标准规范下载简介

JJF 1880-2020 250 MHz～110 GHz口面天线增益校准规范(外推法).pdf

下列术语和定义适用于本规范。 3.1口面天线 apertureantenna 具有电大物理口径的天线。 [IEEEStd145,4] 3.2外推法extrapolationmethod 测量天线增益的一种方法，能够修正多路径和近距离效应对天线增益测量结果的 影响。 注：外推法也称三天线外推法或广义三天线法。 [IEEEStd149,12.2.4] 3.3增益gain 天线在给定方向上的辐射强度与馈人天线的净功率被向各个方向均匀辐射时所得辐

天线在给定方向上的辐射强度与馈入天线的净功率被向各个方向均匀辐射时所得 强度之比。当不指明方向时，默认为天线最大辐射强度方向

天线是无线电系统的基本组成单元，用于实现空间电磁场与导波结构中电磁场的 天线被广泛应用在通信、导航、遥感、广播电视等领域中。增益是天线的重要参

JJF1880—2020全电波暗室：若在250MHz频点校准天线，暗室尺寸应达到14m×7m×7m。6.2.3其他辅助设备定向耦合器、功率放大器、低通滤波器、混频器、本振/中频分配单元、直导轨、可移动天线塔、辅助天线等辅助设备。注：可移动天线塔的高度至少达到校准时天线最大间距的0.15倍（见IEEEStd149，12.2.4）。7校准项目和校准方法7. 1校准项目天线增益。7.2校准方法7.2.1测量原理首先在收、发天线相距一系列不同距离下测量两天线端口之间的插人损耗，然后通过数值滤波方法修正收、发天线之间多重反射波对测量数据造成的影响，再对滤波后的数据关于距离的变化曲线做拟合，再将拟合结果做距离外推可得到收、发天线的增益乘积。三副天线两两组对进行上述测量和数据处理过程，可得到三副天线两两之间的增益乘积，然后解方程可得每副天线的增益。可以使用功率计或网络分析仪方式进行测量LY／T 2882-2017 饰面模压纤维板，两种方式下的系统原理框图见图2。一天线端口一天线端口功率定向耦合器低通滤波器放大器发射天线接收天线信号源功率计1功率计2a）功率计方式系统原理框图天线端口定向耦合器天线端口发射天线信号源混频器1LOLOIF同步双工器信号LO/IF本振/中额分配单元LOIF]IF网络分析仪b）网络分析仪方式系统原理框图图2使用功率计、网络分析仪两种方式测量天线增益原理框图3

其中，信号源用于产生单频发射信号。功率放大器用于放大发射信号，增大测量系 统动态范围。低通滤波器用于减小功率放大器可能产生的谐波影响。定向耦合器用于提 取发射端参考信号，接口可为同轴或波导形式。功率探头和功率计用于测量发射端的耦 合功率和接收端功率，间接获得收、发天线输入端口间的插入损耗。这种方式可以获得 更好的系统稳定性。网络分析仪用于测量收、发天线输人端口间的插人损耗，以及有关 元件的端口反射系数。当网络分析仪使用外置信号源时，在收、发两端使用混频器，配 合使用本振/中频分配单元，完成收、发两端射频信号的混频和网络分析仪的中频接收 昆频器射频信号端可为同轴或波导接口。 此外，用外推法校准天线增益时需在不同收、发天线间距下进行测量。收、发天线 间距的改变通过天线塔在导轨上前后移动实现。测距仪用于测量收、发天线间距。用外 推法校准1副待校天线时需使用2副辅助天线，辅助天线通常采用标准增益喇叭天线

7. 2. 2准备工作

将图2中连接收、发天线端口的电缆或波导对接。如果收、发端使用同轴电缆，则 直通测量时需使用一个连接器将收、发电缆对接。 若采用功率计方式测量，记功率计1示数为PTo，功率计2示数为PRo。由式（1） 计算得到直通校准因子K（f）。

