天線近場測量報(bào)告

1、學(xué)號(hào)：*姓名：*報(bào) 告 框 架 天線測量的主要方法 近場掃描法 天線近場掃描系統(tǒng)組成 平面掃描法 柱面掃描法 球面掃描法 天線近場掃描法總結(jié) 天線近場測量技術(shù)總結(jié) 致謝天線測量主要方法天線遠(yuǎn)場測量技術(shù)01緊縮場測量技術(shù)02原理原理：在電磁環(huán)境與外界隔離的暗室中，將待測天線做為饋源，發(fā)送球面波，再經(jīng)高精度拋物面金屬板的反射面反射，而在一定遠(yuǎn)距離處會(huì)形成近似平面波區(qū)域（靜區(qū)）。將掃描探頭放置在靜區(qū)內(nèi)，可直接測量待測天線遠(yuǎn)場得到其遠(yuǎn)場特性。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)：理想遠(yuǎn)場環(huán)境（暗室）下進(jìn)行測量，能很好的模擬和控制各種電磁環(huán)境。但是，暗室造價(jià)昂貴，一般情況下不會(huì)專門采用，對(duì)各機(jī)械系統(tǒng)的精度要求非常。03原理原理

2、：探頭在天線輻射近場區(qū)域內(nèi)采集天線近場區(qū)域輻射場的數(shù)據(jù)，再經(jīng)近場遠(yuǎn)場變換理論，由計(jì)算機(jī)處理得到天線的遠(yuǎn)場特性。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)：不受遠(yuǎn)場測試中的距離效應(yīng)和外界環(huán)境的影響，具有測試精度高、安全保密、可以全天候工作等一系列優(yōu)點(diǎn)，而且通過合適的軟件及成熟的校準(zhǔn)理論，有效的補(bǔ)償各種測量誤差，其測量精度甚至可優(yōu)于遠(yuǎn)場測量，也是當(dāng)前高性能天線測量的主要方法之一。但是，近場遠(yuǎn)場變換理論要求同時(shí)已知近場幅度和相位信息，而近場掃描技術(shù)中相位信息測量難度較大，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)，測量間距，取樣點(diǎn)數(shù)，濾波等需要計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化，以盡可能的減小測量誤差。近場掃描法 近場掃描法是用一個(gè)特性已知的探頭，在離開待測天線幾個(gè)波長（近場區(qū)）

3、的某一表面進(jìn)行掃描，測量天線在該表面各離散點(diǎn)上輻射場的幅度和相位分布，然后基于嚴(yán)格的模式展開理論，確定天線的近場特性。最后，經(jīng)近場-遠(yuǎn)場變換理論，由計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行變換以及誤差校準(zhǔn)處理，近似得到待測天線遠(yuǎn)場特性。 根據(jù)掃描面幾何形狀，通常采用平面近場（PNF），柱面近場（CNF）和球面近場（SNF）。每一種都需將平動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)的組合實(shí)現(xiàn)在理想曲面上的掃描。 熱漂移補(bǔ)償、阻抗適配補(bǔ)償、探頭位置補(bǔ)償、電纜擾動(dòng)補(bǔ)償、掃描截?cái)嘌a(bǔ)償、采樣補(bǔ)償、探頭與天線間多重反射補(bǔ)償、系統(tǒng)相位補(bǔ)償噪聲與接收機(jī)范圍補(bǔ)償、環(huán)境散射補(bǔ)償、隨機(jī)誤差、串?dāng)_與泄漏、組合不確定度補(bǔ)償?shù)取Ｔ恚涸恚撼Ｓ梅诸悾撼Ｓ梅诸悾貉a(bǔ)償技術(shù)：補(bǔ)償技術(shù)：

4、1天線射頻子系統(tǒng)組成組成：能夠向待測天線（AUT）提供射頻功率的某種類型的信號(hào)源，能夠檢測探頭接收信號(hào)的接收機(jī)，傳輸電纜等組成。為待測天線提供射頻信號(hào)，經(jīng)天線輻射，在空間傳播。接收機(jī)檢波系統(tǒng)尤為關(guān)鍵，探頭接收到信號(hào)的幅度和相位經(jīng)檢波得到。濾波方式的選擇也可改善系統(tǒng)誤差。2數(shù)據(jù)采集、處理子系統(tǒng)組成組成：轉(zhuǎn)臺(tái)控制設(shè)備，計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)生成、處理軟件包等。工作原理工作原理：幅度和相位數(shù)據(jù)在測量表面的確定位置有規(guī)則地逐點(diǎn)進(jìn)行采集，這是通過掃描探頭對(duì)這些位置處場值的記錄，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)生成所測得的數(shù)據(jù)，再由計(jì)算機(jī)通過傅里葉變換實(shí)現(xiàn)近場遠(yuǎn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，從而近似得到天線的遠(yuǎn)場特性，將測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入matlab軟件，按特

