CN110082610A

CN110082610A - 一种测量标准喇叭天线增益的方法

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Publication number: CN110082610A
Application number: CN201910341860.4A
Authority: CN
Inventors: 秦顺友; 陈辉
Original assignee: CETC 54 Research Institute
Current assignee: CETC 54 Research Institute
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2019-08-02
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: CN110082610B

Abstract

本发明公开了一种测量标准喇叭天线增益的方法，属于标准增益喇叭天线技术领域。该方法首先计算标准喇叭天线在垂直极化状态下和水平极化状态下指向太阳的Y因子；然后将标准喇叭天线口面置微波吸波材料，计算标准喇叭天线指向微波吸波材料的垂直极化Y因子和水平极化Y因子；最后，由测量的标准喇叭天线指向太阳和微波吸波材料的Y因子，计算标准喇叭天线的垂直极化增益和水平极化增益，求出标准喇叭天线垂直极化增益和水平极化增益的平均值，获得标准喇叭天线的增益。本发明的方法简单可行，具有推广和应用价值。

Description

一种测量标准喇叭天线增益的方法

技术领域

本发明涉及标准增益喇叭天线技术领域，特别是指一种测量标准喇叭天线增益的方法，可用于标准喇叭天线的增益测量。

背景技术

标准喇叭是一个简单的口径天线，在天线增益测量中常用作参考天线。标准喇叭增益的准确度决定了待测天线增益测量精度，因此，精确测量标准喇叭天线增益是非常重要的。

标准喇叭天线增益常用两相同天线法和三天线法进行校准测量。但是在实际工程应用中，往往只有一个标准喇叭天线，无法采用两相同天线法或三天线法测量标准喇叭天线增益。此外，利用传统测量方法确定标准喇叭天线增益还存在以下局限性：

1、利用两相同天线法测量标准喇叭天线增益，需要两个相同标准喇叭天线，只有一个标准喇叭天线无法进行测量；另外，两相同天线法测量标准喇叭天线增益，忽略了加工制造引起的标准喇叭天线增益误差；

2、利用三天线法测量标准喇叭天线增益，还需要两个工作频段相同的喇叭天线，显然只有一个标准喇叭天线无法进行测量；另外三天线法测量标准喇叭天线增益测试系统复杂。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提出一种测量标准喇叭天线增益的方法，该方法测试系统简单，测量重复性好，可测量单个标准喇叭天线增益。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种测量标准喇叭天线增益的方法，其包括以下步骤：

(1)当标准喇叭天线为垂直极化时，用频谱分析仪分别测量标准喇叭天线指向太阳的噪声功率和偏离太阳指向冷空的噪声功率；当标准喇叭天线为水平极化时，用频谱分析仪分别测量标准喇叭天线指向太阳的噪声功率和偏离太阳指向冷空的噪声功率；利用下式计算标准喇叭天线指向太阳的垂直极化Y因子和水平极化Y因子：

式中：

Y_VSUN-标准喇叭天线垂直极化时指向太阳的Y因子；

N_VSUN-标准喇叭天线垂直极化时指向太阳的噪声功率，单位为dBm；

N_VSKY-标准喇叭天线垂直极化时指向冷空的噪声功率，单位为dBm；

Y_HSUN-标准喇叭天线水平极化时指向太阳的Y因子；

N_HSUN-标准喇叭天线水平极化时指向太阳的噪声功率，单位为dBm；

N_HSKY-标准喇叭天线水平极化时指向冷空的噪声功率，单位为dBm；

(2)当标准喇叭天线为垂直极化时，用频谱分析仪测量标准喇叭天线口面置微波吸波材料时的噪声功率；当标准喇叭天线为水平极化时，用频谱分析仪测量标准喇叭天线口面置微波吸波材料时的噪声功率；由垂直极化和水平极化时标准喇叭天线口面置微波吸波材料和指向冷空时的噪声功率，计算标准喇叭天线指向微波吸波材料的垂直极化 Y因子和水平极化Y因子：

