大型反射器天线测量五篇范文

第一篇：大型反射器天线测量

· 52 ·测控与通信2012年第1期

大型反射器天线测量

翟爱芬张博文

（中国电子科技集团公司第39研究所西安710065）

摘要天线交付用户之前需要确定天线的各项指标，通过天线测量获得各种必须的数据。介绍了大口径天线不同参数的测量，美国NASA深空网（DSN）70m卡塞格伦天线、乌克兰70m格利高里天线及日本64m波束波导天线的测量。

关键词大型天线参数测量经纬仪微波全息摄影

The Measurement of Large Reflector Antennas

Zhai Aifen, Zhang Bowen

(No.39 Research Institute of CETC, Xi’an 710065, China)

Abstract：The main factors of an antenna should be measured before it is delivered to the user.The required data are obtained by antenna measurement.The measurement of large aperture antenna factors is presented and the measured examples of the NASA DSN 70m Cassegrain antenna, Yevpatoria 70m Gregorian antenna in Ukraine and Usuda Cassegrain 64m in Japan are introduced.Key words：large aperture antenna, factor measurement, theodolite, holography

0引言

天线设计制造完成后，能不能实际应用，最可靠的办法是进行实际测量。而测量的结果又常常用于验证理论和检验天线结构，为今后制造同类型的天线提供经验。

经纬仪用来测量安装在每块面板角上的靶标的角度。面板安装好之后，用打孔钢带在天线面板上钻孔，作为旋转靶标的模板。经纬仪测量中的误差包括靶标位置测量的角度误差和到目标半径距离误差。

到目前为止，用经纬仪测量的最大误差源是用打孔钢带导致的半径距离测量误差。如果用激光测距仪替代打孔钢带测量半径，均方根测量误差可以从0.3mm提高到0.2mm。通常使用经纬仪进行初装后的面板调整，微波全息摄影用于描述主反射面表面特性。美国航空航天局（NASA）的深空网（DSN）70m天线用瑞士Leica Geosystems公司的TDM-5000全站仪（也称电子速测仪）进行了测量。这种经纬仪测量垂直和水平角及距离并将测量数据下载到计算机中，计算机将球坐标转换到笛卡尔坐标，并可用指令驱动仪得到1个期望的观测角[1]。

作者简介 翟爱芬 女，1987年毕业于西安电子科技大学。主要从事情报研究工作。

1测量参数

大型天线测量包括机械性能和电气性能测量。机械性能包括面板精度、重力变形等，主要电气性能参数是辐射方向图。对于大口径天线来说，最大的挑战是天线的表面精度和重力变形测量。

1.1机械性能测量

天线制造完成后首先需要测量的是面板精度，一般用经纬仪或微波全息摄影技术。

1）经纬仪测量

经纬仪用于天线面板安装后的初次调整。收稿日期：2011年11月1日

第二篇：天线测量-时域应用

三． 天线的增益和方向图测量

在天线外场测试中，地面或周围环境的反射要对增益和方向图的测量结果带来或大或小的误差。

1． 测量误差分析

图3 天线测试示意图

如图3，两相距D米，高度为H米的收发天线架设在反射系数为r的地面上。因天线的方向性，假设发射天线辐射到O点的场强是最大值的倍，接收天线接收到O点反射波场强是其最大值的倍。接收天线的接收场强由直射波场强E1和反射波场强E2构成。

两波的路程差为:(7)

假设直射波的场强E1归一化为1，则

(8)

合成波的场强E为:(9)

A．增益的测试误差分析

天线的增益测量一般采用比较法，因为被测天线往往与标准天线的形状不一样，即使这两种天线架设在同一位置，相位中心也不一定重合，假设被测天线比标准天线距发射天线近L米，则两波的路程差变为:

(10)

合成波的场强为:

(11)

引起的增益误差为：

(12)

B．方向图测试误差分析

同样的道理，天线在旋转过程中，有时相位中心没在转轴上，假设相位中心距转轴的距离为L，转动的起始角在收发天线的连线上。

则两波的路程差为:(13)

合成波的场强为:(14)

图4 合成波随天线间距变化关系 图5 合成波随被测天线旋转变化关系

图4中取k1=0.4 k2=0.5 r=0.9 H=3 f=1GHz； 图5中取k1=0.8 k2=0.9 r=0.9 H=3 D=10 L=0.2 f=1GHz。如果只有直射波，归一化场强为1；可看出反射波带来±0.4倍（±2dB）左右的误差。误差可以通过减小地面反射系数，增加天线架设高度和提高发射天线的增益来减小，但很多时候不容易做到，最彻底的方法是采用时域技术去掉反射。

