GBT 11299.6-1989 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第二部分分系统测量 第一节概述 第二节天线(包括馈源网络).pdf 22页

'中华人民共和国国家标准卫星通信地球站无线电设备测量方法第二部分分系统测量第一节概述第二节天线(包括馈源网络)GB11299.6一89MethodsofmeasurementforradioequipmentusedinsatelliteearthstationsPart2:Measurementsforsub-systemsSectionOne-GeneralSectionTwo-Antenna(includingreednetwork)本标准是《卫星通信地球站无线电设备测量方法》系列标准之一本标准等效采用国际电工委员会标准IEC510-2-1:K卫星通信地球站无线电没备测鱿方法第部分分系统测fft第一节概述第气节夭线<位括怡Iqn络)》第一节概述1主题内容与适用范围第二部分所给出的测量方法，适用于本系列标准GB11299.1-89《卫星通信地球站无线电设备测量方法第一部分第一节总则》中图1所示的分系统。2目的第二部分的目的是叙述卫星通信地球站设备中分系统电性能的测量方法3定义分系统是完成一定功能(例如调制、变频、放大)的电路或器件的组合装置‘并且对其电性能、机械-ri能都做了规定。能完成类似功能或可用类似的方法测试的分系统归在同一节中。第二节天线(包括馈源网络)4主题内容与适用范围本节标准规定了卫星通信地球站天线电性能的测量方法.还包括了某些专门关于天线的定义5定义本节标准所用的一般术语的定义应参照GB1417-78《常用电信设备名词术语》，但是，某Jr},术洁中华人民共和国电子工业部1989一03一01批准1990一01一01实施 GB11299.6一S95门天线分系统天线分系统是地球站通信设备的一部分.如图1所示，它由天线和馈源网络组成〕天线由主反射器、初级辐射器组成，有时还有副反射器馈源网络通常包括一个或多个双工器，通过波导馈线接到跟踪接收机以及收发分路、合路和倒换设54.2t_增益参考天线增益参考天线是一种具有确定结构并能精确复制的天线，其增益与方向性系数优于半波偶极子天线，这种天线可由计算确定，并通过测量证实其充分的一致性时，可用作天线增益测址的换算标准5.3视轴方向视轴方向是相应于天线方向性图特殊的性能的方向。刘于跟踪天线而言，视轴方向是跟踪信号为零的方向‘飞。对于非跟踪天线，视轴方向是最大功率传输方向。5闷轴比(或椭圆比)轴比(或椭圆比)是极化椭圆的长轴对短轴之比5.5双极化天线双极化天线是一种能同时发送或接收具有两种独立极化信号的夭线。若这两种极化是正交的，就称为正交极化下言号。注:双极化天线有两个或两个以上端口。5.6天线有效面积(在给定方向上)在给定方向上天线有效面积是接收天线匹配终端上的有效功率(P,)与从该方向入射到天线卜的平面波的单位面积功率(S)之比，该平面波的极化与该天线用作发射时所辐射电磁波的极化一致。6测量条件本标准叙述的测量，可以在不同环境条件下进行，其限制条件应由有关方面商定。例如;—风速—雹-一一冰—雨—雪—太阳辐射一一温度范围应当承认重力、风力和天线指向角度等因素造成的天线几何形状的机械变形会影响测量结果，特别是影响增益和交叉极化鉴别率的测量结果，测量应在设备技术条件给定的所有频段上进行了天线的极化了.1极化效率了.飞-1定义与一般考虑极化效率(妇是用在方程(1)中的一个小于或等于1的系数PAM)=A,(0,0)·S·q........·.·······。·····⋯⋯(1式中:Aq,0)一一给定入射方向(0.a)上接收天线的有效面积;采用说明L〕此处原指差模跟踪,而对于极值跟踪天线视轴方向仍为最大功率传输方向 Gs11299.6一897一一极化效率;,S来自方向($,B)入射平面波的功率密度;P,(o,e)一一没有电阻损耗时，山接收天线传输给匹配负载的功率〔1注:天线的有效面积或增益(方程式7)用8.2.3条巾给出的方法来测量比较方便采用随机极化信号源(fop其能*,-匀分布十交又极化之间)时，极化效率为5。%计算极化效率("!)的一般表达式为:(r,r，士1)zcos"a+(7一士)一丫sin-"a⋯⋯，...........⋯⋯二〔‘，71=(r,2十Mr."-I-1)式中::—天线用作发射时.在给定方向辐射的远区(Fraunhofc:区)的电)}三轴比:r,—相同方向的入射平面波的电压轴比:a两个极化椭圆长轴之间的角度差,rad.注:tJ当两极化旋转方向相同时，取正号，当旋转方向相反时，取负号②极化效率(7)亦可用式(3)表示(1一""X1+>a勺士4r,r,十(1一r,})(1一乙)cos2a9，﹄.l十厂1十﹂;3)若"1-1,则天线对入射波是极化匹配的④7--0,则天线对人射波是正交极化的，并称天线极化和入射波极化正交7.2交叉极化鉴别率7.2.1定义与一般考虑接收天线的交叉极化鉴别率是:天线从给定方向土按预期最大功率传输的极化(同极化)所接收的功率与从同一方向d5功率相等但极化正交的同一远区源所接收的功率之比。