Ku波段0.9 m動中通天線罩插入損耗的均勻性測量

陳　輝，秦順友

（中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊　050081）

?

Ku波段0.9 m動中通天線罩插入損耗的均勻性測量

陳輝，秦順友

（中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊050081）

摘要：插入損耗是天線罩的重要性能指標(biāo)之一。簡述了Ku波段0.9 m動中通天線罩的基本特性。介紹了遠(yuǎn)場法測量天線罩插入損耗的原理方法。提出了轉(zhuǎn)動天線罩方位，抬高座架以改變天線夾板角，實現(xiàn)天線罩插入損耗均勻性測量。最后給出了Ku波段0.9 m動中通天線罩插入損耗測量結(jié)果，測量結(jié)果同理論預(yù)算基本吻合。

關(guān)鍵詞：Ku波段；天線罩；插入損耗；均勻性測量

0　引言

天線罩是用來保護天線在載體運動過程中不受惡劣天氣的影響，保證各種環(huán)境條件下的實時通信需求，具有足夠安全系數(shù)、高透波率、低反射和低損耗特性的一種介質(zhì)外殼。隨著衛(wèi)星通信領(lǐng)域需求旺盛和快速發(fā)展的要求，在軍民領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用前景[1?2]。如雷達(dá)天線罩、動中通天線罩和衛(wèi)星通信地面站天線罩等[3?5]。天線在帶罩的情況下，由于罩的影響，將引起天線性能的惡化，如天線方向圖旁瓣電平升高、波束展寬、瞄準(zhǔn)軸偏移和增益降低等[6?7]。傳輸損耗是天線罩最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，因此研究天線罩的傳輸損耗測量方法，不僅具有重要的科學(xué)價值，而且具有重要的工程應(yīng)用價值。

傳統(tǒng)常用傳輸?shù)姆椒y量天線罩或天線罩材料的損耗。在文獻[8]中介紹了天線罩材料測量的一種精確方法，文獻[9]介紹了利用方向圖積分法測量大型整體天線罩小損耗的方法。

本文簡述了Ku波段0.9 m動中通天線罩的基本特性。介紹了遠(yuǎn)場法測量天線罩插入損耗的原理方法。提出了通過轉(zhuǎn)動天線罩方位和抬高座架后端以改變天線夾板角，實現(xiàn)天線罩插入損耗均勻性測量的方法。最后給出了Ku波段0.9 m動中通天線罩插入損耗測量結(jié)果，測量結(jié)果同理論預(yù)算基本吻合。

1　Ku波段0　.9　m天線罩的基本特性

Ku頻段0.9 m天線罩模型如圖1所示，直徑1 350 mm，高度490 mm，罩壁形式為夾層結(jié)構(gòu)，上、下蒙皮采用介電常數(shù)相對較大、比較致密的玻璃纖維復(fù)合材料，芯材采用介電常數(shù)相對較小、密度較低的nomex蜂窩，通過熱壓罐成型工藝制備[10]。天線罩工作的發(fā)射頻率為14.0～14.5 GHz，接收頻率為12.25～12.75 GHz，插入損耗要求≤0.25 dB。

天線罩與天線的位置關(guān)系如圖2所示，從圖中可以看出天線在天線罩中的俯仰?方位運動情況，從而知道電磁波入射角方向，而入射角方向不同，則天線罩插入

損耗不同。天線夾板角是指天線對準(zhǔn)衛(wèi)星源最大波束方向與天線載體底板的夾角。

圖1　Ku波段0.9 m動中通天線罩模型

圖2　天線罩與天線位置關(guān)系示意圖

2　天線罩插入損耗的均勻性測量原理

遠(yuǎn)場法測量天線罩插入損耗的原理方框圖，如圖3所示。圖3中，R為測試距離，R應(yīng)滿足遠(yuǎn)場測試距離條件，即，其中：D為待測天線最大尺寸；λ為工作波長。

圖3　遠(yuǎn)場法測量天線罩插入損耗原理方框圖

遠(yuǎn)場法測量天線罩插入損耗的原理方法是：利用頻譜儀測量天線帶罩和不帶罩情況下接收信號的功率電平，計算兩者的差值即為天線罩的插入損耗。由功率傳輸方程可知，天線帶罩和不帶罩情況下，接收信號的功率電平分別為[11]：

式中：Pr1為帶罩頻譜儀接收的功率信號電平；Pr2為不帶罩頻譜儀接收的功率信號電平；Po為信號源的輸出功率；Gt為發(fā)射天線的增益；Gr為待測天線的增益；La為發(fā)射電纜的損耗；Lb為接收電纜的損耗；Lr為天線罩的損耗；R為收發(fā)天線間的距離；λ為工作波長。

需要指出的是：式（1）和式（2）是在兩天線極化匹配，均以最大增益方向?qū)?zhǔn)，且在自由空間傳輸條件下得出的。

由式（1）和式（2）可求得天線罩的插入損耗：

天線罩插入損耗用分貝表示為：

天線罩插入損耗均勻性測量是指待測天線對準(zhǔn)發(fā)射喇叭，轉(zhuǎn)動天線罩方位，以實現(xiàn)天線罩在某一俯仰角的方位均勻性測量；然后抬高座架后端以改變天線夾板角，即改變天線罩俯仰角，再次轉(zhuǎn)動天線罩方位，實現(xiàn)天線罩在不同俯仰角的各個方位的均勻性測量。

