微波測(cè)量與天線測(cè)量課件

微波測(cè)量與天線測(cè)量教材：

微波測(cè)量與天線測(cè)量(1)

《微波測(cè)量與實(shí)驗(yàn)教程》哈爾濱工程大學(xué)出版社出版

《天線測(cè)量手冊(cè)》國(guó)防工業(yè)出版社出版參考書:《現(xiàn)代微波與天線測(cè)量技術(shù)》電子工業(yè)出版社出版1微波測(cè)量與天線測(cè)量教材：微波測(cè)量與天線測(cè)量(1)注意：缺5次課及以上者平時(shí)成績(jī)記零分！成績(jī)?cè)u(píng)定：

理論:55％；實(shí)驗(yàn):25％；平時(shí):20％(含中期考試10％）《微波測(cè)量原理》西安電子科技大學(xué)出版社出版（研）

《天線測(cè)量技術(shù)》電子科技大學(xué)出版社出版微波測(cè)量與天線測(cè)量(2)2注意：缺5次課及以上者平時(shí)成績(jī)記零分！成績(jī)?cè)u(píng)定：(3)第一部分天線測(cè)量概述天線測(cè)量的主要任務(wù)：一、檢驗(yàn)理論;二、獨(dú)立研究;三、工廠制造檢驗(yàn);四、安裝和維修。微波測(cè)量與天線測(cè)量3(3)第一部分天線測(cè)量概述天線測(cè)量的主要任務(wù)：一、檢驗(yàn)(4)第一章天線測(cè)試場(chǎng)地的設(shè)計(jì)和鑒定§1.1概述天線測(cè)試場(chǎng)地的分類：⒈自由空間測(cè)試場(chǎng)：能夠消除或抑制地面、周圍環(huán)境及外來(lái)干擾等影響的一種測(cè)試場(chǎng)。⒉反射測(cè)試場(chǎng)：就是合理地利用和控制地面反射波與直射波干涉而建立的一種測(cè)試場(chǎng)。微波測(cè)量與天線測(cè)量4(4)第一章天線測(cè)試場(chǎng)地的設(shè)計(jì)和鑒定§1.1概述天線測(cè)試(5)§1.2幾種常見(jiàn)的天線測(cè)試場(chǎng)一、高架天線測(cè)試場(chǎng)：平坦地面輔助天線(發(fā))待測(cè)天線(收)θ0/2hR1、天線架設(shè)高度:h=(R/2)tg(θO/2)微波測(cè)量與天線測(cè)量5(5)§1.2幾種常見(jiàn)的天線測(cè)試場(chǎng)一、高架天線測(cè)試場(chǎng)：平坦⒉地面反射消除法:(6)⑴二次反射法：≥100二次反射法微波測(cè)量與天線測(cè)量6⒉地面反射消除法:(6)⑴二次反射法：≥100二次反射法微波(7)⑵反射柵法：待（收）輔（發(fā)）反射柵法吸收材料反射柵網(wǎng)微波測(cè)量與天線測(cè)量7(7)⑵反射柵法：待（收）輔（發(fā)）反射柵法吸收材料反射柵網(wǎng)微(8)⑶垂直測(cè)試法：絕緣塔架吸收材料垂直測(cè)試法輔待微波測(cè)量與天線測(cè)量8(8)⑶垂直測(cè)試法：絕緣塔架吸收材料垂直測(cè)試法輔待微波測(cè)量與(9)⑷頻率調(diào)制法：頻率調(diào)制法fbdfbRfbd通過(guò)傳輸線送來(lái)的信號(hào)直射波信號(hào)反射波信號(hào)混頻器高通濾波器微波測(cè)量與天線測(cè)量9(9)⑷頻率調(diào)制法：頻率調(diào)制法fbdfbRfbd通過(guò)傳輸線送(10)二、斜天線測(cè)試場(chǎng)：θ0/2絕緣塔架輔待斜天線測(cè)試場(chǎng)微波測(cè)量與天線測(cè)量10(10)二、斜天線測(cè)試場(chǎng)：θ0/2絕緣塔架輔待斜天線測(cè)試場(chǎng)微三、緊縮場(chǎng)(縮距測(cè)試場(chǎng)）

