扫描法测量有源相控阵天线方向图及误差分析

扫描法测量有源相控阵天线方向图及误差分析

摘要：本文从单元一致性、地面反射、测量天线相位中心误差和方向图等方面分析了波束扫描法的误差来源，讨论了减小误差的方法，给出了改进后的实测方向图，结果表明，该方法原理简单、实施有效，对外场测量大尺寸阵列天线方向图具有重要意义。

【关键词】有源相控阵扫描法误差分析地面反射

1 引言

随着大规模相控阵天线的应用，在外场不具备精确坐标测量条件时，仅有测量天线情况下，波束扫描法可以准确的测量大型有源相控阵天线方向图，其测量误差主要来自单元一致性、地面反射、测量天线、相位中心等。

2 扫描法测量方向图基本原理

被测天线有N个距离为d的单元组成，如图1所示。根据相控阵天线理论，天线方向图为：

天线方向图F（θ，φ0）是指固定波束指向φ=φ0，阵列天线对不同方向电磁波响应的集合；而扫描方向图F（θ0，φ）是指连续调整波束指向，阵列天线对固定方向θ=θ0电磁波响应的集合。可以证明，不考虑单元方向图、地面反射等影响，天线方向图F（θ，φ0）与扫描方向图F（θ0，φ）

相等。

3 波束扫描法测量方向图误差分析

单元一致性主要通过单元方向图Fi（θ，φ）对扫描法测量精度产生影响，这是由于天线单元一致性差别及阵列中互耦环境的变化引起的。

地面反射通过多径效应影响扫描法测量误差。架设测量天线应满足远场条件，有条件时，在阵面前方的合适位置摆放一定高度的“吸波墙”。

几何中心与相位中心的偏移造成最大电平的偏移，影响扫描法测量的精度，如图2所示。因此，若外场不具备坐标精确测量的条件，可以优先通过扫描法对准测量天线相位中心与被测天线相位中心。

测量天线的方向性及有限的波束宽度影响扫描法在多大的角度范围内有效。为减小这一误差，测量天线方向图不宜过窄，对整个阵面单元的最大张角须控制在一个较小的范围以内。

4 实验与结论

以测量现有的一个全数字有源相控阵方向图验证了波束扫描方法的有效性，该阵列为24×1的线阵，得到接收均匀加权方向图如图3所示。结果均表明，线阵接收扫描方向图与天线实际方向图吻合良好，表明该测试方法在外场测试有较高的精度。

综上所述，若被测阵列天线有良好的单元一致性，在外场用波束扫描法测量该阵列方向图时，测量天线与被测天线架设应满足远场条件，选择增益适中与波束宽度足够宽的天线作为测量天线。

参考文献

[1]束咸荣，何炳发，高铁著.相控阵雷达天线[M].北京：国防工业出版社，2007.

[2]Johansson，M. and Svensson，B，Array Antenna Diagnosis and Calibration [C]，Proceedings AMTA Symposium，Philadelphi，Pa，pp.1027-1032，1990

[3]李迪，王华.中场测量相控阵扫描方向图的方法研究[J].现代雷达，2005.

