多频段机车天线技术规范.docx

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多频段机车天线技术规范

目次

1范围1

2规范性引用文件1

3名词、术语1

3．1天线1

3．2全向天线1

3．3远场区1

3．4极化1

3．5线极化1

3．6标称阻抗2

3．7辐射方向图2

3．8半功率波束宽度2

3．9天线增益2

3．10方向图圆度2

3．11额定功率2

3．12电压驻波比（VSWR）2

3．13频带宽度2

4技术要求2

4．1命名原则2

4．2一般结构要求2

4．2．1结构设计2

4．2．2天线接头3

4．2．3底座尺寸3

4．2．4外形尺寸3

4．2．5安装要求3

4．2．6颜色3

4．2．7抗风能力3

4．3DTX-I（Ⅱ、Ⅲ）型天线电性能技术要求3

4．3．1工作频率范围：

3

4．3．2极化方式3

4．3．3标称输入阻抗3

4．3．4辐射方向图3

4．3．4．1半功率波束宽度3

4．3．4．2方向图圆度3

4．3．5天线增益3

4．3．6额定功率4

4．3．7电压驻波比（VSWR）4

4．4环境适应性要求4

5测量方法4

5．1测量基本要求4

5．2一般结构要求检测方法4

5．3天线辐射方向图的测量4

5．3．1测量仪表4

5．3．2测量要求4

5．3．3测量步骤4

5．4天线增益的测量4

5．4．1测量仪表4

5．4．2测量要求4

5．4．3测量步骤5

5．5驻波比和输入阻抗的测量6

5．5．1测量仪表6

5．5．2测量要求6

5．5．3测量步骤6

5．6额定功率的测量6

5．6．1测量仪表6

5．6．2测量步骤6

5．7频带宽度的测量及表示7

5．8环境试验方法7

6检验规则7

6．1鉴定检验7

6．1．1检验样品数7

6．1．2检验步骤7

6．1．3失效数7

6．2质量一致性检验7

6．2．1逐批检验（交收试验）7

6．2．1．1检验批7

6．2．1．2检验步骤8

6．2．1．3抽样方案8

6．2．1．4检验处理8

6，2．2周期检验（例行试验）8

6．2．2．1检验步骤8

6．2．2．2抽样方案8

6．2．2．3检验处理9

7．标志、包装、运输和储存9

附录A10

附录B11

附录C12

附录D13

多频段机车天线技术规范

1范围

本规范规定了列车车载电台多频段天线的常用名词、术语的定义，命名原则，技术要求，测量方法，检验规则以及标志、包装、运输和储存条件。

本规范适用于列车车载电台多频段天线的工程设计、生产制造、施工安装及维护管理。

2规范性引用文件

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而成为本标准的条文。

在标准出版时，所示版本均为有效。

所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GSM-R数字移动通信网络技术体制（暂行）

GSM-R数字移动通信设备通用技术条件（暂行）

TB/T3052-2002列车无线调度通信系统制式及主要技术条件

TB1875-87列车无线电通信天线类型、基本参数及测量方法

GB/T1.1-2000标准化工作导则第1部分：

标准的结构和编写规则

GB/T14733.10-1993电信术语天线

GB/T14733.9-1993电信术语无线电波传播

GB/T9410-1988移动通信天线通用技术规范

GB2423-2001电工电子产品基本环境试验规程

GB/T2828.1-2001逐批检查计数抽样程序及抽样表（适用于连续批的检查）

GB/T2829-2002周期检查技术抽样程序及抽样表（适用于生产过程稳定性的检查）

GB191-2000包装储运图示标志

3名词、术语

3．1天线

天线是指能有效地辐射或接收电磁波，将传输线与空间或其他媒质耦合起来的一种装置。

它包括直到传输线端口为止的所有匹配、平衡、移相或其他耦合装置。

3．2全向天线

全向天线是指在水平面上基本上具有无方向的辐射特性，而在垂直面内则具有定向的辐射特性的天线。

注：

在水平面方向图中，最大电平与最小电平的差应不超过3dB。

3．3远场区

远场区是天线辐射电磁波的一个区域，在此区域内，电场强度的大小与离开天线的距离成反比。

3．4极化

天线的极化是指天线辐射电磁波的电场矢量的取向。

3．5线极化

当电磁波的电场矢量取向不变，电场矢量的端点随时间变化的轨迹为一直线时，称这种电磁波的极化为线极化。

电场矢量与地面垂直的极化称为垂直极化。

电场矢量与地面平行的极化称为水平极化。

3．6标称阻抗

标称阻抗是指天线端口测量反射系数等各项电性能指标时规定作为参考的电阻性阻抗。

3．7辐射方向图

辐射方向图简称方向图，它分为功率方向图和场强方向图两种。

功率方向图是指与天线相同距离各点的辐射功率通量密度随空间方向分布的图形。

场强方向图是指与天线相同距离各点的电场强度随空间方向分布的图形。

水平面方向图是指与地平面相平行的平面内的方向图。

垂直面方向图是指与地平面相垂直的平面内的方向图。

3．8半功率波束宽度

在辐射方向图的主瓣中，把相对最大辐射方向功率下降到一半处或小于最大值3dB的两点之间的波束宽度称为半功率波束宽度。

3．9天线增益

天线增益是指天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度与自由空间的理想点源在相同输入功率时最大辐射功率通量密度的比值，用符号G表示。

