GB/T 40602.1-2021 天线及接收系统的无线电干扰 第1部分:基础测量 天线方向图的室内远场测量方法.pdf

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  • 图2矩形微波暗室尺寸示意图

    付使仪 R≥max 2(D+d)2 .10入max :(1) 入min 式中: R 远场测量距离,单位为米(m); D 被测天线等效辐射口径,单位为米(m); d 辅助天线等效辐射口径,单位为米(m); 入min 被测天线最高工作频率对应的最短工作波长,单位为米(m); 入max 被测天线最低工作频率对应的最长工作波长,单位为米(m)。 暗室的总长度L应满足式(2)的要求: L =Ri +R +R2 · (2) 式中: R1一辅助天线到暗室前墙的距离,单位为米(m); R,一被测天线到暗室后墙的距离,单位为米(m)。 注1:辅助天线距暗室前墙的距离R,约为1m~W/2,其中W为暗室的高度: 暗室的宽度和高度由吸波材料允许的入射角确定,应满足式(3)的要求:

    R≥max 2(D+d)2 .10入ma 入min (1 式中: R 远场测量距离,单位为米(m); D 被测天线等效辐射口径,单位为米(m); d 辅助天线等效辐射口径,单位为米(m); 入min 被测天线最高工作频率对应的最短工作波长,单位为米(m); 被测天线最低工作频率对应的最长工作波长,单位为米(m)。 暗室的总长度L应满足式(2)的要求: L =Ri +R +R2 · (2) 式中: R1一一辅助天线到暗室前墙的距离,单位为米(m); R数据标准,一一被测天线到暗室后墙的距离,单位为米(m)。 注1:辅助天线距暗室前墙的距离R,约为1m~W/2,其中W为暗室的高度: 暗室的宽度和高度由吸波材料允许的入射角确定,应满足式(3)的要求:

    =tgo,或W=Rctgo(≤70°)

    注2:当6≤70°,吸波材料具有较好的吸波性能, 注3:从吸波材料所允许的人射角看,当暗室的高度等于宽度时,交叉极化特性较好。 b 微波暗室工作频率覆盖被测大线工作频率范围 C 微波暗室静区的范围应覆盖被测天线采样时的旋转区域,静区中心应位于暗室宽度和高度的 中心。 d) 微波暗室静区反射电平应满足: 1)当频率700MHz~1GHz时,静区反射电平≤一35dB; 2)当频率1GHz~3GHz时(不包括1GHz),静区反射电平≤一40dB; 3)当频率>3GHz时,静区反射电平≤一45dB 微波暗室静区空间的幅值均匀性应满足: 1 被测天线沿轴线移动时,接收信号起伏不超过土2.0dB; 2) 被测天线在同一平面,上下左右移动时,接收信号起伏不超过士0.25dB。 微波暗室静区的交叉极化隔离度≤一25dB。 8 微波暗室的多路径损耗应满足不超过士0.25dB。 h) 包含场地在内的测量系统应满足GB8702一2014对无线电干扰保护的要求

    室内远场测量系统包括机械子系统、射频子系统、控制子系统、测量软件。系统典型框图如图

    注:AZ表示方位轴,EL表示俯仰轴,W表示极化轴,T表示一维平移轴

    注:AZ表示方位轴,EL表示俯仰轴,W表示极化轴,T表示一维平移轴

    图3室内远场测量系统框图

    图4机械子系统示意图

    射频子系统包括矢量网络分析仪、辅助天线、放大器和电缆及实现测量功能的其他射频设备利 基于信号源及接收机的射频测试系统如图5a)所示,基于失量网络分析仪的射频测试系统如图 示,外混频双内源射频系统如图5c)所示,

    a)基于信号源及接收机的射频系统

    D)基于矢量网络分析仪的射频系统

    )外混频双内源射频系统

    失量网络分析仪内部集成信号源和幅相接收机, 为测量系统提供发射信号和采集测量数据。矢量 网络分析仪可代替信号源使用。若只测量幅度辐射方向图,可采用接收机代替失量网络分析仪作为接 收机。在测量过程中,射频系统的短期和长期稳定性对测量精度至关重要,根据不同的测量要求配置不 同射频系统。测量使用的设备和仪表应具有 稳定性、可靠性、动态范围和测量精度。可根据测量 需要的频率范围,选择混频器、倍频器、定向耦合

    6.3.2.1矢量网络分析仪

    频率准确度:3×10 源输出功率:≥0dBm 动态范围:≥110dB

    包括实时时钟控制器、计算机和控制线缆等,实现

    测量软件控制机械子系统实现测量采样需要的方位、俯仰、极化运动,并记录其位置信息。 软件分析所测得数据功能应满足: a)数据分析软件能够分析辐射方向图的波束宽度、波束指向、零深、副瓣电平、后瓣电平、前后比 交叉极化、极化隔离度、轴比等参数; b)数据分析软件能够对幅度及相位辐射方向图进行最大值归一化、指定值归一化; c)数据分析软件能够比较多次测量的结果,考察系统的一致性; d)数据分析软件能给出数据文件,包括原始数据和处理后的数据

