基于微波暗室的天线的近远场测量及应用研究
本科生毕业论文（设计）
题目：基于微波暗室的天线近远场测量及
应用研究
系部电子信息工程学院
学科门类工科
专业XXXXXXXXX
学号XXXXXXX
姓名XX
指导教师XX
2013年XX
基于微波暗室的天线近远场测量及应用研究
摘要
微波暗室是一个能够屏蔽外界电磁干扰、抑制内部电磁多路径反射干扰、对来波能够几乎全部吸收的相对寂静的电磁测量环境。通过远场和近场测量软硬件系统可精确测量雷达、通信设备的天线参数和导弹及各种飞行目标电磁散射特性等,同时可进行微波电路、元器件的网络参数测量和高频场仿真等。微波暗室的建成可以极大改善电磁场与微波技术学科的实验环境和实验手段,对培养高层次军事微波应用人才,开展新武器装备微波应用技术研究和提高教学科研水平具有重要作用。
本文将介绍微波暗室设计原理的研究与应用，微波暗室回波损耗的检测以及微波暗室有限测试距离对天线远场测量的影响。并在最终应用于圆柱形GPS接收天线及2.4GHz高增益阵列微带天线的测量中。
关键词：微波暗室回波损耗天线的近远场测量
Abstract
Anechoic chamber is a shielded external electromagnetic interference, multipath reflection suppress internal electromagnetic interference, almost all to wave the relative silence electromagnetic absorption measurement environment. Antenna parameters can be accurately measured by the far-field and near-field measurement hardware and software system radar, communications equipment and missiles and flight target electromagnetic scattering properties, microwave circuits, components of the network parameters measurement and high-frequency field simulation . The completion of the anechoic chamber can greatly improve the electromagnetic field and microwave technology disciplines experimental environment and experimental means, an important role in the training of
high-level military microwave applications talents, new weapons and equipment microwave application technology research and improve the level of teaching and research.
This article describes the research and application of microwave chamber design principles, anechoic chamber return loss testing and anechoic chamber limited testing from the far-field antenna measurement. And eventually applied to the cylindrical GPS receiving antenna and 2.4GHz high gain array microstrip antenna measurement.
Keywords: microwave darkroom return loss of the antenna near-and far-field measurements
目录
一引言 (5)
1.1 课题的来源及意义 ................................................... 错误！未定义书签。
1.2 国内外发展现状 (5)
二微波暗室设计原理的研究与应用 .................. 错误！未定义书签。
2.1 微波暗室的结构 ....................................................... 错误！未定义书签。
2.2 暗室设计的一般考虑 ............................................... 错误！未定义书签。
2.3 紧缩场暗室的例子 ................................................... 错误！未定义书签。三微波暗室回波损耗的检测 . (9)
3.1 回波损耗的检测原理 ............................................... 错误！未定义书签。
3.2 微波暗室回波损耗的测量原理 ............................... 错误！未定义书签。
3.3 暗室的测量方法 ....................................................... 错误！未定义书签。
3.4 测量数据 ................................................................... 错误！未定义书签。
3.5 总结............................................................................ 错误！未定义书签。四微波暗室有限测试距离对天线远场测量的影响.. (13)
4.1 远场测量条件 ........................................................... 错误！未定义书签。
4.2 有限测试距离对天线测量的影响分析 ................... 错误！未定义书签。五分析结论应用于实际天线的测量 .................. 错误！未定义书签。
5.1 圆柱形GPS接收天线 ............................................... 错误！未定义书签。
5.2 2.4GHz高增益阵列微带天线 ................................... 错误！未定义书签。
5.3 结果与分析 ............................................................... 错误！未定义书签。六总结................................................................... 错误！未定义书签。
参考文献................................................................... 错误！未定义书签。附录....................................................................... 错误！未定义书签。