2． 时域应用方法

反射给我们的方向图测试结果造成误差，我们现在用安立公司的矢量网络分析仪MS4623B加时域功能OPTION2把它滤掉，其具体的方法是：

A．根据天线的架设情况计算出反射波与直射波的路程差和时延大小。比如：当D=10m,H=3m时，反射波与直射波的路程差为1.66m，时延为5.53E-9秒。

B．首先在频域内测量，根据实际选择对应的频率测量范围。

在DOMAIN菜单下选择FREQUENCY SET UP中的RANGE SET UP，用CENTER、SPAN设置。

C．VNA通过傅立叶反变换计算到时域。

按键APPL，DOMAIN将DISPLAY中TIME/DISTANCE选择为TIME，再选择TIME BAND。

D． 在时域中设置“门”，选择需要通过或需要去除的响应。

通过GATE SETUP设置CENTER 和SPAN，去除延时的反射波。

E． 设置好后，让测试系统每转动一个角度，扫描记录一次数据。

同时测得一个频带内多频点方向图数组。

除了扣除一些指定的多余信号响应外，我们也可以运用ANTI-GATING功能只保留指定信号以外的的响应，其操作方法和GATE基本相同，只需要在GATE中的SPAN选择负值即可，这样就保留主要信号的响应而把其余一些信号响应均去除掉。

四． 总结

随着现代电子测试技术的进步，许多以前无法测试或者无法精确测试的难题现在逐步的得到解决，上面的仪器功能和测试方法就是个例，矢网的时域功能对天线测试是非常实用的功能，把它介绍出来，供大家参考使用。

参考资料:

1.《天线测量》林昌禄著 MS462X矢网指南(Anritsu)

3.Time Domain for Vector Network Analyzers Application Note(Anritsu)

第三篇：天线的方向图测量(设计性)试验

理学院材料物理专业

近代物理实验（设计性）试验报告

2012年6月23号 中国石油大学近代物理 实验报告

班级： 材料物理10-2 姓名： 同组者：

设计性实验

不同材质天线的方向图测量

（measurement of antenna parameters）

【 中国石油大学（华东）理学院材料物理专业10-2 】

摘要：

天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。

天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。

研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。我们知道电磁场满足麦克斯韦（Maxwell）方程组。因此，求解天线问题实质上是求解满足一定边界条件的电磁场方程，它的理论基础是电磁场理论。

研究天线主要是得到天线的相关特性，天线特性一般由电路特性和辐射特性两个方面表征。电路特性包括天线的输入阻抗、效率、频率宽度和匹配程度等；辐射特性包括方向图、增益、极化、相位等，为了达到最佳的通信效果，要求天线必须具备一定的方向性，较高的转换效率，以及满足系统工作的频带宽度。

根据无线电技术设备的任务不同，常常要求天线不是向所有方向均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接受能力），而是只向某个特定的区域辐射（或只接受来自特定区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是说，要求天线具有方向性。

天线所辐射的无线电波能量在空间方向上的分布，通常是不均匀的，这就是天线的方向性。即使最简单的天线也有方向性，完全没有方向性的天线实际上不存在。

通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数。用来描述天线方向图的参数通常有主方向角、主瓣宽度、半功率角、副瓣宽度、副瓣电平等。

关键词：天线、无线电波、能量转换、电磁场、辐射或接收 引言：

通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备，都是通过无线电波来传播信息，都需要有无

线电波的辐射和接收。在无线电技术设备中，用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。天线和发射机、接收机一样，是无线电技术设备的一个重要组成部分。

图1是测量通过天线相位中心各平面内的方向图的方案之一。图中天线1为被测天线，与信号发生器相连用作发射,它装在旋转平台上能作360°转动；天线2为辅助天线，它与电场强度计相连以便测得离被测天线一定距离处的场强。两天线的极化特性要求相同，为了近似满足远场条件，两天线间的距离应满足,式中&λ为测试工作波长；r和D的意义见图1。当转动被测天线1时，可在天线2处测得以转动角θ表示的函数的电场强度E(θ)，于是就可画出转动平面内的天线 1的方向图。若被测天线为半波天线，它的子午面内的方向图如图2a，当把天线转动90°使之垂直于转动平面时,可测得赤道面内的方向图(图2b)。若把天线任意倾斜安装，则可测得任意面内的方向图。此外，也可固定被测天线1，而把辅助天线2沿以被测天线为中心,距离为半径的圆周运动，同样可以测得天线的方向图。若把收发条件互换，即把被测天线用作接收，辅助天线用作发射，最终测得的天线方向图并无变化，这是符合天线互易定理的。

r【实验目的】

1．了解天线的基本工作原理。2．绘制并理解天线方向图。

3．根据方向图研究天线的辐射特性。

4、通过对不同材质的天线的方向图的研究，探究其中的联系与规律。

【实验原理】

一．天线的原理

天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。要能够有效地辐射或者接收电磁波，天线在结构和形式上必须满足一定的要求。图B1-1给出由高频开路平行双导线传输线演变为天线的过程。开始时，平行双导线传输线之间的电场呈现驻波分布，如图B3-1a。在两根互相平行的导线上，电流方向相反，线间距离又远远小于波长，它们所激发的电磁场在两线外部的大部分空间由于相位相反而互相抵消。如果将两线末端逐渐张开，如图B3-1b所示，那么在某些方向上，两导线产生的电磁场就不能抵消，辐射将会逐渐增强。当两线完全张开时，如图B3-1c所示，张开的两臂上电流方向相同，它们在周围空间激发的电磁场只在一定方向由于相位关系而互相抵消，在大部分方向则互相叠加，使辐射显著增强。这样的结构被称为开放式结构。由末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线，是最简单的一种天线。

