图10-14 方向图测量系统
天线方向图测量是三度空间的，因此需要在整个空间角进行场强测量。在测量方向图时，还必须标明对待测天线而言的各种空间角。图10-14给出在一般情况下来用的球坐标系。通常是选取两个有代表性的面，用两个二维空间方向图来描述天线三维空间的辐射特性。这两个面可取：①E平面和H平面；②水平面和垂直平面；③圆锥截面和垂直截面，即图中，θ为常数φ为常数的两个面。
天线远区辐射场的一般形式为：
式中：A——同距离有关的辐射场振幅；
——极化方向函数；
F（θ，φ）——振幅方向函数；
φ（θ，φ）——相位方向函数。
所以，完整的远区场辐射方向图的测量包括极化方向图、幅度方向图和相位方向图。
1）旋转天线法
微波波段的真实天线或其他波段的缩尺模型天线一般都在测试场上进行天线方向图测量，此时辅助天线固定不动，待测天线绕自身的通过相位中心的轴旋转，故称旋转天线法。通常，辅助天线作发射，待测天线作接收，待测天线架设在特制有角坐标指示的转台上（如果天线本身具有这种功能，则不必架在上述设备上），测量水平面方向图时，可让待测天线在水平面内旋转。记录不同方位角时相应的接收信号电平，而后在适当的坐标纸上绘出方向图曲线。测试垂直面方向图时，如果可能，可将待测天线绕水平轴转动90°后，仍按上述方法可测得垂直平面方向图（相当于天线在自由空间垂直平面方向图）；也可以直接在垂直面内转动待测天线测取不同仰角时接收信号电平，再绘成方向图。图10-15为旋转天线法测量天线方向图。
图10-15 旋转天线法测量天线方向图
对主瓣很宽、旁瓣不很重要的天线，可采用直接检波，以微安表指示，但要校准检波器的特性。如果对旁瓣有严格要求，接收信号动态范围较大，可用精密可变衰减器使检波器输出指示读数保持不变，由精密可变衰减器的衰减值来读取相对接收信号电平，以消除检波器和放大器所引起的误差。这种测试方法的原理方框图如图10-15所示，如果测量系统配有自动测绘设备，可自动绘出方向图。(www.xing528.com)
在测量之前，应对收发功率进行估算。接收机的接收功率Pr，由下式给出：
式中：P0——发射天线的输入功率；
GT——发射天线的增益；
Gr——待测天线的增益；
R——收发天线间的距离；
λ——工作波长；
N——待测天线的副瓣电子。
为了确保精度，一般应使最大接收功率电平大于接收机最高灵敏度20 dB。
2）固定天线法
固定天线法是对某些大型、笨重天线而本身又没有转动机构的天线在天线使用现场进行测量的方法。因此让待测天线固定不动，而让激励天线绕待测天线在感兴趣的平面上以待测天线为圆心做圆周运动，以测得该平面的方向图。
（1）地面测试法
地面测试法通常只限于测试天线水平平面的主瓣。待测天线作发射，且固定不动。在待测天线远区，以待测天线为中心、r为半径的圆弧（主瓣宽度所对应的范围）上，进行相对场强测量，从而得到地平面上待测天线主瓣的方向图。
（2）空中测试法
这种方法是待测天线固定不动，一般作接收。辅助源天线由普通飞机等运载工具携带，盘绕待测天线在所需测试平面内做圆周运动，测量待测天线接收到的相对场强大小，求得该平面内的方向图。
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