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从准远场距离获得计算远场方向图的设计方法详解

作者:时间:2017-10-21来源:网络

  一、研究背景

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/367014.htm

  在内对进行测试是一种常用的方法。由于暗室尺寸的限制,对增益较高的天线,往往不能满足远场测试条件。在这种情况下测试结果与远场情况下的测试结果有较大差异。本报告给出了一种由距离上测得的计算远场的方法。

  二、修正算法的基本原理

  如图1所示的AUT为,天线沿着y轴方向的尺寸较小,容易满足远场条件,而x方向的尺寸较大,不满足远场条件。针对这类天线的,可以采用该方法进行修正。

  

  图1 天线坐标系

  以oy为轴作一个能完全包围待测天线的最小柱面,设该柱面的半径为rmin。在该柱面之外,天线产生的电场可表示成矢量波函数的加权和,即

  (1)

  令场点位于xoz平面(即y=0),且ρ较大时,式(1)可以表示为

  (2)

  其中:Nm=krmin+10

  由于场点(ρ,φ,0)已经处于天线的准远区,且ρ相对于天线的垂直尺寸(y轴方向)已经很大了,对上式中的积分可以采用一维驻相法进行计算,并考虑到,从而有

  (3)

  对于任意的线极化电场分量均可以表示为

   (4)

  如果在ρ=ρo处测得电场为Em,则有

   (5)

  可以求出

   (6)

  将Cn代入公式(5),命ρ→∞,则得到天线远场为

  (7)

  其中,C为与角度无关的常数,可以略去。天线的远场方向图为

   (8)

  基于以上关系式,容易得到远场条件下天线增益与条件下增益的差值为

  

  三、数值仿真验证

  为了验证该算法的正确性,进行数值仿真验证。选取一个工作频率为900MHz,口径为2.6m的阵列天线进行数值仿真分析,测试距离为29m(该测试距离不满足远场条件)。数值仿真流程和数值仿真结果图3所示。

  

  

  图3 数值仿真结果

  由图3可知,测试结果(Measured Pattern)与理论结果(Theoretic Pattern)差别较大,修正后的结果(Corected Pattern)与理论结果(Theoretic Pattern)吻合很好。

  四、实验验证

  为了验证以上算法的正确性,对给定的天线分别按如下两种方法测试:准远场测试和球面近场测试。通过修正算法对准远场测试结果进行修正,并将修正得到的远场方向图与球面近场得到的方向图进行对比,结果如图4所示。

  

  图4 实验结果与修正结果

  图4可知,准远场测试结果(Comba Finite Field)与球面近场测试结果(Comba SG128)有较大差距,修正结果(Corrected Far Field)与球面近场测试结果(Comba SG128)吻合良好。

  五、结论

  经过数值仿真分析和实验测试证明了上述算法的可行性与准确性。



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