天线远场测量方法

天线测试方法一、测试依据。

天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波，或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的专用设备。

在移动网络通信中从基站天线到用户手机天线，或从用户手机天线到基站天线的无线连接，它的运行质量在整个网络运行质量中所占的位置是十分明显的。

因此, 移动网络的好坏也就自然与天线密切相关。

为了便于介绍天线测试方法先从天线的几个基本特性谈起。

1、天线辐射的方向图天线辐射电磁波是有方向性的，它表示天线向一定方面辐射电磁波的能力。

反之，作为接收天线的方向性表示了它接收不同方向来的电磁波的能力。

我们通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射（或接收）电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性，并称为天线辐射的方向图。

同时用半功率点之间的夹角表示了天线方向图中的水平波束宽度及垂直波束见度。

2、天线的增益天线通常是无源器件，它并不放大电磁信号，天线的增益是将天线辐射电磁波进行聚束以后比起理想的参考天线，在输入功率相同条件下，在同一点上接收功率的比值，显然增益与天线的方向图有关。

方向图中主波束越窄，副辩尾辩越小，增益就越高。

可以看出高的增益是以减小天线波束的照射范围为代价的。

3、天线的驻波比天线驻波比表示天馈线与基站（收发信机）匹配程度的指标。

驻波比的产生，是由于入射波能量传输到天线输入端B未被全部吸收（辐射）、产生反射波，迭加而形成的. VSWR越大，反射越大，匹配越差.那么，驻波比差，到底有哪些坏处?在工程上可以接受的驻波比是多少? 一个适当的驻波比指标是要在损失能量的数量与制造成本之间进行折中权衡的。

