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口面天线近场测量的修正

李庆生  
【摘要】: 从天线工程刚刚问世,天线测量就一直是人们关注的重要课题之一,而今新型高性能天线的现代分析和设计更加离不开先进的测试技术和测量设备。近场测量具有高精度、高保密性、可全天候工作等独特的优越性,是鉴定天线电指标比较可靠的方法,天线界的学者们公认天线近场测量的方法可以作为现代天线测量的标准。近场测量修正技术既是近场测量技术研究的基础工作,又是提高近场测量精度急需解决的问题,只有解决好这一问题,才能把天线近场测量引入计量领域。 本文致力于口面天线近场测量的理论推导,误差分析和修正技术的研究,以及终端开口矩形波导探头的设计和特性分析。 本文首先从理论上推导了由近场变换到远场的公式,并用MATLAB编写由近场测量数据推导远场方向图的程序。 针对近场测量中的重要误差源之一“探头”的影响,本文提出解决方法:一方面用探头补偿的方法,根据洛仑兹互易定理和微波网络理论对补偿的解析式进行详细推导;另一方面用两种不同的仿真软件求解终端开口矩形波导探头的近场增益、远场方向图、轴比、主瓣宽度、输入阻抗、电压驻波比、电场分布、磁场分布、表面电流分布等特性参数,可实现探头增益的修正。本文设计的水滴形探针,使终端开口矩形波导与同轴探针能较好的匹配,对探头的设计具有一定指导意义。本文介绍了矩形波导在计量标准中的运用,利用标准开口波导建立高频、微波近场标准,测量值的不确定度小于0.5dB。 本文从解析法和数值仿真两个角度深入分析口面天线近场测量中扫描面截断误差、扫描面位置误差、随机幅相误差、多次反射误差等误差源对天线远场特性测量精度的影响,一方面从理论上给出相应的误差方程,另一方面建立误差分析模型,通过计算机模拟,得到不同误差条件下测量结果的不确定度,并介绍了减小这些误差的修正方法,推导无相位近场测量的公式和算法。 本文为把天线近场测量引入计量领域提供理论支持,为计量定标服务。


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