作者简介

张小刚（1984-），男，河南省林州市人。博士学位。现为中国电子科技集团第38研究所工程师，主要从事天线理论与技术、微波理论与技术研究。

作者单位

1.中国电子科技集团第38研究所安徽省合肥市230088

2.孔径阵列与空间探测安徽省重点实验室安徽省合肥

市230088

5G集成相控阵天线：设计,制造和测试

Received February6,2020,accepted March4,2020,date of publication March13,2020,date of current version March25,2020. Digital Object Identifier10.1109/ACCESS.2020.2980595 Research on Structurally Integrated Phased Array for Wireless Communications QING-QIANG HE1,SHUAI DING2,CHEN XING1,JUN-QUAN CHEN1,GUO-QING YANG1,AND BING-ZHONG WANG2,(Senior Member,IEEE) 1Southwest China Institute of Electronic Technology,Chengdu610036,China 2Institute of Applied Physics,University of Electronic Science and Technology of China,Chengdu610054,China Corresponding authors:Qing-Qiang He(heqingqiang518@https://www.sodocs.net/doc/4216411734.html,)and Shuai Ding(uestcding@https://www.sodocs.net/doc/4216411734.html,) This work was supported in part by the National Natural Science Foundation of China under Grant61601087,in part by the Fundamental Research Funds for the Central Universities under Grant ZYGX2019Z016,and in part by the Sichuan Science and Technology Program under Grant2018GZ0518and Grant2019YFG0510. ABSTRACT Structurally integrated antenna is a kind of highly integrated microwave device with a load-bearing function,and it is usually installed on the structural surface of the air,water and ground vehicles.This paper presents the design,fabrication and testing of a novel structurally integrated Ka-band active antenna for airborne5G wireless communications.The proposed antenna is mainly composed of three parts:a package layer,a control and signal process layer and a RF layer.In the RF layer,the microstrip antenna array,tile transmitting(Tx)modules,micro-channel heat sinks and a stripline feeding network are highly integrated into a functional block with a thickness of2.8mm.Electromechanical co-design methods are developed to design the active antenna array with the superstrates,and two schemes for designing micro-channel heat sinks are evaluated to obtain a uniform temperature distribution.The RF layer is fabricated by using the low-temperature co?red ceramic process,and the three layers are assembled to form the full-size antenna prototype.The mechanical and electromagnetic experiments are carried out,and the results demonstrate the feasibility of the structurally integrated active antenna for airborne wireless communications. INDEX TERMS5G communications,phased array antenna,structurally integrated active antenna,low-temperature co?red ceramic(LTCC),micro-channel heat sinks. I.INTRODUCTION Signi?cant momentum has started to build around the5G wireless communication technologies for delivering mobile experience differentiation by providing higher data rates, lower latency,and improved link robustness[1],[2].In this regard,millimeter-wave phased array antenna is a very promising solution for5G wireless communications,due to the wide bandwidths and steerable beams.The millimeter-wave phased array antenna can be applied to realize the wireless connection between the base stations and wireless terminals in a mobile vehicle such as the aircraft,high-speed train,car,and ship.Moreover,it can be continuously steered to the base stations,which could guarantee reliable connec-tions in these mobile environments[3]–[5].In addition,the multi-gigabits-per-second data speeds in5G will provide new wireless communication applications such as uncompressed video streaming,mobile distributed computing,fast large?le The associate editor coordinating the review of this manuscript and approving it for publication was Yasar Amin.transfer,and of?ce in a high-speed mobile environment[6]. However,because of the limited space in a mobile vehicle like the aircraft,the phased array antenna is usually required to have a compact size,light weight and easy installation[7]. In this condition,it is highly desirable to use structurally integrated active antennas for5G wireless communications in a mobile vehicle. Structurally integrated active antennas can embed an active planar printed antenna into the structural surface of the aircraft,high-speed train,car,ship,and armored vehi-cles[8]–[11].For example,the active microstrip antenna array is integrated into the wing or fuselage of an aircraft. Compared with the antennas mounted on the structural sur-face,structurally integrated active antenna features several advantages such as reduced weight,volume and aerodynamic drag.Structurally integrated active antenna is a kind of highly integrated antenna,which receives great attention in recent years.Antenna-on-chip(AoC)and antenna-in package(AiP) solutions are two commonly used techniques to realize the highly integrated antennas[12]–[14].Compared to AiP,AoC VOLUME8,2020 This work is licensed under a Creative Commons Attribution4.0License.For more information,see https://https://www.sodocs.net/doc/4216411734.html,/licenses/by/4.0/52359

实验五天线的输入阻抗与驻波比测量

实验五天线的输入阻抗与驻波比测量 一、实验目的 1.了解单极子的阻抗特性，知道单极子阻抗的测量方法。 2.了解半波振子的阻抗特性，知道半波振子阻抗与驻波比的测量方法。 3.了解全波振子的阻抗特性，知道全波振子阻抗与驻波比的测量方法。 4.了解偶极子的阻抗特性，知道偶极子阻抗与驻波比的测量方法。 二、实验器材 PNA3621及其全套附件，作地用的铝板一块，待测单极子3个，分别为Φ1，Φ3，Φ9，长度相同。短路器一只，待测半波振子天线一个，待测全波振子天线一个，待测偶极子天线一个。 三、实验步骤 1.仪器按测回损连接，按【执行】键校开路； 2.接上短路器，按【执行】键校短路； 3.拔下短路器，插上待测振子即可测出输入阻抗轨迹。 4.拔下短路器，接上待测半波振子天线，按菜单键将光标移到【移+0.000m】处，设置移参数据约0.184m，再将光标上移到【矢量】处，按【执行】键。 5.拔下短路器，接上待测全波振子天线，按菜单键将光标移到【移+0.000m】处，设置移参数据约0.133m，再将光标上移到【矢量】处，按【执行】键。 6.拔下短路器，接上待测偶极子天线，按菜单键将光标移到【移+0.000m】处，设置移参数据约0.074m，再将光标上移到【矢量】处，按【执行】键。 四、实验记录

