基于PNA多通道掃頻近場(chǎng)測(cè)量速度與精度分析

李 勇 李焱明 傅德民 于 丁 歐 杰

(西安電子科技大學(xué)天線與微波技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安710071)

1.引 言

近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)以其獲取信息量大、所需場(chǎng)地小、可全天候工作、環(huán)境影響小以及安全保密等一系列優(yōu)點(diǎn),在現(xiàn)代天線測(cè)試中獲得了廣泛的應(yīng)用,已被IEEE指定為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法[1]。由于近場(chǎng)測(cè)量是用特性已知的探頭在包圍待測(cè)天線的某一幾何表面進(jìn)行掃描,通過采樣均勻網(wǎng)格點(diǎn)上的幅相數(shù)據(jù)進(jìn)行近遠(yuǎn)場(chǎng)變換求得天線遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特性的方法。該方法掃描(機(jī)械或電掃描)過程需要一定的時(shí)間,而且傳統(tǒng)的近場(chǎng)測(cè)量一次掃描僅能測(cè)得單一頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

現(xiàn)代相控陣天線、寬帶天線和多通道天線的發(fā)展,要求對(duì)天線進(jìn)行多波束、多頻點(diǎn)和多通道的測(cè)量,以全面檢定天線的輻射特性,這對(duì)近場(chǎng)方法提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),迫切需要提高近場(chǎng)測(cè)量的效率。本文基于Agilent新型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA,研究了多通道掃頻近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的特性,針對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量速度和精度問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論,并對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍、接收機(jī)的幅相漂移、測(cè)量的位置誤差等主要誤差源進(jìn)行了分析,給出了提高測(cè)量精度的方法[2]。

2.PNA特點(diǎn)與近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)配置

網(wǎng)絡(luò)分析儀作為全面測(cè)定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的儀器,從1985年有公司創(chuàng)造性地將其用于天線和RCS(Radar Cross Section)測(cè)試開始,至今這種卓越的新技術(shù)已經(jīng)演變成天線和RCS測(cè)量的專用微波接收機(jī)。Agilent新推出的PNA系列網(wǎng)絡(luò)分析儀,具有高速度和高精度特性,能夠滿足現(xiàn)代復(fù)雜天線的多功能測(cè)試需求,通過提供快掃描速度、寬動(dòng)態(tài)范圍、低跡線噪聲和靈活的連接能力,為天線和RCS測(cè)量提供了有力的技術(shù)保障。

接收機(jī)的中頻帶寬IFBW(Intermedial F-reguency Bandwidth)影響著接收機(jī)的測(cè)量精度和靈敏度。以10 kHz IFBW為例,PNA(帶有選件014)的靈敏度為-104 dBm,優(yōu)于通常 8530A/8511,8720等系統(tǒng)6～14 d Bm。PNA的測(cè)量速度為20μs(40 k Hz IFBW)和119μs(10 kHz IFBW),明顯快于8530A的200μs的數(shù)據(jù)采集時(shí)間。當(dāng)近場(chǎng)測(cè)試范圍較大或進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)配置時(shí),需增加外部信號(hào)源,此時(shí)PNA的頻率捷變時(shí)間為4～6 ms,比85301B系統(tǒng)的6～8 ms快25%～33%。為進(jìn)一步提高性能,PNA也可以采用外混頻配置,此時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍、壓縮電平、混頻器匹配、隔離度等指標(biāo)均與85301B一致。PNA提供29種IFBW選擇,使得用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用和測(cè)試需求對(duì)系統(tǒng)的靈敏度和測(cè)試速度進(jìn)行優(yōu)化。

近場(chǎng)測(cè)量屬于數(shù)據(jù)密集型采集,PNA的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力與快速傳輸性能相結(jié)合的功能,解決了數(shù)據(jù)量大的難題。為緩沖和傳輸數(shù)據(jù),PNA最多提供16條通道,每條通道數(shù)據(jù)容量為16001個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。采用基于LAN的DCOM快速數(shù)據(jù)傳輸方式,可在2 ms內(nèi)完成1601個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的傳輸,在121 ms內(nèi)完成16001個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。對(duì)近場(chǎng)測(cè)量可以在整個(gè)掃描完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,也可在每行掃描完成后傳輸數(shù)據(jù)。