发射天线的交叉极化鉴别率为:给定方向巨按预期极化(同极化)的发射功率与相同的方向卜极化与预期极化正交的发射功率之比。除非另有规定，交叉极化鉴别率是同极化波束方向图的波峰}优十的鉴别率。如果是线极化，则交叉极化鉴别率(XPD)由轴比(r)的平方给出若是圆极化.r与X1"1)之间的关系用式(魂)表示:XP。一{忠}“注:交叉极化鉴别率是对单极化夭线或双极化夭线戈例如正交极化天线)的每个端口定义的〔，7.2.2线极化天线的测量方法被测天线安装在测试场上，用位于远区的线极化源天线照射，两天线应为标称同极化.并精确乍15于最大增益位置，记录接收功率(P-0.然后将源天线围绕它的波束轴旋转到最小功率传输的位置(极化零点)，记录接收功率(]户须检验转动角近似90"再将源天线精确地旋转900,检查证明接收功率与最大功率(八、)没有明显的r-别交叉极化鉴别率(XPD)由式(5)给出:XPD一二一些。............................⋯⋯(1"--如果被测天线的极化平面是可调的，应在调节范围内各种位置上重复测41i〔0源天线的交叉极化鉴别率应显著大干被测天线的交叉极化鉴别率②源天线应做得使其同极化方向图的蜂值与交叉极化方向图的零值一致，波束轴向)c;,与转动的机械轴并精确地对准被测天线的方向③重要的是，从测试场反射的信号电平应低于影响测量精度的电平7.2-3圆极化天线的测量方法被测天线安装在测试场，用位于远区的线极化源天线照射，两天线按7.2.2条精确地设,;"i在最大f"益的位置匕。源天线围绕它的波束轴至少转动1800，观测接收最大功率(I"ll..)和五妙」、功率‘八户。 GB11299.6一89轴比:表示为一漂.............................................tg)(4)式可用以计算交叉极化鉴别率(XPT));7.2.2条的注①、②、③也适用。注:7.2.2条和7.2.3条不十分适用干大型地球站天线交叉极化鉴别率的测量建议用卫星源法测试见附录C测量精度见附录D8天线的功率增益a定义与一般考虑天线的功率增益指相对于各向同性的无耗源的总增益，它是两个正交极化部分增益的总的‘如果指某1极化的部分增益，就应标明这种极化，例如，“右旋圆极化增益”或“水平线极化增益”等等接收天线增益(G)的定义也叮从有效面积(Ap)导出:G=A,A,2Ae·.·.⋯⋯“二，................................(7)式中:人—工作波长;A—接收天线的有效面积(参见5.6条的定义)，即P.A=，二.，二，，，.，.，.，二，⋯，，.，二‘.，.⋯“二“二。。。‘.(8J如果天线在同一频率上从同一端口用作发射或接收，只要天线是互易的，上述定义的发射增益和接收增益就相等8.2测量方法天线功率增益测量的主要方法之一是用增益参考天线进行比较另一种方法包括:a.用方向图积分法确定天线的方向性系数。h.用独立测量或计算确定天线效率。这种方法仅适用于测量低增益天线主要误差源以及如何确定其量值由附录A和附录B给出。8.2门用直接与增益参考天线比较的方法测量增益增益测量的直接比较法就是比较增益参考天线和被测天线从相同距离的辐射源接收到的信号电平为使不同传播路径造成的误差变为最小，增益参考天线与被测天线位置须尽可能靠近增益参考天线通常安装在大型天线结构上，使传输线长度和指向误差最小，且须认真细心，以保证大型天线的结构不致显著地影响增益参考天线特性。为了避免不同增益引起的误差，增益参考天线与被测天线应使用同一套电子接收设备为了避免与接收设备内增益漂移有关的误差，应采用一种快速比较装置(例如开关)，先将一部天线接到接收设备上，然后再将另一部天线接到接收设备上。这种技术还减少了辐射源本身变化引起的误差。为了避免接收信号电平差别很大时信号检测造成的非线性误差，希望从两部天线接收到的信号电平基本相等为此，可以采用校准的定向祸合器和/或衰减器。当远区源来的信号电平低时(例如卫星夹的信号)，采用校准的定向祸合器比衰减器好，而该祸合器应端接一个冷负载(见图2)另一种方法是，在低噪声放大器后而交替地接入和移去衰减器，并使接收机的噪声温度不明显下降(见图3)。这两种方法，重要的是保证测量期间低噪声放大器和接收机在整个信号范围内的线性特性 Gs11299.6一89当在接收路径中插入开关时，须注意在每一个开关位青都使阻抗失配为最小，因为与回均祖r器件的增益会随阻抗失配的变化而变化还须细心确定增益参考天线和前置放大器之间的功率传递，其中包括传输线和开关中的}Tf}11抗失配5功率报耗。同样被测天线规定的增益参考点和前置放大器之{"HI的功率传输粗耗也需要确丫沙两天线的极化和远区辐射源的信号极化有不可避免的差异时，应为每对天线建立相应的极化失配关系式当来白辐射源的波前大大偏离幅度和相位都均匀的平面波条件时，为了精确地确定被测大线的tf益.每一部天线都需要一个功率传输修正因子考虑到上面全部因素以后，被测天线的远区增益可由式(9)确定:悦刀r几N,(P}iP)C;,=二。.⋯‘.。.......⋯⋯。二。，。。二。。.。二。