本标准适用于天线功率增益和方向性的测量。 SJ 2534.10-1986 天线测试方法 功率增益和方向性的测量 SJ2534.10-1986 标准下载解压密码：www.bzxz.net
本标准适用于天线功率增益和方向性的测量。

中华人民共和国电子工业部部标准SJ 2534.10-86
天线测试方法
功率增益和方向性的测量
1986-01-24发布
1986-10-01实施
中华人民共和国电子工业部
中华人民共和国电子工业部部标准天线测试方法
功率增益和方向性的测量
本标准适用于天线功率增益和方问性的测量。1概述
1.1定义
1.1.1功率增益
SJ2534.10-86
天线在某方向上的辐射强度（每单位立体角内天线所辐射的功率）与天线从其信号源所得净功率的比值的4元倍称为天线在该方向的功率增益。功率增益表征天线固有的性质，不包括因阻抗或极化失配所引起的系统损失。在确定整个系统的功率传递时，要测量和考虑天线的输入阻抗与天线的极化。1.1.2方向性
天线在某方向上的辐射强度与天线所辐射的总功率的比值的4元倍称为天线在该方向的方向性。这一术语不同于功率增益，因为它不包括天线的耗散损耗。1.1.3辐射效率
同一方向的功率增益与方向性的比值称为天线的辐射效率。1.1.4峰值功率增益（或峰值方向性）功率增益（或方向性）的最大值称为峰值功率增益（或峰值方向性）。本标准所指的功率增益（或方向性）测量均为峰值功率增益（或峰值方向性）测量，知道了辐射方向图就可确定任何其它方向的增益（或方向性）。1.1.5副瓣电平表示方法
对于笔型波束天线，特别重要的是确定副薄电平。有两种副辨电平的参照基准：3，天线的峰值功率增益；
b。无耗、各向同性辐射器的增益。两种情况下均以分贝表示副辨电平。由于经常要用这两种结果的数值来近似地表示同一给定的副游，所以应适当地规定增益基准，避免引起混乱。1.2测量方法概述
1.2.1功率增益测量方法分类
功率增益测量方法可分为两大类：绝对增益测量和增益传递测量。1.2.1.1、绝对增益测量
绝对增益测量不需要预先知道测量中所使用的任一天线的增益。这种方法通常用于增益标准天线的定标。除了专门从事标准定标的实验室外，其它实验室很少采用这种方法。1.2.1.2增益传递法
增益传递法出称增益比较法，它是增益测量最常用的方法。用这种方法进行测量时，需使被测天线的增益与增益标准天线的增益进行比较。电子工业部1986-01-24发布
1986-10-01实施
SJ2534.10-86
1.2.2确定天线功率增益所采用的技术确定天线功率增益所采用的技术视天线的工作频率而异。1.2.2.11GHz以上的频率
在1GHz以上的频率，通常采用自由空间测试场进行功率增益测量。对这些频率，可采用微波技术，例如可采用电磁喇叭等波导元件。1.2.2.20.1~1GHz之间的频率
对于0.1～1GHz之间的频率，通常用地面反射测试场进行测量。在这一频率范围内工作的天线通常安装在诸如飞机之类的构件上，这些构件会影响天线的性能。此时可采用比例模型技术（见SJ2534.5-85《特殊测量方法》）。注意，由于不可能模拟构成天线和飞机的材料的有限电导率和损耗因子，因此不能用比例模型进行增益测量。然而，只要比例模型天线制作的合适，其方向性与原型天线的方向性是相同的，故可以测量比例模型天线的方向性，再用其它方法测出原型天线的效率，从而求得功率增益。可使装有原型天线的飞机相对于一个适当的地面站按规定的路线飞行，以证实方向性测量结果。可用原型被测天线测出系统性能，并与比例模型的测量结果进行比较。1.2.2.3低于0.1GHz的频率
当频率低于0.1GHz时，地面对天线特性的影响变得十分明显，使功率增益的测量更加困难。在这一频率范围内，定向天线的尺寸是相当大的，必须在现场进行测量。通常可满意地计算天线的增益并估算地面的影响。再之，也可以采用比例模型，然而，由于地面对天线特性的严重影响，地面的电气特性也应按比例模拟。1.2.2.4低于1MHz的频率
对低于1MHz的频率，通常不测量天线的功率增益，而测量天线所辐射的地波的场强。1.2.3方向性测量
对测得的天线远场辐射方向图在封闭球面上积分即可得被测天线的方向性。若能用其它方法确定天线的损耗，则可按测得的方向性确定天线的功率增益。2增益标准天线
2.1增益标准天线应具有的特性
用作增益标准的关线应具有下列特性：a。关线的增益应是准确地已知的，b。天线具有高度的尺寸稳定性：c。天线必须有高极化纯度（线极化或圆极化）。2.2增益标准天线的类型
