一、研究背景

在微波暗室內(nèi)對基站天線進行測試是一種常用的方法。由于暗室尺寸的限制，對增益較高的天線，往往不能滿足遠場測試條件。在這種情況下測試結(jié)果與遠場情況下的測試結(jié)果有較大差異。本報告給出了一種由準遠場距離上測得的方 向圖計算遠場方向圖的方法。

二、修正算法的基本原理

如圖1 所示的AUT為基站天線，天線沿著y軸方向的尺寸較小，容易滿足遠場條件，而x方向的尺寸較大，不滿足遠場條件。針對這類天線的方向圖，可以采用該方法進行修正。

圖1 天線坐標系

以oy為軸作一個能完全包圍待測天線的最小柱面，設(shè)該柱面的半徑為r_min。在該柱面之外，天線產(chǎn)生的電場可表示成矢量波函數(shù)的加權(quán)和，即

(1)

令場點位于xoz平面（即y=0），且ρ較大時，式（1）可以表示為

(2)

其中：N_m=kr_min+10

由于場點(ρ,φ,0)已經(jīng)處于天線的準遠區(qū)，且ρ相對于天線的垂直尺寸（y軸方向）已經(jīng)很大了，對上式中的積分可以采用一維駐相法進行計算，并考慮到，從而有

（3）

對于任意的線極化電場分量均可以表示為

（4）

如果在ρ=ρ_o處測得電場為E_m，則有

（5）

可以求出

（6）

將C_n代入公式（5），命ρ→∞，則得到天線遠場為

(7)

其中，C為與角度無關(guān)的常數(shù)，可以略去。天線的遠場方向圖為

(8)

基于以上關(guān)系式，容易得到遠場條件下天線增益與準遠場條件下增益的差值為

三、數(shù)值仿真驗證

為了驗證該算法的正確性，進行數(shù)值仿真驗證。選取一個工作頻率為 900MHz，口徑為2.6m 的陣列天線進行數(shù)值仿真分析，準遠場測試距離為29m(該測試距離不滿足遠場條件)。數(shù)值仿真流程和數(shù)值仿真結(jié)果分別如圖2 和圖3 所示。

圖2 數(shù)值仿真流程圖

圖3 數(shù)值仿真結(jié)果

由圖3可知，測試結(jié)果（Measured Pattern）與理論結(jié)果(Theoretic Pattern) 差別較大，修正后的結(jié)果(Corected Pattern)與理論結(jié)果(Theoretic Pattern) 吻合很好。

四、實驗驗證

為了驗證以上算法的正確性，對給定的天線分別按如下兩種方法測試：準 遠場測試和球面近場測試。通過修正算法對準遠場測試結(jié)果進行修正，并將修 正得到的遠場方向圖與球面近場得到的方向圖進行對比，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 實驗結(jié)果與修正結(jié)果

由圖4 可知，準遠場測試結(jié)果（Comba Finite Field）與球面近場測試結(jié) 果(Comba SG128)有較大差距，修正結(jié)果（Corrected Far Field）與球面近場 測試結(jié)果(Comba SG128)吻合良好。

五、結(jié)論

經(jīng)過數(shù)值仿真分析和實驗測試證明了上述算法的可行性與準確性。

作者：傅德民 西安電子科技大學(xué) 天線與微波技術(shù)國防科技實驗室