天线近场测量报告

总 结——近场测量技术
总的来说，平面近场技术是测量超低副瓣天线等一系列高性能天线 最为理想的测试手段。针对面近场测量所产生的误差进行分析，提出相 应的补偿措施。因此，平面近场测量误差分析与补偿技术是平面近场技 术测量超低副瓣天线能否实现的关键技术，其研究具有十分重要的实用 价值.对平面近场测量而言，其主要误差源有18项，这些误差源大致分为 四类，即探头误差、测试仪表误差、环境误差以及计算误差。这些误差 源所产生的误差对大多数常规天线测量的影响几乎可以忽略不记，但对 超低副瓣天线等一系列高性能天线的测量，这些误差源所产生的误差几 乎每项都必须予以补偿或修正。这些补偿与修正也不断促进着近场扫描 法的推广及应用。 由于近场扫描法中近场——远场变换理论中，需要近场的幅度和相 位信息，而场的相位信息是难以测量，最近国内外又提出 ，只需测量记录近场扫描面的幅度分布，直接获取场的相位信息， 进而完成天线的远场特性的测量。 随着科技不断进步，天线近场测量将逐步成为天线测量最实效、便 捷、精准的测量技术。
天线近场测量
学号：**
姓名：**
报告框架
• 天线测量的主要方法
• 近场扫描法 • 天线近场扫描系统组成 • 平面扫描法 • 柱面扫描法 • 球面扫描法 • 天线近场扫描法总结
• 天线近场测量技术总结
• 致谢
01 天线远场测量技术
天 线 测 量 主 要 方 法
02 紧缩场测量技术
原理：在电磁环境与外界隔离的暗室中，将待测天线做为馈源，发送球面波，再经 高精度抛物面金属板的反射面反射，而在一定远距离处会形成近似平面波区域（静 区）。将扫描探头放臵在静区内，可直接测量待测天线远场得到其远场特性。 优缺点：理想远场环境（暗室）下进行测量，能很好的模拟和控制各种电磁环境。 但是，暗室造价昂贵，一般情况下不会专门采用，对各机械系统的精度要求非常。
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原理：探头在天线辐射近场区域内采集天线近场区域辐射场的数据，再经近场—— 远场变换理论，由计算机处理得到天线的远场特性。 优缺点：不受远场测试中的距离效应和外界环境的影响，具有测试精度高、安全保 密、可以全天候工作等一系列优点，而且通过合适的软件及成熟的校准理论，有效 的补偿各种测量误差，其测量精度甚至可优于远场测量，也是当前高性能天线测量 的主要方法之一。但是，近场——远场变换理论要求同时已知近场幅度和相位信息， 而近场扫描技术中相位信息测量难度较大，对机械系统，测量间距，取样点数，滤 波等需要计算机仿真优化，以尽可能的减小测量误差。
图3 球面扫描示意图
总 结——近场扫描法
PNF
PNF方法对高度定 向天线效果最好。 其可用于定向天线 的增益测量，但其 对覆盖的方向图区 域的限制对直接测 量会带来困难。
CNF
对测量扇形束型天 线最有用，如手机 的基站天线，其辐 射方向图大部分限 制在小范围的高度 上。
SNF
SNF方法中，测量 面的截断是非必要 的，因而，其用于 精确的确定任何类 型天线远处的旁瓣。 因为可覆盖宽泛的 角度范围大，其专 门用于测量近各向 同性天线，如移动 电话、手机的天线， 以及测量天线的定 向性。
平面扫描法（PNF）
原理： 矩形扫描是一种常用的PNF技术，如图1 所示，扫描的数据是在网格上特定的x，y点 处收集得到。探头放臵在沿y轴的直线滑轨上。 y轴滑轨安放在沿x轴向的第二个滑轨上。 适用类型： 适合于像碟状或相位阵列这样的高度定 向天线，这类天线几乎所有的接收和发射的 能量都会通过平面扫描区域。 扫描区域： 最简单的是将某扫描区域边缘之外的数 据设臵为零，并观察计算出的远场变化大小。 当远场变化比较明显时，说明扫描区域内测 得的数据量过少，应适当的增加扫描点数， 从而保证经变化得到的远场近似于待测天线 的远场。减小由边界截断带来的测量误差。