虽然符合2.1要求的任何天线都可以用作增益标准天线，但是普遍采用的两类天线是偶极子和角锥喇叭。这两类天线的增益可以算得十分精确，而且其机械结构简单，故制作的重复性很商。这两类天线均是标称线极化的。另有一种是专门设计的增益标准天线。应该强调，如果要求高准确度，增益标准天线应旧专门做增益标准关线定标的标准试验窄定标。2.2.1偶极子天线
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一根适当激励的细偶极了天线，当其长度被调节到半波长谐振时，其增益近似为2.15dB（定标包括调整偶极子的长度，以得到谐振）偶极子天线本身具有很高的极化纯度。然而，由于它的方向图宽，其特性会受周围环境，尤其是其传输线的影响。为此很难确定其极化纯度的界限。
2.2.2喇叭天线
2.2.2.1角锥喇叭天线
在微波频段（0.3590GHz），广泛采用角锥喇叭天线作增益标准天线。作增益标准天线的喇叭天线应附有计算的定标曲线（由有关部门提供）。定标曲线具有平滑的特性，而实测的增益随频率的变化呈现起伏特性，这是由于喇叭口与连接波导和喇叭的过渡之间的多次反射造成的。对于高于2.6GHz的频率，计算的定标曲线可以认为精确到土0.25dB，对于低于2.6GHz的频率则精确到±0.5dB。若需要更高的精确度时，则应由合适的标准实验室对角锥喇叭天线进行定标。这种天线增益较高，故用作增益测量时受其周围环境的影响较小。在轴向其极化循圆的轴比在40dB以上。2.2.2.2波纹圆锥喇叭
波纹圆锥喇叭天线具有极低的旁避，因此是理想的增益标准天线。无论用理论计算或实验定标，其增益均可达到0.1dB的精度。波纹圆锥喇叭特别适用于精密的增益测量。2.2.3专门设计的增益标准天线
有时需要设计一个具有特殊性质的增益标准天线。例如，偶极子天线在其平面是全向的方向图，故其方向图会受周围环境影响而发生很大的变化。为此，需要设计一种定向天线，例妞，帮反射器的偶极子阵、角形反射器天线或对数周期天线，并对其增益进行定标。2.3在自由空间测试场上增益标准天线的定标2.3.1弗里斯传输公式
绝对增益测量以弗里斯传输公式为基础。对于如图1所示的两天线系统，弗里斯传输公式为：
Pr=PoGAGB
式中：Pr-与接收天线相连的匹配负载所接收到的功率Po-—发射天线的输入功率；
GA发射天线的功率增益；
Gu接收天线的功率增益。
该公式隐含着下列假设：即天线是阻抗匹配的并在它们的规定指向上是极化匹配的，天线间的距离满足远场条件。
说明弗里斯传输公式的两天线系统Py
2.3.2两天线法
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以分贝表示的弗里斯传输公式可写为：(GA)dB+(Gn)aB=201g(
-101g（
若两个天线相同，则可推断它们的增益相等，于是可得天线的功率增益为：(Ga)an=(Gan)n[201g（4R）-101g(P)]确定天线功率增益的步骤是测量R、入和101g两个相同的天线，故把这一方法称为两天线法。2.3.3三天线法
（3）
，然后计算（GA)aB。因为需要
在三天线法中，要用三个天线的所有组合完成三组测量，其结果为如下所示的联立方程：(G)an+(Gp)an\=201g(4R)-101g(P9)(G)an+(Ge)an=201g(R）-101g(P)(Gn)an+(Ge)ai=201g(R-)-101g (P)由这一联立方程可确定所有三个天线的增益。2.3.4测试设备典型方框图
2.3.4.1点频测试设备典型方框图定标的想务网络
均酰器
白我曦器
转换接头
1被刘感统
克期配器
爱射测试点
东号源
一计教器
潮配器
转换接买
被测象究
接收测试点
图2用于功率增益测量的两天线法和三天线法的典型测试设备（4)
对于点频测量，两天线法或三天线法测试设备的框图如图2所示。测试设备应是高度稳定的，信号源产生单一频率的正弦波。参照图2，其测量步骤为：a，使两个天线精确地对准和取向；b，对信号源和发射天线A间的耦合网络定标，以精确地找到在发射测试点测得的功率与进入A天线的功率之间的关系：
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C。用调配器使系统的所有元件都达到阻抗匹配；d。调节耦合网络的衰减器使发射测试点的功率电平与接收测试点的功率电平相同；e.根据耦合网络的定标值确定相对功率电平Po/P。2.3.4.2扫频测试设备方框图
