《平面近场测量和诊断技术的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《平面近场测量和诊断技术的研究（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西北工业大学硕士学位论文 面近场测量和诊断技术的研究 摘 要 平面近场测量技术是目 前国内外测量高性能天线最为理想的测试手段，测量 中的数据采集和数学变换是决定测量有效性和测量精度优劣的关键技术。本论文 根据实际需要，对平面近场测量中的近一 远场变换和近一 口 径场变换算法以 及远近 场天线测试系统的建设作了深入研究。首先，阐述了平面波谱展开理论和探头补 偿原理，推导出考虑探头效应的近一 远场变换公式，重点分析了采样参数和谱域离 散参数的关系和选取准则。然后，以半波阵子阵列天线为待测天线模型，通过数 值方法求解天线的近场分布，再将近场数据代入近一 远场变换公式，从而获得天线 的远场特性，仿真结
2、果和理论值吻合良好，说明了该算法的正确性和有效性。接 着， 在忽略衰减波的前提下，给出了基于平面波谱的近一 口径场变换公式，借助仿 真的天线近场数据，恢复出待测天线的口径场，从而可确定阵列天线各单元的幅 相分布， 达到诊断天线口径缺陷的目的。 最后， 在V C环境下，开发了天线近远场 自动测量系统。远场测量系统可直接测量天线方向图、增益等，同时通过处理方 向图数据又可获得天线半功率宽度、第一副瓣位置及大小等参数;近场测量系统 可自 动采集天线近场数据，然后通过近， 远场变换即可获得包含天线远场特性的全 部信息，实测结果与理论值吻合良 好，说明该系统是正确可行的。 关键词:平面 波 谱， 近 一
3、 远 场 变 换， 近 泪径 场 变 换， 天 线远 近场 测量 系 统 西北工业大学硕 卜 学位论文 平面近场测量和诊断技术的研究 A B S T R A C T P la n a r N e a r - f i e l d m e a s u r e m e n t s h a v e b e e n t h e f i r s t c h o i c e i n h i g h - p e r f o r m a n c e a n t e n n a t e s t i n g . N e a r - f i e l d d a t a s a m p l i n g a n d m
4、a t h e m a t i c a l t r a n s f o r m a t i o n a r e t h e k e y f a c t o r s t o d e t e r m i n e m e a s u r e m e n t a c c u r a c y a n d e ff i c i e n c y . T o m e e t t h e r e q u ir e m e n t i n p r a c t i c e , a s t u d y h a s b e e n m a d e a b o u t n e a r - f i e l d t o f
5、a r - fi e l d a l g o r i t h m , n e a r - fi e l d t o a p e r t u r e - fi e l d a l g o r i t h m , a n d t h e c o n s t r u c t i o n o f f a r - f i e l d a n d n e a r - f i e l d m e a s u r e m e n t s y s t e m . F i r s t , t h e p r i n c i p l e s o f p l a n a r w a v e e x p a n s i
6、 o n a n d t h e t h e o r y o f p r o b e c o m p e n s a t i o n a r e i n t r o d u c e d . A 2 D n e a r - f i e l d t o f a r - f i e l d F F T t r a n s f o r m f o r m u l a s c o m p r i s i n g p r o b e c o r r e c t io n a r e d e d u c e d . T h e r e l a t i o n o f s a m p l i n g p a
7、r a m e t e r s t o s p e c t r u m d i s c r e t i z a t i o n p a r a m e t e r s a n d t h e i r s e l e c t i o n c r i t e r i a a r e d e s c r i b e d e m p h a s i z e l y . S e c o n d , a d i p o l e a r r a y m o d e l i s b u i l t a n d i t s n e a r - f i e l d e l e c t r i c d i s t
8、r i b u t i o n s a r e c a l c u l a t e d b y n u m e r i c a l m e t h o d s . T h e f a r - f ie l d p a t t e rn s a r e o b t a i n e d f r o m t h e s e s i m u l a t e d n e a r - f i e l d m e a s u r e m e n t d a t a . T h e s i m u l a t e d f a r - f i e l d p a t t e r n s a r e i n g