奋「场q,L=L,,N式中;G一在规定的增益参考点丘测得的被测天线相刘于各向同性天线的增益:G—相对于各向同性天线的增益参考天线增益;"7—极化效率(见711条);1.一一测试接收机输入与被侧天线输出的功率传输比(<1)，不包括图3中的射频可变衰减器(5):1.测试接收机输入与参考天线输出的功率传输比(<1);N=—非均匀入射波前的修正系数;1.e4—指在图3中射频可变衰减器(5)的功率传输比(<1).或者是图2中可变衰减器(11)与定向祸合器(5)一起的功率传输比(<1);P,/P「一检测器在相同电平时，被测天线接收的功率和增益参考天线接收到的功率之比注:①与被测天线接收到的信号有关的用下标。表示②与增益参考天线接收到的信号有关的用下标:表示8.2.1.1利用调幅信号测量增益的方法用直接比较方法进行天线增益测量时，采用波导联接增益参考天线和公共的测试接收机常常是不现实的，特别是为了校准接收到射频场波前的均匀性要移动增益参考天线时，更是这样。较实际的方法是使用两个校准的检测器，分别安装在被测天线和增益参考天线的输出法卜盘卜射频信号源由一低频(例如1kHz)信号作幅度调制。这种测量装置示于图4，其中低通滤波器(5)是为了减少射频信号源的谐波成分引起的侧幼误旅增益参考天线(10)的安装，要使得被测天线能够探测到入射电磁场而不造成相互一干扰被测天线输出端用一个精确校准的射频可变衰减器(16)，使来自测量支路与参考支路的信号电平精确相等，使两部天线的增益能用低频选频放大器(12)在相同输入电平卜进行比较。在远源波前传播方向的垂直平面内，将增益参考天线卜下和左右移动。将低频选频放大器接到增益参考天线的输出端，在天线每次移动之后，记录下低频选频放大器的输出功率其日的是找到这样的天线位置，使辐射源来的入射波不受地而、被测天线或任何其他障碍物反射的干扰‘入射波前的均匀性可由天线在每个位置_L接收到的功率差值得出。如果不能找到场强均匀分布的区域，就画出接收到的功率对天线坐标相应点所连成的平滑曲线，j卜记录最大功率必须保证增益参考天线不被被测天线的反射所照射，例如避免靠近被测天线的焦点位IN-.然后转换开关，使记录器与被测天线相连接，被测天线的位it应使其主轴方向指向源天线将衰减器(16)调至所希望的值上，并记录读数尸，:。衰减器须再调整，直到尸，。一尸，、很小，最好为零，此时被测天线的增益(G,)由式(10)给出·该力程与前面的方程不同之处在于它的各个量是用分贝表示的:G‘:一G".+八产一N‘十C‘，4-C".···················4‘··、一‘IG、 Gs11299.6一89式中:G"一参考天线(10)的增益:A"-衰减器读数加记录的差值P",-P"":V，一非均匀波前的校准系数:N，一，。log,}华、孟叼「C，衰减器校准误差的修正系数;〔、‘两检波器问灵敏度差异的修正系数。8.2.2用直接校准信号功率的方法测量增益用霞接校准信号功率的方法测量增益时，可以采用f列两种技术中的任何一种:将己知其等效全向辐射功率(EIRP)绝对值的辐射源作发射，在远场测星被测天线接收的{言号功率h.将一已知其绝对功率的信号源连接到被测天线，然后在远场测量由已校准的增益参考天线所接收的绝对信号功率。图5表小第一种情况的典型测量设备配置。这两种增益测全技术要求确定辐射源与接收天线之间的传播损耗。若距离足够远，使接收天线丘的入射波基本上是一个平而波前，那么，传播损耗只是自由空间损耗加传播介质的吸收损耗和/或散射损耗自由空间传播损耗I,大于1，相当于两副各向同性天线之间的拟耗，并由式(11)给出:{4nd"i“L,一!芍厂{式中A—接收信号的波长;d一一辐射源与接收天线孔径之间的距离(单位与A相同)为了避免辐射源的功率、接收机增益和传播损耗的变化引起的各种误差，测量时，对测试电路重复检查校准是必不可少的。如果线路的两端是同时控制，则采用附加的测量和数据传输装置以及连续监视发射和接收信号功率，有助于使误差减至最小另一种配置方法是:将一标准信号发生器(8)连接到图5中低噪声放大器(9)输入端的定向藕合器上.并采用频谱分析仪替代指示器(17)来观察两谱线的相对电平。采用卜述a项方法时，测出的被测天线的远区增益可用式(12)确定:一P,.L.Ls孔G。(EIRP)N=L=式中:叩j:_，N和L=邮.2.1条中给出;G—在增益参考点上测出的被测天线相对于各向同性天线的功率增益;八x—输入到接收机的功率，即图5中波导开关(6)的输入功率,W;I.—自由空间的传播损耗(>1);人—传播介质的吸收/散射损耗(>1);EIRP一P,L,G,，且;P,—校准源的功率，W;L,源天线输入与校准源输出的功率传输比(<1);c,-源天线的增益。根据天线互易定理，此方程式也适用于卜述b项方法注:日)上面给出的方程式中，假如源天线和被测天线的极化在测量所要求的精度范围内相同.则极化效率(7)可以假定为1若不满足本条件，则对于源天线的两个正交极化要进行二次恻量，而增益(‘)则由两次测YY的和给出，因为:7,G:.卜7}G=(7,十一72G。=G，···················，，·········⋯⋯(13) GB11299.6一89其中下标1和z指源的两个正交极化。