12.2. Измерение коэффициента усиления антенны

На сегодняшний день известно несколько методов измерения коэффициента усиления (КУ) антенн СВЧ [10]. Типовая методика измерения КУ вытекает из содержания самого понятия «коэффициент усиления антенны» и основана на сравнении исследуемой антенны с эталонной антенной с известным КУ. Как и при измерении ДН антенны, согласно принципу взаимности, исследуемая антенна может использоваться как передающая, так и как приемная. Типовая методика измерения поясняется рис. 13.2, на котором обозначено: А_э и А_прм — эталонная антенна с известным КУ на требуемой частоте (или в полосе частот) и приемная антенна, А_х — исследуемая антенна, устанавливаемая для сравнения вместо эталонной, ГСВЧ — генератор колебаний СВЧ, А — регулируемый аттенюатор, ПРМ — приемник (например, измеритель мощности, анализатор спектра), И — индикатор уровня мощности принятого СВЧ колебания; G_э и G_x — КУ эталонной и исследуемой антенн, Р_э и Р_х — мощности СВЧ колебаний на выходе приемной антенны. U_э и U_x —постоянные напряжения, регистрируемые на выходе полупроводникового диодного детектора при его использовании в качестве измерителя мощности.

Рис. 13.2. Функциональная схема измерения коэффициента усиления

антенны

Из возможных вариантов измерения КУ методом сравнения ниже рассматриваются: вариант измерения путем определения отношения мощностей и вариант с использованием регулируемого аттенюатора.

Измерение путем непосредственного определения отношения мощностей

Эталонная передающая антенна и приемная антенна устанавливаются на стойках так, чтобы центры их раскрывов находились на одинаковой высоте от поверхности земли (пола), расстояние R между раскрывами антенн устанавливается в соответствии с такими же требованиями, как и при измерении ДН. Регулируемый аттенюатор в данном варианте не требуется, поэтому его можно либо исключить из волноводного тракта, либо установить вносимое им ослабление на уровне К=0 дБ. Все используемые антенны должны быть согласованы с соответствующими трактами так, чтобы коэффициенты стоячей волны (КСВ) на рабочей частоте (в полосе частот) не превышали 1,5—2,0. К выходу приемной антенны подключается измеритель мощности.

Максимумы ДН антенн ориентируются друг на друга (плоскости поляризации антенн должны совпадать). Уровень выходной мощности ГСВЧ устанавливается таким, чтобы обеспечивалась надежная регистрация мощности принятых колебаний СВЧ от обеих передающих антенн. Регистрируется уровень мощности принятого колебания СВЧ Р_э. Затем вместо эталонной устанавливается исследуемая антенна (центр ее раскрыва должен быть расположен в той же плоскости, в той же точке, что и в случае эталонной антенны) и с использованием индикатора мощности принятого колебания ориентируется максимумом ДН на приемную антенну. Регистрируется уровень мощности принятого колебания СВЧ Р_х. КУ исследуемой антенны рассчитывается по формуле

G_X=G_э(P_X/P_э)

и пересчитывается в дБ: G_x{дБ}=G_э {дБ}+10 lg(Р_х/Р_э).

Измерение с использованием регулируемого аттенюатора

Антенны устанавливаются и согласуются так же, как и в предыдущем случае; в волноводный тракт на передающей стороне включается регулируемый аттенюатор. Начальное ослабление, вносимое аттенюатором, устанавливается на уровне К=0 дБ. Максимумы ДН антенн ориентируются друг на друга (плоскости поляризации антенн должны совпадать). Уровень выходной мощности ГСВЧ устанавливается таким, чтобы обеспечивалась надежная регистрация мощности принятых колебаний СВЧ от обеих передающих антенн. Регистрируется мощность принятого колебания СВЧ Р_э. Затем вместо эталонной устанавливается исследуемая антенна. Регулируемым аттенюатором вводится ослабление К {дБ} такое, чтобы мощность Р_x на выходе приемной антенны снизилось до уровня Р_X=Р_э (при этом плотности потоков мощности в раскрыве приемной антенны, создаваемые эталонной и исследуемой антенной, равны).

КУ{дБ} исследуемой антенны рассчитывается по формуле

G_x {дБ}=G_э {дБ}+К {дБ}.