球面近场测量与球面近远场变换算法分析

发布时间：2017-10-06 08:37

  本文关键词：球面近场测量与球面近远场变换算法分析

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【摘要】：天线测量是天线辅助设计与测试结果的重要工具。作为其中的一种方式,球面近场测量因为其对待测天线的形式没有特定的要求,所以是近场测试中最为合理有效的一种测量方法。球面近场测量是把天线的二维近场数据利用成熟的理论公式进行推导运算,最终获得天线的远场数据。本文依据球面波模式展开原理,对待测天线进行由近至远的变换。由于球面波模式展开公式适用于近场和远场,所以对同一个天线来说,近场到远场的变换中其公式本身的模系数不变。对待测天线在近场区进行球面数据采样,根据球面波模式展开公式反推出其球面波各个模系数。若测试探头采用理想探头,则不需要进行探头补偿,把推导出的各个模式系数直接代入到远区场的球面波模式展开公式中,从而直接算出该天线在远区场的球面波展开模式展开公式;当采用非理想探头时,则需要引入探头补偿的概念。为了测量精度且保证准确性,在实际测量中一般选用有较强方向性的测量探头来减少不必要的反射所带来的误差。在数学运算补偿时,可以把探头补偿的部分通过数学模型归算成一个微分算子。再通过微分算子得到有探头补偿时球面波展开公式中的模式系数。以该理论为基础编写了MATLAB程序。为了验证该程序的真实有效性,这里采用商业软件HFSS仿真分析了一个工作在S波段的标准增益喇叭,在近场区对其球面采样把二维数据带入MATLAB程序中换算出远场数据,并对比分析换算出的远场数据和HFSS仿真的远场数据;为了验证程序的广泛性与通用性,仿真了一个八元偶极子阵列天线,对比程序算出的远场和HFSS仿真得到的远场,两个模型的结果吻合良好,证明该程序正确有效,并对该系统造成的误差进行了仿真与分析。最后,本文对球面近场测试系统的构成部分一一进行简介。并对球面近场实际测试中需要注意的地方做了阐述,定性地分析了会产生误差的几种来源。
【关键词】：球面近远场变换 球面近场测试 球面波模式展开理论
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 天线测量的基本概念15-17
• 1.1.1 天线远场测量15-16
• 1.1.2 天线近场测量16-17
• 1.2 球面近场测量的研究背景、现状与发展趋势17-18
• 1.3 本文研究的主要内容及重点18-21
• 第二章 与球面近场测量相关的基础理论21-38
• 2.1 引言21
• 2.2 球面波模式展开理论21-28
• 2.2.1 无探头补偿时球面波模式展开式模式系数的确定23-24
• 2.2.2 有探头补偿时球面波模式展开式模式系数的确定24-25
• 2.2.3 探头补偿简述及矩形波导探头的微分算子25-28
• 2.3 方向图函数及方向系数的推导28-29
• 2.3.1 远场方向图函数的理论推导28-29
• 2.3.2 天线的方向系数D29
• 2.4 傅里叶变换29-31
• 2.4.1 傅里叶变换的简介29-30
• 2.4.2 快速傅里叶变换30-31
• 2.5 第二类球汉克尔函数(hankel)31-34
• 2.5.1 贝塞尔函数及其解31-32
• 2.5.2 汉克尔函数32-33
• 2.5.3 球汉克尔函数33-34
• 2.6 勒让德函数34-36
• 2.6.1 勒让德函数35
• 2.6.2 连带勒让德函数35-36
• 2.6.3 勒让德函数简化计算36
• 2.7 小结36-38
• 第三章 无探头补偿时球面近远场变换的实现与验证38-61
• 3.1 3GHZ标准喇叭的HFSS设计与仿真38-43
• 3.1.1 20dB标准增益角锥喇叭的设计38-41
• 3.1.2 标准增益角锥喇叭的近远场变换结果分析41-43
• 3.2 阵列天线的HFSS设计与仿真43-50
• 3.2.1 阵列单元半波对阵振子的HFSS设计与仿真43-45
• 3.2.2 阵列单元半波对称振子的近远场变换结果分析45-46
• 3.2.3 八元偶极子天线阵列的HFSS仿真与分析46-49
• 3.2.4 八元偶极子天线阵列的近远场变换结果分析49-50
• 3.3 球面近远场变换结果对比与误差分析50-60
• 3.3.1 结果对比与分析50-53
• 3.3.2 球面下的取样面误差分析53-56
• 3.3.3 扫描面取样距离误差分析56-60
• 3.4 小结60-61
• 第四章 球面近场测试系统61-71
• 4.1 引言61
• 4.2 球面近场测试系统的硬件子系统61-64
• 4.2.1 球机械系统(Mechanical system)61-64
• 4.2.2 射频系统(RF system)64
• 4.3 球面近场测试系统的软件子系统64-67
• 4.3.1 数据采集与控制系统(Data collection and control system)64-66
• 4.3.2 数据处理系统(Data-processing system)66-67
• 4.4 误差分析67-70
• 4.4.1 机械误差67-68
• 4.4.2 接收机误差68-69
• 4.4.3 探头误差69-70
• 4.5 小结70-71
• 结束语71-73
• 参考文献73-75
• 致谢75-76
• 作者简介76-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王建,林昌禄;天线球面近场测量的探针校准近远场变换[J];系统工程与电子技术;2000年10期

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本文编号：981846