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

线最小柱面或球面的半径；a '—极平面取样的最大圆半径．

如果d 变小，则取样间隔可按下式计算[6]

()

2

/12s d λλ

+≤

? (1)

若2/d λ≤，则取样间距应取为小于4/λ，这时可用有限频谱法[7]修正感应场对测量数据的影响．

取样面尺寸与被测天线的口径面大小有关。对于一维平面扫描的情况，取样面的尺寸x L 与口径面尺寸D 有如下关系，参看图2。

θdtg D L x 2+= (2)

只要d 选定，θ可由测量精度求得[5]，则x L 是确定的。通常工程上要求和幅度方向图副瓣电平测量误差≤0.5dB ，在此条件下，取样面的尺寸可按下式选取(λ3≥d

)

图1 表2所用的坐标系

D

图2一维平面扫描取样面与被测天线口面尺寸的几何关系

dB E x X L 40|2-== (3)

式中，dB E X 40|-=为低于取样面中心场强40dB 处的位置坐标，其它情况依次类推。

3．探头型式的选择

无论是采用何种扫描形式，测量常规非扫描天线方向图，都希望探头的极化纯度高、弱方向性且前向无零点。满足这几个条件的理想探头为偶极子和开口波导[9]。由于测试系统动态范围限制，因此用这种探头测量低副瓣天线会引入较大的测量误差。所以Grimm 等人[10]提出了用“零探头” 的方法进行测量，Hannssen 等人[11]用此方法对副瓣为-49dB 的天线进行了测量，并与直接远场法测量结果进行了比较，其结论是“零探头” 的测量结果更接近于理论值。

4．误差分析

近场测量系统是个复杂的系统，对天线测量有影响的误差源有18项之多，按其产生的原因可分为四个方面：

·理论计算式及数值计算所产生的误差；

·测试仪表及设备产生的误差；

·环境产生的误差；

·探头天线所产生的误差，

对于平面扫描的情况，这些误差对天线参数影响的上界已由Newell等人给出了解析表达式[7,12-14]，并由Jensen等人进行计算机模拟[10,15]；

对于柱面和球面扫描，过些误差源对天线电参数的影响的误差上界尚未完成。表3给出了平面近场测量系统的典型的误差值及影响的电参数。其中理论公式和计算引入的误差只要按表2准则进行选取取样间隔和间距，则这些误差可以忽略不计。

表3 平面近场测量的误差(平均值)

表4 近场测量系统的分布

表5 近场测量系统的部分技术指标和功能

表6 近场测量的分类

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．

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。

实验六天线的方向性与驻波比测量

实验六天线的方向性与驻波比测量 一、实验目的 1.了解八木天线的阻抗特性，知道八木天线驻波比的测量方法。 2.加深对方向图的理解，了解方向图的测试方法。 3.了解两天线法测增益的原理，知道测试方法。 二、实验器材 1、PNA3621及其成套附件 2、偶极子天线两根 3、待测八木天线一个 4、短路器一只 5、半波振子和全波振子各一个。 三、实验步骤 1、仪器进行校准。 2、插损和增益测量。 3、接上待测八木天线，按【菜单】键将光标移到【驻波】处，再按【执行】键，用驻波测量，打出测试曲线。 4、设置参考方位，控制器置手动（MAN），接通电源；按控制器右转（或左）按

键，将天线转到底使其限位停下；左右微动使得转台停在指示灯亮的方位上，以这点为参考方位。此点习惯上为-90°(或270°)；将待测天线的-90°(或270°，即天线讯号的最小值处)方向，对准发射天线并固定之。 5、校最大值，控制器置手动（MAN），左右转动以便找到最大值。找到最大值后，按下仪器执行键。即完成了校最大值步骤，此时屏幕右下角显示测试频率值。 6、测试，按控制器右转（或左）键将天线转到底使其限位停下，然后再按一次仪器执行键，仪器进入测试状态，画面转为直角坐标；再按入控制器自动（AUTO）键使天线按270°→ 0°→90°→180°方向旋转；过270°后仪器即进入记录状态，这样记的目的是为了得到完整的主瓣与尾瓣。 四、实验记录 1、偶极子天线的插损及增益： 2、全波振子方向图：