    室内远场大线测量时,通常在矩形微波暗室内采用等高架设测量场进行,辅助大线和被测大线的测 量几何关系如图2所示。 室内远场辐射方向图测量时,被测大线应在一定距离处接收到由辅助大线辐射的等幅同相的平面 波。测量距离R应满足远场条件式(1)的要求。当入射到被测天线口径中心与边缘的相位差小于元/8 d<0.4D时,式(1)可简化为式(4):

    R ≥max( ,10入max

    辅助天线架设在辅助天线塔上,被测天线架设在测量转台上,如图4所示。 被测天线坐标系平行于辅助天线、测量场地的坐标系。 辅助天线与被测天线的对准可通过经纬仪、反射镜、激光跟踪仪等设备来完成。典型的对准工具

    空纬仪和激光跟踪仪。通常完整的: 中特殊定位的立方镜或是经 纬仪靶标来保证扫描系统垂直。 (如地板等)上的靶标

    天线辐射方向图室内远场测量时,测量距离、被测天线尺寸、被测天线的工作波长关系应满足式(4) 中的远场条件

    远场辐射方向图测量是在图1所示的球面上进行采样,根据测量范围的需要选择球面上的某一条 亦线、某一区域或完整的球面进行采样

    远场辐射方向图测量的采样间隔,根据测量精度的需要选择合适的角度间隔,典型值是波束宽度和 指向精度的1/10~1/3。

    室内远场天线辐射方向图测量的主要参数如下。 a) 线极化天线: 1) 幅度辐射方向图; 2) 相位辐射方向图; 3 波束宽度; 4) 波束指向; 5) 零深; 6) 副瓣电平; 7) 后瓣电平; 8 前后比; 9) 交叉极化; 10) 增益; 11) 方向性系数; 12) 相位中心。 b) 圆极化天线: 1) 幅度辐射方向图; 2) 相位辐射方向图; 3) 波束宽度; 4) 波束指向; 5) 零深; 6) 副瓣电平; 7) 后瓣电平; 8) 前后比; 9 交叉极化/轴比; 10) 增益; 11) 方向性系数; 12) 相位中心。

    7.4.1辐射方向图测量

    辐射方尚图测量的主要步骤如下: 根据图3进行测量布置,将被测天线架设于测量转台上,将对应频段的辅助天线安装于辅助天 线塔上,连接测量链路的射频线缆、控制线、电源线等, 系统控制设备开机,根据7.2.1进行系统对准,根据7.2.2调整测量距离 系统测量仪器设备开机,进行设备预热和系统自检。若被测大线为有源大线,被测大线系统开 机,根据有源大线系统的预热要求进行预热。 d 根据被测天线的极化调整辅助天线的极化。 在系统测量软件中设置测量频率、信号功率和中频带宽等参数,根据7.2.3和7.2.4的要求,设 置方位面和俯仰面扫描范围、采样间隔,设置测量转台的运动速度等。 系统测量软件执行测量任务,控制测量转台带动被测天线进行方位面和俯仰面扫描,失量网络 分析仪采集测量信号幅度和相位值。系统测量软件记录幅度和相位的测量值。 g 幅度值的量纲为分贝(dB)或线性值。 h 位置的量纲为度(°)或弧度。 1) 若被测天线为圆极化天线,重复步骤c)~e)测量另一个极化。 1 在后处理软件中对原始数据进行后处理分析得到幅度辐射方向图、相位辐射方向图、波束宽 度、波束指向、零深、副瓣电平、后瓣电平、前后比、交叉极化、轴比、相位中心等参数。

    增益测量采用比较法,主要步骤如下: a)按照7.4.1的步骤a)~步骤g)测量被测天线的幅度和相位值: b)将被测天线替换为标准增益天线,按照7.4.1的步骤a)~步骤g)测量标准增益天线的幅度和 相位值; 在后处理软件中对原始数据进行处理分析得到增益辐射方向图、最大增益等参数,计算公式为 (5)

    式中: G 被测天线增益; G 标准增益天线增益标定值; Px 被测天线接收的信号功率电平,单位为分贝毫瓦(dBm); P 标准增益天线接收的信号功率电平,单位为分贝毫瓦(dBm)。 被测天线增益和标准增益天线增益的单位应一致,同时为dBi或dBd

    式中: G 被测天线增益; G, 标准增益天线增益标定值: 被测天线接收的信号功率电平,单位为分贝毫瓦(dBm); P 标准增益天线接收的信号功率电平,单位为分贝毫瓦(dBm 注:被测天线增益和标准增益天线增益的单位应一致,同时为dBi或dBd

    在后处理软件中,根据需要对被测大线原始数据进行分析处理,得到被测大线的 各种参数。

    处理软件中,根据需要对被测大线原始数据进行分析处理,得到被测大线的远场辐射方向图及

    7.6辐射方向图表示方法

    辐射方向图的显示包括三维辐射方向图和二维辐射方向图。三维辐射方向图具有三维球坐标显 能、三维柱坐标显示功能、三维直角坐标显示功能。二维辐射方向图具有二维直角坐标显示功能 极坐标显示功能和二维平面图显示功能。各种结果显示均可以输出为图片、数据或动画等形式。 辐射方向图表示方法通常分为极坐标表示法和直角坐标表示法,如图6所示。辐射方向图的

