步骤补充件虽然测量天线的偏转和应力可以采用不同的步骤然而一些基本方面必须强调天线反射器必须加上尽可能接近实际情况的载荷反射器必须由正规安装结构支撑凹面向上口面必须水平放置这点可用水平仪等检查由风洞试验数据或附录计算出的三个负载轴向力侧向力和扭力矩应同时加上用干燥的沙包砖铅块或其它材料可以模拟轴向压力但注意不要对天线反射器施加集中压力通过拉反射器边缘的链条或带子或连接动态仪的拉杆或一个偏心负载可以模拟侧向压力和扭力矩强度和位移将在关键点上测量例如下图反射器边缘连接机械元

40、件的接触点夹紧装置反面的加强筋如果有的话支撑结构和与与与之间等的中点为得到强度和偏移数据可用适当的仪器对无负载的反射器进行辅助测量如经纬仪分度杆变形测定器刻度表应力仪等建议测试时采取以下步骤不加负载的参考测量施加相应于风力的负载在所有特定点测量位移和强度施加相应于额定风速的负载在所有特定点测量位移和强度施加相应于极限风速的负载在所有特定点测量位移和强度反射器去负荷测量与由步骤得到的参考数值的差值将以表格图形的形式给出位移和强度的分布结果附加说明本标准由中华人民共和国邮电部提出由邮电部邮电工业标准化研究所归口本标准由邮电部西安微波通信设备厂和邮电部邮电工业标准化研究所负责起草本标准主要起草人张浩然邱炎李凤林