天線近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)性能測(cè)量比較new

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)2002年第1期空間電子技術(shù)55天線近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)性能測(cè)量比較鐘鷹①(西安空間無(wú)線電技術(shù)研究所，西安710000)摘要敘述了用一副Ku賦形反射面天線，把天線近場(chǎng)測(cè)量所得結(jié)果與遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量所得結(jié)果進(jìn)行比較，主極化方向圖的一致性說(shuō)明近場(chǎng)測(cè)量的可靠性。與理論分析也做了比較，說(shuō)明近場(chǎng)測(cè)量結(jié)果與理論完全吻合。在交叉極化的測(cè)量方面，給出了與理論值的比較結(jié)果，在高交叉極化電平的分布趨勢(shì)是一致的，但誤差較大。天線正確的校準(zhǔn)是減少誤差的關(guān)鍵。主題詞天線測(cè)量遠(yuǎn)場(chǎng)近場(chǎng)1前言現(xiàn)代衛(wèi)星天線對(duì)天線測(cè)量技術(shù)提出了新的要求。例如對(duì)頻率復(fù)用

2、的衛(wèi)星天線來(lái)講，對(duì)交叉極化的測(cè)量要求達(dá)到一35±2dB的測(cè)量精度。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量由于受地面反射波的影響，難以達(dá)到這么高的測(cè)量精度。另外，遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量還受周圍電磁干擾、氣候條件、有限測(cè)試距離、環(huán)境污染和物體的雜亂反射等因素的影響，已經(jīng)越來(lái)越難以適應(yīng)現(xiàn)代衛(wèi)星天線的測(cè)量要求。新一代的天線測(cè)量技術(shù)是以近場(chǎng)測(cè)量和緊縮場(chǎng)測(cè)量為代表的。近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)利用探頭在天線口面上做掃描運(yùn)動(dòng)，測(cè)量口面上的幅度和相位，然后把近場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)場(chǎng)。由于近場(chǎng)測(cè)量只需測(cè)量天線口面上的場(chǎng)，就可避免遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量的諸多缺點(diǎn)，而成為獨(dú)立的一門測(cè)量技術(shù)。但近場(chǎng)測(cè)

3、量結(jié)果不是直接的遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，需通過(guò)傅里葉數(shù)學(xué)變換才能成為遠(yuǎn)場(chǎng)。于是測(cè)量結(jié)果可信度曾引起人們的質(zhì)疑，對(duì)近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的鑒定和驗(yàn)證就非常必要。1996年我所從以色列引進(jìn)近場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室后進(jìn)行了鑒定和評(píng)審，當(dāng)時(shí)對(duì)&娘天線的一塊子板進(jìn)行了遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)的：i貝!I量對(duì)比。本文敘述了Ku頻段反射面賦形波束天線遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)的對(duì)比，以驗(yàn)證近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)賦形波束反射面天線是完全可行的。2比較天線用于比較用的無(wú)線是sr衛(wèi)星的Ku全國(guó)波束天線。天線采用偏置反射面型式，口徑0．8m，焦距0．6m。天線是全國(guó)波束的收發(fā)共用天線，用反射面賦形技術(shù)實(shí)

4、現(xiàn)對(duì)國(guó)土的賦形，對(duì)長(zhǎng)江以南、云貴高原、臺(tái)灣海峽等多雨地區(qū)實(shí)現(xiàn)3．5dB的加權(quán)。反射面由碳纖維鋁蜂窩材料①研究員收稿日期：2001一12—21萬(wàn)方數(shù)據(jù)空間電子技術(shù)2002年第1期做成，用圓錐形緊湊式波紋喇叭饋電。對(duì)全國(guó)賦形的邊緣增益指標(biāo)為26．1dB(上行)和25．6dB(下行)，加權(quán)區(qū)的增益要求為29．6dB(上行)和29．1dB(下行)。收發(fā)采用正交線極化。3比較用的近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室3．1近場(chǎng)吸波室我所吸波室于80年代建成。整個(gè)吸波室是全屏蔽的，屏蔽性能優(yōu)于一100dB。里層是吸波材料層，5個(gè)面都掛有吸波