3、半波振子方向图： 4、八木天线方向图：

5、八木天线驻波比图： 五、实验分析

对于天线增益：天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要是依靠减少垂直面向辐射的波束宽度，而在水平面上保持全向的辐射特性。在本实验中，天线的插损为25.61dB,属于较好的结果范围内，实验相对较成功。 所谓方向图，是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强随方向变化的曲线图。由方向图可以看出半波振子可以达到-60dB，而全波振子天线可以达到-76dB 左右。半波振子天线的方向图是“8”字形，无副瓣，在一般性应用中，有一定优势。且半波振子当长度超过半波长时，线上出现反相电流，使得天线的方向性下降，增益降低。 对于八木天线它的振子为全波振子。相对于基本的半波对称振子天线，八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远，并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。因为八木天线有着很好的方向性，被广泛的用于微波通信、雷达、电视等无线电系统中。配上仰角和方位旋转控制装置，可较为灵活的与各个方向上的电台联络。可被用于无人机的地面遥控天线。 六、实验小结 通过本次实验我们学会了天线方向图的测试方法，加深了对天线方向图的理解与认识。天线方向图是衡量天线性能的重要图形，可以从天线方向图中观察到天线的各项参数。且天线方向图是用来表示天线的方向性的图，所谓的“天线方向性”，就是指在远区相同距离R的条件下，天线辐射场的相对值与空间方向的关系。同时在实验中还了解到两天线法测增益的原理及其测试方法，实验中也对偶极子天线的插损与增益进行了测量，测试数据也相对较好。此外，又对上节课遗留下的八木天线的驻波比进行了测试。另外，在课后也查找了半波振子，

天线测试方法

1测试方法 1.1技术指标测试 1.1.1频率范围 1.1.1.1技术要求 频率范围：1150MHz～1250MHz。 1.1.1.2测试方法 在其它技术指标测试中检测，其它各项指标满足要求后，本项指标符合要求。 1.1.1.3测试结果 测试结果记录见表1。 表1 工作频率测试记录表格 1.1.2 1.1. 2.1技术要求 极化方式：线极化。 1.1. 2.2测试方法 该指标设计保证，在测试验收中不进行测试。 1.1.3波束宽度 1.1.3.1技术要求 波束宽度： 1）方位面：60°≤ 2θ≤90°； 0.5 2）俯仰面：60°≤ 2θ≤90°。 0.5 1.1.3.2测试框图 测试框图见图1。

图1 波束宽度测试框图 1.1.3.3测试步骤 a)按图1连接设备； b)将发射天线置为垂直极化，将待测天线也置为垂直极化并架设于一维转台上， 设置信号源输出频率为1150MHz，幅度设为最大值； c)使用计算机同时控制一维转台及频谱仪，在一维转台转动的同时频谱仪自动记 录待测天线接收的幅度值，待一维转台完成360°转动后，测试软件绘制该频点的俯仰面方向图； d)从该频点方向图中读出俯仰面波束宽度，并记录测试结果于表2； e)重复步骤b）~d），直到完成所有频点俯仰面波束宽度测试； f)将发射天线置为水平极化，将待测天线也置为水平极化并架设于一维转台上， 设置信号源输出频率为1150MHz，幅度设为最大值； g)使用计算机同时控制一维转台及频谱仪，在一维转台转动的同时频谱仪自动记 录待测天线接收的幅度值，待一维转台完成360°转动后，测试软件绘制该频点的方位面方向图； h)从该频点方向图中读出方位面波束宽度，并记录测试结果于表2； i)重复步骤f）~h），直到完成所有频点方位面波束宽度测试； j)若方位面波束宽度和俯仰面波束宽度60°≤ 2θ≤90°，则满足指标要求。 0.5 1.1.3.4测试结果 测试结果记录见表2。

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
第 2/ 39 页

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) (1-2)

