圆极化天线测量问题

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时间:2018-07-17

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1、椭圆极化天线测量问题1、电磁波的极化由于电场与磁场有恒定关系,通常以电场矢量端点轨迹的取向和形状来表示电磁波的极化特性。电场矢量方向与传播方向构成的平面称为极化平面。电磁波的极化方式有线极化、圆极化和椭圆极化。电场矢量恒定指向某一方向的波称为线极化波,工程上常以地面作参考,电场矢量平行于地面的称为水平极化,电场矢量垂直于地面的称为垂直极化。若电场矢量存在两个不同幅度和相位相互正交的坐标分量,则在空间某给定点上合成电场矢量的方向将以场的角频率旋转,其电场端点的轨迹为椭圆,这种波称为椭圆极化波。当两个正交坐标分量具有相同振幅相位差90度时,椭圆变成圆,此时的波称为

2、圆极化波。天线辐射场通常是椭圆极化场,理想线极化和圆极化是很难实现的,它们总存在主极化(例如垂直线极化或右旋圆极化)和交叉极化(相应的是水平极化或左旋圆极化)。轴比是衡量圆极化天线性能的重要指标,轴比定义为电场强度的极化椭圆长轴与短轴之比,如图1AR=ab(1)用分贝表示ARdB=20logab(2)图1电场矢量在空间随时间变化描绘的极化椭圆通常,在天线的主波束最大方向轴比较好,偏离主瓣轴比恶化,尤其在大角度旁瓣区域,几乎变为线极化,如图2。圆极化天线辐射方向图测试必须考虑这一因素。圆极化天线辐射电磁波旋向定义:观察者顺着电磁波传播方向看去,顺时针旋转为右旋,

3、反时针旋转为左旋,如图3。图2不同辐射方向的椭圆极化天线的极化特性图3圆极化波的旋向2、极化效率或极化损失如果发射天线与接收天线的极化不匹配,将有极化损失,用极化效率Γ来衡量极化匹配程度Γ=ru2+1rs2+1±4rurs+ru2-1rs2-1cos2(θs-θu)2ru2+1rs2+1,Γ≤0(3)其中ru,rs分别是被测天线和辅助天线的轴比(电场强度比),θu,θs分别是被测天线和辅助天线的倾角。当被测天线和辅助天线极化反旋时,(3)式中取负号,当被测天线和辅助天线倾角一致时,极化效率Γ最大;当被测天线和辅助天线极化倾角正交时,极化效率Γ最小。当辅助天线为

4、理想圆极化时,(3)式简化为Γ=1ru2+1(4)极化损失α=10log⁡(ru2+1)(5)由(4)式可计算不同轴比时极化效率表1辅助天线为理想圆极化时被测天线不同轴比对应的极化损失轴比(dB)0.03.05.01015202530极化损失(dB)0.04.766.1910.415.1202530由表1可知,用圆极化标准天线测量椭圆极化天线增益(或方向图)时,在主波束最大值方向,两者几乎为理想圆极化,增益测量结果是正确的。否则,由于存在极化损失,须用线极化天线测量后计算。当辅助天线(或标准天线)为线极化时,(3)式的极化效率Γ简化为Γ=ru2+1+ru2-1

5、cos2(θs-θu)2ru2+1(6)或者极化损失α=10log2ru2+1ru2+1+ru2-1cos2(θs-θu)(7)我们讨论辅助天线为线极化的情况。设被测天线辐射非理想的右旋圆极化波,可以看成一个右旋和一个左旋圆极化波的合成,如图4。图4非理想的右旋圆极化波3、圆极化天线的增益测量有两种方法得到被测椭圆极化天线的增益。(1)由两个正交分量功率合成设两个正交线极化增益(功率值)分别为GH,GV,合成的圆极化增益为GC=GH+GV(8)或者GC(dB)=10log⁡(GH+GV)(2)由极化椭圆的长轴增益加修正因子GCdB=GLdB+20log12(1

6、+1ru)(9)由(9)式可计算修正因子如表2。表2不同轴比时圆极化天线增益的修正因子轴比(dB)0.03.05.07.661015202530修正因子(dB)3.01.640.870-0.62-1.59-2.18-2.53-2.744、圆极化天线方向图测量天线方向图描绘天线辐射能量空间分布。任何圆极化天线的辐射场都不会在4π立体角内具有理想圆极化特性,与之配合的另一天线(比如作为接收天线)或为圆极化,或为线极化,均不可能在整个4π立体角内将它的圆极化的全部分量均获取,必然有极化损失,因此,圆极化天线方向图测量不能采用像增益测量方法那样,测量其两个正交分量合成

7、,而应该根据实际使用条件,或者用圆极化或者用线极化天线作为辅助天线,与使用条件一致,允许存在极化失配带来的损失。

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