下载文档原格式
天线/RCS 近场测量系统的研究a张士选,郑会利,尚军平(西安电子科技大学,710071)摘要:给出了由HP 8530B 组成的天线/RCS 近场测量系统的有关技术指标。
利用该系统对典型天线进行了分析测量。
结果表明,所研制的近场系统可提供各种天线的精确测量结果。
关键词:近场测量;天线;采样;收发系统;精度中图分类号:T N957.2 文献标识码:B文章编号:1005-0388(1999)01-0092-5Study on Antenna /RCS Near Field Test SystemZHANG Shi -xuan ,ZHENG Hui -li ,SHANG Jun -ping(Xidian University,Xian 710071Chian)Abstract :Antenna/RCS near field test system w ith HP8530B m icrow ave rceiv-er is intro duced in this paper.Som e pr oblem in the desig ning and realizing the sy s-tem are analy sised.The technolo gical index of the sy stem is g iven.So me ty piced an-tenna are tested w ith this sysem .It is concluded that the accurate testing results of various antenna can be prov ided with this system .Key words :Near field test;Antenna ;Sam ple;T ransmitter and receiver sy s-tem Accuracy1 引言天线近场测试技术越来越受到人们的重视。
分布式天线系统（DAS）天线测试方法探讨Research on Antenna Testing Method of Distributed Antenna System通过对200多副DAS天线增益和水平面半功率波束宽度两项技术指标的测量，发现远场与近场测试数据超出测试误差范围。
采用DAS壁挂天线在远场和近场进行对比测试，得出天线主极化、交叉极化的水平面方向图和增益，并将之叠加得出合成方向图和合成增益，得到天线的水平面半功率波束宽度和增益，且远场合成后的数据与近场基本一致。
由此提出DAS天线远场功率合成测量方法，可为运营商进行DAS覆盖设计提供准确依据，确保移动通信网络有效运行。
By measuring the two technical indexes of antenna gain and the horizontal half power beam width for 200 pairs of DAS antennas, we found that the test data of both far field and near field exceed the error range. In the far field and near field test using DAS wall antenna, the main polarization pattern, cross polarization pattern and their gains are obtained. Superposing above patterns and gains, the horizontal half power beam width and gain of antenna are derived. We found the far field synthetic data is almost consistent with the near field data. We propose the DAS antenna far field measurement method of power synthetic. This method can provide accurate basis of DAS network coverage design for operators to ensure the effective operation of the mobile communication network.DAS synthetic power measurement gain horizontal half power beamwidth pattern （中国电子科技集团公司第七研究所凯尔实验室，广东 广州 510310）(No.7 Research Institute of China Electronics Technology Group Communication Calibration and Testing Laboratory, Guangzhou 510310, China)中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-1010(2013)-14-0046-05【摘 要】【关键词】DAS 功率合成测量 增益 水平面半功率波束宽度 方向图赵研ZHAO Yan收稿日期：2013-06-17[Abstract][Key words]责任编辑：李帅 ****************1 DAS简介DAS（Distributed Antenna System，分布式天线系统）是一个由分布于某个建筑物内、专门用于提供无线室内覆盖的多个天线组成的网络。
当前测量目标散射特性的基本方法有远场法、紧缩场法和近场法〔1〕。
对于远场法，设D为待测目标的最大截面尺寸，r为发射天线与待测目标的距离，则当r≥ 2D2／λ时(λ为波长)，可近似认为投射到待测目标上的电磁波是平面电磁波。
同样，接收天线与待测目标的距离也应满足这一要求，以使接收天线接收散射远场。
转动待测目标，测出相应的散射远场，即可确定目标的远场散射方向图，通过与标准目标进行比较，可以获得目标的RCS图。
从理论上讲，这种方法可以测得目标的单站和双站散射特性，但这种方法需要宠大的测试场地，且由于待测目标的远场散射信号一般比较弱（对于低RCS目标则更是如此），因而给精确测量带来了很大的困难。
