天线近远场测量系统及软件设计_图文(精)

天线远场测量系统

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5.3 天线远场（幅度、相位）测量系统
天线远场幅度/相位测量系统由辅助发射天线与支架，天线测试转台（X 、Y 、方位）、信号接收机采用矢量网络分析仪、数据采集处理及控制器、天线远场测量软件及计算机组成。

测试系统的频率范围可覆盖30MHz - 40GHz 。

该系统可测量天线的远场幅度方向图、相位方向图和相位中心的位置、正交极化方向图、增益、波束宽度、旁瓣电平等，并可自动生成测试报告。

辅助发射部分包括信号源、功率放大器（远距离时备用）、发射天线、天线支架组成。

测试部分由被测天线、标准增益天线、电缆（开关备用）、测试转台、接收机（矢量网络分析仪、幅相测量接收机）、（LNA 、下变频
器毫米波测量备用）、数据采集器、数据处理软件和系统控制计算机等组成。

方框图见下图：【相位方向图】
H D M i c r o。

各种近远场天线测量系统比较

按照天线场区的划分，天线测量系统可分为远场测量系统和近场测量系统。

1.远场测量系统远场测量系统按使用环境可分为室外远场测量系统和室内远场测量系统。

室外远场需要较长的测量距离，通常用天线高架法来尽量减小地面反射，其他架设方法还有地面反射法和斜距法。

室外远场测量需要在合适的外部环境和天气下进行，同时，室外远场对安全和电磁环境有较高要求。

室内远场在微波暗室中进行，暗室四周和上下铺设吸波材料来减小电磁反射。

如果暗室条件满足远场测量条件，可选择传统远场测量法，如果测量距离不够远场条件，可以选择紧缩场，通过反射天线在被测天线处形成平面电磁波。

2.近场测量系统近场测量在天线辐射近场区域实施。

在三至五个波长的辐射近场区，感应场能量已完全消退。

采集这一区域被测天线辐射的幅度和相位数据信息，通过严格的数学计算就可以推出被测天线测远场方向图。

按照扫描方式的不同，常用的近场测量系统可以分为平面近场系统、柱面近场系统和球面近场系统。

（1）近场测量系统平面近场测量系统在辐射近场区的平面上采集幅相信息，这种类型的测试系统适用于增益>15dBi的定向天线、阵列天线等，最大测量角度<± 70 º。

（2）柱面测量系统柱面近场测量系统在辐射近场区的柱面上采集幅相信息，这种类型的测试系统适用于扇形波束和宽波瓣的天线。

（3）球面测量系统球面近场测量系统在辐射近场区的球面上采集幅相信息，这种类型的测试系统适用于低增益的宽波瓣或全向天线。

3.如何选择天线测量系统，需要考虑到的几个重要的特性和指标：1.天线应用领域；2.远场角度范围：远场波瓣图坐标系、各种天线性能参数定义、副瓣和后瓣特性；3.电尺寸：根据电尺寸和计算出远场距离；4.方向性指标：宽波瓣或窄波瓣；5.工作频率和带宽：工作频率设计到吸波材料尺寸和暗室工程设计及造价；6.环境和安全性要求：天气、地表环境等因素；7.其他因素：转台或铰链、通道切换开关等。

天线远场测试系统设计

ＩＥＥＥ４８８接口（最多连接１４台ＧＰＩＢ仪器），提供
了一种经由标准ＬＡＮ来远程访问和操作ＧＰＩＢ仪
器的方法。这样把ＬＡＮ总线传输的数据信号经过
１系统硬件设计
天线远场测试系统除了以工控机为主体的部
程控制。同时测试系统是通过ＬＡＮ总线来传输数
ＡＭ５０００ＴＣＰ可编程控制器，对发射端的发射转台、发射信号源和监控设备等进行了远程控制，大大减
少了操作人员的工作量，极大地提高了工作效率。同时软件可在界面上显示所选的特性参数，系统软件采用模块结构，操作人员只要根据菜单提示，键
的合格率具有至关重要的作用，天线远场测试系统是雷达天线研究与生产的重要测试工具 ¨ Ｊ。
测试系统应用光纤通信技术和研华的ＡＤ．
模块。ＡＤＡＭ一５０００ＴＣＰ提供８个插槽，支持多达１２８个Ｉ／Ｏ点。结合研华的５０６９模块，该模块提供８路的继电器输出，实现了工控机对发射端的远
分外，还包括以下２个部分：
ａ．天线接收端。
ＬＡＮ／ＧＰＩＢ网关，传输到ＧＰＩＢ总线，再经由ＧＰＩＢ总线传输给发射转台，解决了工控机对发射转台的数据传输问题。天线远场测试系统具体结构如图