式中：

Y_VLOAD-标准喇叭天线垂直极化时指向微波吸波材料的Y因子；

N_VLOAD-标准喇叭天线垂直极化时指向微波吸波材料的噪声功率，单位为dBm；

Y_HLOAD-标准喇叭天线水平极化时指向微波吸波材料的Y因子；

N_HLOAD-标准喇叭天线水平极化时指向微波吸波材料的噪声功率，单位为dBm；

(3)由步骤(1)、(2)得到的Y因子，利用下式计算标准喇叭天线的垂直极化增益和水平极化增益：

式中：

G_V-标准喇叭天线垂直极化增益；

G_H-标准喇叭天线水平极化增益；

k-波尔兹曼常数，k＝1.38×10^-23J/K

T₀-微波吸波材料的噪声温度，单位为K；

T_LNA-低噪声放大器噪声温度，单位为K；

λ-工作波长，单位为m；

S-太阳的通量密度，单位为Wm^-2Hz^-1；

k₁-大气吸收衰减因子；

(4)由标准喇叭天线垂直极化增益和水平极化增益，利用下式计算标准喇叭天线增益：

式中：

G_horn-标准喇叭天线的增益，单位为dBi；

完成标准喇叭天线增益的测量。

具体的，所述步骤(1)的具体方式为：

(101)建立测试系统，设置标准喇叭天线极化为垂直极化；

(102)调整标准喇叭天线的方位和俯仰，将标准喇叭天线指向太阳，用频谱分析仪测量标准喇叭天线接收的噪声功率大小，用N_VSUN表示；

(103)将标准喇叭天线方位偏离太阳，俯仰角保持不变，指向太阳附近冷空，保持频谱分析仪的状态参数设置不变，用频谱分析仪测量标准喇叭天线接收的噪声功率大小，用N_VSKY表示；

(104)设置标准喇叭天线极化为水平极化，调整标准喇叭天线的方位和俯仰，将标准喇叭天线指向太阳，用频谱分析仪测量标准喇叭天线接收的噪声功率大小，用N_HSUN表示；

(105)将标准喇叭天线方位偏离太阳，俯仰角保持不变，指向太阳附近冷空，保持频谱分析仪的状态参数设置不变，用频谱分析仪测量标准喇叭天线接收的噪声功率大小，用N_HSKY表示；

(106)由测量的噪声功率计算标准喇叭天线指向太阳的垂直极化Y因子和水平极化Y因子。

具体的，所述步骤(2)的具体方式为：

(201)设置标准喇叭天线极化为垂直极化，标准喇叭天线方向偏离太阳，在标准喇叭天线口面放置微波吸波材料，用频谱分析仪测量标准喇叭天线接收的噪声功率，用 N_VLOAD表示；

(202)将标准喇叭天线极化设置为水平极化，用频谱分析仪测量标准喇叭天线接收的噪声功率，用N_HLOAD表示；

(203)由标准喇叭天线口面置微波吸波材料和指向冷空时的噪声功率计算标准喇叭天线口面置微波吸波材料的垂直极化Y因子和水平极化Y因子。

具体的，所述微波吸波材料用作常温负载，其尺寸大于标准喇叭天线的口面。

具体的，测量过程在微风晴天条件下进行，当测量标准喇叭天线指向太阳的噪声功率和偏离太阳指向冷空的噪声功率时，标准喇叭天线的俯仰角相同。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1、该方法可测量单个标准喇叭天线增益；

2、该方法测试系统简单，测量重复性好；

3、本发明具有较好的推广和应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例中测量标准喇叭天线增益的原理示意图。

具体实施方式

参照图1，测试系统由标准喇叭天线、低噪声放大器、射频测试电缆、微波吸波材料和频谱分析仪组成。标准喇叭天线在垂直极化和水平极化状态下，分别测量标准喇叭天线指向太阳的噪声功率、偏离太阳指向冷空的噪声功率以及标准喇叭天线口面置微波吸波材料的噪声功率，由此计算标准喇叭天线垂直极化增益和水平极化增益，从而确定标准喇叭天线的增益。