緊縮場(chǎng)是以反射面原理構(gòu)成的、縮短了測(cè)試距離的天線測(cè)試場(chǎng)。

其基本原理是：采用一個(gè)或多個(gè)反射面，將饋源（輔助天線）輻射的球面波，在近距離（典型值是10-20m)上變換為平面波。

緊縮場(chǎng)系統(tǒng)可被視為一個(gè)在近距離內(nèi)球面波到平面波的變換器。分析和設(shè)計(jì)緊縮場(chǎng)的理論工具，目前最實(shí)用和最有效應(yīng)該是物理學(xué)上的幾何光學(xué)法。微波測(cè)量與天線測(cè)量(11)11三、緊縮場(chǎng)(縮距測(cè)試場(chǎng)）緊縮場(chǎng)是以反射面原理構(gòu)成的、縮單反射面緊縮場(chǎng)示意圖反射面拋物面頂點(diǎn)饋源（輔助天線）拋物面測(cè)試區(qū)（待測(cè)天線所在區(qū)域）微波測(cè)量與天線測(cè)量(12)12單反射面緊縮場(chǎng)示意圖反射面拋物面頂點(diǎn)饋源拋物面測(cè)試區(qū)微波測(cè)(13)微波測(cè)量與天線測(cè)量四、無(wú)反射室（微波暗室）：微波暗室是墻壁、天花板、地板均鋪上高頻吸收材料的室內(nèi)測(cè)試場(chǎng)。其優(yōu)點(diǎn)是：能全天候工作，便于保密和避免外來(lái)電磁干擾，工作可靠等。它屬于自由空間測(cè)試場(chǎng)。⒈矩形微波暗室:波前振幅矩形微波暗室矩形微波暗室?guī)缀纬叽缭O(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：W≥R/2.75式中R是源天線和待測(cè)天線之間的距離,W是微波暗室的寬度和高度。13(13)微波測(cè)量與天線測(cè)量四、無(wú)反射室（微波暗室）：微(14)微波測(cè)量與天線測(cè)量⒉錐形微波暗室:它有兩種工作狀態(tài):一種是從頻段低端進(jìn)行設(shè)計(jì),另一種是從頻段高端進(jìn)行設(shè)計(jì)(類似于矩形微波暗室的設(shè)計(jì))。波前振幅錐形微波暗室錐形微波暗室?guī)缀纬叽缭O(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：dt﹤λR/(4dr)式中dt是源天線到側(cè)壁的垂直距離dr是待測(cè)天線到側(cè)壁的垂直距離R是源天線和待測(cè)天線之間的距離λ是天線的工作波長(zhǎng)14(14)微波測(cè)量與天線測(cè)量⒉錐形微波暗室:它有兩種工微波測(cè)量與天線測(cè)量(15)錐形微波暗室的使用受到以下條件的限制:

⑴錐形微波暗室的交叉極化特性和場(chǎng)的幅度均勻性極強(qiáng)地依賴發(fā)射天線對(duì)錐形截面的對(duì)稱性;⑵只能作單端測(cè)量,不適合測(cè)量雷達(dá)的散射截面;

⑶由于空間傳輸損耗與自由空間不一樣,因而只能用比較法測(cè)量天線增益。15微波測(cè)量與天線測(cè)量(15)錐形微波暗室的使用受到以下條件的限⒊微波暗室的主要電性能:⑴靜區(qū)：指暗室內(nèi)雜散波（含反射波、散射波和繞射波等）干擾最小的區(qū)域，待測(cè)天線通常就放在此區(qū)域內(nèi)。矩形微波暗室（各面均鋪設(shè)相同吸收材料）靜區(qū)直徑的估算公式：靜區(qū)直徑≥（Rλ/2）1/2式中R是源天線與待測(cè)天線的距離λ是電磁波的波長(zhǎng)微波測(cè)量與天線測(cè)量(16)16⒊微波暗室的主要電性能:⑴靜區(qū)：指暗室內(nèi)雜散波（微波測(cè)量與天線測(cè)量(17)⑵反射率電平：定義為等效反射場(chǎng)與直接入射場(chǎng)之比。暗室中靜區(qū)的反射率電平越低，則測(cè)量精度越高。

⑶交叉極化特性：是指電磁波在傳輸過(guò)程中，產(chǎn)生的與原極化特性相正交的極化分量的大小，它表征了電磁波的極化純度。通常用正交極化分量與原極化分量的比值來(lái)表示暗室交叉極化特性的大小。它的值一般應(yīng)小于-25dB。⑷多路徑損耗的均勻性:它是指暗室內(nèi)電磁波傳輸路徑損耗的不均勻性。這對(duì)圓極化天線的測(cè)量尤為重要。這種不均勻性一般限制在±0.25dB之內(nèi)。17微波測(cè)量與天線測(cè)量(17)⑵反射率電平：定義為等效反射場(chǎng)與直微波測(cè)量與天線測(cè)量(18)⑸場(chǎng)強(qiáng)幅值均勻性:它是指源天線照射置于靜區(qū)內(nèi)的待測(cè)天線時(shí),待測(cè)天線孔徑上場(chǎng)強(qiáng)振幅值的不均勻程度。

一般要求靜區(qū)橫向幅值變化不超過(guò)±0.25dB,縱向幅值變化在±2dB以內(nèi)。⑹頻率范圍:靜區(qū)工作頻率范圍的下限取決于暗室的寬度和吸收材料的厚度;上限取決于暗室的長(zhǎng)度和對(duì)靜區(qū)反射電平的要求程度。18微波測(cè)量與天線測(cè)量(18)⑸場(chǎng)強(qiáng)幅值均勻性:它是指微波測(cè)量與天線測(cè)量(19)⒋建造微波暗室還需考慮的其它問(wèn)題:⑴