天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。图B3-2是进行无线电通信时，从发射机到接收机信号通路的简单方框图。在发射端，发射机产生的已调制的高频震荡电流经馈电设备传输到发射天线，发射天线将高频电流转变成无线电波——自由电磁波向周围空间辐射；在接受端，无线电波通过接收天线转变成高频电流经馈电设备传送到接收机。从上述过程可以看出，天线除了能有效地辐射或者接收无线电波外，还能完成高频电流到同频率无线电波的转换，或者完成无线电波到同频率的高频电流的转换。所以，天线还是一个能量转换器。

研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。我们知道电磁场满足麦克斯韦（Maxwell）方程组。因此，求解天线问题实质上是求解满足一定边界条件的电磁场方程，它的理论基础是电磁场理论。

发射天线传播电磁波接收天线馈线发射机馈线接收机 图B3-2 无线电通信系统中的信号通道简单方框图

二．天线的分类

天线的形式很多，为了便于研究，可以根据不同情况进行分类。按用途分类，有发射天线，接收天线和收发公用天线。

按使用范围分类，有通信天线，雷达天线，导航天线，测向天线，广播天线，电视天线等。按馈电方式分类，有对称天线，不对称天线。

按使用波段分类，有长波、超长波天线，中波天线，短波天线，超短波天线和微波天线。按天线外形分类，有T形天线，V形天线，菱形天线，鱼骨形天线，环形天线，螺旋天线，喇叭天线，反射面天线等等。

从便于分析和研究天线的性能出发，可以将大部分天线按其结构形式分为两大类：一类是由半径远小于波长的金属导线构成的线状天线——称为线天线，另一类是用尺寸大于波长的金属或介质面构成的面状天线——称为面天线。线天线主要用于长、中、短波波段，面天线主要用于微波波段，超短波波段则两者兼用。线天线和面天线的基本辐射原理是相同的，但分析方法则有所不同。

三．天线的辐射方向图

研究天线主要是得到天线的相关特性，天线特性一般由电路特性和辐射特性两个方面表征。电路特性包括天线的输入阻抗、效率、频率宽度和匹配程度等；辐射特性包括方向图、增益、极化、相位等，为了达到最佳的通信效果，要求天线必须具备一定的方向性，较高的转换效率，以及满足系统工作的频带宽度。

根据无线电技术设备的任务不同，常常要求天线不是向所有方向均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接受能力），而是只向某个特定的区域辐射（或只接受来自特定区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是说，要求天线具有方向性。如果天线没有方向性，对发射天线来说，它说辐射的功率中只有很少一部分到达所需要的方向，大部分功率浪费在不需要的方向上；对接收天线来说，在接受到所需要的信号同时，还接收到来自其它方向的干扰和噪声，甚至使信号完全淹没在干扰和噪声中。因此，一副好的天线，在有效地辐射或接收无线电波的同时，还应该具有为完成某种任务而要求的方向特性。

天线所辐射的无线电波能量在空间方向上的分布，通常是不均匀的，这就是天线的方向性。即使最简单的天线也有方向性，完全没有方向性的天线实际上不存在。为了表示天线的方向特性，人们规定了几种方向性电参数，其中一个就是辐射方向图。天线方向图是指与天线等距离处，天线辐射参量在空间中的相对分布随方向变化的图形。所谓辐射参量包括辐射的功率通量密度、场强、相位和极化等。实际应用中，我们最关心的是天线辐射能量的空间分布，在没有特别指明的情况下，辐射方向图一般均指功率通量密度的空间分布。方向图还可以用分贝（dB）表示，功率方向图用分贝表示后就称为分贝方向图，它表示某方向的功率通量密度相对于最大值下降的分贝数。天线某方向的分贝数的计算方法见公式（B3-1），其中P为某方向的功率通量密度，Pmax为最大功率通量密度。绘制方向图可以采用极坐标，也可以采用直角坐标。极坐标方向图形象、直观，但对于方向性强的天线难于精确表示；直角坐标方向图虽然没有极坐标方向图形象、直观，但更容易从中计算描述天线方向性的诸多参数。

p(dB)10lgPPmax(dB)

（B3-1）

00.52020.50主轴主瓣第一副瓣图B3-3 极坐标下天线方向图一般形状

通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数。用来描述天线方向图的参数通常有主方向角、主瓣宽度、半功率角、副瓣宽度、副瓣电平等。图B3-3是极坐标下天线方向图的一般形状。方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，副瓣中最大的为第一副瓣。下面我们列举出可由天线方向图得到的天线参数：

