喇叭天線增益的測(cè)量與修正

羅 林

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所，安徽合肥 230088

測(cè)量天線增益的方法分成相對(duì)增益測(cè)量和絕對(duì)增益測(cè)量?jī)纱箢?lèi)[1-2]。在實(shí)際應(yīng)用中，采用相對(duì)增益測(cè)量法中的增益比較法較為普遍。比較法測(cè)量天線增益的實(shí)質(zhì)就是將待測(cè)天線的增益與已知天線的標(biāo)準(zhǔn)增益進(jìn)行比較而得出待測(cè)天線的增益。所用標(biāo)準(zhǔn)增益天線就是天線增益測(cè)量的主要誤差源，必須認(rèn)真標(biāo)校。

1 標(biāo)準(zhǔn)增益天線

在微波波段，廣泛把角錐喇叭天線作為標(biāo)準(zhǔn)增益天線。我們選用L波段的角錐喇叭天線作為分析對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行增益理論計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果的比較。該角錐喇叭天線的尺寸如圖1所示。

圖1 L波段天線的外形尺寸

其中，a=165.18 mm，b=82.55 mm，A=800 mm，B=790 mm，h=1 000 mm，R1=1 257 mm，R2=1 113.8 mm。

2 角錐喇叭增益的理論計(jì)算

角錐喇叭的增益計(jì)算公式為[3]：

角錐喇叭的E面為均勻分布，ATLE=0dB ；H面為余弦分布，ATLH=0.91dB。

平方相位誤差損耗首先根據(jù)式（3）和式（4）計(jì)算出二次式相位分布常數(shù)S，再查表1得出損耗值[4]。

根據(jù)式（2）計(jì)算出的喇叭增益值如表2所示。

3 角錐喇叭增益的測(cè)量

3.1 增益的測(cè)量

采用兩相同天線法進(jìn)行喇叭增益的測(cè)量，測(cè)試框圖如圖2所示。

表1 平方相位誤差損耗（dB）

表2 喇叭理論增益（dB）

1.7 19.72

圖2 測(cè)試框圖

由傳輸公式[1-2]：

式中：Pr-接收天線最大接收功率；

Pt-發(fā)射天線的輸入功率；

Gr-接收天線增益；

Gt-發(fā)射天線增益；

R-收發(fā)天線間的距離；

λ-工作波長(zhǎng)。

由于接收和發(fā)射天線完全相同，即Gr=Gt=G，用dB表示得：

將測(cè)得的參數(shù)代入公式內(nèi)計(jì)算。為了減小測(cè)量誤差，我們將Pr/Pt取為收發(fā)天線互換測(cè)試的平均值。又由于測(cè)得的P12（dB）、P21（dB）值中包含了波導(dǎo)同軸變換損耗L，應(yīng)將這項(xiàng)損耗扣除。于是可得計(jì)算式為：

3.2 測(cè)量誤差的分析與修正

增益測(cè)量的誤差來(lái)源有：

1）阻抗失配。

2）極化失配。

3）有限測(cè)試距離引起的測(cè)試誤差。

4）儀器測(cè)量誤差。

上述第1）項(xiàng)在保證收發(fā)鏈路良好匹配的前提下，忽略不計(jì)。通過(guò)認(rèn)真架設(shè)收發(fā)喇叭，一般極化失配引入的誤差可略去。儀器測(cè)量誤差帶有隨機(jī)性，約0.05dB，也略去不計(jì)。因此，我們只對(duì)第3）項(xiàng)誤差進(jìn)行分析計(jì)算與修正。

有限測(cè)試距離引起增益測(cè)試誤差的修正系數(shù)ΔG為[2]：

用dB表示，則有

通過(guò)計(jì)算H、T、P、N各參數(shù)[2]，查表3、表4得到各頻點(diǎn)的E面修正系數(shù)ΔGE和H面修正系數(shù)ΔGH，從而求出ΔG。

表3 角錐喇叭E面增益修正系數(shù)ΔGE（dB）

表4 角錐喇叭H面增益修正系數(shù)ΔGH（dB）

那么經(jīng)過(guò)修正的增益值應(yīng)為：

G測(cè)量（dB）=G（dB）-ΔG（dB）

求得的增益修正值ΔG（dB）見(jiàn)表5，增益測(cè)試值與理論值的對(duì)比如表6所示。

表5 有限測(cè)試距離引起的增益測(cè)試誤差

表6 增益理論值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比

4 結(jié)論

實(shí)際測(cè)量天線增益的時(shí)候，不可能使兩天線相距無(wú)限遠(yuǎn)，而只能在有限測(cè)試距離上完成。本文中，對(duì)利用兩相同天線法測(cè)量得出的角錐喇叭增益值進(jìn)行有限測(cè)試距離誤差修正后與理論計(jì)算的增益值差別很小，因此該誤差修正方法是十分有效和必要的。

[1]王玖珍，薛正輝.天線測(cè)量實(shí)用手冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2]張福順，張進(jìn)民.天線測(cè)量[M].西安：西安電子科技大學(xué)，2009.

[3]Warren L.Stutzman，Gary A.Thiele.天線理論與設(shè)計(jì)[M].2版.北京：人民郵電出版社，2006.

[4]Thomas A.Milligan.現(xiàn)代天線設(shè)計(jì)[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2012.