5、定算法繪出天線相應(yīng)遠(yuǎn)場的幅值和相位隨位置變化的波形圖。這樣可實(shí)現(xiàn)測量天線的方向圖特性。掃描面區(qū)域、網(wǎng)格點(diǎn)的位置、機(jī)械全自動(dòng)控制系統(tǒng)，探頭與待測天線間多重反射，電子設(shè)備輻射，外界環(huán)境，電纜擾動(dòng)等多種影響因素均需通過補(bǔ)償技術(shù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做進(jìn)一步的改善。3掃描子系統(tǒng)組成組成：掃描架、探頭、定位裝置、可移動(dòng)電纜等。工作原理工作原理：探頭安裝在掃描架上，掃描架的移動(dòng)由計(jì)算機(jī)控制，其移動(dòng)距離，旋轉(zhuǎn)角度的控制精度非常高，從而保證掃描面近似為理想的平面、柱面或球面。通過對(duì)輻射場的幅度和相位數(shù)據(jù)在某些特定面上有規(guī)則的獲取，給定面的幾何形狀，掃描網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)處的數(shù)據(jù)以及參考天線（探頭）的特性，將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集處理系

6、統(tǒng)，獲得天線的近似遠(yuǎn)場。天線近場掃描系統(tǒng)主要組成平面掃描法（PNF） 矩形掃描是一種常用的PNF技術(shù)，如圖1所示，掃描的數(shù)據(jù)是在網(wǎng)格上特定的x，y點(diǎn)處收集得到。探頭放置在沿y軸的直線滑軌上。y軸滑軌安放在沿x軸向的第二個(gè)滑軌上。 適合于像碟狀或相位陣列這樣的高度定向天線，這類天線幾乎所有的接收和發(fā)射的能量都會(huì)通過平面掃描區(qū)域。 最簡單的是將某掃描區(qū)域邊緣之外的數(shù)據(jù)設(shè)置為零，并觀察計(jì)算出的遠(yuǎn)場變化大小。當(dāng)遠(yuǎn)場變化比較明顯時(shí)，說明掃描區(qū)域內(nèi)測得的數(shù)據(jù)量過少，應(yīng)適當(dāng)?shù)脑黾訏呙椟c(diǎn)數(shù)，從而保證經(jīng)變化得到的遠(yuǎn)場近似于待測天線的遠(yuǎn)場。減小由邊界截?cái)鄮淼臏y量誤差。圖1 矩形平面掃描示意圖原理：原理：適用類型

7、：適用類型：掃描區(qū)域掃描區(qū)域：柱面掃描法(CNF) 典型的柱面近場掃描設(shè)備是將待測天線安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)之上，掃描探頭沿平行于轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸的直線方向上移動(dòng)。通過合理地配置這些運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)確的定位需要測量的網(wǎng)格點(diǎn)位置，保證探頭能夠在柱面特定的網(wǎng)格點(diǎn)處獲取近場振幅和相位數(shù)據(jù)。 柱面測量系統(tǒng)中，待測天線位于方位轉(zhuǎn)臺(tái)之上，其口徑面邊緣垂直于地面，探頭沿垂線方向上進(jìn)行掃描，位于方位轉(zhuǎn)臺(tái)之上的待測天線沿圓周運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)待測天線，垂直方向上掃描一次，一周之后，可完成整個(gè)柱面的掃描，該系統(tǒng)的示意圖如圖2所示。二者的組合運(yùn)動(dòng)在柱面上形成了 相互關(guān)聯(lián)的采樣格點(diǎn)。圖2 柱面掃描示意圖安裝：安裝：原理：原理：球面掃描法(SNF) 在

8、和 坐標(biāo)系下采集數(shù)據(jù)。待測天線安裝定位于軸（橫滾）轉(zhuǎn)臺(tái)上，該轉(zhuǎn)臺(tái)又安裝于另一個(gè)軸（方位） 轉(zhuǎn)臺(tái)之上。 這種技術(shù)能用于任何天線的測量，尤其適用于那些不適合用平面和柱面測量的全向或近似全向天線。但球面測量是對(duì)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。 導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng)的精度及控制對(duì)測量結(jié)果的影響相對(duì)于其他兩種方法，其要求較高，實(shí)現(xiàn)的難度更大，并且，測量得到的相位信息不太準(zhǔn)確。圖3 球面掃描示意圖原理：原理：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：總 結(jié)近場掃描法PNFCNFSNF對(duì)測量扇形束型天線最有用，如手機(jī)的基站天線，其輻射方向圖大部分限

9、制在小范圍的高度上。SNF方法中，測量面的截?cái)嗍欠潜匾?，因而，其用于精確的確定任何類型天線遠(yuǎn)處的旁瓣。因?yàn)榭筛采w寬泛的角度范圍大，其專門用于測量近各向同性天線，如移動(dòng)電話、手機(jī)的天線，以及測量天線的定向性。PNF方法對(duì)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(duì)覆蓋的方向圖區(qū)域的限制對(duì)直接測量會(huì)帶來困難?？?結(jié)近場測量技術(shù) 總的來說，平面近場技術(shù)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。針對(duì)面近場測量所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的補(bǔ)償措施。因此，平面近場測量誤差分析與補(bǔ)償技術(shù)是平面近場技術(shù)測量超低副瓣天線能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，其研究具有十分重要的實(shí)用價(jià)值.對(duì)平面近場測量而言，其主要誤差源有18項(xiàng)，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(jì)算誤差。這些誤差源所產(chǎn)生的誤差對(duì)大多數(shù)常規(guī)天線測量的影響幾乎可以忽略不記，但對(duì)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(chǎn)生的誤差幾乎每項(xiàng)都必須予以補(bǔ)償或修正。這些補(bǔ)償與修正也不斷促進(jìn)著