(1)主方向角。指主瓣最大值对应的角度；

(2)主瓣宽度。也称零功率点波瓣宽度（Beam Width between First Nulls, BWFN）,指主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角，即20。主瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强；

(3)半功率角。也称半功率点波瓣宽度（Half Power Beam Width, HPBW）,指主瓣最大值两边功率密度等于最大值的0.5倍的两辐射方向之间的夹角，又叫3分贝波束宽度（将功率密度转化成分贝数后，会发现功率密度变成最大功率密度1/2的地方对应的分贝数比最大功率处小3dB（-3dB=10*lg<1/2>dB），即20.5；

(4)副瓣宽度。指第一副瓣两边两个零辐射方向之间的夹角；

(5)副瓣电平（Side Lobe Lever, SLL）。指副瓣最大值与主瓣最大值之比，一般也以分贝表示，见公式（B3-2），其中：Pmax2和Pmax分别为最大副瓣核主瓣的功率密度最大值。

SLL10lgPmax2Pmax(dB)

（B3-2）

【实验器材】

本实验的实验装置为AT3200天线实训系统。本系统包括可以提供500MHz、2GHz、10GHz的RF 信号源和天线方向控制器，以及可以在计算机上仿真天线复制图和特性的仿真软件。因为本天

线实训系统使用信号的频率较高，所以它能够在较窄的空间（如100m）实验天线的传播特性。而且系统的移动和保管也比较方便。图B3-4为本实验装置的一个示意图：

本实验装置主要包含以下几个主要部件： 1． 主控器 2． 发射器 3． 接收器

4． 各种天线的类型：铝线、镍铬合金和铁线

发射器主控器接收器计算机 图B3-4 AT3200天线实训系统设备示意图

【数据处理】

图

1、极坐标系下的八木天线图

图

2、直角坐标系下的八木天线图

图3、3D下的八木天线方向图

图

4、极坐标系下的八木（铝线）天线图

图

5、直角坐标系下的八木（铝线）天线图

图6、3D下的八木天线（铝线）方向图

图

7、极坐标系下的八木（铁线）天线图

图

8、直角坐标系下的八木（铝线）天线图

图9、3D下的八木天线（铁线）方向图

图

10、极坐标系下的八木（镍铬合金线）天线图

图

11、直角坐标系下的八木（镍铬合金线）天线图

图12、3D下的八木天线（镍铬合金线）方向图

图

13、八木（水平——铝线）

图

14、八木（水平——镍铬合金线）

图

15、八木（水平——铁线）

分析：虽然一般情况下，对于金属材料都满足天线的条件，但从以上图像中，我们可以发现，当将八木天线换成不同的材料之后，天线的方向性将会发生改变，其主方向角和主瓣宽度等都会发生变化，而且变化较为明显，接收信号的宽度也就会相应的改变，但我们也可以发现铁线，铝线和镍铬合金线形成的方向图明显的不规则，这也和在替换材料时的人为因素有关，因为替换材料之后，和原来的八木天线相比，天线必然会出现不直，长短不一，分布不均匀等现象，这些会直接影响到信号的接收。一：因为空间的信号分布是不均匀的；

二：由于改变过的天线方向性会严重减低，所以才会导致方向图的不均匀。但是我们还是可以总结出，不同的材料所对应的主瓣大小是不同的，方向角是不同的，因为不同材料的天线对信号的接收能力是有差别的！

图16、3D下八木（水平——铝线）天线方向图

图16、3D下八木（水平——镍铬合金线）天线方向图

图16、3D下八木（水平——铁线）天线方向图

【思考题】

1.什么是天线方向性图？

答：天线方向图就是通过测量天线在空间不同角度的相关残参量值，在绘制在直角坐标系或者极坐标系中，表示天线相关参量在空间不用角度分布情况的坐标图片。2.测量天线方向图的方法分别有几种，并说明？

答：测量天线方向图的方法主要有两种，分别为固定测量法和旋转测量法，固定测量法主要用于大型天线，由于转动不便，故待测天线固定，辅助天线在空中或地面绕待测天线旋转，得到不同角度的辐射强度，即可绘制出天线方向图。另一种方法是旋转测量法，待测天线旋转，辅助天线固定不动，然后通过测量得到方向图。

【原始数据】

八木(水平——铝线）.atn

八木铝.atn

八木（水平——铁线）.atn八木铁.atn

八木（水平——镍铬合金）.atn

镍铬.atn

【参考文献】

【1】 魏文员，宫德明。《天线原理》 国防工业出版社，1985.【2】 深圳安泰信电子有限公司，AT3200天线实训是同实验参考书。【3】 王石安。《天线的参数测量》（中国大百科）北京百科网络出版社。【4】 任朗：《天线理论基础》，人民邮电出版社，北京，1980。【5】 谢处方：《电波与天线》第二版，人民邮电出版社，北京，1966。

