TBT1875-1987列车无线电通信天线类型、基本参数及测量方法.pdf

TB TB 中华人民共和国铁道行业标准 中华人民共和国铁道行业标准 TB/T 187587 TB/T 187587 列车无线电通信天线类型、 列车无线电通信天线类型、 基本参数及测量方法 基本参数及测量方法 19870518 发布 19871231 实施 中华人民共和国铁道部 发布中华人民共和国铁道部 发布 列车无线电通信天线类型、 基本参数及测量方法 1. 引言 列车无线电通信天线类型、 基本参数及测量方法 1. 引言 1.1. 本标准适用于 VHF 和 UHF 两频段列车无线电通信系统无源收发天线。 1.2. 本标准规定了列车无线电通信天线的类型、电性能基本参数指标、电性能测量方法，一般结 构和使用要求。 2. 名词、术语 2. 名词、术语 2.1. 源天线 在指定条件下，向被测天线发射或接收电磁波的一种天线。 2.2. 转换标准天线 按指定结构严格制造的一种作为标准用的天线。其增益和方向性可以计算出来，并且在必要的 时候能通过测量来确认。用于对天线增益的测量。 2.3. 线极化 当电磁波的电场矢量取向保持在同一直线上时，这种电磁波的极化称为线极化。电场矢量与地 面平行的极化称水平极化，电场矢量与地面垂直的极化称垂直极化。 2.4. 电压驻波比(V、S、W，R) 把天线当作传输线的负载时，在沿传输线的电压分布图形，其电压最大值与最小值之比称为电 压驻波比。通常该传输线应无损耗，天线的标称阻抗应等于传输线的特性阻抗。 2.5. 工作频带 指天线的所有电性能在该频带内都符合要求的频率范围。 2.6. 前后比 定向天线的前后比是指天线辐射方向图的最大辐射方向(规定为 0)上的辐射功率与背向(180 60)内的辐射功率之比。通常用 dB 表示。 2.7. 天线增益 天线在所述方向上的辐射功率与一无损耗的半波参考偶极子在馈以相同功率时最大辐射功率之 比。 2.8. 风负荷 作用在天线和天线支撑结构上由于风压力所引起的各力的总和。 3. 类型 3. 类型 列车无线电通信系统使用的天线分固定电台天线，机车电台天线、便携式电台天线和隧道传输 1 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 用天线等。 列车无线电通信系统最常用的天线型式见附录 A(参考件)。 3.1. 固定电台天线 主要有下列几种： 3.1.1. 对称振子天线 是一种终端开路的对称棒状天线，多为 12或 14子，H 面无方向性，最大方向性与轴线 垂直。用角形反射器可增强 H 面方向性，用若干排列成一条线的振子阵可增强 E 面方向性。 3.1.2. 同轴振子天线 是一种终端开路棒状天线，其中一个电极以同轴方式配置，性能与对称振子相似。 3.1.3. 八木天线 由一个有源振子和一个或几个反射器和引向器组成的天线。 3.1.4. 对数周期天线 由许多不同长度的振子所组成的一种宽频带天线。振子长度与间隔符合一定比例关系。当工作 频率改变时天线的电性能按频率的对数呈周期性地变化。振子交叉馈电。 3.2. 机车电台天线 主要有下列几种： 3.2.1. 加顶圆盘天线 顶端采用圆盘加载的一种垂直振子天线。 3.2.2. 加顶垂直折合天线 用垂直加顶折合的方式使天线辐射杆缩短至 0.1的一种变形的的垂直折合振子天线。 3.2.3. 不对称折合天线 一个从中间横截开的半扇折合振子，多为 12或 14不对称折合天线，利用车体起地网的 作用。 3.3. 便携式电台天线 主要有下列几种： 3.3.1. 14鞭状天线 一种形如鞭状可弯曲的垂直天线，其电长度为 14。 3.3.2. 螺旋鞭状天线 形如鞭状的螺旋天线，螺旋线的园周长远小于一个波长。辐射最强的方向垂直于螺旋轴。 3.3.3. 14软天线 用电长度为 14的软导线做成，使用时软导线自然下垂或镶在台的背带之中。 3.4. 隧道传输用天线 主要有下列几种： 2 3.4.1. 高增益八木天线 具有更多个反射器和引向器增益大于 10dB 的八木天线。 3.4.2. 高增益多元振子天线 将两个以上振子以适当间隔和适当的连接方式组合在一起，以增加所需方向的辐射，其增益一 般大于 10dB。 3.4.3. 螺旋天线 一种具有螺旋形状的天线、螺旋线圆周长为一个波长的数量级，最强辐射在螺旋轴方向。 4. 基本参数 4. 基本参数 本标准所列的基本参数主要是规定电性能指标的最低标准。 4.1. 工作频率 天线工作频率应符合列车无线电通信使用的工作频段。 4.2. 天线方向图 4.2.1. 全向天线 全向天线的 H 面方向图在 360范围内的任何方位上，其相对增益的变化与平均值相比应不大 于1.5dB。 平均值指 360范围内相对增益的最大值与最小值的算术平均值。 