天线近场 远场测试系统
郑才特
【摘要】 在虚拟仪器技术的基础上，研究远场天线性能参数自动测试系统的设计方案，并分析了其系统工作原理和组成部分。该套设计方案使用了Matlab和数据库技术，补偿了影响因素的误差和测算天线性能参数的方法，还能存储、读取天线测试数据，打印报告，保证可靠性和真实性。按照天线参数测试的过程和测试的要求，本文探讨了天线参数测试过程中的一些难题，进而探究在实际的测试中，环境因素和天线参数之间的影响。
【关键词】 天线测试系统 矢量网络分析仪 虚拟仪器技术
由于无线电仪器设备的广泛使用，形式各样的天线渐渐推广到各领域。在实际运用中，天线是否满足性能要求取决于其增益、方向性、波瓣宽度等参数，因此天线的真实性能多数通过外场测试环境来测试。测试过程中普遍会遇到难以把握转台和吊杆装置的转动角度、无法准确计算天线参数性能等问题，由此我们研究了一套远场天线自动测试系统。
一、天线测试系统的构成
这套系统改进了原有的传统测试方法，建立了一套具有智能控制、快速采集、高速处理数据与报告和打印相结合的自动测试系统。而且该系统改善了传统的基础算法，能测算出远场测试与环境之间存在的误差，增强了天线测试数据的可靠性。
远场天线自动测试系统硬件这部分主要包括：AV36580A矢量网络分析仪、天线测试转台和吊杆、监视器、转台/吊杆驱动控制器和打印机。该套系统的工作方式如下：首先同时利用转台/吊杆驱动控制器控制转台/吊杆运动测量角度参数；然后使用矢量网络分析仪发射标准天线和接收待测天线；最后处理工控机采集的幅度和角度参数的数据。由此可以绘制出方向图并准确计算出天线参数性能，远场天线自动测试系统总体结构如图1所示。
二、天线测试系统的运作流程
远场天线自动测试系统运作功能主要是由工控机上的测试软件完成，运作详细流程如下：
1、确保远场天线自动测试系统机柜中的信号线路、射频电缆正常连接，并保证机柜接地。
2、打开工控机上的远场天线自动测试系统，通过指示灯检查各项设备，保证操作系统发挥正常。
3、设置天线自动测试系统发射功率、扫频范围、转台/吊杆终止角度、频率点数、误差补偿参数、转台运行速率、储存文件与路径等参数，然后运行测试系统。
4、运行天线自动测试，得到天线方向的实时数据和测试的频率信息，并呈现出频点之间的不同转换。
5、自动测试系统完成之后，得到了天线性能参数的测试效果，然后保存测试数据，打印出天线测试报告。
6、把测试系统复原，留待下一次天线自动测试。
三、测量算法处理
由于地面反射波的作用，传统远场天线有着难以精确测量的缺点。测试场环境中受到电磁干扰的影响，为了提高天线性能的测试准确度，可以分析误差来源并修改。进行天线测试过程中，受方向图和天线增益的深刻影响。
3.1修正天线方向图的误差
天线方向图的误差主要有两种：一是由于天线相位中心与转台转轴不重合而导致的角度误差；二是安装天线时，由天线发射功率测量不精确而导致的角度误差。前者的误差是因为天线摆放位置差异引起了标准值的偏离，计算公式为：
△θ1= d/R （ sinα2-sinα1 ）≈（2d/R）cos（θ/2+α1） sinθ/2
公式中：d为天线相位中心偏离其旋转轴的距离；R为远场距离。后者的误差是测量功率方向时，因为内外部因素的影响，矢量分析仪会出现一些误差。
3.2修正天线增益误差
在测试远场天线时，因为工作频率各异，测量增益的方法也会有所不同。增益测量通常是采用馈线与收发天线的功率传输公式进行计算，但会出现阻抗失配误差。根据大量的推算表明，发现测量天线增益与矢量网络分析仪信号接收机、信号源负载失配之间存在着必不可分的关联。所以，首先要算出总失配因子要运用发射天线和电压驻波，才能计算出天线增益。
四、验证
建立系统以后，就进入了系统调试验证阶段。远场天线测试系统软件把虚拟仪器、MATLAB和数据库等技术完美融合在一起，从而实现了该软件能够智能测验、处理复杂算法和输出报告。除此以外，该软件功能还包括读取原始记录、叠加显示多频点方向图和实时显示方向图等，有力的提高了天线测试技术。系统实体柜结构和操作界面如图2（1）、圖2（2）所示。
五、结束语
本文探讨传统远场天线测试之中已有的难题，通过使用虚拟仪器技术以优化测试方案。此外，还运用Matlab、数据库等软件和改进计算参数的方法，从而得到一种科学有效的自动天线测试系统。
参 考 文 献
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