第四篇：大型矿山测量技术研究论文

摘要：大型矿山的测量工作需要一定的技术性，其不但是矿山建设生产的基础，也决定着矿业公司的发展。根据上述背景，提出基于低空遥感的大型矿山测量技术研究。首先介绍了低空遥感大型矿山测量技术的提出，主要由于传统测量技术面临着重重的难题以及矿山测量工作的特性；其次对低空遥感测量技术在大型矿山测量工作中的应用进行了具体的阐述，主要分析了其工作的流程以及测量结果的精度。

关键词：低空遥感；大型；矿山；测量技术

大型矿山测量工作具有明显的技术性，在测量工作的开展过程中，要对其中的安全以及结果的准确给予足够的重视。大型矿山测量是矿山建设和生产的重要环节，测量工作是所有工作的前提。随着科技的不断发展，大型矿山的测量手段也在不断的创新。传统的大型矿山测量技术面临着很多的困难，对矿山工作产生着直接的影响，从而影响公司的实际利益。因此，需要不断的加强大型矿山测量技术的创新，实现大型矿山测量的准确性。因此，本文对低空遥感大型矿山测量技术进行研究[1]。

1低空遥感大型矿山测量技术的提出

由于大型矿山工作的特点以及传统测量技术的不足，近几年，对大型矿山测量技术进行创新，其中低空遥感技术是使用率最高的技术。因此，提出对低空遥感的大型矿山测量技术研究。（1）大型矿山测量工作的特点。一般情况下，大型矿山的测量工作以内容划分为两个部分，分别是测量工具和测量技术，且其应用的水平对矿山工作的发展有着至关重要的作用。现在的现实情况显示，在我国大型矿山的测量工作中，所使用的测量设备以及测量技术都不是先进的，导致测量工作的结果无法满足实际工作的需要，也满足不了现在矿山发展的要求。所以，要想大型矿山正常的工作以及矿产公司稳定的发展，就要重视大型矿山测量技术的创新，在测量工作中引进新的测量技术与测量设备，保障测量结果的准确性以及高效性，保障矿山工作的安全性[2]。（2）传统大型矿山测量技术面临的难题。就目前而言，我国传统大型矿山测量技术面临着很多难题，具体情况如图1所示。大型矿山测量是矿山生产建设的根本，测量的结果不但为矿山建设服务，也为安全生产提供服务，帮助领导对矿山建设和生产做出相应的决策，测量工作是矿山安全生产的重要环节。但是，在市场经济的发展下，矿山企业为了追求利益最大化，忽略了矿山测量技术的创新与测量的基础工作。矿山测量工作者在矿业公司中的地位相当低，手里的权利也是相当小，非常不受重视。一般的，矿业企业的生产条件比较艰苦，危险系数比较高，但是大型矿山测量工作者的薪资待遇却不高，所以，高校的优秀毕业生根本不想到矿业公司工作，导致大型矿山测量工作的人才大量流失，相应的矿山测量技术的力量也是相对薄弱的[3]。

2低空遥感在大型矿山测量中的应用

低空遥感测量技术具有自身独特的特点，主要有四个特点：第一，快速响应。低空遥感测量技术主要依靠的是无人机，无人机主要在低空飞行，操作非常简单，可以在短时间内升空进行测量，对环境的要求降低了，而且其可以迅速的到达指定的工作区，对其进行相应的测量。相较于传统的测量技术具有相当大的优势；第二，具有清晰影像数据获取的能力。无人机可以获得清晰的影像数据，还可以搭载传感器对目标进行监测，并可以通过多个角度进行影像数据的获取；第三，成本低，维护比较容易。和传统的测量技术相比，低空遥感测量技术的成本更低，并且运行成本、维修成本和操作成本都远远的低于传统的测量技术；第四，具有先进性。低空遥感测量技术属于数字产品，可以将拍摄的清晰影像数据形成一幅全景图像，并可以随意的放大缩小，对矿山建设生产提供了便利。在大型矿山的建设生产中，对其进行测量是一项重要的环节。传统测量方法不但效率低、成本高，所测量的范围也是具有局限性，但是低空遥感无人机测量技术效率高、成本低，并且相对来说测量的范围大。

2.1低空遥感测量技术的流程

低空遥感测量技术的流程主要分为两步，具体情况如下：①像片控制测量。像片控制点测量是测量的依据，也是影响测量精度的主要因素。低空遥感技术的重要环节就是像片控制点的选择，必须根据实际的情况，对像片控制点进行选择，并使其在测量图像中清晰的显示出来，经由它将其它物体的位置准确的描述。②数据采集和地形图编辑。低空遥感技术主要采用无人机对大型矿山的地形以及范围进行测量与拍摄，通过无人机的网络传播到地上的计算机上，就相应的完成了数据的采集以及地形图的编辑。

2.2低空遥感测量技术的精度分析

大型矿山的测量工作中，地形比较复杂，通常遍布电线、管线等等，所以对测量数据的精度准许有一定的误差。一般情况下，在图像上准许有0.54mm的误差，实地准许有1.1m的误差。无人机拍摄形成的影响数据质量分析。主要对其所包含的范围有着严格的要求，对影响的边缘进行仔细的检查，没有出现明显的地形起伏，色彩均匀、反差小，这就满足平面图的要求了。

