天线测试方法的选择及评估

2012-09-29 09:16:05来源: 21ic
对天线与某个应用进行匹配需要进行精确的天线测量。天线工程师需要判断天线将如何工作,以便确定天线是否适合特定的应用。这意味着要采用天线方向图测量(APM)和硬件环内仿真(HiL)测量技术,在过去5年中,国防部门对这些技术的兴趣已经越来越浓厚。虽然有许多不同的方法来开展这些测量,但没有一种能适应各种场合的理想方法。例如,500MHz以下的低频天线通常是使用锥形微波暗室(anechoic chamber),这是20世纪60年代就出现的技术。遗憾的是,大多数现代天线测试工程师不熟悉这种非常经济的技术,也不完全理解该技术的局限性(特别是在高于1GHz的时候)。因此,他们无法发挥这种技术的最大效用。

随着对频率低至100MHz的天线测量的兴趣与日俱增,天线测试工程师理解各种天线测试方法(如锥形微波暗室)的优势和局限的重要性就愈加突出。在测试天线时,天线测试工程师通常需测量许多参数,如辐射方向图、增益、阻抗或极化特性。用于测试天线方向图的技术之一是远场测试,使用这种技术时待测天线(AUT)安装在发射天线的远场范围内。其它技术包括近场和反射面测试。选用哪种天线测试场取决于待测的天线。

为更好地理解选择过程,可以考虑这种情况:典型的天线测量系统可以被分成两个独立的部分,即发射站和接收站。发射站由微波发射源、可选放大器、发射天线和连接接收站的通信链路组成。接收站由AUT、参考天线、接收机、本振(LO)信号源、射频下变频器、定位器、系统软件和计算机组成。

在传统的远场天线测试场中,发射和接收天线分别位于对方的远场处,两者通常隔得足够远以模拟想要的工作环境。AUT被距离足够远的源天线所照射,以便在AUT的电气孔径上产生接近平面的波阵面。远场测量可以在室内或室外测试场进行。室内测量通常是在微波暗室中进行。这种暗室有矩形的,也有锥形的,专门设计用来减少来自墙体、地板和天花板的反射(图1)。在矩形微波暗室中,采用一种墙面吸波材料来减少反射。在锥形微波暗室中,锥体形状被用来产生照射。

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图1:这些是典型的室内直射式测量系统,图中分别为锥形(左)和矩形(右)测试场

近场和反射测量也可以在室内测试场进行,而且通常是近场或紧缩测试场。在紧缩测试场中,反射面会产生一个平面波,用于模拟远场行为。这使得可以在长度比远场距离短的测试场中对天线进行测量。在近场测试场中,AUT被放置在近场,接近天线的表面上的场被测量。随后测量数据经过数学转换,即可获得远场行为(图2)。图3显示了在紧缩测试场中由静区上的反射面产生的平面波。

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图2:在紧缩测试场,平坦波形是由反射测量产生

一般来说,10个波长以下的天线(中小型天线)最容易在远场测试场中测量,这是因为在可管理距离内往往可以轻松满足远场条件。对大型天线(electrically large antenna)、反射面和阵列(超过10个波长)来说,远场通常在许多波长以外。因此,近场或紧缩测试场可以提供更加可行的测量选项,而不管反射面和测量系统的成本是否上升。

假设天线测试工程师想要在低频下进行测量。国防部门对此尤感其兴趣,因为他们需要研究诸如在低频下使用天线等事项,以便更好地穿透探地雷达(GPR)系统中的结构(针对工作在400MHz范围的射频识别(RFID)标签),以及支持更高效的无线电设备(如软件定义无线电(SDR))和数字遥感无线电设备。在这种情况下,微波暗室可以为室内远场测量提供足够好的环境。
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关键字:天线测试  锥形暗室  反射测量

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0929/article_6024.html
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