中心議題：

• 探究天線測試方案選擇

解決方案：

• 測量技巧在於選擇正確的天線測試場
• 具體取決於待測的天線

duitianxianyumougeyingyongjinxingpipeixuyaojinxingjingquedetianxianceliang。tianxiangongchengshixuyaopanduantianxianjiangruhegongzuo，yibianquedingtianxianshifoushihetedingdeyingyong。zheyiweizheyaocaiyongtianxianfangxiangtuceliang(APM)和硬件環內仿真(HiL)測量技術
，在過去5年(nian)中(zhong)
，國(guo)防(fang)部(bu)門(men)對(dui)這(zhe)些(xie)技(ji)術(shu)的(de)興(xing)趣(qu)已(yi)經(jing)越(yue)來(lai)越(yue)濃(nong)厚(hou)。雖(sui)然(ran)有(you)許(xu)多(duo)不(bu)同(tong)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)開(kai)展(zhan)這(zhe)些(xie)測(ce)量(liang)，但(dan)沒(mei)有(you)一(yi)種(zhong)能(neng)適(shi)應(ying)各(ge)種(zhong)場(chang)合(he)的(de)理(li)想(xiang)方(fang)法(fa)。例(li)如(ru)
，500MHz以下的低頻天線通常是使用錐形微波暗室(anechoic chamber)，這是20世紀60年代就出現的技術。遺憾的是，大多數現代天線測試工程師不熟悉這種非常經濟的技術，也不完全理解該技術的局限性(特別是在高於1GHz的時候)。因此，他們無法發揮這種技術的最大效用。

隨著對頻率低至100MHz的天線測量的興趣與日俱增

，天線測試工程師理解各種天線測試方法(如錐形微波暗室)的優勢和局限的重要性就愈加突出。在測試天線時

，天線測試工程師通常需測量許多參數
，如輻射方向圖、增益
、阻抗或極化特性。用於測試天線方向圖的技術之一是遠場測試，使用這種技術時待測天線 (AUT)安裝在發射天線的遠場範圍內。其它技術包括近場和反射麵測試。選用哪種天線測試場取決於待測的天線。

為更好地理解選擇過程，可以考慮這種情況：典型的天線測量係統可以被分成兩個獨立的部分
，即發射站和接收站。發射站由微波發射源、可選放大器
、發射天線和連接接收站的通信鏈路組成。接收站由AUT、參考天線
、接收機
、本振(LO)信號源
、射頻下變頻器、定位器、係統軟件和計算機組成。

在傳統的遠場天線測試場中，發射和接收天線分別位於對方的遠場處
，兩者通常隔得足夠遠以模擬想要的工作環境。AUT被距離足夠遠的源天線所照射，以便在AUTdedianqikongjingshangchanshengjiejinpingmiandebozhenmian。yuanchangceliangkeyizaishineihuoshiwaiceshichangjinxing。shineiceliangtongchangshizaiweiboanshizhongjinxing。zhezhonganshiyoujuxingde，yeyouzhuixingde，zhuanmenshejiyonglaijianshaolaiziqiangti、地板和天花板的反射(圖1)。在矩形微波暗室中，采用一種牆麵吸波材料來減少反射。在錐形微波暗室中，錐體形狀被用來產生照射。

這些是典型的室內直射式測量係統
，圖中分別為錐形(左)和矩形(右)測試場
近(jin)場(chang)和(he)反(fan)射(she)測(ce)量(liang)也(ye)可(ke)以(yi)在(zai)室(shi)內(nei)測(ce)試(shi)場(chang)進(jin)行(xing)
，而(er)且(qie)通(tong)常(chang)是(shi)近(jin)場(chang)或(huo)緊(jin)縮(suo)測(ce)試(shi)場(chang)。在(zai)緊(jin)縮(suo)測(ce)試(shi)場(chang)中(zhong)，反(fan)射(she)麵(mian)會(hui)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)平(ping)麵(mian)波(bo)
，用(yong)於(yu)模(mo)擬(ni)遠(yuan)場(chang)行(xing)為(wei)。這(zhe)使(shi)得(de)可(ke)以(yi)在(zai)長(chang)度(du)比(bi)遠(yuan)場(chang)距(ju)離(li)短(duan)的(de)測(ce)試(shi)場(chang)中(zhong)對(dui)天(tian)線(xian)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)。在(zai)近(jin)場(chang)測(ce)試(shi)場(chang)中(zhong)，AUT被放置在近場，接近天線的表麵上的場被測量。隨後測量數據經過數學轉換
，即可獲得遠場行為 (圖2)。圖3顯示了在緊縮測試場中由靜區上的反射麵產生的平麵波。 一般來說，10個波長以下的天線(中小型天線)最容易在遠場測試場中測量
，這是因為在可管理距離內往往可以輕鬆滿足遠場條件。對大型天線 (electrically large antenna)