注：

①无损耗半波偶极天线是没有损耗，电长度为半个波长的偶极天线，它在与其轴线相垂直的平面内的增益定为天线增益的参考标准。

②为了与理想点源为参考的天线增益相区别，这里，用无损耗半波偶极天线为参考时，以分贝（dB）为单位，当天线增益以理想点源为参考时，则以分贝（dBi）为单位。

3．10方向图圆度

全向天线的方向图圆度是指在水平面方向图中，其最大或最小电平值与平均值的偏差。

注：

平均值是指水平面方向图中足够多的等间隔方位上电平值的算术平均值。

3．11额定功率

天线的额定功率是指按规定的条件在规定的时间周期内可连续地加到天线上而不致降低其性能的最大连续射频功率。

3．12电压驻波比（VSWR）

天线的电压驻波比是把天线作为无损耗传输线的负载时，在沿传输线产生的电压驻波图形上，其最大值与最小值之比值。

3．13频带宽度

天线的频带宽度简称为带宽，它指天线的电性能都符合产品标准规定要求的频率范围。

4技术要求

4．1命名原则

命名原则可见图1：

图1多频段机车天线的命名原则

4．2一般结构要求

4．2．1结构设计

天线结构设计应牢固可靠，便于安装、使用和运输，馈电部分要具有防水防潮装置。

4．2．2天线接头

天线接头应选用N-50KF或加长型射频接头。

4．2．3底座尺寸

底座尺寸见附录A。

4．2．4外形尺寸

为了满足不同的应用要求，规范了三种型号的天线（DTX－I、DTX－II、DTX－III），外形尺寸见附录B。

4．2．5安装要求

天线采用与车体密贴或在其它金属平面上安装的方式，金属平面的直径不小于φ500，机车顶或金属平面预留螺栓及预留孔尺寸见附录C。

在以天线为中心的50cm×50cm范围内不应有超过天线

高度的金属物，安装方式及要求见附录D。

4．2．6颜色

国标B02

4．2．7抗风能力

300Km/h

4．3DTX-I（Ⅱ、Ⅲ）型天线电性能技术要求

4．3．1工作频率范围：

多频段机车天线工作频率范围应包含如下工作频段，每个频段带宽内的指标均应满足以下阐述的各项电性能技术要求：

——450MHz频段：

457.00～469.00MHz；

——800MHz频段：

821.00～869.00MHz；

——GSM-R频段：

885.00～934.00MHz；

——2.4G频段：

2400.00～2483.50MHz。

4．3．2极化方式

垂直极化。

4．3．3标称输入阻抗

天线端口的标称输入阻抗规定为50Ω。

4．3．4辐射方向图

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。

4．3．4．1半功率波束宽度

垂直面（E面）的半功率波束宽度为60°±5°，水平面（H面）的半功率波束宽度为360°。

4．3．4．2方向图圆度

±1.5dB

4．3．5天线增益

天线的增益要分频段、分型号定义，见表1：

表1

型号频段

450MHz频段

800MHz频段

GSM-R频段

2400MHz频段

DTX-I

不低于2dBi

不低于4dBi

不低于4dBi

不低于4dBi

DTX-Ⅱ

不低于0dBi

不低于0dBi

不低于0dBi

不低于0dBi

DTX-Ⅲ

不低于2dBi

不低于2dBi

不低于2dBi

不低于2dBi

