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天线近场测量的综述

时间:01-13 来源:mwrf 点击:

为四个方面:
· 理论计算式及数值计算所产生的误差;
· 测试仪表及设备产生的误差;
· 环境产生的误差;
·探头天线所产生的误差,

对于平面扫描的情况,这些误差对天线参数影响的上界已由Newell等人给出了解析表达式[7,12-14],并由Jensen等人进行计算机模拟[10,15]

对于柱面和球面扫描,过些误差源对天线电参数的影响的误差上界尚未完成。表3给出了平面近场测量系统的典型的误差值及影响的电参数。其中理论公式和计算引入的误差只要按表2准则进行选取取样间隔和间距,则这些误差可以忽略不计。

表3 平面近场测量的误差(平均值)

误差的类型典型值最优值影响的电参数
探        头定位0.50mm0.13mm副瓣
位置0.25mm0.05mm副瓣
振动0.13mm0.01mm副瓣
被测天线瞄准0.1度0.01度瞄准
增益0.5dB0.1dB副瓣
瞄准1度0.25度副瓣
方向图1.0dB0.25dB副瓣
散射-35dB-50dB副瓣
仪     器相位渐变5度0.5度瞄准
随机5度0.5度副瓣

非线性1.0dB0.2dB副瓣
随机0.3dB0.1dB副瓣
动态范围40dB60dB增益
截断±60度±75度副瓣

室内散射-45dB-60dB副瓣
泄漏-40dB-65dB副瓣
混叠0.5dB0.1dB副瓣

三、近场测量技术的现状

分布及性能指标

从70年代后期,近场测量技术已走向适用化,据不完全统计世界已有五十多家研究机构相继建立了近场测量系统,如表4所示,它们的功能和部分技术指标如表5所示。

表4 近场测量系统的分布

平面球面柱面
乔治亚理工学院
马丁公司
赖特--帕特森空军研究所
休斯飞机公司
德克萨斯仪表公司
联邦政府通用电气公司
得力芬肯通用电气公司
奈唯斯NASA
奈唯斯航天工程中心
桑得斯协会
通用动力研究所
马可吉尔大学
埃克里森无线电研究所
MIT林肯实验室
NTO物理实验室
BDM有限公司
汤姆逊协会
Chun Shao科技大学
NASA约翰逊空间中心
国家军事航空站
西屋电气公司
乔冶亚理工学院
NIST
亚太兰大科学公司
马可尼电气公司
马可尼空间防御研究所
休斯飞机公司
欧洲空间技术研究所
全国通讯研究中心
波音飞机公司
波尼斯顿无线电中心
埃利托勒飞机公司
通用动力公司
通用电气公司空间部
联邦航空局
奈托肯尼航空站
科学咨询中心
路易斯研究发展中心
丹麦技术大学
英国飞机公司
康奈尔大学
哈里斯有限公司
平面/柱面
乔治亚理工学院
NIST
兵器发展研究所
平面/柱面/球面
德克萨斯仪表公司
墨西哥州物理实验室
西安电子科技大学
南京14所
航天部504所
电子部39所
兵器部206所
柱面/球面
埃里克森无线电中心
极平面
喷气动力公司

表5 近场测量系统的部分技术指标和功能




单频0.045~140GHz
扫频0.045~140GHz

动态范围≥95dBm
灵敏度≤-110dBm
精度0.05dB/10dB±0.2dB

范围±180°
精度0.4°/10dB±1个字
计算精度相当于-90dBm的反射电平
测量的最大电尺寸D/λ≤5000
 扫描面尺寸1m×1m~25m×25m
速度运动≤20cm/s
转动≤10圈/分
精度运动≤0.01mm
转动≤0.18'
运动的轴数≤8
功能辐射测量和散射测量

四、近场测量的局限性

频域近场测量四种取样方式的特点如表7所示,从这个表格可以看出,部分应用研究方向仍是未来研究继续探讨的方向。

表7 频域四种取样方式特点

特点扫描方式
平面/极平面柱面球面
理论公式计算简单复杂复杂
探头校准简单稍难较难
取样方式的控制算法简单稍复杂复杂
采样时间较长
计算时间较长
测试环境要求一般
各种误差分析已完成未完成未完成
计算远场局限性0<计算角域<180°0<θ<180°除球心外的任意角域
适用测量对象笔形波束天线扇形波束天线各种形式的天线

近场测量的分类

根据近场测量的研究方向和应用方向,近场测量可大致归为下面三类,如表6所示。

表6 近场测量的分类

分法研究域测量功能取样面形式 

频域辐射平面/极平面 
柱面 
时域散射 
球面 

五、展望

回顾过去的前人所做的工作,可以看出未来研究工作应集中以下几个方向:

1、柱面、球面各项误差的分析.这方面虽有进展,但截止目前尚未见公开报导。

2、低或超低副瓣天线的实时检测口径诊断虽然有了可喜的进展[21-24],但距实用还相差较远。

3、目标散射特性的研究目前仅限于简单目标的特性实验研究[17.20],复杂目标的实验研究尚处于探索时期,近场散射测量的探头型式还须进一步的探讨。

4、目标成像的研究虽刚刚起步[25,26],但应用前景非常广阔。

5、测试环境引入的误差研究,虽然有了时域理论[17],但尚未推广使用,其原因是工程实施较困难,简单已行的工程实用研究仍是研究的主要课题之一。

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