CN116359622A - 一种测量有源天线g/t值的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量有源天线G/T值的方法，涉及有源天线技术领域。本发明首先利用远场比较法测量有源天线的总增益；然后关闭微波信号源的射频输出，将待测有源天线指向工作仰角的晴空，用频谱分析仪测量系统输出的归一化噪声功率大小，由测量的有源天线总增益和系统输出归一化噪声功率，计算有源天线G/T值。本发明的方法简单可行，具有推广和应用价值。

Description

一种测量有源天线G/T值的方法
技术领域
本发明涉及有源天线技术领域，特别适用于有源天线G/T值的测量。
背景技术
G/T值是卫星通信地面站系统、深空探测系统和射电天文望远镜接收系统等的重要性能参数之一，其性能好坏直接影响接收系统的灵敏度。它定义为天线接收增益与系统噪声温度之比。测量G/T值的传统方法有间接法和直接法。所谓间接法是分别测量地面站天线接收增益和系统噪声温度，从而确定G/T值的方法；而直接法通常指的射电源法，即通过测量地面站天线指向射电源及其附近冷空的噪声功率之比的Y因子，从而确定G/T值的方法。对于有源天线，因为天线辐射单元和低噪声放大器集成在一起，不可分离，传统的间接法无法单独测量天线接收增益和系统噪声温度，故不适用于有源天线G/T值测试。则传统的G/T值测量方法测量有源天线G/T值存在以下局限性：
1、在传统的间接法测量G/T值中，需要分别测量天线接收增益和系统噪声温度，对于有源天线，因天线辐射单元与低噪声放大器不可分离，传统增益测量方法和系统噪声温度测量方法不适用有源天线，故传统的G/T值间接测量方法不适合有源天线G/T值测量；
2、在传统的射电源直接法测量G/T值的方法中，由于射电源辐射的信号很微弱，通常可用于大型地面站天线G/T值测量，不适合小型有源天线G/T值测量；
3、传统的测量方法中，测试系统调整比较复杂，测试效率低。
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有源天线G/T值的方法。该方法操作简单，易于实施，测量重复性好，测量精度高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种测量有源天线G/T值的方法，包括以下步骤：
(1)在远场测试场，分别测量待测有源天线和标准增益喇叭对同一微波信号源发射的单载波射频信号的接收信号功率，计算待测有源天线总增益，用GΣ表示，单位为dBi；
(2)完成待测有源天线总增益的测量后，关闭微波信号源的射频输出，将待测有源天线指向工作仰角的晴空方向，用频谱分析仪测量系统输出的归一化噪声功率大小，用N0表示，单位为dBm/Hz；
(3)计算有源天线G/T值：
G/T＝10×lg(k)+GΣ-N0+30
式中：
G/T—有源天线G/T值，dB/K；
k—波尔兹曼常数，k＝1.38×10-23J/K；
GΣ—待测有源天线的总增益，dBi；
N0—有源天线系统输出的归一化噪声功率，dBm/Hz；
完成有源天线G/T值的测量。
进一步地，步骤(1)的具体方式为：
在远场测试场建立测试系统，安装发射天线和待测有源天线；
微波信号源发射单载波射频信号，经发射天线辐射后在自由空间传播，由待测有源天线接收；调整待测有源天线的方位和俯仰，使发射天线与待测有源天线的方向对准，且极化匹配，用频谱分析仪测量待测有源天线接收的信号功率大小，用PX表示，单位为dBm；
将待测有源天线换成标准增益喇叭，保持测试距离和微波信号源的输出功率不变，调整发射天线与标准增益喇叭对准，且极化匹配，用频谱分析仪测量标准增益喇叭接收的信号功率电平的大小，用PS表示，单位为dBm；
利用下式计算待测有源天线的总增益：
GΣ＝GS+PX-PS
式中：
GΣ—待测有源天线的总增益，dBi；
GS—标准增益喇叭的增益，dBi；
PX—有源天线接收的信号功率电平，dBm；
PS—标准增益喇叭接收的信号功率电平，dBm。
进一步地，发射天线和待测有源天线之间的距离R满足远场距离条件，即R≥2D2/λ，其中D为待测有源天线最大尺寸，λ为工作波长。
进一步地，待测有源天线总增益和系统输出归一化噪声功率的测量在晴天、无障碍物、无电磁干扰的环境中进行。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1、该方法可测量有源天线G/T值。
2、该方法只需测量有源天线的总增益和系统输出的归一化噪声功率，即可确定有源天线G/T值，测试系统和数据处理非常简单方便，测量重复性好，测量精度高。
3、该方法不仅可测量有源天线G/T值，也可测量无源天线G/T值，因此本发明具有较好的推广和应用价值。
附图说明
图1是本发明的测量原理图。
具体实施方式
一种测量有源天线G/T值的方法，首先用远场比较法测量有源天线总增益；然后关闭微波信号源射频输出，待测有源天线指向工作仰角的晴空，用频谱分析仪测量系统输出的归一化噪声功率，由测量的有源天线总增益和系统输出的归一化噪声功率，计算有源天线G/T值。
图1所示为测量有源天线G/T值的原理示意图，测试系统由微波信号源、发射天线、标准增益喇叭、有源天线、射频测试电缆和频谱分析仪组成。通过测量有源天线总增益和系统输出的归一化噪声功率，由此计算有源天线G/T值。具体实施例中，待测天线为全球导航系统(GNSS)导航型有源天线，工作频率范围1.2GHz～1.6GHz，极化为线极化，测试频率为1.5GHz，L波段标准增益喇叭在1.5GHz的增益为14.7dBi。
该方法的具体步骤如下：
第1步：有源天线总增益测量。在远场测试场，安装发射天线与待测有源天线，调整发射天线与待测有源天线的方向对准，且极化匹配，用频谱分析仪测量待测有源天线接收的信号功率大小，用PX表示，单位为dBm；然后将待测有源天线换成标准增益喇叭，保持测试距离和信号源输出功率不变，调整发射天线与标准增益喇叭对准，且极化匹配，用频谱分析仪测量标准增益喇叭接收的信号功率大小，用PS表示，单位为dBm。利用下式计算待测有源天线总增益。
GΣ＝GS+PX-PS
实施例当中，用频谱分析仪测量待测有源天线接收的信号功率电平为-15.2dBm；用频谱分析仪测量的标准增益喇叭接收的信号功率电平为-46.4dBm。则待测有源天线的总增益为：
GΣ＝14.7-15.2+46.4＝45.9
第2步：系统输出的归一化噪声功率测量。完成有源天线总增益测量后，关闭微波信号源的射频输出，将待测有源天线指向工作仰角的晴空方向，用频谱分析仪测量系统输出的归一化噪声功率大小，用N0表示，单位为dBm/Hz。
实施例当中，当待测GNSS导航型天线指向晴空天顶方向时，用频谱分析仪测量的系统输出归一化噪声功率为-134.6dBm/Hz。
第3步：计算有源天线G/T值。由测量的有源天线总增益和系统输出的归一化噪声功率，利用下式计算有源天线G/T值。
G/T＝10×lg(k)+GΣ-N0+30
实施例当中，待测GNSS导航型有源天线G/T值为：
G/T＝10×lg(1.38×10-23)+45.9+134.6+30＝-18.1
总之，本发明的方法简单可行，具有推广和应用价值。