单极子?3： 单极子?2： 单极子?1： 偶极子： 半波振子： 全波振子： 五、实验仿真 以下为实验仿真及其结果： 六、实验扩展分析 单极子天线是在偶极子天线的基础上发展而来的。最初偶极子天线有两个臂，每个臂长四分之一波长，方向图类似面包圈；研究人员利用镜像原理，在单臂下面加一块金属板，变得到了单极子天线。单极子天线很容易做成超宽带。至于其他方面的电性能，基本与偶极子天线相似。 上图左边为单极子，右边为偶极子。虚线根据地面作为等势面镜像而来，单极子是从中心馈电点处切去一半并相对于地面馈电的偶极子。单极子是从中心馈电点处切去一半并相对于地面馈电的偶极子。因此可以理解为：上半个偶极子+对称面作为接地=单极子。由于单极子接地面就是偶极子的对称面，因此单极子馈电部分输入端的缝隙宽度只有偶极子的一半，根据电压等于电场的线积分，这导致输入电压只有偶极子的一半。又因为对称性，单极子和偶极子的电流大小相同，因此单极子的输入阻抗是偶极子的一半。同理，辐射电阻或辐射功率也是偶极子的一半。 由于单极子只辐射上半空间，而偶极子辐射整个空间，因此单极子的方向性是偶极子的

天线线列阵方向图

阵列方向图及MATLAB 仿真 1、线阵的方向图 2 ()22cos(cos )R φψπφ=+- MATLAB 程序如下（2元）： clear; a=0:0.1:2*pi; y=sqrt(2+2*cos(pi-pi*cos(a))); polar(a,y); 图形如下： 若阵元间距为半波长的M 个阵元的输出用方向向量权重11(,,)M j j M g e g e φφ???加以组合的话，阵列的方向图为 [(1)cos()]1()m M j m m m R g e ψπφφ--==∑ MATLAB 程序如下（10个阵元）： clear; f=3e10; lamda=(3e8)/f;

beta=2.*pi/lamda; n=10; t=0:0.01:2*pi; d=lamda/4; W=beta.*d.*cos(t); z1=((n/2).*W)-n/2*beta* d; z2=((1/2).*W)-1/2*beta* d; F1=sin(z1)./(n.*sin(z2));i K1=abs(F1) ; polar(t,K1); 方向图如下： 2、圆阵方向图程序如下： clc; clear all； close all; M = 16; % 行阵元数 k = 0.8090; % k = r/lambda DOA_theta = 90; % 方位角 DOA_fi = 0; % 俯仰角 % 形成方位角为theta，俯仰角位fi的波束的权值m = [0 : M-1];

w = exp(-j*2*pi*k*cos(2*pi*m'/M-DOA_theta*pi/180)*cos(DOA_fi*pi/180)); % w = exp(-j*2*pi*k*(cos(2*pi*m'/M)*cos(DOA_theta*pi/180)*cos(DOA_fi*pi/180)+sin(2*pi*m'/M)*si n(DOA_fi*pi/180))); % 竖直放置 % w = chebwin(M, 20) .* w; % 行加切比雪夫权 % 绘制水平面放置的均匀圆阵的方向图 theta = linspace(0,180,360); fi = linspace(0,90,180); for i_theta = 1 : length(theta) for i_fi = 1 : length(fi) a = exp(-j*2*pi*k*cos(2*pi*m'/M-theta(i_theta)*pi/180)*cos(fi(i_fi)*pi/180)); %a=exp(-j*2*pi*k*(cos(2*pi*m'/M)*cos(theta(i_theta)*pi/180)*cos(fi(i_fi)*pi/180)+sin(2*pi*m'/ M)*sin(fi(i_fi)*pi/180))); % 竖直放置 Y(i_theta,i_fi) = w'*a; end end Y= abs(Y); Y = Y/max(max(Y)); Y = 20*log10(Y); % Y = (Y+20) .* ((Y+20)>0) - 20; % 切图 Z = Y + 20; Z = Z .* (Z > 0); Y = Z - 20; figure; mesh(fi, theta, Y); view([66, 33]); title('水平放置时的均匀圆阵方向图'); % title('竖面放置时的均匀圆阵方向图'); % 竖直放置 axis([0 90 0 180 -20 0]); xlabel('俯仰角/(\circ)'); ylabel('方位角/(\circ)'); zlabel('P/dB'); figure; contour(fi, theta, Y); 方向图如下：