3　天線罩測量方法及程序

天線罩插入損耗測量的方法程序如下：

（1）按照圖3所示，建立測試系統(tǒng)，打開儀器設(shè)備，加電預(yù)熱至工作正常；

（2）將發(fā)射喇叭和待測天線極化匹配，兩者的最大增益方向?qū)?zhǔn)；

（3）待測天線在帶罩和不帶罩的情況下，由頻譜儀測量接收功率電平（單位：dBm），分別記為Pr1和Pr2；

（4）由式（4）計算出天線罩插入損耗；

（5）轉(zhuǎn)動天線罩方位面，測量不同方位角度天線罩插入損耗；

（6）抬高座架后端以改變天線夾板角，再次重復(fù)步驟（2）～（5），同理測量天線罩俯仰方向的插入損耗；

（7）最后處理測量數(shù)據(jù)，可得天線罩在各個方向的插入損耗曲線。

4　測量實例

待測天線罩實物圖片，如圖4所示。

圖4　待測天線罩實物圖片

某工程應(yīng)用的Ku波段0.9 m動中通天線罩插入損

耗測量結(jié)果，如圖5，圖6所示。圖5為天線罩Ku接收頻段典型的插入損耗測量結(jié)果，測試頻率為12.5 GHz。圖6為天線罩Ku發(fā)射頻段典型的插入損耗測量結(jié)果，測試頻率為14.25 GHz。

圖5　天線罩接收插入損耗測量結(jié)果

圖6　天線罩發(fā)射插入損耗測量結(jié)果

測試結(jié)果表明：在設(shè)計的工作頻段內(nèi)，測量的天線罩在25°夾板角插入損耗≤0.27 dB，且插入損耗隨夾板角的變小而增大，在誤差允許范圍內(nèi)，與理論預(yù)算吻合得很好。

為了提高測量精度，測試過程中應(yīng)保持天線罩方位均勻轉(zhuǎn)動，以避免震動對測試的影響；天線座架后端抬高改變夾板角后，應(yīng)重新將待測天線增益最大方向?qū)?zhǔn)；每個位置接收功率取值不應(yīng)少于5次，再取均值。

5　結(jié)語

插入損耗是天線罩的重要性能指標(biāo)之一。本文簡述了Ku波段0.9 m動中通天線罩基本特性。介紹了利用功率傳輸?shù)姆椒y量天線罩插入損耗的方法，提出了轉(zhuǎn)動天線罩方位，抬高座架以改變天線夾板角，實現(xiàn)天線罩插入損耗的均勻性測量。該方法簡便易行，在實際工程測量中值得推廣應(yīng)用。

參考文獻

[1]敖遼輝.天線罩技術(shù)發(fā)展[J].電訊技術(shù)，2000（2）：14?15.

[2]戚仁欣.雷達(dá)罩結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用[J].電子機械工程，2001（2）：2?8.

[3]金勇.天線罩在地面天線系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005，28（20）：4?5.

[4]夏彬，馮軍.地面衛(wèi)星站天線罩技術(shù)[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2004（5）：26?29.

[5]張家林，呂雪松.高性能動中通天線罩設(shè)計、制造和應(yīng)用[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2013（1）：56?59.

[6] KOZAKOFF D J，CIANO R. Antenna radome effects on high performance SATCOM antenna system [EB/OL]. [2013?12?07]. http：//www.antennasonline.com/ conferences/wp?content/uploads/ 2013/12/Kozakoff_USDigiComm.pdf.

[7]王向暉，陳士舉，袁健全.天線罩相關(guān)參數(shù)的改變對天線方向圖影響[J].制導(dǎo)與引信，2007，28（1）：30?32.

[8]李振興.天線罩介質(zhì)損耗的精確測量[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2002，24 （1）：81?83.

[9]秦順友，張文靜，許德森.大型天線罩小損耗測量的一種新方法[J].電子測量與儀器學(xué)報，2005，19（3）：18?21.

[10]王海東，李金良，寧曉磊，等.復(fù)合材料多頻選擇性天線副反射面的研制[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2014（7）：65?68.

[11]秦順友，許德森.衛(wèi)星通信地面站天線工程測量技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2006.

秦順友（1964—），男，河南光山縣人，研究員，碩士研究生導(dǎo)師，中國電子學(xué)會高級會員。主要從事研究的領(lǐng)域為微波

測量技術(shù)、衛(wèi)星通信地面站天線工程測量技術(shù)、微弱信號檢測、電磁干擾測量等。

Uniformity measurement of insertion loss of Ku?band 0.9 m radome for satellite communication in motion

CHEN Hui，QIN Shunyou
（The 54th Research Institute of CETC，Shijiazhuang 050081，China）

Abstract：Insertion loss is one of the important performance indexes of the radome. The basic characteristics of Ku?band 0.9 m radome for satellite communication in motion（SCM）are described briefly. The principle and method that the far field method is used to measure the radome insertion loss are introduced. By means of turning the radome azimuth and raising the seat frame to change the angle of antenna splint，the uniformity measurement of the radome insertion loss is realized. The mea?surement results of insertion loss for Ku?band 0.9 m radome for SCM are given，which are basically identical with the theory computing results.

Keywords：Ku?band；radome；insertion loss；uniformity measurement

作者簡介：陳輝（1969—），男，河北石家莊人，高級工程師。主要從事研究的領(lǐng)域為微波與天線測量技術(shù)、微弱信號檢測、EMC/ EMI測量等。曾獲部級科技進步獎一項，國家發(fā)明專利二項，在國內(nèi)學(xué)術(shù)刊物和學(xué)術(shù)會議上發(fā)表論文多篇。

收稿日期：2015?05?30

doi：10.16652/j.issn.1004?373x.2016.01.018

中圖分類號：TN965+.2?34；TM934.6

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1004?373X（2016）01?0065?03