通常用扫频技术测量宽带天线的增益，测量方法可用两天线或三天线法。典型的扫频测试设备方框图如图3所示。注意，要在整个频带内使所有元件都达到匹配是不可能的，所以必须用扫频法测出所有元件的阻抗或反射系数。2.4在地面反射测试场上增益标准天线的定标对低于1GHz的频率，某些用作增益标准天线的天线必然有中等宽度的波束。对于这些天线，若需准确测定其增益，通常采用地面反射测试场。只要作某些限制和修正，在地面反射测试场上也可以用两天线或三天线增益测量方法。校正信号
属合婴
信号源
发谢天线接收天线
精密可变
囊减器
发射信号考专，接收信号
X-Y记录群
接收系统
图3关于功率增益测量的扫频两天线和三天线法的典型测试设备2.4.1对测试场的要求
应满足SJ2534.2-85《天线测试场的设计》中所述的地面反射测试场的准则。用于增益测量的地面反射测试场的场地几何关系如图4所示。希望测试场的长度R。》2hr，hr是接收关线的高度。
接敷天线
发谢天线
测武项
H一发射天线镜象
地面反射测试场的几何图形
2.4.2计算公式
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调节发射天线的高度，使接收天线处的场处于最接近地面的第一个最大值。此时，两天线法或三天线法的增益和的方程可修正为：(C,)b+(C)a=201()-101g()-201[(D,D)*+]..·5）
式中D.和Dz分别为相对于天线A和B的峰值方向性的沿R,的方向性。D.和D=由两个天线的幅度方向图求得，该方向图应在进行增益测量之前测试。量值RD、R?、入和比值Po/Pr是直接测量的量。所需确定的是因子，它是天线测试场地的电气和几何特性，天线的辐射方向图以及工作频率的函数。只要确定了，就可以算出增益。2.4.31值的确定
为了求得1，要重复2.4.2的测量。但作这次测量时，发射天线的高度被调节到使接收天线处的场为最小值。值的计算公式为：CRRRR
[(P/DDDD.)R (.)
(Pr/P/r)RR+RR
式中：凡不带撤的量为发射天线高度被调节到接收天线处于最大信号情况下所求得的置，而带撤的量为发射天线高度被调节到接收天线处于最小信号情况所求得的量。2.4.4建议的极化取向
本方法仅限于耦合它场的线极化天线。当使用环形天线时，必须对方程进行修正。因为地对垂直极化和水平极化的反射特性是不尚的，所以此法不适用于圆极化或圆极化天线。建议天线按水平极化取向，因此当采用垂直极化时，地面反射系数随入射角迅速变化，而这种现象对水平极化是不存在的。2.4.5测量精度
所用的测试设备基木上与自由空间测试场测量的测试设备相同。用这种方法可达到±0.3dB的精度。
2.5在外推法测试场上增益标准天线的定标2.5.1外推法基本原理
在常规远场测试法中，天线参数是在被测天线与源天线之间的距离为有限情况下测得的，测得的参数是无限距离上测得的远场参数的一种近似。事实上，这种常规的近似是外推法的一种最简单的形式。在外推法中，天线参数是在天线闻的距离在·定范围内变化时测得的，然后把天线参数随距离的变化外推至无限远处。2.5.2多径效应的消除方法
在天线测试场进行测量时，多径效应和邻近效应是始终存在的。当改变收、发天线间的距离测量接收信号时，多径效应表现为接收信号与距离的函数关系山线上的周期性起伏现象。外推法包括严格计算和校正这些效应所引起的误差。在数学上可用求平均值的方法（作图法、数值法）消除由多径效应引起的接收信号的周6
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期性变化，或者调节测试设备的时间常数，使其不能跟踪周期性变化但能记录平均值。用曲线吻合平均数据可推知远场测量应测得的信号电平。用这种方法邻近于扰效应和多径效应都可消除。从这结果可算出功率增益。2.5.3与广义三天线法结合的外推法若将外推法与广义三天线法结合起来，则不仅能得到三个天线的功率增益，而且能得到它们的极化状态。注意，此时三个天线中任一天线都不应是标称圆极化的。若其中某个天线是圆极化的，则只有这一天线的特性可以完全确定。如果两个或三个天线是标称圆极化的，那么这一方法就无效了。
2.5.4外推法测试场