天线远场专用测试系统及其软件的设计

关键词：线测试；试系统；拟仪器；ａＶＩＷ天测虚ＬｂＥ
中图分类号：ＴＮ８０２文献标识码：Ａ
ＦａｅｄＴｅｔＳｓｅｆＡｎｔｎｎｏｔｒｓｇｒＦｉｌｓｙｔｍｏｅｎａａｄＳｆｗａｅＤｅｉｎ
维普资讯
２００７年１２月
火控雷达技术
第３６卷
较远的高塔上，若要自动绘制天线方向图，必须实时得到高塔上接收设备的测量数据。因此，天线测试就该系统主要分为三个部分：无线通信部分，台及控制部分，据处理及显示部分。无线通信部分主要完成远转数距离的设备数据传递；台及控制部分包括转台和转台控制器；据处理及显示部分包括总线卡和控制、转数数
ｔａｍｉｓｏｅｈｑｒｎｓｓｉｎｔｃｎｉｕｅ；ｂａｅｎＬａＶＩｓｄｏｂＥＷ７Ｅｘｐｅｓｐａｆｒｎｖｒｎｍｅ，ｓｆｗａｅｏｈｅｔｓｙｓｅｒｓｌｔｏｍｅｉｏｎｔｏｔｒｓｆｒｏｏｓｗｌａｏｔｅｆｒｃｍｍｕｉｔｎｃｎｒｌｎａｕｅｎｒｅｅｐｄｙｕｉｇｏｈｅｔｓｓｗａｎｃｉ，ｏｔｏａｄｍｅｓｒｍｅｔｅｄｖｌｅ．Ｂｓｆｔｅｔｓｙ— ａｏａｏｎ
ｔｍ，ｗｉｅｅｓｒｍｏｅａｔｍａｉｅｓｅｅｏｔｅａｅａｃｎｂｅｉｐｅｎｔｄ，ｗｈｃａｏｖｅｐｒｃｉａｅｒｌｓｅｔｕｏｔｃｍａｕｒｍｎｔｔｈｎｔｎｎａｍｌｍｅｅｉｈｃｎｓｌａｔｃｌ

远场天线测试系统

远场天线测量系统睿腾万通科技有限公司目录1概述 (3)2用户需求分析 (4)2.1用户需求 (4)2.2用户远场环境 (4)3远场天线测量系统特点 (5)4远场天线测量系统 (5)4.1系统组成 (5)4.2系统清单 (6)4.3系统布局 (8)4.4系统原理 (8)4.5系统测试能力 (11)4.6射频链路预算 (11)4.7系统扩展性 (12)5分系统设计 (12)5.1机械子系统 (12)5.2控制子系统 (16)5.3射频子系统 (17)5.4天线测量软件 (20)6培训 (21)6.1安装期间培训 (22)7系统维护、保修等 (23)7.1服务优势 (23)7.2专业的售后服务保障团队 (23)7.3系统维护服务保障 (24)1概述成都睿腾万通科技有限公司很高兴能有机会为客户推荐一套由本公司研发、集成的的远场天线测量系统。

睿腾万通公司是一家专门从事天线测量产品的研发、集成、生产与销售的高科技企业。

公司以电子科技大学为技术依托，技术团队由多名业内资深的技术专家组成，团队成员的专业领域覆盖电磁场与微波技术，软件工程，自动化控制，结构机械等，具有博士、硕士学历人员占40%。

公司具体从事业务覆盖通用近场、远场的开发与集成，基于通用天线测量系统的功能升级，数字阵、相控阵列快速测量与诊断的解决方案，以及天线测量技术咨询与服务。

公司掌握远近场天线测量的核心算法与控制，具有丰富的系统集成与研发能力。

我们为国内多个用户提供过系统集成方案，测试频率从500MHz至110GHz，集成系统包括室内远场、室外远场、平面近场及紧缩场。

本方案推荐了一套多轴转台远场天线测量系统，以满足客户的当前以及未来产品的测量需求。

推荐的远场测量系统采用4轴被测天线转台，集成是德科技的射频组建，使用睿腾万通公司自主开发的远场天线测量软件及控制系统，构成一套具有高可靠性，高性能的远场测量系统，测量系统除了能够进行常规的远场测量外，还具天线罩参数测量、相控阵及数字阵列的扩展功能。

