SJ 2534.1-1984 天线测试方法.天线测试场的测试设备.pdf

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1、, 中，、国电SJ2534.1-84 国1984-11-01发布1985-07-01实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天线测试场的测试设备SJ2534.1-84 本标准适用于为测试天线性能的天线测试场配备各种测试设备。这些设备必须由认可单位进行周期计量(计量周期一般为一至三年)并有专人保管、定期保养。1测试设备1.1 典型的天线测试场的测试设备可分为下列五个分系统za. 惊天线系统zb. 发射系统:C. 接收m罗t;d. 定位m罗t;e. 记录与数据处理系拙。所需测试设备的具体内容取决于所要进行的测量要求。例如，测试设备可以是一个仅测量简单天线主平西方向醋

2、的简单系统，也可以是一个测量天线完备特性的高度自化的系统。1 .2 天线测试场典型的测试系统的方框图示于图1。1.3对于复杂的测量，控制单元、指示器、接收系统、记录与数据处理系统以及维射信号摞的调谐控制器一般放在总控制室内。1. 4 对于撞筒单的进行适当的布置。中华人民共和国电子工业部1984-11-01发布1985-01-01 1 SJ2534.1-84 要i以埋藏天线割成更世后信号持伽l阳器棚唔揣111准琦控制1I;j控制L 图1典1.5 信号源通常放在远处的天线塔上或天相连腻。2 天线的源天线2.1 天线测试场一般均设计成可在宽频带上工作，国用频段的源天线。源天线的披束宽度和极化特性应当

3、2.2 源天线的形式对1.0GHz以下的频率，源天线常采用八木天线、对400MHz以上的频率，源天线常用带有下，也可选用各种喇叭天线。2.3 在极化定位器上装一个线极化天码，测出受试天线的极化状态，2.4 圆极化据天线的极化转换圆极化源天线应设计成通过电气或机械转极化。圆极化天线的极化性能必须经过鉴定。2.6线极芷.82 天线的极化纯度天线的极化纯度与精天当的天备有各既。旋天线或对数周期天线。产生右。面系列。在某些场合。为了化。化以及正SJ2534.1-84 盲目也=-=-=._.w_:= _ _ 高寓言血泪斗牛-一- =- -= - - ._- - -_.,., ,- + 采用增益传递法进行

4、功率增益应预先计量以减小增益测量的误差。时必须配备相应的标准增益天线。标准增益天线5 发射3.1 13之射系统的组成友射系统包括发射信号源、相应的功率放大器及其他有关器件如隔转换接头等)。具体内容由整个测量要求确定。3.2 信号源的形式、衰、信号源的形式目前主要有三极管腔体振各种固态振荡器。速调管、磁控管与返波管振荡器以及一般对信号掘的性能要求有下列几方面z3.2.1 信号源的频率控制可采用机械的、电气一一机械的或电气的调谐方式。如果发射信号源放在远处，可以使用定标的位置伺服环或速度伺服环遥控以机械方式调谐振荡器的电机。对电调谐振荡器则需要一个可调的稳压电胁。3.2 ,2 频率准确度一般信号源

5、的频率指示机械的准确度在1%左右。精确测量时必须采用空腔波长计、外差频率计或数字频率计校准信号源的频率。某些类型的信号源其振荡频率随糯合和负载情况商奕化，测量时应予以足够的且肉。3.2.3 频率稳定度由于天线及其有关的射频电路对频率十分敏感，所以整个测量过程中倍号源的频率必须保持相对的灿瓜。3.2 , 3.1 一般测量要求30分钟内相位测量)则要求10寸或更高的3.2.3.2 常用稳频方法有z化为10-3到10-4度。a. 控制工作环境(例如把振荡器泣入恒温槽内)。b. 将振荡器与一个商品质因数Q腔体相祸合。c. 庞德系统一一用电的方法使振荡器以一个微波腔体为参考标准。例如精密d. 自动频率控

6、制一-用电的方法使振蔼器的顿、率以一个稳定源为参考标准。巳.自动相位控制一一以一个稳寇源对振荡器的频率进行相位锁定。根据所用振荡器的类型和对频率稳定度的要求选择稳频方法。3.3 频谱纯度某些类型的振荡器谐波较大，发射出去会干扰所需要的信号。因此应选用纯度高的信号源或使用滤波器以及能够鉴别有用与无用信3.4 功率电平.3.4.1测量时所电线和受试天线的增益、灵敏度.a SJ2534.1-84 一一一一两天线之间的传输衰减及测量的动态范围来确定。3.4.2 遇常信号源的输出功率为odBm到33dBm。如不满足测试要求则可加接相应的功率放大器。3.4.3 天线测量中所用的典型检波器的灵敏度为一50d