外推法测试场备有可精密移动的塔，塔在测试场长度范围内移动时应保持使发射天线轴线和接收天线轴线对准。测量可在0.2D2/入到2D\/^距离上进行，D是被测天线的最大尺寸。塔高至少应为天线间最大距离的15%：2.5.5测量精度
利用外推法，增益标准天线的定标精度可达土0.05dB，而采用较为常规的测量，定标精度为±0.08dB。
2.6增益标准天线最大增益的实际限制用于精确定标的现有技术对增益标准天线的最大增益有一个实际限制，例如在外推法测试场中，要求塔高为天线间最大距离的15%，这一要求实际上限制了被定标天线的最大增益。原因是很明显的，因为要定标的天线的增益增大，最大测试距离就增大，塔高也就增高了，这样不仅使轴线对准十分困难，而且塔的造价也十分昂贵。在微波频率，增益标准天线的最大增益均为40dB。
3增益传递测量
把被测天线的未知功率增益与增益标准天线的功率增益进行比较的测量方法称为增益传递测量。增益传递测量又称增益比较测量。测量可在自由空间或地面反射测试场进行。
3.1线极化天线的测量
在理想情况下，被测天线被与其极化匹配的平面波所照射，并在匹配负载上测量接收功率。在其它条件相同的情况下，用增益标准天线替换被测天线，并再次测量进入其匹配负载的接收功率。日弗里斯传输公式可得出以分贝表示的被测天线的功率增益（Gr）dB:：PT
(Gr)aB=(Gs)dB+101g
式中：
(G,)dB增益标准天线的功率增益Pr被测天线接收到的功率，
Ps—增益标准天线接收到的功率。被测天线与增益标准天线互换的种方法3.1.1
·（7）
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可在方位定位器轴线的每侧背对背地安装两个天线实现被测天线与增益标准天线的互换。采用这种配置，天线通过定位器的180°旋转来转接。应特别细心地安装这两个天线，以使定位器旋转时它们处于同一位置上。通常应在换着增益标准的背面安装吸收材料，以减少邻近结构的反射而引起的照射场的扰动。3.1.2扫频测量
其测量步骤基本上与扫频绝对增益测量相同，不过测量要用被测天线与增益标准天线反复进行。为修正测得的功率增益，必须测出所有元件的反射系数随频率变化的关系。3.2圆极化与椭圆极化天线的测量3.2.1用圆极化增益标准天线进行测量对于圆极化被测天线这一特殊情况来说，可以设计并定标正交圆极化天线。这种方法特别适用于流水线式的功率增益测量。3.2.2用线极化增益标准天线进行测量由于天线所辐射的波的总功率可分解为两个正交线极化分量（见SJ2534.9-85《极化测量》中1和2），所以一般说来圆极化与椭圆极化被测天线是用线极化增益标准天线来测量的。也就是说用两个正交线极化天线（可将线极化增益标准天线旋转90°来得到两个正交极化）完成部分功率增益的测量，从而确定被测天线的总功率增益。例如，先用垂直极化的增益标准天线和源天线进行功率增益传递测量，然后用水平极化的增益标准天线和源天线重复这一测量。根据测得的部分功率增益，可按下式计算以分贝表示的总功率增益（G^)dB(GT)&B=10lg(CTV+GTI)........式中：GTV——垂直极化情况的部分功率增益，GTH—水平极化情况的部分功率增益。3.3在高频段（3～30MHz）的测量..（8）
在大约3～30MHz的频率上，电磁波的中距离和远距离传播主要靠从电离层反射的天波。对于2000～4000km的电路，最重要的是天线在地平线以上5°和30°之间仰角上的方向图和功率增益。
如SJ2534.7-85《幅度方向图的现场测量》所述，天方向图和功率增益测量是在现场进行的。装有合适发射天线的飞机在固定高度沿着以被测天线为中心的圆形路线飞行。为了测量幅度方向图，接收信号的幅度以及飞机的方位角和俯仰角要同时记录下来。将被测天线所收到的功率与位于其近旁的增益标准天线所收到的功率进行比较，即可测得功率增益。
3.3.1增益标准天线
采用水平极化偶极子作增益标准天线。注意，在这一频段上，偶极子天线的方向图和功率增益受地面影响很大。在测量增益时，要调节偶极子天线的高度，使其主瓣与被测天线主游指向同一方向（地平面以上5°～30°之间）。偶极子天线的功率增益与高度及仰角有关，可用下式计算其以分贝表示的功率增益：8
(Gs)aB=2.15+101g
式中：Re—-表示取实部：
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+R.(Rn(90°)Z.)
