天华中威科技微波小课堂_天线测量的设备和范围

一、在天线测量所需的设备

我们将尝试使用天线测试设备来照亮测试天线，通常称为被测天线，使用平面波。这个平面波近似地使用源天线（发射天线），具有已知的辐射模式和特性。在领域事件之后，测试天线大致是平面波。

天线测量所需的设备包括：

源天线和发射机 - 这种天线具有已知的模式，可用于照亮测试天线。

接收器系统 - 它决定通过测试天线的功率大小。

定位系统 - 该系统用于测试旋转天线，相对于源天线，以测量辐射模式作为功能的角度。

上述设备的一个框图如图1所示。

图1、图所需的天线测量设备.

这些组件将被简要讨论。源天线需要辐射能量在测试频率上。它必须具有所需的极化和适当的波束范围，以用于给定天线测试的平面波。源天线通常是喇叭天线或偶极子天线与抛物面反射镜。

发射系统应该能够提供稳定且恒定的功率。输出频率应该是可调的（可选），并且应该是合理稳定的（通过发射机的频率接近所需频率并保持稳定的手段）。

接收系统只需足够的功率来确定从测试天线接收的能量。这可以通过简单的功率计来实现，它是一种测量电磁波能量的设备。接收系统可以更复杂，包括高品质低功率测量放大器和更准确的检测设备。

定位系统用于控制测试天线的方向。由于我们要测量辐射模式作为角度函数（通常在测试天线球面坐标上），我们需要测试旋转天线，使源天线从不同角度照亮测试天线。定位系统就是为此目的而设计的。

一旦我们有了所需的所有设备（和要测试的天线），我们将需要将这些设备放置并在天线范围内执行测试，这将在下一节中讨论。

在进行天线测量之前，我们首先需要选择测量的位置。也许您想在车库里进行测量，但是由于墙壁、天花板和地板的反射，这可能会导致测量不准确。进行天线测量的理想地点是在室外空间，其中没有反射发生。然而，考虑到目前太空旅行的昂贵性，我们将重点放在地球表面上的测量位置。有两种主要类型的测量范围，即自由空间范围和反射范围。反射范围被设计成在测试区域内支持大致平面波的共振反射。我们将专注讨论更为常见的自由空间范围。

二、自由空间范围

自由空间范围是专为模拟在太空中进行的天线测量而设计的测量位置。这意味着要尽可能抑制来自附近物体和地面的反射波，以确保测量的准确性。最流行的自由空间范围包括暗室、高架范围和紧凑型范围。

电波暗室

电波暗室是专为室内天线测试而设计的场所，其墙壁、天花板和地板覆盖有特殊的电磁波吸收材料。选择室内范围的原因在于，在测试条件下，相对于室外范围，它能够更加紧密地进行控制。这些吸收材料通常具有锯齿和特定形状，使得电波在商会内部反射呈现出相当有趣的特性。商会采用锥形设计，使得反射在多个方向上呈现出随机性，最终形成随机反射的趋势，进一步提高了测试的准确性。下面是电波暗室的示意图，以及一些测试设备的照片

暗室的缺点在于它们通常需要相当大的空间。为了模拟远场条件，天线通常需要几个波长的距离，因此需要尽可能大的暗室。然而，由于成本和其他实际限制，它们的大小往往受到限制。一些国防承包公司可能会使用极大的暗室来测试大型飞机的雷达截面或其他物体，这样的暗室可能相当于篮球场的大小，尽管这并不常见。大学通常使用长度、宽度和高度为3-5米的暗室。由于尺寸的限制，射频吸波材料通常在UHF和更高频率上表现最佳，因此暗室在300兆赫以上的频率上更为常见。最后，暗室还必须足够大，以容纳源天线的主瓣的一侧墙壁、天花板或地板。

高架范围

高架范围是一种室外范围设置。在这个布置中，源天线和被测天线都安装在地面以上。这些天线可以安装在山上、塔上、建筑物上，或者任何被认为适合的地方。通常，这涉及到非常大的天线或在低频率范围（VHF和<100兆赫以下）进行测量，这在室内可能变得更为复杂。高架范围的基本示意图如图2所示。

图2、插图升高范围

在这里要澄清的是，源天线不一定要比测试天线的海拔高，我只是在这里这样描述。在图2中，两个天线之间的视线（LOS）必须是通畅的，如黑色射线所示。所有其他路径（如地面反射的红色射线）都是不可取的。一旦源和测试天线的位置确定，测试运营商需要考虑提高的高度，并确定是否会发生显著的反射，并尝试以最小化这些表面反射。通常会使用射频吸波材料或其他材料，将偏离测试天线的光线引导远离，以达到这个目的。

契约范围

契约范围必须设置在测试天线的远场内，原因是测试天线接收的波应该是最大精度的平面波。由于天线辐射的是球面波，因此天线需要足够远，以确保从源天线发出的辐射波近似为平面波 - 见图3。

图3、一个源天线辐射波与球面波前

然而，对于室内电波暗室，通常存在无法实现足够分离的问题。解决这个问题的方法之一是采用一个紧凑的范围。在这种方法中，源天线面向一个反射器，其形状被设计成近似平面，以反射球面波。这与碟形天线的基本原理非常相似，如图4所示。

图4、紧凑型 - 从源头上天线的球面波反映平面（平行）。

抛物面反射器的长度通常需要是测试天线长度的数倍。在图4中，源天线的辐射被反射器抵消，因此它不会以反射光线的方式传播。为了防止任何直接辐射（相互耦合）从源天线传播到测试天线，必须小心操作。