7、Bm到-6sdBm。一般接收机的灵敏度为一90dBm到一125dBm。可根据不同的要求进行不同的选择。3.4.4 测量时要求信号源的输出相对稳定。大部分短时间的点频测量希望输出变化不超过士o.1dB。对插入损施或增益传递等测量来说短时间内只允许变化士0.01到士o.05dB。此时需要采用自动电平控制(稳幅)。必要时可加功率监视设备。3.5调制有些测量系统需要情度调制。如用于简单测量的检波帮一一测量放大器系统常要求信号源具有1000Hz的内方波调制.调制频率应有一定的调制范围和相对的稳定度.有些场合要求特殊的成形脉冲以减小脉冲频谱的畸变，因此，信号源应根据要求具有各种内、外调制的功能。4 接收系

8、统4.1 在天线幅度方向图测量系统中最简单的接收系统是晶体检波器或测辐射热计检波器(它们通常直接接在受试天线上或缩尺模型内部)及其相连接的放大器。放大出由指示仪表为测试者提供读数或为记录仪提供信号。所用的信号源应是1000Hz内方波调制的。系统的动态范围受检波器的平方律特性与放大器线性范围的限制(指记录法)。4.1 .1 测辐射热计的动态范围约为40dB。对晶体检波器，当负载阻扰时约为35dB。晶体检波器的最佳音频负载阻抗约为26k0。4 .1.2 反向二极管做成的检波器在音频负载阻扰为2000时，性范围可达50dB且精度较高，温度稳定性也较好。4.1.3 扩宽检波器平方律范围的补偿手段;4.

9、1.3.1 用一个连接到记录笔驱动机构上的辅助电中引入压以改变它的增益，可以控制这个偏压从而使记录笔移向低标度时放大增益增大.合适时，这种方法的动态范围可增加到约为60dB。4.1.3.2 另外一种补偿手段是采用对数放大器，记录以分贝形式表示。根据不向入电平调整对数放大器各级的斜率从而在较宽范围内满足平方律特性。这种方法可使动态范围增加到约60dB。4.1.4 简单的检波器一一放大器系统的动态范围较小，测试误差较大。典型数据是在30dB测量范围中误差约为士ldB。采用低频替代法或高频替代法可扩宽其测量范围并4. 1.4.1 4 。此外，对检波晶体经常进行校准也是减小误差的方法。法z在受试天线接

10、收的信号变化时，改变放大器输入端的低的输出信号保持不变。低频衰减器的变化值就代表接收信号的变由一SJ2534.1甲84-一. . -一于放大器工作状态相同从而避免了放大器动态范围较小的缺点。4. 1.4.2 离频替代法:在受试天线接收的信号变化时，改变发射信号源端的高频衰减器使放大部的输出信号保持不变。离频衰减器的变化值就代表接收信号的变化值。由于放大器与检波器工作状态均没有变化从而避免了放大器与检波器动态范围较小的缺点。高频衰减器的精度较高，所以高频替代法测量的典型数据是在50dB测量范围中误差约为士1dBo 4.1.5 简单的检波器一一放大器系统虽然测量范围较小、误差较大，但由于它具有简单

11、、方便、易于操作等优点因而广泛地应用于缩尺模型工作或测试准各向同试场上。4.2 当天线测试中要求接收系统动态范围大、灵敏度高并且有频率鉴别能力时就采用天线测量:用的超外差接收机，这种接收机可在几兆赫到几十吉赫甚至更高的宽频带上工作。4.2.1 接收机通常放在总控制台内而受试天线可以放在远处。接收机的前级高放、严第一混频器与前置中放最好直接按在受试天线的端口。这样可以避免引起性能恶化或长波导走线的麻烦。4.2.2 接收机最好备有手动与电机驱动的调谐机构。电机控制可用来进行机械式自动节并使接收机适用于扫频测旦。4.2.3 由于天线方向图记录仪一般在固定的1kHz音频载频上工作，这就要求接收机?的输

12、出是1KHz。天线方向图测试场接收机可以设计成接收连续波而在接收机内部引入1KHz幅度调制。这样就无需现场或遥控调节信号源的调制4.2.4 如果信号源的频率不够稳定，不能消除显著的频率漂移，则必须采用自动制。本地振荡器也可能需要自动频率控制以补偿频率漂移。自动频率控制系统应能在大于40dB的输入信号动态范围上工作。4.2.5 有时在测试接收机中装入一种能补偿发射信号源功率电平变化的有用电路。这种电路要求在测量过程中连续监视由发射信号源来的信号。4.3 要求更高灵敏度、精度与更大动态范围的测量场合，则可使用两次变频锁相1&机。4.3.1 二次变频锁相接收机用变频的方法而不是用平方律检波的方法产生

