天線近場測量的綜述
無論是采用何種掃描形式,測量常規(guī)非掃描天線方向圖,都希望探頭的極化純度高、弱方向性且前向無零點。滿足這幾個條件的理想探頭為偶極子和開口波導[9]。由于測試系統(tǒng)動態(tài)范圍限制,因此用這種探頭測量低副瓣天線會引入較大的測量誤差。所以Grimm 等人[10]提出了用“零探頭” 的方法進行測量,Hannssen等人[11]用此方法對副瓣為-49dB的天線進行了測量,并與直接遠場法測量結果進行了比較,其結論是“零探頭” 的測量結果更接近于理論值。
4、誤差分析
近場測量系統(tǒng)是個復雜的系統(tǒng),對天線測量有影響的誤差源有18項之多,按其產(chǎn)生的原因可分為四個方面:
· 理論計算式及數(shù)值計算所產(chǎn)生的誤差;
· 測試儀表及設備產(chǎn)生的誤差;
· 環(huán)境產(chǎn)生的誤差;
·探頭天線所產(chǎn)生的誤差,
對于平面掃描的情況,這些誤差對天線參數(shù)影響的上界已由Newell等人給出了解析表達式[7,12-14],并由Jensen等人進行計算機模擬[10,15];
對于柱面和球面掃描,過些誤差源對天線電參數(shù)的影響的誤差上界尚未完成。表3給出了平面近場測量系統(tǒng)的典型的誤差值及影響的電參數(shù)。其中理論公式和計算引入的誤差只要按表2準則進行選取取樣間隔和間距,則這些誤差可以忽略不計。
表3 平面近場測量的誤差(平均值)
誤差的類型 | 典型值 | 最優(yōu)值 | 影響的電參數(shù) | ||
探 頭 | 定位 | 0.50mm | 0.13mm | 副瓣 | |
位置 | 0.25mm | 0.05mm | 副瓣 | ||
振動 | 0.13mm | 0.01mm | 副瓣 | ||
被測天線瞄準 | 0.1度 | 0.01度 | 瞄準 | ||
增益 | 0.5dB | 0.1dB | 副瓣 | ||
瞄準 | 1度 | 0.25度 | 副瓣 | ||
方向圖 | 1.0dB | 0.25dB | 副瓣 | ||
散射 | -35dB | -50dB | 副瓣 | ||
儀 器 | 相位 | 漸變 | 5度 | 0.5度 | 瞄準 |
隨機 | 5度 | 0.5度 | 副瓣 | ||
幅 度 |
非線性 | 1.0dB | 0.2dB | 副瓣 | |
隨機 | 0.3dB | 0.1dB | 副瓣 | ||
動態(tài)范圍 | 40dB | 60dB | 增益 | ||
截斷 | ±60度 | ±75度 | 副瓣 | ||
環(huán) 境 |
室內(nèi)散射 | -45dB | -60dB | 副瓣 | |
泄漏 | -40dB | -65dB | 副瓣 | ||
混疊 | 0.5dB | 0.1dB | 副瓣 |
三、近場測量技術的現(xiàn)狀
分布及性能指標
從70年代后期,近場測量技術已走向適用化,據(jù)不完全統(tǒng)計世界已有五十多家研究機構相繼建立了近場測量系統(tǒng),如表4所示,它們的功能和部分技術指標如表5所示。
表4 近場測量系統(tǒng)的分布
平面 | 球面 | 柱面 |
喬治亞理工學院 馬丁公司 賴特--帕特森空軍研究所 休斯飛機公司 德克薩斯儀表公司 聯(lián)邦政府通用電氣公司 得力芬肯通用電氣公司 奈唯斯NASA 奈唯斯航天工程中心 桑得斯協(xié)會 通用動力研究所 馬可吉爾大學 埃克里森無線電研究所 MIT林肯實驗室 NTO物理實驗室 BDM有限公司 湯姆遜協(xié)會 Chun Shao科技大學 NASA約翰遜空間中心 國家軍事航空站 西屋電氣公司 |
喬冶亞理工學院 NIST 亞太蘭大科學公司 馬可尼電氣公司 馬可尼空間防御研究所 休斯飛機公司 歐洲空間技術研究所 全國通訊研究中心 波音飛機公司 波尼斯頓無線電中心 埃利托勒飛機公司 通用動力公司 通用電氣公司空間部 聯(lián)邦航空局 奈托肯尼航空站 科學咨詢中心 路易斯研究發(fā)展中心 丹麥技術大學 |
英國飛機公司 康奈爾大學 哈里斯有限公司 |
平面/柱面 | ||
喬治亞理工學院 NIST 兵器發(fā)展研究所 |
||
平面/柱面/球面 德克薩斯儀表公司 墨西哥州物理實驗室 西安電子科技大學 南京14所 航天部504所 電子部39所 兵器部206所 |
||
柱面/球面 | ||
埃里克森無線電中心 | ||
極平面 | ||
噴氣動力公司 |
表5 近場測量系統(tǒng)的部分技術指標和功能
電 指 標 |
頻 率 |
單頻 | 0.045~140GHz |
掃頻 | 0.045~140GHz | ||
幅 度 |
動態(tài)范圍 | ≥95dBm | |
靈敏度 | ≤-110dBm | ||
精度 | 0.05dB/10dB±0.2dB | ||
相 位 |
范圍 | ±180° | |
精度 | 0.4°/10dB±1個字 | ||
計算精度 | 相當于-90dBm的反射電平 | ||
測量的最大電尺寸 | D/λ≤5000 | ||
掃描面尺寸 | 1m×1m~25m×25m | ||
速度 | 運動 | ≤20cm/s | |
轉動 | ≤10圈/分 | ||
精度 | 運動 | ≤0.01mm | |
轉動 | ≤0.18' | ||
運動的軸數(shù) | ≤8 | ||
功能 | 輻射測量和散射測量 |