一种测量大型双反射面天线损耗的方法

摘要

本发明公开了一种测量大型双反射面天线损耗的方法。本发明首先利用射电源法测量大型双反射面天线的功率增益；然后用地球同步轨道静止卫星的信标，测量有限角域内的天线方位和俯仰功率方向图，利用数值积分的方法计算天线的方向性增益；最后由测量的天线功率增益和方向性增益，并考虑天线照射漏失修正、支撑遮挡修正、轴向交叉极化损失修正和失配修正，计算大型双反射面天线的损耗。本发明的方法简单可行，具有推广和应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及双反射面天线，特别适用于大型双反射面天线损耗的测量。

背景技术

随着卫星通信技术、射电天文技术和深空探测技术的发展，大型双反射面天线获得了广泛地应用。常见的双反射面天线形式有：卡塞格伦天线、环焦天线、格里高利天线和双偏置天线。双反射面天线一般由主反射面(也称主面)、副反射面(也称副面)和馈源网络等组成。表征双反射面天线性能参数有：天线增益、天线方向图、天线交叉极化、天线噪声温度和天线损耗等。天线损耗是天线的重要性能指标之一，天线损耗不仅降低了天线的功率增益，而且会增加系统噪声温度，从而降低天线接收系统的灵敏度。因此，精确测量双反射面天线损耗是非常重要的。天线损耗通常很小，测量起来很困难。目前，常采用馈源网络损耗，并计算金属反射面的欧姆损耗，来确定反射面天线的损耗。该方法忽略了反射面涂层和油漆的影响，因此其结果是近似的。该方法测量大型双反射面天线损耗存在以下局限性：

1、在传统的测量方法中，通过测量天线馈源网络损耗，并考虑金属反射面的欧姆损耗，忽略了反射面表面涂层和油漆的影响，因此其测量结果是近似的；

2、在传统的测量方法中，天线馈源网络损耗常用短路法进行测量，多重反射引起的测量误差很大。

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大型双反射面天线损耗的方法。该方法简单易行，测量精度高，满足远场测试距离条件，可有效抑制地面反射对测量结果的影响。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种测量大型双反射面天线损耗的方法，包括以下步骤：

(1)测量天线的功率增益：通过测量大型双反射面天线指向射电源及其附近晴空的噪声功率之比的Y因子，利用下式计算天线的功率增益：

式中：

G―天线的功率增益，单位dBi；

k―波尔兹曼常数，k＝1.38×10

T―天线系统噪声温度，单位K；

λ―工作波长，单位m；

S―射电源的通量密度，单位Wm

Y―测量的Y因子；

K

K

(2)测量的天线方向性增益：利用卫星信标，测量天线的方位功率方向图P

式中：

D

D

(3)计算双反射面天线损耗：由测量天线功率增益、方向性增益，并考虑各种修正因子，利用下式计算大型双反射面天线损耗：

式中：

L

δ

δ

δ

δ

完成大型双反射面天线损耗的测量。

进一步的，步骤(1)中天线功率增益测量方法为：

建立测试系统，驱动天线伺服控制器，调整天线的方位和俯仰，使天线指向射电源，用频谱分析仪测量天线指向射电源时噪声功率的大小；

驱动天线方位，使天线指向偏离射电源，指向射电源附近的晴空，用频谱分析仪测量天线指向射电源附近晴空的噪声功率；

由测量的天线指向射电源及其附近晴空的噪声功率之比的Y因子，根据测量的Y因子计算天线功率增益。

进一步的，步骤(2)中天线方向性增益测量方法为：

驱动天线伺服控制器，调整天线的方位和俯仰，使天线指向同步轨道静止卫星，且天线极化与卫星信标极化匹配，天线方位固定，俯仰向下偏离波束中心-θ

驱动天线方位和俯仰，天线重新对准卫星，固定天线的俯仰角，天线方位顺时针偏离波束中心-θ

由测量天线方位和俯仰功率方向图，利用数值积分的方法确定天线的方向性增益。

进一步的，测量天线功率增益所选用的射电源为点源，即射电源的角直径与天线半功率波束宽度之比小于或等于1/5；且射电源位置为精确已知，射电源具有大通量密度，待测天线可观测到大的动态范围。

进一步的，测量过程在晴天条件下进行。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1、该方法测量大型双反射面天线损耗，测量精度高；