②图5中听示标准信号发生器(8)是一部射频信号发生器·根据输入到接收机的功率·即波导开关〔‘“输人端时功率来校准指示器U7)a)如果用射电星代替图叫，的信标源(2)，标准信号发生器(8)可为一校准的噪声源B.2}3用射电星测量增益z:使用一颗功率谱流量密度已知的射电星测量增益时，可采用两种方法，即间接法和直接法人线增益可以在不断开地球站设备的情况「用间接的方法导出，见本系列标准第二部分第二}}.4^6GH.接收系统品质因数(G/T)测量”，首先测定G/T值，然后再根据本标准第9条的方法测定噪声温度(T)这两种测里结果相乘就得出天线增益。用直接方法测量天线增益时，可采用下述方法8.2.3.1增益(G)与射电星引人的噪声温度(Ts)的关系式射电星在微波频段内发射噪声功率，当地球站的天线指向该星时，天线在窄带(13)中接收的噪声功率的增值如式(14)表,1CS·八·BS·G·B。Az尸.。....·.....···。。·。。。⋯⋯(1428ir式中:Pz假定与指向星体的方向偏离不大的方向上，背景噪声的影响不变时，天线指向射电星与天线指向偏离星体几度相比较，接收的噪声功率增值，W;S射电星产生的入射功率潜流量密度，W/mz/Hz;A—接收天线的有效面积，m`;B-一接收机噪声带宽(假定与测量增益时所用频率相比较很小》,Hz;“—在测量频率上的天线增益;几一一相应的波长，m;S和G是频率的函数，但在有限带宽(B)范围内的可认为不变。在方程式中出现因子2，是因为接收夭线系统仅响应一个极化，而射电星的极化假定是随机的。若射电星的极化不是随机的，而夭线是采用标称的线极化噪声功率值(Ps)须从夭线的两个正交极化测址的平均值得出。方程式(14)适用于通过无耗大气辐射的点源射电星一般情况，山于这两个条件都不能得到满足.因此方程式须修正为如下形式:S。G·B·A}P,·⋯⋯。⋯。..⋯⋯。·..⋯⋯，.···。二〔l)8rrK,K,式中K,(>1)一一大气衰减的修正因子;K,(>1)—射电源角扩展的修正因子。若Ts是射电星在接收系统测量增益参考点上引入的噪声温度的增值，以绝对温度表示则叮写成:S·G·B·A2kBT,。。。。，.。。。。。。。.。。.，。。。。。.。。.。。。.。。.《168rrK,K,式巾:k一一玻耳兹曼常数。天线分系统的增益则由下式给出:87rkK,Kz了’;·。。〔1了1Sal方程式(17)表明，用射电星方法测量，只要测定天线指向射电星体时的噪声温度增值(T)，就能求出增益。噪声温度增值(Ts)是由测量确定的，而(17)式中的所有其他参数都是已知的在(17)式中，功率谱采用说明:2〕推荐优先采用射电星法测童天线增益 GB11299.6-89流壁密度的俏取决于所选的射电星和测量增益(G)的频率，有关修正因子K和K的计势以及功率in流墩密度(N)的取值见本系列标准第三部分第二节"4-6GHz接收系统品质因数((;/T)测址”8.2.3.2射电星的选择和指向技术的选择关于射电星和指向技术的选择，见本系列标准第三部分第_功5""4-6(;Hz接收系统品质因数(“了)测M"8.2-3.3测址增益的典型设备配置图6示出用直接方法精确测量天线增益(G)的设备，由三个主要部件组成:a.波导开关部件;卜射频头部件;“·’朴频检测部件部件。包含:i)致冷标准负载(11),例如液态四氟化碳(CF)容器;11)致冷参考负载(7)，例如液态氮(N2)容器;111)控制波导开关(3)，它将接收机输人端或者接到被测天线上或者接到致冷标准负载上;iv)精密校准的可变波导衰减器(4)和叮变波导衰减器(6)，这些衰减器通常在室温或近于室温(近似290K)的条件下工作;v)电子射频开关(5)，将接收机输入点Z以80Hz左右的频率，在致冷参考负载和致冷标准负载(或者夭线分系统的输出法兰盘)之间交替转接.部件b包含:，)低噪声放大器(13);ii)以测量频率为中心频率的窄带滤波器(14);iii)山射频到中频的频率变换器(16)邵件。包含:;)中频放大器(17);u)两个同步门电路整流器(20和22);iii)两个低通滤波器(21和23);Iv)比较器I川络(24);v、零指示器(25);vi)任选的记录器(26)为了精确测里，重要的是致冷参考负载与致冷标准负载的温度保持不变为此致冷液体是在与当地气压相对应的沸点上应用的。典型的同种冷却剂在760mmHg的压力匕的沸点温度如下;液态氦4.216K液态氮77.395K液态四氟化碳145.140K沸点温度是测量时液体的纯度以及本地大气压力的函数。在测量期间，致冷参考负载的温度(Tk)和衰减器(6)的物理温度(To")需保持不变，但它们的数值并不参与计算51一方面，必须确定精确的温度差7"o-T,(其中T,，是衰减器(4)的温度和T,e,是致冷标准负载的温度)，因为这个温度差出现在增益表达式，{，(见方程式23)。这个温度差通常是通过分别测量每个温度值的方法确定的‘例如图6中用热敏电桥来测最.采用的是铂敏感元件。热敏电桥还可以用来测量T。和To值，并检查在测量过程巾它们是否保持不变测试电路的工作原理如下所述:在Y饭的温度(7}Y)由式(18)给出: GB11299.6一89八一么+了..·⋯⋯“‘··⋯““‘.··..