4．3．6额定功率

50W。

4．3．7电压驻波比（VSWR）

在规定工作频带内，天线端口处的电压驻波比不大于1.5。

4．4环境适应性要求

环境适应性试验项目见表2。

天线经环境适应性试验后不应有变形、松动和损坏，电性能指标的变化范围不应超过规定的10%。

5测量方法

5．1测量基本要求

1）测量应在符合条件的测量环境，并按规定的测量程序进行。

2）所用测量设备和测量仪表应按有关计量规定进行校验，其精度应满足被测天线测量要求。

3）所用测量仪表的射频输入（或输出）阻抗应为50Ω，否则必须加接阻抗匹配装置。

5．2一般结构要求检测方法

用观察和机械的方法进行结构检测，以验证材料、外形尺寸和结构设计、加工是否符合要求。

5．3天线辐射方向图的测量

天线方向性图的测量从理论上讲应该放置在自由空间中测量，因此，在实际中天线方向性的测量是在全电波暗室或地面上铺设吸波材料的半电波暗室中进行的。

5．3．1测量仪表

信号发生器

测量接收机

标准接收天线

5．3．2测量要求

1）将待测天线架设于微波暗室转台的木制绝缘桌上，其中心应置于或尽量靠近转台的旋转轴上，离地100cm，合理选择收、发天线之间的间距RTR和接收天线的架设高度H。

通常在3m法暗室中，接收天线的架设高度为1m～1.5m，收、发天线之间的距离为2m～3m。

2）标准接收天线和被测天线具有相同的极化。

低于1000MHz时，用对数周期天线为接收天线；高于1000MHz时，用喇叭天线作接收天线。

5．3．3测量步骤

a）按图2连接测量设备。

b）调整信号源的输出频率至待测频段的中心频率上。

c）操作控制台使被测天线在360范围内旋转，转台每转5，10或15，测量接收机测量一个点，最终得到被测天线的归一化方向性图，并绘制方向图曲线。

d）对被测天线的每个工作频段重复步骤b和c，在工作频带范围内至少要测量中心频率，上边频和下边频三个频率的辐射方向图。

e）对天线的两个主平面，即水平面和垂直面，重复步骤b、c和d。

5．4天线增益的测量

5．4．1测量仪表

信号源

测量接收机

标准源天线

各频段半波偶极子天线

5．4．2测量要求

用经验公式近似计算或与半波偶极子天线作比对的方法测量天线增益。

图2方向图测量示意图

5．4．3测量步骤

第一种方法：

基于全向天线的增益（dBi）

由于实际中不存在理想的全向天线，因此，基于全向天线的增益我们采用经验公式来计算得到。

根据所测得的天线方向性图，计算得到天线与全向天线比对的增益（dBi）。

经验公式：

。

第二种方法：

基于半波偶极子天线的增益（dBd）

半波偶极子天线在水平面内无方向性，因此，测量被测天线基于半波偶极子天线的增益时，将被测天线在最大方向上的辐射场强与半波偶极子天线在水平面内的辐射场强进行比对，从而得到被测天线的增益。

a）按图3连接测量设备。

b）调整信号源的输出频率至待测频段的中心频率上。

c）将被测天线作为接收天线架设于电波暗室中转台的位置，由信号发生器馈给发射天线一定的输入功率，用测量接收机测量并记录下此时由被测天线测得的场强。

d）用半波偶极子天线替换被测天线，保持发射天线的输入功率不变，记录由半波偶极子天线测得的场强，前后两次场强测量值（dB）之差即为被测天线相对于半波偶极子天线的增益（dBd）。