天线近远场测量系统及软件设计

关键词天线；近远场测量；测量系统Ｔ８１９Ｎ２．１中图分类号
ＳｆｗａｅｆｒＡｎｅａＮｅｒＦｉｌｅｓｅｅｔｏｔｒｏｔｎｎａｅｄＭａｕｒｍｎ
ＺａｇＳｉｕｎ，ＦｕｎｕＬｉｏｇｈｎｈｘａｕＱａｈ｛，Ｌｎ２Ｙ
Ｋｅｗｏｄａｔｎａ；ｅａｅｄｍｅｕｅｎ；ｙｒｓｎｅｎｎａｆｆｌｓｒｍｅｔｍｅｕｅｎｙｔｍｒｒｉｓａｒｍｅｔｓｓｅ
现代电子科技事业的飞速发展对天线各项电性能指标的要求越来越高。为了研制符合要求的高性能天线，除了要求掌握天线的现代分析与设计技术外，还必须具备先进的测试技术和设备。
ｃｍｂｎｓｄｔｏｌｃｉｎａｄｃｎｒｌｎａ —ａｅｄｄｔａｓｏｍａｉｎａｄｉｖｒｅｔａｓｏａｉｎ，ｄｔｎｙｏｉｅａａｃｌｔｏｔ，ｅｆｆｌａａｔｎｆｒｔｎｅｒｎｆｒｔｏｅｏｎｏｒｒｉｒｏｎｓｍａａａａ — ｌ
ＡｂｓｒｃＴｅｓｆｒｄｙＩｔａｔｈｏｔｅｍａｅｂＡＥＭＳｏｄａｉｅｉｎＸｉａｓｉｔｏｕｅｉｅａｌｗｈｃｗａｆＸｉｉｎＵｎｖｒｔｉｎｉｎｒｄｃｄｎｄｔｉ，ｓｙｉｈ
指标是否满足设计要求，以实现对关键部件和尺寸进行调整。它作为检查及质量控制的过程，来验证设计思路的正确与否，进行有效的故障诊断，

天线测量.PPT

•随距离r的增加，场的振幅按1/r的关系非单调衰减，而是先震荡地变化，然后单调地下降 •场振幅的相对角分布与离天线的距离有关，亦即在不同的距离处天线的方向图是不同的
.
11
孔径天线产生的场——辐射近场区
2D2
天线口径面
辐射近区场
辐射远区场
辐射近场区方向图的变化
可以看到，离天线很近时，方向图只有一个具有起伏包
式中
z
Ep：观察点P处的场 Es：天线孔径面上的场 rsp ：源点ps到场点p的距离 S：天线孔径面积 k：自由空间波数 ds：单元面积 cos(n,rsp)：是孔径面法线与矢径rsp之间夹角的余弦
计算孔径天线外场的坐标系
原则上，无论何种场区内的场，均应由上式计算求得。特别是感应场区内，上式难以做任何简化。但是，在辐射场区内，从实际工程和测试工作角度看，可以对该式做一定的简化处理，以利计算和分析，而又不损其精度。
冲水
.
盐雾冲击碰撞风载/冰负荷
5
天线周围的场区分布
感应场区 λ/2π
辐射场区
• 感应场区是指非常靠近天线的区域。
• 感应场区里，占优势的是感应场，其电场和磁场的时间相位相差90度，波印亭矢量为纯虚数，因此不辐射功率，电场能量和磁场能量相互交替地贮存于天线附近的空间内。
• 图所示电尺寸小的偶极天线，其感应场区的外边界是λ/2π。这里，λ是工作波长。感应场随离开天线的距离的增加而极快衰减，超过感应场区后，就是辐射场占优势的辐射场区了.
•cos(n,rsp) ≈cos θ •相位项中的rsp不能用r近似
r sp r (x ssic no y s ssisni) n x s2 2 ry s2

一套天线远场测量记录系统的设计与建设

一套天线远场测量记录系统的设计与建设摘要：为了更好的实现天线参数的测量，以验证理论分析和计算的正确性，检验天线产品的合格与否，及对天线进行定期的性能检查，设计建设了一套天线远场测量记录系统。

本系统使用虚拟仪器技术方案，采用标准通用以太网总线构架及远场测试方法，工作频率为0.9G-18GHz。

本系统包括测试三维转台、微波信号接收机、控制计算机等主要部分。

通过测量记录系统的建立完成了天线方向图、半功率波束宽度、增益、方向系数、幅相特性等参数的测量功能。

本系统的各项指标性能优异，在天线测量方面属于一套技术水平较高的测试系统。

关键词：天线远场、虚拟仪器、测试系统0引言随着国防和信息产业的发展，对天线的要求越来越高，高性能的现代天线分析与设计离不开先进的测试技术和测量系统。

目前现代化科学技术发展的越来越快，天线的自动测量技术应用也越来越广泛。

利用计算机的程序控制和卓越的计算机能力来代替人的部分脑力劳动，具有快速、多功能、操作简便和智能化等一系列优点，实现对天线的自动测量，指导天线设计和性能的测试验证。

