一种短波天线极化方向图的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种短波天线极化方向图的测试方法，采用无人机搭载标校后的三坐标电小环天线，同步独立接收空间三正交电场分量，根据接收的三正交电场分量及理论修正模型得出总电场强度、极化倾角以及轴比等极化参数。本发明专利技术所公开短波天线极化方向图的测试方法，通过一次完整的飞行测试即可得出实地环境下短波天线整个上半空间的极化特性。与现有的短波天线方向图测试方法相比，本发明专利技术方法能够获取实地环境下短波天线在上半空间任意方向的极化特性，从而能够得出对短波天线远场辐射方向图的完整描述。图的完整描述。图的完整描述。

【技术实现步骤摘要】
一种短波天线极化方向图的测试方法


[0001]本专利技术属于短波天线测试领域，特别涉及该领域中的一种短波天线极化方向图的测试方法。

技术介绍

[0002]短波天线通常体积庞大、结构复杂，不易移动或旋转，而且其辐射性能与架设环境密不可分。因此，短波天线的辐射场测试常采用固定天线法在架设现场进行。
[0003]固定天线法分为地面测试和空中测试两种。地面测试是以待测天线为中心，在地平面半径为r的扇形或圆形区域内，选取一系列的方位测试点，在各点进行测量，从而获得其地平面的方向图特性。但地面测试只限于水平面测试，无法进行垂直面测试，并且由于短波天线的主瓣往往不在地平面内，一般有一定仰角，因此该方法难以获得真实的主瓣特性。
[0004]相对来说空中测试法较为全面、灵活，是国内外普遍采用的测试方法。该方法仍然是待测天线固定不动，将辅助天线安装在气球、飞艇、飞机等飞行器上。飞行器上携带接收或发射设备，绕待测天线在所需测试的平面内作圆周运动，从而获得该平面的方向特性。除了非常低的仰角外，空中测试法可对短波天线整个上半空间的远场特性进行测试。该方法在测量路线的选择上较为灵活方便，受地面环境影响较小，测量误差较低。
[0005]1973年美国斯坦福研究所开发了一种短波天线方向图测量系统(XELEDOP)，该系统利用直升飞机分别拖曳水平和垂直极化天线在距待测天线一定距离的球面上飞行并发射信号，可分别测得待测天线不同极化的方向图。但拖曳天线的姿态容易受飞行速度、环境条件影响，存在极化失配误差；在不同仰角上垂直极化天线相对待测天线的辐射增益不同，需要根据理论值进行归一化。
[0006]自2005年起，国内采用空中测试方法，利用系留飞艇、载人飞艇及固定翼无人机等携带垂直或水平极化天线，对国内的短波对数周期天线、水平偶极子阵列天线等进行了实地的远场方向图测试，但由于极化失配及飞行平台的诸多影响，实际测试结果并不理想。
[0007]上述方法由于采用单一线极化的辅助天线进行测试，仅能测量相应极化的场分量，无法测量短波天线的增益方向图，更无法测量短波天线的极化方向图。这对于天线辐射方向图来说是一种不完整的描述，因为架设于实际地面的短波水平极化天线存在交叉极化分量，并且在不同方向的交叉极化分量大小不同。对辐射方向图的完整描述需要把极化特性作为方向的函数来加以测量，特别是在偏离辐射主瓣方向上，极化特性可能与设计值有很大区别。截止目前，尚未发现关于实际地面上短波天线极化方向图测试方法的公开报道。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种适用于实地环境下短波天线极化方向图的测试方法。
[0009]本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种短波天线极化方向图的测试方法，采用无人机搭载标校后的三坐标电小环天
线，同步独立接收空间三正交电场分量，根据接收的三正交电场分量及理论修正模型得出总电场强度、极化倾角以及轴比等极化参数。由于三正交电场分量可以完整的表述任意极化的空间场强，因此无人机以待测短波天线为中心，单次空中飞行即可测出相应波束立体角范围内的极化方向图和短波天线上半空间的辐射场强幅度及极化倾角随方位或仰角的变化情况，包括如下步骤：
[0011]步骤1，设计三坐标电小环天线作为辅助接收天线，三坐标电小环天线包括三个电小环天线，三个电小环天线的直径及匹配网络完全相同，三个电小环天线按圆心共点三正交组装，在3MHz～30MHz分别对每个电小环天线的天线系数进行校准，以确保三个电小环天线的天线系数相同，即：
[0012]K
x
＝K
y
＝K
z
＝K
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0013]步骤2，以辅助接收天线三坐标电小环天线的共点圆心为原点，建立如图3所示的球坐标系，则待测短波天线远区某一点的辐射场强E表示为：
[0014][0015]其中，为待测天线辐射场强的幅度，
‑
kr为辐射场强随距离r变化的相位，k为空间传播常数；
[0016]实际测试时待测短波天线位于三坐标电小环天线的下半空间，设90
°
≤θ≤180
°
，方位角设为：极化倾角设为：0
°
≤τ≤180
°
；
[0017]步骤3，待测短波天线远区某一点的辐射场强能在波前平面内以水平极化场强E
H
和垂直极化场强E