一引言
1.1 课题的来源及意义
微波暗室是一个能够屏蔽外界电磁干扰、抑制内部电磁多路径反射干扰、对来波能够几乎全部吸收的相对寂静的电磁测量环境。通过远场和近场测量软硬件系统可精确测量雷达、通信设备的天线参数和导弹及各种飞行目标电磁散射特性等,同时可进行微波电路、元器件的网络参数测量和高频场仿真等。微波暗室的建成可以极大改善电磁场与微波技术学科的实验环境和实验手段,对培养高层次军事微波应用人才,开展新武器装备微波应用技术研究和提高教学科研水平具有重要作用。
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。天线测试的目的主要是为了检验天线的性能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，对天线测试而言，无论是远场直接测量还是平面近场扫描测试，其实质都是为待测天线提供一平面波照射。远场测试精度受距离有限和周围环境的反射限制。平面近场测量是把探头在各不同位置上辐射的准球面波的不同权相叠加而综合出一个沿不同方向投向待测天线的平面波。该平面波的幅相均匀度确定了该待测天线测量精度。由于近场法是依靠合理的选择权函数用数学的方法去综合出平面波。它的精度在很大程度上取决于软件，同时系统硬件误差亦可以用软件来补偿。平面近场测量技术的基本思想是把待测天线在空间建立的场展开成平面波函数之和。展开式中的加权函数包含着远场图的完整信息，根据近场测量数据算出加权函数，进而确定天线的远场方向图。由于近场扫描测量获得的信息量大、环境及电气随机干扰小、计算精度高、投资少、保密性好、可全天候工作，同时还具有诊断调整功能等诸多优点。因此，它为现代天线测试提供了一个高精度、自动化的测量手段和计量标准。
1.2国内外发展现状
微波暗室建设是一项科技含量较高、组成较为复杂的系统工程,所采用的设备、技术都是国内最先进的,涉及的测量内容和手段大都属于正在发展的技术领域,因此,微波暗室的建设在很大程度上是一项科研性的工作。如何因地制宜从实际需求出发,在已有条件的基础上以最小的投资和最短的建设周期取得最佳建设成效,是一个值得探索的课题。
天线的近远场测量
近场测量系统涉及天线理论与工程、大型机械设备、计算机与自动控制、仪器仪表智能化等一系列高新技术。基于机电一体化工程实用型设计思想，建成的全新结构的平面近场扫描架所采用的机械结构和控制系统与国际当前流行技术接轨，达到了探头多种扫描和高精度定位的要求研制开发的具有自主知识产权、多功能、高精度的工程实用型软件，集系统控制、数据采集、近远场数据变换与逆变换、数据分析与图象处理于一体，达到了以色列ORBIT公司和美国NSI公司同类产品的先进水平，经综合环境试验和大量测试结果表明，该系统可以满足各类军民用天线测量的实际需要，目前已在国内达到广泛的推广应用。
二微波暗室设计原理的研究与应用
微波暗室是进行天线参数测试及电磁波辐射、散射特性测试的理想场所。随着以信息技术为代表的高新技术的迅猛发展和广泛应用，无论是军事还是民用领域都出现了对电磁测试的巨大需求，雷达、通信设备的天线参数和导弹及各种飞行目标电磁散射特性等，除了理论分析计算之外，更多的要依赖于实测数据进行验证和完善。
2.1 微波暗室的结构
暗室的结构形式主要有以下几种
(a)全封闭矩形暗室，(b)全封闭锥形暗室，(c)半开口矩形暗室，(d)半开口锥形暗室，(e)抬高的半开口矩形暗室，(f)垂直方向开口的矩形暗室。
图2-1 微波暗室的主要结构形式
2.2暗室设计的一般考虑
静区，是指暗室内受各种杂波(含反射、散射和绕射波等)干扰最小且满足远区条件的测试区域。静区的大小和形状与暗室的类型、工作频率、吸波材料特性、要求的反射电平等因素有关。
频率范围，工作频率的下限取决于暗室的宽度和吸波材料的厚度，上限由暗室的
长度和静区决定。
反射率电平，定义为等效反射场与直接照射场之比。而等效反射场是指室内反射、绕射和散射等杂波的总干扰场。
交叉极化，是指电磁波在传输过程中产生的与原极化特性相交的极化分量之大小，它表征了电磁波的极化纯度。
多路径损耗的均匀特性，是指暗室内电磁波传输路径损耗的不均匀特性，这对于圆极化天线的测量尤为重要。
幅度的均匀性，是指源天线照射置于静区内的待测天线时，孔径上场强振幅的不均匀程度。通常要求静区横向幅值变化不超过土0．25dB，纵向幅值变化不超过士2dB。
微波暗室性能的优劣除与设计是否合理有关外，还与吸波材料的选择息息相关。吸波材料应具有表面反射小、内部损耗大的特点，尽可能大地衰减投射到其表面的电磁波。在暗室后墙、侧墙、地板和天棚的前20个菲涅耳区应铺设性能较好的材料，而其他次要部位可使用稍差的材料以节约成本。暗室拐角处可采用小角度渐变过渡的方法减小反射。
2.3紧缩场暗室的例子
下面给出一个微波暗室的实例。AMCCC(Au—tomatic Measurement and Calculation CollimatorComplex)是国防科技大学从俄罗斯引进的一套先进的时域超宽带紧缩场测量系统。该系统利用一定条件下的窄脉冲经切割抛物面反射器反射在近区形成平面波这一特性，进行天线电气特性和目标RCS的测量，并可以通过强大的计算软件进行逆合成孔径雷达定位成像(RLI)。整套系统通过数字采样头和相关控制输入／输出接口实现计算机自动测量与控制。
该系统的反射器包括一套校准仪器和自动聚焦系统；频带范围是50MHz～37．5GHz，静区尺寸为2．5X2．5m*。PC接口采用IEEE-488或其它GPIB协议标准。发射与接收辐射器分为五个频段。发射机的主要部件是窄脉冲发生器，它可以产生频谱很宽的ps(皮秒)级超短脉冲。超宽带采样接收机的作用是接收被测目标返回的信号并进行高速采样，把回波信息数字化以供PC处理，其采样过程与普通高速采样示波器工作过程基本一致。PC及配套软件控制整个系统的同步以及目标和天线平台的转动、平移，同时完成数据处理和显示任务。超宽带时域紧缩场原理框图如图2-2所示。系统工作流程为：计算机程控转台和接收机，设置转台并形成同步脉冲给发射机。后者通过馈源发射短脉冲到反射器；同时，稳相接收天线接收到探测信号进入取样头的第二端口，校直反射器把球面波转换为平
面波，照射到目标。目标反射回波信号到反射器，经接收机接收，再经超宽带放大器放大后进人取样头的第一端口，并转换成数字码，存储在计算机中。接收机形成下一个选通触发脉冲再次触发发射机，同时，接收机每隔T+dt形成下一个探测脉冲(T为脉冲重复周期，dt为取样间隔)，把取样头以后脉冲的取样信号不断存人计算机RAM，直到测量结束，计算机再设置目标的方位角并控制转台，测量结束后再对数据进行处理。在以上分析中，接收机传给PC的是一个窄脉冲信号，要获得人们习惯使用的频域电气参量，需先对采样信号进行快速傅立叶变换(FFT)，因此这是一套时域测量系统。
本系统的测控软件由三部分组成，分别是主监控程序、天线测量子程序、雷
达目标特性测量子程序。软件系统主要完成测量触发信号的产生、数据采集和数据处理任务，是整个测量系统的重要组成部分。主系统管理软件用来调整、管理和从采样接收器采集的时域原始数据。本程序主要包含两类窗口：DPMS控制程序主窗口和参数管理窗口。信号图形窗口实时显示时域采样接收信号，用于直观监视测量进程，确保测量的正常进行。参数管理窗口包括扫描控制窗口、显示设置窗口、校准窗口、稳相窗口、采集窗口和主控面板等，通过点击对应的菜单或工具条命令，进行相关参量的设置。
图2-2超宽带时域紧缩场原理框图
图2-3 天线特性测量子程序主界面
图2-4 绘图显示窗口