、反射麵和陣列(超過10個波長)來說
，遠場通常在許多波長以外。因此，近場或緊縮測試場可以提供更加可行的測量選項，而不管反射麵和測量係統的成本是否上升。
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假jia設she天tian線xian測ce試shi工gong程cheng師shi想xiang要yao在zai低di頻pin下xia進jin行xing測ce量liang。國guo防fang部bu門men對dui此ci尤you感gan其qi興xing趣qu，因yin為wei他ta們men需xu要yao研yan究jiu諸zhu如ru在zai低di頻pin下xia使shi用yong天tian線xian等deng事shi項xiang，以yi便bian更geng好hao地di穿chuan透tou探tan地di雷lei達da (GPR)係統中的結構(針對工作在400MHz範圍的射頻識別(RFID)標簽)，以及支持更高效的無線電設備(如軟件定義無線電(SDR))和數字遙感無線電設備。在這種情況下，微波暗室可以為室內遠場測量提供足夠好的環境。

矩ju形xing和he錐zhui形xing是shi兩liang種zhong常chang見jian的de微wei波bo暗an室shi類lei型xing
，即ji所suo謂wei的de直zhi接jie照zhao射she方fang法fa。每mei種zhong暗an室shi都dou有you不bu同tong的de物wu理li尺chi寸cun，因yin此ci會hui有you不bu同tong的de電dian磁ci行xing為wei。矩ju形xing微wei波bo暗an室shi處chu於yu一yi種zhong真zhen正zheng的de自zi動dong空kong間jian狀zhuang態tai，而er錐zhui形xing暗an室shi利li用yong反fan射she形xing成cheng類lei似si自zi由you空kong間jian的de行xing為wei。由you於yu使shi用yong了le反fan射she的de射she線xian，因yin此ci最zui終zhong形xing成cheng的de是shi準zhun自zi由you而er非fei真zhen正zheng自zi由you的de空kong間jian。

眾(zhong)所(suo)周(zhou)知(zhi)，矩(ju)形(xing)暗(an)室(shi)比(bi)較(jiao)容(rong)易(yi)製(zhi)造(zao)，在(zai)低(di)頻(pin)情(qing)況(kuang)下(xia)的(de)物(wu)理(li)尺(chi)寸(cun)非(fei)常(chang)大(da)，而(er)且(qie)隨(sui)著(zhe)頻(pin)率(lv)的(de)提(ti)高(gao)工(gong)作(zuo)性(xing)能(neng)會(hui)更(geng)好(hao)。相(xiang)反(fan)
，錐(zhui)形(xing)暗(an)室(shi)製(zhi)造(zao)起(qi)來(lai)較(jiao)複(fu)雜(za)，也(ye)更(geng)長(chang)一(yi)些(xie)，但(dan)寬(kuan)度(du)和(he)高(gao)度(du)比(bi)矩(ju)陣(zhen)暗(an)室(shi)要(yao)小(xiao)。隨(sui)著(zhe)頻(pin)率(lv)的(de)提(ti)高(gao)(如2GHz以上)
，對錐形暗室的操作必須十分小心才能確保達到足夠高的性能。

通過研究每種暗室中使用的吸波措施可以更清楚地認識矩形和錐形暗室之間的區別。在矩形暗室中
，關鍵是要減小被稱為靜區(QZ)的暗室區域中的反射能量。靜區電平是進入靜區的反射射線與從源天線到靜區的直接射線之差
，單位是dB。對於給定的靜區電平，這意味著後牆要求的正常反射率需等於或大於要達到的靜區電平。

