Ku波段0.9 m动中通天线罩插入损耗的均匀性测量

陈　辉，秦顺友

（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄　050081）



Ku波段0.9 m动中通天线罩插入损耗的均匀性测量

陈辉，秦顺友

（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081）

摘要：插入损耗是天线罩的重要性能指标之一。简述了Ku波段0.9 m动中通天线罩的基本特性。介绍了远场法测量天线罩插入损耗的原理方法。提出了转动天线罩方位，抬高座架以改变天线夹板角，实现天线罩插入损耗均匀性测量。最后给出了Ku波段0.9 m动中通天线罩插入损耗测量结果，测量结果同理论预算基本吻合。

关键词：Ku波段；天线罩；插入损耗；均匀性测量

0　引言

天线罩是用来保护天线在载体运动过程中不受恶劣天气的影响，保证各种环境条件下的实时通信需求，具有足够安全系数、高透波率、低反射和低损耗特性的一种介质外壳。随着卫星通信领域需求旺盛和快速发展的要求，在军民领域有着极为广泛的应用前景[1⁃2]。如雷达天线罩、动中通天线罩和卫星通信地面站天线罩等[3⁃5]。天线在带罩的情况下，由于罩的影响，将引起天线性能的恶化，如天线方向图旁瓣电平升高、波束展宽、瞄准轴偏移和增益降低等[6⁃7]。传输损耗是天线罩最重要的技术指标之一，因此研究天线罩的传输损耗测量方法，不仅具有重要的科学价值，而且具有重要的工程应用价值。

传统常用传输的方法测量天线罩或天线罩材料的损耗。在文献[8]中介绍了天线罩材料测量的一种精确方法，文献[9]介绍了利用方向图积分法测量大型整体天线罩小损耗的方法。

本文简述了Ku波段0.9 m动中通天线罩的基本特性。介绍了远场法测量天线罩插入损耗的原理方法。提出了通过转动天线罩方位和抬高座架后端以改变天线夹板角，实现天线罩插入损耗均匀性测量的方法。最后给出了Ku波段0.9 m动中通天线罩插入损耗测量结果，测量结果同理论预算基本吻合。

1　Ku波段0　.9　m天线罩的基本特性

Ku频段0.9 m天线罩模型如图1所示，直径1 350 mm，高度490 mm，罩壁形式为夹层结构，上、下蒙皮采用介电常数相对较大、比较致密的玻璃纤维复合材料，芯材采用介电常数相对较小、密度较低的nomex蜂窝，通过热压罐成型工艺制备[10]。天线罩工作的发射频率为14.0～14.5 GHz，接收频率为12.25～12.75 GHz，插入损耗要求≤0.25 dB。

天线罩与天线的位置关系如图2所示，从图中可以看出天线在天线罩中的俯仰⁃方位运动情况，从而知道电磁波入射角方向，而入射角方向不同，则天线罩插入

损耗不同。天线夹板角是指天线对准卫星源最大波束方向与天线载体底板的夹角。

图1　Ku波段0.9 m动中通天线罩模型

图2　天线罩与天线位置关系示意图

2　天线罩插入损耗的均匀性测量原理

远场法测量天线罩插入损耗的原理方框图，如图3所示。图3中，R为测试距离，R应满足远场测试距离条件，即，其中：D为待测天线最大尺寸；λ为工作波长。

图3　远场法测量天线罩插入损耗原理方框图

远场法测量天线罩插入损耗的原理方法是：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插入损耗。由功率传输方程可知，天线带罩和不带罩情况下，接收信号的功率电平分别为[11]：

式中：Pr1为带罩频谱仪接收的功率信号电平；Pr2为不带罩频谱仪接收的功率信号电平；Po为信号源的输出功率；Gt为发射天线的增益；Gr为待测天线的增益；La为发射电缆的损耗；Lb为接收电缆的损耗；Lr为天线罩的损耗；R为收发天线间的距离；λ为工作波长。