4、天线的极化天线辐射电磁波中电场的方向就是天线的极化方向。

由于电磁波在自由空间传播时电场的取向有垂直线极化的水平线极化的圆极化的，因而天线也就相应的垂直线极化的天线水平线极化的天线。

特别值得一提的双极化天线，它是在一副天线罩下水平线极化与垂直线极化两副天线做在一起的天线。

二、测试方法用移动基站给待测天线发送一个GSM频段中的频点，并且配合天线转台匀速旋转一周同时用高灵敏度频率扫描仪为数据采样接收机采集所用频点的场强。

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。

nfc天线测试标准一、辐射方向性NFC天线的辐射方向性表示其电磁场辐射最强的方向。

在测试中，需对天线的3D辐射方向图进行测量，确保其在所需的应用方向上有足够的强度。

二、阻抗匹配阻抗匹配是衡量天线与源之间能量传输效率的重要指标。

理想的阻抗匹配意味着天线从源接收到的能量全部辐射出去，没有能量反射回源。

测试阻抗匹配通常使用网络分析仪。

三、磁场强度磁场强度是衡量NFC天线性能的重要参数。

它决定了天线的通信距离和速度。

在测试中，需在各个方向上测量天线的磁场强度，以确保其性能稳定。

四、远场测试远场测试是指在距离天线一定距离（通常是数倍于天线尺寸）进行测量，以模拟实际应用中的环境。

在此环境中，需对天线的通信距离、速度和稳定性进行测试。

五、耦合损耗耦合损耗是指当两个NFC天线靠近时，它们之间的能量传输效率。

在测试中，需测量不同天线间距下的耦合损耗，以确保在实际应用中有良好的通信效果。

六、工作频率范围NFC天线的工作频率范围是关键参数之一。

在测试中，需确保天线在所需的工作频率范围内有稳定的性能表现。

七、传输速度传输速度是衡量NFC天线性能的重要指标之一。

在测试中，需测量天线的最大传输速度，以确保在实际应用中能够满足需求。

八、稳定性与可靠性稳定性与可靠性是NFC天线的重要性能指标。

在测试中，需对天线进行长时间的工作测试，观察其性能是否稳定，同时对天线的寿命进行评估。

九、环境适应性环境适应性表示NFC天线在不同环境条件下的性能表现。

在测试中，需模拟各种实际应用环境（如温度、湿度、压力等），对天线的性能进行评估。

十、互操作兼容性互操作兼容性表示不同品牌或型号的NFC天线之间的通信能力。

在测试中，需与其他品牌或型号的天线进行通信测试，以确保其具有良好的互操作兼容性。

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)。

中华人民共和国国家标准卫星电视地球接收站测量方法天线测量发布实施国家技术监督局发布前言中所要求的电性能对进行本标准对原版的内容主要作了如下修改本标准由中华人民共和国电本标准由电子工业部标准化研究所本标准起草单位电子工业部第五十四研究电影电视部广播科学本标准主要起草本标准于年月首次发年月第一次修中华人民共和国国家标准卫星电视地球接收站测量方法天线测量代替范围本标准规定了卫星电视地球接收站天线性能指标的和本标准适用于引用标准下列标准所包含的条过在本标准中的引用而构成为本标准的条本标准出示版本均为所有标准都会被修用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可卫星电视地球接收站测量方法系统测量电信术语天线定义除下采用中的天线分系统天线分系统是卫星电视接收设备的一部由天线图天线分系统天线由主反射器时还有副反馈源网络通常包括一个极化器和一段过渡过波导馈线接到室外单增益标准天线批准实施增益标准天线是一种具有确定结构并经过精确校益系数与方向性系数数值上接另益系数的计算值与实测值很接所用喇叭天线作为测试微波天线增益的比较视轴方向视轴方向即电轴方由天线辐射性能确定的轴方椭圆的长轴对短轴之极化极化是描述电场矢量端点随时间变化的轨迹的形状和在一个电磁振荡周期内端点轨迹可以是相应地称该极化为椭圆极化或线交叉极化鉴别率接收天线的交叉极化鉴别率是天线从给定方向上按预期最大功率传输的功率与从同一方向由功率相等但极化正交的同一远场区辐射源所接收的功率之天线功率增益天线功率增益意指相对于各向同性的无耗源的总增两个正交极化的增益分量的总果指某一极化的增应表明这种极化增或线极化增益等益的定义也可以从有效式中作波有效匹配终端上的有效口面上的平面波的单位天线方向图接收天线方向图是天线接收等幅平面波能力随天线指向角度变化情况的图照射被测天线的该一等幅平面波由设置在远区的某一固定点源力的大小表现为连接天线的接收机所显示的功率电当被测天线的极化与远区源天线的极化一致所得的方向图为天线的同极化方向图当被