PNA提供的掃描模式,允許用戶以升序、降序或任意和隨機(jī)跳頻進(jìn)行掃描。尤其降序的反向掃頻功能特別適合于近場(chǎng)掃頻測(cè)量。近場(chǎng)掃描過程中,在探頭移動(dòng)的一個(gè)方向上,PNA可以從F1掃描到Fn;當(dāng)探頭反向時(shí),為保證采樣網(wǎng)格點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,頻率應(yīng)從Fn掃描到F1。從而實(shí)現(xiàn)了近場(chǎng)掃頻測(cè)量的雙向掃描,最大限度地降低數(shù)據(jù)采集和掃描時(shí)間。

PNA接收機(jī)具有四個(gè)內(nèi)置測(cè)試接收機(jī)(A,B,R1,R2),在無(wú)需配置外部PIN開關(guān)的情況下,可以同時(shí)測(cè)量最多三條測(cè)試通道(或天線端口),即PNA可以在一個(gè)數(shù)據(jù)采集周期中同時(shí)測(cè)量A/R1、B/R1和R2/R1。以單脈沖天線為例,對(duì)于和支路、方位差以及俯仰差三個(gè)測(cè)試端口,可以在一個(gè)采集周期內(nèi)完成數(shù)據(jù)的采集功能,明顯地降低了數(shù)據(jù)采集時(shí)間。采用PNA的典型近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)配置如圖1。

圖1 PNA典型近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)配置

從配置中看出AUT的三個(gè)端口被直接連到接收機(jī),并同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于X波段陣列脈沖天線,假設(shè)有32個(gè)波束狀態(tài)、3個(gè)端口、1個(gè)極化狀態(tài)和5個(gè)頻率點(diǎn),近場(chǎng)掃描網(wǎng)格為101×101,則每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)為:(天線端口數(shù))×(極化數(shù))×(波束狀態(tài)數(shù))×(頻率點(diǎn)數(shù)),即3×1×32×5=480。PNA可以在38 ms內(nèi)完成480個(gè)點(diǎn)的測(cè)量。每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均采集時(shí)間79μs。PNA的測(cè)量時(shí)間計(jì)算包括采集時(shí)間、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間、回掃時(shí)間和分析儀開銷時(shí)間。對(duì)于上述測(cè)試方案,PNA完成所有網(wǎng)格點(diǎn)掃描時(shí)間為7 min,該速度是85301B天線測(cè)試系統(tǒng)的2到5倍。若探頭的掃描速度為12 cm/s,采樣間隔15 mm,完成一遍掃描的時(shí)間為21 min,因此,對(duì)于簡(jiǎn)單的測(cè)量方案,探頭的最大掃描速度,往往是決定總測(cè)量時(shí)間的關(guān)鍵因素[3]。

3.提高系統(tǒng)精度方法

精度和速度是近場(chǎng)測(cè)量的關(guān)鍵指標(biāo),如何在快速測(cè)量的同時(shí),保證系統(tǒng)的測(cè)量精度,是需要我們認(rèn)真研究的問題。

3.1 動(dòng)態(tài)范圍

網(wǎng)絡(luò)分析儀達(dá)到最大的動(dòng)態(tài)范圍,對(duì)于檢測(cè)微波器件的特性和超低副瓣天線測(cè)試非常重要,以至成為確定測(cè)試性能的關(guān)鍵因素。為保證測(cè)量系統(tǒng)具有最大的動(dòng)態(tài)范圍,有必要了解動(dòng)態(tài)范圍的基本概念和提高動(dòng)態(tài)范圍的方法[4]。設(shè)Pmax為滿足誤差要求的最大輸入功率電平,它的取值決定于接收機(jī)的飽和壓縮電平;Psig為測(cè)試端口的實(shí)際功率電平,測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),我們希望Psig盡可能接近Pmax;Pmin為系統(tǒng)能夠檢測(cè)到的最小功率電平(靈敏度),由接收機(jī)的噪聲電平?jīng)Q定。接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍定義為:Drec=Pmax-Pmin,而測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍定義為:Dsys=Psig-Pmin。噪聲電平是決定動(dòng)態(tài)范圍的重要參數(shù),通常使用RMS值定義噪聲電平。噪聲電平?jīng)Q定了儀器所能測(cè)量的最小功率電平,該電平限制了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。噪聲電平可以通過平均或減小IFBW得以改善。由于接收機(jī)的噪聲電平引起的測(cè)量誤差是天線測(cè)量的重要誤差源之一,而該誤差對(duì)測(cè)量不確定性的影響,取決于信號(hào)與噪聲的比值。動(dòng)態(tài)范圍和信噪比定義如圖2。通常在平均噪聲電平上增加10 dB,來(lái)定義峰值噪聲電平,確保99.96%的噪聲電平低于該峰值電平。峰值噪聲電平將用于決定信噪比值。