若采用网络分析仪方式测量，假定发射端对应网络分析仪端口1，接收端对应端口2， 用网络分析仪测量S参数得到S21。这种测量方式下K（f）=S212。 在记录直通测量数据之前，需检查测量系统线性。方法是，以信号源某一输出功率 为起点，记下K（f），减小信号源功率至少12dB，确认K（f）的变化量小于0.05dB。 否则，减小信号源输出功率，重复以上过程，直至达到以上要求。然后，在最后一次调 整的起点信号源功率下开展直通测量。 若采用功率计方式测量，将PTo和PRo记录到A.2的表中；若采用网络分析仪方式 测量，将测量得到的S21记录到A.3的表中

7.2. 3. 2传输测量

收、发端接天线进行传输测量（见图2）。首先对准两天线，使两天线视轴共线， 极化匹配。然后在一系列不同天线间距d下测量天线端口间的插入损耗IL（f，d），其 中d通常定义为两天线口面间距。 确定外推测量天线间距d（dmin≤d≤dmax）的通常规则是：dmax>2D²/入，dmin= lmx/n。其中D为收、发天线的最大口径，入为波长；n一般取3或4。通常选取相邻

测量点间距△d≤入min/8，其中入min为待测频段的最小波长。 若采用功率计方式测量，记功率计1示数为Pr(d)，功率计2示数为Pr(d）。用 式 (2) 计算 IL(f, d)。

若采用网络分析仪方式测量，假定发射端对应网络分析仪端口1，接收端对应端口 2，用网络分析仪测量S参数得到|S21|。这种测量方式下IL(f，d）=|S21|"/K（f）。 在记录传输测量数据之前，需检查测量系统线性。在天线间距取最小值dmin时，采 用与7.2.3.1相同的方法，确保IL（f，d）的变化量小于0.05dB， 若采用功率计方式测量，将测量得到的Pk和P记录到A.4的表中。若采用网络 分析仪方式测量，将IS，|记录到A.5的表中

7.2.3.3数据处理

在不同间距d下测量得到一系列插入损耗以后，基于式（3）做数值滤波以去除 收、发天线之间的多重反射，再做关于（1/d）的3项（或4项）多项式拟合，可得到 拟合系数A1、A2、A3（和A4）。数值滤波和多项式拟合方法参见IEEEStd149一1979 （R2008）中12.2.4及其有关参考文献

十…+多重反射项 + di

式中： GT一 发射天线增益； GR 接收天线增益； C 光速，m/s; f 频率，Hz; 天线口面间距； A1一 拟合系数。 从而可以得到发射、接收天线增益乘积GPTR「见式（5）。

三副天线（a、b、c）两两组对，进行三组（ab、ac、bc）上述测量和数据处理过 程，可得天线两两之间的增益乘积GPab、GPac、GPbe，再由式（6）可得G。 GhG:

GPab · GPac G GP be GPab · GPbe Gb GPac GPbe· GPac G. GPah

天线校准后，出具校准证书。校准证书至少应包含以下信息： a）标题：“校准证书”； b）实验室名称和地址； c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）； d）证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识； e）客户的名称和地址； f）被校对象的描述和明确标识； g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的 接收日期； h）如果与校准结果的有效性或应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明； i）校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号； i）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明； k）校准环境的描述； 1）校准结果及其测量不确定度的说明； m）对校准规范的偏离的说明； n）校准证书签发人的签名、职务或等效标识； o）校准结果仅对被校对象有效的说明； p）未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明

隔由用户根据使用情况自行确定，推荐为

JJF1880—2020附录A原始记录格式A. 1端口反射系数端口频率/GHz实部虚部A.2直通测量数据居（功率计方式）频率f/GHz发射功率PTo/W发射功率PRo/WA. 3直通测量数据居（网络分析仪方式）频率f/GHzS参数IS21I7

JJF1880—2020A.4传输测量数据（功率计方式）第一组发射天线序列号接收天线序列号距离d/m频率f/GHz发射功率Pr/W发射功率Pr/W第二组发射天线序列号接收天线序列号距离d/m频率f/GHz发射功率Pr/W发射功率PR/W8

JJF1880—2020第三组发射天线序列号接收天线序列号距离d/m频率f/GHz发射功率Pr/W发射功率Pr/WA. 5传输测量数据居（网络分析仪方式）第一组发射天线序列号接收天线序列号距离d/m频率f/GHzS参数IS21I9