三微波暗室回波损耗的检测
微波暗室的回波损耗是衡量微波暗室吸收特性的一个重要指标,因此对微波暗室的回波损耗的检测是检验微波暗室性能优劣的一个重要方面。
3.1 回波损耗的检测原理
利用定向耦合器把单口网络转化为双口网络的测量
要测量回波损耗,首先应将单口网络转化为双口网络才能利用微波标量网络
分析仪进行测量,转化的原理如图3-1所示。这里利用定向耦合器可以很方便地将回波送入微波标量网络分析仪中进行测量,而不受入射波的影响。作为原理示意图,当终端接一短路负载时,利用标网测量校准,其校准后短路负载的各频率点上的回波损耗应为0dB。
图3-1利用定向耦合器把单口网络转化为双口网络
3.2 微波暗室回波损耗的测量原理
测量校准线路
图3-2是测量回波损耗的校准测量线路。扫频信号源信号经过隔离、定向耦合到收发天线上发射出去,在天线前放一金属反射板,金属反射板的反射面D及金属板距天线的距离R应保证反射波能全部返回到收发天线,这样才能对标网进行校准。
图3-2 校准测量
测量校准
(1)金属反射板和发射天线的距离R的计算保证金属反射面D对天线的张角大于天线方向图半功率波瓣宽度2θ0.5来计算R
R=D/tan(2θ0.5/2)
(2)测量校准
按计算的距离,把金属板直立于发射天线前R处,对标网进行归零校准。校准好后的回波损耗曲线如图3-3所示
图3-3 校准后的标网示意图
3.3 暗室的测量方法
按图3-4所示测量电路连接好仪器,对其按步骤2.2.1进行校准,然后在金属板前加上吸波材料,进行测量,此时的测量结果便为所测的吸波材料的回波损耗。
图3-4 暗室的测量原理图
3.4 测量数据
根据吸波材料角锥形状的大小,我们将角锥从小到大依次分为1、2、3、4号角锥。并对每号角锥在(0.1~18)GHz的范围内进行了测量,其测量结果如图3-5所示。
图3-5 4种大小不同的角锥的回波损耗的测量结果
3.5 总结
此种测试方法简单方便,易于操作,方法独到。
测量准确度高。
从被检测的微波暗室看,该暗室只在C波段的(4.0~6·0)GHz间有较大的回波损耗(即吸波性能较好),而在其它波段(如L波段、X波段、K波段和Ku波段)该暗室所用的吸波材料均对电波无吸收(衰减)效果,这对于要在该暗室中进行其它波段天线的测量和其它开放性系
统性能的测量来说,会带来很大的影响,造成测试结果的误差,应引起足够的重视从图3-5中也可以看出来,微波暗室的吸波性能是由吸波材料的性能决定的,至于角锥形状的大小则对回波损耗影响不大。
此种测量方法及测量结论可作为微波暗室承建方和业主方验收的依据。
四微波暗室有限测试距离对天线远场测量的影响
室外测试场的电磁环境干扰问题日益突出,而微波暗室作为室内测试平台,能提供稳定可控的信号环境,具有保密、全天候的特点,因此在测试领域得到了广泛应用。
4.1 远场测量条件
微波暗室也是天线测量的典型场所。在微波暗室内进行天线测量的方法一般有近场测量和远场测量之分。近场测量是指在距离天线口径3~10个波长距离上进行的测试。由于近场测量需要成本昂贵的专用配套测试系统,同时受到实时性等因素的制约,在某种程度上限制了这种方法的应用。远场测量是指在天线的辐射远场区直接测试得到天线参数的方法。远场测量作为传统的天线测量方法,由于简单易行,且测试系统组建方便快捷,因此应用仍然十分广泛。在微波暗室内进行天线远场测量,会受到一些限制和约束。比如:微波暗室的物理尺寸会使待测天线的尺寸和频率范围受到限制,或者说因为微波暗室尺寸有限,使得实际的有效测试距离有限,进而对一定尺寸和频率的天线测量精度产生较大影响;再如:微波暗室性能,如静区反射率电平、交叉极化度等也会对天线参数的测量精度产生影响。本文主要从微波暗室有限测试距离的角度,分析其对天线远场测量的影响,并建立相应的误差模型,结合应用实例详细说明了微波暗室有限测试距离对天线场强测量、增益测量的影响,以方便指导在微波暗室内开展天线远场测量的工作。
对于大多数天线,通常需要的是其远场辐射特性。对天线的测量也需要在远场的条件下进行,即用一个理想的均匀平面波照射待测天线,这在理论上需要无限远的测试距离,但完全理想的远场条件在实际中是很难实现的。工程中常根据测量精度的要求选择合适的测试距离,普遍采用的远场最小测试距离为
式中,R为测试距离,D为待测天线最大尺寸,λ为天线工作波长。这是在辅助天线为点源或弱方向性天线时,待测天线口面上最大相位差为π/8时得到的。
当需考虑辅助天线的影响时,远场最小测试距离为
式中,d为辅助天线最大尺寸。根据Rmin=2D2/λ准则,可以得到不同尺寸、不同工作频率的天线测量时所需的最小测试距离。图4-1给出了待测天线最大尺寸分别为0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m和2.5 m时在不同频率时所需的最小测试距离。
图4-1 型尺寸、不同工作频率天线所需的最小测试距离
由图4-1可知,当待测天尺寸达到2.5 m,工作频率为10 GHz时,所需的最小测试距离为417 m。可见,当待测天尺寸较大、且工作频率较高时,远场测量需要的测试距离往往是很难实现的。当在微波暗室内进行天线远场测量时,由于空间(有效测试距离)有限,会使待测天线的尺寸和频率范围受到限制,或者说测量尺寸较大、工作频率较高的天线时,产生的误差会很大。实践中,如何根据微波暗室的具体条件和测量精度的要求,判断某个尺寸和工作频段的天线是否适合在微波暗室内进行远场测量是必须面临的问题,下面将进行详细分析。
4.2 有限测试距离对天线测量的影响分析
以平面口径场为例,分析有限测试距离对天线测量结果的影响。如图4-2所示,假设一个平面口径场S位于XOY平面内,其中任意一面元ds的坐标为(xs,ys,0),P(x,y,z)是平面口径S辐射场中的任意一点,其中面元ds的矢径大小为ρs,面元ds到P的矢径大小为rs,OP = r。根据惠更斯-菲涅耳原理,可得到平面口径S的辐射场的表达式为
图4-2 平面口径s的辐射场示意图
由图4-1可知,当待测天尺寸达到2.5 m,工作频率为10 GHz时,所需的最小测试距离为417 m。可见,当待测天尺寸较大、且工作频率较高时,远场测量需要的测试距离往往是很难实现的。当在微波暗室内进行天线远场测量时,由于空间(有效测试距离)有限,会使待测天线的尺寸和频率范围受到限制,或者说测量尺寸较大、工作频率较高的天线时,产生的误差会很大。实践中,如何根据微波暗室的具体条件和测量精度的要求,判断某个尺寸和工作频段的天线是否适合在微波暗室内进行远场测量是必须面临的问题。
实例分析
假设微波暗室能提供的有效天线测试距离为25 m,由暗室吸波材料性能确定的天线测量频率范围为1~18 GHz,再假设待测天线的尺寸范围为0·1~1 m。依此条件,分析有限测试距离对天线场强测量、增益测量的影响,从而确定适合在微波暗室内进行测量的天线尺寸和工作频率范围。以辐射场为均匀分布的圆口径天线为例来分析。由式(11)和式(13)可以得到不同有限测试距离下的待测天线场强相对误差和增益相对误差,图4-3和图4-4分别是场强相对误差δ
和增益相对误差
E
δG与R
D的关系变化曲线。
/λ
2
图4-3 场强相对误差δE与R
D的关系
/λ
2
图4-4 增益相对误差δG与R
D的关系
2
/λ
D综合反映了天线测试距离、天线工作波长和天线尺寸三者之间的/λ
2
R
关系。由天线有效测试距离R=25 m、天线工作频率f的范围为1~18 GHz(有相应的工作波长λ与其对应)、天线尺寸D的范围为0·1~1 m,可以得到一些典型工作频率和天线尺寸的天线测量场强相对误差和增益相对误差的值,数据见表1和表2。
表1典型工作频率和天线尺寸时场强测量相对误差δE