近场扫描法
原理： 近场扫描法是用一个特性已知的探头，在离开待测天线几个波长（近场区）
的某一表面进行扫描，测量天线在该表面各离散点上辐射场的幅度和相位分布，
然后基于严格的模式展开理论，确定天线的近场特性。最后，经近场-远场变换 理论，由计算机编程进行变换以及误差校准处理，近似得到待测天线远场特性。 常用分类： 根据扫描面几何形状，通常采用平面近场（PNF），柱面近场（CNF）和 球面近场（SNF）。每一种都需将平动及转动的组合实现在理想曲面上的扫描。 补偿技术： 热漂移补偿、阻抗适配补偿、探头位臵补偿、电缆扰动补偿、扫描截断补 偿、采样补偿、探头与天线间多重反射补偿、系统相位补偿噪声与接收机范围 补偿、环境散射补偿、随机误差、串扰与泄漏、组合不确定度补偿等。
图2 柱面扫描示意图
球面扫描法(SNF)
原理： 在 ������和������ 坐标系下采集数据。待测天线安装定 位于������轴（横滚）转台上，该转台又安装于另一个������ 轴（方位） 转台之上。 优点： 这种技术能用于任何天线的测量，尤其适用于 那些不适合用平面和柱面测量的全向或近似全向天线。 但球面测量是对天线周围空间的完整测量，其最能完 整的体现天线的辐射特性，理论上的误差最小，测量 的精度最高，也是未来近场测量发展主要的趋势。 缺点： 导轨转动的精度及控制对测量结果的影响相对 于其他两种方法，其要求较高，实现的难度更大，并 且，测量得到的相位信息不太准确。
天线近场扫描系统主要组成
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天线射频子系统
组成：能够向待测天线（AUT）提供射频功率的某种类型的信号源，能够检测探头接收信号的接 收机，传输电缆等组成。为待测天线提供射频信号，经天线辐射，在空间传播。接收机检波系统
尤为关键，探头接收到信号的幅度和相位经检波得到。滤波方式的选择也可改善系统误差。
数据采集、处理子系统
组成：转台控制设备，计算机，数据生成、处理软件包等。 工作原理：幅度和相位数据在测量表面的确定位臵有规则地逐点进行采集，这是通过扫描探头对 这些位臵处场值的记录，计算机存储生成所测得的数据，再由计算机通过傅里叶变换实现近场远 场数据转换，从而近似得到天线的远场特性，将测量数据导入matlab软件，按特定算法绘出天线 相应远场的幅值和相位随位臵变化的波形图。这样可实现测量天线的方向图特性。扫描面区域、 网格点的位臵、机械全自动控制系统，探头与待测天线间多重反射，电子设备辐射，外界环境， 电缆扰动等多种影响因素均需通过补偿技术对整个系统做进一步的改善。
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扫描子系统
组成：扫描架、探头、定位装臵、可移动电缆等。 工作原理：探头安装在扫描架上，扫描架的移动由计算机控制，其移动距离，旋转角度的控制精
度非常高，从而保证扫描面近似为理想的平面、柱面或球面。通过对辐射场的幅度和相位数据在
某些特定面上有规则的获取，给定面的几何形状，扫描网格节点处的数据以及参考天线（探头） 的特性，将数据传输给数据采集处理系统，获得天线的近似远场。
图1 矩形平面扫描示意图
柱面扫描法(CNF)
原理：
典型的柱面近场扫描设备是将待测天线安装于转台
之上，扫描探头沿平行于转台转轴的直线方向上移动。
通过合理地配臵这些运动，准确的定位需要测量的网格 点位臵，保证探头能够在柱面特定的网格点处获取近场 振幅和相位数据。
安装：
柱面测量系统中，待测天线位于方位转台之上，其 口径面边缘垂直于地面，探头沿垂线方向上进行扫描， 位于方位转台之上的待测天线沿圆周运动。转动待测天 线，垂直方向上扫描一次，一周之后，可完成整个柱面 的扫描，该系统的示意图如图2所示。二者的组合运动 在柱面上形成了 相互关联的采样格点。