有源相控阵天线G-T测量及误差分析

有源相控阵天线G/T值测量及误差分析 任冀南秦顺友陈辉吴伟伟 (中国电子科技集团公司第54研究所，河北石家庄050081 ) 摘要：简述了地面站天线系统G/T值测量的传统方法。论述了室外远场直接法测量有源相控阵天线G/T值的原理方法，推导出测量的原理方程。分析了G/T值测量误差，其均方根误差小于或等于±0.422dB。最后给出了S波段19元阵天线系统G/T测量结果，实测结果与预算结果吻合很好。 关键词：有源相控阵天线；G/T测量；误差分析 G/T Measurement and Error Analysis for Active Phased Array Antenna REN Ji-nan, QIN Shun-you, CHEN Hui, WU Wei-wei (The Fifty Fourth Institute of CETC, Shijiazhuang Hebei 050081, China ) Abstract: In this paper, traditional measurement methods are described simply for earth station system G/T value. Measuring principle and procedure of active phased array antenna G/T value are discussed using outdoor direct far-field method, and measuring principle equation is derived. Error of G/T value measurement is analyzed, and results show that RMS error of G/T value measurement is less than or equal to ±0.422dB. Measuring result of S-band 19-unit array antenna G/T value is given, test result agrees with prediction result. Key words：active phased array antenna; G/T measurement; error analysis 引言 G/T是地面站系统的重要性能参数之一，其性能好坏直接影响系统的灵敏度。目前G/T值传统的测量方法有间接法和直接法[1][2][3]。所谓间接法就是分别测量出天线接收增益和系统噪声温度，从而计算系统G/T值的方法；直接法又可细分为卫星载噪比法和射电源法。卫星载噪比法就是直接测量地面站天线接收卫星信号的载噪比，从而确定G/T值的方法，该方法非常适合卫星通信地面站天线系统G/T测量；射电源法就是测量地面站天线指向射电星和冷空时的Y因子，从而计算G/T值的方法。由于射电源的信号很微弱，对于小型地面站，其系统G/T很小，则很难观测到射电源的信号[4]。 对于有源相控阵天线，因其射频单元与天线单元集成在一起，其天线测试方法不同于常规的无源天线测量[5][6]。对于有源相控阵天线系统G/T 值测量，无法采用间接法测量系统G/T值；另外如果天线工作频段与卫星频段不符，且系统G/T 值较小，则采用卫星载噪比或射电源法测量其G/T值具有局限性。为此我们提出了在室外远场直接法测量有源相控阵天线G/T值的方法。实践证明：该方法是切实可行的，在G/T值测量中值得推广和应用。 1 测量原理和方法 图1所示为室外远场法测量有源相控阵天线G/T值原理方框图。 图1 室外远场法测量相控阵天线G/T值原理方框图图1中，R为测试距离，R应满足远场测试距离条件，即R≥2D2/λ（D为待测天线最大尺寸，λ为工作波长）。由功率传输方程可得：频谱分析仪测量的载波功率C为[7]： RF P net S t L L GG G P C （1) 式中： 相控阵天线 标准天线 R

