基于CGFFT和等效磁流法的天线近场测量软件研究

发布时间：2020-08-23 21:56

【摘要】：随着现代科学技术的飞速发展,天线作为无线通讯设备中必不可少的组成部分,其品质的优劣直接影响着整个系统性能的好坏。而天线测量作为检验天线品质的最直接方法也越来越受到人们的重视。近场测量技术便是测试天线的重要手段之一。本文首先对基于等效磁流法的天线平面近场测量方法展开理论和数值仿真研究,为天线平面近场测量提供理论和实验依据;其次,基于该理论研发了一套平面近场测量软件系统,为搭建完善的平面近场测量系统提供理论技术和工程应用储备。本文的主要工作如下:(1)研究了等效磁流法天线平面近-远场变换原理和算法。根据等效原理和镜像原理计算出天线口径面的等效磁流,引入了矩量法,将积分形式格林公式转换成矩阵方程。通过合理选择扫描采样坐标,可将矩阵方程构造成循环托普利兹(Toeplitz)分块矩阵,利用CGFFT算法求解,得到天线口径面等效磁流,进而精确计算出天线远场方向图。(2)利用Matlab软件结合Hobbies软件数值仿真研究了偏馈抛物面反射天线的近远场变换,得到的远场方向图结果表明:该方法在120°范围内可以准确反演出天线远场辐射特性。(3)研发了一套天线平面近场测量软件系统。软件实现了包括用户输入接口、与近场扫描架下位机通信功能、近场数据采集、图像和结果参数显示界面和处理功能、扫描运动坐标采集与跟踪、近远场变换算法处理、测量结果数据库管理、打印等功能。软件控制扫描架探头对天线近场进行扫描,并接收网络分析仪测量的近场电场场强,调用Matlab的近远场算法动态链接库反演天线远场方向图,结果在图形界面显示,还可实现坐标转换、归一化、数据平滑等后处理功能。(4)为了保存采集的数据或者处理过后的数据,本文软件开发中使用数据库来进行保存数据,这样可以提高数据存储的存储效率。数据库中的表主要包括:幅/相值表、参数显示表、远场电场值表等。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN820
【图文】：

示意图,天线辐射,场区,辐射场

在天线的远场区域中，辐射场随着与场源距离的增加而减小，并且吸收的辐射场不逡逑会反馈到发射端，但是在近场区域中，吸收的辐射场会对接收端的负载产生影响，近场逡逑电磁相互作用类似于下图２．邋２的电磁感应。逡逑９逡逑

分布情况,电磁感应

在天线的远场区域中，电磁场中的每一部分与其他部分都有密切相关的联系，度与磁场强度的比值称作波阻抗，然而在近场区，电场和磁场之间彼此是互相线近场测量方法研宄逡逑空间中场的分布情况一般选用近场扫描系统测量装置，通常情况下选用一个探头来获取待测天线的近场中的数据，然后根据近场的数据经过严格的计算可场空间中的场的幅相分布。逡逑接收机来检查探头的信号，其中一个比较重要的参考参数就是电压，它随着的变化而变化，其中谐振频率可以用来表示天线辐射的一个临界值，电压的射在平面、柱面以及球面上，每个表面都可以看作空间中采集的有限数据样本扫描系统的主要部分是分布在待测天线附近的电磁干扰源，相应情况下将扫

镜像原理,等效磁流,等效面,示意图

Ｊｓ＾ｎ＾Ｈ逦（２．２）逡逑上述的基本原理可以应用到天线平面近场测量中，假设将图２．３所示的曲面Ｓ拉直，逡逑变为无穷大平面，将空间一分为二（左半空间和右半空空间），则根据等效原理，Ｓ左逡逑半空间即等效于图２．３曲面包围圈内，Ｓ右半空间即为天线远场，如图２．４所示。则天逡逑线远场处任一点Ｐ的电磁场分布均等于Ｓ面上切向电磁场在Ｐ点的辐射场总和。如果将逡逑Ｓ置于天线口径面上，其中天线口径面区域为Ｓ０，且假设ＳＯ处放置一理想电导体，则逡逑Ｓ平面上除ＳＯ外的区域面上电磁场可设为０［４３］，邋ＳＯ面上：Ｔ邋＝邋0，只存在磁流及。Ｓ左逡逑半空间属于包围圈内部分，根据等效原理，其电磁场分布未知，可假设为０，对远场分逡逑布研宄不影响。故而本方法只能得到天线前向远场方向图分布。逡逑＼，，一—＇ｒ逡逑／，逦卜邋Ｓ。逡逑／邋待测天线邋＾逡逑／逦ｊ逦｜｜７邋＝邋0逦７逡逑丨逦ｎ—逡逑＼邋＼邋Ｍ邋＝邋２Ｅ邋ｘ邋ｎ逡逑＼逦＾逦＝逦０逦＼逦Ｉ邋Ｅ邋＝逦Ｅ邋｛邋Ｍ）逡逑Ｉ邋Ｈ邋＝逦Ｈ邋｛邋Ｍ）逡逑＼逦＼逡逑＇邋－逦ｋ理想电导体逡逑图２．４等效磁流法示意图逡逑根据镜像原理

【参考文献】