jKHsiny
R一偶极子天线在自出空间的自阻抗的实部；+Rh(W)-iKHsiny
Zm一—偶极子天线与其在理想导体中镜像之间的互阻抗，K—自由空间波数；
。—偶极子离地面的高度；
平一偶极子天线垂直面辐射方向图主瓣的仰角；（9）
Ru（）-—在从水平面量起的角（入射角的余角）上地面对水平极化的复数反射系数；
R（90°）一在从水平面量起的90°角（入射角的余角）上地面对水平极化的复数反射系数。
用这一公式可以画出偶极子天线的功率增益与离地高度及仰角的函数关系曲线。注意，不能用垂直极化偶极子作增益标准天线，因为这种天线在低仰角时的功率增益低，而且随地面的含水量而剧烈变化。3.3.2测量方法
3.3.2.1水平极化天线的测量
如3.3.1所述，增益标准天线为水平极化偶极子天线，故只要测出被测天线和增益标准天线所收到的功率即可按公式（7）与公式（9）算得被测天线的功率增益。3.3.2.2垂直极化天线的测量
对于垂直极化的被测天线，在进行增益传递测量时要将它的交叉极化的部分增益（水平极化的部分增益）与水平极化的增益标准天线进行比较。根据这一结果即可确定待求的垂直极化的部分增益。
具体方法如下，旋转安装在飞机上的发射天线，使发射信号交替地为垂直极化与水平极化，信号由被测天线与增益标准天线接收。比较增益标准天线接收到的最大功率与被测天线接收到最小功率，得到被测天线的水平极化的部分增益。然后比较被测天线所接收到的最大与最小功率，即得待求的垂直极化的部分增益。由于源天线旋转时其增益是变化的，所以通常要对旋转的天线定标。
3.3.3测量精度
这种技术的精度与对地面特性的了解程度及天线所在现场的地形有关。若现场地形平坦、无障碍物，并且地面常数是精确已知的。则测量的不准确度可达土0.5dB或更好一些。但是在一般情况下，不准确度可望不超出±1dB。4电气大天线的功率增益测墅
4.1概述
4.1.1电气大天线测量的主要问题9
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在电气大天线测量中所遇到的主要问题为：a，满足远场条件的测试距离太大，因此在天线测试场测量其功率增益通常是不实际的，在某些情况下甚至是不可能的。b.大型可控天线在运动时，由于受重力影响，通常会引起结构变形。因而必须测量增益随天线仰角的变化。
4.1.2测量电气大天线的源的类型要解决4.1.1所述的主要问题，关键在于是否能找到合适的源，适用于电气大天线测量用的两种源为：
a。地球外的射电源（宇宙射电源、行星、月亮）；b。卫星星载信标。
4.1.2.1宇宙射电源
地球外某些射电源的位置和辐射通量密度是精确地已知的，因此它们可用于功率增益测量。此外这些射电源所复盖的频率谱很宽。它们的通量密度随频率变化，但是在0.1～10CHzE天潮鹿A
知后座A
金牛座A
雅户座A
室女座A
频率(GHZ）
图5几颗射电星的通量密度频谱
频率范围内其通量密度已被精确测定。图5示出几颗射电星的通量密度频谱。这些射电星的位置，角径、频谱指数以及形成射电现象的类型等列于表1。10
仙后座A
金牛座A
猎户座人
天璃幽A
密女座A
赤经(h)
表中，—1965.1的S（4GHz)值：SR一超新星残云，
一发射星云：
RG—一射屋系：
赤纬（\）
S(4GHz）-4GHz时的通量密度；
a一频谱指数：
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几颗射电源的有关数揭
赤纬（，)
可昆区
北纬(\)
南纬(°）
S(4GHz)
可见区系指地球纬度的一个区间，在该区间射电源的视在周日路径通过天空上升到地平线以上至少20。20°的最小值是假设射电源至少可被天线看到1h，并且在地平面上足够高，以便在大气噪声和地面噪声中能将其辨别出来。通量密度S与频率f的关系由下式表示：s(f) =
式中：S（f）—给定频率的通量密度（通常列成表格形式在离散的频率上给山）S（f）--待测频率的通量密度。4.1.2.1.1小角径的最强射电源
（10）
仙后座A，金牛座A和天鹅座A是角径较小的最强射电源。它们的通量密度在30MHz～16GHz频率范围内已被精确测定，在厘米波段仙后座A、金牛座A和天鹅座A的通超密度的相对精确度分别为土2%，土3%和士3%。对天线增益测量来说，它们是最有用的源。应该注意，仙后座A的通量密度逐年减小，其年减小率为：d(f)=［(0.97±0.04)-(0.30±0.04)1gfJ%式中：f-频率，GHz。
（11)
金牛座A和天鹅座4的通量密度随时间的变化基本上可以忽略。天鹅座A在其频谱中有弯曲11
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