紧缩场法是测量目标散射特性的一种有效的方法。
对于单站RCS测量，通常采用一个紧缩场反射面天线产生准平面波对待测目标进行照射，转动待测目标，改变入射波相对于目标的入射方向，在接收端测出相应的散射信号即可确定目标的单站RCS。
为了测出目标的双站RCS，则可以采用两个紧缩场反射面天线，一个发射，另一个接收，转动待测目标，测出接收天线处的散射信号，即可确定平面波以不同方向入射时目标的双站RCS，其双站角为两反射面天线口面法线间的夹角。
但由于两个紧缩场反射面天线的位置是固定的，所以双站角也是固定的。
采用紧缩场法，发射天线和接收天线与待测目标之间的距离不需要很大，这一点要优于远场法。
近场散射测量技术是近场天线测量技术的发展和延伸。
利用近场散射测量技术，可以在不转动目标的情况下测得扫描面外法向附近一个角域内的远场RCS，从而可以获得目标在不同双站角情况下的远场散射特性。
一般情况下，目标的散射场所延伸的范围比较广，客观上要求扫描面的宽度应足够大，以减小截断误差。
然而，在实际的双站近场散射测量中，扫描面的宽度总是有限的，而且截断电平不一定很低，有时甚至比较高。
347
5.3 天线远场（幅度、相位）测量系统
天线远场幅度/相位测量系统由辅助发射天线与支架，天线测试转台（X 、Y 、方位）、信号接收机采用矢量网络分析仪、数据采集处理及控制器、天线远场测量软件及计算机组成。
测试系统的频率范围可覆盖30MHz - 40GHz 。
该系统可测量天线的远场幅度方向图、相位方向图和相位中心的位置、正交极化方向图、增益、波束宽度、旁瓣电平等，并可自动生成测试报告。
辅助发射部分包括信号源、功率放大器（远距离时备用）、发射天线、天线支架组成。
测试部分由被测天线、标准增益天线、电缆（开关备用）、测试转台、接收机（矢量网络分析仪、幅相测量接收机）、（LNA 、下变频
器毫米波测量备用）、数据采集器、数据处理软件和系统控制计算机等组成。
方框图见下图： 【相位方向图】
H D M i c r o。
近场测试所谓近场天线测试的近场是指从测试探头到被测天线口平面的距离约为3λ 5λ. 符合这样条件的天线测试即为近场测试.近场天线测试系统主要由这么几部分组成：1. 多轴扫描架子系统（包括控制驱动器及电缆组件）。
2. 被测天线定位子系统，通常由一个单轴或多轴转台，控制驱动器及电缆组件组成。
3. 射频子系统，包括发射源，接收机及射频电缆组件。
4. 系统主控器及一个负责给扫描架及转台子系统发定位指令，采集测试数据，近远场变换计算和分析测试结果的系统软件。
每个天线测试应用都有自己的独立特点，而我们提供的近场天线测试系统也有很多不同规格的选择。
具体的系统需要根据用户的具体情况进行配置。
远场测试所谓远场天线测试的远场就是指符合r=2D2/λ条件的天线测试, 其中r 就是测试场的收发间距离, D 就是被测天线的最大口径, 而λ 测试频率的波长.远场天线测试系统主要由这么几部分组成;1. 接收端单轴或多轴转台子系统（包括控制驱动器及电缆组件）。
2. 发射子系统，通常由一个单轴转台，控制驱动器及电缆组件组成。
3. 射频子系统，包括发射源，接收机及射频电缆组件。
4. 系统主控器及一个负责给转台子系统发定位指令，采集测试数据和分析测试结果的系统软件。
每个天线测试应用都有自己的独立特点，而我们提供的远场天线测试系统也有很多不同规格的选择。
具体的系统需要根据用户的具体情况进行配置。
紧缩场测试紧缩场天线测试的紧缩场意思是指在一个相对小(紧缩)的空间里产生出传统远场天线测试所需要的平面波. 产生这种一致性很好的平面波的设备就需要在有限空间里增设双曲反射面来延伸辐射空间.紧缩场天线测试系统主要由这么几部分组成;1. 被测天线的单轴或多轴转台子系统（包括控制驱动器及电缆组件）。
2. 馈源子系统，通常由一个单轴或多轴转台，控制驱动器及电缆组件组成。
3. 双曲单反射面或双曲双反射面，用于在有限空间里产生符合远场测试条件的平面波。
4.射频子系统，包括发射源，接收机及射频电缆组件。
围绕着天线的场可以划分为两个主要的区域：接近天线的区域称为近场或者菲斯涅耳（Fresnel）区，离天线较远的称为远场或弗朗霍法（Fraunhofer）区。
参考下图，两区的分界线可取为半径R=2L2/λ (m)其中，L是天线的最大尺寸（米），λ是波长（米）。
在远场或弗朗霍法（Fraunhofer）区，测量到的场分量处于以天线为中心的径向的横截面上，并且所有的功率流（更确切地说是能量流）都是沿径向向外的。
在远场，场波瓣图的形状与到天线的距离无关。
在近场或者菲斯涅耳（Fresnel）区，电场有明显的纵向（或者径向）分量，而功率流则不是完全径向的。
在近场，一般来说场波瓣图的形状取决于到天线的距离。
如果如下图所示用想象的球面边界包裹住天线，则在接近球面极点的区域可以视为反射器。
另一方面，以垂直于偶极子方向扩散的波在赤道区域产生了穿透球面的功率泄漏，就好像这个区域是部分透明一样。
这导致了天线附近的能量往返振荡伴随赤道区域的向外能量流的情况。
外流的功率决定了天线辐射出去的功率，而往返振荡的功率代表了无效功率——被限制在天线附近，就像一个谐振器。
对于一个二分之一波长的偶极子天线，某一个瞬间能量被储存在靠近天线末端（或最大电荷区）的电场中；而过了半个周期后，能量被储存在靠近天线中点（或者最大电流区）的磁场中。
注意：虽然有时使用“功率流”一词，实际上是“能量”在流动。
功率是能量流对时间的变化率。
这就像常说的付功率账单，其实是为电能买单。
通常，天线周围场，划分为三个区域：无功所场区，辐射近场区和辐射远场区。
射频信号加载到天线后，紧邻天线除了辐射场之外，还有一个非辐射场。
该场与距离的高次幂成反比，随着离开天线的距离增大迅速减小。
在这个区域，由于电抗场占优势，因而将此区域称为电抗近场区，它的外界约为一个波长。
超过电抗近场区就到了辐射场区，按照与天线距离的远近，又把辐射场区分为辐射近场区和辐射远场区。
无功近场区：又称为电抗近场区，是天线辐射场中紧邻天线口径的一个近场区域。
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。
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。