暗室的屏蔽;⑵吸收材料的選擇;⑶配套附屬房間與門;⑷通風(fēng)與照明;⑸走道與檢修走廊;⑹安全和消防設(shè)施。19微波測(cè)量與天線測(cè)量(19)⒋建造微波暗室還需考慮的其它問(wèn)題:微波測(cè)量與天線測(cè)量(20)§1.3天線的互易測(cè)量互易原理:一付無(wú)源天線用作發(fā)射和接收時(shí)的電參數(shù)

(包括方向圖、阻抗及其它電指標(biāo))是相同的。在使用互易原理測(cè)量天線的電性能時(shí),必須注意以下幾點(diǎn):⑴若把待測(cè)天線和輔助天線的工作狀態(tài)互換,并保持接收信號(hào)的幅度和相位不變,要求信號(hào)源、檢波器必須與饋線匹配;⑵天線上的電流或電場(chǎng)分布并不互易；

⑶天線中包含晶體管匹配網(wǎng)絡(luò)、電子管、鐵氧體等有源或非線性元件時(shí)，只能在指定工作狀態(tài)下測(cè)量。

20微波測(cè)量與天線測(cè)量(20)§1.3天線的互易測(cè)量互易原理:微波測(cè)量與天線測(cè)量(21)§1.4天線場(chǎng)的區(qū)域劃分和測(cè)量誤差一、天線場(chǎng)的區(qū)域劃分：天線周圍的場(chǎng)區(qū)可劃分為：感應(yīng)場(chǎng)區(qū)（電抗近場(chǎng)區(qū)）、輻射近場(chǎng)區(qū)（菲涅爾區(qū)）和輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)（夫朗荷費(fèi)區(qū)）。λ/（2π）感應(yīng)場(chǎng)區(qū)輻射場(chǎng)區(qū)電小天線周圍的場(chǎng)區(qū)21微波測(cè)量與天線測(cè)量(21)§1.4天線場(chǎng)的區(qū)域劃分和測(cè)量誤微波測(cè)量與天線測(cè)量(22)D2D2/λ感應(yīng)場(chǎng)區(qū)輻射近場(chǎng)區(qū)輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)孔徑天線周圍的場(chǎng)區(qū)22微波測(cè)量與天線測(cè)量(22)D2D2/λ感應(yīng)場(chǎng)區(qū)輻射近場(chǎng)區(qū)輻射微波測(cè)量與天線測(cè)量(23)1、感應(yīng)場(chǎng)區(qū):

它是指靠近天線的區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)，占優(yōu)勢(shì)的感

應(yīng)場(chǎng)之電場(chǎng)和磁場(chǎng)的時(shí)間相位相差900，波印亭矢量為純虛數(shù)，因此不輻射功率，電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量相互交替地貯存于天線附近的空間內(nèi)。2、輻射近場(chǎng)區(qū):輻射近場(chǎng)區(qū)里電場(chǎng)的相對(duì)角分布（即方向圖）與離開(kāi)天線的距離有關(guān)，即在不同距離處的方向圖是不同的。因?yàn)椋孩儆商炀€各輻射元所建立的場(chǎng)之相對(duì)相位關(guān)系是隨距離而變的；②這些場(chǎng)的相對(duì)振幅也隨距離而改變。23微波測(cè)量與天線測(cè)量(23)1、感應(yīng)場(chǎng)區(qū):它是指靠近微波測(cè)量與天線測(cè)量(24)輻射近場(chǎng)區(qū)的外邊界按通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為：R=2D2/λ式中，R是觀察點(diǎn)到天線的距離D是天線孔徑的最大線尺寸λ是天線的工作波長(zhǎng)。3、輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū):在輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)場(chǎng)的特點(diǎn)是：①場(chǎng)的大小與離開(kāi)天線的距離成反比；②場(chǎng)的相對(duì)角分布（即方向圖）與離開(kāi)天線的距離無(wú)關(guān)；③方向圖主瓣、付瓣和零值點(diǎn)已全部形成。24微波測(cè)量與天線測(cè)量(24)輻射近場(chǎng)區(qū)的外邊界按通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為微波測(cè)量與天線測(cè)量(25)4、三個(gè)場(chǎng)區(qū)的討論:⑴孔徑天線產(chǎn)生的場(chǎng)ZXYOSPdsPsrsR=(x2+y2+z2)1/2nθ

(xs2+ys2)1/2注：孔徑面位于xoy平面,n是孔徑面外法線方向的單位矢量。（n，rs）(xS,yS,0)(x,y,z)ESRrs=[(x-xs)2+(y-ys)2+z2]1/225微波測(cè)量與天線測(cè)量(25)4、三個(gè)場(chǎng)區(qū)的討論:⑴孔徑天線產(chǎn)生微波測(cè)量與天線測(cè)量(26)EP=14π∫SESexp(-jkrs)rs{jk+[jk+(1/rs)]cos(n,rs)}ds……(1)式中：EP—觀察點(diǎn)P處的電場(chǎng);ES—天線孔徑面上的電場(chǎng);rs—源點(diǎn)Ps（xs,ys,0）到觀察點(diǎn)P（x,y,z）的距離；S—天線孔徑面積；K—自由空間波數(shù)；ds—天線孔徑面上的面積元;cos（n，rs）—孔徑面法線與矢徑rs之間夾角的余弦。26微波測(cè)量與天線測(cè)量(26)EP=14π∫SESexp(-jk微波測(cè)量與天線測(cè)量(27)⑵輻射近場(chǎng)區(qū)在此區(qū)域可作如下近似：①∵k>>1/rs[即rs>>λ/(2π)注:K=2π/λ]∴[jk+(1/rs)]≈jk②1/rs≈1/R(振幅項(xiàng)中）③cos(n,rs)≈cosθ④相位項(xiàng)中的rs不能用R近似,須用下式計(jì)算rs=[(x-xs)2+(y-ys)2+z2]1/2