13、所需要的1kHz输出信号。使用锁相技术就可以差出这样低的第二中频。一种单倍道二次变频与锁相的外差接收机系统方框图示于图2。4.3.2 系统中第一中频放大器的带宽约为10MHz。第二中频放大器的带宽约为100Hz，二次变频系统的噪声带宽近似等于接收机输出带宽的两倍，即200Hz。而用平方律检波的普通接收机带宽约为10kHz。显然采用二次变频锁相接收机其灵敏度比普接收机有很大改善。4.3.3 二次变频锁相接收机的另一个优点是输出电压与输入电压而不是与输入功5 SJ2534 , l-84 一一二卢也成线性比例变化。在用平方律检波的接收机中需输出电压变化10000:1才代表输入电压信道A45问HzJ

14、H. 在相器也申明掌相器J lH-z 图2使用二次变频与锁相的外差接收系统变化100:1。在二次交额践相接收机中只要输出电压变化100:1 ;就代表输入电压变化100: 1。所以，该体系达到60dB的动态范围是十分容易的，这就满足了大部分测量的Ah巾周密设计还可将动态范围增加到80clB。4 , 3,4 二次变频锁相接收机还可以根出频率使输出带宽增加到10倍，敏度相应地降低l)dB。二要选择输出此接收机的率以提高数据率。例如，如率也提高到10倍，而系统灵4 , 3 ,5 锁相接收机需要的参考信号可由取出。钱得到。在短距离场合直接由信号源4.4 一般的相茧测量需配备相应的测试设备。测于相位测试。

15、一般的数字相位计能直接读出相位。精确接收机的方框图示于图30、电桥法、调制法等均可用相位的双信道二次变频4,4, 1 图3的电路与图2类似。不同的是它有A、B两个信号通道。它们都由同一个一与第二本振馈电。每个信道的输出电压与该信道的微波输入电压戚正比。每个信道的信号电平可以在系统的动态范围内独立地改变。4.4 ,2 这种系统的美键是消除信道之间的干扰。通过使用隔离器、适当地屏蔽以及周密的设计，信道之间的隔离可大于90dB。这样大的隔离在60dB动态范围内引起的钱土O，25dB。6 !tl! SJ2534.1-84 45问J1z星相器纪U寸些串顿就式Z图3用于相位测量的双信it外差接收系统l品H

16、z 一A 14Hz输出B IHt 4.4.3 当两个输入信号外差为1KHz的频率以后，相位测量实质上就变为时间测量.囡3中每个1kHz输出信号馈送到过零检测器。每个过零检测器可以检测出输入的1kHz的正向过零时间，同时产生一个窄脉冲输出。信道A和信道B的信号过零时间间隔的测量就可以直接表示射频信号的度数。用这种系统，两个信道内的信号幅度变化以及官们之间的相位差可以同时测量出来。幅度和相位根据不同要求以模拟式或数字式读。4.5.在接收机系统中通过采用精密截止或衰减器可以获是在60dB的测量嚣闺中测试误差约为O.5dBo4.6 在自动化测试系统中，应使接收机能与计算机直接接口。如时，应配备一个调节

17、方便的本地振荡器.4.7 允许根据具体测试项目和测试要求配备其他必要的检测设备-5 定位系统5.1 天线寇5.1.1 e旋转轴和中旋转度.数过程中必须不论对固定的或是可动的瞄准线方法要进行真正的。和中切割都需要两根正交轴.通常称为0旋转轴和中旋转轴并示于图40今轴是坐标系的oz轴，它允许以0作为参量而在中方向进行切割。轴与过原点所作的OA钱重合.OA线又与规定源天线方向的OS线垂直.。轴允许以中作为参量而在0方向进行切割。在所有球坐标寇位器结构中都采用这两 5.1.2 可动瞄准线系统用的定位器一种可动瞄准线系统用的是位器结掏示于图50它由一个供。方向旋转用的桥形台架与一个供今方向旋转用方位定位