e）在被测天线的每个工作频段上（至少要测量中心频率，上边频和下边频）重复上述测量。

图3-增益测试示意图

5．5驻波比和输入阻抗的测量

5．5．1测量仪表

网络分析仪

5．5．2测量要求

测量系统的残余驻波比不大于1.1。

测量系统的残余驻波比应包括所有测量中所使用的连接器及终端接有匹配负载的馈线。

5．5．3测量步骤

a）按图4连接测试设备。

b）网络分析仪按使用说明进行校准，馈线终端接匹配负载的情况下应满足测量要求。

c）去掉匹配负载，接上被测天线，在被测天线工作频率范围内进行电压驻波比的测量。

d）选择网络分析仪的显示参数为阻抗，输出阻抗圆图。

e）在被测天线的每个工作频段上重复上述测量。

图4电压驻波比及阻抗测量连接示意图

5．6额定功率的测量

5．6．1测量仪表

网络分析仪

大功率信号源（60w）

5．6．2测量步骤

a）按图5连接测试设备。

b）天线接到网络分析仪端口1上，测量参数设为S11，测量天线的电压驻波比。

c）用大功率信号源馈给天线额定频率范围内的信号，进行功率负荷试验，功率为额定功率的1.2

倍，持续时间为四小时。

d）关闭信号源，将天线接到网络分析仪端口1上，测量参数设为S11，测量天线的电压驻波比，其驻波比的变化范围不应超过10%。

图5额定功率测量框图

5．7频带宽度的测量及表示

从上述各项测量中找出可共同满足规定电性能要求的频率范围，即为各频段的频带宽度，并以数字表示出来。

5．8环境试验方法

环境试验的目的是检查天线的结构设计是否符合4.4条的要求。

环境试验的项目、要求和方法见表2。

表2环境试验的项目

试验项目

要求

方法

低温试验

温度（℃）

试验样品温度稳定时间（h）

持续试验时间（h）

恢复时间（h）

-40±3

1（2，4）

2（16）

1（2，4）

GB2423.1《电工电子产品基本环境试验规程试验A：

低温试验方法》

高温试验

温度（℃）

试验样品温度稳定时间（h）

持续试验时间（h）

恢复时间（h）

+70±2

1（2，4）

2（16）

1（2，4）

GB2423.2《电工电子产品基本环境试验规程试验B：

高温试验方法》

冲击试验

加速度（m/s2）

冲击脉冲持续时间（ms）

冲击次数（次）

300（150）

18（11）

18

GB2423.5《电工电子产品基本环境试验规程试验Ea：

冲击试验方法》

振动（正弦）试验

频率（Hz）

单振幅（mm）

三个互相垂直轴上各振动时间（h）

10～30；30～55

0.75；0.25

0.5

GB2423.5《电工电子产品基本环境试验规程试验Fc：

振动（正弦）试验方法》

谐振点振幅（mm）

试验时间（min）

0.35

1

6检验规则

产品检验分为两类，鉴定检验和质量一致性检验。

6．1鉴定检验

鉴定检验是用同一型号地若干样品进行一系列完整的检验，其目的在于确定制造者是否有能力生产符合该产品标准要求的产品。

当产品进行设计定型、生产定型或主要的设计、工艺、材料及零部件变更后恢复生产时，均应进行鉴定检验。

6．1．1检验样品数

检验样品一般应有四个进行鉴定。

6．1．2检验步骤

检验样品一般按表3规定的顺序进行检验。

6．1．3失效数

失效数按表3规定，若超过表3允许的数量规定时，可以将检验样品数加倍再做该失效检验项目及相关项目的检验。

若仍失效，则本次鉴定不通过。

6．2质量一致性检验

6．2．1逐批检验（交收试验）

6．2．1．1检验批

一个检验批应从一条或几条生产线上，在连续生产的同一批号的产品中抽样组成。

表3失效数检验表

序号

检验项目

要求条款

检验条款

检验样品数

失效数

1

材料、外形尺寸和结构设计

4.2

5.2

2或4

0

2

辐射方向图

4.3.4

5.3.2

3

半功率波束宽度

4.3.4.1

5.3.4

（1）

4

方向图圆度

4.3.4.2

5.3.4

（2）

5

天线增益

4.3.5

5.4.4

6