4.2.2. 定向天线 定向天线在指定的 H 或 E 面上，其主瓣与最小副瓣相对增益之差应大于 3dB。在特殊场合下， 根据需要给出前后比。 4.3. 天线增益 4.3.1. 全向天线 全向机车电台天线增益不低于一 3dB。 4.3.2. 定向天线 定向天线增益大于 2.5dB。 4.3.3. 工作频段不均匀性 天线在工作频段内增益的不均匀性不大于 3dB。 4.4. 电压驻波比 在规定工作频带内，天线端口处的电压驻波比不大于 1.5。 4.5. 输入阻抗 天线的标称输入阻抗规定为 50。 5. 测量方法 5. 测量方法 本标准所述测量方法是针对列车无线电通信天线的主要电性能测量方法，测试项目主要是指通 3 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 常使用的天线辐射方向图、天线增益、工作频段不均匀性、电压驻波比和输入阻抗五个项目。 5.1. 对测量仪器设备的基本要求 5.1.1. 对列车无线电通信天线进行电性能测量时，其所用测量仪器应满足附录 B(参考件)所列各 项要求。 5.1.2. 进行测量前，所用测量仪器经规定的有关部门检定并确认合格。 5.1.3. 所用测量仪器的射频输入(或输出)阻抗应为 50否则必须加接阻抗匹配装置。 5.2. 天线辐射方向图、增益和工作频段不均匀性的测量。 根据互易原理，用源天线作发射，被测天线作接收与用源天线作接收、被测天线作发射测量得 结果相同。为方面起见，假定用源天线作发射天线。 5.2.1. 测量条件 被测天线与其支撑系统和源天线一起安装在测试场地(见附录 C)。 5.2.1.1. 发射天线和被测天线具有相同的极化。 5.2.1.2. 源天线和被测天线之间的距离至少 10或者 2L 2o 其中 L 为被测天线的最大尺寸，为测试频率中最长的波长。 5.2.1.3. 被测天线安放在场强大小基本上是均匀的场地内。测试前用一个半波偶极子在被测天线 的有效容积范围内检测，如果场强变化超过 1.5dB，则场地不能使用。 5.2.2. 天线辐射方向图测量程序及结果表示。 5.2.2.1. 按照附录 C 架设源天线和被测天线。 5.2.2.2. 将源天线与一个射频信号发生器相连，调整射频信号发生器的频率至测试频率。用测量 接收机或场强仪测量被测天线端口的信号电平。 5.2.2.3. 将被测天线在 360范围内绕轴旋转，记录旋转角度与接收信号电平关系。 5.2.2.4. 在每个测试频率点重复 5.2.2.25.2.2.3 的步骤。 5.2.2.5. 对每个需要测试的平面重复 5.2.2.25.2.2.4 的步骤。 5.2.2.6. 测量结果表示 对每个测试频率在同一测试平面上各个旋转角度测得结果用电平或相对接收到的最大电平值之 差表示，把角度与电平关系绘制成曲线或图表。 5.2.3. 工作频段不均匀性测量程序及结果表示 5.2.3.1. 测量程序与 5.2.2.15.2.2.5 同。 5.2.3.2. 测量结果表示 在同一测试面上对每个旋转角度用不同频率测得的结果用电平或相对接收到的最大电平值之差 表示，把频率与电平关系绘制成曲线或图表。 5.2.4. 天线增益测量程序、测量结果的计算及表示 5.2.4.1. 测量程序与 5.2.2.15.2.2.2 同。 4 5.2.4.2. 旋转被测天线到接收最大信号(Va)的方向上。 5.2.4.3. 用一个工作频带相同的标准天线代替被测天线，旋转该天线到接收最大信号方向位置。 并在天线端口附加一个衰减器用以改变接收电平的读数。直至接收信号等于 Va值为止。记下此时的 衰减量 AD。 注：标准天线必须用附录 D 的转换标准天线校准。 5.2.4.4. 如果被测天线增益大于标准天线的增益， 则 5.2.4.25.2.4.3 中被测天线与标准天线互 换。 5.2.4.5. 对每一个需要的频率重复进行测量。 5.2.4.6. 测量结果的计算 天线的增益 Ga=AD+Gs(1) 式中： AD衰减量，dB； GS一标准天线的增益，dB。 注：圆度校正，如果要求天线在水平面是全向辐射，测量增益应考虑增益值随不同方位角均变 化。为此给出 G。(以 dB 计)，它是相对于一个无损耗半波偶极子的平均增益，亦即 Go 是在全圆周 内取足够多的(一般不少于 12 个)等间隔划分的各个方位角测得的 Ga 算术平均值。 5.2.4.7. 测量结果的表示 被测天线相对半波偶极子的增益与频率的关系可用图表形式表示。 5.3. 电压驻波比和输入阻抗的测量 5.3.1. 测量条件 被测天线安装在一个相对来说没有反射的并且距离测试设备和测试人员相当远的自由空间里。 当被测天线在 8 个相隔 45的方位上，水平方向移动最小为 12，上下移动 12时，驻波比 的变化小于 10%，则可认为测试场地合格。 