⋯⋯‘.(18式巾;L,(>1)—由衰减器(6)引入的报耗:了丫—衰减器(6)的物理温度:了、一一致冷参考负载的温度。调整引人损耗(!.=)可使Y点温度(Ty)在T*和大厂值之间的温度范围内变化在X点的噪声温度要根据波导开关(3)的位置而定，或是由天线输入噪声功率或者由致冷标准负载确定，而以，在这两种情况下，都山衰减器(4)的温度(1"0)和衰减器(4)引入的损耗确定当电户开关(5)以80H‘左右的频率交替地接在X端日或Y端C1时.在接收机射频头Z端II几的噪声功率就在正比于噪声温度T、与hY的电平之间交替变化图7a示出在Z端II相应的噪声信号波形。这种噪声经低噪声放大器(13)放大，经过以增益测量频率为中心频率的带通滤波器(14)滤波，最后由混频器(16)变换到中频射频带通滤波器(14)的主要用途是为了减少混频器(I6)的镜像干扰。噪声带宽(B)通常是卜臼中频放人器(17)的带宽决定的。变频后，噪声信号被送到中频检测部件上，如图6所示，中频噪声信号被加到两个整流器上〔2。和22)，它们由与电子开关(5)同步的矩形波信号交替地通断。该矩形波信号是由“同步设备"(18)产生的选通整流器的输出端出现两个独立的噪声信号波形，图76示出整流器(20)输出端的噪声波形，图7c示出整流器(22)输出端的噪声波形在两个低通滤波器(21)和(23)的输出端，出现分别正比于噪声温度了’、和T、的两个肖流(111-t8.L;们被加到比较器网络(24)上，而比较器网络的输出中.包含正比温度差△T=Tx-T、的信号测墩过程要求调整精密衰减器(4)直到噪声温度Tx和T、的值相等，以保证增益测量的精度与接收机的线性及其指示器的线性无关因为，这两者仅用于指示零状态。8.2.3.4测量方法本条中所采用的符号定义如下(见图s):TT一TTA,=l(R,一R=)··························⋯⋯(竺5R一R,式中各符号与(24)式相同。1"A、值的归算点在天线分系统输出法兰盘处.天线噪声温度(7")要归3?到初级辐射器的输出端「!，因此要进行折p〕假设馈源损耗为L(dB),1"AN值又可写为:7"A、一7",A10-黔+(1一1。一毕T"=.........⋯⋯，，......⋯⋯。26)(26)式的物理意义是由测得的TAN值，扣除因馈源损耗而产生的噪声温度便得天线噪声温度(T动，9.2Y因子法接收系统噪声温度(T)的测量可与G/T值同时进行，也可以单独进行测量但是，要从“7"流测鱿中求得‘值，还必须先对接收机分系统噪声温度(TR)进行测量接收系统噪声温度(T)的测量设备配置见图10,当波导开关接通热或常温标准负载时，接收的噪声功率与波EY开关接通天线分系统时接收的噪声功率之比，定义为YloT,+TRTO+TR(2了TAN+TR了”。To+TpI二二二—(}xrl在天线各种仰角测得Y,值，便可由(28)式求出T值。(28)式中TR值还是一个未知数，因此测量之前(或在测试之中)，要先测出I}R值用冷、热标准负载并仍用Y因子法测量TR值。当波导开关接通热或常温标准负载和冷标准负载时所接收的噪声功率之比定义为Yz，即:To+TR······。·。····。····。·，···。·········⋯⋯(‘)约T,+T由式(29)可得T。一Y"T,T=，。二。⋯。。.。。。.。二，。。。。。。。二。。·。。··⋯。‘。。f3门〕Y，一1因此，山(30)式求得LR值，再用(28)式求得T值.然后用(27)式求出TAN值，最后用(2c)式便可求采用说明:4)ICC510-2-1中.此条内容“在考虑中”，现根据我国的实际情况和需要，子以充实 Gs11299.6一89出T、值有r7"值.便可由(s/T值算出G值。10天线分系统电压驻波比(VSWR)或回波损耗天线分系统的电压驻波比或回波损耗以及由于各种失配造成的搅耗的测赁,见本系列标准第一部分第一_节“射频范围内的测量”。如果天线端接的阻抗不同于测壁电压驻波比时的阻抗，那么就有失配队抗造成的不确定性，除非天线和终端阻抗两者的复数值是已知的，该失配值如下:一(1一PAZ)(1一Pk`)}1一PAP;一’式中:PA,Pk天线及其终端阻抗(即传输线和接收机共同构成的)复数反射系数PA,PR一PA,PR的幅值如果复数反射系数的幅值已知，而不知其相位，接收的功率电平是不确定的，因为其侦取决卜反射系数的相对相位，且在下式给出的最大值和最小值之间变化:(1一P")(1一Px`)二。.，.⋯⋯。..⋯，，........