3结语

本文首先介绍了低空遥感大型矿山测量技术的提出，主要由于传统测量技术面临着重重的难题以及矿山测量工作的特性；其次对低空遥感测量技术在大型矿山测量工作中的应用进行了具体的阐述，主要分析了其工作的流程以及测量结果的精度。希望本文对以后的研究有所帮助。

作者：王涛 张艳婷 崔凯 王莉 单位：山西恒达地遥信息工程有限公司

第五篇：电波天线考试

电波传播与天线结课作业

系别：xxxx工程学院 专业：电子信息工程 班级：xx级xx班 学号：xxxxxxxxxx 姓名：XXX 1

电波传播与天线考试试题

1.简述天线的功能及接收天线的接收物理过程。（分数：5）

答：天线的任务是将发射机输出的高频电流能量（导波）转换成电磁波辐射出去，或是将空间电磁波信号转换成高频电流能量送给接收机。

接收的物理过程为：接收天线工作的物理过程是，接收天线导体在空间电场的作用下产生感应电动势，并在导体表面激起感应电流，在天线的输入端产生电压，在接收机回路中产生电流。所以接收天线是一个把空间电磁波能量转换成高频电流能量的转换装置，其工作过程就是发射天线的逆过程。

2.为什么引向天线的有源振子常用折合振子，引向天线的引向器和反射器怎么区分？（分数：10）

答：引向天线是一个紧耦合的寄生振子端射阵，通常由一个（有时由两个）有源振子及若干个无源振子构成。有源振子近似为半波振子，主要作用是提供辐射能量；无源振子的作用是使辐射能量集中到天线的端向，折合振子为半波振子，提供的能量能保证天线的辐射要求。在该天线中，其反射能量作用的稍长于有源振子的无源振子称为反射器；其引导能量作用的较有源振子稍短的无源振子叫引向器。

3.简述行波天线和驻波天线的差别和优缺点。（分数：5）

答：用天线上的电流分布作为区分行波天线和驻波天线的依据：把天线上的电流按行波分布的天线叫行波天线，按驻波分布的天线叫驻波天线。驻波天线又称为谐振天线，它的输入阻抗具有明显的谐振特性，天线的工作频带较宽，相对带宽约几分之几到百分之几；行波天线工作于行波状态，频率变化时输入阻抗近似不变，方向图随频率的变化也较缓慢，所以带宽较宽，绝对带宽可达（2~3）:1，是宽频带天线。但是，行波天线得宽频带特性使用牺牲效益（或增益）来换取的，因为有部分能量被负载吸收，所以分行波天线效率低于驻波天线的效率。

4.什么是缝隙天线？基本缝隙天线的场辐射特点是什么？（分数：5）

答：在波导或空腔谐振器开出一个或数个缝隙以辐射或接收电磁波的天线称为缝隙天线。

特点：有横向分布电场激励；结构牢固；馈电方便。

5.简述电波传播研究内容及对象和几种主要的电波传播的特点。（分数：5）答：研究内容：无线电波传播媒质特性的研究；几种传播方式的传播机制，传输特性的研究；对于新开拓频段的电波传播问题的研究。

地面波传播：信号比较稳定，但电波频率愈高，地面波随距离的增加衰减愈快。天波传播：长，中，短波都可以利用天波进行远距离通信。视距传播：收，发天线离地面高度远大于波长。

对流层散射传播：主要用于超短波和微博远距离通信。

6.当发射天线为辐射垂直极化的鞭状天线，在地面上和地面下接收时，各自应采用何种天线比较合适，解释其原因？（分数：5）

答：当采用垂直极化的鞭状天线作为发射天线时，根据波前倾斜现象的原理，在地面上和地面下均可以接收信号。在地面上接收时，由于电场的垂直分量远大于水平分量，所以宜采用直立天线来接收，接收天线附近的地面宜选择湿地。如果受条件限制，不能采用直立天线来接收，也可以采用低架或水平铺设的天线来接收，此时地面宜选择干地。

7.简述天波传播中的反射条件和电离层吸收特点。（分数：5）

答：反射条件：sinηmax

0

=√ε=√（1-80.8N/f²

n

n

max

n

max）

f=√80.8N/cos²η

式中N是反射点的电子密度。

吸收特点:电离层的碰撞频率越大或者电子密度越大，电离层对电波的吸收就越

大；电波频率越低，吸收越大。

8.为什么存在地面有效反射区？在其他条件都相同的情况下，有效反射区的大小和频率关系如何？（分数：5）

答：由于地面的性质、地貌、地面建筑等都会影响电波转播，所以传到地面的电磁波不会完全被利用，即存在地面有效反射区。

频率越高，有效反射区越大。

9.简述地面移动通信中电波传播特点及其研究方法？（分数：5）

答：对地面移动通讯所采用的VHF和UHF频段而言，地面波衰减得很快，可以忽略不计，其主要的传播方式仍为视距传播，即直接波与地面波的合成。在地面移动通讯中，接收信号不仅有时间上的衰落，而且还有地点上的衰落，是一种时间和地点上的随机信号，对于所覆盖的大面积地区，一般很难获得准确的地形数据，不可能对各个移动台所在的位置进行准确的场强估算。

