有源天线的G/T值测试方法

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有源天线的G/T值测试方法

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http://www.360doc.com/content/24/0709/14/23557534_1128338883.shtml

有源天线在现代通信和雷达系统中扮演着重要角色。与传统的无源天线相比，有源天线集成了信号放大器、变频器等有源器件，具有小型化和高集成度的特点。本文将详细介绍有源天线的G/T值测试方法，包括射电源法、卫星信标法和近场测试法。

天线结构中若集成了信号放大器、变频器以及数模/模数转换器等有源器件，便可称之为有源天线。有源天线与传统的无源天线和有源模块分离的模式相比，具有小型化和高集成度化特点，极大的减少馈线连接损耗，使系统具有更高的信噪比、更好的阻抗匹配以及更宽的频带。多个有源天线单元组合形成的天线阵列可以实现波束赋形和多波束功能，先进的相控阵雷达和MIMO体制通信均是有源天线阵列的典型代表。

G/T值是衡量接收系统性能的重要参数，也称为接收系统的品质因数，G/T的定义为接收天线增益与系统工作噪声温度的比值。对于使用无源天线的接收系统来说，天线与有源接收机分离，系统的G/T值可通过分别测试天线的增益和天线温度，以及接收机的等效噪声温度来计算，称为间接测试法。测试时首先天线对准冷空，天线的输出直接馈入接收机，则接收机输入端的等效噪声温度为

其中𝑇0已知，接收机的噪声温度𝑇𝑒需提前测出，𝑌 = 𝑃𝑅/𝑃0，由射频仪器读出。天线增益采用常规比较法进行测试，即可得到接收系统的G/T值。有源天线的G/T值测量方法与无源天线不同之处在于有源天线往往天线与接收机无法分离，不能单独测试天线的增益，因此需采用整机测试方法。有源天线的G/T值测量方法有三种,即射电源法、卫星信标法和近场测试法，前两种方法均在外场测试，较为先进的测方法为近场波谱法，可在室内环境测试。

射电源法

宇宙射电源是一种微波噪声功率源, 作为测试用途的射电源需要具有足够的流量强度、流量稳定性以及必须位于合适的天球区域。天线测试常用的射电源主要有太阳、月亮和仙后座 A(CasA)、天鹅座 A(CygA)和金牛座 A(TauA)等射电天体。一般大口径天线由于增益足够高，采用恒星射电源即可获得足够高的信号强度,而中小口径天线由于增益低，若采用恒星射电源，射电流量较弱，有可能超出接收系统动态范围之外，或者测试的 Y 因子过小,导致较大的测量误差，因此可考虑采用太阳或月亮等大流量射电源。

射电天文法就是利用己知宇宙射电源作为噪声信号源,通过天线测试该射电源的功率与冷空背景的噪声功率之比，直接计算接收系统 G/T 值。当天线对准冷空时，天线截获的射频功率为

其中𝑇𝑜𝑝为接收机工作温度，包含天线噪声温度和射频系统噪声温度。当天线对准射电源时，天线截获的射频功率为

由于距离遥远，射电源的立体视角近似为 0，因此天线 3dB 波束内的冷空噪声功率仍会进入天线，这部分噪声即为冷空噪声温度𝑇𝐴′。上式中𝑆为射电源的功率通量，单位为𝑊𝐻𝑧-1𝑚-2，系数 1/2 是因为天线只能接收单极化的能量，𝐺𝑅为接收天线增益，Y 系数定义为𝑃𝑅和𝑃𝐶的比值。计算得到 G/T 值为

实际运用上式时，还需要乘上效率因子以补偿由于大气衰减、天线对准、以及通量波动带来的测试误差。射电天文法要求射电源要在天线的活动范围内，且流量密度要稳定、辐射强度合适。