⋯⋯(32)(7士PAN)艺—厂一一一一一一一一门图1天线分系统1天线;2一夭线分系统;3-馈源网络;4跟踪接收机;5--馈线6一发射合路和倒换设备;7一接收分路和倒换设备 GB11299.6一89图2与增益参考天线直接比较的增益测量设备配置(采用校准的定向祸合器和校准的可变中频衰减器)1一天线;2-增益参考天线;3冷负载(见图O);a-开关;5校准的定向藕合器6低噪声放大器;7测试用低噪声放大器;8一本机振荡器;9混频器;切巾频放大器;11一校准的可变中频衰减器;12检波器;13指示器注:(U侧试用低噪声放大器可以是备份低噪声放大器(常在备用设备中)②当远距离源信号强度弱时，建议用冷负载图3与增益参考天线直接比较的增益测量设备配置(采用校准射频衰减器)1天线;2增益参考天线;3低噪声放大器;4一开关;5校准的射频可变衰减器;6开关7一本机振荡器;8一混频器;9一放大器;10一检波器;11指示器 GB11299.6一89飞少阳琦二图4采用调幅信号直接比较法的增益测量设备配",IT源天线;2被测天线;于同轴馈线;4功率i{;5低通滤波器;6一射频刃射频信号发生器调幅器;9低颇信号发生器;1(1增益参考天线;11与馈线匹配的校准检波器;飞2低频选放13记录器;14位置参考信号;15垂直定位器;16与馈线匹配的精密射频衰减器;17与佣线匹配的校准检波﹁.器;18-匹配装置、天线到馈线广|七仁||巨,3二/1铭||9||11|||上||-|任L匕﹂伽图5直接校准信号功率的增益测量设备配置1功率计;2信标源月一定向辐合器，4一远距离增益参考天线;5-被测天线;b一开关:7射频衰减器8标准信号发生器(见正文);9-低噪声放大器;10一功率计:11一本机振荡器;12混频器;1:;接收机14一中频衰减器;15一检波器;16一记录器;17-指示器;18大气吸收注此信标源可用射电星替代 GB11299.6一893护IIIr_i_II:图s用射电星直接法的增益测量设备配置1一被测天线理一天线分系统输出法兰盘;3一波导开关;4一精密波导衰减器浦电子开关;6一波导衰减器;7一致冷参考负载;8--铂丝温度传感器;9-温度电桥;U)铂丝温度传感器;11致冷标准负载;12一波导负载;13-低噪声放大器;14一带通滤波器;15本机振荡器;15混频器;17一中频放大器,18一同步设备;”一倒相器;2。一同步选通整流器;Z1低通滤波器;22--同步选通整流器;23一低通滤波器;24一比较器网络;2‘一零指示器;26记录器;27-倒相选通器波形;28一选通器波形a)Z点处噪声了x整流器(22)输出处噪言图7整流前后噪声信号波形 Gs11299.6一89天线t.,?识条统图8开关型辐射计测量增益(G)设备配W图9测敏了’，值漂移曲线示意图图10测量天线噪声温度的设备配置 GBll2996一89附录A误差分析(补充件)从『列表达式可以计算各种参数对总的相对最大误差的影响△G一幼}一△K}.}△K，1{△了’、{二二二={-苏尸}一卜{-蔽一十卜下刃~}叶-{不荞一{⋯’...⋯⋯’.’“”’⋯’t了、1匕{。}一八1{}八艺1一1日.考虑方程式(22)，相对最大误差△Ts门’:可以表示为:△T二1日1刀，、}_卜理，二}_}刃，、}._}。，I飞△(了一’1，，·〔八夕下一大川瓦}△与十{瓦{△气十{瓦一。编十{蔽7万万石一历}其中△么1、△几，、△I，a:和△(T。一T。L)是各相应量在测量时的不确定值。(A2)式展开得出:△TT。我一些云李(T〔)一几t)一△岛+一渔云五一△编T。一Tcal△几，:十吞‘星鱼}△(了，、一:，r.))..⋯(A3飞LH1，，__、△T。__._‘___._山表达式(A3)异出的相对误差万玉一役考思卜夕U囚系:未Sa.在测量期间温度(T丫)的不稳定性;h.天线和波导元件的残余失配;仁调节温度Tx等于TY时的不确定性为了求出温度T，的不稳定性造成的误差影响，方程式(19)、(20)和(21)需重新调整如卜了’丫一孕十几(1-，，........⋯⋯，⋯⋯，···⋯⋯(A斗)石al、创T，+To.，)_1T、+△T=—十1。一1一下一⋯⋯。...........⋯⋯f八山胜2、儿agTY+△TY。一乒+7、〕{1一共{(八6)石们、IJ妇尹其中盯，Y。(n=2.3)都是，I’丫值的变化，这种变化发生在与式(19)和(2。)或(别)有关的测丝之问由方程式(A4)，(AS)，(A6)可以求出噪声温度增值口5):几一气一产(“认一汽，+‘嶙内一场娜⋯<八7而△T。和△了确用(18)式的表示法给出扩v‘_刃几._二丫，一默△TR·+二二二二凸1+二;凸Lbn仁n2.3)〔AS、沙2。Jlb其中酮丫.，△T气和△L、分别表示发生在与式(l的和(20)或(2价有关的测量之间的了’R，洲、和1.值的变化.用方程式(15)展开方程式(AS)给出:△T叭尹。一T*△IYn=-‘二二+△L、。··················⋯⋯〔入9乙b{二篱卫)△二饰+L产方程式(A3)则要增加误差项E，它由下式给出:△了丫。L二:一叮’Y:L*，E=⋯⋯。..........⋯⋯，..⋯⋯(Al曰、T，其中△TYZ和△T丫J由方程式(Ag)求得。要确定适用于每一种情况的校正项是不可能的，因为在波导开关部件中所发生的各种功率反9仁取决于实现图6的测星设备所用的实际结构。 Gs11299.6一89为了说明测定失配修正因f-所需的方法，噪声温度增值(了’5)的表达式是根据万列假设确定的;反射功率只取决于波导开关(3)、标准负载和夭线之间的失配，而衰减器(4)和电子开关假定是完全匹配的。恨据上述假定，方程式(19),(20)和(21)变为:少T-。___!，.aiJ八lr=-(1一a}ai)+1。}1一乙们11一T,十T,。、.尸r下升一瓜7，丫=l二ti一a=1一lollT、一李(1一。”