近場(chǎng)測(cè)量探頭最大接收幅度信號(hào)近似等于

式中:GP、Ga分別為探頭和AUT的增益;a0為輸入到待測(cè)天線端口的功率。

為減小低副瓣測(cè)量的噪聲影響,由圖3噪聲引起的幅相誤差曲線可知,b0(P)max至少應(yīng)高于峰值噪聲電平50 dB。因而為了保證近場(chǎng)測(cè)量的幅度和相位精度,一方面可通過增加a0或探頭的增益或二者的組合來(lái)達(dá)到要求;另一方面,可通過平均或減小IFBW等方法降低系統(tǒng)噪聲電平,來(lái)增加系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍[5]。

平均功能是降低噪聲電平的有效方法之一,付出的代價(jià)是增加了測(cè)量時(shí)間。PNA和其他矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀采用指數(shù)權(quán)的復(fù)數(shù)平均,即矢量平均。平均因子每增加一倍,信噪比將增加3 d B,但測(cè)量時(shí)間也將成倍增加。而改變系統(tǒng)的IFBW將影響接收機(jī)數(shù)據(jù)采集的數(shù)字濾波器帶寬,通過減小IFBW濾除IFBW外的噪聲來(lái)降低噪聲電平。接收機(jī)的軌跡噪聲隨10倍log(IFBW)而變化,即要降低10 d B噪聲電平,需將IFBW減小10倍,接收機(jī)的掃描速度與IFBW成反比。圖4給出了PNA接收機(jī)在四種不同頻率(1、3、7、9 GHz)時(shí)RMS噪聲電平與IFBW關(guān)系的試驗(yàn)曲線。表1給出了在10 k Hz快速IFWB情況下,若要降低10 d B或20 d B噪聲電平,平均功能或改變IFBW對(duì)掃描時(shí)間的影響。

圖4 IFBW與噪聲電平關(guān)系曲線

表1 平均功能與IFBW對(duì)掃描速度的影響

平均和減小IFBW都能降低系統(tǒng)的噪聲電平。平均功能由于要多次采集軌跡數(shù)據(jù),并進(jìn)行修改和顯示,因而耗時(shí)較多;PNA的多種IFBW選擇,為噪聲電平的降低和測(cè)量速度優(yōu)化提供了靈活性。總之實(shí)際測(cè)量時(shí),應(yīng)根據(jù)測(cè)量方案合理選擇平均因子和IFBW,才能使測(cè)試精度和速度得到優(yōu)化。

3.2 幅相漂移

隨著現(xiàn)代儀表技術(shù)的發(fā)展,接收機(jī)和信號(hào)源已經(jīng)具有良好的幅度和相位穩(wěn)定性,但測(cè)量系統(tǒng)中配置的RF電纜,由于暗室環(huán)境溫度的改變會(huì)產(chǎn)生電長(zhǎng)度的變化,從而引起接收機(jī)幅相信號(hào)的漂移。“Tie掃描”已成為克服系統(tǒng)熱漂移的標(biāo)準(zhǔn)方法。通常Tie掃描是在近場(chǎng)掃描測(cè)量完成后進(jìn)行。事實(shí)上,Tie掃描只是在近場(chǎng)掃描面上預(yù)先確定的位置進(jìn)行一系列附加的測(cè)量,以便可以對(duì)近場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)的不同區(qū)域進(jìn)行相位和幅度的調(diào)整。以平面近場(chǎng)測(cè)量為例,如果探頭的運(yùn)動(dòng)方式為沿垂直方向(列)掃描,沿水平方向(行)步進(jìn),則對(duì)于每一列而言,探頭運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相對(duì)較短,因而可近似忽略由于接收機(jī)的幅相漂移所引入的誤差。然而,對(duì)于每一行而言,探頭由一個(gè)取樣點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)取樣點(diǎn)所需時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),尤其是當(dāng)兩個(gè)取樣點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)時(shí),所需時(shí)間則更長(zhǎng)。在這種情況下,接收機(jī)的幅相漂移便會(huì)給近場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)引入一定的幅相誤差。為了控制和減小這一誤差,可以在探頭全程掃描結(jié)束后,對(duì)掃描面上的某一行或多行進(jìn)行附加掃描測(cè)量,進(jìn)而對(duì)近場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行相位和幅度的修正和調(diào)整。