10.研究方法：基于实验基础上的预测方法，Okumura方法，Lee方法；此外还有实验和理论相结合的方法，如我国的GB/T 14617.1-93方法等。论述微带天线在现代通信系统的应用特点及其发展趋势，研究方向。（要求论文字数不少于3000字，有标题，摘要，参考文献，参考文献不少于10篇，且为近3年内发表的文章）

（分数：50）

微带天线的发展及未来

摘要

现代电子技术向通讯、广播、可视电话、卫星导航、雷达等都离不开电磁学的发展。一直以来电磁学这门课程一直都是通讯技术发展的重点。微带天线在其中更是一个不可或缺的部分。天线的任务是将发射机输出的高频电流能量（导波）转换成电磁波辐射出去，或是将空间电磁波信号转换成高频电流能量送给接收机。辐射和接受电磁能量的装置称为天线。在现代的社会，天线是人人不能缺少的东西。在这里介绍的微带天线则就是其中的精髓。它主要应用于高科技领域，微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。早在1953年就提出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视。在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代。常用的一类微带天线是在一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。当贴片是一面积单元时，称它为微带天线；若贴片是一细长带条则称其为微带阵子天线。

关键字 ：微带天线，电磁场与电磁波，通信，天线

1.微带天线的发展情况

微带辐射器的概念首先是德尚（G.A.Deschamps)在1953年提出来的。最早的实际的微带天线是Howellt和Munson在1972年研制成的（当较好的理论模型及对敷铜或敷金的介质基片的光刻技术发展之后）。

随着无线电技术的发展，微带天线在各个领域得到越来越广泛的应用：无线通讯技术，包括手机、蓝牙（BlueTooth）、无线局域网（WLAN）等终端；小型化卫星通讯；多普勒及其它制式雷达；无线电测高仪；指挥和控制系统；导弹遥测；无线电引信；环境检测仪表和遥感；复杂天线中的馈电单元；GPS卫星导航接收机；生物医学辐射器等）。当今对于微带天线技术的研究热点高增益、低副瓣设计小型化、宽带设计多极化、多频段设计超宽带天线设计光子带隙PBG技术应用于微带天线设计。

2.微带天线的定义

微带天线，英文名称microstrip antenna，是在有金属接地板的介质基片上沉积或贴附所需形状金属条、片构成的微波天线。主要应用于航空科技（一级学科）；航空电子与机载计算机系统（二级学科）。

微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线(光刻、腐蚀等方法做出一定形状的金属贴片)。它采用微带线或同轴线等馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。因此，微带天线可以看成是一种缝隙天线。由于介质基片的厚度往往远小于波长，故它实现了一维小型化，属于电小天线。

3.微带天线的分类

微带天线可以分为三种基本类型：微带贴片天线、微带行波天线和微带缝隙天线。微带贴片天线（MPA—Microstrip Patch Antenna）是由在介质基片一面的任何平面或非平面几何形状的导电贴片和另一面的地平面构成。常见实际使用的基本结构如图(a)，其中矩形和圆形贴片天线应用最广。典型的贴片天线的增益为5-7dB，3dB波束宽度在70゜-90゜范围内。

微带行波天线（MTA—Microstrip Traveling-Wave Antenna）是由链形周期性导体或足够宽度以支持TE模式的一个长微带线构成。它沿线传输行波，天线的另一端是一个匹配电阻性负载，用来避免天线上的驻波。可以将行波微带天线设计成使得主波束位于从侧面到端射的任何一个方向。

微带缝隙天线（MSA—Microstrip Slot Antenna）是利用开在接地板上的缝隙，由介质基片另一侧的微带线或其它馈线（如槽线）对其馈电的天线。裂缝实际上可以是任何形状，但通常只对一些基本的微带裂缝的形状进行研究，如矩形裂缝，环形裂缝，矩形环裂缝和锥形裂缝。裂缝天线在它们裂缝的两侧辐射，因此可称之为双向辐射器。利用裂缝的一个侧面上的反射器板，就可以获得单向辐射器。

4.微带天线的工作原理

贴片尺寸为a×b，介质基片厚度为h。微带贴片可看作为宽a长b的一段微带传输线，其终端（a边）处因为呈现开路，将形成电压波腹。一般取b，为微带线上波长。于是另一端（a边）处也呈电压波腹。电场可近似表达为（设沿贴片宽度和基片厚度方向电场无变化）：。

