JJF(京)82-2022 高精度GNSS测量型天线校准规范

北京市地方计量技术规范

JJF（京）82-2022

高精度GNSS测量型天线校准规范

（多探头球面近场测量方法）

CalibrationspecificationofHighPrecisionGNSSGeodeticAntenna

（Methodofsphericalnear-fieldmulti-probeantenna

measurement）

2022-04-08发布2022-05-08实施

北京市市场监督管理局发布

高精度GNSS测量型天线校准规范

（多探头球面近场测量方法）

1范围

本规范适用于支持全球卫星导航系统（包括北斗三号全球卫星导航系统）的

高精度GNSS测量型天线的设计、生产、使用和校准。

2术语和计量单位

2.1滚降系数roll-offfactor

法向极化增益与水平方向极化增益之差。

2.2极化前后比front-to-rearratio

天线法向极化增益与背向±30°内的极化增益最大值之差。

2.3天线增益antennagain

天线在给定方向的辐射强度与馈入天线的净功率被各个方向均匀辐射时所得

的辐射强度之比，通常以分贝表示。

注1：如方向未给定，则指给定天线最大辐射强度的方向。

注2：如天线无损耗，则给定方向上天线的绝对增益在数值上和它的方向性系数相同。

2.4不圆度patternroundness

在水平面方向图中，其增益最大值或最小值与平均值的偏差。

3概述

测量型天线是高精度卫星导航接收机的重要组成部分，其性能优劣直接关系

到卫星导航接收机测量精度的高低。GNSS天线普遍为有源天线，包括无源天线

和低噪声放大器。

4计量特性

4.1轴比

法向轴比≤2dB

仰角20°方向轴比≤4dB

4.2天线方向图与增益

法向增益≥4.5dBi

仰角20°方向增益≥-5dBi

4.3极化增益前后比

≥20dB

1

4.420°仰角不圆度

≤1.5dB

4.5滚降系数

≥9dB

4.6带外抑制

≥30dB（接收信号边频±100MHz处）

4.7带内平坦度

≤1.5dB

4.81dB压缩点输出功率

≥0dBm

4.9视轴群时延

≤25ns

4.10电压驻波比

≤2.0

注：以上指标均指在天线的接收频点范围内，且不适用于合格性判别，仅供参考。

5校准条件

5.1环境条件

供电电源：电压(220±22)V，频率(50±1)Hz；

环境温度：（20±5）℃；

相对湿度：≤80%；

周围无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动。

5.2测量标准及其他设备

5.2.1矢量网络分析仪

a)频率：9kHz～40GHz；

b)信号源输出功率：-55dBm～10dBm；

c)动态范围：140dB。

5.2.2OTA暗室

a)屏蔽效能：＞90dB（400MHz～6GHz）；

b)暗室静区反射率：优于-45dB（400MHz～6GHz）；

5.2.3多探头球面近场测量系统

2

a)球面校准系统机械传动精度：优于0.1°

b)探头一致性：2dB

c)路径损耗：0.3dB

5.2.4直流稳压电源

a)直流电压：（0～30）V

b)直流电流：（0～3）A

6校准项目和校准方法

6.1校准项目

校准项目见表1。

表1校准项目表

序号校准项目名称

1外观

2电压驻波比

3视轴群时延

4天线轴比

5天线增益

6极化增益前后比

720°仰角极化增益不圆度

8滚降系数

9带外抑制

10带内平坦度

111dB压缩点输出功率

6.2校准方法

6.2.1外观

对天线标志和代号进行目测检查，天线标签、代号应完好，指北定向标志清

晰；对天线的外观质量进行目测检查，不应有凹痕、划伤、裂缝、变形等缺陷，

金属零件不应有锈蚀。

6.2.2电压驻波比

仪器连接如图1所示，校准步骤如下：

1）矢量网络分析仪开机充分预热后，根据GNSS天线工作频率，设置矢量网

络分析仪起始频率为1GHz，终止频率为2GHz，使用校准件自校准；

2）自校准完成后，读取导航频点信号频率值处的电压驻波比。

3

被校天线馈电器矢量网络分析仪

直流稳压电源

图1电压驻波比校准图

6.2.3视轴群时延

仪器连接如图1所示，校准步骤如下：

1）矢量网络分析仪开机充分预热后，根据GNSS天线工作频率，设置矢量网

络分析仪起始频率为1GHz，终止频率为2GHz，使用校准件自校准；

2）自校准完成后，读取导航频点信号频率值处的群时延。

6.2.4天线轴比

仪器连接如图2所示，校准步骤如下：

图2校准系统示意图

1）将待测天线架设到校准工装上，通过调整天线使得天线相位中心与探头

阵圆环中心相重合；

2）连接校准电缆，参照附录D进行设置，在校准过程中，系统配套软件自