具体实施例当中标准喇叭天线工作于C波段，工作频率范围3.22GHz～4.90GHz，测试频率为4.20GHz，测量环境温度T₀＝300K，低噪声放大器的噪声温度T_LNA＝56K，大气衰减因子k₁＝1.009，太阳的通量密度S＝76×10^-22Wm^-2Hz^-1，工作波长λ＝0.0714m。则标准喇叭天线增益测量的方法步骤如下：

第1步：测量标准喇叭天线指向太阳的垂直极化Y因子和水平极化Y因子。如图1 所示，首先建立测试系统，设置标准喇叭天线极化为垂直极化，然后调整标准喇叭天线的方位和俯仰，将标准喇叭天线指向太阳，用频谱分析仪测量标准喇叭天线接收的噪声功率大小，用N_VSUN表示；然后将标准喇叭天线方位偏离太阳，俯仰角保持不变，指向太阳附近冷空，保持频谱分析仪的状态参数设置不变，同理用频谱分析仪测量标准喇叭天线接收的噪声功率大小，用N_VSKY表示；再然后，设置标准喇叭天线极化为水平极化，重复上述过程，同理测量标准喇叭天线指向太阳的噪声功率和偏离太阳指向冷空的噪声功率，分别用N_HSUN和N_HSKY表示。由测量的噪声功率计算标准喇叭天线指向太阳的垂直极化Y因子和水平极化Y因子。

实施例当中，当标准喇叭天线极化为垂直极化时，标准喇叭天线指向太阳时频谱分析仪测量的噪声功率为-71.51dBm，方位偏离太阳标准喇叭天线指向太阳附近冷空时频谱分析仪测量的噪声功率为-72.26dBm；当标准喇叭天线极化为水平极化时，标准喇叭天线指向太阳时频谱分析仪测量的噪声功率为-71.48dBm，方位偏离太阳标准喇叭天线指向太阳附近冷空时频谱分析仪测量的噪声功率为-72.22dBm。标准喇叭天线指向太阳的垂直极化Y因子和水平极化Y因子为：

第2步：测量标准喇叭天线口面置微波吸波材料的垂直极化Y因子和水平极化Y 因子。设置标准喇叭天线极化为垂直极化，标准喇叭天线方向偏离太阳，在标准喇叭天线口面放置微波吸波材料，用频谱分析仪测量标准喇叭天线接收的噪声功率，用N_VLOAD表示；然后将标准喇叭天线极化设置为水平极化，同理测量标准喇叭天线接收的噪声功率，用N_HLOAD表示。由测量的噪声功率计算标准喇叭天线口面置微波吸波材料的垂直极化Y因子和水平极化Y因子。

实施例当中，当标准喇叭天线极化为垂直极化时，标准喇叭天线口面置微波吸波材料时频谱分析仪测量的噪声功率为-64.70dBm；当标准喇叭天线极化为水平极化时，标准喇叭天线口面置微波吸波材料时频谱分析仪测量的噪声功率为-64.68dBm。标准喇叭天线口面置微波吸波材料的垂直极化Y因子和水平极化Y因子为：

