天线远场测量简介

2025-05-23 16:57:48 719

一、近场远场划分

天线测量的目标是天线本身的性能，所以必须掌握天线不同区域的电特性，才能分析得出行而有效的测量方法。天线辐射的场区可分为封闭区和开放区，天线在封闭区中呈现出电路特性，在开放区中呈现出场的特性，而天线的封闭区还可以再细分单模区和多模区，对天线的测量调整一般都在单模区之中。天线的辐射场可以用复数形式的坡印廷（Poynting）矢量 E×H 来表示，式中E是电场强度，H是磁场强度，我们可以按照天线辐射场坡印廷（Poynting）矢量将天线的场区分为三种：天线附近的场区是感应场区，这个区域场的强度随着 r 的增加快速变小，再远一些的场区是辐射场区，这个区域场的强度随 r 的增加按比例变小，更远的区域为天线的远场。

感应场区这个区域紧临着天线，处于0＜r＜λ/2π这个区域之间，其中λ为天线的波长。超出感应场的范围即为福射近场，这个区域的范围在λ/2π＜r＜2D2/λ之间，式中D为天线的最大口径，而福射场区可以分为两个小区域，在λ/2π＜r ＜2D2/4λ之间，区域场的变化较快，在 2D2/4λ＜r＜2D2/λ之间区域场的变化较慢。更远区域都是天线的远场，这个区域范围在 r＞2D2/λ的区域内。

二、远场测量

天线的远场测量在室外或者室内都可以进行，远场测量的方法大致可以分为两类：反射法和自由空间法。反射法需要在待测天线区域搭建一个反射平面，自由空间法根据建立的场区又可以分为三种，分别为高架场、倾斜场和紧缩场。

以下介绍几种远场测量方法：

1.高架场：高架场下方要求干净，尽量排除一切干扰，天线一般会被置于高塔或者高层建筑物上。场间距一定要满足远场条件 r＜2D2/λ，式中D是待测天线的最大口径。待测天线的接收功率不能太大，这样可以保证平均接收功率，为了排除场的反射干扰，发射天线面对塔基的方向为第一零点方向，最大化保证主瓣功率不受干扰，考虑到以上的因素，待测天线的高度不能小于4D，高架场中可以合理增加一些措施更好地减小地面反射，比如增加隔离栅，但是需要注意隔离栅不能影响到天线的主波束，并且要注意隔离栅的形状，最好是齿形，这样可以减少边缘辐射。

2.地面反射场：地面反射场是通过地面的反射来测量出待测天线的相位和幅度分布，因此对场区的环境要求十分严格，场间距需要满足远场条件＞2D2/λ，式中D是待测天线的最大口径。源天线和待测天线的高度 h0和hr之间应满足： h0? hrλ/4，另外，待测天线的高度一般需要满足 hr＞3.3D。

3. 斜天线测试场：斜天线测试场的待测天线被固定在一个高塔上，发射天线被固定在地面附近，与高架场类似，发射天线指向待测天线的中心，并且它的第一零瓣方向指向塔基，高塔上可以使用一些合适的措施以降低反射。与高架场相比，斜天线测试场所需求的场地相对小一些。

4.紧缩场：天线远程测量中，待测天线需要接收的波是均匀平面波，所以场间距一般需要满足r＞2D2/λ，但是，很多测试环境满足不了这个距离，所以紧缩场测试就因为这种情况产生了，紧缩场可以在更短的距离内产生所需的均匀平面波场，紧缩场内部拥有一个大型的平面波反射器，平面波反射器可以将球面波转化为均匀平面波，待测天线需要接近平面波反射器来接收均匀平面波。在远场测量中，待测天线接收到的信号包括发射天线的信号和地面与周围物体反射的信号。地面与周围物体反射的信号会造成测试结果如方向图等的误差，还有一种误差是基于远场测量的定义产生的，天线的远场方向图的定义中需要r趋向于无穷，而实际测量中距离只是r＞2D2/λ，这个距离的差异会对远场方向图造成一定的影响。此外，室外测量时，外界的信号会影响发射天线的信号，对待测天线造成干扰，但是可以使用滤波器极大的削弱这种干扰。

综上所述，上面介绍的四种天线远场测量方法，室内紧缩场的规模最小，可以通过很多措施减少测试的误差，但是天线的测试精度取决于平面波反射器的精度和质量，另外，室内空间的大小限制了待测天线的尺寸。其他三种远场测量方法的场间距都需要满足远场条件 r＞2D2/λ。地面反射场需要通过地面的反射场进行测量，所以这种方法对反射面的表面精度有着很高的要求。斜天线测试场受到地面反射的误差影响比较小，但是待测天线所处的高度需要很高，并且一定程度上限制了待测天线的尺寸。高架场适用于中型微波天线的测量，因为受到地面反射的误差影响，所以需要使用隔离栅等措施来降低误差的干扰。

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