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天線(xiàn)測(cè)試方法的選擇及評(píng)估

作者：時(shí)間：2012-09-29 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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對(duì)天線(xiàn)與某個(gè)應(yīng)用進(jìn)行匹配需要進(jìn)行精確的天線(xiàn)測(cè)量。天線(xiàn)工程師需要判斷天線(xiàn)將如何工作，以便確定天線(xiàn)是否適合特定的應(yīng)用。這意味著要采用天線(xiàn)方向圖測(cè)量(APM)和硬件環(huán)內(nèi)仿真(HiL)測(cè)量技術(shù)，在過(guò)去5年中，國(guó)防部門(mén)對(duì)這些技術(shù)的興趣已經(jīng)越來(lái)越濃厚。雖然有許多不同的方法來(lái)開(kāi)展這些測(cè)量，但沒(méi)有一種能適應(yīng)各種場(chǎng)合的理想方法。例如，500MHz以下的低頻天線(xiàn)通常是使用錐形微波暗室(anechoic chamber)，這是20世紀(jì)60年代就出現(xiàn)的技術(shù)。遺憾的是，大多數(shù)現(xiàn)代天線(xiàn)測(cè)試工程師不熟悉這種非常經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，也不完全理解該技術(shù)的局限性(特別是在高于1GHz的時(shí)候)。因此，他們無(wú)法發(fā)揮這種技術(shù)的最大效用。

隨著對(duì)頻率低至100MHz的天線(xiàn)測(cè)量的興趣與日俱增，天線(xiàn)測(cè)試工程師理解各種天線(xiàn)測(cè)試方法(如錐形微波暗室)的優(yōu)勢(shì)和局限的重要性就愈加突出。在測(cè)試天線(xiàn)時(shí)，天線(xiàn)測(cè)試工程師通常需測(cè)量許多參數(shù)，如輻射方向圖、增益、阻抗或極化特性。用于測(cè)試天線(xiàn)方向圖的技術(shù)之一是遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試，使用這種技術(shù)時(shí)待測(cè)天線(xiàn)(AUT)安裝在發(fā)射天線(xiàn)的遠(yuǎn)場(chǎng)范圍內(nèi)。其它技術(shù)包括近場(chǎng)和反射面測(cè)試。選用哪種天線(xiàn)測(cè)試場(chǎng)取決于待測(cè)的天線(xiàn)。

為更好地理解選擇過(guò)程，可以考慮這種情況：典型的天線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)可以被分成兩個(gè)獨(dú)立的部分，即發(fā)射站和接收站。發(fā)射站由微波發(fā)射源、可選放大器、發(fā)射天線(xiàn)和連接接收站的通信鏈路組成。接收站由AUT、參考天線(xiàn)、接收機(jī)、本振(LO)信號(hào)源、射頻下變頻器、定位器、系統(tǒng)軟件和計(jì)算機(jī)組成。

在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試場(chǎng)中，發(fā)射和接收天線(xiàn)分別位于對(duì)方的遠(yuǎn)場(chǎng)處，兩者通常隔得足夠遠(yuǎn)以模擬想要的工作環(huán)境。AUT被距離足夠遠(yuǎn)的源天線(xiàn)所照射，以便在AUT的電氣孔徑上產(chǎn)生接近平面的波陣面。遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量可以在室內(nèi)或室外測(cè)試場(chǎng)進(jìn)行。室內(nèi)測(cè)量通常是在微波暗室中進(jìn)行。這種暗室有矩形的，也有錐形的，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)減少來(lái)自墻體、地板和天花板的反射(圖1)。在矩形微波暗室中，采用一種墻面吸波材料來(lái)減少反射。在錐形微波暗室中，錐體形狀被用來(lái)產(chǎn)生照射。

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圖1：這些是典型的室內(nèi)直射式測(cè)量系統(tǒng)，圖中分別為錐形(左)和矩形(右)測(cè)試場(chǎng)

近場(chǎng)和反射測(cè)量也可以在室內(nèi)測(cè)試場(chǎng)進(jìn)行，而且通常是近場(chǎng)或緊縮測(cè)試場(chǎng)。在緊縮測(cè)試場(chǎng)中，反射面會(huì)產(chǎn)生一個(gè)平面波，用于模擬遠(yuǎn)場(chǎng)行為。這使得可以在長(zhǎng)度比遠(yuǎn)場(chǎng)距離短的測(cè)試場(chǎng)中對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量。在近場(chǎng)測(cè)試場(chǎng)中，AUT被放置在近場(chǎng)，接近天線(xiàn)的表面上的場(chǎng)被測(cè)量。隨后測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，即可獲得遠(yuǎn)場(chǎng)行為(圖2)。圖3顯示了在緊縮測(cè)試場(chǎng)中由靜區(qū)上的反射面產(chǎn)生的平面波。

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圖2：在緊縮測(cè)試場(chǎng)，平坦波形是由反射測(cè)量產(chǎn)生

一般來(lái)說(shuō)，10個(gè)波長(zhǎng)以下的天線(xiàn)(中小型天線(xiàn))最容易在遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試場(chǎng)中測(cè)量，這是因?yàn)樵诳晒芾砭嚯x內(nèi)往往可以輕松滿(mǎn)足遠(yuǎn)場(chǎng)條件。對(duì)大型天線(xiàn)(electrically large antenna)、反射面和陣列(超過(guò)10個(gè)波長(zhǎng))來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)場(chǎng)通常在許多波長(zhǎng)以外。因此，近場(chǎng)或緊縮測(cè)試場(chǎng)可以提供更加可行的測(cè)量選項(xiàng)，而不管反射面和測(cè)量系統(tǒng)的成本是否上升。

假設(shè)天線(xiàn)測(cè)試工程師想要在低頻下進(jìn)行測(cè)量。國(guó)防部門(mén)對(duì)此尤感其興趣，因?yàn)樗麄冃枰芯恐T如在低頻下使用天線(xiàn)等事項(xiàng)，以便更好地穿透探地雷達(dá)(GPR)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)(針對(duì)工作在400MHz范圍的射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽)，以及支持更高效的無(wú)線(xiàn)電設(shè)備(如軟件定義無(wú)線(xiàn)電(SDR))和數(shù)字遙感無(wú)線(xiàn)電設(shè)備。在這種情況下，微波暗室可以為室內(nèi)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量提供足夠好的環(huán)境。

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