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    7.7测量不确定度分析

    图6辐射方向图的表示

    表1给出了增益测量时不确定度评估的示例,测量不确定度评估的说明见附录B。

    表1增益误差估算表(续)

    8. 1 测量报告要求

    里报百 可提供测量重复性的信息。 a)通用信息: 1)通用信息包括测量所在的地点、负责的(能承担责任)的所有者等; 2) 如果场地确认是由其他方或组织进行的,应给出该方或该组织的信息; 3) 应借助绘图、照片、部件号码等方式描述测量的配置,包括其辅助设备: 另外还应给出进行测量的日期,在报告的封面还应有报告的编制者和授权人的姓名及其 签名。 b 有效期和限制条件的评估: 天线进行测量之前,应证明场地的有效期,并明确声明测量报告中包含的环境条件、配置条件 或者限制条件。 测量布置: 1)无论在检查还是在测量中,都应对每一条规范性要求的条目进行核查,以确定是否符合要求; 2)天线的测量程序,应在测量报告中给出。若对测量布置有调整,也应在报告中注明

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    表3辐射方向图测量记录文件

    微波暗室进行大线测量时,应满足人身和仪表的安全防护规定: a)微波辐射安全限值按照GB8702一2014中的规定执行; b)仪表严格按照其出厂说明安全使用

    微波暗室进行天线测量时,安全防护措施如下: a)被测天线进行低功率量级测量; b)微波暗室内划分辐射区域并安置标识; c)天线测量期间进人微波暗室时,应穿戴防护用品; d)测量中断,天线调试应关闭信号源射频开关; 登高作业,应学习登高基本知识,并获得登高资格证书;

    附录A (资料性) 辐射方向图表示方式 天线辐射方向图表示方式有直角坐标辐射方向图表示、极坐标辐射方向图表示、辐射方向图数据列 表表示和等增益线图表示,其示例见图A.1~图A.4。

    附录A (资料性) 辐射方向图表示方式

    天线辐射方向图表示方式有直角坐标辐射方向图表示、极坐标辐射方向图表示、车 表表示和等增益线图表示,其示例见图A.1~图A.4。

    .1直角坐标辐射方向图

    图A.2极坐标辐射方向图

    .3辐射方向图数据列表

    近场扫描探头有一定的大小且有一定的方向性,它们的存在会对近场测量产生扰动。探头移动中 接收到的信号与被测场的分布并非线性关系,需要利用探头补偿的方法来解决非理想探头的接收效应 仅在系统软件中采用理想探头修正,这对于超低副瓣测试精度的要求是不够的,要在一定的测试频带内 对各种波导探头进行实际测试校正。探头主极化方向图不确定度直接影响到任意指定角度的被测大线 校准远场方向图。 探头在开口波导模式下,主极化方向图不同角度对应的不确定度影响量如表B.1所示

    表B.1探头开口波导模式,主极化方向图不同角度对应的不确定度影响量

    探头极化比一般股不影响主极化测量,但影响交义极化测量。如果被测大线的交叉极化比相对较低, 则探头交叉极化产生的误差可以忽略

    可参考使用探头增益测量的不确定度

    探头对准误差指探头极化失量和近场坐标系统之间的误差。探头方位和俯仰上的对准误差可以由 探头方向图读出。根据经验值.探头对准误差一般选择0.05dB,

    日一化常数是测革系统: 该误差通过多次重复测量所得 量的不确定度

    阻抗失配是由于探头与被测大线,或线缆与被测大线之间没有完美的匹配而产生的,根据经验 头对准误差一般选择0.08dB

    自由空间传播限制了近场采样密度不能小于0.5波长间隔。在这种间隔下产生图形失真的误差 0.01dB。

    天线方向图的近远场变换是基于被测 能量均能被测量得到。在天线前半球面测 的所有能量,扫描平面理论上需要无限延伸的。而实际测量时,扫描平面是有限的,则截断的能 丢失,这些丢失的能量就会影响到被测天线的方向图

    B.11探头z轴位置误差

    探头名轴位置的误差对近扫描架轴处影响最大,该误差为0.01d

    探头轴位置的误差对近扫描架轴处影响最大.该误差为0.01d

    探头和被测天线之间的多次反射可以通过更改探头到天线之间的距离技术标准,并比较多次扫描结果来进 行鉴别。

    B.13接收机幅度线性度

    (机幅度线性度误差可通过接收机校准的不确定厚

    B.15接收机动态范围

    妾收机动态范围误差可以通过接收机校准的不确定度得到。

    设备安装施工组织设计 暗室散射误差是在近场范围内扫描架、

    暗室散射误差是在近场范围内扫描架、 、天花板和其他房间内的固体造成的影响

    由于线缆连接头、线缆和旋转关节而产生的泄露和串扰会对测试结果产生一定的误差。

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