一、研究背景

在微波暗室內(nèi)對(duì)基站天線(xiàn)進(jìn)行測(cè)試是一種常用的方法。由于暗室尺寸的限制，對(duì)增益較高的天線(xiàn)，往往不能滿(mǎn)足遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試條件。在這種情況下測(cè)試結(jié)果與遠(yuǎn)場(chǎng)情況下的測(cè)試結(jié)果有較大差異。本報(bào)告給出了一種由準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)距離上測(cè)得的方向圖計(jì)算遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的方法。

二、修正算法的基本原理

如圖1所示的AUT為基站天線(xiàn)，天線(xiàn)沿著y軸方向的尺寸較小，容易滿(mǎn)足遠(yuǎn)場(chǎng)條件，而x方向的尺寸較大，不滿(mǎn)足遠(yuǎn)場(chǎng)條件。針對(duì)這類(lèi)天線(xiàn)的方向圖，可以采用該方法進(jìn)行修正。

圖1 天線(xiàn)坐標(biāo)系

以oy為軸作一個(gè)能完全包圍待測(cè)天線(xiàn)的最小柱面，設(shè)該柱面的半徑為rmin。在該柱面之外，天線(xiàn)產(chǎn)生的電場(chǎng)可表示成矢量波函數(shù)的加權(quán)和，即

(1)

令場(chǎng)點(diǎn)位于xoz平面（即y=0），且ρ較大時(shí)，式（1）可以表示為

(2)

其中：Nm=krmin+10

由于場(chǎng)點(diǎn)(ρ,φ,0)已經(jīng)處于天線(xiàn)的準(zhǔn)遠(yuǎn)區(qū)，且ρ相對(duì)于天線(xiàn)的垂直尺寸（y軸方向）已經(jīng)很大了，對(duì)上式中的積分可以采用一維駐相法進(jìn)行計(jì)算，并考慮到，從而有

（3）

對(duì)于任意的線(xiàn)極化電場(chǎng)分量均可以表示為

（4）

如果在ρ=ρo處測(cè)得電場(chǎng)為Em，則有

（5）

可以求出

（6）

將Cn代入公式（5），命ρ→∞，則得到天線(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)為

(7)

其中，C為與角度無(wú)關(guān)的常數(shù)，可以略去。天線(xiàn)的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖為

(8)

基于以上關(guān)系式，容易得到遠(yuǎn)場(chǎng)條件下天線(xiàn)增益與準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)條件下增益的差值為

三、數(shù)值仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該算法的正確性，進(jìn)行數(shù)值仿真驗(yàn)證。選取一個(gè)工作頻率為900MHz，口徑為2.6m的陣列天線(xiàn)進(jìn)行數(shù)值仿真分析，準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試距離為29m(該測(cè)試距離不滿(mǎn)足遠(yuǎn)場(chǎng)條件)。數(shù)值仿真流程和數(shù)值仿真結(jié)果分別如圖2和圖3所示。

圖2 數(shù)值仿真流程圖

圖3 數(shù)值仿真結(jié)果

由圖3可知，測(cè)試結(jié)果（Measured Pattern）與理論結(jié)果(Theoretic Pattern)差別較大，修正后的結(jié)果(Corected Pattern)與理論結(jié)果(Theoretic Pattern)吻合很好。

四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證以上算法的正確性，對(duì)給定的天線(xiàn)分別按如下兩種方法測(cè)試：準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試和球面近場(chǎng)測(cè)試。通過(guò)修正算法對(duì)準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正，并將修正得到的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖與球面近場(chǎng)得到的方向圖進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與修正結(jié)果

圖4可知，準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果（Comba Finite Field）與球面近場(chǎng)測(cè)試結(jié)果(Comba SG128)有較大差距，修正結(jié)果（Corrected Far Field）與球面近場(chǎng)測(cè)試結(jié)果(Comba SG128)吻合良好。

五、結(jié)論

經(jīng)過(guò)數(shù)值仿真分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明了上述算法的可行性與準(zhǔn)確性。