本标准适用于天线的相位测量。 SJ 2534.8-1986 天线测试方法 相位测量 SJ2534.8-1986 标准下载解压密码：www.bzxz.net
本标准适用于天线的相位测量。

中华人民共和国电子工业部部标准SJ2534.8-86
天线测试方法
相位测量
1986-01-24发布
1986-10-01实施
中华人民共和国电子工业部批准中华人民共和国电子工业部部标准天线测
试方法
相位测量
本标准适用于天线的相位测量。1概述
SJ 2534.8-86
一般用两个特定正交极化的辐射场分量的幅度和相位来完整地描述天线的辐射方向图。由于天线辐射场的相位特性包含着很重要的信息，故在某些场合特别重视相位测量。1.1利用辐射场相位特性的场合
1.1.1远场情况
需从远场相位变化提取必要信息的场合为：a。确定聚焦反射器的聚焦情况；b.自跟踪天线；
e。相位干涉仪。
1.1.2近场情况
在近场情况下，相位特性用于：，根据近场的相位和辐度变化精确地预知远场方向图，b。在其它情况下用于说明一个天线的特性。1.2相位的定义
1.2.1标量场的相位
角频率为@的单频场分量随时间的变化可用下式表示：e(t)=E。cog(ot+)=Re(Eejwejoty式中：
—实数
E。正实数。
e（t）在时间t的相位是复数E。。(\+ot)的相角，即相位e（t）=±+t
当不指定时间时，e（t）的相位是指t=0时的相位，即相位=
1.2.1.1相位滞后
若场e沿x轴以v=/k的速度传播，则e(t,x)=E.cos(ot-kx+y)
式中：k—波数。
电子工业部1986-07-24发布
（1）
（4）
1986-10-01实施
SJ 2534.8-86
在点场随t的变化可由曲线（t，0）在正方向的位移×/v来表示（见图1）。这称为相位滞后（或延迟，落后）。场由x=0传到，相位减少量为kx。sx
图1沿方向传播的单频场的相位移1.2.2失量场的相位
1.2.2.1线极化场失量的相位
线极化场矢量可表示为标量函数（t）与表示极化方向的单位失量u的乘积，即E(t)e(t)u
8（t）的相位即为E。J的相角。(5)
1.2.2.2椭圆极化场失量的相位
在椭圆极化场矢量情况下；场仍可用式（5）表示，但u是幅度为1的复数失量（u.u=1）矢量u不单由极化和归一化条件唯一地规定，也可以用u\=uela代替u，u\表示与u具有相同的极化，但相位差为α的矢量。这就相应地改变了，因此，应按一个明确的约定来规定u。
2相位方向图
天线辐射场的指定分量可用下式表示：j(0,o)-jkr
Eu(t,e,$)F(0.Φ)e
式中F和W分别表示指定分量的幅度、相位与（9，）的关系，而（r，，）是观察点的球坐标。
2.1线极化情况
如1.2.2.1所述，对线极化，u为实矢量（如在和方向增加方向的单位量ue和u）。于是（0，）被唯一地确定，并称里（0，）为相位方向图。2.2圆极化和圆极化情况
对圆或椭圆极化，如1.2.2.2所述，在讨论相位方向图时，对所关心的每个方向（9，中），2
都应按明确的约定来规定u。
3天线的相位中心
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在许多应用中，需要对天线指定一个特殊参考点，认为辐射是由该点发出的。这一参考点视定义不同，称为相位中心，视在相位中心及曲率中心，通称为相位中心。3.1相位中心
对于任何给定频率，若存在-个坐标原点，使式（6）中的里（°，中）与和中无关，则称这个原点为球面波前或等相面的相位中心。这时，对指定的极化，可用实函数F（，中）来描述方向图。
3.1.1相位中心实例
对于偶或奇交叉对称的线天线或天线阵，若电流满足下列条件：1(-x) = ±I'(x) ...
