3、探头型式的选择
无论是采用何种扫描形式,测量常规非扫描天线方向图,都希望探头的极化纯度高、弱方向性且前向无零点。满足这几个条件的理想探头为偶极子和开口波导[9]。由于测试系统动态范围限制,因此用这种探头测量低副瓣天线会引入较大的测量误差。所以Grimm 等人[10]提出了用“零探头” 的方法进行测量,Hannssen等人[11]用此方法对副瓣为-49dB的天线进行了测量,并与直接远场法测量结果进行了比较,其结论是“零探头” 的测量结果更接近于理论值。
4、误差分析
近场测量系统是个复杂的系统,对天线测量有影响的误差源有18项之多,按其产生的原因可分为四个方面:
· 理论计算式及数值计算所产生的误差;
· 测试仪表及设备产生的误差;
· 环境产生的误差;
·探头天线所产生的误差,
对于平面扫描的情况,这些误差对天线参数影响的上界已由Newell等人给出了解析表达式[7,12-14],并由Jensen等人进行计算机模拟[10,15];
对于柱面和球面扫描,过些误差源对天线电参数的影响的误差上界尚未完成。表3给出了平面近场测量系统的典型的误差值及影响的电参数。其中理论公式和计算引入的误差只要按表2准则进行选取取样间隔和间距,则这些误差可以忽略不计。
表3 平面近场测量的误差(平均值)
误差的类型 | 典型值 | 最优值 | 影响的电参数 | ||
探 头 | 定位 | 0.50mm | 0.13mm | 副瓣 | |
位置 | 0.25mm | 0.05mm | 副瓣 | ||
振动 | 0.13mm | 0.01mm | 副瓣 | ||
被测天线瞄准 | 0.1度 | 0.01度 | 瞄准 | ||
增益 | 0.5dB | 0.1dB | 副瓣 | ||
瞄准 | 1度 | 0.25度 | 副瓣 | ||
方向图 | 1.0dB | 0.25dB | 副瓣 | ||
散射 | -35dB | -50dB | 副瓣 | ||
仪 器 | 相位 | 渐变 | 5度 | 0.5度 | 瞄准 |
随机 | 5度 | 0.5度 | 副瓣 | ||
幅 度 |
非线性 | 1.0dB | 0.2dB | 副瓣 | |
随机 | 0.3dB | 0.1dB | 副瓣 | ||
动态范围 | 40dB | 60dB | 增益 | ||
截断 | ±60度 | ±75度 | 副瓣 | ||
环 境 |
室内散射 | -45dB | -60dB | 副瓣 | |
泄漏 | -40dB | -65dB | 副瓣 | ||
混叠 | 0.5dB | 0.1dB | 副瓣 |
三、近场测量技术的现状
分布及性能指标
从70年代后期,近场测量技术已走向适用化,据不完全统计世界已有五十多家研究机构相继建立了近场测量系统,如表4所示,它们的功能和部分技术指标如表5所示。
表4 近场测量系统的分布
平面 | 球面 | 柱面 |
乔治亚理工学院 马丁公司 赖特--帕特森空军研究所 休斯飞机公司 德克萨斯仪表公司 联邦政府通用电气公司 得力芬肯通用电气公司 奈唯斯NASA 奈唯斯航天工程中心 桑得斯协会 通用动力研究所 马可吉尔大学 埃克里森无线电研究所 MIT林肯实验室 NTO物理实验室 BDM有限公司 汤姆逊协会 Chun Shao科技大学 NASA约翰逊空间中心 国家军事航空站 西屋电气公司 |
乔冶亚理工学院 NIST 亚太兰大科学公司 马可尼电气公司 马可尼空间防御研究所 休斯飞机公司 欧洲空间技术研究所 全国通讯研究中心 波音飞机公司 波尼斯顿无线电中心 埃利托勒飞机公司 通用动力公司 通用电气公司空间部 联邦航空局 奈托肯尼航空站 科学咨询中心 路易斯研究发展中心 丹麦技术大学 |
英国飞机公司 康奈尔大学 哈里斯有限公司 |
平面/柱面 | ||
乔治亚理工学院 NIST 兵器发展研究所 |
||
平面/柱面/球面 德克萨斯仪表公司 墨西哥州物理实验室 西安电子科技大学 南京14所 航天部504所 电子部39所 兵器部206所 |
||
柱面/球面 | ||
埃里克森无线电中心 | ||
极平面 | ||
喷气动力公司 |
表5 近场测量系统的部分技术指标和功能
电 指 标 |
频 率 |
单频 | 0.045~140GHz |
扫频 | 0.045~140GHz | ||
幅 度 |
动态范围 | ≥95dBm | |
灵敏度 | ≤-110dBm | ||
精度 | 0.05dB/10dB±0.2dB | ||
相 位 |
范围 | ±180° | |
精度 | 0.4°/10dB±1个字 | ||
计算精度 | 相当于-90dBm的反射电平 | ||
测量的最大电尺寸 | D/λ≤5000 | ||
扫描面尺寸 | 1m×1m~25m×25m | ||
速度 | 运动 | ≤20cm/s | |
转动 | ≤10圈/分 | ||
精度 | 运动 | ≤0.01mm | |
转动 | ≤0.18' | ||
运动的轴数 | ≤8 | ||
功能 | 辐射测量和散射测量 |