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天线方向图是天线最基本的参数，通过天线方向图，可以得到天线半功率波束宽度、天线增益、副瓣电平等参数。完整的方向图是一个三维空间立体图形，但在工程测量中，一般只测量互相垂直的两个平面内的方向图，通常取方位平面和俯仰平面。测量的方法有信标法和辅助站法，前一种方法适用于收发天线的方向图测量，后一种方法适用于发天线的方向图测量。

信标法测量天线方向图原理框图见图11-1。在距离天线足够远处设置一台信标机，该信标机发射一个功率和频率稳定的单载波信号。将一台频谱仪连接到接收机上，频谱仪的输出接一台记录设备。令天线对准目标，然后分别在方位和俯仰方向上转动角度，进行角度扫描，在频谱仪上同步测量出电平值，由记录设备记录，即可绘制出天线方向图。

信标机必须距离被测天线做够远，以保证远场条件，即满足

式中r被测天线到信标机的距离，单位为m；D被测天线直径，单位为m；λ波长，单位为m。

同时信标机必须距地面做够高，保证被测天线的俯仰角足够大，以减少地面反射的影响。

因此通常在远处建一座标校塔用来放置信标机。如果地球同步卫星能够提供需要的频率资源，则完全满足远场条件，而且效果要比用标校塔好。

信标法适用于收发天线方向图测量，根据天线互易原理，一个天线的发射方向图等于该天线的接收方向图。例如图中的天线是一个C波段天线，其接收频率为4 GHz，发射频率为6 GHz。那么在测量接收方向图时，图中的接收机接在馈源的接收口，并且是一个4 GHz的接收机。而在测量发射方向图时，则要断开馈源发射口的波导，接入一个6 GHz的低噪声放大器，此时测出的频率为6 GHz的方向图即为发射方向图。

测量的具体步骤如下：

(1)按照图11-1连接仪表；

(2)设置信标机的输出频率、输出功率、输出极化；

(3)设置频谱仪的起止频率、分辨带宽、视频带宽、扫描时间；

(4)驱动天线对准信标机，记下此时的方位角和俯仰角，并标记为方位参考零值和俯仰参考零值；

(5)调整频谱仪的参考电平，使接收信号处于屏幕中合适的位置；

(6)固定方位值，以俯仰参考零值为基准，令俯仰向下转动θEL°，记为-θEL°；

(7)驱动俯仰向上转动直至+θEL°；

(8)在天线转动过程中，同步记录下俯仰值和接收电平，进而绘制出天线俯仰方向图；

(9)驱动天线重新对准信标机；

(10)固定俯仰值，以方位参考零值为基准，令方位向左转动θAZ°，记为-θAZ°；

(11)驱动方位向右转动直至+θAZ°；

(12)在天线转动过程中，同步记录下方位值和接收电平，进而绘制出天线方位方向图。

在某些情况下测量发射方向图时，比如被测天线找不到适用于发射频率的低噪声放大器，或不方便拆卸馈源波导，则可利用卫星和一个辅助站完成测试。辅助站法测量天线方向图原理框图见图11-2。被测天线对准卫星并向卫星发射一个单载波信号，卫星把接收到的信号向地面转发，辅助站对准卫星并接收卫星转发的信号。然后转动被测天线，由辅助站记录接收电平，同时由被测站或辅助站同步记录被测天线转动角度，即可绘制出天线发射方向图。

测量的具体步骤如下：

(1)按照图11-2连接仪表；

(2)被测天线对准卫星，记下此时的方位角和俯仰角，并标记为方位参考零值和俯仰参考零值；

(3)设置被测天线的输出频率、输出功率、输出极化；

(4)辅助站对准卫星；

(5)设置频谱仪的起止频率、分辨带宽、视频带宽、扫描时间、参考电平，并使接收信号处于屏幕中合适的位置；

(6)固定被测天线的方位值，以俯仰参考零值为基准，令俯仰向下转动θEL°，记为-θEL°；

(7)驱动俯仰向上转动直至+θEL°；

(8)在被测天线转动过程中，同步记录下被测天线的俯仰值和辅助站的接收电平，进而绘制出天线俯仰方向图；

(9)驱动被测天线重新对准卫星；

(10)固定被测天线的俯仰值，以方位参考零值为基准，令方位向左转动θAZ°，记为-θAZ°；

(11)驱动方位向右转动直至+θAZ°；

(12)在被测天线转动过程中，同步记录下被测天线的方位值和辅助站的接收电平，进而绘制出天线方位方向图。

3)方位角的修正

在测量方位方向图时，天线给出的方位角一般是水平面内的方位角，而实际需要的是空间平面内的方位角，因此需要对方位角进行修正。方位修正示意图见图11-3，图中O点为天线回转中心；平面A+OA-为水平面；直线Oz垂直该平面指向天顶。EL为天线的俯仰角；直线OA+'和直线OA-'分别为天线在俯仰角为EL的条件下，正偏和负偏后电轴的指向；OA+和OA-分别为天线正偏和负偏后方位的指向。

式中　ΔAZ为实际显示的方位偏离值，ΔAZ'为修正后的方位偏离值。