表2典型工作频率和天线尺寸时增益测量相对误差δG
从表1中可以看出,当待测天线尺寸为1 m、工作频率为10 GHz时,场强测量的相对误差已经达到了17·3%,这对于日常测试来说已经很大。而当工作频率为5 GHz时,场强测量的相对误差为4·5%,这对于日常测试来说基本上可以接受。以此类推,可得到不同尺寸的天线在允许接受的测量误差的前提下,适合在微波暗室测量的最高测试频率;或者得到在不同天线工作频率时,在允许接受的测量误差的前提下,适合在微波暗室测试的最大天线尺寸。对于天线增益测量,依据以上同样的分析方法,参照表2,可得到类似的结论。对于不能在现有条件下完成测量的天线,则需要利用室外测试场或借助近场天线测试系统来进行。
五分析结论应用于实际天线的测量
数据有待进一步完成。
六总结
总结于五完成毕业设计末期数据收集结果对比分析后整理完成。
七主要参考文献
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天线测试方法介绍
天线测试方法介绍 对天线与某个应用进行匹配需要进行精确的天线测量。天线工程师需要判断天线将如何工作，以便确定天线是否适合特定的应用。这意味着要采用天线方向图测量(APM)和硬件环内仿真(HiL)测量技术，在过去5年中，国防部门对这些技术的兴趣已经越来越浓厚。虽然有许多不同的方法来开展这些测量，但没有一种能适应各种场合的理想方法。例如，500MHz以下的低频天线通常是使用锥形微波暗室(anechoic chamber)，这是20世纪60年代就出现的技术。遗憾的是，大多数现代天线测试工程师不熟悉这种非常经济的技术，也不完全理解该技术的局限性(特别是在高于1GHz的时候)。因此，他们无法发挥这种技术的最大效用。 随着对频率低至100MHz的天线测量的兴趣与日俱增，天线测试工程师理解各种天线测试方法(如锥形微波暗室)的优势和局限的重要性就愈加突出。在测试天线时，天线测试工程师通常需测量许多参数，如辐射方向图、增益、阻抗或极化特性。用于测试天线方向图的技术之一是远场测试，使用这种技术时待测天线(AUT)安装在发射天线的远场范围内。其它技术包括近场和反射面测试。选用哪种天线测试场取决于待测的天线。 为更好地理解选择过程，可以考虑这种情况：典型的天线测量系统可以被分成两个独立的部分，即发射站和接收站。发射站由微波发射源、可选放大器、发射天线和连接接收站的通信链路组成。接收站由AUT、参考天线、接收机、本振(LO)信号源、射频下变频器、定位器、系统软件和计算机组成。 在传统的远场天线测试场中，发射和接收天线分别位于对方的远场处，两者通常隔得足够远以模拟想要的工作环境。AUT被距离足够远的源天线所照射，以便在AUT的电气孔径上产生接近平面的波阵面。远场测量可以在室内或室外测试场进行。室内测量通常是在微波暗室中进行。这种暗室有矩形的，也有锥形的，专门设计用来减少来自墙体、地板和天花板的反射(图1)。在矩形微波暗室中，采用一种墙面吸波材料来减少反射。在锥形微波暗室中，锥体形状被用来产生照射。 图1：这些是典型的室内直射式测量系统，图中分别为锥形(左)和矩形(右)测试场。
天线近场测量的综述
内部☆ 天线近场测量的综述 An OutIine of Near Field Antenna Measurement 一引言 天线工程一问世．天线测量就是人们一直关注的重要课题之一，方法的精确与否直接关系到与之配套系统的实用与否。随着通讯设备不断更新，对天线的要求愈来愈高，常规远场测量天线的方法由于实施中存在着许多困难，有时甚至无能为力，于是人们就渴望通过测量天线的源场而计算出其辐射场的方法。然而由于探头不够理想和计算公式的过多近似，致使这种方法未能赋于实用。为了减小探头与被测天线间的相互影响，Barrett等人在50年代采用了离开天线口面几个波长来测量其波前的幅相特性，实验结果令人大为振奋，由此掀开了近场测量研究的序幕，这一技术的出现，解决了天线工程急待解决而未能解决的许多问题，从而使天线测量手段以新的面目出现在世人的面前。 四十多年过去了，近场测量技术已由理论研究进入了应用研究阶段，并由频域延拓到了时域，它不仅能够测量天线的辐射特性，而且能够诊断天线口径分布，为设计提供可靠、准确设计依据；与此同时，人们利用它进行了目标散射特性的研究，即隐身技术和反隐身技术的研究，从而使该技术的研究有了新的研究手段，进而使此项研究进入了用近场测量的方法对目标成像技术的探索阶段。 二、近场测量技术发展的过程 近场测量的技术研究从五十年代发展至今，其研究方向大致经历四个阶段，如表1所示。 表1 近场测量技术所经历的时间
各个时期的研究内容可概述为以下几个方面 1．理论研究 在Barrett等人的实验之后，Richnlond等人用空气和介质填充的开口波导分别测量了微波天线的近场，并把由近场测量所计算得到的方向图与直接远场法测得的结果相比较，其方向图在主瓣和第一副瓣吻合较好，远副瓣和远场法相差较大。于是人们就分析其原因，最终归结为探头是非理想起点源所致，因此，出现了各种方法的探头修正理论。直到1963年Karns等人提出了平面波分析理论才从理论上严格地解决了非点源探头修正的问题。与此同时，Paris和Leach等人用罗仑兹互易定理也推出了含有探头修正的平面波与柱面波展开表达式[1，2]。Joy等人也给出了含有探头修正下的球面波展开式及其应用[3 ]。至此，频域近场测量模式展开理论已完全成熟，因此研究者的目光投向了应用领域。在随后的十年里，美国标准局(NBS)等研究机构进行大量的实验证明此方法的准确性[4]，其中取样间隔、探头型式的选择以及误差分析是研究者们关心的热门问题。 2．取样间隔及取样间距 由于模式展开理论是建立在付里叶变换的基础上，根据付里叶变换中抽样定理[5]，对带宽有限的函数。用求和代替积分，用增量代替积分元不引人计算误差，而平面、柱面、球面的模式展开式对辐射场而言都是带宽有限的函数，忽略探头与被测天线间的电抗耦合(取样间距选取的准则)，取样间隔与取样间距按表2所示的准则进行选取(参看图1坐标系)。 表2 取样间隔与取样问距的准则 表中：λ—工作波长；d—探头距被测天线口径面的距离；a—完全包围教测天线最小柱面或球面的半径；a'—极平面取样的最大圆半径．
RFID天线调试总结
RFID 天线调试总结 一． R FID 天线工作原理 RFID 天线不是传统意义上的天线，传统天线是通过向空中辐射电磁波来传输电磁信号，天线工作于远场区，为了能把电磁信号辐射到空中，天线的长度需和工作的波长相比拟。RFID 天线的工作距离远小于传统天线，传统天线的工作距离远大于波长，例如手机天线需要接收来自几百米甚至几十公里以外的基站信号，收音机天线需要接收来自几十甚至几百公里以外的发射塔的信号。RFID 天线工作距离远小于工作波长，工作于近场耦合区。例如ISO14443-A/B 的工作距离只有几个厘米，远小于22.12m 的工作波长，通过电磁耦合进行电磁能量的传输，RFID 天线可以看作是一个耦合线圈。RFID 天线是利用安培定律：电流流经线圈，在线圈周围产生磁场，再利用电磁感应定律：时变磁场穿过闭合空间产生感应电压，让标签得电开始工作。标签和读卡器也通过该电磁场来进行信息交换。 二． R FID 天线等效电路 RFID 天线可以用如图1所示的等效电路表示。线圈电感为Lant ，Rs_ant 为线圈的损耗电阻，Cant 为线圈之间和连接器之间的寄生电容。 图1 天线等效电路 要使得天线工作于13.56MHz ，那么可以在天线外部并联或串联一个电容，将电容和天线线圈组成一个LC 谐振电路，调整该并联或串联的电容大小，使得谐振频率为13.56MHz 。那么此时，读写器可通过此谐振电路将能量传输至射频卡。由汤姆逊公式： (1 2f π= 可知，天线的工作频率(谐振频率)和Lant 、C 有关。 三． 天线调试 读写卡模块天线原始匹配电路如图2所示。