=[x2+xs2-2xxs+y2+ys2-2yys+z2]1/2考慮到R2=x2+y2+z227微波測(cè)量與天線測(cè)量(27)⑵輻射近場(chǎng)區(qū)在此區(qū)域可作如下近似：微波測(cè)量與天線測(cè)量(28)所以rs=[R2+xs2+ys2-2(xxs+yys)]1/2

＝R{1+[(xs2+ys2)/R2]-[2(xxs+yys)/R2]}1/2由于xs<<R,ys<<R,利用二項(xiàng)式定理將上式展開(kāi),并取前兩項(xiàng)得rs≈R{1+(1/2){[(xs2+ys2)/R2]-[2(xxs+yys)/R2]}}

＝R-[(xxs+yys)/R]+[(xs2+ys2)/2R]

{注：二項(xiàng)式定理

(1+x)n=1+nx+[n(n-1)/2!]x2+…+{n(n-1)…[n-(k-1)]/k!}xk+…+xn}利用球坐標(biāo)與直角坐標(biāo)間的關(guān)系:x=Rsinθcosφy=Rsinθsinφz=Rcosθ28微波測(cè)量與天線測(cè)量(28)所以rs=[R2+xs2+ys2微波測(cè)量與天線測(cè)量(29)故rs≈R-(xssinθcosφ+yssinθsinφ)+[(xs2+ys2)/2R]……(2)(注：相位項(xiàng)中的rs)

通過(guò)以上簡(jiǎn)化近似處理以后,就可得到孔徑天線輻射近場(chǎng)區(qū)的電場(chǎng)的表達(dá)式為：EP=4π1∫SESexp(-jkR)Rexp{jk[xssinθcosφ+yssinθsinφ-[(xs2+ys2)/2R]]}jk(1+cosθ)dSexp(-jkR)=j2λR(1+cosθ)∫Esexp{jk(xssinθcosφs+yssinθsinφ-[(xs2+ys2)/2R]}dS……(3)29微波測(cè)量與天線測(cè)量(29)故rs≈R-(xssinθcos微波測(cè)量與天線測(cè)量(30)在該區(qū)域內(nèi)場(chǎng)隨距離的變化有如下特點(diǎn):

①隨距離R的增加,場(chǎng)的振幅按1/R的關(guān)系非單調(diào)衰減,而是先振蕩地變化,然后單調(diào)地下降;

②場(chǎng)振幅的相對(duì)角分布與離開(kāi)天線的距離有關(guān),亦即在不同的距離處天線的方向圖是不同的。⑶輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)由于這個(gè)區(qū)域離開(kāi)天線更遠(yuǎn)，相位項(xiàng)中的rs的表達(dá)式可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為:rs=R-(xssinθcosφ+yssinθsinφ)(∵xs2+ys2<<R)所以這個(gè)區(qū)域內(nèi)場(chǎng)的表達(dá)式為（由式⑶得出）：30微波測(cè)量與天線測(cè)量(30)在該區(qū)域內(nèi)場(chǎng)隨距離的變化有如下特點(diǎn)微波測(cè)量與天線測(cè)量(31)exp(-jkR)EP=j2λR(1+cosθ)∫Esexp[jk(xssinθcosφs+yssinθsinφ]dS……(4)從上式可以看出，式中積分號(hào)內(nèi)沒(méi)有與R有關(guān)的因子，因此，遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)隨距離的變化有以下的特點(diǎn)：①場(chǎng)的振幅按1/R的關(guān)系單調(diào)地衰減；②方向圖與距離無(wú)關(guān)，且方向圖主、付瓣已明顯形成，零值點(diǎn)也很深。二、在輻射近場(chǎng)區(qū)測(cè)量的誤差:為了分析方便，僅討論在孔徑天線軸線（Z軸）方向上測(cè)量的誤差。31微波測(cè)量與天線測(cè)量(31)exp(-jkR)EP=j2λR(微波測(cè)量與天線測(cè)量(32)因?yàn)棣?0，故式⑶和式⑷分別變?yōu)?exp(-jkR)EP=jλR∫Esexp[-jk(xs2+ys2)/2R]dSs（輻射近場(chǎng)區(qū)）′exp(-jkR)EP=jλR∫EsdSs（輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)）如果在輻射近場(chǎng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，則相對(duì)誤差為δE=EP-EPEP′=1-EPEP′=1-′EPEP=1-∫Esexp[-jk(xs2+ys2)/2R]dSss∫EsdS32微波測(cè)量與天線測(cè)量(32)因?yàn)棣?0，故式⑶和式⑷分別變?yōu)?微波測(cè)量與天線測(cè)量(33)設(shè)孔徑場(chǎng)ES=常數(shù),于是得:=1-∫exp[-jk(xs2+ys2)/2R]dSsSδE在距形孔徑的情況下δE=1-1D1·D2∫D1/2-D1/2exp[-jkxs2/(2R)]dxsexp[-jkys2/(2R)]dysD2/2-D2/2∫·利用菲涅爾積分,上式變成δE=1-C(u)-jS(u)u·C(v)-jS(v)v33微波測(cè)量與天線測(cè)量(33)設(shè)孔徑場(chǎng)ES=常數(shù),于是得:=1-微波測(cè)量與天線測(cè)量(34)S(t)=∫sin[(πt2)/2]dtt0式中C(t)=∫cos[(πt2)/2]dtt0u=D1(2Rλ)1/2