JJF1880—2020第二组发射天线序列号接收天线序列号距离d/m频率f/GHzS参数IS21I第三组发射天线序列号接收天线序列号距离d/m频率f/GHzS参数|S2|10

在三天线外推法测量中，假定待校天线作为天线c，其增益测量模型见式（C. 式(C. 2)。

GP=GPuM·CF·Au·KM·KD·PM·FR·FT·SL·äAR(C.2) 式中： GP;一一天线i和天线i的增益乘积，i可取ab、bc、ac； Mc一 阻抗失配修正因子； AA 大气吸收修正因子； GPijM 直通测量和传输测量数据经过数值滤波、多项式拟合和距离外推后得到 的天线i和天线j的增益乘积，参见7.2.3； CF 射频线缆形变造成的影响量； AU 天线对准的影响量； KM 系统直通测量重复性的影响量； KD一 直通校准因子漂移的影响量； 8PM一 极化失配的影响量； 8FR 多项式拟合随机误差的影响量； 8FT 多项式拟合截断误差的影响量； 8S 系统非线性的影响量； AR 吸波材料反射的影响量。 将式（C.1）和式（C.2）两边取10log1o（·），转换为以dB为单位，可得式 (C.3）和式（C.4)。

GP=GPiM+CF+Au+KM+Kp +PM+FR+F+S.+ARLdB

将测量重复性在GPijM中评估，可假定式（C.2）等号右边各输入量和Mc、AA相 互间均不相关。在式（C.3）和式（C.4）两边计算不确定度，将式（C.4）代人 式（C.3），考虑式（C.3）中GP；之间的相关性，可以计算得到各输人量的灵敏系数 然后基于各输入量不相关的假定，可计算天线c增益的合成标准不确定度，见式（C.5）。

u(Ge)= ) u (GP)+() u (8Cr)+) u2 (8Au)+() u (8Km) )"u (8P m)+[图) "u (Fr)+[) u (FT)+ ) u (8Kp)+[) 5) u (aSt) + u(AR)+u(Mc)+u(AA) [dB]

式中，各灵敏系数的计算过程将在以下介绍各个输入量的不确定度评定过程中进 释。

C.2标准不确定度的评定

度u（GPjM） GPiM的测量重复性由传输测量得到的接收与发射功率比来评估。多次连接待测天 线，测量接收与发射功率比，选择测量频段内最大实验标准偏差作为该输入量的标准不 确定度。 为获得天线c的增益值，外推法测量按照天线a和天线b（以下简称avb）、天线a 和天线c（以下简称avc）、天线b和天线c（以下简称bvc）的配对顺序进行测量。在计 算天线c的增益时，天线a连接重复性的影响被抵消掉；天线b被连接2次，且两次连 接重复性的影响不相关；天线c连接重复性的两次影响完全正相关。因此该输入量不确

定度的灵敏系数为×/1?+12+22 VO ~1.225

适用于功率计方式和网络分析仪方式。

u(GPiM)=0.004 dB

C.2.2射频线缆形变造成的影响量CE引入的标准不确定度u（CE） 人为多次弯曲系统内的射频微波线缆，不改变其他系统状态，以相同距离和位置处 收发天线插人损耗的最大变化量作为误差界。该影响量服从矩形分布，包含因子k三/3。 为获得天线c的增益值，外推法测量按照avb、avc、bvc顺序进行测量。在计算天 线c的增益时，天线a连接电缆的影响被抵消掉；天线b被连接2次，且两次连接电缆 的影响不相关；天线c连接电缆的两次影响相同（即完全正相关）。因此该输入量不确

