喇叭天線增益的測量與修正

羅 林

中國電子科技集團公司第38研究所，安徽合肥 230088

測量天線增益的方法分成相對增益測量和絕對增益測量兩大類[1-2]。在實際應用中，采用相對增益測量法中的增益比較法較為普遍。比較法測量天線增益的實質就是將待測天線的增益與已知天線的標準增益進行比較而得出待測天線的增益。所用標準增益天線就是天線增益測量的主要誤差源，必須認真標校。

1 標準增益天線

在微波波段，廣泛把角錐喇叭天線作為標準增益天線。我們選用L波段的角錐喇叭天線作為分析對象，對其進行增益理論計算與實測結果的比較。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算

角錐喇叭的增益計算公式為[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式（3）和式（4）計算出二次式相位分布常數S，再查表1得出損耗值[4]。

根據式（2）計算出的喇叭增益值如表2所示。

3 角錐喇叭增益的測量

3.1 增益的測量

采用兩相同天線法進行喇叭增益的測量，測試框圖如圖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-發射天線的輸入功率；

Gr-接收天線增益；

Gt-發射天線增益；

R-收發天線間的距離；

λ-工作波長。

由于接收和發射天線完全相同，即Gr=Gt=G，用dB表示得：

將測得的參數代入公式內計算。為了減小測量誤差，我們將Pr/Pt取為收發天線互換測試的平均值。又由于測得的P12（dB）、P21（dB）值中包含了波導同軸變換損耗L，應將這項損耗扣除。于是可得計算式為：

3.2 測量誤差的分析與修正

增益測量的誤差來源有：

1）阻抗失配。

2）極化失配。

3）有限測試距離引起的測試誤差。

4）儀器測量誤差。

上述第1）項在保證收發鏈路良好匹配的前提下，忽略不計。通過認真架設收發喇叭，一般極化失配引入的誤差可略去。儀器測量誤差帶有隨機性，約0.05dB，也略去不計。因此，我們只對第3）項誤差進行分析計算與修正。

有限測試距離引起增益測試誤差的修正系數ΔG為[2]：

用dB表示，則有

通過計算H、T、P、N各參數[2]，查表3、表4得到各頻點的E面修正系數ΔGE和H面修正系數ΔGH，從而求出ΔG。

表3 角錐喇叭E面增益修正系數ΔGE（dB）

表4 角錐喇叭H面增益修正系數ΔGH（dB）

那么經過修正的增益值應為：

G測量（dB）=G（dB）-ΔG（dB）

求得的增益修正值ΔG（dB）見表5，增益測試值與理論值的對比如表6所示。

表5 有限測試距離引起的增益測試誤差

表6 增益理論值與實測值的對比

4 結論

實際測量天線增益的時候，不可能使兩天線相距無限遠，而只能在有限測試距離上完成。本文中，對利用兩相同天線法測量得出的角錐喇叭增益值進行有限測試距離誤差修正后與理論計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.天線測量實用手冊[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2]張福順，張進民.天線測量[M].西安：西安電子科技大學，2009.

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

[4]Thomas A.Milligan.現代天線設計[M].2版.北京：電子工業出版社，2012.