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中华人民共和国国家标准卫星电视地球接收站测量方法天线测量发布实施国家技术监督局发布前言本标准为卫星电视地球接收站天线测量方法根据卫星电视地球接收站通用技术条件中所要求的电性能对卫星电视地球接收站测量方法天线测量进行修改随着科学技术的发展检测仪器不断更新原国标已不能适应检测要求必须修改本标准对原版的内容主要作了如下修改删去射电星测量法增加卫星法用频谱分析仪扫频测量天线噪声温度本标准从实施之日起同时代替本标准由中华人民共和国电子工业部提出本标准由电子工业部标准化研究所归口本标准起草单位电子工业部第五十四研究所广播电影电视部广播科学研究院本标准主要起草人王久珍赵鹏本标准于年月首次发布年月第一次修订中华人民共和国国家标准卫星电视地球接收站测量方法天线测量代替国家技术监督局批准实施范围本标准规定了卫星电视地球接收站天线性能指标的定义测量条件和测量方法本标准适用于卫星电视地球接收站天线性能测量引用标准下列标准所包含的条文通过在本标准中的引用而构成为本标准的条文本标准出版时所示版本均为有效所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性卫星电视地球接收站测量方法系统测量电信术语天线定义除下列定义外本标准采用中的定义天线分系统天线分系统是卫星电视接收设备的一部分它由天线和馈源网络组成见图图天线分系统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极化器和一段过渡波导通过波导馈线接到室外单元增益标准天线增益标准天线是一种具有确定结构并经过精确校准的天线天线的增益系数与方向性系数数值上接近相等另外天线增益系数的计算值与实测值很接近所以常用喇叭天线作为测试微波天线增益的比较标准视轴方向视轴方向即电轴方向是由天线辐射性能确定的轴方向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极化极化是描述电场矢量端点随时间变化的轨迹的形状和取向在一个电磁振荡周期内端点轨迹可以是椭圆圆或直线相应地称该极化为椭圆极化圆极化或线极化交叉极化鉴别率接收天线的交叉极化鉴别率是天线从给定方向上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由功率相等但极化正交的同一远场区辐射源所接收的功率之比天线功率增益天线功率增益意指相对于各向同性的无耗源的总增益它是两个正交极化的增益分量的总和如果指某一极化的增益就应表明这种极化例如右旋圆极化增益或水平线极化增益等接收天线增益的定义也可以从有效面积导出见公式公式式中工作波长接收天线的有效面积接收天线匹配终端上的有效功率接收天线口面上的平面波的单位面积功率天线方向图接收天线方向图是天线接收等幅平面波能力随天线指向角度变化情况的图形描述照射被测天线的该一等幅平面波由设置在远区的某一固定点源产生接收能力的大小表现为连接天线的接收机所显示的功率电平当被测天线的极化与远区源天线的极化一致时称所得的方向图为天线的同极化方向图当被测天线的极化与远区源天线的极化正交时称所得的方向图为天线的交叉极化方向图交叉极化方向图的电平应按同极化方向图的峰值归一化测量方向图时依改变天线指向角度的旋转轴的取向不同得到不同平面的方向图当旋转轴与天线的方位或俯仰轴一致时所得的方向图称为水平或铅垂面方向图当旋转轴与天线的极化面成和角时所得的方向图称为面方向图面方向图和面方向图测量方法大气条件一般为现场大气环境条件要求晴天微风环境条件在满足天线远场准则的测试场区内不应有任何建筑物树木等引起反射的物体对测量仪器的要求信号源频率须保持稳定要求内频率稳定度量级输出功率一般要求如不满足要求可加接功率放大器频谱分析仪分辨带宽在小于时仍能稳定地工作动态范围须在以上对测试场地的要求为了确定远场天线的性能理想的测试场地应提供均匀振幅的平面波照射天线口面这里规定采用近于理想的自由空间测试场地在该场区内要将周围物体的影响减小到最小这些影响包括测试场地表面的反射源天线和测试塔的反射也可以采用反射测试场通常规定入射到待测天线口径中心与边缘的相位差小于由此确定最小测试距离为式中待测天线口面直径工作波长待测天线至信号源的距离天线功率增益天线功率增益的测量通常用直接比较法调幅信号法直接校准法卫星法及射电星测量法本标准推荐用直接比较法和卫星法直接比较法