本测试系统就是在天线的辐射远场区域内，依据天线远场测试距离R=2D2/λ（D为天线口径的最大尺寸，λ是天线的工作波长）的原理，采用虚拟仪器和标准通用以太网总线构架，运用测试三维转台、微波信号接收机、控制计算机等部分，实现测量天线方向图、半功率波束宽度、增益、方向系数、幅相特性等参数。

该系统操作方便，测量参数较为齐全，目前已在天线测试中得到了实际应用，能够满足测试要求，属于一套自动程度和技术水平均较高的天线远场测试系统。

1测试原理天线外场测量记录系统使用虚拟仪器技术方案，采用标准，采用远场测试方法，整个系统的工作频率为0.9G-18GHz。

系统利用信号源和矢量网络分析仪等仪器、仪表设备作为射频收发单元，通过多功能自动化软件的控制，实现接收端转台（方位轴、俯仰轴）角度位置、天线远场幅度方向图、极化方向图、天线增益、圆极化轴比等电性能参数的测试，且具有远场测试数据采集、处理、记录、分析及输出功能。

天线远场测量方法

斜天线测试场就是收发天线架设高度不等的一种测试场。通常把待测天线架设在比较高的塔上，且作接收使用，把辅助发射天线靠近地面架设，由于发射天线相对待测天线有一定仰角，适当调整它的高度ห้องสมุดไป่ตู้使自由空间方向图的最大辐射方向对准待测天线口面中心，零辐射方向对准地面，就能有效抑制地面反射。
测量系统搭建图：
优缺点：辅助源天线架设较低，待测接收天线及其位置控制装置均放在绝缘高塔上的某一个高度上，派天线向上仰一定角度，使其最大辐射方向对准待测天线，而其第一个零值点指向地面的反射点。这种方法的优点是比高架法所需测试场地面积小些，而且根据待测天线和源天线辐射特性，可以改变待测天线在塔上放置的高度及源天线与待测天线之间的距离。但缺点是需要建设一个高的绝缘塔。
主讲：吕长喆 PPT制作：陈天业樊高强资料收集：欧阳鹏桦王锡禄刘宇钦
天线远场参数的测量可以在室外进行，也可以在室内。室外测试场为避免地面反射波的影响，把收发天线架设在水泥塔或相邻高大建筑物的顶上，主要分为：零点偏离地面的高架测试场、零点指向地面的高架测试场和斜天线测试场。室内测试场在无反射室内工作。无反射室又称为微波暗室或吸波暗室，它是以吸波材料作衬里的房间，能吸收入射到六个壁上的大部分电磁能量，较好地模拟自由空间测试条件。室内测试场又分为：室内远场和紧缩场。

天线测量第六章

近场扫描技术
用一特性已知的探针在天线近场区某一表面（平面、柱面或球面）上取样场的振幅和相位分布，通过比较严格的数学变换而求得待测天线远场特性的技术。
模式展开法
平面、柱面、球面扫描简图
天体源测量技术
天体源测量技术就是用宇宙中的天体或人造卫星作源天线，进行天线辐射特性测量的技术。天体应满足以下几个条件
抛物面平行校正器
•初级馈源直接辐射问题 •初级馈源及支架的绕射问题 •平行校正器边缘的绕射问题 •交叉极化问题 •互耦问题 •室内杂散辐射问题 •表面制造公差问题
0
相对功率（dB）
吸收板待测天线
滚边截割抛物面反射器
转台
吸收器馈元
模拟远场测试室外远场测试
20
40
缩距技术示意
60
36°
24°
TS T 0.1~ 0.2
G kBLp (Y 1) T EIRP
待测地面站天线几何位置的确定
接收点P到卫星S的距离为
同步卫星高度35786km
P R 北 0

d R 2 ( R0 H ) 2 2 R( R0 H ) cos
地球平均半径6370km

R
A

南
地球赤道半径6378km
⑴ 在天空中的位置精确知道； ⑵ 角尺寸，好似一个点源； ⑶ 在要求频带内，其绝对通量密度已知； ⑷ 有足够的辐射强度，以便接收设备能正常进行工作。
通量密度：指源在其法线方向上每单位时间单位频率通过单位面积辐射的总功率亮温度：在给定频率和方向上，具有与天体源相同亮度的理想黑体的温度。
增益测量
待测天线
馈电系统
8k GT 2 Y S