图2 天线匹配电路 该天线匹配电路采用串联匹配的形式，由于读卡芯片支持双天线，且为了增强抗干扰能力，匹配电路采用此平衡电路。电容C1~C6是匹配电路用于调整输入阻抗和工作频率的，电阻R1，R2是调整天线Q值的，在此，天线Q值确定，所以不用调整该电阻值。 读写卡模块样机制作出来未调节天线匹配电路时，用公司门禁卡(S50卡，后面测试均使用该卡测试)测试读卡距离仅为3.6cm左右，远远达不到要求。通过用网络分析仪测量天线，Smith圆图如图3所示： 图3 未调电容前的天线Smith图 由图可知，此时的谐振点偏低，那么需要将谐振点调高，即需要将电容调小。对应图2中，需要将C2，C3并联后的值，以及C4，C5并联后的值调小，调试过程中，发现将C3，C5的值调为36pF时，用公司门禁卡(S50卡)测试读卡距离，发现有5cm左右，用网络分析仪测量天线，Smith圆图如图4所示：
天线测试方法介绍
天线测试方法介绍 来源：Vince Rodriguez公司 对天线与某个应用进行匹配需要进行精确的天线测量。天线工程师需要判断天线将如何工作，以便确定天线是否适合特定的应用。这意味着要采用天线方向图测量(APM)和硬件环内仿真(HiL)测量技术，在过去5年中，国防部门对这些技术的兴趣已经越来越浓厚。虽然有许多不同的方法来开展这些测量，但没有一种能适应各种场合的理想方法。例如，500MHz 以下的低频天线通常是使用锥形微波暗室(anechoic chamber)，这是20世纪60年代就出现的技术。遗憾的是，大多数现代天线测试工程师不熟悉这种非常经济的技术，也不完全理解该技术的局限性(特别是在高于1GHz的时候)。因此，他们无法发挥这种技术的最大效用。 随着对频率低至100MHz的天线测量的兴趣与日俱增，天线测试工程师理解各种天线测试方法(如锥形微波暗室)的优势和局限的重要性就愈加突出。在测试天线时，天线测试工程师通常需测量许多参数，如辐射方向图、增益、阻抗或极化特性。用于测试天线方向图的技术之一是远场测试，使用这种技术时待测天线(AUT)安装在发射天线的远场范围内。其它技术包括近场和反射面测试。选用哪种天线测试场取决于待测的天线。 为更好地理解选择过程，可以考虑这种情况：典型的天线测量系统可以被分成两个独立的部分，即发射站和接收站。发射站由微波发射源、可选放大器、发射天线和连接接收站的通信链路组成。接收站由AUT、参考天线、接收机、本振(LO)信号源、射频下变频器、定位器、系统软件和计算机组成。 在传统的远场天线测试场中，发射和接收天线分别位于对方的远场处，两者通常隔得足够远以模拟想要的工作环境。AUT被距离足够远的源天线所照射，以便在AUT的电气孔径上产生接近平面的波阵面。远场测量可以在室内或室外测试场进行。室内测量通常是在微波暗室中进行。这种暗室有矩形的，也有锥形的，专门设计用来减少来自墙体、地板和天花板的反射(图1)。在矩形微波暗室中，采用一种墙面吸波材料来减少反射。在锥形微波暗室中，锥体形状被用来产生照射。
天线近场测量的综述
天线近场测量的综述
内部☆ 天线近场测量的综述 An OutIine of Near Field Antenna Measurement 一引言 天线工程一问世．天线测量就是人们一直关注的重要课题之一，方法的精确与否直接关系到与之配套系统的实用与否。随着通讯设备不断更新，对天线的要求愈来愈高，常规远场测量天线的方法由于实施中存在着许多困难，有时甚至无能为力，于是人们就渴望通过测量天线的源场而计算出其辐射场的方法。然而由于探头不够理想和计算公式的过多近似，致使这种方法未能赋于实用。为了减小探头与被测天线间的相互影响，Barrett等人在50年代采用了离开天线口面几个波长来测量其波前的幅相特性，实验结果令人大为振奋，由此掀开了近场测量研究的序幕，这一技术的出现，解决了天线工程急待解决而未能解决的许多问题，从而使天线测量手段以新的面目出现在世人的面前。 四十多年过去了，近场测量技术已由理论研究进入了应用研究阶段，并由频域延拓到了时域，它不仅能够测量天线的辐射特性，而且能够诊断天线口径分布，为设计提供可靠、准确设计依据；与此同时，人们利用它进行了目标散射特性的研究，即隐身技术和反隐身技术的研究，从而使该技术的研究有了新的研究手段，进而使此项研究进入了用近场测量的方法对目标成像技术的探索阶段。 二、近场测量技术发展的过程 近场测量的技术研究从五十年代发展至今，其研究方向大致经历四个阶段，如表1所示。 表1 近场测量技术所经历的时间
各个时期的研究内容可概述为以下几个方面 1．理论研究 在Barrett等人的实验之后，Richnlond等人用空气和介质填充的开口波导分别测量了微波天线的近场，并把由近场测量所计算得到的方向图与直接远场法测得的结果相比较，其方向图在主瓣和第一副瓣吻合较好，远副瓣和远场法相差较大。于是人们就分析其原因，最终归结为探头是非理想起点源所致，因此，出现了各种方法的探头修正理论。直到1963年Karns等人提出了平面波分析理论才从理论上严格地解决了非点源探头修正的问题。与此同时，Paris和Leach等人用罗仑兹互易定理也推出了含有探头修正的平面波与柱面波展开表达式[1，2]。Joy 等人也给出了含有探头修正下的球面波展开式及其应用[3 ]。至此，频域近场测量模式展开理论已完全成熟，因此研究者的目光投向了应用领域。在随后的十年里，美国标准局(NBS)等研究机构进行大量的实验证明此方法的准确性[4]，其中取样间隔、探头型式的选择以及误差分析是研究者们关心的热门问题。 2．取样间隔及取样间距 由于模式展开理论是建立在付里叶变换的基础上，根据付里叶变换中抽样定理[5]，对带宽有限的函数。用求和代替积分，用增量代替积分元不引人计算误差，而平面、柱面、球面的模式展开式对辐射场而言都是带宽有限的函数，忽略探头与被测天线间的电抗耦合(取样间距选取的准则)，取样间隔与取样间距按表2所示的准则进行选取(参看图1坐标系)。 表2 取样间隔与取样问距的准则 表中：λ—工作波长；d—探头距被测天线口径面的距离；a—完全包围教测天
天线及其测量方法
现代微波与天线测量技术
第 6 讲：无源天线及其测量技术
彭宏利
博士
2008.11
微波与射频研究中心 上海交通大学－电信学院－电子工程系
第 8 节：无源天线及其测量技术
8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 能的影响 8.8. 8.9. 8.10. 8.11. 天线概述； 天线主要性能指标； Helical 外置天线； PIFA 内置天线； Monopole 内置天线； PIFA 和 Monopole 天线比较； 天线性能与环境： 其它部件对手机天线性 天线测量条件和测量参数； 天线方向图测量技术； 天线增益测量技术； 天线极化参数测量
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8.1. 天线概述
8.1.1. 天线的定义
在无线电发射和接收系统中，用来发射或接收电磁波的元件，被称为天线。
8.1.2. 天线的作用
天线的作用是转换电磁波的型态：
? ? ? ? 发射天线将电路传输结构中的导引波转换成空间中的辐射波； 接收天线将空间中的辐射波转换成电路传输结构中的导引波； 接收和发射天线是互易的。 导引波（Guided wave） ：电磁波被局限在一般电路中，沿传输线往特定的方向前进， 分析参数为电压和电流。 ? 辐射波（Radiation wave） ：电磁波可以往空间任意方向传播，分析参数为电场和磁场。