+T=一(A13)石a污其中‘是波导开关(3)接通标准负载时的反射系数，而。。是波导开关(3)接通天线时的反射系数。从方程式(All),(A12)和(A13)可导出噪声温度增值(T,)的表达式:L,:一L=1一a,",{了ToL.,1一a,‘I—a,,,一“1-1{.....................I........(A14,方程式(A14)仅是一例，当考虑失配影响时，必须确定噪声温度增值(T,)在每一情况下的精确表达式。另外，在调整Tx等于T、时，不确定性取决于显示器误差和接收机灵敏度，而后者正比于(BR,)z.其中:。是显示器的时间常数为了说明方程式(23)中各因素造成的总相对误差△GIG，可以考虑:对于8.2.3.2条中给定的射电星，由功率谱流量密度引入的相对误差AS/S约为2%0b.当仰角变小时，修正因子K造成的误差就增大在最坏的情况下(5。仰角)，误差△K,/K,约为l%。误差△K2/K:也约为IX.d.从方程式(A3)计算的绝对误差AT,,可认为约10K，该数值必须加卜:1)由7"Y值的不稳定性造成的误差项E(约为1K);ii)由残余失配造成的误差项E"，采用回波损耗优于25dB的测试电路时，其值约为1K;iii)由读数误差造成的误差项E"，约为。2K;iv)由接收机造成的误差E"0，约为3Ko最后，总的绝对误差AT、可保持在15K左右。对增益约为6odB的地球站天线，噪声温度增值(Ts)平均为170K因此，在最坏情况下相对误差AT“7"、为10%左右。考虑引用a,b,c,d各条的数值，采用射电星方法总的相对误差△‘/“大约为14%(0.5dB)附录B增益测量梢度(补充件)在所有增益测量方法中，限制精度的基木因素是:环境温度的稳定性;一一接收的信噪比;—辐射源的电平变化;—接收设备中增益的变化;—测试路径的传播特性的变化;—接收设备的非线性; Gs11299.6一89传输线与无源元件的衰减测量精度;分系统噪声温度的不稳定性;一一已知参考信号发生器功率的精确程度;又见察者的读数误差在直接比较方法中，以及在直接校准法的某些方而，增益参考天线的校准精度是限制测量枯度的要因素在直接校准法巾，己知传播路径损耗的精确程度、等效全向辐射功率(FIRP)的校准精度和检测器校准精度是限制测量精度的基本因素。在某种程度上，还将有残余误差存在这是因为对指向不准、极化失配、波前在被测天线fl径卜的均匀性以及信号干扰的不适当修止造成的。通过定向祸合器的功率传输校准精度可确定在土。.IdB以内，传输线损耗ilr校准6->}分士0.005dB以内。汁算传输线功率损耗时，也须包括阻抗失配为了决定极化效率，必须知道每一部天线的轴向极化特性，以及从远区辐射源接收到的场强的极化特性(见7.I条)。对接收波前不均匀性的修正因子是最难精确确定的。这种不均匀性有两种主要原因其辐q寸源离被测天线太近;其二，天线前方的以及直接传播路径附近的障碍物可使辐射源来的信号产件_二次散射。例如，从位于主轴上的辐射源发出的射线到达孔径中心与到达离中心距离为P的孔径平面卜的射线之间的路径长度之差(乙)为:二一*!*/:+(01“一:)、Y、八厂其中*是天线孔径中心与辐射源之问的距离，若*远、于P，于是。一-2PRL"结果，在孔径、:而;七’卜(I(i后的一二次相位误差，孔径边缘处的峰值相对误差为纂(弧、。实际上，通常把圆孔径夭线的远区距离视为:R=2D"·································。··，·····⋯⋯(B?)式中:A—-r作波长;刀—圆孔径的直径，单位与几和尺的单位相同。即使在这个距离上，从辐射源到天线孔径的中心的射线与从辐射源到天线孔径的边缘的射线之{liJ的路径差仍达x/16，从而使入射波前的相位偏移达22.50注:在许多情况下，为测试方便起见，采用比远区距离近得多的辐射源，此时增益或损耗因子可变得卜分大IF:k种情况下，常故意使天线从“远区设计”结构偏焦，使它产生的相位误差与辐射源靠近时产生的幸ofv-ir差近似大小相等、符号相反，实际上，由近区(Fresnelregion)辐射源所产生的相位误差是不可能完全抵消的对于大多数大型反射器天线，方程式(9)中的两个修正因子(N)有一些小于I的值>N",常比N,更接近于I,因为增益参考天线的直径通常小于被测天线的直径。N。适用于下述被测天线的工作增益:该天线馈源沿轴线向主反射器移动一段算定的距离，使天线对远区聚焦。对于双反射器天线也有相似方法，在测试中，将副反射器作轴向移动，以便在短距离测试时J关现最佳聚焦。对典IT!的高增益双反射器天线，推荐用这个方法·而不是移动馈源，因为初级馈源rtp要作少‘的移动，随之而来的是馈源对副反射器照射带来大变化为了再次聚焦到无限远处·双反射器天线的m9tz器向主反射器作袖向移动。这种方法对副反射器是凹的或凸的天线都适用。需注意:测试FP.离越短，移动副反射器的精度要求就越高，因为相位误差的增大要用聚焦的If法flz GB11299.6一89正，而且聚焦到无限大时的天线儿何形状与测试场条件下聚焦的情况是不相同的，所以反射器的照射和一次、二次辐射器上的绕射都有小的变化。