多通道多波束掃頻測(cè)量時(shí),將間距小于λ/2的主柵格分成S(S=通道數(shù)*極化數(shù)*波束狀態(tài)*頻率數(shù))個(gè)子區(qū)間。在雙向掃描時(shí),相鄰兩行的S子區(qū)間的掃描順序是反序的。仍以垂直掃描水平步進(jìn)為例,掃描時(shí)Y軸每個(gè)柵格被分成S個(gè)子區(qū)間進(jìn)行采樣。按常規(guī)的Tie掃描方法,在測(cè)試掃描完成后,應(yīng)在掃描面的中間行沿X軸進(jìn)行附加掃描。由圖5可知,Tie掃描將X軸主柵格分成了S個(gè)子區(qū)間。隨著子區(qū)間的順序增加,Tie掃描測(cè)試點(diǎn)與近場(chǎng)測(cè)試柵格點(diǎn)偏離越來(lái)越大,該數(shù)據(jù)已不能用于近場(chǎng)數(shù)據(jù)的幅相漂移修正。為解決這一矛盾,使Tie掃描適合于多通道多波束掃頻近場(chǎng)測(cè)量,我們將Tie掃描與定點(diǎn)監(jiān)測(cè)概念相結(jié)合,即定點(diǎn)Tie掃描法。該方法的主要思想是:在近場(chǎng)掃描完成后將探頭定位到Tie掃描的位置,對(duì)于每個(gè)柵格點(diǎn),分別完成S個(gè)狀態(tài)的測(cè)試,測(cè)試再步進(jìn)到下一柵格點(diǎn),注意在測(cè)試過程中探頭是靜止不動(dòng)的,從而避免了采樣點(diǎn)位置的偏差。

圖5 多通道多波束掃頻測(cè)量X-Y柵格與Tie掃描柵格偏

不失一般性,設(shè)近場(chǎng)掃描面共有M行N列(M和N均為奇數(shù)),其中第m0行為中心行。對(duì)于狀態(tài)Si探頭在掃描面上作全程掃描測(cè)量時(shí)第m行第n列所對(duì)應(yīng)的取樣點(diǎn)處探頭的接收信號(hào)為bi0(m,n),m=1,2,…,M;n=1,2,…,N;i=1,2,…,S。而定點(diǎn)Tie掃描測(cè)量掃描面的中心行(第m0行),對(duì)于狀態(tài)Si設(shè)Tie掃描所測(cè)得的第n列對(duì)應(yīng)的取樣點(diǎn)處探頭接收信號(hào)為b′i0(m0,n),n=1,2,…,N;i=1,2,…,N;i=1,2,…,S,則修正后第m行第n列所對(duì)應(yīng)的取樣點(diǎn)處探頭的接收信號(hào)b″i0(m,n)為

3.3 位置誤差

在多通道多波束掃頻近場(chǎng)測(cè)量中,測(cè)量子區(qū)間的劃分是以采樣?xùn)鸥顸c(diǎn)為依據(jù)的,柵格點(diǎn)的定位精度直接影響近遠(yuǎn)場(chǎng)變換的精度[6]。從理論上講FFT變換要求測(cè)量均勻間隔的離散柵格點(diǎn)處的場(chǎng),但實(shí)際中由于機(jī)械定位精度的限制,必定存在探頭位置誤差。如果我們能夠采用某種算法,在探頭位置誤差已知的情況下(探頭位置誤差可由精度更高的激光測(cè)量系統(tǒng)確定),由實(shí)際測(cè)量到的近場(chǎng)幅度和相位恢復(fù)出均勻間隔的離散柵格點(diǎn)處場(chǎng)的幅度和相位,然后再進(jìn)行FFT變換并進(jìn)行探頭補(bǔ)償,則會(huì)提高所得到的天線遠(yuǎn)場(chǎng)的精度,這一過程便是對(duì)探頭位置誤差進(jìn)行修正的過程[7-8]。本文所采用的探頭位置誤差修正算法是插值與迭代相結(jié)合的方法。設(shè)理論近場(chǎng)柵格點(diǎn)的位置矢為r0,相應(yīng)的位置誤差為δr,首先根據(jù)實(shí)際測(cè)得的電場(chǎng)E(r0+δr),通過插值求得理論近場(chǎng)柵格點(diǎn)r0處的近似電場(chǎng)～Er0;然后由平面波展開理論計(jì)算近似平面波譜～A(kx,ky),并進(jìn)行迭代使～A(k x,k y)逐漸接近于理論平面波譜～A(kx,ky),從而恢復(fù)出理想柵格點(diǎn)處的電場(chǎng)E(r0).

