天线测试系统原理介绍

系统方案

天线近场测试系统包括测试设备、天线转台、天线支架、扫描架、微波暗室等部分，通过上述部分的相互配合，决定了系统的测试能力、精度等性能参数，下面分别进行详细介绍。

测试原理

在离开待测体(DUT)3～10λ距离上，用一个电特性己知的探头在DUT近区某一平面或曲面上扫描抽样电磁场的幅度和相位数据，再经过严格的数学变换(FFT)计算出DUT的远区场的电特性，这一技术称之为近场测量技术，

近场测量方法自上世纪七十年代以来主要用于天线测量(辐射问题测量)，它在待测天线(AUT)的近区做数据采样，并可由得到的数据经过数学变换，得到天线的远场特性，如远场方向图等。

对辐射近场测量而言，根据取样表面的不同，可分为平面扫描技术、柱面扫描技术和球面扫描技术。而平面近场测量技术是近场测量技术中研究最早、应用最多的测量方法，己被广泛用来测量天线的远场辐射特性。目前，近场天线测量的基本理论己基本成熟，其核心部分便是考虑探头影响(有探头补偿)时的近远场变换理论，即考虑探头影响(有探头补偿)时AUT与探头间的耦合方程以及由近场数据确定待测天线远场方向图的公式。关于藕合方程及其由近场数据确定待测天线远场方向图的公式的推导大体上有两种方法，一种是基于平面波散射矩阵的理论，另一种是基于互易定理。

近场测量面选取应保证边缘处的电平低到可以忽略。这与测量系统的动态范围以及所要求的预计远场方向图的范围和精度有关。一般应使测量面截断处的场比中心部位的低30～40dB。图6为国外通用的计算探头扫描范围的示例图，其中参数D为大待测天线口径尺寸，P为探头大尺寸，Z为待测天线与探头之间的距离为（取3～10λ间），Ф为大扫描夹角。上述参数的选取与系统测试精度，扫描架尺寸，被测天线口径等有关，需要综合考虑计算。

天线测试系统主要构成

本文针对用户需求，设计频率覆盖1～40GHz，可同时满足平面近场/远场测试系统方案，重点对硬件、软件、场地几个方面进行了分析，最后对系统指标进行了理论计算，同时对系统风险进行了分析评估。通过增加天线测试装置、倍频源模块和接收模块，可实现更高频段的扩展。

关键部件AV3672C矢量网络分析仪

低噪声放大器

天线近场测量探头

标准增益喇叭天线

转台主要实现待测天线方位、俯仰的调节，用于实现平面远场的测试能力。

扫描架

近场测试暗室

天线测试系统指标介绍

主要指标介绍：

天线近远场测试系统的主要指标如下所示：

参数波段工作频率范围（GHz）1～40端口大输出功率①（dBm）4系统灵敏度①（dBm）-114系统动态范围①（dB）118增益测量不确定度(dB)±0.25(平面近场)

±0.25(远场)-15dB副瓣电平不确定度(dB)±1平面近场)

±1.5(远场)-25dB副瓣电平不确定度(dB)±2(平面近场)

±2.5(远场)-35dB副瓣电平不确定度(dB)±3(平面近场)

±3.5(远场)波束指向测量精度（度）≤波束宽度×1%（波束宽度≥2度）方向图显示范围(度)±180扫描架重复定位精度（mm）X/Y:0.03，Z:0.01扫描架平面度（mm）补偿前：0.05（RMS），补偿后：0.03（RMS）扫描有效行程（m）3*2*0.25转台重复定位精度（度）0.003测试天线大口径0.5m方向图坐标类型直角坐标、极坐标系统总线类型LAN

注① ：系统仪器相关指标采用闭环方式从系统端口直接测试方法进行检验，不包括天线增益与空间损耗，天线增益不确定度去除0.5dB天线本身增益不确定度指标。