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        天線測試方法的選擇及評估

        作者: 時間:2012-09-29 來源:網絡 收藏
        對天線與某個應用進行匹配需要進行精確的天線測量。天線工程師需要判斷天線將如何工作,以便確定天線是否適合特定的應用。這意味著要采用天線方向圖測量(APM)和硬件環內仿真(HiL)測量技術,在過去5年中,國防部門對這些技術的興趣已經越來越濃厚。雖然有許多不同的方法來開展這些測量,但沒有一種能適應各種場合的理想方法。例如,500MHz以下的低頻天線通常是使用錐形微波暗室(anechoic chamber),這是20世紀60年代就出現的技術。遺憾的是,大多數現代工程師不熟悉這種非常經濟的技術,也不完全理解該技術的局限性(特別是在高于1GHz的時候)。因此,他們無法發揮這種技術的最大效用。

        隨著對頻率低至100MHz的天線測量的興趣與日俱增,工程師理解各種方法(如錐形微波暗室)的優勢和局限的重要性就愈加突出。在測試天線時,天線測試工程師通常需測量許多參數,如輻射方向圖、增益、阻抗或極化特性。用于測試天線方向圖的技術之一是遠場測試,使用這種技術時待測天線(AUT)安裝在發射天線的遠場范圍內。其它技術包括近場和反射面測試。選用哪種天線測試場取決于待測的天線。

        為更好地理解選擇過程,可以考慮這種情況:典型的天線測量系統可以被分成兩個獨立的部分,即發射站和接收站。發射站由微波發射源、可選放大器、發射天線和連接接收站的通信鏈路組成。接收站由AUT、參考天線、接收機、本振(LO)信號源、射頻下變頻器、定位器、系統軟件和計算機組成。

        在傳統的遠場天線測試場中,發射和接收天線分別位于對方的遠場處,兩者通常隔得足夠遠以模擬想要的工作環境。AUT被距離足夠遠的源天線所照射,以便在AUT的電氣孔徑上產生接近平面的波陣面。遠場測量可以在室內或室外測試場進行。室內測量通常是在微波暗室中進行。這種暗室有矩形的,也有錐形的,專門設計用來減少來自墻體、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減少反射。在錐形微波暗室中,錐體形狀被用來產生照射。

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        圖1:這些是典型的室內直射式測量系統,圖中分別為錐形(左)和矩形(右)測試場

        近場和也可以在室內測試場進行,而且通常是近場或緊縮測試場。在緊縮測試場中,反射面會產生一個平面波,用于模擬遠場行為。這使得可以在長度比遠場距離短的測試場中對天線進行測量。在近場測試場中,AUT被放置在近場,接近天線的表面上的場被測量。隨后測量數據經過數學轉換,即可獲得遠場行為(圖2)。圖3顯示了在緊縮測試場中由靜區上的反射面產生的平面波。

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        圖2:在緊縮測試場,平坦波形是由產生

        一般來說,10個波長以下的天線(中小型天線)最容易在遠場測試場中測量,這是因為在可管理距離內往往可以輕松滿足遠場條件。對大型天線(electrically large antenna)、反射面和陣列(超過10個波長)來說,遠場通常在許多波長以外。因此,近場或緊縮測試場可以提供更加可行的測量選項,而不管反射面和測量系統的成本是否上升。

        假設天線測試工程師想要在低頻下進行測量。國防部門對此尤感其興趣,因為他們需要研究諸如在低頻下使用天線等事項,以便更好地穿透探地雷達(GPR)系統中的結構(針對工作在400MHz范圍的射頻識別(RFID)標簽),以及支持更高效的無線電設備(如軟件定義無線電(SDR))和數字遙感無線電設備。在這種情況下,微波暗室可以為室內遠場測量提供足夠好的環境。

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