由(you)於(yu)矩(ju)形(xing)暗(an)室(shi)中(zhong)的(de)反(fan)射(she)是(shi)一(yi)種(zhong)斜(xie)入(ru)射(she)，這(zhe)會(hui)使(shi)吸(xi)波(bo)材(cai)料(liao)的(de)效(xiao)率(lv)打(da)折(zhe)扣(kou)，因(yin)此(ci)側(ce)牆(qiang)非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)。但(dan)是(shi)，由(you)於(yu)存(cun)在(zai)源(yuan)天(tian)線(xian)的(de)增(zeng)益(yi)，隻(zhi)有(you)較(jiao)少(shao)的(de)能(neng)量(liang)照(zhao)射(she)到(dao)側(ce)牆(qiang)(地板和天花板)，因此增益差加上斜入射反射率必須大於或等於靜區反射率水平。

通常隻有源和靜區之間存在鏡麵反射的側牆區域需要昂貴的側牆吸波材料。在其它的例子中(例如在位於源後麵的發射端牆處)，可以使用更短的吸波材料。在靜區周圍一般使用楔形吸波材料
，這樣有助於減少任何後向散射，並防止對測量造成負麵影響。

錐形暗室中采用什麼吸波措施呢？開發這種暗室的最初目的是為了規避矩形暗室在頻率低於500MHz時shi的de局ju限xian性xing。在zai這zhe些xie低di頻pin頻pin段duan，矩ju形xing暗an室shi不bu得de不bu使shi用yong低di效xiao率lv天tian線xian，而er且qie必bi須xu增zeng加jia側ce牆qiang吸xi波bo材cai料liao的de厚hou度du來lai減jian少shao反fan射she並bing提ti高gao性xing能neng。同tong樣yang，必bi須xu增zeng加jia暗an室shi尺chi寸cun以yi適shi應ying更geng大da的de吸xi波bo材cai料liao。采cai用yong較jiao小xiao的de天tian線xian不bu是shi解jie決jue之zhi道dao，因yin為wei更geng低di的de增zeng益yi意yi味wei著zhe側ce牆qiang吸xi波bo材cai料liao仍reng必bi須xu增zeng大da尺chi寸cun。

錐形暗室沒有消除鏡麵反射。錐體形狀使鏡麵區域更接近饋源(源天線的孔徑)，因此鏡麵反射成為照射的一部分。鏡麵區域可以用來通過形成一組並行射線入射進靜區，從而產生照射。如圖3所示
，最終的靜區幅度和相位錐度接近自由空間中的期望值。 使用陣列理論可以更清楚地解釋錐形暗室的照射機製。考慮饋源由真實的源天線和一組映像組成。如果映像遠離源(在電氣上)，那麼陣列因子是不規則的(例如有許多紋波)。如果映像比較靠近源，那麼陣列因子是一個等方性圖案。對位於(遠場中的)AUT處的觀察者來說，他看到的源是源天線加上陣列因子後的圖案。換句話說，陣列將看起來像是自由空間中的獨立天線。
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在錐形暗室中，源天線非常關鍵，特別是在較高頻率時(如2GHz以上)，此時暗室行為對細小的變化更加敏感(圖4)。整(zheng)個(ge)錐(zhui)體(ti)的(de)角(jiao)度(du)和(he)處(chu)理(li)也(ye)很(hen)重(zhong)要(yao)。角(jiao)度(du)必(bi)須(xu)保(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)，因(yin)為(wei)錐(zhui)體(ti)部(bu)分(fen)角(jiao)度(du)的(de)任(ren)何(he)變(bian)化(hua)將(jiang)引(yin)起(qi)照(zhao)射(she)誤(wu)差(cha)。因(yin)此(ci)測(ce)量(liang)時(shi)保(bao)持(chi)連(lian)續(xu)的(de)角(jiao)度(du)是(shi)實(shi)現(xian)良(liang)好(hao)錐(zhui)形(xing)性(xing)能(neng)的(de)關(guan)鍵(jian)。 與(yu)矩(ju)形(xing)暗(an)室(shi)一(yi)樣(yang)，錐(zhui)形(xing)暗(an)室(shi)中(zhong)的(de)接(jie)收(shou)端(duan)牆(qiang)體(ti)吸(xi)波(bo)材(cai)料(liao)的(de)反(fan)射(she)率(lv)必(bi)須(xu)大(da)於(yu)或(huo)等(deng)於(yu)所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)靜(jing)區(qu)電(dian)平(ping)。側(ce)牆(qiang)吸(xi)波(bo)材(cai)料(liao)沒(mei)有(you)那(na)麼(me)重(zhong)要(yao)
，因(yin)為(wei)從(cong)暗(an)室(shi)立(li)方(fang)體(ti)部(bu)分(fen)的(de)側(ce)牆(qiang)處(chu)反(fan)射(she)的(de)任(ren)何(he)射(she)線(xian)會(hui)被(bei)後(hou)牆(qiang)進(jin)一(yi)步(bu)吸(xi)收(shou)(後牆處有性能最好的吸波材料)。作為一般的“經驗之談”，立方體上的吸波材料的反射率是後牆吸波材料的一半。為減少潛在的散射，吸波材料可以呈45度角或菱形放置
，當然也可以使用楔形材料。