近场测量系统

实时测量软件：
主要任务是控制高灵敏度幅相接收机、扫描架协调工作，完成实时数据的采集，并将采集的数据保存供
QUESTIONS THANKS FOR YOUR TIME!
技术指标
（1）工作频率：
2-40GHz；
（2）输出功率：
+10dBm；
（3）接收灵敏度：
-120dBm
（4）波束指向最大测量误差——与测试安装精度有关，若有角度基准点以下指标能达到：
≤波束宽度×5%（波束宽度≥0.2度）；
ห้องสมุดไป่ตู้
≤波束宽度×2%（波束宽度≥0.5度）；
≤波束宽度×1%（波束宽度≥2度）；
近场测量技术，在发达国家它不仅被认为是测量天线性能的有效方法，而且是研究新型天线的必备手段，并有向其它领域渗透的巨大潜力。近场扫描测量具有获得的信息量大、环境及电气随机干扰小、计算精度高、投资小、可全天候工作等一系列优点。因此，它为实现军用和民用天线的高精度自动化测试以及快速检测与调试，提供了先进的测试手段和计量标准。
（5）增益测量精度：≤±0.5dB（扣除标准增益喇叭不确定度）；测试天线应与标准增益喇叭尺度相当，
增益量级相当。
（6）旁瓣电平测试误差：
旁瓣电平≥-20dB时，误差为±1dB；
旁瓣电平≥-30dB时，误差为±2dB；
旁瓣电平≥-45dB时，误差为±5dB；
功能介绍：
天线近场测量软件主要包括两个部分：实时测量软件和数据分析软件
近场测量系统
随着航空航天和电子通讯技术的迅猛发展，对各种雷达及通讯系统的性能要求越来越高。天线是雷达、通信等无线电系统的关键部件之一，上海墨石电子的性能直接关系到整个系统的性能。天线测量技术，包括远场和近场测量等技术在现代天线技术以及军事科研领域中的地位日益重要。

天线的近场区和远场区

围绕着天线的场可以划分为两个主要的区域：接近天线的区域称为近场或者菲斯涅耳（Fresnel）区，离天线较远的称为远场或弗朗霍法（Fraunhofer）区。

参考下图，两区的分界线可取为半径R=2L2/λ (m)其中，L是天线的最大尺寸（米），λ是波长（米）。

在远场或弗朗霍法（Fraunhofer）区，测量到的场分量处于以天线为中心的径向的横截面上，并且所有的功率流（更确切地说是能量流）都是沿径向向外的。

在远场，场波瓣图的形状与到天线的距离无关。

在近场或者菲斯涅耳（Fresnel）区，电场有明显的纵向（或者径向）分量，而功率流则不是完全径向的。

在近场，一般来说场波瓣图的形状取决于到天线的距离。

如果如下图所示用想象的球面边界包裹住天线，则在接近球面极点的区域可以视为反射器。

另一方面，以垂直于偶极子方向扩散的波在赤道区域产生了穿透球面的功率泄漏，就好像这个区域是部分透明一样。

这导致了天线附近的能量往返振荡伴随赤道区域的向外能量流的情况。

外流的功率决定了天线辐射出去的功率，而往返振荡的功率代表了无效功率——被限制在天线附近，就像一个谐振器。

对于一个二分之一波长的偶极子天线，某一个瞬间能量被储存在靠近天线末端（或最大电荷区）的电场中；而过了半个周期后，能量被储存在靠近天线中点（或者最大电流区）的磁场中。

注意：虽然有时使用“功率流”一词，实际上是“能量”在流动。

功率是能量流对时间的变化率。

这就像常说的付功率账单，其实是为电能买单。

通常，天线周围场，划分为三个区域：无功所场区，辐射近场区和辐射远场区。

射频信号加载到天线后，紧邻天线除了辐射场之外，还有一个非辐射场。

该场与距离的高次幂成反比，随着离开天线的距离增大迅速减小。

在这个区域，由于电抗场占优势，因而将此区域称为电抗近场区，它的外界约为一个波长。

超过电抗近场区就到了辐射场区，按照与天线距离的远近，又把辐射场区分为辐射近场区和辐射远场区。

无功近场区：又称为电抗近场区，是天线辐射场中紧邻天线口径的一个近场区域。