辐射功率测量

上一课比较盒内外场强，但场探头读数不等于发射机总功率。现在要在一吉赫兹暗室中测一副半波偶极天线：已知馈入一瓦，十米外接收端应读到多少？任务是建立 Friis 预算、确认远场条件，并用距离扫描分离电缆损耗与环境反射。

假设两副天线极化对准、阻抗匹配、自由空间视距，发射与接收增益均为 $G=1.64$，距离 $r=10.0$ m、波长 $\lambda =0.300$ m。远场功率密度

$$S=\frac{P_t{G}_t}{4\pi r^2},$$

接收天线有效口径 $A_e=G_r{\lambda }^2/(4\pi )$。直觉上，发射功率摊到不断增大的球面上，而接收天线只截取其中一小块。

第一阶段，

$$S=\frac{1.00(1.64)}{4\pi(10.0)^2}
=1.305\times10^{-3}\ {\rm W/m^2}.$$

第二阶段，

$$A_e=\frac{1.64(0.300)^2}{4\pi}
=1.1746\times10^{-2}\ {\rm m^2}.$$

第三阶段，$P_r=S{A}_e=1.533\times 10^{-5}$ W，即 $15.33\mu$W 或 $-18.14$ dBm。用 Friis 公式 $P_r/P_t=G_t{G}_r(\lambda /4\pi r{)}^2$ 回算应完全一致。

远场判据取 $r>2D^2/\lambda$。若天线最大尺寸 $D=0.150$ m，界限约零点一五米，十米满足；但暗室静区和地面反射仍需实测。先用功率计校准电缆插损和源输出，再在五、七点五、十米测量；自由空间下接收功率对距离平方反比，分贝图对 $\log r$ 斜率应接近负二十。旋转接收天线九十度可检查交叉极化泄漏。

功率不确定度要分项传播：发射功率计、两副天线增益、电缆损耗、距离定位和接收机线性度分别给出分贝误差，再按独立量方和根合成。天线增益若由厂家给出，应注明频点与安装环境；用半波偶极的理论一点六四不能替代严重失谐样件的实测增益。接收机前加已知衰减器，读数应等量下降，否则可能压缩或接近底噪。

同时拍照记录两天线相位中心、极化方向和距离尺零点，避免机械基准无法复现。

量化反馈标准：三距离经电缆修正后与 Friis 预测偏差均低于一点五分贝；重复架设偏差低于零点五分贝；极化隔离大于二十分贝；报告仪器校准、驻波、增益不确定度和暗室背景。若距离曲线周期起伏，说明多径存在，应改变高度或使用时域门控。

独立变式：保持其他条件，距离加倍到二十米。答案接收功率变为四分之一，即约 $3.832\mu$W 或 $-24.17$ dBm。下一课将把辐射、传导、屏蔽、滤波与接地放进整机电磁兼容整改，目标不是某一个漂亮波形，而是可重复通过限值。