天線近場測量技術探討補腦

圖2 CNF近場掃描

柱 面測量系統(tǒng)中，待測天線位于方位轉臺之上，其口徑面邊緣垂直于地面，探頭沿垂線方向上進行掃描，位于方位轉臺之上的待測天線沿圓周運動。轉動待測天線，垂 直方向上掃描一次，一周之后，可完成整個柱面的掃描，該系統(tǒng)的示意圖如圖2所示。二者的組合運動在柱面上形成了Z,φ相互關聯(lián)的采樣格點。

測試中，需調整掃描軸是其彼此對準并保證鉛垂到位。探頭運動的直線掃描需調整到平行于方位轉臺的轉軸，并垂直于大地。方位轉臺必需保證在指定的掃描范圍內能穩(wěn)定地圓周運動，并且轉軸平行于探頭掃描線跡。

同 樣，柱面掃描的采樣也做如下規(guī)定：根據(jù)奈圭斯特準則，相鄰數(shù)據(jù)的采樣間隔不應大于最高頻率所對應波長的一半λ/2，以保證重要的頻譜分量都被囊括其中。每 行的間隔可參照平面掃描，掃描的行數(shù)也可通過觀察行數(shù)變化對遠場的變化的影響程度做適當調整，也可通過計算機對天線輻射特性的數(shù)值計算仿真優(yōu)化測量范圍。

3.3 SNF近場掃描

天線測量技術的理論基礎是傳輸方程，其是表征一個天線在另一個天線發(fā)射狀態(tài)下的接收信號。第一個天線的接收特性和第二個天線的發(fā)射特性都表達于傳輸方程之中。

在SNF掃描中，數(shù)據(jù)從圍繞待測天線的球面上采集得到。這種方法可用于測量任何天線，特別是對于全向或近似全向的天線特別有用，這類天線不適合采用平面和圓柱面理論進行測量。

球面近場掃描中，導軌轉動的精度及控制對測量結果的影響相對于其他兩種方法，其要求較高，實現(xiàn)的難度更大，但球面測量是對天線周圍空間的完整測量，其最能完整的體現(xiàn)天線的輻射特性，理論上的誤差最小，測量的精度最高，也是未來近場測量發(fā)展主要的趨勢。

在測量球面(A,θ,φ)的任意點上，探頭必需指向球心并對兩個正交極化進行采樣。理論上，兩個天線誰相對誰運動并不緊要。或許待測天線固定、所有旋轉由探頭實現(xiàn)，或許待測天線兩軸旋轉、x探頭繞軸旋轉，或許測天線一軸旋轉、探頭繞兩軸旋轉。

球面裝置的一個例子是由一個弧形臂和轉臺的共同組成，該拱形臂使得探頭可在一個圓弧上運動，轉臺可使天線繞方位角軸旋轉。圓弧平面可能垂直，方位角軸位于平面內且垂直此平面。例如圖3所示。

圖3 方位角/圓弧SNF掃描裝置

4 結論

PNF方法對高度定向天線效果最好。其可用于定向天線的增益測量，但其對覆蓋的方向圖區(qū)域的限制對直接測量會帶來困難。

CNF方法對測量扇形束型天線最有用，如手機的基站天線，其輻射方向圖大部分限制在小范圍的高度上。

在SNF方法中，測量面的截斷是非必要的，因而，其用于精確的確定任何類型的天線遠處的旁瓣。因為可覆蓋寬泛的角度范圍，其專門用于測量近各向同性天線，如移動電話、手機的天線，以及測量天線的定向性。

總 的來說，平面近場技術是測量超低副瓣天線等一系列高性能天線最為理想的測試手段。面近場測量所產生的誤差進行分析，提出相應的補償措施。因此，平面近場測 量誤差分析與補償技術是平面近場技術測量超低副瓣天線能否實現(xiàn)的關鍵技術，其研究具有十分重要的實用價值。對平面近場測量而言，其主要誤差源有18 項，這些誤差源大致分為四類，即探頭誤差、測試儀表誤差、環(huán)境誤差以及計算誤差。這些誤差源所產生的誤差對大多數(shù)常規(guī)天線測量的影響幾乎可以忽略不記，但 對超低副瓣天線等一系列高性能天線的測量，這些誤差源所產生的誤差幾乎每項都必須予以補償或修正。這些補償與修正也不斷促進著近場掃描法的推廣及應用。

由于近場掃描法中近場——遠場變換理論中，需要近場的幅度和相位信息，而場的相位信息是難以測量，最近國內外提出近場無相測量技術，通過只測量近場掃描面的幅度分布，可直接獲取場的相位信息，進而完成天線的遠場特性的測量。

隨著科技不斷進步，天線近場測量將逐步成為天線測量最實效、便捷、精準的測量技術。