此时，即存在相位中心。
3.2视在相位中心
对大多数实际天线而言，并不存在对所有方向都有效的“真正”的相位中心。此时可用视在相位中心这一概念。若以某点为参考点时，里（9，）在所关心的角度范围内（例如天线主波束的一部分）近于常数，则该点就称为视在相位中心。3.3曲率中心
视在相位中心的理论计算非常麻烦，并且只限于那些远场的完整表达式是已知的天线。此时，最直接的途径是计算所关心的点上的等相面的曲率中心。在等相面的每个法线方向一般都有两个主曲率中心。
3.4、相位中心在天线设计中的意义确定辐射参考点即相位中心的位置，对成功地设计相控阵和反射器天线的初级馈源天线是至关重要的，有时是一个先决条件。此外，在设计空间运载工具的跟踪和导航系统以及交会雷达时，也需要精确地测定这些系统中各单元的相位特性和相位参考点。4相位测量
4.1概述
4.1.1：参考信号的设置方法
由于相位是一个相对量（鉴于角度的周期性质，相位值限于2弧度以内），故必须提供一个参考信号作比较。参考信号的设置方法有下述三种。4.1.1.1近距离测量
方框图如图2(a）所示。以被测天线作发射天线。而用简单的接收天线或探测器对辐射场采样。参考信号从引到被测天线的传输线上耦合出来，并在一个适当的电路里与接收信号进行比较。
4.1.1.2远距离测量
方框图如图2（b）所示。从远距离来的信号同时被被测天线和固定的参考天线所接收，采3
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样信号和参考信号直接进行比较。测量相位方向图时，被测天线按通常测量幅度方向图的方式转动。
信专源
相位测量
相位测量
被测天线
可酸动测器
参考支路
测试支路
琴专支路
一固定天线
湖试支路旋转养节
软性电缆
远距离信号源
被测天线
图2测量相位方向图的设备
（a）近场（或近距离），相位方向图4.1.1.3多口天线相对相移测量
（b）远场相位方向图
框图如图3所示。以多口天线的一个支路作参考支路，测试支路依次接通多口天线的其余各口，即可测得多口天线两端口之间的相对相位，该相对相位是天线转动角度的函数。4.1.2由实测相位方向图确定相位中心在许多应用中，需要用实验方法来确定或检验研制或制造中的天线的相位中心的位置。下面研究具有相当明确的相位中心的天线的相位方向图的典型特性。这对于解释未知特性的天线的方向图是有益的。
参考支路
相位测量
测这支路
旋转关节
被测天线
远距离信号源
图3多端口天线的二端口间的祖位测量设天线位于（r，e，）坐标系内，并以+0°作天线轴，假定天线在结构轴上存在相位中心。测量相位方向图时，天线绕个转动中心转动。4.1.2.1相位中心与转动中心重合根据定义，此时在主波束内相位是常数，如果幅度方向图具有旁瓣，则在每个零值发生4
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180°的相位反转，相位方向图将出现突变。4.1.2.2相位中心与转动中心有轴向偏移若天线的相位中心与转动中心有轴向偏移，偏移量为1。当远小于天线到观察点的距离，并且相位方向图相对于图4（a）的位置A处的接收信号归一化时，则对仅有一个波束的天线，其综合相位方向图由下式给出：旋转中心
相位中心
图4当位移信号源绕一给定原点旋转时的几何图形及相位变化rkr/(1-cos0)
若相位方向图相对于相位中心位于图4（b）的位置B处所接收到的信号归一化，则得图4（a）方向图的镜像。bZxz.net
4.1.2.2.1中相位方向图求相位中心根据4.1.2.2测得的相位方向图从理论上即可算出相位中心位置。若当天线从8=0°转到9=e,时所测得的相位改变为，则相位中心与转动中心的位移量为：（9)
但由于相位方向图和实验的异常，实际上可能要使天线沿其轴线位移若干个距离，并记5
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录相位方向图，以便把r=0的情况包含在内。另一种非常有用的情况是根据在辐射近场区实测的相位方向图，求该区的视在相心的位置：
R(1-cos0)
式中：R。转动中心到观察点的距离。coso
4.1.2.3相位中心对转动中心有轴向及横向位移(10)
如图4(c).（d）所示，如果相位中心对转动中心有轴向及横向位移，位移量分别为r和d，则绕转动中心旋转时相位变化为：p~kr
式中：r\)\=(r\)\+d\。
4.1.2.4减小相位中心测量误差的方法（11)