动完成待测天线幅度和相位数据的采集、存储和计算；

3）用数据导出软件从天线的轴比三维辐射数据中导出各个频点的包含指定

方向的轴比方向图，在导出的轴比方向图中读取需要的轴比数据。

6.2.5天线增益

4

仪器连接如图2所示，校准步骤如下：

1）将待测天线架设到校准工装上，通过调整天线使得天线相位中心与探头

阵圆环中心相重合；

2）连接校准电缆，参照附录D进行设置，在校准过程中，系统配套软件自

动完成待测天线幅度和相位数据的采集、存储和计算；

3)用数据导出软件从天线的增益三维辐射数据中导出各个频点的包含指定

方向的增益方向图，在导出的增益方向图中读取需要的增益数据。

6.2.6极化增益前后比

仪器连接如图2所示，校准步骤如下：

1）将待测天线架设到校准工装上，通过调整天线使得天线相位中心与探头

阵圆环中心相重合；

2）连接校准电缆，参照附录D进行设置，在校准过程中，系统配套软件自

动完成待测天线幅度和相位数据的采集、存储和计算；

3）用数据导出软件从天线的主极化增益三维辐射数据中导出天线法线方向

方位角为0°的方向图；

4）由公式（1）计算天线法线方向方位角为0°的极化增益前后比：

G0

G0G法G30（1）

式中：

G法—法向主极化增益，单位为dB；

—背向±30°内主极化增益最大值，单位为dB；

G30

5）重复步骤3）—4），分别计算出天线法线方向方位角为45°、90°和135°

的天线极化增益前后比、、；

G45G90G135

6）由公式（2）计算天线各校准频点的极化增益前后比：

Gmin(G0,G45,G90,

G135

)（2）

6.2.720°仰角极化增益不圆度

仪器连接如图2所示，校准步骤如下：

1）将待测天线架设到校准工装上，通过调整天线使得天线相位中心与探头

阵圆环中心相重合；

2）连接校准电缆，参照附录D进行设置，在校准过程中，系统配套软件自

5

动完成待测天线幅度和相位数据的采集、存储和计算；

3）用数据导出软件从天线的主极化增益三维辐射数据中导出各个频点仰角

20°方向图；

4）由公式（3）计算天线校准频点的0°仰角极化增益不圆度G不圆度：

GG

Gmaxmin

不圆度2（3）

式中：

—仰角20°方向图最大增益，单位为dB；

Gmax

—仰角20°方向图最小增益，单位为dB。

Gmin

6.2.8滚降系数

仪器连接如图2所示，校准步骤如下：

1）将待测天线架设到校准工装上，通过调整天线使得天线相位中心与探头

阵圆环中心相重合；

2）连接校准电缆，参照附录D进行设置，在校准过程中，系统配套软件自

动完成待测天线幅度和相位数据的采集、存储和计算；

3）用数据导出软件从天线的主极化增益三维辐射数据中导出各个频点天线

法向的方向图和仰角0°切面方向图；

4）由公式（4）计算天线校准频点的滚降系数G滚降：

G滚将G法G水平（4）

式中：

G法—法向方向主极化增益方向图的天线法向极化增益，单位为dB；

G水平—仰角0°切面方向图中的水平方向极化增益最大值，单位为dB。

6.2.9带外抑制

仪器连接如图3所示，校准步骤如下：

1）矢量网络分析仪充分预热后，矢量网络分析仪设置为传输模式，设置校

准频率范围，使用校准件自校准；

2）由公式（5）计算天线带外抑制：

rejectGcGb（5）

式中：

6

reject—低噪声放大器带外抑制，单位为dB；

——低噪声放大器中心频率处增益，单位为dB；

Gcfc

——低噪声放大器与之间增益的最大值，单位为dB。

Gbfbfc

低噪声放大器馈电器矢量网络分析仪

直流稳压电源

图3低噪放带外抑制校准框图

6.2.10带内平坦度

仪器连接如图3所示，校准步骤如下：

1）矢量网络分析仪充分预热后，将矢量网络分析仪设置为传输模式，设置

矢量网络分析仪的中心频率和带宽，使用校准件自校准；

2）记录带内增益最大值和最小值，按公式（6）计算天线带内平坦度：

GG

Ripplehl

2（6）

式中：

Ripple——带内纹波，单位为dB；

Gh——低噪声放大器带内最大增益，单位为dB；

Gl——低噪声放大器带内最小增益，单位为dB。

6.2.111dB压缩点输出功率

仪器连接如图3所示，校准步骤如下：

1）设置矢量网络分析仪为传输模式，将中心频率设置为工作频率，并打开

功率扫描选项；

2）功率扫描下限设置为-50dBm，此时矢量网络分析仪显示一条直线，表示

在此范围内增益没有出现压缩；

3）逐渐增大功率，直至直线末端出现下弯，记录下降1dB时的输出功率值

即为天线1dB压缩点输出功率。

7校准结果表达

7

校准后，出具校准证书。校准结果应在校准证书上反映，校准证书应至少包

括以下信息：

a)标题，如“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)被校检测装置的描述，如型号和出厂编号等明确标识；