测量原理增益测量的比较法就是比较增益标准天线与被测天线从相同距离的辐射源接收到的信号电平其测量框图如图所示图直接比较法测量框图测量步骤按图连接好设备开关打到被测天线调整被测天线与辐射源对准极化匹配记录接收的功率电平将开关打到增益标准天线对准辐射源上下连续地改变增益标准天线的高度记录接收信号电平的最大值和最小值被测天线功率增益由公式和表示式中被测天线功率增益增益标准天线在测试频率上的增益被测天线接收电平地面反射修正系数增益标准天线接收最大电平增益标准天线接收最小电平卫星法测量原理利用同步卫星上信标作信号源对待测天线的方位和俯仰方向图波束宽度进行测定然后根据经验公式导出待测天线的增益计算公式式中为方位和俯仰波束宽度测量步骤设备按图连接图天线接收特性测量框图精确对准所选择的卫星接收卫星信标并微调天线使之达到电平最大分别测出待测天线俯仰与方位的方向图并确定出与依据公式计算出天线增益测定其他频率点选择另一颗卫星时步骤同注本方法也适用于远场测量天线噪声温度天线噪声温度的测量通常用因子法测量原理用因子法测量天线噪声温度由公式表示式中测试环境温度低噪声放大器噪声温度因子定义式中分别为常温标准负载和天线的噪声功率测量步骤预先用标准冷热负载对低噪声放大器的噪声温度进行标校按图连接设备在测试现场可不带冷负载图测量天线噪声温度的设备配置将低噪声放大器与常温负载相连频谱分析仪面板控制器如下设置频率跨度按规定工作频段预置衰减器中心频率按规定预置如分辨带宽接通低噪声放大器电源扫描出规定频段内的噪声功率曲线并存储得将低噪声放大器与天线相连在规定的天线仰角上重复步骤得打印并记录测试结果及测试环境温度曲线上查对应频率点的因子用公式公式计算相应频率点天线噪声温度天线分系统的噪声温度含网络与天线噪声温度的关系测量的参考点在天线网络的输出法兰盘处而考察天线噪声温度的参考点在初级辐射器的输出端口假定馈源网络的损耗为则与之间的关系见公式式中测试环境温度天线电压驻波比或回波损耗测量原理假定天线的输入阻抗为当它与某一标称阻抗为的传输系统连接时由于阻抗失配而在后一传输系统中产生电压反射系数为的反射波这一阻抗失配的程度通常用电压驻波比或回波损耗表示也可以用反射系数表示上述各参数之间的关系见公式公式测量方法天线的电压驻波比或回波损耗用点频法或扫频法测量点频法测量点频法测量的设备配置见图测量精度主要取决于测量线本身的精度良好的系统配置通常电压驻波比的测量精度约在以内图测量电压驻波比的设备配置测量时首先在测量线输出端口接短路器在测量频率点上标定指示刻度然后去掉短路器接被测天线按照标定刻度可直接读出被测天线的扫频法扫频法的设备配置见图定向耦合器方向性对测量精度影响较大通常要求有以上的方向性图扫频法的设备配置频谱分析仪在这里是作为扫频接收机用测量时首先在测量网络如定向耦合器的输出端口接短路器在工作频段范围内作的校准曲线并储存然后接被测天线对工作频段内的回波损耗进行扫频并打印测量结果结果表示法测量结果应以曲线或带标度示波器上的照片或打印机绘制的曲线图表示当结果不用图形表示时应按下列表示在工作频段范围内回波损耗大于还应给出各种情况下测量结果的最大误差天线方向图测量原理被测天线与源天线轴向对准受源天线均匀入射场照射在指定的频率和极化状态下测量转台在所需的平面所需的角度范围内转动同时记录接收信号按选定的采样间隔采集数据实时或事后显示方向图数据测量天线方向图设备配置测量天线方向图设备配置如图所示图测量天线方向图设备配置测量步骤按照要求架设源天线和被测天线将被测天线对准源天线并标定方位或俯仰刻度零度位被测天线绕天线的方位或俯仰轴连续或步进地旋转其指向角度同时记下表示为角度函数的接收功率电平结果表示无论是同极化方向图还是交叉极化方向图都应按同极化方向图的峰值归一化完整的方向图数据还须注明下列各项测量频率天线极化测量的平面当结果不用图形表示时应按下列给出典型数据如半功率波瓣宽度第一旁瓣电平广角旁瓣包络符合或不符合技术条件规定天线极化线极化天线的交叉极化鉴别率测量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置于最大增益位置记录接收功率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交叉极化鉴别率由公式给出圆极化天线轴比被测天线安装在测试场用位于远区的标准线极化源天线照射两天线按精确地设置在最大增益的位置上源天线围绕它的波束轴至少转动观测接收最大功率和最小功率轴比表示见公式