8.1.3. 天线工作机理
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导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。 如果两平行导线的距离很近，则两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，辐射很微弱。如果 两导线张开，则由于两导线的电流方向相同，两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射 较强。 当导线的长度ｌ远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱。当导线的长度可与波长相 比拟时，导线上的电流就大大增加，能形成较强的辐射。通常将能产生显著辐射的直导线称为 振子。
8.1.4. 天线分类 基站天线：
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近场天线测量作业
作业一：分别采用直接求和与快速Fourier 变换（FFT ）两种方法计算出)(ωF ，并与理 论计算结果比较，并比较两种方法所用时间。 1. 已知x e x f -=)( 求 dx e e F x j x πωω2)(? ∞ ∞ --= 直接积分：2 )2(12 )(πωω+= F (1-1) 当ω很大时，0)(≈ωF 取100=Ω时，010 )(5 ≈<-ωF 故近似认为当Ω>ω时，0)(≈ωF ，即可以近似认为f （x ）是一个谱宽有限得函数，带限为2Ω，取005.02=Ω ≤?ππ x ，则由取样定理有 2()m x j m x m F e e x πωω∞ -??=-∞ = ???∑ 令x N n ?=ω， ∑-- =?-?≈12 2 2)(N N m N mn j x m x e e F πω 令,2 k N m =+ 则有 ∑-=-?--?≈?10 )2 (2)2 ()(N k N k N n j x N k x e e x N n F π ∑-=?- -?-=10 2)2 () 1(N k N kn j x N k n e xe π ∑-=-=1 2)1(N k N kn j k n e f π (1,,1,0-=N n Λ)
其中： ??? ? ??? -=?-=?=?-?-1 ,,212, ,1,0)2()2(N N k xe N k xe f x k N x N k k ΛΛ (1-3) 取N=2048，则1024*0.005≈5，12 <
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。 近场（平面、柱面、球面）测量系统与远场|（室外、室内、紧缩场）测量系统的能力比较
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。更进一步的细节将在后面的章节有所描述。 为了使客户充分地了解和使用此套天线测量系统的特性和功能，睿腾万通将在现场安装验收期间提供近场测量系统涉及到的测量理论、系统应用、实际操作和维护的详细培训。并在用户使用过程中提供良好的技术服务的咨询。 我们衷心希望能够同用户的专家合作，提供一套高性能远场测试系统。这是一个令人兴奋的工程，我们期待与客户在此项目上完美愉快和顺利的合作。
辐射、散射近场测量及近场成像技术的研究进展
辐射、散射近场测量及近场成像技术的研究进展张福顺，焦永昌，马金平，刘其中，张进民，毛乃宏 摘要：近场技术是近年来兴起的一种先进的测量技术，它已广泛地应用于辐射、散射测量以及目标成像．概述了目前辐射、散射近场测量及近场成像技术理论研究和测量方法的发展现状以及主要研究成果；并探讨了有关这几个分支需要进一步研究的主要问题． 关键词：近场测量；辐射；散射；成像 中图分类号：TN820 文献标识码：A 文章编号： 1001-2400(1999)05-0651-06 The state of the art of near field techniques for radiation, targets scattering measurements and object imaging ZHANG Fu-shun，JIAO Yong-chang，MA Jin-ping，LIU Qi-zhong，ZHANG Jin-min， MAO Nai-hong (Research Inst. of Antenna and EM Scattering, Xidian Univ., Xi′an 710071， China) Abstract: The near field technique is a new kind of measurement technique, which arose two decades ago. It has been widely used in the fields of radiation, targets scattering measurements and objects imaging. In this paper, the state-of-the-art of the theory and measurement research on near field techniques for these three fields is surveyed, and the main issues in these branches for the further study are suggested. Key Words: near field techniques；radiation measurements；scattering measurements；objects imaging 众所周知，在离开被测目标3λ～5λ(λ为工作波长)距离上测量该区域电磁场的技术称为近场测量技术．如果被测目标是辐射器，则称为辐射近场测量；若被测目标是散射体，则称为散射近场测量；对测得散射体的散射近场信息进行反演或逆推就能得到目标的像函数，这就是目标近场成像．但是，截止目前为止，关于辐射、散射近场测量以及近场成像技术溶为一体的综述性文章还未见到公开的报导，这对从事这方面研究的学者无疑是一种遗憾．为使同行们能全面地了解该技术的发展动态，该文概述了近几十年来关于辐射、散射近场测量及近场成像技术前人所做的工作及其最新进展，并指出了未来研究的主要方向． 1 辐射近场测量 辐射近场测量是用一个已知探头天线(口径几何尺寸远小于1λ)在离开辐 射体(通常是天线)3λ～5λ的距离上扫描测量(按照取样定理进行抽样)一个平 面或曲面上电磁场的幅度和相位数据，再经过严格的数学变换计算出天线远区场的电特性．当取样扫描面为平面时，则称为平面近场测量；若取样扫描面为柱面，
西安电子科技大学《天线测量》教学大纲
