基于矢量网络分析仪的喇叭天线增益测量

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1、基于矢量网络分析仪的喇叭天线增益测量　　摘要：利用微波暗室、矢量网络分析仪、角锥喇叭天线以及电脑等设备建立了一套喇叭天线测量系统；采用两相同天线法，分别测量了4～6GHz、6～8GHz角锥喇叭天线的增益值，对测量数据进行误差分析和近距修正；并将增益的实测值与理论计算值进行对比。实验结果表明，近距修正后，所测量的4～6GHz与6～8GHz频段天线的增益实测值与理论值的最大偏差值分别为-0.20dB和-0.19dB，均在±0.25dB范围内，符合标准增益天线增益的精度要求，也与天线出厂的指标相符，表明所建立的测量系统对于喇叭

2、天线增益的测量有效可行。　　关键词：矢量网络分析仪角锥喇叭天线增益测量近距修正　　中图分类号：TN823.15文献标识码：A文章编号：1674-098X（2017）01（c）-0092-05　　增益是天线极为重要的一个参数，可以衡量天线辐射能量的集中程度和朝一个特定方向收发信号的能力。角锥喇叭天线经常作为测量标准增益喇叭天线增益的参考天线，角锥喇叭天线近场增益定标的准确性决定了与近场增益相关的一系列参量的准确度。　　目前，国内各计量机构均难以保证角锥喇叭天线近场增益的准确定标，如果从国外进口带有计量机构定标数据的角锥喇叭

3、天线，其一个频率点的定标数据的价格甚至高于天线本身价格，所以目前国内角锥喇叭天线所用的天线增益值往往都是理论值[1]。但理论值和实际值存在差异，因此，如何准确地测量出实际值，对喇叭天线近场增益准确定标进行研究是很有必要的。　　该文基于矢量网络分析仪建立了一套喇叭天线测量系统，利用两相同天线法对4～6GHz和6～8GHz（X波段）的角锥喇叭天线的增益值进行测量，并对测量结果进行近距修正。将修正后的测量结果与喇叭天线增益的理论计算值相比较，验证了该文所建立测量系统的测量精度和测量方法的正确性，同时也验证了所测天线的增益特性，

4、此外，测量结果还验证了天线出厂的技术指标是否准确可靠。　　1测量系统　　图1所示为实验测量系统，由微波暗室、角锥喇叭天线、射频线、矢量网络分析仪、计算机系统组成。　　微波暗室的性能是影响测试精度的重要因素之一，该测量系统所使用的微波暗室经过反射率远场测试系统测试[2]，各项性能指标均满足测试要求。喇叭天线为某公司出品的2对标准增益角锥喇叭天线，工作频率分别为4～6GHz和6～8GHz。矢量网络分析仪型号为AgilentN5244APNA-X系列微波网络分析仪，工作频率为10MHz～43.5GHz。　　2喇叭天线增益实测与

5、理论计算　　标准天线的精度直接影响待测天线增益的测量精度，因此确定标准天线的增益是测量待测天线增益的前提和关键。标准增益天线应具备几个特性：（1）天线的增益应是准确已知的；（2）天线的尺寸具有高度稳定性；（3）天线必须具有高极化纯度[3]。　　2.1喇叭天线增益实测　　一般把测量天线增益的方法分成相对增益测量和绝对增益测量2类，两相同天线法属于绝对增益测量，因此，不仅可以确定待测天线的增益值，也可以确定标准增益天线的增益值。绝对增益测量以弗里斯传输公式为基础。测量原理如下，根据弗里斯功率传输公式[4，5]。　　（1）　　

6、式中：Pr为接收天线的最大接收功率；P0为发射天线的输入功率；Gt为发射天线的增益；Gr为接收天线的增益；R为收发天线间的距离；λ为工作波长。　　根据dB的定义，对式（1）的两端取以10为底的对数，则（1）式可表示为：　　（2）　　此时式（1）里左边各项的单位为dB。为简单起见，在不引起误解的情况下，（2）式左端各项仍采用与（1）式相同的表示方法，下同。　　因为接收天线和发射天线完全相同，即Gt=Gr=G，则有：　　（3）　　在测试过程中存在射频线及同轴连接器的功率损耗L，在测试过程中需要计入这部分功率损耗值。于是（3）

7、式应为：　　（4）　　在正式?y量前，先不将天线接入电路，直接将射频线连接在一起，通过矢量网络分析仪扫频测试技术测试出4～8GHz不同频率点处对应的S21值，从而获得不同频率点处射频线及同轴连接器的功率损耗L。测量时使用水平校准仪校准，使2只天线间的位置保持正对，先分别测量出2对天线间的距离，其中，4～6GHz频段和6～8GHz频段2只天线间的距离R分别为2m和2.14m，再通过矢量网络分析仪扫频技术测试出不同频段时的S21值，将数据进行计算处理即可得到天线的增益值。　　为了验证实验的重复性误差，该文重复做了4组实验作为

8、对比，实测增益值如表1、表2所示。　　由表1和表2可知，在4～6GHz频段，不同频点对应的增益不同，增益与频率呈正相关关系，增益值在15.8～18dB范围内变化；在6～8GHz频段，增益与频率也呈正相关关系，增益的变化范围为16.4～18.1dB；在6GHz频率点处2对天线的增益值分别为17.961～17.965dB