D2(2Rλ)1/2

v=D1—距形孔徑沿X方向的邊長(zhǎng)D2—距形孔徑沿Y方向的邊長(zhǎng)同理可得,園形孔徑情況下的相對(duì)誤差為δE=1-|Sin[kD2/(8R)]|

[kD2/(8R)]

式中,D為園形孔徑的直徑。34微波測(cè)量與天線測(cè)量(34)S(t)=∫sin[(πt2)/2微波測(cè)量與天線測(cè)量(35)由于天線增益G是由與場(chǎng)強(qiáng)平方成正比的功率比確定的,故增益系數(shù)G的相對(duì)誤差可直接寫出如下:距形孔徑δG=1-C(u)-jS(u)u·C(v)-jS(v)v2園形孔徑δG=1-Sin2[kD2/(8R)]

[kD2/(8R)]2

35微波測(cè)量與天線測(cè)量(35)由于天線增益G是由與場(chǎng)強(qiáng)平方成微波測(cè)量與天線測(cè)量教材：

微波測(cè)量與天線測(cè)量(1)

《微波測(cè)量與實(shí)驗(yàn)教程》哈爾濱工程大學(xué)出版社出版

《天線測(cè)量手冊(cè)》國(guó)防工業(yè)出版社出版參考書:《現(xiàn)代微波與天線測(cè)量技術(shù)》電子工業(yè)出版社出版36微波測(cè)量與天線測(cè)量教材：微波測(cè)量與天線測(cè)量(1)注意：缺5次課及以上者平時(shí)成績(jī)記零分！成績(jī)?cè)u(píng)定：

理論:55％；實(shí)驗(yàn):25％；平時(shí):20％(含中期考試10％）《微波測(cè)量原理》西安電子科技大學(xué)出版社出版（研）

《天線測(cè)量技術(shù)》電子科技大學(xué)出版社出版微波測(cè)量與天線測(cè)量(2)37注意：缺5次課及以上者平時(shí)成績(jī)記零分！成績(jī)?cè)u(píng)定：(3)第一部分天線測(cè)量概述天線測(cè)量的主要任務(wù)：一、檢驗(yàn)理論;二、獨(dú)立研究;三、工廠制造檢驗(yàn);四、安裝和維修。微波測(cè)量與天線測(cè)量38(3)第一部分天線測(cè)量概述天線測(cè)量的主要任務(wù)：一、檢驗(yàn)(4)第一章天線測(cè)試場(chǎng)地的設(shè)計(jì)和鑒定§1.1概述天線測(cè)試場(chǎng)地的分類：⒈自由空間測(cè)試場(chǎng)：能夠消除或抑制地面、周圍環(huán)境及外來(lái)干擾等影響的一種測(cè)試場(chǎng)。⒉反射測(cè)試場(chǎng)：就是合理地利用和控制地面反射波與直射波干涉而建立的一種測(cè)試場(chǎng)。微波測(cè)量與天線測(cè)量39(4)第一章天線測(cè)試場(chǎng)地的設(shè)計(jì)和鑒定§1.1概述天線測(cè)試(5)§1.2幾種常見(jiàn)的天線測(cè)試場(chǎng)一、高架天線測(cè)試場(chǎng)：平坦地面輔助天線(發(fā))待測(cè)天線(收)θ0/2hR1、天線架設(shè)高度:h=(R/2)tg(θO/2)微波測(cè)量與天線測(cè)量40(5)§1.2幾種常見(jiàn)的天線測(cè)試場(chǎng)一、高架天線測(cè)試場(chǎng)：平坦⒉地面反射消除法:(6)⑴二次反射法：≥100二次反射法微波測(cè)量與天線測(cè)量41⒉地面反射消除法:(6)⑴二次反射法：≥100二次反射法微波(7)⑵反射柵法：待（收）輔（發(fā)）反射柵法吸收材料反射柵網(wǎng)微波測(cè)量與天線測(cè)量42(7)⑵反射柵法：待（收）輔（發(fā)）反射柵法吸收材料反射柵網(wǎng)微(8)⑶垂直測(cè)試法：絕緣塔架吸收材料垂直測(cè)試法輔待微波測(cè)量與天線測(cè)量43(8)⑶垂直測(cè)試法：絕緣塔架吸收材料垂直測(cè)試法輔待微波測(cè)量與(9)⑷頻率調(diào)制法：頻率調(diào)制法fbdfbRfbd通過(guò)傳輸線送來(lái)的信號(hào)直射波信號(hào)反射波信號(hào)混頻器高通濾波器微波測(cè)量與天線測(cè)量44(9)⑷頻率調(diào)制法：頻率調(diào)制法fbdfbRfbd通過(guò)傳輸線送(10)二、斜天線測(cè)試場(chǎng)：θ0/2絕緣塔架輔待斜天線測(cè)試場(chǎng)微波測(cè)量與天線測(cè)量45(10)二、斜天線測(cè)試場(chǎng)：θ0/2絕緣塔架輔待斜天線測(cè)試場(chǎng)微三、緊縮場(chǎng)(縮距測(cè)試場(chǎng)）