5、材料，地面鋪有吸波材料。反射系數(shù)指標(biāo)為一40dB。近場(chǎng)測(cè)量設(shè)備是由以色列orbit公司引進(jìn)的并安裝在吸波室內(nèi)。它由平面掃描架、控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)臺(tái)、射頻系統(tǒng)組成。掃描架有效掃描范圍14m×9m，掃描架有4個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，X、Y、Z以及極化軸。X軸與地面平行，它的兩根導(dǎo)軌安放在鋼板焊成的箱體上，箱體結(jié)構(gòu)剛度好，從而保證了Y塔架運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。Y軸是垂直塔架，由矩形截面的鋼管焊接而成。塔架的整體剛度足以承受運(yùn)動(dòng)中的驅(qū)動(dòng)力。4個(gè)軸均采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，伺服閉環(huán)控制方式。X，Y，Z三個(gè)方向的位置均用旋轉(zhuǎn)式角編碼器讀出，分辨率為0．

6、0025mm．近場(chǎng)測(cè)量的精度很大程度上取決于掃描架的精度，驗(yàn)收時(shí)X軸的直線度為0．0375mm，Y軸的垂直度0．0635mm，掃描架的平面度為O．139mm．在測(cè)量軟件的控制下，探頭最高定位精度可達(dá)0．25mm．3．2遠(yuǎn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室介紹遠(yuǎn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室是90年代建立起來(lái)的半開(kāi)放測(cè)試場(chǎng)。接收端的半開(kāi)放吸波室其高度16m．吸波室內(nèi)部是8m立方空間，面對(duì)發(fā)射端的一壁用橡膠薄膜覆蓋，其它4個(gè)面粘貼吸波材料。吸波室內(nèi)有SA公司的55240三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，由2083天線測(cè)試儀控制轉(zhuǎn)臺(tái)和采集數(shù)據(jù)。天線測(cè)量采用低架法，距離為250m，用角

7、錐喇叭做發(fā)射。測(cè)量前進(jìn)行了場(chǎng)地檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果為：C頻段達(dá)到±0．25dB性能要求，口面相位差18。；Ku頻段達(dá)到±0．5dB，口面相位差36。．4測(cè)量方法介紹4．1方向圖的測(cè)量4．1．1近場(chǎng)測(cè)量把對(duì)比天線放置在平臺(tái)上，校準(zhǔn)好天線的指向和極化的方向。確定測(cè)試距離、掃描范圍和掃描中心位置。以中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，探頭以X軸為步進(jìn)軸，以Y軸為掃描軸在天線口面上做掃描運(yùn)動(dòng)。接收機(jī)按半波長(zhǎng)間隔采集數(shù)據(jù)，所采集的口面場(chǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在文件中。測(cè)量結(jié)果進(jìn)行近場(chǎng)一遠(yuǎn)場(chǎng)變換，然后繪制在星視地圖上。變換所使用的基本公式是：面。州，=譬(_

8、筍)乒s(Ⅺ，h)擴(kuò)‘‘¨拶)壓(1)式中忌——自由空間的波數(shù)ES(X“s)——口徑面上的場(chǎng)分布Xs，Ys——口徑面上的坐標(biāo)萬(wàn)方數(shù)據(jù)2002年第1期鐘鷹：天線近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)性能測(cè)量比較57A——整個(gè)掃描口面由于引進(jìn)設(shè)備軟件與繪圖軟件的不兼容性，近遠(yuǎn)場(chǎng)變換程序由我們自己按公式(1)編寫完成。4．1．2遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，對(duì)比天線安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上。代表天線波束指向的望遠(yuǎn)鏡指向發(fā)射天線，調(diào)整好天線極化。轉(zhuǎn)臺(tái)在天線控制器的控制下