天线方向性图校准规范（球面近场扫描法）

I 2 2 2 2 3 4 5 5 6 2 4 6 6 6 7 9 1《测量不确定度的评定与表示》以及IEEEStd1720™-2012《IEEERecommended3.1方向性图radiationpattern12315有多种类型。常见方式为上极化下方位扫描架，如图1所于水平面，垂直度允差为±0.05°;极化轴与方位轴垂直允差为±0.05°;方位轴与极探头定位器：有效旋转角度范围为0~180°,角度分辨率小于0.05°。输出功率-110~10）dBm；41大，因此直连方式通常只用于小型测量系统。在大型测量系统中所需射频线缆5y开口波导旋转关节开口波导z旋转矢量网络分析仪采用外混频方式，核心是缩短射频源与AUT之间y待测天线近场探滚动轴10MHz输出头射频输出触发输入z触发输出LAN参考混频器LO输入测试混频器DetectorOutIF输出旋转关节待测天线近场探滚动轴10MHz输出头射频输出触发输入z触发输出LAN参考混频器LO输入测试混频器DetectorOutIF输出微波信号源旋转关节IF输入Det.IF输入Det.暗室LO暗室LOOut/微波信号源低噪放控制室低噪放控制室TxTxLOOutRx程控计算机矢量网络分析仪程控计算机矢量网络分析仪LAN控制线LAN控制线6确定好实验室坐标系(x,y,z)和探头坐标系上(x'',y'',z'')。一种推荐的坐标系设置方式详见附录C。根据待测天线的特性和习惯在安装AUT时，应尽量让AUT的坐标系(x',y',z')与实验室坐标系(x,y,z)重合，如AUTxAUT 探头z>3λ r 7z''轴需与实验室坐标系z轴共线（z''轴与z的偏离球面相隔距离大于三倍波长(λ),见图4所示。简单而言，球面近场扫描半径根据方向性图测试要求，设置中频接收机或矢量网络分析仪的中频带宽、频率、外调整极化轴和方位轴控制器，在相应角度范围内，采集每一个(r,θ,φ)位置对应的频率、传输系数幅度和相位w(r,x,θ,φ)等数据，可依照附录A所示（或其转置）作数据处理；这里(r,θ,φ)为球坐标,x为探头旋转角度。数据采样率N可由事先写好的程序利用球面近场天线测量采集到的数据w，可通过附录D.2所示近场-远场变换式8g)进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的1θ1...θN2本方法采用上极化下方位球面近场扫描方式校准。其中探头（型号及系列号）作为发射天线，待测天线（型号及系列号）作为接收天线。待测3器，型号为。可借助于测微准直望远镜，通过卡具微调，确保待测天线口面与实验室z轴垂直。探头的z''轴对准球面近场扫描中心。方向性图和其他重要切面方向性图（示例见图B.3~B(a)E-面方向性图40对于上极化下方位扫描架而言，y轴垂直于水平面，并向上；z轴水平，并指向探坐标用(x,y,z)或(r,φ,θ)表示。球面扫描坐标系也可称为实验室坐标系，见图C-1。yx极化轴z方位轴5待测天线的坐标系用(x',y',z')表示。对于待测喇叭天线而言，x',y'平面与天线口'zy'y'x'x图C-2AUT坐标系(x',y',z')zyx图C-3近场扫描探头的坐标系(x'',y'',z'')6设球坐标系为(r,θ,φ),x为探头绕视轴（即z''轴）的旋转角度。N=[kr0]+n2]表示对kr0取整，波数k=2πλ,λ为波长，单位为m，r0为待测天线AUT的最小这里A是一个经验值，取决于所需测量精度。对于小口径天线，n2最小值可取为10；当相对电平小于-80dB时，A=3.6；相对电平小于-100dB时，A=5。方位角扫描间隔Δφ的要求与Δθ相同；但当包含待测天线并与z轴平行的圆柱的半M≈[krc]+n2。设球面近场天线测量采集到的数据为w。可通过求解近场7x——探头的极化角,x=0,π/2，弧度Rad；eimφdm(θ)eiμx——球面波函数的旋转系数；dm(θ)：m,μ,θ各自含义。μ=±1：探头的模式P或A较大时,有μ=±1；σ=1,2；v=μm和n对应于m阶n次连带勒让德函数Pnm(cos=1，2.求和符号中的希腊字母角标(σ,μ,v)对应于探头；拉丁字母角标(s,m,n)对应于待测根据得到的待测天线的传输系数Tsmn，利用式（D-7）得到远场方向性图W'。smnμ=±18对于W'(x,θ,φ)，可通过适当的内插来增加分辨率。然后再归一化到最大值，即：W9球面近场扫描中对于方位角旋转对称性探头，可只考虑球面波模式μ=±1的情况。图(θ,φ)，可通过共极化下的E面方向性图f1(θ)=Kθ(θ,0)、H面方向性图f2(θ)=-Kφ(θ,π2)和极化比p=EyEx来确定(假定电场极化方向为x轴,探头坐标系{f1(θ)θ+pf2(θ)φ}cosφ+{pf1(θ)θ-f2(θ)φ}sinφ(E-1)式中θ和φ分别为θ轴和φ轴的单位矢量。球面近场扫描中的近场-远场变换理论是严格的，仅忽略了探头与待测天线间的多这里的待测量为采用上极化下方位球面近场扫描法得到的近场数据根据球面近场-微分方式来做评估方向性图。为此，待测量f(x)可采用“自我比较法”[1]来做评估，Δf(x)=f(x1,x2,...,xi+Δxi,...,xN)-f(x1,x2,...,xi,...,xN)（F-1）N+ΔxN'表E-1方向性图测量不确定度汇总表示布112---13架精度141516应171819料11---1 111性111122分别采用球面近场方法和远场方法测量同一个标准增益喇叭天线得到的远场方向性 FF SNFNormalizedNormalizedE-plane[dB]-20-40-60-100-80-60-40-20020406080100Thetaangle[Deg]-5-15-20-25-30-35-40 SNFMoM-80-70-60-50-40-30-20-10010203040506070800Thetaangle[Deg]0针对同一个喇叭天线,分别采用本项目研制的球面近场系统以及采用北京空间飞行-10-20-30-40-50-60-70-80-90NIM_SNFNIM_SNF_x-pol