緊縮場(chǎng)是以反射面原理構(gòu)成的、縮短了測(cè)試距離的天線測(cè)試場(chǎng)。

其基本原理是：采用一個(gè)或多個(gè)反射面，將饋源（輔助天線）輻射的球面波，在近距離（典型值是10-20m)上變換為平面波。

緊縮場(chǎng)系統(tǒng)可被視為一個(gè)在近距離內(nèi)球面波到平面波的變換器。分析和設(shè)計(jì)緊縮場(chǎng)的理論工具，目前最實(shí)用和最有效應(yīng)該是物理學(xué)上的幾何光學(xué)法。微波測(cè)量與天線測(cè)量(11)46三、緊縮場(chǎng)(縮距測(cè)試場(chǎng)）緊縮場(chǎng)是以反射面原理構(gòu)成的、縮單反射面緊縮場(chǎng)示意圖反射面拋物面頂點(diǎn)饋源（輔助天線）拋物面測(cè)試區(qū)（待測(cè)天線所在區(qū)域）微波測(cè)量與天線測(cè)量(12)47單反射面緊縮場(chǎng)示意圖反射面拋物面頂點(diǎn)饋源拋物面測(cè)試區(qū)微波測(cè)(13)微波測(cè)量與天線測(cè)量四、無(wú)反射室（微波暗室）：微波暗室是墻壁、天花板、地板均鋪上高頻吸收材料的室內(nèi)測(cè)試場(chǎng)。其優(yōu)點(diǎn)是：能全天候工作，便于保密和避免外來(lái)電磁干擾，工作可靠等。它屬于自由空間測(cè)試場(chǎng)。⒈矩形微波暗室:波前振幅矩形微波暗室矩形微波暗室?guī)缀纬叽缭O(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：W≥R/2.75式中R是源天線和待測(cè)天線之間的距離,W是微波暗室的寬度和高度。48(13)微波測(cè)量與天線測(cè)量四、無(wú)反射室（微波暗室）：微(14)微波測(cè)量與天線測(cè)量⒉錐形微波暗室:它有兩種工作狀態(tài):一種是從頻段低端進(jìn)行設(shè)計(jì),另一種是從頻段高端進(jìn)行設(shè)計(jì)(類似于矩形微波暗室的設(shè)計(jì))。波前振幅錐形微波暗室錐形微波暗室?guī)缀纬叽缭O(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：dt﹤λR/(4dr)式中dt是源天線到側(cè)壁的垂直距離dr是待測(cè)天線到側(cè)壁的垂直距離R是源天線和待測(cè)天線之間的距離λ是天線的工作波長(zhǎng)49(14)微波測(cè)量與天線測(cè)量⒉錐形微波暗室:它有兩種工微波測(cè)量與天線測(cè)量(15)錐形微波暗室的使用受到以下條件的限制:

⑴錐形微波暗室的交叉極化特性和場(chǎng)的幅度均勻性極強(qiáng)地依賴發(fā)射天線對(duì)錐形截面的對(duì)稱性;⑵只能作單端測(cè)量,不適合測(cè)量雷達(dá)的散射截面;

⑶由于空間傳輸損耗與自由空間不一樣,因而只能用比較法測(cè)量天線增益。50微波測(cè)量與天線測(cè)量(15)錐形微波暗室的使用受到以下條件的限⒊微波暗室的主要電性能:⑴靜區(qū)：指暗室內(nèi)雜散波（含反射波、散射波和繞射波等）干擾最小的區(qū)域，待測(cè)天線通常就放在此區(qū)域內(nèi)。矩形微波暗室（各面均鋪設(shè)相同吸收材料）靜區(qū)直徑的估算公式：靜區(qū)直徑≥（Rλ/2）1/2式中R是源天線與待測(cè)天線的距離λ是電磁波的波長(zhǎng)微波測(cè)量與天線測(cè)量(16)51⒊微波暗室的主要電性能:⑴靜區(qū)：指暗室內(nèi)雜散波（微波測(cè)量與天線測(cè)量(17)⑵反射率電平：定義為等效反射場(chǎng)與直接入射場(chǎng)之比。暗室中靜區(qū)的反射率電平越低，則測(cè)量精度越高。