天线的辐射由贴片四周与接地板间的窄缝形成。由等效原理知，窄缝上的电场的辐射可由面磁流的辐射来等效。等效的面磁流密度为。沿两条a边的磁流是同向的，故其辐射场在贴片法线方向（z轴）同相相加，呈最大值，且随偏离此方向的角度的增大而减小，形成边射方向图。

沿每条b边的磁流都由反对称的两部分构成，它们在H面（yz平面）上各处的辐射相互抵消；而两条b边的磁流又彼此呈反对称分布，因而在E面（xz平面）上各处，它们的场也都相消，在其它平面上这些磁流的辐射不会完全相消，但与沿两条a边的辐射相比，都相当弱。

矩形微带天线的辐射主要由沿两条a边的缝隙产生，该二边称为辐射边。由于接地板的存在，天线主要向上半空间辐射。对上半空间而言，接地板的效应近似等效于引入磁流 的正镜像。由于，因此它只相当于将 加倍，辐射图形基本不变。

微带缝隙天线

最早出现的也最简单的是传输线模型(TLM-Transmission Line Model)理论，主要用于矩形贴片。更严格更有用的是空腔模型(CM-Cavity Model)理论，可用于各种规则贴片，但基本上限于天线厚度远小与波长的情况。最严格而计算最复杂的是积分方程法(IEM-Integral Equation Method)即全波(FW-Full Wave)理论。从原理上说，积分方程法可用于各种结构、任意厚度的微带天线，然而要受计算模型的精度和机时的限制。从数学处理上看，第一种理论把微带天线的分析简化为一维的传输线问题；第二种理论则发展到基于二维边值问题的求解；第三种理论又进了一步，可计入第三维的变化，不过计算也费时得多。这三种理论仍不断地在某些方面有所发展，同时也出现了一些别的分析方法。基于对积分方程法的简化，产生了格林函数法(GFA-Green’s Function Approach)；而由空腔模型的扩展，出现了多端网络法(MNA-Multiport Network Approach)等。5.微带天线的优缺点

和常用的微波天线相比，微带天线有如下一些优点：

⑴ 体积小，重量轻，低剖面，能与载体（如火箭、卫星飞行器等）共形，并且除了在馈电点处要开出引线孔外，不破坏载体的机械结构，这对于高速飞行器特别有利。

⑵ 性能多样化。不同设计的微带元，其最大辐射方向可以在边射到端射范围内调整；易于得到各种极化方式；特殊设计的微带元还可以在双频或多频方式下工作。

⑶ 可加性强。能和有源器件、电路集成为统一的组件，因此适合大规模生产，简化了整机的制作和调试，大大降低了成本。

和其他天线相比，微带天线也有如下一些缺点：

⑴ 相对带宽较窄，特别是谐振式微带天线。

⑵ 损耗较大，因此效率较低，这类似于微带电路。特别是行波微带天线，在匹配负载上有较大的损耗。

⑶ 单个微带天线的功率容量较小。

⑷ 介质基片对性能影响大。由于工艺条件的限制，批量生产的介质基片的均匀性和一致性还有欠缺，这影响了微带天线的批量生产和大型天线阵的构建。

6.微带天线的应用

微带天线具有小型化、易集成、方向性好、可加性强等优点，因此其应用前景广阔，尤其可在无线电引信上积极的推广与应用。现以国外某型炮弹引信为例，简要说明微带天线在引信上的分析与设计。该引信是—调频体制引信，天线部分由头部的塑料封帽、微带贴片和金属底板组成，安装在弹体头部。该天线在电流不连续点形成等效磁流源，靠改变各磁流的位置，可改变天线的方向性。在一些显要的系统中已经应用微带天线的有：移动通信、卫星通讯、多普勒雷达及其它雷达；无线电测高计；指挥和控制系统；导弹遥测；武器信管；便携装置；环境检测仪表和遥感；复杂天线中的馈电单元；卫星导航接收机；生物医学辐射器。这些绝没有列全，随着对微带天线应用可能性认识的提高，微带天线的应用场合将继续增多。

参考文献

[1]天线的发展现状及趋势，htp:// [2]钟顺时，微带天线理论与应用，西安电子科技大学出版社，1991 [3]LIU Xue-Guan，GUO Hui-Ping.Microstrip Technology antennas[M].Xi’an Publishing house of Xi’an Electronic Science and Technology University(刘学观，郭辉萍.微波技术与天线，西安:电子科技大学出版社)2001.[4] 薛睿峰，钟顺时.微带天线小型化技术.电子技术.2002 [5] 施华，舒琳，王均宏.手机天线的研究进展.移动通信.2002 [6] 樊明延，张雪霞，冯正和.移动通信中小天线技术新进展.通信市场.2003 [7] 吕文俊，程勇，程崇虎，朱洪波.一种新型多频缝隙微带天线的设计.电波科学学报.2006 [8]王军礼.电磁场与电磁波（第三版）.西安电子科技大学出版社，2009 [9]王军礼.《电磁场与电磁波（第三版）》学习指导.西安电子科技大学出版社，2011