定度的灵敏系数为÷×/1²+1²+22 /6 ~1.225

若采用网络分析仪方式，该影响量误差界的典型值为土0.01dB；若采用热敏功 方式，该影响量的影响很小，可忽略。因此，若采用网络分析仪方式，则

大线对准的影响量Au引人的标准不确定度u（Au） 天线对准误差有两个来源，一是角度偏差，包括俯仰和旋转，二是平移偏差。其

F 18802020

平移偏差在外推至无限远处时可被忽略；角度对准误差可以通过光学测量仪器测量天线 安装角度偏差，扫描天线E面方向图，获取在该角度偏差范围2倍～3倍内的接收信号 强度的变化量。假定该影响量服从正态分布，取接收信号的最大变化量作为该影响量的 扩展不确定度（k=2）的估计值。 外推法测量按照avb、avc、bvc顺序进行测量。在计算天线c的增益时，天线a对 准的影响被抵消掉；天线b被连接2次，且两次对准的影响不相关；天线c对准的两次 影响相同（即完全正相关）。因此该输人量不确定度的灵敏系数为亏×/1²十1?十22： 6 122.5

对于高增益标准增益喇叭天线，该影响量的扩展不确定度（k=2）典型值为0.03d) 用于功率计方式和网络分析仪方式。因此：

0.03 dB u（Au）= =0. 015 dB

C.2.4系统直通测量重复性的影响量KM引入的标准不确定度u（KM） 做至少10次直通测量，选择测量频段内最大实验标准偏差值作为影响量的标准不 确定度。三组传输测量使用同一组直通校准因子值，因此该不确定度分量的灵敏系数为 1/2。 该影响量的标准不确定度典型值为

适用于功率计方式和网络分析仪方式

u（KM）=0.004dB

比较三天线法测量前后直通校准值的变化量，以全频段内最大变化量作为该影响量 的误差界。该影响量服从矩形分布，包含因子k三/3。 假设系统飘移对单组测量结果影响相同，耳对三组结果的影响不相关。因此该不确 定项分量的灵敏系数为/3/2~0.866。 使用网络分析仪测量时，该影响量误差界的典型值为士0.02dB；使用热敏功率计 测量时为士0.002dB。因此，使用网络分析仪测量时：

C.2.6极化失配的影响量PM引入的标准确定度u（8PM）

2.6极化失配的影响量PM引入的标准确定度u（8PM）

u（）= 0.02 dB =0.012 dB /3

= 0. 001 2 dB 3

用天线极化效率描述极化失配对增益测量的影响，见式（C.6）。选取三次组合 大值作为该影响量的误差界。

JJF1880—2020

2(1±r)(1+r)

2(1 +r2)(1 ±r)

式中： F一天线极化效率； rw和r，一一发射天线和接收天线的轴比； △一一收、发天线极化椭圆主轴夹角。 该影响量服从反正弦分布，包含因子k=/2。 假设极化失配对三组测量的影响相同，且不相关，则该不确定度分量的灵敏系数为 /3/2~0.866。 收、发天线均为轴比≥40dB的线极化天线时，该影响量误差界的典型值为士0.004dB 因此：

u（PM）: 0.004 dB =0.0028dB 2

C.2.7多项式拟合随机误差的影响量FR引人的标准不确定度u（FR） 采用数值方法进行天线对增益乘积多项式拟合时，通常在某一位置处拟合数据和实 际测量数据之间存在偏差，称这种偏差为拟合残差。假定该影响量服从正态分布，选取 三组测量所有测量位置点拟合残差的均方根值的最大值作为该影响量的标准不确定度的 估计值。 多项式拟合引入的误差为随机误差，假设对每组天线对增益乘积拟合的影响相同 且不相关，因此该影响量的灵敏系数为/3/2～0.866。 该影响量的标准不确定度的典型值为

u（FR）=0.006dB

C.2.8多项式拟合截断误差的影响量F引人的标准不确定度u（FT） 使用有限阶数的多项式拟合测量结果时，忽略高阶项的截断误差构成增益结果的 个影响量。该影响量的误差界可以通过拟合项数、拟合系数以及多项式拟合残差计算获 得。假定该影响量服从正态分布，选取三组测量中所有频点误差界的最大值作为该影响 量的标准不确定度的估计值。 校准天线c时，通常选择两个相同型号的辅助天线（a和b）进行两两组对测量， 外推法测量按照avb、avc、bvc顺序进行，由于辅助天线a和b近似相同，因此增益乘 积多项式拟合截断误差的影响对avc和bvc两组测量近似完全正相关，但和avb不相