第3步：讣算标准喇叭天线的垂直极化增益和水平极化增益。由步骤(1)和步骤(2)测量的Y因子，利用下式计算标准喇叭天线的垂直极化增益和水平极化增益：

实施例当中，标准喇叭天线垂直极化增益和水平极化增益分别为：

第4步：计算标准喇叭天线的增益。由步骤(3)测量的标准喇叭天线垂直极化增益和水平极化增益，利用下式计算标准喇叭天线增益G_horn：

实施例当中，标准喇叭天线垂直极化增益为106.526，水平极化增益为105.336，则用分贝表示的标准喇叭天线增益为：

本发明工作原理如下：

本发明提出了一种测量标准喇叭天线增益的方法。

该方法在标准喇叭天线为垂直极化状态下，通过分别测量标准喇叭天线指向太阳的噪声功率和偏离太阳指向冷空的噪声功率，由此计算标准喇叭天线在垂直极化状态下指向太阳的Y因子，同理可测量标准喇叭天线在水平极化状态下指向太阳的Y因子；然后将标准喇叭天线口面放置微波吸波材料，用频谱分析仪测量标准喇叭天线在垂直极化和水平极化状态下的噪声功率，由标准喇叭天线口面置微波吸波材料和指向冷空时的噪声功率，计算标准喇叭天线指向微波吸波材料的垂直极化Y因子和水平极化Y因子；最后，由测量的标准喇叭指向太阳和微波吸波材料的Y因子，计算标准喇叭天线的垂直极化增益和水平极化增益，求出标准喇叭天线垂直极化增益和水平极化增益的平均值，获得标准喇叭天线的增益。

Claims

1.一种测量标准喇叭天线增益的方法，其特征在于，包括以下步骤：

式中：

Y_VSUN—标准喇叭天线垂直极化时指向太阳的Y因子；

N_VSUN—标准喇叭天线垂直极化时指向太阳的噪声功率，单位为dBm；

N_VSKY—标准喇叭天线垂直极化时指向冷空的噪声功率，单位为dBm；

Y_HSUN—标准喇叭天线水平极化时指向太阳的Y因子；

N_HSUN—标准喇叭天线水平极化时指向太阳的噪声功率，单位为dBm；

N_HSKY—标准喇叭天线水平极化时指向冷空的噪声功率，单位为dBm；

(2)当标准喇叭天线为垂直极化时，用频谱分析仪测量标准喇叭天线口面置微波吸波材料时的噪声功率；当标准喇叭天线为水平极化时，用频谱分析仪测量标准喇叭天线口面置微波吸波材料时的噪声功率；由垂直极化和水平极化时标准喇叭天线口面置微波吸波材料和指向冷空时的噪声功率，计算标准喇叭天线指向微波吸波材料的垂直极化Y因子和水平极化Y因子：

式中：

Y_VLOAD—标准喇叭天线垂直极化时指向微波吸波材料的Y因子；

N_VLOAD—标准喇叭天线垂直极化时指向微波吸波材料的噪声功率，单位为dBm；

Y_HLOAD—标准喇叭天线水平极化时指向微波吸波材料的Y因子；

N_HLOAD—标准喇叭天线水平极化时指向微波吸波材料的噪声功率，单位为dBm；

式中：

G_V—标准喇叭天线垂直极化增益；

G_H—标准喇叭天线水平极化增益；

k—波尔兹曼常数，k＝1.38×10^-23J/K

T₀—微波吸波材料的噪声温度，单位为K；

T_LNA—低噪声放大器噪声温度，单位为K；

λ—工作波长，单位为m；

S—太阳的通量密度，单位为Wm^-2Hz^-1；

k₁—大气吸收衰减因子；

式中：

G_horn—标准喇叭天线的增益，单位为dBi；

完成标准喇叭天线增益的测量。

2.根据权利要求1所述的一种测量标准喇叭天线增益的方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体方式为：

(101)建立测试系统，设置标准喇叭天线极化为垂直极化；

3.根据权利要求1所述的一种测量标准喇叭天线增益的方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体方式为：

(201)设置标准喇叭天线极化为垂直极化，标准喇叭天线方向偏离太阳，在标准喇叭天线口面放置微波吸波材料，用频谱分析仪测量标准喇叭天线接收的噪声功率，用N_VLOAD表示；

4.根据权利要求1所述的一种测量标准喇叭天线增益的方法，其特征在于，所述微波吸波材料用作常温负载，其尺寸大于标准喇叭天线的口面。

5.根据权利要求1所述的一种测量标准喇叭天线增益的方法，其特征在于，测量过程在微风晴天条件下进行，当测量标准喇叭天线指向太阳的噪声功率和偏离太阳指向冷空的噪声功率时，标准喇叭天线的俯仰角相同。