由平面波展開理論有

對(duì)式(3)中的 ejk·δr進(jìn)行 Taylor展開 ,有

將式(4)代入式(3),得

對(duì)探頭位置誤差進(jìn)行修正的實(shí)質(zhì)就是由實(shí)際測(cè)得的電場(chǎng)E(r0+δr)恢復(fù)出理想柵格點(diǎn)處的電場(chǎng)E(r0).由式(5)不難看出,如果平面波譜A(kx,ky)能夠精確求出,那么利用式(5)即可求出理論近場(chǎng)E(r0).算法具體步驟如下:

1)插值處理:為保證對(duì)位置誤差進(jìn)行一次修正過程中由實(shí)際測(cè)量近場(chǎng)得到的近似平面波譜能盡量好地接近理論平面波譜,從而保證求出的一次修正近場(chǎng)能較好地接近理論近場(chǎng),我們先對(duì)實(shí)際測(cè)得的近場(chǎng)進(jìn)行插值,由實(shí)際測(cè)得的近場(chǎng)E(r0+δr)求出理論近場(chǎng)柵格點(diǎn)r0處的近似電場(chǎng)～E(r0).

因?yàn)樘炀€產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的平面波譜與天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖有著直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)窄波束低副瓣天線而言,如果它的最大輻射方向?yàn)閗0,則在它產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的平面波譜中,k0方向的譜含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。作為零階近似,在分析該天線的近場(chǎng)時(shí),可以認(rèn)為它是沿k0方向傳播的平面波。

如圖6所示,過實(shí)際近場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)A作掃描面z=d的垂線,并與掃描面交于B點(diǎn),過 A點(diǎn)沿-k 0方向作射線與掃描面z=d交于C點(diǎn)。顯然r′與r0所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)均位于掃描面z=d上。設(shè)θ為k 0與掃描面z=d所成的夾角,則由 sinθ=,得 δr′=故有

圖6 探頭位置誤差示意圖

將E(r′)在掃描面z=d上插值,求出理論近場(chǎng)柵格點(diǎn)r 0處的近似電場(chǎng)～E(r 0).

2)由理論近場(chǎng)柵格點(diǎn)r0處的近似電場(chǎng)～E(r0)計(jì)算近似平面波譜～A(kx,ky).

由平面波展開理論,有

3)用近似平面波譜～A(kx,ky)代替理論平面波譜A(kx,ky),計(jì)算式(5)最右邊的積分修正項(xiàng),用～A(k x,k y)代替A(k x,ky),則有

4)求出一次修正近場(chǎng)～E(1)(r0)

將式(9)中所計(jì)算的修正項(xiàng)代入式(5),即可求出一次修正近場(chǎng)～E(1)(r0).

5)循環(huán)迭代

將所求出的一次修正近場(chǎng)代入式(8),求出近似平面波譜,并用近似平面波譜代替理論平面波譜,由式(9)計(jì)算出修正項(xiàng),最后將求出的修正項(xiàng)代入式(5),即可求得二次修正近場(chǎng)～E(2)(r0).如此反復(fù)迭代,即可求得滿足精度要求的修正近場(chǎng)。

