第三章 方向图测量.pdf

第三章 方向图测量 第一节 引言 天线的方向图是表征天线辐射特性(场强振幅、相位、极化)与空间角度关系的图形。完 整的方向图是一个三维的空间图形，如图 3.1 所示。它是以天线相位中心为球心（坐标原点）， 在半径r 足够大的球面上，逐点测定其辐射特性绘制而成。测量场强振幅，就得到场强方向 图；测量功率，就得到功率方向图；测量极化，就得到极化方向图；测量相位，就得到相位 方向图。若不另加说明，本书说述方向图均指场强振幅方向图。三维空间方向图的测绘十分 麻烦，实际工作中，一般只需测得水平面和垂直面（即 XY 平面和 XZ 平面）的方向图就行 了。 图3.1 测量方向图的坐标 天线方向图可以用极坐标绘制，也可以用直角坐标绘制。极坐标方向图的特点是直观、 简单，从方向图可以直接看出天线辐射场强的空间分布特性。但当天线方向图的主瓣窄而副 瓣电平低时，直角坐标绘制法显示出更大的优点。因为表示角度的横坐标和表示辐射强度的 纵坐标均可任意选取，例如即使不到1o 的主瓣宽度也能清晰地表示出来，而极坐标却无法 绘制。图 3.2 所示为同一天线方向图的两种坐标表示法。 图3.2 方向图的表示法 (a)极坐标 (b)直角坐标 一般绘制方向图时都是经过归一化的，即径向长度(极坐标)或纵坐标值(直角坐标)是以 ( , Ε)θϕ 相对场强Ε ( , Ε)θ ϕ 表示。这里， 是任一方向的场强值，Ε 是最大辐射方向 max max 的场强值。因此，归一化最大值是 1。对于极低副瓣电平天线的方向图，大多采用分贝值表 示，归一化最大值取为零分贝。图 3.3 所示为直角坐标中用归一化场强和分贝值表示的同一 天线方向图。 图3.3 归一化方向图 另外，还有一种用等值线绘制方向图的方法，它象地图上的经线和纬线一样，将直角坐 标或极坐标建立成平面网，在它上面绘制场强相等的闭合曲线，其数值用最大场强的百分数 或分贝数表示。这种方向图表示法的优点是可以在简单的纸平面上看出空间的方向特性，如 图3.4 所示。等值线方向的主瓣象一个高山，而副瓣则象一个个小的山头。 第二节 最小测试距离 第一章已经指出，天线辐射特性的测试必须在远场区内进行，才能保证足够的测试精度。 因此，辅助天线和待测天线之间应保持的最小距离为多少才恰当，便是本节讨论的主要内容。 一般来说，最小测试距离与收、发天线的方向特性及我们对测试精度的要求等因素有关。 下面分几种情况讨论。 一、 收、发天线一付为弱方向性，一付为强方向性天线 如图 3.5 所示，电尺寸较小的弱方向性源天线 S 所辐射的电磁波可视为球面波，经距 离r 到达孔径最大尺寸为 D 的待测接收天线时，到达中心 O 点与边缘 A 点射线之行程差为 Δr ，由几何关系，有 图3.5 最小测试距离的确定 2 D 2 2 ⎛ ⎞ +=Δ + r ( r )r ⎜ ⎟ 2 ⎝ ⎠ 2 2 2 D 2 + Δ +=Δ + r r r r r 2 4 考虑到