需要指出的是：式（1）和式（2）是在两天线极化匹配，均以最大增益方向对准，且在自由空间传输条件下得出的。

由式（1）和式（2）可求得天线罩的插入损耗：

天线罩插入损耗用分贝表示为：

天线罩插入损耗均匀性测量是指待测天线对准发射喇叭，转动天线罩方位，以实现天线罩在某一俯仰角的方位均匀性测量；然后抬高座架后端以改变天线夹板角，即改变天线罩俯仰角，再次转动天线罩方位，实现天线罩在不同俯仰角的各个方位的均匀性测量。

3　天线罩测量方法及程序

天线罩插入损耗测量的方法程序如下：

（1）按照图3所示，建立测试系统，打开仪器设备，加电预热至工作正常；

（2）将发射喇叭和待测天线极化匹配，两者的最大增益方向对准；

（3）待测天线在带罩和不带罩的情况下，由频谱仪测量接收功率电平（单位：dBm），分别记为Pr1和Pr2；

（4）由式（4）计算出天线罩插入损耗；

（5）转动天线罩方位面，测量不同方位角度天线罩插入损耗；

（6）抬高座架后端以改变天线夹板角，再次重复步骤（2）～（5），同理测量天线罩俯仰方向的插入损耗；

（7）最后处理测量数据，可得天线罩在各个方向的插入损耗曲线。

4　测量实例

待测天线罩实物图片，如图4所示。

图4　待测天线罩实物图片

某工程应用的Ku波段0.9 m动中通天线罩插入损

耗测量结果，如图5，图6所示。图5为天线罩Ku接收频段典型的插入损耗测量结果，测试频率为12.5 GHz。图6为天线罩Ku发射频段典型的插入损耗测量结果，测试频率为14.25 GHz。

图5　天线罩接收插入损耗测量结果

图6　天线罩发射插入损耗测量结果

测试结果表明：在设计的工作频段内，测量的天线罩在25°夹板角插入损耗≤0.27 dB，且插入损耗随夹板角的变小而增大，在误差允许范围内，与理论预算吻合得很好。

为了提高测量精度，测试过程中应保持天线罩方位均匀转动，以避免震动对测试的影响；天线座架后端抬高改变夹板角后，应重新将待测天线增益最大方向对准；每个位置接收功率取值不应少于5次，再取均值。

5　结语

插入损耗是天线罩的重要性能指标之一。本文简述了Ku波段0.9 m动中通天线罩基本特性。介绍了利用功率传输的方法测量天线罩插入损耗的方法，提出了转动天线罩方位，抬高座架以改变天线夹板角，实现天线罩插入损耗的均匀性测量。该方法简便易行，在实际工程测量中值得推广应用。

参考文献

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[2]戚仁欣.雷达罩结构及其应用[J].电子机械工程，2001（2）：2⁃8.

[3]金勇.天线罩在地面天线系统中的应用[J].现代电子技术，2005，28（20）：4⁃5.

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[5]张家林，吕雪松.高性能动中通天线罩设计、制造和应用[J].玻璃钢/复合材料，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]王向晖，陈士举，袁健全.天线罩相关参数的改变对天线方向图影响[J].制导与引信，2007，28（1）：30⁃32.

[8]李振兴.天线罩介质损耗的精确测量[J].现代雷达，2002，24 （1）：81⁃83.

[9]秦顺友，张文静，许德森.大型天线罩小损耗测量的一种新方法[J].电子测量与仪器学报，2005，19（3）：18⁃21.

[10]王海东，李金良，宁晓磊，等.复合材料多频选择性天线副反射面的研制[J].玻璃钢/复合材料，2014（7）：65⁃68.

[11]秦顺友，许德森.卫星通信地面站天线工程测量技术[M].北京：人民邮电出版社，2006.

秦顺友（1964—），男，河南光山县人，研究员，硕士研究生导师，中国电子学会高级会员。主要从事研究的领域为微波

测量技术、卫星通信地面站天线工程测量技术、微弱信号检测、电磁干扰测量等。

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

作者简介：陈辉（1969—），男，河北石家庄人，高级工程师。主要从事研究的领域为微波与天线测量技术、微弱信号检测、EMC/ EMI测量等。曾获部级科技进步奖一项，国家发明专利二项，在国内学术刊物和学术会议上发表论文多篇。

收稿日期：2015⁃05⁃30

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

中图分类号：TN965+.2⁃34；TM934.6

文献标识码：A

文章编号：1004⁃373X（2016）01⁃0065⁃03