因此，在短测试场内，对单或双反射器天线的测量，就将导致再聚焦后从测得值所计算出的那些值的不确定性附录C大型地球站天线交又极化鉴别率的测量的(补充件)c1适用范围本补充件叙述大型地球站天线交叉极化鉴别率的测量，并给出一种可替代本系列标准第二部分第几节‘7.2”条的方法C2一般考虑本标准正文所叙述的交叉极化鉴别率的测量方法，不适用于尺型地球站天线，因为难以做到把源夭线"Iuf于远区并使测试场内的反射可以忽略在这种情况下，通常采用卫星源法，这种简单的测试方法仅取决于相对功率(电平)的测量，就能达到可接受的精度。山于这种方法简单，几乎完全可用于目前正在工作的卫星系统，所以卫星源法测量交叉极化鉴别率就成了一种优先选用的方法。注;(1)天线的交叉极化鉴别率最少应在覆盖跟踪波束宽度的角度范围内进行测量此外，由于交叉极化随频率而变，故测量应在收发带宽内进行。②应注意，当利用卫星时，应核对极化的方向能够进行测试的频率还可能受到限制。C3测量方法为使地球站能在射频闭路条件下进行测量，卫星必须工作，而且测量设备配置应允许分别在收、发条件下测量天线的交叉极化鉴别率。优先推荐的测量设备配置如图C1所示。地球站向卫星发射一个未调制的连续波射频信号，并由地球站接收“闭路返间”信号，用频谱分析仪测量所接收的信号功率(电平)。如果有可调的下变频器，则频谱分析仪可连接到下变频器中频输出端。传输参数应处于如下状态:卫星和地球站都工作在其传输特性的线性范围内。卫星必须工作在这样的方式上:仅同极化传输信号能通过转发器。地球站的等效全向辐射功率(LIRY)和频谱分析仪的测量带宽应当使得:对于同极化测量，载噪比不低于45d23，对于线极化系统在交叉极化方式发射时，应调整极化，其方法是:通过旋转地球站极化器以获得最佳零值状态，极化器装置应保持在这种位置。C3.1发射时的交叉极化鉴别率通过高功放1向卫星发射同极化载波，并在“闭路返回”的基础上，通过低噪声放大器1测量所接收到的载波功率(电平)然后地球站以正交极化方式，通过高功放2发射同样的功率，其后测量通过低噪声放大器1所接收的交叉极化载波分量。两次测量的功率比(以分贝表示)就是发射的交叉极化鉴别率。C3.2接收时交又极化鉴别率采用说明5来源于1FC12F(Ees)1421985.9 GB11299.689通过高功放1向卫星发射同极化载波，并在“闭路返回”的基础卜，分别通过低噪声放大器]和2测y听接收的同极化和交叉极化分量的功率在正交模变换器(OMT)每个接收端II各进行次测量，这两次测髦之间的功率比(以分贝表示少就是接收时的交叉极化鉴别率C4结果表示法测壁的发射和接收交叉极化鉴别率应以分贝表示.并对每个测量频率列成表格的形式〔还)"v.R明介测量时规定偏离波束中心的角度范围。CS要规定的细节当要求本项测量时，在设备技术条件巾应包含下列内容:a.进行测量的频率范围;b.极化方式(线极化或圆极化);进行测量时规定偏离波束中心的角度范围;d.容许的最小交又极化鉴别率。附录D大型地球站天线交叉极化鉴别率的测量精度创(补充件)Dl概要当利用非理想源(卫星)时，双正交极化天线(antennafordualorthogonalpolarisation)的各有关端11之间的交叉极化鉴别率“XI=.,11，它是地球站天线轴比、卫星天线轴比和两极化椭圆长轴之间倾角差的函数这可用}f例方程说明，其中方程(Dl)是对于圆极化，方程(D2)是对于线极化:X(1+re)(1+r;)十4r,r,+(1一r,")(1一r,)cos2a一m(1+r,")(1+r)一4r,r.一(1一re)(1一r.)cos2aX(1+r约(1+r;)士4r,r,+(1一re)(1一rs)cos2a一即(1+;营)(1+r?)干4r,r，一(1一r,")(1一心)cos2a式中:Xm-测量的交叉极化鉴别率;:—地球站天线的电压轴比;r,-卫星天线的电压轴比;。—两极化椭圆长轴之间的倾角差。方程(DI)和(D2)可以由交叉极化鉴别率的基本定义(D3)式导出同极化的功率_qX-=。’二”.’················⋯⋯i)J交叉极化的功率1一q其中q为极化效率(见7.1条)。圆极化和线极化是椭圆极化的极限情况。实际上，当轴比接近1时就称为圆极化，当轴比非常大Irl7(趋于无穷大)称为线极化。为清楚起见，方程(DL)和(D2)没有统一的形式。对干圆极化，发射和接收夭线两者的极化旋转方}"1采用说明6:来源于IEC12R(aec)1421985.9 GB11299.6一89总是相同的可是，对于线极化，由于极化方向不总是知道的，故方程中必须包括LL负号当发射和接收天线具有相同极化方向时，取卜面的符号;当发射和接收天线极化方向不同时取下向的符号，D2误差源侧量误差的主要来源是:a.在线极化情况下.当轴比非常大时，由于方程(D2),寸，双重符号的不确定性引起的误差将变小b.对于线极化天线，通过旋转地球站的极化器于最佳对准位置，能够消除倾角差。c.对I"圆极化天线，除非进行相位测量，否则倾角将引起测量的不确定性d当两天线交又极化鉴别率很大时，例如100倍或20dB，则地球站天线的交叉极化鉴别率可在卜式范围之内:、一V...................···，·一(D4)不不一一甲一不一不几