⑶交叉極化特性：是指電磁波在傳輸過(guò)程中，產(chǎn)生的與原極化特性相正交的極化分量的大小，它表征了電磁波的極化純度。通常用正交極化分量與原極化分量的比值來(lái)表示暗室交叉極化特性的大小。它的值一般應(yīng)小于-25dB。⑷多路徑損耗的均勻性:它是指暗室內(nèi)電磁波傳輸路徑損耗的不均勻性。這對(duì)圓極化天線的測(cè)量尤為重要。這種不均勻性一般限制在±0.25dB之內(nèi)。52微波測(cè)量與天線測(cè)量(17)⑵反射率電平：定義為等效反射場(chǎng)與直微波測(cè)量與天線測(cè)量(18)⑸場(chǎng)強(qiáng)幅值均勻性:它是指源天線照射置于靜區(qū)內(nèi)的待測(cè)天線時(shí),待測(cè)天線孔徑上場(chǎng)強(qiáng)振幅值的不均勻程度。

一般要求靜區(qū)橫向幅值變化不超過(guò)±0.25dB,縱向幅值變化在±2dB以內(nèi)。⑹頻率范圍:靜區(qū)工作頻率范圍的下限取決于暗室的寬度和吸收材料的厚度;上限取決于暗室的長(zhǎng)度和對(duì)靜區(qū)反射電平的要求程度。53微波測(cè)量與天線測(cè)量(18)⑸場(chǎng)強(qiáng)幅值均勻性:它是指微波測(cè)量與天線測(cè)量(19)⒋建造微波暗室還需考慮的其它問(wèn)題:⑴

暗室的屏蔽;⑵吸收材料的選擇;⑶配套附屬房間與門;⑷通風(fēng)與照明;⑸走道與檢修走廊;⑹安全和消防設(shè)施。54微波測(cè)量與天線測(cè)量(19)⒋建造微波暗室還需考慮的其它問(wèn)題:微波測(cè)量與天線測(cè)量(20)§1.3天線的互易測(cè)量互易原理:一付無(wú)源天線用作發(fā)射和接收時(shí)的電參數(shù)

(包括方向圖、阻抗及其它電指標(biāo))是相同的。在使用互易原理測(cè)量天線的電性能時(shí),必須注意以下幾點(diǎn):⑴若把待測(cè)天線和輔助天線的工作狀態(tài)互換,并保持接收信號(hào)的幅度和相位不變,要求信號(hào)源、檢波器必須與饋線匹配;⑵天線上的電流或電場(chǎng)分布并不互易；

⑶天線中包含晶體管匹配網(wǎng)絡(luò)、電子管、鐵氧體等有源或非線性元件時(shí)，只能在指定工作狀態(tài)下測(cè)量。

55微波測(cè)量與天線測(cè)量(20)§1.3天線的互易測(cè)量互易原理:微波測(cè)量與天線測(cè)量(21)§1.4天線場(chǎng)的區(qū)域劃分和測(cè)量誤差一、天線場(chǎng)的區(qū)域劃分：天線周圍的場(chǎng)區(qū)可劃分為：感應(yīng)場(chǎng)區(qū)（電抗近場(chǎng)區(qū)）、輻射近場(chǎng)區(qū)（菲涅爾區(qū)）和輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)（夫朗荷費(fèi)區(qū)）。λ/（2π）感應(yīng)場(chǎng)區(qū)輻射場(chǎng)區(qū)電小天線周圍的場(chǎng)區(qū)56微波測(cè)量與天線測(cè)量(21)§1.4天線場(chǎng)的區(qū)域劃分和測(cè)量誤微波測(cè)量與天線測(cè)量(22)D2D2/λ感應(yīng)場(chǎng)區(qū)輻射近場(chǎng)區(qū)輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)孔徑天線周圍的場(chǎng)區(qū)57微波測(cè)量與天線測(cè)量(22)D2D2/λ感應(yīng)場(chǎng)區(qū)輻射近場(chǎng)區(qū)輻射微波測(cè)量與天線測(cè)量(23)1、感應(yīng)場(chǎng)區(qū):