18、器所组成.由于此方案中两个天线之间的距离受到限，因而它仅适用于测试小天线。例如z反射器的初级馈源。使用台架式方案的另一个办7 SJ2534.1-84 法是把源天线装在一个托架上，它沿一个以安装受试天线的转台为中心的固定半圆动.控制托架和转台的运动就可得到0及中方向的切割.这类测试场主要用于测试装在飞行器上的甚高频和越高频天线以及高频天线缩尺今。y 因4使用球坐标时，天线定位器所需要的根正交旋转轴5.1.3 固定瞄准线系统用的定位对固定瞄准线系统，e和中方向的旋转全都由受试天线寇位器提供.满足这个求的两种定位器是方位一一俯仰型和俯仰一一方位型。对通常使用的斜式测试场而言用方位一一俯仰型定位器进行

19、测量更符合天线测量的寇义.这两种定位器及其有关的标系示于图60俯仰-一方位定位器的另一个例子是模型塔见图7).使用附加轴可以得到较大的灵活性.例如:常常使用方位一一俯仰一一方位定位器且图8) 8 现吴越受试呆拼因5种定位器结构，其中提供。方向旋转托笠e 由-个、命。旋转S (a) 方位俯仰定位器图61争崽5J2534.1-84 e -咽-1- _ 、-I I y飞(b) 仰方位定位器个标准的定位器及其有关的球坐标系 , , , , , e提持、fT阁7模型培及其有夫的球坐标系8 z 占SJ2534.1-84 J首位抽Z 量直接油曲借苦源下直住8 方位俯仰方位定位器5.1.4 坐标系的一为了便于

20、解释测量数据和估计误差，受试天线的工作坐标系应与寇位器的坐标系一致.5.1.5 定位器的选择天线的物理特性及其辐射图的一般形状是选择寇位器时应考虑的两个重要因素.有时必须设计一种定位器以满足需要非标准运动的特殊测量要求.5.1.6 特殊定位器当受试天线的辐射方向图基本上为各向同性时，就可能需要专门设计一种定位器.这种定位器不会显著改变受试天线的辐射方向图.一种办法就是把天线悬挂在一根非金杆的末端.另一种办法是把天线安装在泡沫塑料塔上.5.1.7 用正交极化如果测量需使用正交极化，则源天线的极化应能在两个正交线极化或两个正交化之间进行电气上的转换。对正究线极化，某些测量方法要求极化方向在测量过程

21、中转360，但更为常用的办法是使用一种把线极化源天线旋转至少180.的定位器-5.2 天线定位器的误差在辐射方向图测量中，定位器引入的误差是角误差或指向误差.下面是与寇位器有羔的5.2.1 几何位置误差a. 坐标轴对准误差，受试天线的坐标系与天线定位器的坐标系没有对准-b. 正交性误差，天线定位器的两根旋转轴不正交.C. 准直误差，9轴与定位器坐标原点到源天线的直线(图4的os线不正交.d. 轴的偏斜和阳7./05.2.2 轴位误差确定轴位角时产生的误差。5.2.3 挠曲误差10 SJ2534.1甲84由于热胀冷缩及加在定位器上的力的变化引起寇位器结构的改变-5.2.4 几何误差有些几何误差是

22、设计与制造崽位器时所固有的.对良好设计的定位器，这些误差一般很小并由制造者提供的数据确定.对由于安装定位器和受试天线所引起的误差一定要加以控制.把受试天线安装到定位器上时更应注 5.2.5 轴角数据的轴角的数据可用同步系统，电位器或数字编码器获得.一般寇位器使用双同步系其发送书t对每个轴的传动比为111和3611.读出输出系统可以是.， .!OOI.: 1闷响局局4月间.拟式的由一个同步接收机指示器掬成，而数字式的则需要一个模一一数变换器.读出差与所渺及的部件有关，一般约为O.Oq.到0.010以下.直接驱动的数字编码器比传动的同步系统精确，适合高精度时使用.高精度数字编码器可以是多级旋转变压

23、器型的或光型的.由微处理机控制步进电机来驱动天线寇位若是，不仅可以省去同步系统或光学码器，而且便于数据处理.5.2.6 减少挠曲误差的措太阳热辐射引起的挠曲误差可用日光反射器、绝热屏、反光器及遮挡层来减少，并可用适当的检测设备监视其大小.为减小因加在天线安装面上的弯曲力矩的变化丽产生的挠曲误差，通常的办法是在设计天线座时加上配重平衡以减小弯曲力矩的变化.也可先预示由弯曲力矩引起的偏斜从而对有夫的角度输出校正系数以修正机cr. 6 天线方向固记录仪6.1 天线方向图的记录6.1.1 简易测试在简易测试中可采用人工逐点测试的方法来描绘天线方向国.6.1.2 天线方向图记承仪天线方向图记录仪为我们提