测天线的极化与远区源天线的极化正交所得的方向图为天线的交叉极化方向极化方向图的电平应按同极化方向图的峰值测量方向图改变天线指向角度的旋转轴的取向不同得到不同平面的方向当旋转轴与天线的方一致得的方向图称为铅垂方向当旋转轴与天线的极化面成得的方向图称为面方向面方向图和方向测量方法大气条件一般为现场大气环境晴环境条件在满足天线远场准则的测试场区有等引起反射的对测量仪器的要求信号源频率须保持稳定要求内频率稳定度输出功率一般要求满足加接功率放大频谱分析仪分辨带宽在小于时仍能稳定地工态范围须在对测试场地的要求为了确定远场的测试场地应提供均匀振幅的平面波照射天线口里规定采用近于理想的自由空间测试场该场区内要将周围物体的影响减小到最些影响包括测试场地表面的反天线和测试塔的反也可以采用反射测通常规定入射到待测天线口径中心与边缘的相位差小于此确定最小测试距离式中测天线口面直作波测天线至信号源的天线功率增益天线功率增益的测量通常用直接比较信号接校及推荐用直接比较法和直接比较法测量原理增益测量的比较是比较增益标准天线与被测天线从相同距离的辐射源接收到的信号电测量框图如图所图直接比较法测量框图测量步骤按图连接好设备开关打到被测天线调整被测天线与辐射源对准极化匹接收的功率电平将开关打到增益标准天线对准辐射源上下连续地改变增益标准天线的高接收信号电平的最大值小值被测天线功率增益由示式中测天线功率增益标准天线在测试频率上的增测天线接收电面反射修正系益标准天线接收最大电益标准天线接收最小电卫星法测量原理利用同步卫星上信标作信号源对待测天线的方位和俯仰方向图波束宽度进行测根据经验公式导出待测天线的增式中位和俯仰波束宽测量步骤设备按图连接图天线接收特性测量框图精确对准所选择信标并微调天线使之达到电平最大分别测出待测天线俯仰与方位的方向定出依据出天线增测定其他频另一颗卫星时步骤同注本方法也适用于远场天线噪声温度常用因子测量原理用因子由示式中试环境噪声放大因子定义式中别为常温标准负载和天线的噪声测量步骤预先用标准对低噪声放大按图连接测试现场可不带冷负载图测量天线噪声温度的设备配置将低噪声放大器与常温负载相频谱分析仪面板控制器如下设置频率跨按规定工作频段预衰减器中心频率按规定预置如分辨带宽接通低噪声放大器电源扫描出规定频段内的噪声功率曲将低噪声放大器与天线相连在规定的天线仰角上重复步骤打印并记录测试结果及测试环境线上查对应频率点的因用应频率点天线分系统含网络天线噪声温度的关系的参考点在天线网络的输出法考察的参考点在初级辐射器的输出端定馈源网络的损耗为与之间的关系见式中试环境天线电压驻波比或回波损耗测量原理假定天线的输入阻抗它与某一标称阻抗的传输系统连接时由于阻抗失配而在后一传输系统中产生电压反射系数为的反射波这一阻抗失配的程度通常用电压驻波比或回波损耗表可以用反射系数表上述各参数之间的关系见测量方法天线的电压驻波比或回波损耗用点频法或点频法测量点频法测量的设备配置见图测量精度主要取决于测量线本身的精好的系统常电压驻波比的测量精度约在以图测量电压驻波比的设备配置先在测量线输出端口接短路测量频定指示刻度然后去掉短路器接被测天线按照标定刻度可直接读出被扫频法扫频法的设备配置见图定向耦合器方向性对测量精度影响常要求有以上的方向图扫频法的设备配置频谱分析仪在这里是作为扫频接收机测量时首先在测量定向耦合输出端口接短路器在工作频段范围内作的校准曲线并储存然后接被工作频段内的回波损耗进行扫频并打印测量结果表示法测量结果应以曲线或带标度示波器上的照片或打印机绘制的曲线图表当结果不用图形表示按下列表示在工作频段范围波损耗大还应给出各种情况下测量结果的最大误天线方向图测量原理被测天线与源天线轴向源天线均匀入射场照的频率和极化状态转台在所需的需的角度范围内记录接收信选定的采样间隔采集数据实时或事后显示方向图数测量天线方向图设备配置测量天线方向图设备配置如图所图测量天线方向图设备配置测量步骤按照要求架设源天线和被测天线将被测天线对准源标定方俯仰度位被测天线绕天线的方连续或步进地旋转其指向角记下表示为角度函数的接收功率电结果表示无论是同极化方向图还是交叉极化方向应按同极化方向图的峰值整的方向图数据还须注明下列各项测量频率天线极化测量的当结果不用图形表示按下列给出典型数据如半功率波瓣宽第一旁瓣电平广角旁瓣包络不符合天线极化线极化天线的交叉极化鉴别率测量被测天线安装在测试场上用位于远区的线极化源天线照天线应为标称同置于最大增益位置记录接收功率然后将源天线围绕它的波束轴旋转到最小功率传输的位化零接收交叉极化鉴别率由出圆极化天线轴比被测天线安装在测位于远区的标准线极化源天线照天线按精确地设置在最大增益的位置天线围绕它的波束轴至少转动测接收最大功率小功率轴比表示见。