4.測(cè)試實(shí)例

根據(jù)圖1近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)配置,我們對(duì)某機(jī)載多通道天線進(jìn)行了掃頻測(cè)量,測(cè)試通道數(shù)為3,極化狀態(tài)為1,頻率點(diǎn)數(shù)為11。一次掃描完成33個(gè)方向圖測(cè)量。天線口徑150 mm×100 mm,頻率范圍12～18 GHz。采樣間隔8 mm(小于頻率為18 GHz時(shí)的λ/2),取變換后的可信角域?yàn)?0度,則近場(chǎng)掃描柵格為55×49,掃描面尺寸為440 mm×392 mm;采用垂直掃描水平步進(jìn)方式,探頭的掃描速度設(shè)定為100 mm/s,由于受探頭起停階段加速或減速影響,每列實(shí)際掃描時(shí)間為5 s,水平步進(jìn)時(shí)間為1 s,因而整個(gè)近場(chǎng)掃描時(shí)間約為5 min。該測(cè)量方案比較簡(jiǎn)單,根據(jù)第二節(jié)的分析,測(cè)量速度僅取決于探頭的掃描速度。通過測(cè)試前對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍的適當(dāng)調(diào)整和測(cè)試后的Tie掃描校正以及位置誤差補(bǔ)償,在保證近場(chǎng)測(cè)量精度的同時(shí),與單通道單頻點(diǎn)近場(chǎng)測(cè)量相比測(cè)試效率提高了32倍。圖7為某機(jī)載天線第二通道,11個(gè)頻率的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖疊加。圖8為中心頻率15 GHz時(shí)三個(gè)通道方向圖比較。

圖8 中心頻率三通道遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖比較

5.結(jié) 論

隨著近場(chǎng)掃描架機(jī)械尺寸的增加,加工和控制精度的提高,近場(chǎng)測(cè)量的掃描速度也隨之加快。探頭的移動(dòng)受到機(jī)械穩(wěn)定性的限制,因此,對(duì)于大型天線的測(cè)試,總的掃描時(shí)間仍然需要幾個(gè)小時(shí)。由于高速綜合信號(hào)源和接收機(jī)的出現(xiàn),使得掃描架能夠以最快的速度運(yùn)行,并在探頭連續(xù)運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)多頻點(diǎn)、多波束、多端口或者波束掃描的近場(chǎng)測(cè)量,明顯地提高了測(cè)試效率。PNA系列網(wǎng)絡(luò)分析儀以其快速的掃描能力、寬動(dòng)態(tài)范圍、低跡線噪聲和靈活的連接能力,為現(xiàn)代天線和RCS測(cè)量提供了有力的技術(shù)保障。本文所討論的系統(tǒng)配置和精度分析,在保證測(cè)量精度的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了多通道多波束掃頻近場(chǎng)測(cè)量,有效地降低了測(cè)量時(shí)間。

[1] ALLEN C.NEWELLl.Current state-of-the-art in near-field antenna measurements[C]//IEEE Antennas&Propagation Society International Symposium,Boston,USA 2001.2001 Digest Volume 4:420-423.

[2] SWANSTROM J,PUII J,KWAN B,et al..Antenna and RCS measurement configurations using Agilent's new PNA network analyzers[C]//AMTA Proceedings,California,USA 2003.25th AMTA Annual Meeting&Symposium(AMTA 2003):573-579.

[3] SWANSTROM J.新型天線測(cè)試配置降低總測(cè)量測(cè)試時(shí)間[J].世界電子元器件,2005,(3):72-76.SWANSTROM J.Using pattern of antenna testing to reduce the testing time[J].Global Electronics China,2005,(3):72-76.(in Chinese)

[4] Agilent understanding and improving network analyzer dynamic range,Application Note 1363-1[DB/OL].Agilent Technologies Printed in USA 09/00 5980-2778EN.http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5980-2778EN.pdf

[5] FRANCIS M H,NEWELL A C,et al.Planar nearfield measurements of low-sidelobe antennas[J].Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology,1994,99(2):14-167.

[6] HESS D W,MOREHEAD D R,MANNING S J.Speed and accuracy for near-field scanning measurements[DB/OL].http://www.mi-technologies.com/literature/mit8.pdf.

[7] 于 丁.平面近場(chǎng)輻射及散射測(cè)量關(guān)鍵問題研究[D].西安:西安電子科技大學(xué),2004

[8] 張福順.超低副瓣天線平面近場(chǎng)測(cè)量誤差分析與補(bǔ)償技術(shù)研究[D].西安:西安電子科技大學(xué),1999.