g)进行校准的日期，被校对象的接收日期；

h)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；

j)校准环境的描述；

k)校准结果及其测量不确定度的说明；

8复校时间间隔

复校时间间隔由用户根据使用情况自行确定，推荐不超过12个月。

8

附录A校准原始记录格式

原始记录编号：

被校仪器信息

委托单位名称

委托单位地址

委托仪器名称

生产单位

规格型号仪器编号

标准设备信息

准确度等级、最大允

标准器名称型号编号证书编号

许误差或不确定度

本次校准所用测量标准的溯源性说明：

技术依据：

环境条件温度：相对湿度：

校准地点：

备注：

校准日期：

校准人员：核验人员：

9

原始记录

A.1电压驻波比

频率（MHz）测量值测量不确定度

A.2视轴群时延

频率（MHz）测量值（ns）测量不确定度（ns）

A.3天线轴比

频率（MHz）测量值（dB）测量不确定度（dB）

A.4天线增益

频率（MHz）测量值（dBi）测量不确定度（dBi）

A.5极化增益前后比

频率（MHz）测量值（dB）测量不确定度（dB）

A.620°仰角极化增益不圆度

频率（MHz）测量值（dB）测量不确定度（dB）

A.7滚降系数

频率（MHz）测量值（dB）测量不确定度（dB）

A.8带外抑制

频率（MHz）测量值（dB）测量不确定度（dB）

10

A.9带内平坦度

频率（MHz）测量值（dB）测量不确定度（dB）

A.101dB压缩点输出功率

频率（MHz）1dB压缩点输出功率（dB）测量不确定度（dB）

11

附录B校准证书内页格式

证书编号XXXXXX-XXXX

校准机构授权说明

校准环境条件及地点：

温度℃地点

相对湿度%其它

校准所依据的技术文件（代号、名称）：

校准所使用的主要测量标准：

不确定度/检定/校准证

名称测量范围证书有效期至

准确度等级书编号

注：

1.XXXXX仅对加盖“XXXXX校准专用章”的完整证书负责。

2.本证书的校准结果仅对所校准的对象有效。

3.未经实验室书面批准，不得部分复印证书。

第X页共X页

12

B.1电压驻波比

频率（MHz）测量值测量不确定度

B.2视轴群时延

频率（MHz）测量值（ns）测量不确定度（ns）

B.3天线轴比

频率（MHz）测量值（dB）测量不确定度（dB）

B.4天线增益

频率（MHz）测量值（dBi）测量不确定度（dBi）

B.5极化增益前后比

频率（MHz）测量值（dB）测量不确定度（dB）

B.620°仰角极化增益不圆度

频率（MHz）测量值（dB）测量不确定度（dB）

B.7滚降系数

频率（MHz）测量值（dB）测量不确定度（dB）

B.8带外抑制

频率（MHz）测量值（dB）测量不确定度（dB）

13

B.9带内平坦度

频率（MHz）测量值（dB）测量不确定度（dB）

B.101dB压缩点输出功率

频率（MHz）1dB压缩点输出功率（dB）测量不确定度（dB）