表biao中zhong提ti供gong了le典dian型xing錐zhui形xing微wei波bo暗an室shi的de特te性xing，可ke以yi用yong來lai與yu典dian型xing的de矩ju形xing暗an室shi作zuo比bi較jiao。較jiao少shao量liang的de錐zhui形xing吸xi波bo材cai料liao意yi味wei著zhe更geng小xiao的de暗an室shi
，因yin此ci成cheng本ben更geng低di。這zhe兩liang種zhong暗an室shi提ti供gong基ji本ben相xiang同tong的de性xing能neng。不bu過guo需xu要yao注zhu意yi的de是shi，矩ju形xing暗an室shi要yao想xiang達da到dao與yu錐zhui形xing暗an室shi相xiang同tong的de性xing能neng，必bi須xu做zuo得de更geng大da
，采cai用yong更geng長chang的de吸xi波bo材cai料liao和he數shu量liang更geng多duo的de吸xi波bo材cai料liao。
雖(sui)然(ran)從(cong)前(qian)麵(mian)的(de)討(tao)論(lun)中(zhong)可(ke)以(yi)清(qing)楚(chu)地(di)知(zhi)道(dao)，在(zai)低(di)頻(pin)時(shi)錐(zhui)形(xing)暗(an)室(shi)可(ke)以(yi)比(bi)矩(ju)形(xing)暗(an)室(shi)提(ti)供(gong)更(geng)多(duo)的(de)優(you)勢(shi)
，但(dan)測(ce)量(liang)數(shu)據(ju)表(biao)明(ming)錐(zhui)形(xing)暗(an)室(shi)具(ju)有(you)真(zhen)正(zheng)的(de)可(ke)用(yong)性(xing)。圖(tu)5 是一個200MHz至40GHz的小型錐形暗室，外形尺寸為12×12×36英尺，靜區大小為1.2米。這裏采用了一個雙脊寬帶喇叭天線照射較低頻率的靜區。然後利用安捷倫(Agilent)公司的N9030A PXA頻譜分析儀以一個對數周期天線測量靜區。在200MHz點測得的反射率大於30Db(如圖6所示)。圖7 和圖8分別顯示了饋源頂部的源天線和靜區中的掃描天線。
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有許多像APM和HiL那樣的不同方法可進行天線測量。測量技巧在於選擇正確的天線測試場
，具體取決於待測的天線。對於中型天線(10個波長大小)，推薦使用遠場測試場。另一方麵
，錐形暗室可以為低於500MHz的頻率提供更好的解決方案。它們也可以用於2GHzyishangdepinlv
，dancaozuoshixuyaobeijiaxiaoxincainengquebaohuodezugouhaodexingneng。tongguolejiezhuixingweiboanshidezhengqueshiyong，jintiandetianxianceshigongchengshikeyishiyongfeichangyouyongdegongjukaizhan100MHz至300MHz以及UHF範圍的天線測量。