大型天线罩传输损耗测试的一种新方法
时间：2023-05-27 14:55:23 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
王 强，何元春，王万玉，冯旭祥
（中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094）
天线在带罩的情况下，由于罩的影响，将引起天线电性能的恶化，如天线方向图旁瓣电平升高、波束展宽、增益降低、瞄准轴偏移和产生交叉极化分量等[6-8]。天线罩传输损耗是天线罩重要的技术指标之一，研究天线罩的传输损耗测量方法可为地面接收系统的设计和测试验收提供理论依据，具有重要的应用价值。
测试天线罩整罩传输损耗的传统方法为比较法，利用频谱仪测量天线带罩和不带罩情况下接收信号的功率电平，计算两者的差值，即为天线罩的传输损耗[9]。该测试方法需远场标校高塔，并在高塔上架设测试天线和信号源。但当系统工作频率扩展至Ka频段后，远场条件很难实现。因此该测试方法实现起来难度极大，应考虑无塔测试方案。
本文提出了大型天线罩整罩传输损耗测试的一种新方法。首先，将天线罩传输损耗等效为天线输入口的损耗，给出了大型天线罩整罩传输损耗计算公式；
然后，采用Y因子法测量卫星地面系统加天线罩前后的天线噪声温度，计算得到天线罩传输损耗。与传统测量天线罩传输损耗的方法相比，该方法简捷、实用，不需架设远场标校塔、测试天线及信号源等，仅利用卫星地面系统已有的设备即可测量天线罩传输损耗。最后，给出了某工程实际应用的20 m天线罩的传输损耗测量结果，测量结果同理论预算基本吻合，从而证明了该方法的可行性。
比较法测量天线罩传输损耗的原理如图1所示。远场法测量天线罩传输损耗的原理是：利用频谱仪测量天线不带罩情况下接收信号的功率电平P1，带罩情况下接收信号的功率电平P2，计算两者的差值L=P1-P2，即为天线罩的传输损耗。
图1 比较法测量天线罩传输损耗原理
需要指出的是：比较法需在两天线（塔上测试天线与被测天线）极化匹配，且均在最大增益方向对准条件下进行[9]。此次，远场测试需要的条件为：（1）被测天线与标校塔上测试天线之间应无遮挡物。（2）满足远场测试距离条件，即远场测试距离R≥2D2/λ（D为待测天线口径，R为测试距离，λ为工作波长），如12 m口径天线，工作频率为27.5 GHz，远场测试距离为26.4 km；
按照工程经验，测试距离最小需大于远场条件下的1/4，最小需6.6 km[10]。（3）为了降低地面反射的影响，架设测试天线的标校塔高度至少需100 m。另外，由于收发天线对准时仰角是一定的，因此测量的天线罩传输损耗为某一仰角的局部传输损耗，无法测量天线罩任意位置的传输损耗。
由天线理论可知，无罩天线噪声温度计算公式为：
则无罩时的天线损耗L1为：
3.抓住“钱”这一重要元素。争取资源，经费是社区活动开展的基础。没有钱，是做不成事情的。老旧散小区本没有收入来源，可以通过规范形成一批功能用房、停车位等，增强造血功能，以院养院；
可以通过项目制申报，向上争取专项资金；
可以通过辖区企业捐赠、自治组织运行等，获得服务或活动资金。
式中：TA1为无罩时的天线噪声温度；
Ta为外部噪声温度；
T01为无罩时的环境温度。
将天线罩传输损耗等效为天线输入口的损耗，则含天线罩后天线噪声温度计算公式为：
含罩时的天线损耗L2为：
式中：TA2为含罩时的天线噪声温度；
Ta为外部噪声温度；
T02为含罩时的环境温度。
天线罩的损耗L（单位为dB）为：
由式（5）可知，只要测量出卫星地面系统天线加天线罩前后的天线噪声温度，就可得到天线罩传输损耗。测试程序如下：
（1）天线罩未安装之前，测量卫星地面系统天线噪声温度TA1。
（2）天线罩安装之后，再次测量地面系统天线安装天线罩后的天线噪声温度TA2。
（3）根据两次测量得到的天线噪声温度，由式（5）计算得到天线罩传输损耗。
天线噪声温度测量采用Y因子法。图2为天线噪声测试原理。测试步骤如下：
（1）如图2所示，将LNA输入端连接到待测天线馈源和输出端口，频谱仪连接LNA输出端。
图2 天线噪温测试原理
（2）天线指向冷空，转动天线方位，记录频谱仪电平P1。
（3）天线方位角保持不动，连接LNA输入端到常温负载，记录频谱仪读数P2。
（4）Y因子的计算公式为：X＝P1-P2，Y＝10X/10。
（5）待测系统天线噪声温度TA的计算公式为：TA=(TH+TLNA)Y-TLNA。其中TLNA为场放噪温；
TH为测试时常温负载所处的环境温度。
利用本文的测试方法，对某工程项目20 m S/X/Ka金属骨架结构天线罩整罩的传输损耗进行测试，测试结果见表1所列；
对某工程项目20 m S/X玻璃钢泡沫夹层结构整罩的传输损耗进行测试，测试结果见表2所列。
表1 20 m S/X/Ka金属骨架结构天线罩整罩传输损耗测试结果
表2 20 m S/X玻璃钢泡沫夹层结构天线罩整罩传输损耗测试结果
20 m S/X/Ka金属骨架结构天线罩整罩的传输损耗理论预算值：S波段为0.15 dB，X波 段 为0.3 dB，Ka波 段 为0.8 dB。20 m S/X玻璃钢泡沫夹层结构整罩的传输损耗理论预算值：S波段为0.2 dB，X波段为1.0 dB。
从表1、表2可以看出，测试结果与理论预算结果吻合较好，说明本文方法是可行的，可作为地面接收系统的设计和测试验收的依据。
针对大型天线罩整罩传输损耗的测试问题，本文将天线罩传输损耗等效为天线输入口的损耗，给出了大型天线罩整罩传输损耗计算公式和测试程序。利用该方法测试了某工程实际使用的金属骨架结构天线罩整罩的传输损耗，测量结果同理论预算基本吻合，从而证明了该方法的可行性。与通过比较法测量天线罩传输损耗相比，本文提出的测试方法简捷、实用，主要优势为：（1）不需远场标校高塔、测试天线和信号源等，仅利用卫星地面系统已有的设备即可测量天线罩传输损耗；
（2）可测量天线罩任意位置的传输损耗。
由于大型天线罩的拼装及安装有一定的周期，无法保证待测天线在带罩和不带罩的情况下具有相同的气候条件，将给测试带来一定的误差。这一点与比较法相同。因此，应尽可能选择气候条件相同的情况进行测试。
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