有源相控阵天线的近场校准

doi:10.3969/j.issn.1001-893x.2016.04.018 引用格式:焦禹,陈文俊.有源相控阵天线的近场校准[J].电讯技术,2016,56(4):453-457.[JIAO Yu,CHEN Wenjun.Near-field calibration of active phased array antenna[J].Telecommunication Engineering,2016,56(4):453-457.] 有源相控阵天线的近场校准* 焦禹**,陈文俊 (南京船舶雷达研究所,南京210015) 摘要:为实现对相控阵天线的校准，降低幅相误差和阵元失效对天线性能的影响，提出了一种考虑互耦效应的近场校准方法三在利用近场扫描法完成逐一通道校准的基础上，使用旋转矢量法进行二次校准三在应用旋转矢量法（REV)时，为使被测信号的变化明显，将大规模相控阵天线分为中间二边缘区域进行分区校准三通过二次校准可判定阵元是否失效，提高相控阵天线的幅相一致性；通过分区校准减小阵元间互耦的影响，缩短校准时间三仿真结果表明：此方法用于大型相控阵的校准具有较高的准确性，可改善校准结果三 关键词:相控阵天线校准；旋转矢量法；近场扫描法；互耦效应；幅相一致性 中图分类号:TN820 文献标志码:A 文章编号:1001-893X(2016)04-0453-05 Near-field Calibration of Active Phased Array Antenna JIAO Yu,CHEN Wenjun (Nanjing Marine Radar Institute,Nanjing210015,China) Abstract:In order to calibrate the phased array antenna and reduce the impact of element failure and am-plitude-phase errors,this paper proposes a calibration method which considers the mutual coupling.On the basis of the calibration with the near-field scanning method,the elements is calibrated by the rotating ele-ment electric-field vector(REV)method.With the REV method,the large-scale phased array antenna is distributed into some small areas such as middle areas and edge areas to make the signal vary more signifi-cantly.The re-calibration method can find out the failure elements and improve the phased array antenna＇s amplitude-phase consistency.The calibration of sub-region with the REV method can diminish the effect of the mutual coupling and shorten the calibration period.The simulations validate that the method has a good accuracy to calibrate the large-scale phased array antenna and can improve the calibration results. Key words:phased array antenna calibration;rotating element electric-field vector method;near-field scanning method;mutual coupling effect;amplitude-phase consistency 1 引言 由于制造公差和天线互耦的影响,天线各通道间通常存在较大的幅相误差,因此需对其进行校准,使天线性能达到设计要求三现阶段常用的天线校准方法有快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)法二矩阵求逆法二近场扫描法二旋转矢量法二互耦校准法二换相法等[1-2]三近场扫描法[2-3]操作简单,但忽略阵元间存在的互耦效应,因此难以精确地修正通道间的幅相误差三文献[4]提出的互耦技术校准无需外场测量装置,但要求各阵元通道可以独立控制其工作状态,仅适用于相控阵天线的机内测试系统三文献[5]介绍的换相法通过引入Walsh函 四354四 第56卷第4期 2016年4月电讯技术 Telecommunication Engineering Vol.56,No.4 April,2016 * **收稿日期:2015-09-24;修回日期:2015-12-16 Received date:2015-09-24;Revised date:2015-12-16通信作者:jiaoyu0918@https://www.sodocs.net/doc/4216411734.html, Corresponding author：jiaoyu0918@https://www.sodocs.net/doc/4216411734.html,

什么是天线的驻波比

什么是天线的驻波比？ 只有阻抗完全匹配，才能达到最大功率传输。这在高频更重要！发射机、传输电缆（馈线）、天线阻抗都关系到功率的传输。驻波比就是表示馈线与天线匹配情形。 不匹配时，发射机发射的电波将有一部分反射回来，在馈线中产生反射波，反射波到达发射机，最终产生为热量消耗掉。接收时，也会因为不匹配，造成接收信号不好。 如下图，前进波（发射波）与反射波以相反方向进行。 完全匹配，将不产生反射波，这样，在馈线里各点的电压振幅是恒定的，如下图中左部分（a），不匹配时，在馈线里产生下图右方的电压波形，这驻留在馈线里的电压波形就叫做驻波。 驻波比（SWR）的S值的计算公式为下图： 当然还有其它的驻波比计算方法，不过计算结果是一样的。 驻波比越高，表示阻抗越不匹配，业余玩家，做到驻波比小于1.5就算可以了。 最后提醒一点，天线的好坏不能单看驻波比，现在大家如此迷信驻波比的原因很简单，就是因为驻波表好便宜、好买。不要因为天线驻波比很低就觉得一切OK，多研究天线的其它特性（如方向性）才是真正的乐趣。 电压驻波比（VSWR）是射频技术中最常用的参数，用来衡量部件之间的匹配是否良好。测量一下天线系统的驻波比是否接近1:1，如果接近1:1，当然好。但如果不能达到1，会怎样呢？驻波比小到几，天线才算合格？ VSWR及标称阻抗 发射机与天线匹配的条件是两者阻抗的电阻分量相同、感抗部分互相抵消。如果发射机的阻抗不同，要求天线的阻抗也不同。在电子管时代，一方面电子管本输出阻抗高，另一方面低阻抗的同轴电缆还没有得到推广，流行的是特性阻抗为几百欧的平行馈线，因此发射机的输出阻抗多为几百欧姆。

