[发明专利]一种毫米波平面近场测试相位修正方法

说明书

技术领域

本发明属于近场测试技术领域，尤其涉及的是一种毫米波平面近场测试相位修正方法。

背景技术

自天线被发明以来，其在通讯、雷达和国防等领域的应用与日俱增，成为无线设备中不可或缺的部分。天线性能的精确与否，影响到整个系统的性能。天线测量成为天线设计过程中不可或缺的步骤，是人们研究的重要课题之一。

天线测量是伴着天线的设计出现的，是对天线设计的指导和性能的测试验证。测量方法精确与否直接关系到与之配套系统是否实用。而随着国防和信息产业的发展，对天线的要求越来越高，高性能的现代天线的分析与设计离不开先进的测试技术和测量系统。各种数值或解析设计方法都是以各种模型为基础，来仿真天线，这些模型只是对实际天线的一种近似，它们与实际问题总是存在或多或少的差别，它们的近似程度要靠实验测量来检验。另外，测量技术也可以及时诊断和发现设计模型中的问题，以便对模型进行修正和改进。一方面，高精度的测试系统指导着高性能天线的设计。另一方面，高性能的天线对测量系统的精度与测量方法提出了更高的要求，这就要求采用新的方法和技术来评估天线的性能。

随着计算机技术的进步和现代测量手段的发展，天线测量技术也取得了重大进展，已形成多种测量方法，包括远场测量、近场测量和紧缩场测量等。

天线远场测量是指在天线的辐射远场区域内，直接获得天线的远场性能参数。一般情形下，天线远场测试距离R需满足R≥2D2/λ，D为天线口径的最大尺寸，兄是天线的工作波长。对大型天线而言，远场距离一般无法实现，况且受环境和场地因素的影响，远场测量的实现条件和精度受到很大的限制。

近场测量是在天线近区范围内，求得天线的远场特性。由于其不受远场测试中的距离效应和外界环境的影响，具有测试精度高、安全保密、可以全天候工作等一系列优点，并且能很好的模拟和控制各种电磁环境，并通过合适的软件有效的补偿各种测量误差，其测量精度甚至优于远场测量，从而得到越来越多的应用，一直是人们研究的重点课题，也是当前高性能天线测量的主要方法之一。

紧缩场借助于反射镜、喇叭、阵列等所产生的平面波来仿真无限长度的场地。其静区直径因受抛物面反射镜边缘绕射的影响，一般只有1/3的反射面直径大小。况且室内反射、幅度锥消、边缘绕射、馈源泄露以及偏馈引起的消极化等因素限制了测量场地的质量，使得紧缩场天线测量的应用受到很大限制。

虽然近场测试可以满足一些远场天线测试达不到的要求，但是在毫米波测试频段，要想测量准确，采样探头必须把天线发射出的所有能量都捕获到。像一些高增益天线，如反射面天线和相控阵天线，这些天线发出的能量都集中在和天线孔径垂直的方向上，为了测试这些类型的天线，必须用高精密定位系统。同时为了保证天线测试的精度，探头必须满足最小采样为天线信号波长一半的取样间隔，因此，要实现相对与AUT的一个准确的近场测量，探针的精确位置及其平面度是至关重要的。

然而，由于机械加工能力及电缆等不可突破的技术限制，在毫米波频段下的近场测试误差还是非常大的，主要体现在两点，一个体现在机械扫描设备的步进精度、重复定位精度及直线度等产生的误差，另一个体现在射频电缆或机械扫描设备随着测试时间的增加，产生热效应而引起射频电缆和机械设备的形变，这都会对测试数据带来不小影响的误差，比如用性能比较好的戈尔电缆，在10GHz的时候外部环境变化一摄氏度，产生的温差使1m的电缆产生0.5度的天线测量误差，而纯靠机械精度及电缆现有的性能来保证测试精度也被证明是不可行的。

实际应用中天文学、火箭、雷达等的所用天线实际工作频率己经向远高于40GHz甚至到了亚毫米波的研究范围，然而由于远场测试所需的测量距离限制、RF损耗和环境等原因，远场系统对这方面的测试一直准确度不高，随着近几年近场天线测试系统的发展和测试技术的成熟以及越来越多的科研人员对近场测试系统、测试性能的了解，近场测试系统逐渐成为对毫米波亚毫米波AUT测试的首选，一方面克服了远场系统测试的弊端；另一方面又切实满足了对现有研究中的毫米波亚毫米波天线调试的需求。

虽然我们知道近场系统可以满足我们对毫米波亚毫米波研究天线的测量调试，然而如何建设容纳此测量系统的屏蔽暗室，如何建设一套满足我们测试调试需求的系统，如何对供应商提出系统建设的要求，如何解决高于40GHz频率的模块限制带来的系统建设限制，我们却有着诸多的不确定。