基于微波暗室的天线的近远场测量及应用研究

本科生毕业论文（设计）题目：基于微波暗室的天线近远场测量及应用研究系部电子信息工程学院学科门类工科专业XXXXXXXXX学号XXXXXXX姓名XX指导教师XX2013年XX基于微波暗室的天线近远场测量及应用研究摘要微波暗室是一个能够屏蔽外界电磁干扰、抑制内部电磁多路径反射干扰、对来波能够几乎全部吸收的相对寂静的电磁测量环境。通过远场和近场测量软硬件系统可精确测量雷达、通信设备的天线参数和导弹及各种飞行目标电磁散射特性等,同时可进行微波电路、元器件的网络参数测量和高频场仿真等。微波暗室的建成可以极大改善电磁场与微波技术学科的实验环境和实验手段,对培养高层次军事微波应用人才,开展新武器装备微波应用技术研究和提高教学科研水平具有重要作用。本文将介绍微波暗室设计原理的研究与应用，微波暗室回波损耗的检测以及微波暗室有限测试距离对天线远场测量的影响。并在最终应用于圆柱形GPS接收天线及2.4GHz高增益阵列微带天线的测量中。关键词：微波暗室回波损耗天线的近远场测量AbstractAnechoicchamberisashieldedexternalelectromagneticinterference,multipathreflectionsuppressinternalelectromagneticinterference,almostalltowavetherelativesilenceelectromagneticabsorptionmeasurementenvironment.Antennaparameterscanbeaccuratelymeasuredbythefar-fieldandnear-fieldmeasurementhardwareandsoftwaresystemradar,communicationsequipmentandmissilesandflighttargetelectromagneticscatteringproperties,microwavecircuits,componentsofthenetworkparametersmeasurementandhigh-frequencyfieldsimulation.Thecompletionoftheanechoicchambercangreatlyimprovetheelectromagneticfieldandmicrowavetechnologydisciplinesexperimentalenvironmentandexperimentalmeans,animportantroleinthetrainingofhigh-levelmilitarymicrowaveapplicationstalents,newweaponsandequipmentmicrowaveapplicationtechnologyresearchandimprovethelevelofteachingandresearch.Thisarticledescribestheresearchandapplicationofmicrowavechamberdesignprinciples,anechoicchamberreturnlosstestingandanechoicchamberlimitedtestingfromthefar-fieldantennameasurement.AndeventuallyappliedtothecylindricalGPSreceivingantennaand2.4GHzhighgainarraymicrostripantennameasurement.Keywords:microwavedarkroomreturnlossoftheantennanear-andfar-fieldmeasurements目录一引言.....................................................................................................51.1课题的来源及意义......................................................错误!未定义书签。1.2国内外发展现状..........................................................................................5二微波暗室设计原理的研究与应用.....................错误!未定义书签。2.1微波暗室的结构..........................................................错误!未定义书签。2.2暗室设计的一般考虑..................................................错误!未定义书签。2.3紧缩场暗室的例子......................................................错误!未定义书签。三微波暗室回波损耗的检测................................................................93.1回波损耗的检测原理..................................................错误!未定义书签。3.2微波暗室回波损耗的测量原理..................................错误!未定义书签。3.3暗室的测量方法..........................................................错误!未定义书签。