而现代商品固态无线电通信机的天线标称阻抗则多为50欧姆，因此产品VSWR表也是按50欧姆设计标度的。 如果你拥有一台输出阻抗为600欧姆的老电台，那就大可不必费心血用50欧姆的VSWR计来修理你的天线，因为那样反而帮倒忙。只要设法调到你的天线电流最大就可以了。 VSWR不是1时，比较VSWR的值没有意义 天线VSWR＝1说明天线系统和发信机满足匹配条件，发信机的能量可以最有效地输送到天线上，匹配的情况只有这一种。 而如果VSWR不等于1，譬如说等于4，那么可能性会有很多：天线感性失谐，天线容性失谐，天线谐振但是馈电点不对，等等。在阻抗园图上，每一个VSWR数值都是一个园，拥有无穷多个点。也就是说，VSWR数值相同时，天线系统的状态有很多种可能性，因此两根天线之间仅用VSWR数值来做简单的互相比较没有太严格的意义。 正因为VSWR除了1以外的数值不值得那么精确地认定（除非有特殊需要），所以多数VSWR表并没有象电压表、电阻表那样认真标定，甚至很少有VSWR给出它的误差等级数据。由于表内射频耦合元件的相频特性和二极管非线性的影响，多数VSWR表在不同频率、不同功率下的误差并不均匀。 VSWR都＝1不等于都是好天线 一些国外杂志文章在介绍天线时经常给出VSWR的曲线。有时会因此产生一种错觉，只要VSWR＝1，总会是好天线。其实，VSWR＝1只能说明发射机的能量可以有效地传输到天线系统。但是这些能量是否能有效地辐射到空间，那是另一个问题。一副按理论长度作制作的偶极天线，和一副长度只有1/20的缩短型天线，只要采取适当措施，它们都可能做到VSWR＝1，但发射效果肯定大相径庭，不能同日而语。做为极端例子，一个50欧姆的电阻，它的VSWR十分理想地等于1，但是它的发射效率是0。 影响天线效果的最重要因素：谐振 天线系统和输出阻抗为50欧的发信机的匹配条件是天线系统阻抗为50欧纯电阻。要满足这个条件，需要做到两点：第一，天线电路与工作频率谐振（否则天线阻抗就不是纯电阻）；第二，选择适当的馈电点。 让我们用弦乐器的弦来加以说明。无论是提琴还是古筝，它的每一根弦在特定的长度和张力下，都会有自己的固有频率。当弦以固有频率振动时，两端被固定不能移动，但振动方向的张力最大。中间摆动最大，但振动张力最松弛。这相当于自由谐振的总长度为1/2波长的天线，两端没有电流（电流波谷）而电压幅度最大（电压波腹），中间电流最大（电流波腹）而相邻两点的电压最小（电压波谷）。 我们要使这根弦发出最强的声音，一是所要的声音只能是弦的固有频率，二是驱动点的张力与摆幅之比要恰当，即驱动源要和弦上驱动点的阻抗相匹配。具体表现就是拉弦的琴弓或者弹拨的手指要选在弦的适当位置上。我们在实际中不难发现，拉弓或者拨弦位置错误会影响弦的发声强度，但稍有不当还不至于影响太多，而要发出与琴弦固有频率不同的声响却是十分困难的，此时弦上各点的振动状态十分复杂、混乱，即使振动起来，各点对空气的推动不是齐心合力的，发声效率很低。 天线也是同样，要使天线发射的电磁场最强，一是发射频率必须和天线的固有频率相同，二是驱动点要选在天线的适当位置。如果驱动点不恰当而天线与信号频率谐振，效果会略受影响，但是如果天线与信号频率不谐振，则发射效率会大打折扣。 所以，在天线匹配需要做到的两点中，谐振是最关键的因素。 在早期的发信机中，天线电路只用串联电感、电容的办法取得与工作频率的严格谐振，而进一步的阻抗配合是由线圈之间的固定耦合确定死的，在不同频率下未必真正达到阻抗的严格匹配，但是实际效果证明只要谐振就足以好好工作了。 因此在没有条件做到VSWR绝对为1时，电台天线最重要的调整是使整个天线电路与工作频率谐

天线方向图的理论分析及测量原理分析

实验四、电波天线特性测试 一、实验原理 天线的概念 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。 天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。 对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的： 按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等； 按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等； 按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等； 按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。 选择合适的天线 天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在选择天线时必须首先注重其性能。具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线的电气性能。选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。 天线的方向性 发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天

线称为定向天线。全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。 垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图。立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。 天线的增益 增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简单地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离越远，一般基地台天线采用高增益天线，移动台天线采用低增益天线。 增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以这样来理解增益的物理含义------为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。半波对称振子的增益为G = 2.15dBi；4个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G = 8.15dBi(dBi，这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd。 天线的波瓣宽度 方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。还有一种波瓣宽度，即 10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB

