喇叭天线增益的测量与修正
作者：罗林
来源：《新媒体研究》2015年第08期
摘 ;要 ;介绍了利用两相同天线法对角锥喇叭天线进行增益测量的方法，并对其增益测量误差进行了分析，给出了误差修正方法。文中还介绍了角锥喇叭天线的增益理论计算方法，通过增益理论计算值和经过误差修正后的实测增益值的比较，证明了该误差修正方法的有效性和必要性。
关键词 ;角锥喇叭天线;增益;误差修正
中图分类号 ;G2 ; ; ;文献标识码 ;A ; ; ;文章编号 ;2096-0360（2015）08-0020-03
测量天线增益的方法分成相对增益测量和绝对增益测量两大类[1-2]。在实际应用中，采用相对增益测量法中的增益比较法较为普遍。比较法测量天线增益的实质就是将待测天线的增益与已知天线的标准增益进行比较而得出待测天线的增益。所用标准增益天线就是天线增益测量的主要误差源，必须认真标校。 1 ;标准增益天线
在微波波段，广泛把角锥喇叭天线作为标准增益天线。我们选用L波段的角锥喇叭天线作为分析对象，对其进行增益理论计算与实测结果的比较。该角锥喇叭天线的尺寸如图1所示。 图1 ;L波段天线的外形尺寸
其中，a=165.18 mm，b=82.55 mm，A=800 mm， B=790 mm，h=1 000 mm，R1=1 257 mm，R2= 1 113.8 mm。
2 ;角锥喇叭增益的理论计算 角锥喇叭的增益计算公式为[3]： （1） —口径效率。
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口径效率包含口径渐削效率和相位效率。其中，口径渐削效率分解为E面口径渐削效率ATLE和H面口径渐削效率ATLH，相位效率则分解为E面平方相位误差损耗PELE和H面平方相位误差损耗PELH，则公式（1）改写为以dB表示的形式为[4]： （2）
角锥喇叭的E面为均匀分布，ATLE=0dB ;H面为余弦分布，ATLH=0.91dB。
平方相位误差损耗首先根据式（3）和式（4）计算出二次式相位分布常数S，再查表1得出损
耗值[4]。 （3） （4）
根据式（2）计算出的喇叭增益值如表2所示。 3 ;角锥喇叭增益的测量 3.1 ;增益的测量
采用两相同天线法进行喇叭增益的测量，测试框图如图2所示。 表1 ;平方相位误差损耗（dB） S PELE（dB） PELH（dB） 0.05 0.04 0.02 0.10 0.15 0.07 0.15 0.34 0.16 0.20 0.62 0.29 0.25 0.97 0.45 0.30 1.40 0.65 0.35 1.92 0.88
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0.40 2.54 1.14 0.45 3.24 1.43 0.50 4.04 1.75 0.55 4.93 2.09 0.60 5.91 2.44 0.65 6.96 2.82 0.70 8.04 3.20 0.75 9.08 3.58 0.80 9.98 3.95 0.85 10.60 4.31 0.90 10.87 4.65 0.95 10.80 4.97 1.00 10.50 5.25
表2 ;喇叭理论增益（dB） 频率（GHz） 理论增益（dB） 1.1 17.95 1.2 18.43 1.3 18.84 1.4 19.15 1.5 19.41 1.6 19.59 1.7 19.72 图2 ;测试框图
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由传输公式[1-2]： （5）
式中：Pr-接收天线最大接收功率; Pt-发射天线的输入功率; Gr-接收天线增益; Gt-发射天线增益; R-收发天线间的距离; λ-工作波长。
由于接收和发射天线完全相同，即Gr=Gt=G，用dB表示得： （6）
将测得的参数代入公式内计算。为了减小测量误差，我们将Pr/Pt取为收发天线互换测试的平均值。又由于测得的P12（dB）、P21（dB）值中包含了波导同轴变换损耗L，应将这项损耗扣除。于是可得计算式为： （7）
3.2 ;测量误差的分析与修正 增益测量的误差来源有： 1）阻抗失配。 2）极化失配。
3）有限测试距离引起的测试误差。 4）仪器测量误差。
上述第1）项在保证收发链路良好匹配的前提下，忽略不计。通过认真架设收发喇叭，一般极化失配引入的误差可略去。仪器测量误差带有随机性，约0.05dB，也略去不计。因此，我们只对第3）项误差进行分析计算与修正。
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有限测试距离引起增益测试误差的修正系数ΔG为[2]： （8）
用dB表示，则有 （9）
通过计算H、T、P、N各参数[2]，查表3、表4得到各频点的E面修正系数ΔGE和H面修正系数ΔGH，从而求出ΔG。 （10） （11） （12） （13）
表3 ;角锥喇叭E面增益修正系数ΔGE（dB） H ΔGE T 32 64 2.0 0.52 0.263 2.5 0.426 0.210 3.0 0.362 0.175 3.5 0.317 0.150 4.0 0.284 0.133 5.0 0.237 0.108
表4 ;角锥喇叭H面增益修正系数ΔGH（dB） P ΔGH
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N 32 64 2.0 0.209 0.104 2.5 0.181 0.089 3.0 0.159 0.077 3.5 0.141 0.067 4.0 0.127 0.060 5.0 0.107 0.049
那么经过修正的增益值应为： G测量（dB）=G（dB）-ΔG（dB）
求得的增益修正值ΔG（dB）见表5，增益测试值与理论值的对比如表6所示。 表5 ;有限测试距离引起的增益测试误差 频率（GHz） ΔGE ΔGH ΔG（dB） 1.1 0.2 0.1 -0.08 1.2 0.25 0.12 -0.13 1.3 0.29 0.13 -0.17 1.4 0.33 0.15 -0.21 1.5 0.36 0.16 -0.26 1.6 0.40 0.18 -0.32 1.7 0.43 0.19 -0.38
表6 ;增益理论值与实测值的对比 频率
（GHz） 增益 G测量 -G理论（dB）
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G理论（dB） G测量（dB） 1.1 17.95 17.89 -0.06 1.2 18.43 18.44 0.01 1.3 18.84 18.88 0.04 1.4 19.15 19.24 0.09 1.5 19.41 19.50 0.09 1.6 19.59 19.69 0.1 1.7 19.72 19.79 0.07 4 ;结论
实际测量天线增益的时候，不可能使两天线相距无限远，而只能在有限测试距离上完成。本文中，对利用两相同天线法测量得出的角锥喇叭增益值进行有限测试距离误差修正后与理论计算的增益值差别很小，因此该误差修正方法是十分有效和必要的。 参考文献
[1]王玖珍，薛正辉.天线测量实用手册[M].北京：人民邮电出版社，2013. [2]张福顺，张进民.天线测量[M].西安：西安电子科技大学，2009.
[3]Warren L.Stutzman，Gary A.Thiele.天线理论与设计[M].2版.北京：人民邮电出版社，2006.
[4]Thomas A.Milligan.现代天线设计[M].2版.北京：电子工业出版社，2012.
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