3.4测量数据......................................................................错误!未定义书签。3.5总结...............................................................................错误!未定义书签。四微波暗室有限测试距离对天线远场测量的影响..........................134.1远场测量条件..............................................................错误!未定义书签。4.2有限测试距离对天线测量的影响分析......................错误!未定义书签。五分析结论应用于实际天线的测量.....................错误!未定义书签。5.1圆柱形GPS接收天线..................................................错误!未定义书签。5.22.4GHz高增益阵列微带天线......................................错误!未定义书签。5.3结果与分析..................................................................错误!未定义书签。六总结......................................................................错误!未定义书签。参考文献......................................................................错误!未定义书签。附录..........................................................................错误!未定义书签。一引言1.1课题的来源及意义微波暗室是一个能够屏蔽外界电磁干扰、抑制内部电磁多路径反射干扰、对来波能够几乎全部吸收的相对寂静的电磁测量环境。通过远场和近场测量软硬件系统可精确测量雷达、通信设备的天线参数和导弹及各种飞行目标电磁散射特性等,同时可进行微波电路、元器件的网络参数测量和高频场仿真等。微波暗室的建成可以极大改善电磁场与微波技术学科的实验环境和实验手段,对培养高层次军事微波应用人才,开展新武器装备微波应用技术研究和提高教学科研水平具有重要作用。现代电子科技事业的飞速发展对天线各项电性能指标的要求越来越高。为了研制符合要求的高性能天线，除了要求掌握天线的现代分析与设计技术外，还必须具备先进的测试技术。天线测试的目的主要是为了检验天线的性能指标是否满足设计要求，以实现对关键部件和尺寸进行调整。它作为检查及质量控制的过程，来验证设计思路的正确与否，进行有效的故障诊断，对天线测试而言，无论是远场直接测量还是平面近场扫描测试，其实质都是为待测天线提供一平面波照射。远场测试精度受距离有限和周围环境的反射限制。平面近场测量是把探头在各不同位置上辐射的准球面波的不同权相叠加而综合出一个沿不同方向投向待测天线的平面波。该平面波的幅相均匀度确定了该待测天线测量精度。由于近场法是依靠合理的选择权函数用数学的方法去综合出平面波。它的精度在很大程度上取决于软件，同时系统硬件误差亦可以用软件来补偿。平面近场测量技术的基本思想是把待测天线在空间建立的场展开成平面波函数之和。展开式中的加权函数包含着远场图的完整信息，根据近场测量数据算出加权函数，进而确定天线的远场方向图。由于近场扫描测量获得的信息量大、环境及电气随机干扰小、计算精度高、投资少、保密性好、可全天候工作，同时还具有诊断调整功能等诸多优点。因此，它为现代天线测试提供了一个高精度、自动化的测量手段和计量标准。1.2国内外发展现状微波暗室建设是一项科技含量较高、组成较为复杂的系统工程,所采用的设备、技术都是国内最先进的,涉及的测量内容和手段大都属于正在发展的技术领域,因此,微波暗室的建设在很大程度上是一项科研性的工作。如何因地制宜从实际需求出发,在已有条件的基础上以最小的投资和最短的建设周期取得最佳建设成效,是一个值得探索的课题。天线的近远场测量近场测量系统涉及天线理论与工程、大型机械设备、计算机与自动控制、仪器仪表智能化等一系列高新技术。基于机电一体化工程实用型设计思想，建成的全新结构的平面近场扫描架所采用的机械结构和控制系统与国际当前流行技术接轨，达到了探头多种扫描和高精度定位的要求研制开发的具有自主知识产权、多功能、高精度的工程实用型软件，集系统控制、数据采集、近远场数据变换与逆变换、数据分析与图象处理于一体，达到了以色列ORBIT公司和美国NSI公司同类产品的先进水平，经综合环境试验和大量测试结果表明，该系统可以满足各类军民用天线测量的实际需要，目前已在国内达到广泛的推广应用。二微波暗室设计原理的研究与应用微波暗室是进行天线参数测试及电磁波辐射、散射特性测试的理想场所。随着以信息技术为代表的高新技术的迅猛发展和广泛应用，无论是军事还是民用领域都出现了对电磁测试的巨大需求，雷达、通信设备的天线参数和导弹及各种飞行目标电磁散射特性等，除了理论分析计算之外，更多的要依赖于实测数据进行验证和完善。2.1微波暗室的结构暗室的结构形式主要有以下几种(a)全封闭矩形暗室，(b)全封闭锥形暗室，(c)半开口矩形暗室，(d)半开口锥形暗室，(e)抬高的半开口矩形暗室，(f)垂直方向开口的矩形暗室。图2-1微波暗室的主要结构形式2.2暗室设计的一般考虑静区，是指暗室内受各种杂波(含反射、散射和绕射波等)干扰最小且满足远区条件的测试区域。静区的大小和形状与暗室的类型、工作频率、吸波材料特性、要求的反射电平等因素有关。频率范围，工作频率的下限取决于暗室的宽度和吸波材料的厚度，上限由暗室的长度和静区决定。反射率电平，定义为等效反射场与直接照射场之比。而等效反射场是指室