实验四、电波天线特性测试一、实验原理天线的概念无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。

电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。

可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。

天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。

对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。

选择合适的天线天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在选择天线时必须首先注重其性能。

具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线的电气性能。

选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。

天线的方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。

天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。

衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。

全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。

定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。

垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图。

立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。

天线的增益增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。

天线测试方法介绍天线测试是指对无线通信设备或系统中的天线进行性能测试和验证的一系列技术手段和方法。

天线的测试旨在评估其工作频段、增益、辐射图案、回波损耗、驻波比以及其他性能参数，确保其符合设计要求并满足通信系统的性能需求。

本文将介绍天线测试的方法。

一、测试设备的选择和准备在进行天线测试之前，需要准备一些测试设备。

主要有天线测试仪、信号源、功率计、频谱分析仪等。

这些设备的选择应根据实际测试需求来确定，并确保其性能和精度符合测试要求。

二、天线增益测试天线增益是反映天线辐射能力的重要指标，对于天线的调试和优化非常关键。

天线增益测试的方法主要有场强法、功率比法和功率流量法。

场强法是通过测量接收信号的场强和发送信号的功率来计算天线增益；功率比法是通过测量发射信号和接收信号之间的功率差异来计算天线增益；功率流量法是通过测量发射信号在一定距离内的功率衰减来计算天线增益。

不同的测试方法适用于不同的测试场景，需要根据具体的测试需求来选择。

三、天线辐射图案测试天线辐射图案描述了天线在空间中的辐射特性，是评估其指向性和可用方向性的重要指标。

天线辐射图案测试的方法主要有自由空间测试法、全视场测试法和屏蔽室测试法。

自由空间测试法是将天线放置于开放空地上，通过测量发射信号的功率和方向来绘制天线辐射图案；全视场测试法是将天线置于旋转平台上，通过旋转平台的控制来改变天线的方向，从而测量不同方向的辐射特性；屏蔽室测试法是将天线置于屏蔽室内，通过测量不同方向上的电场强度来计算辐射特性。

不同的测试方法适用于不同的测试场景，需要根据具体的测试需求来选择。

四、天线回波损耗测试天线回波损耗是指天线发送信号时，部分信号由于反射和散射在天线端口反射回来的损耗。

回波损耗测试主要通过测量功率差异或反射系数来评估。

测试方法有反射系数法、两端法和西口法等。

反射系数法是通过测量天线端口上的发射信号和反射信号的功率差异来计算回波损耗；两端法是通过在天线之间设置一个匹配器，测量匹配器端口上的发射功率和反射功率来计算回波损耗；西口法是通过在天线输出端口设置一个西口来测量反射信号的功率来计算回波损耗。

附录 A （资料性附录） 自由空间电压驻波比法A.1自由空间电压驻波比法数据处理原理设微波暗室中d E 为直达波场强，它来自与轴线成0角的参考方向。

设r E 为等效的反射波场强，它来自与轴线成θ角的方向。

θ角的方向为当前感兴趣的待测反射电平的角度。

令接收天线归一化方向图在θ方向的接收电平为A （dB ）,则接收天线方向图最大值旋转到θ方向时，它在直达波方向上接收到的场强为20'10A d d E E ⨯=（单位：伏特）。

直达波'd E 与反射波r E 同相时是相加的，反相时是相减的。

那么同相时检测到的是最大值，反相时是最小值，分三种情况讨论：a)'d r E E <时2020''1010lg 20lg20A d r A d dr d E E E E E E B ⨯+⨯=+=………………………………(A.1)2020''1010lg 20lg20A d r A d dr d E E E E E E C ⨯-⨯=-=………………………………(A.2)式中：B — 合成信号最大值；C — 合成信号最小值；d E — 直射信号值，单位为V/m ；r E — 反射信号值，单位为V/m ；A —接收天线方向图电平。

由上述二式可得到反射电平按公式（A.3）计算：110110lg 20lg2020)(20)(+-+==--C B C B dr A E E R …………………………(A.3) b)'d r E E =时，反射电平按（A.4）计算：A R =………………………………………………(A.4) c)'d r E E >时，同理可得：2020''1010lg 20lg20Ad rA d dr d E E E E E E B ⨯+⨯=+=……………………(A.5) 2020''1010lg 20lg20Ad A d r dd r E E E E E E C ⨯⨯-=-=…………………………(A.6)则反射电平按公式（A.7）计算：110110lg 20lg2020)(20)(-++==--C B C B dr A E E R ………………………………(A.7) 因此只要测出空间驻波曲线和接收天线方向图，就可以按上述三类情况计算出反射电平。