CN103245841A - 一种基于球面近场扫描外推的天线方向图测试方法 - Google Patents

一种基于球面近场扫描外推的天线方向图测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于球面近场扫描外推的天线方向图测试方法，通过近场测试，对得到的数据进行算法外推可获得远场方向图，这样不但缩减了测试距离，而且无需柱面波测试所要求的平面波条件。最终得到天线的三维方向图，可以更加清晰、直观的分析天线性能，具有很大的工程实用价值。本发明可以实现近距离有效的天线测试，节约测试成本和降低测试难度，同时也为了能得到被测天线的三维方向图，更加准确的分析天线性能。

Description

一种基于球面近场扫描外推的天线方向图测试方法
技术领域
本发明属于微波测量领域，具体涉及一种基于球面近场扫描外推的天线方向图测试方法。
背景技术
在天线测试中，总希望能得到天线远场时的方向图，用图示的方法来表示天线辐射能量在空间的分布。一般当测试频率较高和天线的物理尺寸较大时，普通室内测试场地就很难满足测试条件，则需要采用外场测试，但是外场测试除了其高昂的费用外，由于本身的距离远，环境的开放性使测试极易受到外界干扰，也不利于保密。而目前工程测试只是通过绘制天线的E面和H面来来分析天线性能，很难得到天线远场的三维方向图。
若采用近场测试时，频率的高端为3GHz，波长λ＝10cm，天线长宽高都是1m，满足近场条件的距离R可由下式计算，即
Figure BDA00003122444400011
在此条件下，由于天线自身高度较高，柱面波无法近似成平面波，测量的数据会产生很大的误差。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于球面近场扫描外推的天线方向图测试方法，通过扫描近场球面波的数据直接外推到远场，得到理想的待测天线三维立体方向图，实现近距离有效的天线测试。
技术方案
一种基于球面近场扫描外推的天线方向图测试方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在微波暗室中对被测天线进行近场方向图测试，测试距离R＝2m，从而得到被测天线的近场数据
Figure BDA00003122444400021
其中θ为测试俯仰角，
Figure BDA00003122444400022
为测试的方位角；
步骤2：计算天线远场数据
Figure BDA00003122444400023
其中：是天线远场数据，
Figure BDA00003122444400026
是球坐标下的hankel函数，
Figure BDA00003122444400027
是n次m阶的连带的legendre函数，θ0是远场的俯仰角，
Figure BDA00003122444400028
是远场的方位角，R是近场距离，k是波数，e是指数幂，j是虚数，D为被测天线最大直径；
步骤3：对步骤2计算的远场数据
Figure BDA00003122444400029
进行三维作图，得到被测天线的三维方向图。
有益效果
本发明提出的一种基于球面近场扫描外推的天线方向图测试方法，通过近场测试，对得到的数据进行算法外推可获得远场方向图，这样不但缩减了测试距离，而且无需柱面波测试所要求的平面波条件。最终得到天线的三维方向图，可以更加清晰、直观的分析天线性能，具有很大的工程实用价值。
本发明可以实现近距离有效的天线测试，节约测试成本和降低测试难度，同时也为了能得到被测天线的三维方向图，更加准确的分析天线性能。
附图说明
图1：1m的杆天线外推得到三维方向图
图2：θ＝90°理想值与外推值进行比较
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
对长宽高都为1m的一个天线进行近场方向图测试，测试频率为2.4GHz。具体步骤如下：
步骤1：在微波暗室中对被测天线进行近场方向图测试，测试距离R＝2m，从而得到被测天线的近场数据
Figure BDA00003122444400031
其中θ为测试俯仰角，
Figure BDA00003122444400032
为测试的方位角；步进角度为1°；
步骤2：计算天线远场数据
Figure BDA00003122444400033
Figure BDA00003122444400034
其中：
Figure BDA00003122444400035
是天线远场数据，
Figure BDA00003122444400036
是球坐标下的hankel函数，
Figure BDA00003122444400037
是n次m阶的连带的legendre函数，θ0是远场的俯仰角，
Figure BDA00003122444400038
是远场的方位角，R是近场距离，k是波数，e是指数幂，j是虚数，D为被测天线最大直径；
步骤3：对步骤2计算的远场数据
Figure BDA00003122444400039
进行三维作图，得到被测天线的三维方向图。
实施例的外推结果与理想1000米远场结果如图2。从图2可以看出，通过这种测试方法在近场测试距离得到的外推远场能够与理想远场吻合，证明了该方法的有效性，本方法同样也适用RCS测量。

Claims (1)

1.一种基于球面近场扫描外推的天线方向图测试方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在微波暗室中对被测天线进行近场方向图测试，测试距离R＝2m，从而得到被测天线的近场数据
Figure FDA00003122444300011
其中θ为测试俯仰角，
Figure FDA00003122444300012
为测试的方位角；
步骤2：计算天线远场数据
Figure FDA00003122444300014
其中：
Figure FDA00003122444300015
是天线远场数据，
Figure FDA00003122444300016
是球坐标下的hankel函数，
Figure FDA00003122444300017
是n次m阶的连带的legendre函数，θ0是远场的俯仰角，
Figure FDA00003122444300018
是远场的方位角，R是近场距离，k是波数，e是指数幂，j是虚数，D为被测天线最大直径；
步骤3：对步骤2计算的远场数据进行三维作图，得到被测天线的三维方向图。
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