天線近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)探討補(bǔ)腦

圖2 CNF近場(chǎng)掃描

柱 面測(cè)量系統(tǒng)中，待測(cè)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(cè)天線沿圓周運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)待測(cè)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Z,φ相互關(guān)聯(lián)的采樣格點(diǎn)。

測(cè)試中，需調(diào)整掃描軸是其彼此對(duì)準(zhǔn)并保證鉛垂到位。探頭運(yùn)動(dòng)的直線掃描需調(diào)整到平行于方位轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)軸，并垂直于大地。方位轉(zhuǎn)臺(tái)必需保證在指定的掃描范圍內(nèi)能穩(wěn)定地圓周運(yùn)動(dòng)，并且轉(zhuǎn)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(zhǔn)則，相鄰數(shù)據(jù)的采樣間隔不應(yīng)大于最高頻率所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)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(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)的變化的影響程度做適當(dāng)調(diào)整，也可通過計(jì)算機(jī)對(duì)天線輻射特性的數(shù)值計(jì)算仿真優(yōu)化測(cè)量范圍。

3.3 SNF近場(chǎng)掃描

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

在SNF掃描中，數(shù)據(jù)從圍繞待測(cè)天線的球面上采集得到。這種方法可用于測(cè)量任何天線，特別是對(duì)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(jìn)行測(cè)量。

球面近場(chǎng)掃描中，導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng)的精度及控制對(duì)測(cè)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，但球面測(cè)量是對(duì)天線周圍空間的完整測(cè)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(cè)量的精度最高，也是未來近場(chǎng)測(cè)量發(fā)展主要的趨勢(shì)。

在測(cè)量球面(A,θ,φ)的任意點(diǎn)上，探頭必需指向球心并對(duì)兩個(gè)正交極化進(jìn)行采樣。理論上，兩個(gè)天線誰相對(duì)誰運(yùn)動(dòng)并不緊要?；蛟S待測(cè)天線固定、所有旋轉(zhuǎn)由探頭實(shí)現(xiàn)，或許待測(cè)天線兩軸旋轉(zhuǎn)、x探頭繞軸旋轉(zhuǎn)，或許測(cè)天線一軸旋轉(zhuǎn)、探頭繞兩軸旋轉(zhuǎn)。

球面裝置的一個(gè)例子是由一個(gè)弧形臂和轉(zhuǎn)臺(tái)的共同組成，該拱形臂使得探頭可在一個(gè)圓弧上運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)可使天線繞方位角軸旋轉(zhuǎn)。圓弧平面可能垂直，方位角軸位于平面內(nèi)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(jié)論

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(cè)量，但其對(duì)覆蓋的方向圖區(qū)域的限制對(duì)直接測(cè)量會(huì)帶來困難。

CNF方法對(duì)測(cè)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制在小范圍的高度上。

在SNF方法中，測(cè)量面的截?cái)嗍欠潜匾?，因而，其用于精確的確定任何類型的天線遠(yuǎn)處的旁瓣。因?yàn)榭筛采w寬泛的角度范圍，其專門用于測(cè)量近各向同性天線，如移動(dòng)電話、手機(jī)的天線，以及測(cè)量天線的定向性。

總 的來說，平面近場(chǎng)技術(shù)是測(cè)量超低副瓣天線等一系列高性能天線最為理想的測(cè)試手段。面近場(chǎng)測(cè)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(chǎng)測(cè) 量誤差分析與補(bǔ)償技術(shù)是平面近場(chǎng)技術(shù)測(cè)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(chǎng)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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)著近場(chǎng)掃描法的推廣及應(yīng)用。

由于近場(chǎng)掃描法中近場(chǎng)——遠(yuǎn)場(chǎng)變換理論中，需要近場(chǎng)的幅度和相位信息，而場(chǎng)的相位信息是難以測(cè)量，最近國內(nèi)外提出近場(chǎng)無相測(cè)量技術(shù)，通過只測(cè)量近場(chǎng)掃描面的幅度分布，可直接獲取場(chǎng)的相位信息，進(jìn)而完成天線的遠(yuǎn)場(chǎng)特性的測(cè)量。

隨著科技不斷進(jìn)步，天線近場(chǎng)測(cè)量將逐步成為天線測(cè)量最實(shí)效、便捷、精準(zhǔn)的測(cè)量技術(shù)。