数字相控阵天线测试平台

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/4216411734.html, 数字相控阵天线测试平台 作者：戴海青胥志毅吴鸿超 来源：《电子技术与软件工程》2017年第15期 摘要：现代大型数字相控阵天线中，天线内的TR组件数目庞大同时工作频带很宽，阵面的暗室测试工作十分繁琐，工作量巨大。为简化测试过程，提高测试效率，文中对数字相控阵天线阵面的测试方案进行了研究，提出并搭建了一套测试平台，通过对天线阵面样机的试验，验证了测试方法的高效率和正确性。 【关键词】相控阵天线天线测试波控 在现代雷达领域，数字相控阵雷达相比较传统的模拟相控阵雷达，在波束扫描的灵活性、系统时问资源利用率以及多功能应用等多个方而有着明显优势。 为了保证数字相控阵天线性能，需完成天线组件的通道数据采集，对整个天线系统的组件相位幅度配平，以及完成对相控阵雷达天线的方向图测试。尤其对于大型相控阵雷达天线而言，测试工作量（尤其在近场测试）按TR组件数目、工作频点数目乘积激增，测试过程非常繁琐。所以建立一种能够快速、准确地测量出数字相控阵天线的特性参数的天线测试平台，对于满足新型数字相控阵雷达的研制十分重要。 1 数字相控阵天线阵面 数字相控阵天线阵而都包含天线罩、天线阵列、结构骨架和高频箱（内部包含了T/R组件、综合网络、阵而电源、阵而监测设备等），其主要功能是： （1）发射时，阵而对发射前级送来的信号进行放大、辐射和空问功率合成。 （2）接收时，阵而将天线接收到的目标回波信号放大，经过数字接收通道转换成数字信号，交由数字波束形成（DBF）形成自适应波束。 数字相控阵天线阵而的测试主要特点：数字相控阵天线阵而，收发波瓣测试时，天线阵而与测试探头之问一个是发射模拟信号，一个则是经过AD采样之后的接收数字IQ信号，二者之问的同步相参需要额外的硬件设备，并经过特殊的数据处理，同时数字相控阵天线阵而控制接口、下行数据接口一般采用光纤形式，需要测试系统满足该要求。 2 测试系统组成和原理框图 根据数字相控阵天线阵而暗室测试的特点，本文设计了一套测试系统，系统框图如图1所示。

驻波比告警及分级接收告警的原因及常规处理办法

驻波比告警及分级接收告警的原因及常规处理办法 外接天馈设备的驻波比升高，会造成基站的告警。检查时可查看以下几个方面： 1.天线与馈线的接头处是否密封好，有无进水现象。 2.可检查馈线是否有损伤及扭曲。 3.测试天线的驻波看是否正常。 驻波告警定位方法 1、驻波告警1（VSWR1） 1）检查CDU有故障 利用测试手机测试基站收发信号功能是否正常。 若收发信信号功能正常，利用CDU强制复位功能来确定CDU是否误告警。如果CDU复位后故障不重现， 那么说明CDU有误告警，更换CDU。否则，CDU没有误告警，此时可通过“置换”等方法来确定是否CDU 有故 障。若CDU没有故障，说明天馈系统有故障，转第（2）步。 若如果收发信号不正常或信号不通，那么说明天馈系统+CDU的上下行通道可能有问题，在第一步中通过“置换”法确认CDU没有问题后转第（2）步。 2）检查天馈系统是否故障。 可以通过测试（室外）天馈系统的驻波比来检查（室外）天馈系统有无故障。在与CDU 模块TX/RX ANT 端口相连接的1/4"跳线接头处，测试天馈系统的驻波比，同时晃动1/4"跳线和机柜顶1/2"跳线，观察仪器显示的驻波比数值是否变化很大。如果驻波比数值变化很大，那么说明电缆接触不良。如果驻波比大于1.5，那么可判断天馈系统有故障，按“步步为营”等方法处理。 ！！当有塔放时，必须先切断塔放馈电，防止短路现象和其它损坏测试仪表的现象发生，再测试CDU TX/RX ANT端口驻波是否严重超标。 3）上述步骤一般能定位CDU 过驻波告警1（VSWR1）故障原因；当上述步骤不能定位CDU 过驻波告警1 （VSWR1）故障原因时，按CDU驻波告警处理功能不稳定或CDU TX/RX ANT接头与1/4"跳线接头匹配不良处 理。前者更换CDU，后者更换CDU和1/4"跳线。 4）若TRX上报驻波比告警，则需要首先检查TRX发射端口（TX）到CDU的连线是否正常及接头是否拧紧，同 时可以通过更换TRX来检查是否是TRX误告警。 2、驻波告警2（VSWR2） 1）当CDU 发生过驻波告警2（VSWR2）时, CDU会上报告警给后台。, 当该告警持续一段时间(一分钟)后, CDU将向后台上报驻波严重告警。此时操作维护单元（TMU）在接收到驻波严重告警后，将自动向TRX 发命 令关掉功放。 2）定位告警故障原因，参见过驻波告警1（VSWR1）问题定位的一般方法。 分集接收告警的故障分析与处理 在GSM基站维护中，分集接收丢失是一种出现较为频繁的故障，是影响网络指标的一个重要因素。而许多维护人员并不是很认真的去思考这一问题，只是简单的将TRU复位，有的甚至去更换天线做一些无用功。产生分集接收丢失时，一个或多个TRU在50分钟内至少有12db的差异，由此接收机的灵敏度会减少