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 <

天线测试方法选择及评估

天线测试方法选择及评估 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。 近场和反射测量也可以在室内测试场进行，而且通常是近场或紧缩测试场。在紧缩测试场中，反射面会产生一个平面波，用于模拟远场行为。这使得可以在长度比远场距离短的测试场中对天线进行测量。在近场测试场中，AUT被放置在近场，接近天线的表面上的场被测量。随后测量数据经过数学转换，即可获得远场行为(图2)。图3显示了在紧缩测试场中由静区上的反射面产生的平面波。 图2：在紧缩测试场，平坦波形是由反射测量产生。 一般来说，10个波长以下的天线(中小型天线)最容易在远场测试场中测量，这是因为在可管理距离内往往可以轻松满足远场条件。对大型天线(electrically large antenna)、反射面和阵列(超过10个波长)来说，远场通常在许多波长以外。因此，近场或紧缩测试场可以提供更加可行的测量选项，而不管反射面和测量系统的成本是否上升。 假设天线测试工程师想要在低频下进行测量。国防部门对此尤感其兴趣，因为他们需要研究诸如在低频下使用天线等事项，以便更好地穿透探地雷达(GPR)系统中的结构(针对工作在400MHz范围的射频识别(RFID)标签)，以及支持更高效的无线电设备(如软件定义无线电(SDR))和数字遥感无线电设备。在这种情况下，微波暗室可以为室内远场测量提供足够好的环境。 矩形和锥形是两种常见的微波暗室类型，即所谓的直接照射方法。每种暗室都有不同的物理尺寸，因此会有不同的电磁行为。矩形微波暗室处于一种真正的自动空间状态，而锥形

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

基站天线测量方法

国家通信导航设备质检中心──基站天线测量方法 Test specification of Base station antenna center 1 增益、半功率波束宽度、前后比及交叉极化比的测量可以采用远场或近场等测试方法，本标准叙述最常用的远场测试方法。 The test has long distance and near distance for antenna gain,beam width front to back ratio amd polarization. 2 增益测量 Gain test 2.1测量框图见图1 test draws: 图1天线增益测试框图 antenna gain testing draws 测量条件 test qualification 2.2.1被测天线具有相同的极化方式。 The antenna and source antenna is same polarization 2.2.2被测天线与源天线之间测量距离应满足： 式中：L ──源天线与被测天线距离m; there is distance of the antenna to source antenna D ──被测天线最尺寸m; there is max dimension of source antenna D ──源天线最大辐射尺寸m; there is max radiancy of the antenna λ──测试频率波长m 。 test frequency beam long 2.2.3被测天线应安装于场强基本均匀的区域内，场强应预先用一个半波偶极天线的有效天线体积内进行检测，如果电场变化超过1.5dB ，则认为试验场是不可用的。此外，增益基准天线在两个正交极化面上测得的场强差值小于1dB 。 The antenna under test should be placed within a constant field,and the field stremgth can first be measured within the magnetism field of the antenna under test. Should the electric field show fluctuations greater than 1.5dB, the test field should ge considered unsuitable. Moreover, the measured field stremgrhs of the horizontal amd vertical polarized components, s measured by the standard gain antenna, should mot differ by more than 1dB. 2.2.4测量用信号发生器、接收机等测量设备和仪表应具有良好的稳定性、可靠性、动态范围和测量精度，以保证测量 数据的正确性。测量用仪表应有计量合格证，并在校验周期内。 The signal generator,receiver and other equipment and meters used for testing should have high stability, reliability,measurement precision and wide dynamic range in order to guarantee data accuracy. Source antenna 源天线 The antenna 隔离器 信号源发生器 L ≧ 2(D 2+d 2) λ (1)

