天線增益檢測的意義
天線增益是衡量天線定向性和能量轉(zhuǎn)換效率的核心參數(shù)之一，它表示天線在特定方向上輻射或接收電磁波的能力相對于理想點源（各向同性天線）或偶極子天線的強度之比。準確測量天線增益對于無線通信系統(tǒng)、雷達、衛(wèi)星導(dǎo)航、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等的設(shè)計、部署、性能評估和驗收至關(guān)重要。增益值直接影響通信距離、信號覆蓋范圍、接收靈敏度以及系統(tǒng)的整體鏈路預(yù)算。因此，科學(xué)、規(guī)范、精確的天線增益檢測是保證相關(guān)產(chǎn)品與系統(tǒng)性能符合設(shè)計要求的基礎(chǔ)。
天線增益檢測的主要項目
天線增益檢測通常涉及多個關(guān)聯(lián)項目，主要包括：
- 增益值測量：這是最核心的項目，測量天線在指定方向（通常是最大輻射方向）上的增益大小，通常以dBi（相對于各向同性天線）或dBd（相對于半波偶極子天線）表示。
- 方向圖測量：全面測量天線在不同方向上的增益變化，繪制出輻射方向圖（E面和H面為主）。這有助于了解天線的波束寬度、旁瓣電平等關(guān)鍵性能。
- 帶寬特性：測量天線增益在其工作頻率范圍內(nèi)的變化情況，確定其滿足增益要求的工作帶寬。
- 電壓駐波比（VSWR）/回波損耗：評估天線與饋線系統(tǒng)的匹配效率，雖然不直接等于增益，但匹配不良會導(dǎo)致實際輻射功率下降，影響有效增益。
- 極化特性：測量天線輻射電磁波的極化方式（線極化、圓極化等）和純度，這對于極化匹配通信至關(guān)重要。
天線增益檢測的核心儀器設(shè)備
實現(xiàn)精確的天線增益測量需要專業(yè)的測試環(huán)境和儀器：
- 微波暗室：提供無反射、無干擾的測試環(huán)境，消除環(huán)境雜波對測量結(jié)果的影響。尺寸需根據(jù)被測天線尺寸和工作頻率選擇（遠場條件需滿足Fraunhofer距離）。
- 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：核心測量儀器，用于產(chǎn)生射頻信號、接收并分析來自標準增益天線和被測天線的信號幅度與相位信息。
- 標準增益天線：具有已知精確增益值的天線（如標準增益喇叭天線），作為測量的參考基準。其精度直接影響最終測試結(jié)果。
- 定位轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)：精密的方位轉(zhuǎn)臺和俯仰轉(zhuǎn)臺，用于精確控制被測天線和標準天線的指向角度，進行方向圖掃描。
- 信號源與功率放大器：提供足夠功率和穩(wěn)定度的測試信號源，放大器用于補償路徑損耗。
- 低噪聲放大器：用于提高接收機靈敏度，尤其在小信號測量時。
- 高精度饋線及連接器：低損耗、高穩(wěn)定性的同軸電纜、波導(dǎo)及適配器，保證信號傳輸質(zhì)量。
- 天線測試控制及數(shù)據(jù)處理軟件：控制儀器和轉(zhuǎn)臺協(xié)同工作，自動采集數(shù)據(jù)，計算增益、方向圖等參數(shù)并生成報告。
天線增益檢測的常用方法
天線增益測量主要有以下幾種方法，各具特點和適用場景：
- 比較法：最常用、最標準的方法。
- 原理：在相同測試條件下（距離、頻率、環(huán)境），用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀分別測量已知增益的標準天線和被測天線接收（或發(fā)射）信號的功率。
- 計算公式： Gdut = Gstd + (Pdut - Pstd)。其中 Gdut 為被測天線增益，Gstd 為標準天線增益，Pdut 和 Pstd 分別為相應(yīng)天線的接收功率（dBm）。
- 要求：必須嚴格保證兩天線處于相同位置，使用相同極化，測量系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定不變。
- 兩相同天線法（Friis傳輸公式法）：
- 原理：使用兩個完全相同的被測天線，一個作發(fā)射，一個作接收，固定間距。測量接收功率，利用Friis傳輸公式反推增益。公式： Pr = Pt + Gt + Gr + 20log10(λ/(4πR))。若Gt = Gr = G，則可解出G。
- 適用：適用于對稱結(jié)構(gòu)的天線（如偶極子、貼片天線），要求兩天線完全相同且精確對準。