关。因此该不确定度分量的灵敏系数为×/2+13=～1.118

适用于功率计方式和网络分析仪方式

u(F)=0.003 dB

u（F)=0.003dB

测量系统的非线性对增益测量结果造成影响。在直通测量和传输测量时，分别评估 非线性的影响。通过调节信号源输出功率，比较调节前后接收信号的变化，以最天变化 直作为该影响量的误差界。该影响量服从矩形分布，包含因子k二/3。 校准天线c时，通常选择两个相同型号的辅助天线（a和b）进行两两组对测量 外推法测量按照avb、avc、bvc顺序进行，由于辅助天线a和b近似相同，因此系统非 线性对avc和bvc两组测量的影响近似完全正相关，但和avb不相关。因此该不确定度

分量的灵敏系数为×/2+1？=～1.118。

分量的灵敏系数为×/22+12=～1.1

使用网络分析仪测量时，该影响量误差界的典型值为土0.02dB；使用热敏功率 量时，误差界的典型值为士0.002dB。因此，使用网络分析仪测量时：

C.2.10吸波材料反射的影

=0.0012dB 3

吸波材料的非理想性对收、发天线插入损耗测量有直接影响，距离天线较近的吸波 材料影响较大，因此可建立天线附近吸波材料布局模型：基于吸波材料的反射率指标 评估吸波材料对增益测量的影响。该影响量服从反正弦分布，包含因子k/2。 校准天线c时，通常选择两个相同型号的辅助天线（a和b）进行两两组对测量 外推法测量按照avb、avc、bvc顺序进行，由于辅助天线a和b近似相同，因此吸波材 科对avc和bvc两组测量的影响近似完全正相关，但和avb不相关。因此该不确定度分

该影响量误差界的典型值为土0.01dB，适用于功率计方式和网络分析仪方式。 因此：

C.2.11阻抗失配修正因子M.引入的标准不确定度u（Mc

2.11阻抗失配修正因子Mc引入的标准不确定度u（Mc）

天线馈电端口以及测量系统内各连接端 外阳折天配会直接影彩增益测 量车 此需要对增益值进行阻抗失配修正。该修正值基于实际测量的各端口复反射系数计

适用于功率计方式和网络分析仪方式

C.2.12大气吸收修正因子AA引人的标准不确定度u（A

u(Mc)=0.006dB

.2.12天气吸收修止因子AA引入的标准不确定度u（AA） 250MHz110GHz信号存在两个明显的大气吸收窗口，分别是22GHz附近氧分 子吸收和60GHz附近水分子吸收。进行这两个频段的天线测量时：需要对测量获得的 插入损耗进行修正。修正模型很多，如HansLiebe的经典MPM模型。由于很难准确 平估修正因子引人的不确定度，可选择修正因子的值作为该影响量的误差界，并假定该 影响量服从矩形分布，包含因子k二/3。 该影响量的灵敏系数为1。60GHz处大气吸收修正因子典型值为0.08dB。因此：

在没有显著大气吸收效应的频点，不做大气吸收修正，即该项为0

C.3合成标准不确定度

GB／T 18749-2019标准下载u（AA) 0.08 =0.046 dB B

表C.1是采用功率计方式进行外推法测量，对某8.0GHz～12.5GHz标准增益喇 叭天线增益校准的标准不确定度分量汇总表。根据式（C.5）计算合成标准不确定 度为：

C.3.2网络分析仪方式

w.= 0. 023 dB

表C.2是采用网络分析仪方式进行外推法测量，对某75GHz～110GHz标准增 叭天线在60GHz处增益校准的标准不确定度分量汇总表。根据式（C.5）计算合 准不确定度为：

u.=0.054 dB

表C.1采用热敏功率计方式的标准不确定度分

T／CBDA 26-2019标准下载表C.2采用网络分析仪方式的标准不确定度分量汇总表

取包含因子k=2，扩展不确定度为： 对于C.3.1功率计方式的例子，U=kXu。=0.05dB； 对于C.3.2网络分析仪方式的例子，U=kXu.=0.11dB