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

天线驻波比的测量方法

频通过式功率计的应用 在传统的通信系统中，通常采用AM，FM或PM调制方式。这些发射机的射频功率测量可以用线性连续波（CW）功率计完成。在现代通信系统中，广泛采用了数字调制方式，其射频功率的测试方法也随之改变了。 在本文中，首先讨论了通过式功率计的工作原理，及数字调制信号的射频功率的定义，理解了这些定义将有助于射频功率的正确测量。然后例举了通过式功率计在通信系统中的应用。 一、通过式功率计的工作原理 射频功率可由两类仪器来测量：热偶式功率计和通过式功率计。 1.1 热偶功率计 热偶式测试法是先将射频功率转换为热能，测出其所产生的能量的总和，再将其转换为相应的功率读数（瓦特）。 在热偶式测量法中，其测试结果基本上不受信号波形的影响。但热偶式功率计的成本，物理尺寸，测试响应时间，所需的附件设备，电缆和交流电源都决定了它不能得到广泛的应用。 1.2 通过式功率计 在1952年，BIRD公司的创始人J.Raymond Bird发明了通过式功率计原理Thruline@ 技术。从此，通过式功率测量法成为射频功率测量的工业标准一直至今。在工程应用及工程计量中，通过式功率计的作用是任何其它功率测试手段所无法替代的。 Thruline?通过式功率测量法的原理如下（见图1）： 通过式射频功率计实际上是一种信号激励装置，采用了一个无源的二极管射频传感器。在同轴线的一侧装有一个定向的，半波二极管检波电路，并将其接到一个已校正的表头以读出有效值功率。检波电路与传输线通过介质耦合，并根据置于传输线旁的传感器的方向取样出正向和反射功率。

图1、通过式功率测量法 Thruline@功率计的代表产品是BIRD公司的43型功率计（见图2），它自发明以来已经有超过25万台在全世界范围得到应用。43采用了无源线性二极管检波技术，可以测量单载频的FM，PM和CW信号的功率，或者与校准信号的峰均功率比完全一致的信号。 图2、连续波（CW）功率计的代表产品——BIRD 43 二、模拟调制和数字调制的射频信号 不同的射频调制信号的功率测量方法是不同的，让我们首先来比较一下不同的调制信号各有什么特点。 2.1 连续波（CW ）和模拟调制信号 图3所示为连续波（CW）信号的波形，其特点是峰值包络是恒定的，FM和PM信号也同样。

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--+∞ --+-∞ ?????=-?? ??????

基站天线方位角测量方法简介

基站天线方位角的测量方法 1目的 规范测量方法、降低人为因素、提高测量准确性。 2适用范围 此方法适用于无线设计人员上站勘察时，测量基站方位角。 3使用工具介绍 设计人员通常所使用的指北针如图1所示，由罗盘、照门与准星等组成。方位分划外圈为360°分划制，最小格值1°。测量精度：±5度。 图1 指北针图示 4测量原则 指北针或地质罗盘仪必须每年进行一次检验和校准； 指北针应尽量保持在同一水平面上； 指北针必须与天线所指的正前方成一条直线； 指北针应尽量远离铁体及电磁干扰源(例如各种射频天线、中央空调室外 主机、楼顶铁塔、建筑物的避雷带、金属广告牌以及一些能产生电磁 干扰的物体)；

测量人员站定后，测量时，展开指北针，转动表盘方位框使方位玻璃上 的正北刻度线与方向指标相对正，将反光镜斜放（45°），单眼通过准星 瞄向目标天线，从反光镜反射可以看到磁针N极所对反字表牌上方位 分划，然后用右手转动方位框使方位玻璃上的正北刻度线与磁针N极 对准，此时方向指标与方位玻璃刻度线所夹之角即为目标方位角（按 顺时针方向计算）。测量原则如下图2所示： 图2 测量方法图示 5测量方法 基站方位角的测量方法有很多，需要根据不同的场景和现场人员情况来选择合适的方法进行测量，下面对几种常用的测量方法进行简要介绍。 1)直角拐尺测量法 适用场景与要求：本方法几乎适用于所有场景，但是要求两个人员进行测量，而且其中一人需持有登高证登到天线位置。测量时可以根据现场情况在前方测量或侧方测量。前方测量：在方位角的测量时，两人配合测量。其中一人站在天线的背面近天线位置，另外一人站在天线正前方较远的位置。靠近天线背面的工程师把直角拐尺一条边紧贴天线背面，另一条边所指的方向（即天线的正前方）来

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，