西安电子科技大学 《天线测量》教学大纲 课程ID0221035课程名称天线测量 学分数 3.0学时数46 课程性质专业限选适用专业电子信息工程类 开课学期6先修课程电磁场理论、天线 原理 开课院系电子工程学 制定时期2010-3-1 院 一、课程地位、基本要求以及与其他课程的联系 本课程是微波电信专业选修的专业课，通过该课程的学习使学生掌握天线测量的基本理论和方法，培养学生分析和解决实际问题的能力以及实际动手的能力，为学生今后走上工作岗位打下一个良好的基础。 基本要求是通过课程教学、实验、示教等教学环节使学生掌握天线测试场的设计与鉴定准则；掌握天线基本参数的测量原理和方法；学会常规测量仪器和先进测量仪器基本操作方法以及测量原理。 本课程是《天线原理》课程内容的补充与应用。《天线原理》课程完成天线基本理论的教学；《天线测量》课程完成天线基本参数测量原理和实验的教学。 二、课程内容和学时分配 （1）理论教学 绪论 1学时 天线场地设计与鉴定 8学时 天线方向图的测量 2学时 天线增益的测量 3学时 天线极化的测量 6学时 天线阻抗的测量 4学时 天线相位方向图的测量 4学时 天线源场测量 2学时
天线近场测量 6学时 用射电源测量天线的电参数和现代天线测量设备与系统介绍 2学时（2）实验教学 每个实验2小时，共计4个实验，具体内容为： 实验一：对称阵子和无源阵子天线方向图的测量 实验二：对称阵子输入阻抗的测量 实验三：喇叭天线增益的测量 实验四：天线计划参数的测量 （3）示教教学 用矢量网络分析仪测量天线的阻抗特性；微波暗室的设计与建造 三、实验要求 （1）实验前必须充分理解实验测量原理，会出测量方框图，熟悉所用仪器的使用方法和注意事项，给出测量参数的理论数 值； （2）记录实验数据和实验测量条件，试验现场测量数据必须交在场指导老师审阅后方能离开实验现场； （3）做出实验报告，前一个实验报告未交者不能参加下一个实验，实验报告占总成绩的50%； 四、考核方式 独立作业或者命题考察； 五、教材及参考书 《天线测量》林昌禄成都电讯工程学院出版社
NSI2000天线远场测量系统工作触发脉冲的研究及新测量系统的搭建
NSI2000天线远场测量系统工作触发脉冲的研究及新测量系统的搭建 发表时间：2018-12-25T16:14:11.623Z 来源：《电力设备》2018年第23期作者：王文钊 [导读] 摘要：工程测试中，需要抛开NSI2000测量系统的射频部分，单独控制使用系统的机械部分以完成不同的测量。 （中国电子科技集团公司第三十九研究所陕西省西安市 710065） 摘要：工程测试中，需要抛开NSI2000测量系统的射频部分，单独控制使用系统的机械部分以完成不同的测量。本文研究了该测量系统的工作触发原理，可根据触发信号情况以实现新测量系统的搭建。同时也可更好的诊断发现问题，为更多样化的使用远场测量系统打下基础。 关键词：天线；测量系统；触发脉冲 本文就某工程测试中遇到的在远场测试条件下针对被测对象为扫频发射天线（频率不断变化且为发射模式）无法同步采集数据获得方向图的问题进行了相应的分析和研究，提供了一种简捷有效的解决办法。 我所目前远场测试系统为点频测试，因此无法按照工程测试需求的扫频模式发射与接收信号。为解决上述情况，需抛开NSI2000远场测量系统的射频部分，单独控制使用系统的机械部分，搭建新的测量系统。因此必须首先对原系统触发脉冲进行研究，分析其工作原理与特性，构建新系统使各个部分同步起来，保证其顺利工作。以实现转台方位轴处在不同角度位置时测得天线的方向图，完成测量任务。 1 NSI2000天线远场测量系统组成 该系统位于我所跟踪仿真实验室内，由NSI上方位下俯仰二维转台、NSI发射端极化转台，射频系统及计算机系统组成。图一为系统的基本控制图。 图一系统控制图 如上图示，转台控制器将触发信号传送给接收机（PNA），因此，我们选择PNA作为观察触发信号的最终位置。 2 工作触发脉冲信号分析 为便于分析，我们在触发信号进入PNA的端口，即PNA后面板MEASTRIGIN口，用一个BNC接头的三通将一根电缆接入示波器通道一观察信号。如图二。此时，需要一名工作人员在控制室操作系统，使其处于正常工作状态，另一名工作人员在暗室中观察测试时示波器上的触发信号。 图二测量连接图 1>系统处于单频点测试时的触发信号。 此时，将扫描范围设定为100度，点数为5，即每隔25度采集一次数据，以便更清晰的分析信号。将频率波束设为一个频点。 使用示波器测量波形时，转动示波器的水平、垂直位移旋钮与水平、垂直灵敏度旋钮，将示波器设置为常规测量状态。设置好示波器后，使系统开始工作，同时观察示波器。但是，扫描结束后，发现示波器显示屏上未捕捉到任何触发信号。只显示保持高电平。 经查阅分析，发现是示波器的采样率与记录长度无法捕捉到正常的触发信号。因此，在研究讨论后决定使用示波器的触发释放模式。在这种情况下，即便是没有触发，也能引起示波器的扫描。采用这种方法点击开始测试后会看到在系统正常工作下，每采集一个点之前，在示波器显示屏上图像就会抖动一下，右上角从“触发？”如图三，显示为“已被触发”如图四。这就证明捕捉到一次触发。 按测量设置，此次测量共捕捉到七个触发信号。第一个与最后一个分别为转台转动到位与测量结束信号。同时测量到该触发信号为下降沿触发，幅度为5.00V，脉冲宽度为13.0μs。 2>系统处于多频点测试时的触发信号 由于我所大部分工程为多频点测量，在分析了单频点的情况后，下面来研究多频点测试时系统工作的触发信号。首先，保持测量设置不变。将频点增加为两个。 保持示波器的设置状态，点击开始测试后，观察示波器所显示的与单频点测量时一样。 3 新测量系统搭建 观察采集到的信号，得出该测量系统的工作触发脉冲为下降沿触发，幅度为5.00V脉冲宽度为13.0μs，并且触发信号不受点频或多频测量干扰。这样针对本文引言中提出的测试问题可搭建如下系统加以解决。
近场天线测量作业
一. 利用一维驻相法推导天线的远场方向函数与柱面波谱() n a h ，()n b h 的关系 式。 22Λk h ρr sin θz r cos θ ?r ?sin θ0cos θρ??θcos θ0sin θφ??φ010z =-==?????? ? ???=- ? ??? ??? ??????? () ()1 j π 2 2n j Λρ4n 2H Λρj e e πΛρ-??= ??? () ()1 j π 2 2n j Λρ4n 2H Λρj e e πΛρ--??'= ??? () ()()()() n 422jn φjhz n,h n n j ??M r H ΛρρH Λφe e ρ-??'=-???? () ()() ()()()()()24222jn φjhz n,h n n n jh nh Λ???N r ΛH ΛρρH ΛρΛφH Λρz e e k k ρk -??'=-++???? ()()()()()()44n,h n,h n n n E a h M r b h N r dh ∞ +∞ -∞ =-∞??= +???? ∑? ()()()()()()44n,h n,h n n n k H a h N r b h M r dh j ωμ∞ +∞ -∞ =-∞ ? ?= +? ???-∑? 先计算 ()() ()()()()() ()()4n,h n n 22jn φjhz n n n 11j πj π22n j Λρn j Λρjn φjhz 44n 1j π j π 2 n jn φ44n a h M r dh j ??a h H ΛρρH Λφe e dh ρjn 22??a h j e e ρj e e Λφe e dh ρπΛρπΛρ2jn ??a h j e e ρe ΛφπΛρρ+∞ -∞ +∞ --∞ +∞-----∞+∞ --∞ ??'=-???? ????????=- ? ???? ???????????=-? ?????? ???())j Λρjhz 1 j π j π 2 jr θh cos θ n jn φ44n e e dh 2jn ??a h j e e ρe Λφe dh πΛρρ--+∞ --+-∞ ?????=-?? ??????