电压驻波比（VSWR）

4.3.7

5.5.4

7

额定功率

4.3.6

5.6.3

8

频率宽度

4.3.1

5.7

9

低温试验

4.4

5.8

10

高温试验

4.4

5.8

11

冲击试验

4.4

5.8

12

振动（正弦）试验

4.4

5.8

6．2．1．2检验步骤

逐批检验一般按表4规定的顺序进行：

表4

序号

检验项目

要求条款

检验条款

合格质量水平（AQL）

轻缺陷不合格

重缺陷不合格

1

材料、外形尺寸和结构设计

4.2

5.2

4（6.5，10，15）

2

辐射方向图

4.3.4

5.3.2

1.5（2.5，4，6.5）

3

天线增益

4.3.5

5.4.4

4

电压驻波比

4.3.7

5.5.4

6．2．1．3抽样方案

抽样方案按GB/T2828.1《逐批检查计数抽样程序及抽样表（适用于连续批的检查）》进行统计抽样检查。

检查水平为Ⅱ级，合格质量水平推荐表5优选值，可采用一次或二次抽样方案类型。

表5

缺陷类型

合格质量水平（AQL）

重缺陷不合格

1.5

2.5

4

6.5

轻缺陷不合格

4

6.5

10

15

6．2．1．4检验处理

如果一个检验批不通过，应返工修理或筛选出有缺陷的产品，然后重新提交检验。

重新提交检验批应按GB/T2828.1中的3.2.4.2条转移规则规定进行处理。

6，2．2周期检验（例行试验）

6．2．2．1检验步骤

周期检验样品一般应按表6规定的顺序，且在已通过逐批检验的产品上进行。

6．2．2．2抽样方案

抽样方案按GB/T2829《周期检查技术抽样程序及抽样表（适用于生产过程稳定性的检查）》进行统计抽样。

一般情况下，采用判别水平Ⅲ级，周期不合格质量水平 （RQL）优选值用65或80，可采用一次或二次抽样方案类型，判定数组或样品大小由产品标准规定。

表6

序号

检验项目

要求条款

检验条款

1

低温试验

4.4

5.8

2

高温试验

4.4

5.8

3

冲击试验

4.4

5.8

4

振动（正弦）试验

4.4

5.8

6．2．2．3检验处理

如果周期检验不通过，产品的交货应暂时停止。

直到产品设计采取改进措施，经周期检验合格后产品才可交货。

对于检验不合格的原因应进行分析，并写入检验报告，只要最终通过了周期检验，检验不合格的原因可不作为鉴定依据。

7．标志、包装、运输和储存

1）每副天线应在适当的位置贴有清晰的标志。

标志上应标明型号、频率、编号和厂名。

2）每副天线应有检验部门签发的合格证。

3）每副天线配用的附件、备用件、专用工具及使用说明书应包装在一起。

4）产品包装应根据产品的尺寸、重量，选用合适的材料和结构，必要时应由防震、防潮和其他保护措施，以保证运输过程中不受损坏。

5）包装箱外面的文字及标记应整齐、清楚、耐久，其要求应符合GB191《包装储运图示标志》的规定。

6）包装好的产品在避免雨雪直接影响的情况下，可用任何运输工具运输。

7）包装好的产品应放置在周围空气中无酸性、碱性及其他腐蚀性气体和通风、干燥的库房中。

附录A

天线底座尺寸

图A：

天线底座尺寸

附录B

天线外形尺寸

230mm

图B1DTX－I型图B2DTX－II型

图B3DTX－III型

附录C

预留螺栓与预留孔尺寸

图C：

预留螺栓与预留尺寸示意图

注：

天线采用与车体密贴或在其它金属平面上安装的方式，金属平面的直径不小于φ500，在中心位置按照图中尺寸焊接四个固定天线的螺栓（M10×35mm），按图中位置开φ40孔。

附录D

安装方式及说明

图D：

安装示意图

安装说明：

1）布放馈线时，要预留足够的活动馈线以便馈线头可拉到车顶上进行天线的连接操作。

2）绝缘结、绝缘胶垫与天线底座密贴。

3）将馈线从机车内穿出与天线端口连接并拧紧，将馈线固定好并用防水胶带在接口处反复缠绕4-5圈做好接头的防水。

4）将天线竖直穿入固定螺栓，依次放入垫片弹垫拧紧螺帽将天线固定紧即可。