24、供了天线方向图直观显示的手段.记录仪将受试天线收到的相对信号强度作为天线角位的函数绘成曲线.根据所用的接收系统的形式，信号可从接收机的输出或直接从微波检披器取得.角位数据一般可由与定位器轴相啃合的阔步友送机或数字编码器得到.如果接收系统能提供一个幅度与射频相角成比例的出.则记录仪也可记录两个倍号之间的相对相角.6.2 天线方向图记录仪的构成典型的天线方向图记录仪是一种使用伺服系统来驱动记录仪轴的电一一机组合装置.6.2.1 天线角位置的确定记录纸伺服系统将记录纸的位置确寇为天线角位置的函数.6.2.2 输入信号幅度的确定记录笔伺服系统根据对输入信号幅度的响应驱动记录笔的位置11 5J2534.

25、1-84 6.2.3 书写系统各种书写记录系统中，墨水书写系单，因而它比电的、热的、压敏型的或照相式的6.3 天线方向图记录仪的记录形式书写速度高，容易复制，经济而又 6.3.1 记录笔天线方向图记录仪通常应备有可供选择的幅度函数。记录笔的偏转可以与记录仪输入信号的幅度成正比，或与输入的平方、平方根及对数成比例.针对所用检波器的实际类型(线性的或平方律的)选择适当的记录笔函数，则记录可表示为功以分贝为单位的相对信号电平的函数.这样就得到不同形式的方向图.即相对功圈，相对场强方向图及相对增益的对数方向图等.6.3 .2，极坐标形式(图ga)天线方向圈记录仪可以按极坐标形式记录.对方向性不高的天线

26、优先采用极坐标形式描绘方向图.极坐标形式对显示空间功率分布特别有用.f旷wdF1h 制.、Mdm 勘、IB矿I1Il鹅。p图9a归度方向固的极坐标对数曲线图6.3.3 直角坐标形式(图的)在直角坐标形式中，信号幅度是Y轴(纵坐标而位置角坐标形式可以把窄波束方向图记录得很精细，因为方向图在极坐标图中拥挤。在直角坐标显示中为了对不同率，就需要提供可供选择的图形比例.(横坐标).直比较低的区域内不的方向图提供适当的分12 , SJ2534.1-84 E E一一. 4444444斗m44斗才创744014中市宵节HEMW骨3.0 6. 160 鱼蛊囹9b妇一化精度方向图的直角坐标对数曲线图6.3.3.

27、1 从与定位器轴相随合的同步发送机取得的角位数据通过使定位器的转台旋转一周而同步轴旋转若干周的方法便可得到一个展宽的直角坐标尺度。通常使用3611的比率，即同步轴旋转一周相当于定位器旋转10因为36:1的比率与十进制相一致，所以对具有双指针同步指示器装置的定位器的角度读取特别方便。在位置角按二进制的双速同步系统中使用16:或32:1的比率。6.3.3.2对1r1和36:1的双速同步发送机，记录仪的图形比例尺度或一个图形周期)是360.或IO-以6:1的比率把同步机与记录仪的图形轴相啃合，就可得到中等的，60.的图形周期。对一个图形周期来说就需要36=1的同步发送机转6阳6.3.3.3 记录图纸

28、由图形伺服系统驱动的直角坐标记录仪叫做条式图形记录仪.记录笔在X坐标和Y坐标两个方向上受驱动的记录仪叫做X一-y记录仪.6.3.3.4 极坐标记录可由图形伺服系统驱动记录仪的记录转盘便可获得。然而，只要用电子装置完成坐标转换，也可以用X一-y记录仪得到极坐标图。通常仅使用1:1的同步信息进行这种变换。7 数据处理与控制用计7.1 对一个自动天线测试系统的数据收集控制及数据处理来说，应备有相应的小型计算机并根据具体测试大纲的要求使用合适的软件并配上各种输入一一输出设备.为了机程序并记录和储存数据，常使用磁带、电传打字机和纸带输入一一输出单元-7.2 由于微处理机日益发展，在天线测试中也得到了广泛的应用.它不但具有稳定、13 5J2534.1-84 白可靠、迅速、直观等优点，而且由于戚本日趋下怦，于数据记录、处14 机数据处理和控制要求外还可以根据程序来分析和简化线的方向性系数，半功率宽度，给出感兴趣的旁瓣最大值的位此外，天线的极化特性与天线的方向性一样也可以计算出。不仅可以作等电平线方便起见，可以由用户泣试项目中可代替上述大部分接收与记