超低副瓣天线平面近场测量取样方式的新准则
文章编号!""#$"%&&’(""!)"*$"*%+$"* 超低副瓣天线平面近场测量 取样方式的新准则, 张福顺焦永昌刘其中毛乃宏 ’西安电子科技大学天线与电磁散射研究所-陕西西安+!""+!) 摘要采用实验的方法给出了用平面近场技术测量超低副瓣天线时收发天线之间的近区测试距离以及取样密度的选取准则-提出了超低副瓣天线测量对测试系统温度漂移的要求-并给出了满足系统温度漂移要求的测试方式.依据新的选取准则-实测了最佳角锥喇叭和波纹喇叭天线的/面方向图.测试结果说明-该选取准则具有良好的重复性-且重复精度为0"123(12. 关键词超低副瓣天线平面近场测量取样间距采样密度 中图分类号45&("文献标识码6 789:;<=>?@AB C?D8C?E@F E C D G8<8;:H C8<8@D E F H>D C;>E9 :?I8J>E K8;@D8@@;:?@=>;@;C@8;C J F?8>ID8B G@?L H8 M N O7P Q H J:G H@R S O T U E@A J B G;@A V S W X?J Y G E@A ZO T7;?J G E@A ’[\]^_^‘^a b cd\^a\\e]e\fg h i j e^^a k_\l-m_f_e\n\_o a k]_^p-m_q e\i r e\s_+!""+!-t r_\e) O K:D C;B D uv w x y1-4x vz{|w v{|y}~y{!"|w#$%&z x y y!|}’w x v}v#{$~|v%1w v!w1|!w#}z v #}1w x v!#()%|}’|}w v{*#%|}w x v(v#!"{v(v}w y~"%w{#$%y+$!|1v$%y$v#}w v}}#!+|w x )%#}#{}v#{~|v%1!z#}}|}’|!){v!v}w v1$&"!|}’w x v v,)v{|(v}w|}w x|!)#)v{-4x v {v."|{v(v}w!y~w x v w v()v{#w"{v!x|~w|}w x v(v#!"{v(v}w!&!w v(#{v#%!y){y)y!v1 ~y{w x v}v#{$~|v%1"%w{#$%y+$!|1v$%y$v#}w v}}#(v#!"{v(v}w-#}1w x vw v!w(v w x y1-+x|z x!#w|!~|v!w x v w v()v{#w"{v!x|~w-|!!"’’v!w v1-/|}#%%&-w x v/$)%#}v)#w w v{}!y~ w x vy)w|(#%)&{#(|1#%x y{}#}1w x vz y{{"’#w v1x y{}#{v(v#!"{v1+|w xw x v}v+ !#()%|}’z{|w v{|y}-4x v w v!w{v!"%w!!x y+w x#w w x|!!#()%|}’z{|w v{|y}|!y~’y y1{v$ )v#w#$|%|w&#}1w x#w w x v{v)v#w#$%v){v z|!|y}|!0"123(12- 0819E C I:"%w{#$%y+$!|1v$%y$v#}w v}}#!)%#}#{}v#{$~|v%1(v#!"{v(v}w}v#{$ ~|v%11|!w#}z v!#()%|}’|}w v{*#% 2引言 平面近场技术是测量超低副瓣天线等一系列高性能天线较为理想的测试手段3!4&5.为了保证这类天线的测量精度-一方面须从理论上探讨平面近场测量所产生的误差源-提出相应的补偿措施3%56另一方面须从实验的角度寻求如何利用现有的测试系统提高此类天线的测量精度.而依据平面近场测量的基本理论寻找出超低副瓣天线的近区测试距离7采样密度以及测试系统温度漂移的数量级是能否实现该测量技术的关键-因此-此项研究具有十分重要的实用价值. 对常规天线平面近场测量而言-按照近场测量理论-探头的取样间隔应小于或等于半波长-待测天 第!0卷第*期(""!年!(月 电波科学学报 8N S79:9R T W;7O VT Q;Ov z v($v{-(""! ,收稿日期?(""!$"($!(-基金项目?西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室基金资助项目’@@A B"+-*-!-C B"+"!) 万方数据
天线近场测量技术综述
天线近场测量技术综述 天线测量技术天线工程一问世，天线侧量就是人们一直关注的重要课题之 一，方法的精确与否直接关系到与之配套系统的实用与否.随着通讯设备不断更 新，对天线的要求愈来愈高，常规远场测量天线的方法由于实施中存在着许多 困难，有时甚至无能为力，于是人们就渴望通过测量天线的源场而计算出其辐 射场的方法.然而由于探头不够理想和计算公式的过多近似，致使这种方法未能 赋于实用.为了减小探头与被测天线间的相互影响，Barrett等人在50年代采用 于离开天线口面几个波长来测量其波前的幅相特性，实验结果令人大为振奋， 由此掀开了近场侧量研究的序幕，这一技术的出现，解决了天线工程急待解决 而未能解决的许多问题，从而使天线测量手段以新的面目出现在世人的面前.四 十多年过去了，近场测量技术已由理论研究进人了应用研究阶段，并由频域延 拓到了时域，它不仅能够测量天线的辐射特性，而且能够诊断天线口径分布， 为设计提供可靠、准确设计依据;与此同时，人们利用它进行了目标散射特性的 研究，即隐身技术和反隐身技术的研究，从而使该技术的研究有了新的研究手 段，进而使此项研究进人了用近场测量的方法对目标成像技术的探索阶段. 近场测量技术在离开被测体3一5人(入为工作波长)距离上，用一个电特性 已知的探头在被测体近区某一平面或曲面上扫描抽样(按照取样定理进行抽样) 电磁场的幅度和相位数据，再经过严格的数学变换(快速傅立叶变换，FastFourierTransform，简写为FFT)计算出被测体远区场的电特性，这一技术称 之为近场测量技术。若被测体是辐射体(通常是天线)，则称之为辐射近场测量(RadiationNearFieldMeasurement):当被测体是散射体时，则称之为散射近场测量(NearFieldSeatteringMeasurement)。对辐射近场测量而言，根据取样表面的不同，
天线近场测量
天线近场测量 -- (**，北京100191) 摘要本文介绍了天线测量的发展历程，对近场扫描系统的组成、三种测量方案以及各方案的实施做了系统的叙述。最后，集中分析了这三种近场扫描测量方法的适用情况，以根据实际适当选择。 关键词天线测量，平面近场测量，圆柱面近场测量，球面近场测量 Near-Field Antenna Measurements ** (**, Beijing 100191) Abstract:This paper introduced the development of antenna measuring technologies, the consistent of near field measuring system and practices of three measuring were discussed as well. At last, the best situated method of some type of antenna were analyzed in detail to choose them conveniently. Keywords: Antenna measurements; PNF;CNF;SNF 1 引言 天线特性参数的测量有多种方法，目前，主要的方法包括三大类：天线的远场测量、天线的紧缩场测量、天线的近场测量。其中，因天线特性主要是定义在天线的远场区故远场测量更为直接准确，而紧缩场测量天线主要是拉近远场所需远场条件： 2 2 d Dλ ≥，其通常采用一个抛物面金属反射板，将馈源发送的球面波经反射面反射形成平面波，在一定远距离处形成一个良好的静区。将天线安置在静区内，测量天线的远场特性，其类似于远场测量，只是缩短测量距离，便于在理想远场环境（暗室）下进行测量。 比较而言，天线近场测量技术应用更为广泛，其对设备要求低，不需要造价昂贵的暗室环境，也不需要远场测量下，对射频系统的较高的要求。 传统的远场测量由于受地面反射波的影响，难以达到这么高的测量精度。另外，远场测量还受周围电磁干扰、气候条件、有限测试距离、环境污染和物体的杂乱反射等因素的影响，已经越来越难以适应现代卫星天线的测量要求。新一代的天线测量技术是以近场测量和紧缩场测量为代表的。近场测量技术利用探头在天线口面上做扫描运动，测量口面上的幅度和相位，然后把近场数据转上的场，就可避免远场测量的诸多缺点，而成为独立的一门测量技术。 近场测量技术主要是指频谱近场测量 技术，通过研究被测信号的频谱结构进行频谱分析，从而得到近场天线的各项参数。与远场测量不同的是，其通过采集天线近场区域辐射场的数据，经近场——远场变换，由计算机得到天线的远场特性。只要保证一定的幅度和相位测量精度，即可较为准确的得到远场特性。 频域近场测量中，信号源发射连续信号，适用于频域平面波谱分析，在时域近场测量技术中，信号源发射的是脉冲信号，用时域平面波谱分析比较合适。 1994来，美国的Rome实验室的Thorkild R.Hasen和Arthur D.Y anghjian提出了时域平面近场测试方法，并推导出时域内的格林函数表达式和平面波普表达式，同时分析了探头误差分析与修正公式。国内在此领域研究比较少，北京理工大学搭建了国内第一个时域近场测试系统[1]。 天线的测量经历了一个从远场测量到近场测量的发展过程。远场测量是直接在天线的近场区对天线的电磁场进行测量，所以测量场地和周围范围电磁环境对测量精度影响比较大，对某些天线来说，要求测量距离要远大于2 2Dλ，其中D为被测天线的口径尺寸，λ为工作波长，而且对测量场地的反射电平、多路径和电磁环境干扰的抑制都