扫描法测量有源相控阵天线方向图及误差分析

扫描法测量有源相控阵天线方向图及误差分析 摘要：本文从单元一致性、地面反射、测量天线相位中心误差和方向图等方面分析了波束扫描法的误差来源，讨论了减小误差的方法，给出了改进后的实测方向图，结果表明，该方法原理简单、实施有效，对外场测量大尺寸阵列天线方向图具有重要意义。 【关键词】有源相控阵扫描法误差分析地面反射 1 引言 随着大规模相控阵天线的应用，在外场不具备精确坐标测量条件时，仅有测量天线情况下，波束扫描法可以准确的测量大型有源相控阵天线方向图，其测量误差主要来自单元一致性、地面反射、测量天线、相位中心等。 2 扫描法测量方向图基本原理 被测天线有N个距离为d的单元组成，如图1所示。根据相控阵天线理论，天线方向图为： 天线方向图F（θ，φ0）是指固定波束指向φ=φ0，阵列天线对不同方向电磁波响应的集合；而扫描方向图F（θ0，φ）是指连续调整波束指向，阵列天线对固定方向θ=θ0电磁波响应的集合。可以证明，不考虑单元方向图、地面反射等影响，天线方向图F（θ，φ0）与扫描方向图F（θ0，φ）

相等。 3 波束扫描法测量方向图误差分析 单元一致性主要通过单元方向图Fi（θ，φ）对扫描法测量精度产生影响，这是由于天线单元一致性差别及阵列中互耦环境的变化引起的。 地面反射通过多径效应影响扫描法测量误差。架设测量天线应满足远场条件，有条件时，在阵面前方的合适位置摆放一定高度的“吸波墙”。 几何中心与相位中心的偏移造成最大电平的偏移，影响扫描法测量的精度，如图2所示。因此，若外场不具备坐标精确测量的条件，可以优先通过扫描法对准测量天线相位中心与被测天线相位中心。 测量天线的方向性及有限的波束宽度影响扫描法在多大的角度范围内有效。为减小这一误差，测量天线方向图不宜过窄，对整个阵面单元的最大张角须控制在一个较小的范围以内。 4 实验与结论 以测量现有的一个全数字有源相控阵方向图验证了波束扫描方法的有效性，该阵列为24×1的线阵，得到接收均匀加权方向图如图3所示。结果均表明，线阵接收扫描方向图与天线实际方向图吻合良好，表明该测试方法在外场测试有较高的精度。

试验四天线方向图测量试验

实验四 天线方向图测量实验 一、预习要求 1、什么是天线的方向性？ 2、什么是天线的方向图，描述方向图有哪些主要参数？ 二、实验目的 1、通过天线方向图的测量，理解天线方向性的含义； 2、了解天线方向图形成和控制的方法； 3、掌握描述方向图的主要参数。 三、实验原理 天线的方向图是表征天线的辐射特性(场强振幅、相位、极化)与空间角度关系的图形。完整的方向图是一个空间立体图形，如图7所示。 它是以天线相位中心为球心（坐标原点），在半径足够大的球面上，逐点测定其辐射特性绘制而成的。测量场强振幅，就得到场强方向图；测量功率，就得到功率方向图；测量极化就得到极化方向图；测量相位就得到相位方向图。若不另加说明，我们所述的方向图均指场强振幅方向图。空间方向图的测绘十分麻烦，实际工作中，一般只需测得水平面和垂直面的方 向图就行了。 图7 立体方向图 天线的方向图可以用极坐标绘制，也可以用直角坐标绘制。极坐标方向图的特点是直观、简单，从方向图可以直接看出天线辐射场强的空间分布特性。但当天线方向图的主瓣窄而副瓣电平低时，直角坐标绘制法显示出更大的优点。因为表示角度的横坐标和表示辐射强度的纵坐标均可任意选取，例如即使不到1o的主瓣宽度也能清晰地表示出来，而极坐标却无法绘制。一般绘制方向图时都是经过归一化的,即径向长度(极坐标)或纵坐标值(直角坐标)是以相对场强max `)(E E ?θ表示。这里，)(`?θE 是任一方向的场强值，max E 是最大辐射方向的场强值。因此，归一化最大值是1。对于极低副瓣电平天线的方向图，大多采用分贝值表示，归一化最大值取为零分贝。图8所示为同一天线方向图的两种坐标表示法。