9、o o d a g r e e m e n t w i t h e x a c t a n a l y s i s r e s u lt s . T h e n , o n t h e p r e m i s e o f i g n o r a n c e o f e v a n e s c e n t w a v e , t h e f o r m u l a o f n e a r - f ie ld to a p e rt u r e - fi e l d t r a n s f o r m a t i o n b a s e d o n p l a n e - w a v e s p
10、e c t r u m i s g i v e n , w e c a n f i n d t h e f a u l t s o f a n t e n n a a p e rt u r e a c c o r d i n g t o t h e d i s t r i b u t i o n o f a n t e n n a a p e r t u r e f i e l d , a l s o w e c a n d e t e r m i n e t h e a m p l i t u d e a n d p h a s e o f a r r a y s e x c i t a t
11、 i o n . L a s t , a n a u t o m a t i o n s y s t e m f o r a n te n n a f a r - f i e l d a n d n e a r - fi e l d m e a s u r e m e n t s i s d e v e l o p e d w i t h V i s u a l C . w e c a n m e a s u r e a n t e n n a s p a tt e rn , g a i n a n d s o o n , d i r e c t l y . A l s o , w e c a
12、 n m e a s u r e e l e c t r i c d i s t r i b u t i o n s i n t h e n e a r f i e l d o f a n t e n n a u n d e r t e s t , t h e n w e c a n g a i n a l l t h e i n f o r m a t i o n o f a n t e n n a u n d e r t e s t .T h e m e a s u r e m e n t r e s u l t s a r e i n g o o d a g r e e m e n t
13、w it h t h e a n a ly s i s r e s u lt s , w h i c h s h o w s v a l i d a t i o n o f t h e s y s t e m. . K e y w o r d s : p l a n e - w a v e s p e c t r u m , n e a r - f ie l d t o f a r - f i e l d t r a n s f o r m a t i o n , n e a r - f i e l d t o a p e r t u r e - fi e l d t r a n s f o
14、r m a t i o n , a n t e n n a f a r - f i e l d a n d n e a r - f i e l d m e a s u r e m e n t s s y s t e m 西_ 七 工业大学硕. 学位论文平面近场测量和诊断技术的研究 第一章绪论 夸 ， . 1研究背景 天线是无线通讯设备的关键部件，其应用己经渗透到雷达、电子对抗、声纳、 导航、通信等诸多领域，天线性能的好坏很大程度上决定了 通信系统的性能，有 时甚至成为整个系统功能优劣的瓶颈，因此设计高性能的天线是至关重要的，而 高性能天线的设计离不开先进的分析手段、 测试技术和测量设备。 设计
15、天线时， 解 析方法和数值方法受近似条件、分析模型的限制难以 精确的分析、模拟复杂的天 线结构，分析模型和实际天线总是存在一点的差异，因此必须对分析结果进行实 验检验，以修正理论模型从而建立一个更加精确的模型，反复进行从而高效的设 计天线。同时，在天线的生产过程中，天线测试已 成为产品质量检测的一种重要 手段，用以验证天线的性能是否满足设计要求，同时建立天线性能数据库， 诊断 突发性故障等等。 随着仪器仪表、计算机技术、网络技术的飞速发展，天线测试技术也取得了 很大的进步。目 前天线的主要测量方法有远场、 近场、聚焦场、紧缩场等。远场 和紧缩场是产生平面波照射的直接测量方法， 聚焦场适用于焦距
16、可变天线的测量， 近场测量是一种间接测量方法，一般是在微波暗室中进行，用计算机控制一个已 知特性的探头，在离被测天线口 面几个波长的平面上扫描，采样出探头对被测天 的近场幅相响应，然后根据测量数据、探头特性、扫描面形状等，通过近一 远场变 换算法算出天线的远场方向图。根据天线扫描面的不同，近场测量可以分为平面 近场、柱面近场、球面近场三种扫描测量方式，其中平面近场测量的数据处理最 简单，而球面扫描技术的系统结构最简单，但是数据处理相对比较复杂。平面近 场按采样点分布方式又可以分为如下方式:平面矩形栅格、平面单极和平面双极。 一般来说，近场测量没有远场测量中的距离效应，不受外界电磁干扰，可全天候 工作，保密性好，可以有效的补偿测量误差，通过一次扫描即可获得天线的全部 信息。目 前天线近场测量技术日 趋成熟，并且有望成为鉴定天线性能指标的首选 方案。 近场钡 U 量是一门由多学科技术集成的系统科学，既涉及电磁理论和变换算法， 又包括硬件系统和软件系统设计。为适应新型天线的发展趋势，需进一步增强系 统功能，进一步提高近场测量精度和效率，这往往体现在对算法软件的改进和仪 器设备