5.3.2. 电压驻波比的测量程序及结果表示 5.3.2.1. 测量程序 将被测天线通过一个驻波比测量装置(如矢量电压表)与一个工作在所需频率上的匹配信号源连 接起来，信号源的标称阻抗等于传输线的特性阻抗，测量系统在测量频率范围内残余驻波比不大于 1.05(频率高于 500MHz 残余驻波比不大于 1.10)。测量工作应该在所需的每个频率点上进行。 5.3.2.2. 测量结果表示 对每一个所需频率点用测量的最大驻波比表示，同时表明测量装置的标称阻抗。若测试中连接 被测天线的馈线损耗大于 0.5dB 时，所测的驻波比应按下式校正： 校正后的反射系数 Sl Sl a + = 20 1 10(2) 式中： -被测天线馈线损耗，dBm； a 5 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 l-馈线长度，m； S -被测天线馈线端测得的驻波比。 则校正后的驻波比 + = l l S 5.3.3. 输入阻抗测量程序及结果表示 天线阻抗可用射频网络分析仪或其它仪表在规定的频率上测试。 测得的阻抗可用所在频率上的阻抗 RJX 的形式或用阻抗圆图表示。 6. 一般结构和使用要求 6. 一般结构和使用要求 6.1. 一般结构要求 6.1.1. 天线结构设计要牢固，安装架设方便，应防水、防电化学腐蚀。 6.1.2. 固定电台天线应确保最大风荷时的强度。 6.1.3. 机车电台天线结构要求天线辐射体直流接地，并在可能条件下采用合成纤维材料天线罩。 6.1.4. 便携式电台天线辐射体应采用柔软导体，表面绝缘光滑。 6.1.5. 天线和电台之间采用接插件连接，要求接插件轻便灵活和坚固耐用，固定电台和机车电台 尽量采用 L16 接插件，便携式电台尽量采用 Q9 接插件。 固定电台天线两个方向振子的馈线至匹配器的长度， 应根据前后两区间不同距离有 3m 左右的调 整范围，以满足固定电台两方向天线在同一杆上架设高度不同的要求。 6.1.6. 机车电台和便携式电台天线在结构上要考虑防振，各个方向的耐振强度在 555Hz 振动频 率条件下应达到 3g。 6.1.7. 天线应能在-45十 55环境温度下正常工作。 6.1.8. 机车电台天线座应按标准尺寸制作(见图 1)，便于和车体连接。 6 图 1 机车台天线座标准尺寸 6.2. 使用要求 6.2.1. 固定电台天线除了本身直流接地，需考虑防雷的地点，必须另设防雷装置，防雷地线的埋 设应符合铁路通信设计规范的要求。 6.2.2. 机车电台天线安装在机车车顶或司机室顶部与机车车体相连，装设尺寸应符合铁路限界要 求，注意引入口的密封和防腐蚀。 6.2.3. 在同一杆上装有多个天线时，需考虑适当几何排列或采用滤波器，以达到相互间有足够的 去耦(至少 40dB)。 6.2.4. 电气牵引区段固定电台天线架设位置要尽可能远离接触网。两者距离不少于 2m。 7 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 附 录 A 附 录 A (参考件)(参考件) 8 附 录 B 测 量 仪 表 (参考件) 附 录 B 测 量 仪 表 (参考件) 序 号 仪表名称 性 能 指 标 1 高频信号发生器 频串范围 25520MHx 输出阻抗 50 输出电压调节范围 15X10 6V 频串稳定度 10 -6 频串调节误差 1 输出电压调节误差 2.5dB 2 测量接收机或场强仪 频串范围 25520MHz 电子测量范围 110 5V 电子测量误差 0110dB2dB 输入阻抗 50 3 驻波测试仪 频串范围 25520MHz 剩余驻波系数 S10 6(f 在 50520MHz) 4 50匹配负载 频串范围 0520MHz 电压驻波比 S1.05 5 步进衰减器 频率范围 0520MHz 精 度 070dB0.5dB 特性阻抗 50 6 射频电压表 频串范围 25520MHz 测量范围 3mV300V 测量误差 5 7 矢量电压表 频率范围 0520MHz 相位指示范围 0180、60、18、6 分辨串 0.1 电压范围(通道 A 和 B) 通道 1AmV1V(10dB 挡) 通道 B 10V1V(10dB 挡) 8 射频网络分析仪 频串范围 25520MHz 输出电平 1OdBm 阻抗 50 动态范围 80dB 显示误差 2 9 扫频仪 频率范围 25520MHz 输出衰减 070dB 衰减精度 (0.2+0.01A)dB 阻抗 50 9 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 附 录 C 附 录 C 测 试 场 地 测 试 场