顶尖紧缩场技术引领相控阵天线测试新纪元

时间:2024-09-30 来源:未知


随着电子技术的飞速发展,天线作为无线电子设备的关键设备,其性能对整个系统的性能有着至关重要的影响。相控阵天线作为一种可电控改变波束指向和波束形状的天线形式,具有高增益、窄波束、方向图赋形等优异特性,因此在雷达、通信、导航等领域得到了广泛应用。相控阵天线由多个天线单元组成,通过控制各单元之间的相位差来实现波束的扫描和指向。这种复杂的结构使得相控阵天线的性能受到多种因素的影响,如单元之间的耦合、阵列的排列方式、馈电网络的设计等。因此,在设计和制造过程中,需要对相控阵天线进行全面的测试,以验证其各项性能指标是否满足设计要求。

传统测试方法传统相控阵天线的测试方法主要分为两大类:远场测试和近场测试。

远场测试:

远场测试是传统天线测试中最常见的方法,通常在天线远离测试设备的区域进行。以下是远场测试的具体步骤和方法:

自由空间环境测试:相控阵天线通常被安装在开阔的空间,如天线测试场或消声室内。远场条件下,天线的辐射特性可以用来测量天线的方向图、增益、波束宽度、旁瓣电平等参数。这种测试方法需要天线与探测设备之间有较大的距离,通常为天线尺寸的数倍,以满足远场条件。

典型测试流程:

1.安装和定位:将天线安装在测试场或消声室内,确保其指向目标方向。

2.信号传输和接收:向天线输入已知频率的信号,然后在接收点(通常是探头)测量辐射的电磁场分布。

3.分析方向图和增益:通过扫描不同角度,得到天线在不同方向的辐射强度,从而绘制天线的方向图。

远场测试的主要优点是可以直接获得天线的远场辐射特性,但其测试距离较长,场地要求较高,特别是对于大规模相控阵天线。

近场测试:

近场测试是另一种传统且广泛应用的相控阵天线测试方法,适合空间有限的测试场地。近场测试通过在天线的近场区域测量电磁场分布,并通过数学变换推导出远场特性。以下是具体步骤:

平面近场测试:通过在天线的一个平面上移动探头,采集该区域的电磁场数据。之后,使用傅里叶变换将这些近场数据转化为天线的远场方向图。该方法常用于大规模相控阵天线的精确测试。

球面近场测试:探头围绕天线进行球形扫描,获取天线在球面上的电磁场分布。此方法适合复杂的天线阵列,能更全面地反映天线的辐射特性。

圆柱近场测试:探头围绕天线进行圆柱形扫描,适用于柱状或非均匀天线阵列的测试。

典型流程:

1.测量电场/磁场:在天线近场区域使用探头测量电场或磁场强度,常用的是电场探头。

2.数据采集和处理:通过自动化控制系统,探头在不同位置测量电磁场,并将数据传输到计算机进行处理。

3.近远场转换:通过数学变换(如傅里叶变换)将近场数据转换为远场辐射特性,得到天线的增益、方向图等重要参数。

近场测试的主要优点是可以在相对较小的空间内实现高精度测试,特别是对于大型相控阵天线和高频天线(如5G和6G设备)。但是,近场测试需要复杂的近远场转换过程,对测试设备和数据处理要求较高。

为了解决相控阵天线远近场测试的相关难题,重庆信息通信研究院(以下简称“重庆信通院”)在成都建立紧缩场测试系统,紧缩场测试在相控阵天线领域具有明显的技术优势,特别是在高精度和高频率的通信设备测试中。以下是紧缩场测试在相控阵天线中的几大优势:

1. 测试精度高

紧缩场测试可以在实验室环境中模拟远场条件,使测试结果更接近实际应用环境。这种技术能够通过电磁场的折射和反射,确保天线性能测试的准确性,尤其是在方向性、波束成形和增益等方面提供精确的数据。

2. 节省空间和成本

相比于传统的远场测试需要大规模的开放场地,紧缩场测试设备仅需一个相对紧凑的室内场地。这不仅大大节省了空间,也降低了设备建设和维护的成本,特别适合相控阵天线这种高频天线的测试需求。

3. 适用于高频和复杂阵列天线

相控阵天线通常工作在高频段(如毫米波频段),而紧缩场测试具备处理高频信号的能力。它还能够测试复杂的天线阵列,准确测量各单元天线的相位控制和波束成形性能,从而确保天线在实际应用中的可靠性和效率。

4. 减少环境干扰

紧缩场测试通常在屏蔽环境中进行,能够有效避免外部电磁干扰。对于相控阵天线这样需要精确控制相位的系统来说,减少干扰至关重要,有助于得到更为真实和准确的测试结果。

5. 测试效率高

由于紧缩场测试可以在小范围内快速测量天线的性能,因此测试效率远高于传统的远场测试方法。它能够快速完成天线方向图、增益、相位误差和波束扫描等多项关键参数的测试,为研发和生产提供了更快的反馈。

6. 灵活性高

紧缩场测试系统可以方便地调整测试条件,包括频率、角度和波束方向等,这使得其特别适用于相控阵天线的灵活测试需求。在相控阵天线的波束扫描和动态调整过程中,紧缩场测试可以对不同角度、频段的性能进行全面评估。

7. 便于集成和小型化天线测试

相控阵天线的发展趋势是集成度越来越高、体积越来越小。紧缩场测试能够轻松适应这些小型化天线的测试需求,帮助制造商确保其产品在高集成度和小型化下仍保持优异的性能。

紧缩场测试在相控阵天线的研发和验证中提供了高效、精确和可靠的测试方法,特别适合高频、复杂阵列以及小型化设备的测试需求。这使得它在5G、毫米波通信和卫星通信等领域具有广泛的应用前景。

重庆信息通信研究院通过与国际社会积极沟通合作,致力于将最前沿的天线测试技术引入国内市场,并推动其应用于未来的6G网络、无人驾驶、物联网等新兴领域。这些努力将对中国的通信产业发展产生深远影响。