若可测到的最小相位变化即鉴相系统的分辨率为0.5°，并且在偏离天线轴线为日=±10°的范围内进行相位比较，则所测得的相位中心的不确定性可能大到0.1波长。用下述方法可减小相位中心测量误差。若天线在较大的角范围内存在相位中心，则可在所需角范围内测量rmi，再在更大的角范围内测量第二个rmin和（或）在相位中心从反方向趋近转动中心时测量第二个rmin。在理想情况下，相位中心落在rmin的两个值之间。4.1.2.5对定位器的要求
进行相位中心测最时，被测天线安装在定位器上，并位于具有所需极化的源的远区（或辐射近场区）中。被测天线在定位器上绕个点精确旋转，并能沿天线轴向精确移动。为了校正和估算相位中心离轴线的横向位移，以及为了校正定位器的机械误差，最好能使天线沿轴线的垂直方向精确移动。
4.2测试设备
目前可采用的设备有：
射频欠量电压表；
b：：计算机控制和人工控制的射频网络分析仪，c，计算机控制和人工控制的幅担接收机，d。相位计。
必要时，也可按实际需要组装相位测量系统。4.3误差源
无论是采用相位测最仪器还是组装成的系统都必须考虑众多的误差源。4.3.1、反射引入的误差
在相位测量中，元件与所用波导或传输线不匹配而产生的反射波的相互作用是主要误差6
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源之一。这些非理想的元件除了引起相位误差以外，元件间的多次反射还会改变传输线上行波的相对幅度和相位。失配情况下的波前的相对相位与幅度可能与匹配情况下的相对相位与幅度一致，但是多半处于失配引起的两个极限情况之间。两个级联的不连续性引起的最大可能相位失配误差约为
sin-1/F.//T2/
（12)
式中厂1和厂，是从两个不连续性之间的某个公共点看去的这两个不连续性的反射系数。4.3.1.1反射引入误差举例
设传输线上任意两点所连接的阅台仪器或元件的电压驻波比分别为1.3和1.5，则这两点的场之间的相对相位与无反射情况下的差别可能有土1.49°。4.3.1.2减小反射的方法
减小反射引人误差的唯一途径是减小反射源的失配值。通常用匹配良好的衰减器或衰减片来实现。然而，传输线接头的失配是很难减小的，因此这种方法的效果是有限的，可能的话，应尽量采用抛光法兰和精密接头。4.3.2频率不稳定所引入的误差
测量相位时，要把信号通过两条路径送到相位测量系统，因此必须对信号源的频率稳定度提出严格要求。若两条路径的电长度不精确相等，那么工作频率从f，偏移到f时，两条路径的信号之间的相位测量误差约为：-1--12
式中1，和，是两条路径的长度，而入，和入，是在f，和f，时的波导波长。若这两条路径包括波导或传输线与自由空间的组合，那么要分别计算电长度。为了减小这一测量误差，应在较短的通道上加一段附加的传输线，使两个通道的电长度保持相等。这一要求对扫频测量是必需的。
4.3.2.1频率不稳定引入误差的实例设测量频率为1000MHz，两个通道之闻的自由空间路径长度相差1米，则1MHz（频率稳定度为0.1%）的频率变化所引起的两通道间的相位变化为1.2°。4.3.3电缆弯曲所引入的误差
在许多测量中，如在天线周围的场的测量中，需要在空中移动接收探测器。移动时，必然使与探测器相连接的同轴电缆弯曲或拐折，或者在使用波导的地方需要使几个旋转关节旋转。绝大多数旋转关节在旋转时输出信号的相位要改变几度。在微波频率上，一条短同轴电缆发生弯曲或拐折时，其电长度会改变1度或几度。4.3.3.1减小误差的方法
可用下述方法减小误差：
。在计必须弯曲或拐折的地方采用相移变化较小的电缆，b。使用的电缆要足够长，以避免电缆急剧弯曲移动过大，e。采用损耗销人的电缆，因为在弯山或拐折时损耗稍大的电缆比低损耗电缆相移变化7
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&。对旋转关节旋转时的相移进行定标。应该注意，即使同一一段电缆，其不同段在拐折时的相移变化也有差别，故应仔细加以挑4.3.4温度变化所引入的误差
温度变化也要引起误差，电长度的这种变化表现为作为空间函数的场的相位变化的测量误差。
4.3.5噪声引入的误差
容易被忽视的一个因素是系统的信噪比，为了防止噪声对相位测量误差所产生的影响，测量时必须有较高的信噪比。
4.4测量精度
如4.3所述，相位测量的误差源很多，进行精确测量时，必须仔细地考虑系统的各个细节。只有把所有因案都考虑到了，才有可能达到比如5°或误差更小的测量精度。附加说明：
本标准由电子部标准化研究所和39所共同提出。本标准由电子部39所负责起草。本标准主要起草人柯树人。
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