14

附录C不确定度评定示例

主要项目校准结果不确定度评定示例

C.1天线增益校准结果不确定度

C.1.1测量模型

GGx（C.1）

式中：G为天线法向增益，单位为dBi。

C.1.2不确定度来源

法向增益的不确定度来源于以下几个方面：矢量网络分析仪电平误差引入的

不确定度、链路衰减引入的不确定度、失配引入的不确定度、多探头一致性引入

的不确定度、暗室中反射电平引入的测量不确定度、吸波材料引入的测量不确定

度、探头位置误差引入的测量不确定度和测量重复性引入的不确定度。

C.1.3标准不确定度分量评定

C.1.3.1矢量网络分析仪引入的不确定度分量

u1

根据矢量网络分析仪的说明书以及矢量网络分析仪校准结果可知，矢量网络

分析仪电平误差为0.10dB，服从矩形分布，按B类评定，则

0.1（C.2）

u10.0577dB

3

C.1.3.2链路衰减引入的不确定度分量

u2

由于测试系统的链路长度约为2m，链路衰减为0.3dB，服从矩形分布，按B

类评定，则

0.3

u10.1732dB（C.3）

3

C.1.3.3失配引入的不确定度为

u3

根据经验，失配引入的误差为0.1dB，服从矩形分布，按B类评定，则

0.1（C.4）

u30.0577dB

3

C.1.3.4多探头一致性引入的不确定度分量

u4

根据查询暗室技术指标，多探头一致性引入的误差为2dB，服从矩形分布，

15

按B类评定，则

2（C.5）

u41.154dB

3

C.1.3.5暗室中反射电平引入的测量不确定度

u5

根据RZ2800产品说明书，其由暗室中反射电平引起的的方向图峰值测试误

差为±1.0dB，服从矩形分布，按B类评定，则

1.0

u50.577dB（C.6）

3

C.1.3.6吸波材料引入的测量不确定度

u6

根据RZ2800产品说明书，该测试系统采用新一代EPP吸波材料，其引入的

测试误差为±0.1dB，服从矩形分布，按B类评定，则

0.1（C.7）

u60.0577dB

3

C.1.3.7测量重复性引入的不确定度分量

u7

在相同的实验条件下，重复测量10次20°仰角天线增益（以B1C频点为例），

测得的结果如下表所示，按A类评定。

表C.110次重复测量的测量值

测量次数20°仰角增益（dBi）

10.36

20.38

30.35

40.36

50.37

60.34

70.38

80.36

90.39

100.37

n

（）2

sdsd0.014

si1

n-1

16

以10次测量的平均值作为校准值时，重复性引入的标准不确定度分量：

（）

sx（）

u70.044dBC.6

10

C.1.3.5标准不确定度一览表

表C.2标准不确定度分量一览表

不确定度来源类型值分布因子标准不确定度

矢量网络分析仪电平误差B0.1dB矩形30.0577dB

链路衰减B0.3dB矩形30.1732dB

失配B0.1dB矩形30.0577dB

多探头