V
为坐标基进行分解，由于待测短波天线在远区的辐射场为椭圆极化波，如图4所示，令椭圆极化波的长轴为E
m
，短轴为E
n
，长轴E
m
与水平极化场强E
H
的夹角为极化倾角τ，则：
[0018]E
m
＝E
H
cos τ+E
V sinτ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019]E
n
＝E
H
sinτ+E
V
cosτ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0020]令为图3所示直角坐标系中的三正交坐标基，φ
H
、φ
V
为水平极化场强E
H
和垂直极化场强E
V
的相位，则E
H
和E
V
在直角坐标系中表示为：
[0021][0022][0023]将式(5)、(6)带入式(3)、(4)整理可得：
[0024][0025][0026][0027]三坐标电小环天线分别对应接收E
x
，E
y
，E
z
，且由于电波的功率守恒，有：
[0028]|E|2＝|E
x
|2+|E
y
|2+|E
z
|2＝|E
H
|2+|E
V
|2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0029]步骤4，选择带云台的无人机，并将三坐标电小环天线固定在无人机的云台中，云
台的自动跟踪功能确保三坐标电小环天线与待测短波天线的相对姿态保持稳定；
[0030]步骤5，根据步骤4中三坐标电小环天线与无人机的相对位置，理论仿真无人机、无线数传、全球定位设备等对三坐标电小环天线在任意方向辐射场强的影响，记为ΔE
x
，ΔE
y
，ΔE
z
；
[0031]步骤6，根据式(1)和步骤5，三坐标电小环天线及三信道接收机对电场分量进行独立接收的电压分别表示为：
[0032]U
x
＝(E
x
+ΔE
x
)/K
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0033]U
y本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种短波天线极化方向图的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，设计三坐标电小环天线作为辅助接收天线，三坐标电小环天线包括三个电小环天线，三个电小环天线的直径及匹配网络完全相同，三个电小环天线按圆心共点三正交组装，在3MHz～30MHz分别对每个电小环天线的天线系数进行校准，以确保三个电小环天线的天线系数相同，即：K
x
＝K
y
＝K
z
＝K
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)步骤2，以辅助接收天线三坐标电小环天线的共点圆心为原点，建立球坐标系，则待测短波天线远区某一点的辐射场强E表示为：其中，为待测天线辐射场强的幅度，
‑
kr为辐射场强随距离r变化的相位，k为空间传播常数；实际测试时待测短波天线位于三坐标电小环天线的下半空间，设90
°
≤θ≤180
°
，方位角设为：极化倾角设为：0
°
≤τ≤180
°
；步骤3，待测短波天线远区某一点的辐射场强能在波前平面内以水平极化场强E
H
和垂直极化场强E
V
为坐标基进行分解，由于待测短波天线在远区的辐射场为椭圆极化波，令椭圆极化波的长轴为E
m
，短轴为E
n
，长轴E
m
与水平极化场强E
H
的夹角为极化倾角τ，则：E
m
＝E
H
cosτ+E
V
sinτ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)E
n
＝E
H
sinτ+E
V
cosτ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)令为直角坐标系中的三正交坐标基，φ
H
、φ
V
为水平极化场强E
H
和垂直极化场强E
V
的相位，则E
H
和E
V
在直角坐标系中表示为：在直角坐标系中表示为：将式(5)、(6)带入式(3)、(4)整理可得：将式(5)、(6)带入式(3)、(4)整理可得：将式(5)、(6)带入式(3)、(4)整理可得：三坐标电小环天线分别对应接收E
x
，E
y
，E
z
，且由于电波的功率守恒，有：|E|2＝|E
x
|2+|E
y
|2+|E
z
|2＝|E
H
|2+|E
V
|2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)步骤4，选择带云台的无人机，并将三坐标电小环天线固定在无人机的云台中，云台的自动跟踪功能确保三坐标电小环天线与待测短波天线的相对姿态保持稳定；步骤5，根据步骤4中三坐标电小环天线与无人机的相对位置，理论仿真无人机、无线数传、全球定位...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉龙，方如，李东超，聂贺峰，陈恩平，李瑞龙，冷学健，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：