- 限制：需要精確知道距離R、波長λ和傳輸路徑損耗模型，對系統(tǒng)校準要求高。
- 三天線法：
- 原理：使用三個未知天線（A, B, C）兩兩組合進行測量，得到三組傳輸損耗數(shù)據(jù)。建立三個方程，可聯(lián)立求解出三個天線的增益。避免了使用標準天線。
- 適用：當(dāng)缺乏合適的高精度標準增益天線時。
- 要求：測量過程復(fù)雜，需要多次精確測量和計算。
- 近場測量技術(shù)（間接法）：
- 原理：在靠近天線（通常在幾個波長內(nèi)）的某一表面上掃描測量其輻射的幅度和相位（近場數(shù)據(jù)）。通過嚴格的數(shù)學(xué)變換（如傅里葉變換）計算出天線在遠場的輻射特性，包括增益和方向圖。
- 適用：
- 優(yōu)勢：對暗室尺寸要求相對較低（尤其適合低頻大天線），能獲得完整的三維方向圖信息，精度高。
- 劣勢：系統(tǒng)復(fù)雜昂貴（需要精確掃描架和相位接收能力），數(shù)據(jù)處理算法復(fù)雜。
在實際應(yīng)用中，微波暗室內(nèi)的比較法因其相對簡單、成熟和高精度，是絕大多數(shù)天線增益測量的首選方法。
天線增益檢測的相關(guān)標準
為確保天線增益測量結(jié)果的準確性、可靠性和可比性，測量活動需遵循相關(guān)的國際、國家或行業(yè)標準。主要標準包括：
- IEEE Std 149?: IEEE Standard Test Procedures for Antennas： 天線測試領(lǐng)域的權(quán)威國際標準，詳細規(guī)定了天線方向圖、增益、效率、極化等多種參數(shù)的測試方法、環(huán)境要求、校準程序和數(shù)據(jù)處理方法。其中的“增益測量”章節(jié)是行業(yè)基準。
- GB/T 9410-XXXX (對應(yīng)IEC 60050-712): 中華人民共和國國家標準 - 天線測量方法： 中國國家推薦標準，等效或參考國際標準（如IEEE 149），規(guī)定了天線方向圖、增益、波瓣寬度、前后比等參數(shù)的測量方法。
- ANSI C63.5: American National Standard for Electromagnetic Compatibility—Radiated Emission Measurements in Electromagnetic Interference (EMI) Control—Calibration of Antennas (9 kHz to 40 GHz)： 主要針對EMC測試中的天線校準，但也包含了天線系數(shù)(Antenna Factor)和增益的校準方法。天線系數(shù)與增益有明確的換算關(guān)系。
- ETSI EN 301 系列標準： 歐洲電信標準化協(xié)會制定的針對各類無線通信設(shè)備（如移動通信終端、基站、短距離設(shè)備SRD、衛(wèi)星地球站等）的技術(shù)規(guī)范，其中通常包含對其天線性能（如增益、方向圖）的要求和測試方法指引。
- 3GPP TS 37.145系列標準： 針對蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站（BS）天線特性的具體要求，特別是對有源天線系統(tǒng)（AAS）的OTA（空口）測試要求，其中增益是核心測量參數(shù)之一。
- MIL-STD-461G: Requirements for the Control of Electromagnetic Interference Characteristics of Subsystems and Equipment： 美國軍用標準，規(guī)定了電子設(shè)備EMC要求，其附錄中包含RE102（輻射發(fā)射）測試的天線校準要求，涉及天線系數(shù)和增益。
CMA認證
檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認定證書
證書編號：241520345370
有效期至：2030年4月15日
CNAS認可
實驗室認可證書
證書編號：CNAS L22006
有效期至：2030年12月1日
ISO認證
質(zhì)量管理體系認證證書
證書編號：ISO9001-2024001
有效期至：2027年12月31日
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