[科普中国]-天线远场

远场测试原理是用已知特性参数的平面波照射天线，得到天线的接受特性参数，然后利用天线的互易性原理，得到天线的传播特性参数。互易性原理指的是，天线用作发信天线时的参数，与用作收信天线的参数保持不变。

实际上，理想的平面波是不存在的，实际测试中，平面波是通过将一个已知特性的发射天线设置在远处向待测天线照射，当发射天线的波前阵面扩展到一定程度，则可认为待测天线接收的是平面波的照射。

天线远场测量的示意图，其中D是待测天线的直径大小， 为波长。从发射天线发射出来的球面波经过一定距离的传播后到达待测天线。当待测天线接收平面上，最大相位差不超过22.5°。则可认为待测天线接收到的是近似平面波。根据勾股定理以及三角形边长关系，可列：

上式中，L是待测天线中心距发射天线的距离，L’是待测天线的边缘距离发射天线中心的距离。根据上式，我们可以求得： ,也就是说，在天线的远场测量中，待测天线距离发射天线的最近距离不小于 。

远场天线的测量就是辐射远场测试天线的电参数，如天线方向图、增益、极化参数等。

测量常用的方式：

1. 天线方向图的测量

a. 固定天线法

固定天线法大多数是适用在地面上的天线，还有大型尺寸的天线结构，不能够移动和运输，并且固定天线法在地面上只能用于测量水平面方向图的，局限性很大，只是对于特定天线类型的方法，得出的测量结果也是相当有限。辅助天线在离开待测天线中心距离 R，R 满足远场距离要求，选定一系列方位角测试点，在平面内绕动，从而得到水平面内方向图。

b. 旋转天线法

旋转天线法与固定天线法相反，它的待测天线绕自己的中心旋转，辅助天线保持固定。开始时，辅助天线发射信号，待测天线转台驱动旋转360度，并接收信号，信号到达接收机生成信号。超高频或微波波段的天线，一般都是选用旋转天线法测量天线的方图。

1. 天线增益的测量

a. 比较法

比较法就是相对增益测量，就需要已知标准天线的增益，而后把辅助天线对准标准天线测量，在把标准天线换成待测天线，两次结果对比，根据已知增益标出待测增益。测量时先让待测天线对准辅助发射天线，然后使标准天线对准辅助发射天线用网络分析仪记录功率值就能求出待测天线的增益。用比较法测增益必须使待测天线和标准增益天线的最大辐射方向位于同一条直线上，且让它们的相位中心位于旋转轴的等距离点上。

a. 两相同天线法

因为是两个相同的天线，所以认为是在理想的极化以及阻抗匹配情况同时又是远场天线测量距离条件下，得出接收功率公式为：

将公式用dB表示

假定AB完全相同，即有，则

得出结论为，测量出功率比，根据测量距离和相应频点波长，有了这三个参数，代入到上述公式，即可得出天线的增益。因为它们是相同的天线，可以随意互换，多次测量，从而消除其他因素的影响。

1. 天线极化参数的测量

极化的理论是采用正交分解法来分析，特别使用潘卡球的理论对波的极化特性进行描述，极化的基本概念是由于在各种同性的媒介中，电磁波在谐振场中传播时，电场矢量随时间完成一个周期，电场矢量端描绘出的轨迹，定义为发射波的极化。

在一个周期内，其矢量端的轨迹是一条直线，这就是线极化波。在两个频率相同，传播方向一致，但是相位振幅和矢量方向不同的线极化波，其合成场的传播方向的垂直平面内，经过一个周期后，电场矢量端的轨迹将是一个椭圆，就是椭圆极化波，当两个电场处于同相或者反相时，才形成线极化波；两个电场矢量相互正交时，振幅相等且相位差差 π/2时，就是圆极化波。线极化波和圆极化波都是椭圆极化波的特殊情况。1