天線近場(chǎng)測(cè)量的綜述
無(wú)論是采用何種掃描形式，測(cè)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(wú)零點(diǎn)。滿(mǎn)足這幾個(gè)條件的理想探頭為偶極子和開(kāi)口波導(dǎo)[9]。由于測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍限制，因此用這種探頭測(cè)量低副瓣天線會(huì)引入較大的測(cè)量誤差。所以Grimm 等人[10]提出了用“零探頭” 的方法進(jìn)行測(cè)量，Hannssen等人[11]用此方法對(duì)副瓣為-49dB的天線進(jìn)行了測(cè)量，并與直接遠(yuǎn)場(chǎng)法測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了比較，其結(jié)論是“零探頭” 的測(cè)量結(jié)果更接近于理論值。
4、誤差分析
近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)天線測(cè)量有影響的誤差源有18項(xiàng)之多，按其產(chǎn)生的原因可分為四個(gè)方面：
· 理論計(jì)算式及數(shù)值計(jì)算所產(chǎn)生的誤差；
· 測(cè)試儀表及設(shè)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(duì)于平面掃描的情況，這些誤差對(duì)天線參數(shù)影響的上界已由Newell等人給出了解析表達(dá)式[7,12-14]，并由Jensen等人進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬[10,15]；
對(duì)于柱面和球面掃描，過(guò)些誤差源對(duì)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(chǎng)測(cè)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(jì)算引入的誤差只要按表2準(zhǔn)則進(jìn)行選取取樣間隔和間距，則這些誤差可以忽略不計(jì)。
表3 平面近場(chǎng)測(cè)量的誤差(平均值)
| 誤差的類(lèi)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(dòng) | 0.13mm | 0.01mm | 副瓣 | ||
| 被測(cè)天線瞄準(zhǔn) | 0.1度 | 0.01度 | 瞄準(zhǔn) | ||
| 增益 | 0.5dB | 0.1dB | 副瓣 | ||
| 瞄準(zhǔn) | 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(zhǔn) |
| 隨機(jī) | 5度 | 0.5度 | 副瓣 | ||
| 幅 度 |
非線性 | 1.0dB | 0.2dB | 副瓣 | |
| 隨機(jī) | 0.3dB | 0.1dB | 副瓣 | ||
| 動(dòng)態(tài)范圍 | 40dB | 60dB | 增益 | ||
| 截?cái)?/td> | ±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(chǎng)測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀
分布及性能指標(biāo)
從70年代后期，近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)已走向適用化，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)世界已有五十多家研究機(jī)構(gòu)相繼建立了近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，如表4所示，它們的功能和部分技術(shù)指標(biāo)如表5所示。
表4 近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的分布
| 平面 | 球面 | 柱面 |
| 喬治亞理工學(xué)院 馬丁公司 賴(lài)特--帕特森空軍研究所 休斯飛機(jī)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(huì) 通用動(dòng)力研究所 馬可吉爾大學(xué) 埃克里森無(wú)線電研究所 MIT林肯實(shí)驗(yàn)室 NTO物理實(shí)驗(yàn)室 BDM有限公司 湯姆遜協(xié)會(huì) Chun Shao科技大學(xué) NASA約翰遜空間中心 國(guó)家軍事航空站 西屋電氣公司 |
喬冶亞理工學(xué)院 NIST 亞太蘭大科學(xué)公司 馬可尼電氣公司 馬可尼空間防御研究所 休斯飛機(jī)公司 歐洲空間技術(shù)研究所 全國(guó)通訊研究中心 波音飛機(jī)公司 波尼斯頓無(wú)線電中心 埃利托勒飛機(jī)公司 通用動(dòng)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(xué)咨詢(xún)中心 路易斯研究發(fā)展中心 丹麥技術(shù)大學(xué) |
英國(guó)飛機(jī)公司 康奈爾大學(xué) 哈里斯有限公司 |
| 平面/柱面 | ||
| 喬治亞理工學(xué)院 NIST 兵器發(fā)展研究所 |
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| 平面/柱面/球面 德克薩斯儀表公司 墨西哥州物理實(shí)驗(yàn)室 西安電子科技大學(xué) 南京14所 航天部504所 電子部39所 兵器部206所 |
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| 柱面/球面 | ||
| 埃里克森無(wú)線電中心 | ||
| 極平面 | ||
| 噴氣動(dòng)力公司 |
表5 近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的部分技術(shù)指標(biāo)和功能
| 電 指 標(biāo) |
頻 率 |
單頻 | 0.045～140GHz |
| 掃頻 | 0.045～140GHz | ||
| 幅 度 |
動(dòng)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(gè)字 | ||
| 計(jì)算精度 | 相當(dāng)于-90dBm的反射電平 | ||
| 測(cè)量的最大電尺寸 | D/λ≤5000 | ||
| 掃描面尺寸 | 1m×1m～25m×25m | ||
| 速度 | 運(yùn)動(dòng) | ≤20cm/s | |
| 轉(zhuǎn)動(dòng) | ≤10圈/分 | ||
| 精度 | 運(yùn)動(dòng) | ≤0.01mm | |
| 轉(zhuǎn)動(dòng) | ≤0.18' | ||
| 運(yùn)動(dòng)的軸數(shù) | ≤8 | ||
| 功能 | 輻射測(cè)量和散射測(cè)量 | ||
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