Claims (4)

1.一种测量有源天线G/T值的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在远场测试场，分别测量待测有源天线和标准增益喇叭对同一微波信号源发射的单载波射频信号的接收信号功率，计算待测有源天线总增益，用GΣ表示，单位为dBi；
(2)完成待测有源天线总增益的测量后，关闭微波信号源的射频输出，将待测有源天线指向工作仰角的晴空方向，用频谱分析仪测量系统输出的归一化噪声功率大小，用N0表示，单位为dBm/Hz；
(3)计算有源天线G/T值：
G/T＝10×lg(k)+GΣ-N0+30
式中：
G/T—有源天线G/T值，dB/K；
k—波尔兹曼常数，k＝1.38×10-23J/K；
GΣ—待测有源天线的总增益，dBi；
N0—有源天线系统输出的归一化噪声功率，dBm/Hz；
完成有源天线G/T值的测量。
2.根据权利要求1所述的一种测量有源天线G/T值的方法，其特征在于，步骤(1)的具体方式为：
在远场测试场建立测试系统，安装发射天线和待测有源天线；
微波信号源发射单载波射频信号，经发射天线辐射后在自由空间传播，由待测有源天线接收；调整待测有源天线的方位和俯仰，使发射天线与待测有源天线的方向对准，且极化匹配，用频谱分析仪测量待测有源天线接收的信号功率大小，用PX表示，单位为dBm；
将待测有源天线换成标准增益喇叭，保持测试距离和微波信号源的输出功率不变，调整发射天线与标准增益喇叭对准，且极化匹配，用频谱分析仪测量标准增益喇叭接收的信号功率电平的大小，用PS表示，单位为dBm；
利用下式计算待测有源天线的总增益：
GΣ＝GS+PX-PS
式中：
GΣ—待测有源天线的总增益，dBi；
GS—标准增益喇叭的增益，dBi；
PX—有源天线接收的信号功率电平，dBm；
PS—标准增益喇叭接收的信号功率电平，dBm。
3.根据权利要求2所述的一种测量有源天线G/T值的方法，其特征在于，发射天线和待测有源天线之间的距离R满足远场距离条件，即R≥2D2/λ，其中D为待测有源天线最大尺寸，λ为工作波长。
4.根据权利要求1或2所述的一种测量有源天线G/T值的方法，其特征在于，待测有源天线总增益和系统输出归一化噪声功率的测量在晴天、无障碍物、无电磁干扰的环境中进行。
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