它是指靠近天線的區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)，占優(yōu)勢(shì)的感

應(yīng)場(chǎng)之電場(chǎng)和磁場(chǎng)的時(shí)間相位相差900，波印亭矢量為純虛數(shù)，因此不輻射功率，電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量相互交替地貯存于天線附近的空間內(nèi)。2、輻射近場(chǎng)區(qū):輻射近場(chǎng)區(qū)里電場(chǎng)的相對(duì)角分布（即方向圖）與離開(kāi)天線的距離有關(guān)，即在不同距離處的方向圖是不同的。因?yàn)椋孩儆商炀€各輻射元所建立的場(chǎng)之相對(duì)相位關(guān)系是隨距離而變的；②這些場(chǎng)的相對(duì)振幅也隨距離而改變。58微波測(cè)量與天線測(cè)量(23)1、感應(yīng)場(chǎng)區(qū):它是指靠近微波測(cè)量與天線測(cè)量(24)輻射近場(chǎng)區(qū)的外邊界按通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為：R=2D2/λ式中，R是觀察點(diǎn)到天線的距離D是天線孔徑的最大線尺寸λ是天線的工作波長(zhǎng)。3、輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū):在輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)場(chǎng)的特點(diǎn)是：①場(chǎng)的大小與離開(kāi)天線的距離成反比；②場(chǎng)的相對(duì)角分布（即方向圖）與離開(kāi)天線的距離無(wú)關(guān)；③方向圖主瓣、付瓣和零值點(diǎn)已全部形成。59微波測(cè)量與天線測(cè)量(24)輻射近場(chǎng)區(qū)的外邊界按通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為微波測(cè)量與天線測(cè)量(25)4、三個(gè)場(chǎng)區(qū)的討論:⑴孔徑天線產(chǎn)生的場(chǎng)ZXYOSPdsPsrsR=(x2+y2+z2)1/2nθ

(xs2+ys2)1/2注：孔徑面位于xoy平面,n是孔徑面外法線方向的單位矢量。（n，rs）(xS,yS,0)(x,y,z)ESRrs=[(x-xs)2+(y-ys)2+z2]1/260微波測(cè)量與天線測(cè)量(25)4、三個(gè)場(chǎng)區(qū)的討論:⑴孔徑天線產(chǎn)生微波測(cè)量與天線測(cè)量(26)EP=14π∫SESexp(-jkrs)rs{jk+[jk+(1/rs)]cos(n,rs)}ds……(1)式中：EP—觀察點(diǎn)P處的電場(chǎng);ES—天線孔徑面上的電場(chǎng);rs—源點(diǎn)Ps（xs,ys,0）到觀察點(diǎn)P（x,y,z）的距離；S—天線孔徑面積；K—自由空間波數(shù)；ds—天線孔徑面上的面積元;cos（n，rs）—孔徑面法線與矢徑rs之間夾角的余弦。61微波測(cè)量與天線測(cè)量(26)EP=14π∫SESexp(-jk微波測(cè)量與天線測(cè)量(27)⑵輻射近場(chǎng)區(qū)在此區(qū)域可作如下近似：①∵k>>1/rs[即rs>>λ/(2π)注:K=2π/λ]∴[jk+(1/rs)]≈jk②1/rs≈1/R(振幅項(xiàng)中）③cos(n,rs)≈cosθ④相位項(xiàng)中的rs不能用R近似,須用下式計(jì)算rs=[(x-xs)2+(y-ys)2+z2]1/2

=[x2+xs2-2xxs+y2+ys2-2yys+z2]1/2考慮到R2=x2+y2+z262微波測(cè)量與天線測(cè)量(27)⑵輻射近場(chǎng)區(qū)在此區(qū)域可作如下近似：微波測(cè)量與天線測(cè)量(28)所以rs=[R2+xs2+ys2-2(xxs+yys)]1/2

＝R{1+[(xs2+ys2)/R2]-[2(xxs+yys)/R2]}1/2由于xs<<R,ys<<R,利用二項(xiàng)式定理將上式展開(kāi),并取前兩項(xiàng)得rs≈R{1+(1/2){[(xs2+ys2)/R2]-[2(xxs+yys)/R2]}}

＝R-[(xxs+yys)/R]+[(xs2+ys2)/2R]

{注：二項(xiàng)式定理

(1+x)n=1+nx+[n(n-1)/2!]x2+…+{n(n-1)…[n-(k-1)]/k!}xk+…+xn}利用球坐標(biāo)與直角坐標(biāo)間的關(guān)系:x=Rsinθcosφy=Rsinθsinφz=Rcosθ63微波測(cè)量與天線測(cè)量(28)所以rs=[R2+xs2+ys2微波測(cè)量與天線測(cè)量(29)故rs≈R-(xssinθcosφ+yssinθsinφ)+[(xs2+ys2)/2R]……(2)(注：相位項(xiàng)中的rs)

通過(guò)以上簡(jiǎn)化近似處理以后,就可得到孔徑天線輻射近場(chǎng)區(qū)的電場(chǎng)的表達(dá)式為：EP=4π1∫SESexp(-jkR)Rexp{jk[xssinθcosφ+yssinθsinφ-[(xs2+ys2)/2R]]}jk(1+cosθ)dSexp(-jkR)=j2λR(1+cosθ)∫Esexp{jk(xssinθcosφs+yssinθsinφ-[(xs2+ys2)/2R]}dS……(3)64微波測(cè)量與天線測(cè)量(29)故rs≈R-(xssinθcos微波測(cè)量與天線測(cè)量(30)在該區(qū)域內(nèi)場(chǎng)隨距離的變化有如下特點(diǎn):

①隨距離R的增加,場(chǎng)的振幅按1/R的關(guān)系非單調(diào)衰減,而是先振蕩地變化,然后單調(diào)地下降;

②場(chǎng)振幅的相對(duì)角分布與離開(kāi)天線的距離有關(guān),亦即在不同的距離處天線的方向圖是不同的。⑶輻