2、利用射电源和同步轨道静止卫星测量天线参数，满足远场测试距离条件，可有效抑制地面反射对测量结果的影响；

3、该方法亦适用于中小口径双反射面天线损耗测量，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

一种测量大型双反射面天线损耗的方法，包括以下步骤：

(1)测量天线的功率增益。通过测量大型双反射面天线指向射电源及其附近晴空的噪声功率之比的Y因子，利用下式计算天线的功率增益。

式中：

G―天线的功率增益，dBi；

k―波尔兹曼常数，k＝1.38×10

T―天线系统噪声温度，K；

λ―工作波长，m；

S―射电源的通量密度，Wm

Y―测量的Y因子；

K

K

(2)测量的天线方向性增益。利用卫星信标，测量天线的方位功率方向图和俯仰功率方向图，方位功率方向图用P

式中：

D

D

(3)计算双反射面天线损耗。由测量天线功率增益、方向性增益，并考虑各种修正因子，利用下式计算大型双反射面天线损耗。

式中：

L

δ

δ

δ

δ

其中，步骤(1)中天线功率增益测量方法为：建立测试系统，驱动天线伺服控制器，调整天线的方位和俯仰，使天线指向射电源，用频谱分析仪测量天线指向射电源时噪声功率的大小；然后，驱动天线方位，使天线指向偏离射电源，指向射电源附近的晴空，用频谱分析仪测量天线指向射电源附近晴空的噪声功率。由测量的天线指向射电源及其附近晴空的噪声功率之比的Y因子，由测量的Y因子计算天线功率增益。

步骤(2)中天线方向性增益测量方法为：驱动天线伺服控制器，调整天线的方位和俯仰，使天线指向同步轨道静止卫星，且天线极化与卫星信标极化匹配，天线方位固定，俯仰向下偏离波束中心-θ

其中，天线功率增益所选用的射电源应为点源，即射电源的角直径与天线半功率波束宽度之比小于或等于1/5；且射电源位置应精确已知，射电源应具有尽可能大的通量密度，待测天线可观测到大的动态范围。

整个测量过程应在晴天条件下进行。

以下为一个更具体的例子：

参照图1，测试系统由射电源、同步轨道静止卫星、双反射面天线、低噪声放大器、射频测试电缆、伺服控制器和频谱分析仪组成。通过测量天线功率增益和方向性增益，并考虑天线照射漏失修正、支撑遮挡修正、轴向交叉极化损失修正和失配修正，计算大型双反射面天线的损耗。

如图1所示，测量大型双反射面天线损耗的原理示意图。具体实施例当中待测双反射面天线为修正的卡塞格伦天线，天线口径20米，工作频率范围2.1GHz～2.4GHz，天线极化为右旋圆极化。测试频率为2.2065GHz。大型双反射面天线损耗测量方法的步骤如下：

第1步：测量天线的功率增益。通过测量大型双反射面天线指向射电源及其附近晴空的噪声功率之比的Y因子，利用下式计算天线的功率增益。

实施例当中，所选用射电源为天鹅座A(CygA)，测量的天线指向射电源及其附近晴空的Y因子为3.15dB，其数值为2.065；系统噪声温度T＝61.5K；工作波长λ＝0.136m；天鹅座A的通量密度S＝953.67×10

第2步：测量的天线方向性增益。利用卫星信标，测量天线的方位功率方向图和俯仰功率方向图，方位功率方向图用P

实施例当中，所采用的同步轨道静止卫星为77°E，卫星信标频率为2.2065GHz，极化为右旋圆极化。用卫星信标测量了方位和俯仰功率方向图，测量的角度范围为±3°，测量的方位功率方向图为P

第3步：计算大型双反射面天线损耗。由测量天线功率增益、方向性增益，并考虑各种修正因子，利用下式计算大型双反射面天线损耗。

实施例当中，天线照射漏失修正δ

总之，本发明首先利用射电源法测量大型双反射面天线的功率增益；然后用地球同步轨道静止卫星的信标，测量有限角域内的天线方位和俯仰功率方向图，利用数值积分的方法计算天线的方向性增益；最后由测量的天线功率增益和方向性增益，并考虑天线照射漏失修正、支撑遮挡修正、轴向交叉极化损失修正和失配修正，从而计算出大型双反射面天线的损耗。