天线近场原理及测试方法探讨

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关于天线近场扫描原理，常见有平面扫描、柱面扫描及球面扫描，本人对这些只有稍微了解，由于现在接触这方面，在此想请教高手能否详细介绍一下这三种扫描的原理及测试方法，如果能提供一些资料那是非常感谢，本人急需啊！我的邮箱zhoujc8012@sohu.com，谢谢高手啊！

你所说的近场扫描是指真正的天线近场（非聂耳区）还是像MMW的“近场”

真正的天线近场

1.2.2天线近场测量的发展
天线近场测量是近场技术的重要内容，经过近四十多年的发展已经成熟。开展这项研究的主要有美国国家标准局(NBS)、佐治亚工学院(Georgia Tech)、UCLA、丹麦技术大学和西安电子科技大学等, 从事这项研究的科学家和工程师有Kerns, Yaghjian, Wacker, Paris, Leach, Jansen, Larsen, Hansen, Joy, Bucci, Bennett和毛乃宏等等。其中,国家标准局和佐治亚工学院做了开拓性的工作。天线近场测量系统已商品化，其中代表性的公司有，美国的NSI和Scientific Atlantic公司(现为MI), 以色列的ORBIT等。
佐治亚工学院研究的起源是：早在20世纪50年代，从Georgia Tech独立出来的Scientific-Atlanta，当时就在生产天线测量设备，在1961年就开发出了100in100in平面扫描架和幅相接收机，开始了早期的天线近场测量。在1967年当时从事天线罩研究的Paris[40][41]，建议SA公司支持他的学生Joy以研究天线近场测量, SA提供了奖学金，并赠予了平面扫描架。有趣的是，Joy近场测量的实验室紧挨着Johnson建造的紧缩场[2]。当时电磁场的波谱分析理论已发展起来[30][31][32]，Joy使用带限波谱重新论述了天线耦合方程，指出带限范围与待测天线和扫描平面间的距离密切相关，并得出近场采样间隔最大不能超过半个波长的结论[43][44]。1970年Paris的下一个博士生Leach继续研究，着手将测量拓展到使用其它的扫描方式，他们当时就注意到Technical University of Demark在研发球面扫描系统，转向研究柱面扫描系统。Leach在忽略待测天线与探头间的多次散射前提下，由互易定理导出天线耦合方程，建立了使用FFT的数据处理算法，确立了采样准则，把波导开缝阵列作为待测天线完成其柱面扫描实验，与远场测试结果取得了一致，并于1972年完成学位论文[45]。Georgia Tech后续的研究，探头补偿[42]，测试精度分析，探头优化[46]，扫描误差抑制[47][48][49]等相继完成，逐步奠定了Georgia Tech近场天线测量技术为业界认可的基础。
美国国家标准局的研究源于用微波来模拟迈克尔逊干涉仪来测量光速[50][51][52]，在分析测量误差时，注意到了近场口径绕射的影响。随后激光的问世，并且可提供更高的测量精度，改变了用微波来测量光速的初衷，放弃了继续的研究。但是Kerns认为口径绕射理论能一般性地描述雷达与目标组成的系统，将会在其它领域有广阔的应用前景。1963年Kerns在华盛顿召开的URSI会议上提出了基于绕射理论进行天线近场测量和探头修正的可能性。就在同年NBS接手了美国国防部的大型天线和阵列天线的高精度远场方向特性图和增益测量。由于传统的远场天线测量技术对如此之大的天线难以处理，客观上就被要求研究新的测试方法。Kerns意识到他的绕射理论能用于天线测量，于是提议NBS采取平面近场扫描来确定天线远场特性图。之后经过多年的理论与实验研究，于1970年NBS完成了平面近场扫描理论，并公布了近场测试结果和经计算得到远场方向特性图[53][54]。该理论在忽略天线之间的多次耦合前提下，完整地描述了任意距离上放置的两副天线之间的相互耦合问题，并且天线的增益、有效面积、远场方向特性图均可从中获得。19691973年，NBS提出了三天线测试方法[55]，可对方向性天线的绝对增益和极化特性实现高精度测量，奠定了NBS天线校准的基础。还预估了误差上限[56]，分析了测量分系统的指标要求，扫描精度和接收机线性度对测量的影响。1981年Kerns用平面波散射矩阵论述了天线耦合关系[57]。1988年Newell等总结了平面近场测量中的误差[58]，分析了截断误差，相位误差，探头方向性，暗室散射，多次反射，扫描精度和幅度误差等18项误差源。NBS还研究了柱面、球面扫描形式的近场测量技术, Hansen和Yaghjian还研究了时域平面近场测量技术[59][60][61]。
1988年，NBS的Barird[62]和Georgia Tech的Joy[63]在IEEE Tans.A.&P.上分别对各自研究天线近场测量技术发展史予以总结回顾，标志着天线近场测量技术的基本成熟。
1993年，Bennett发表的“一个毫米波半紧缩场”论文[12][13]，在二维柱面场测量预测天线远场方向特性，混合使用了“硬件”半紧缩场和“数字”紧缩场（平面波综合或近场扫描），综合二者的优势以弥补双方的不足。
天线近场测量技术仍在继续发展和完善，如抑制扫描截断误差和测量信号相位误差，提高副瓣测量精度等。使用窗函数综合平面波降低截断误差[64]；基于等效电磁流的方法，以口径场为待求量构造测量近场与计算近场的总均方差为目标泛函，用优化算法求解使目标泛函最小的口径场，由此外推扫描范围外的近场数据以抑制截断误差[65]；用奇异值分解求解由扫描面内采样数据构成的矩阵方程，通过插值级数外推近场数据以降低截断误差[66]。使用定向耦合器提取抖动相位信息，补偿修正测量信号的相位误差[67]，三电缆互相校准[68]；以及无相测量技术[69]。使用具有空间滤波特性的零探头，抑制待测天线主波束来提高副瓣的测量精度[70][71]。
国内从事天线近场测量工作的有，电子部14所[72]、北京理工大学[73]、南京理工大学[74]和西北工业大学[75]等单位，还有文献综述了天线平面近场测量技术的发展，汇总介绍了国内外安装的平面近场扫描系统[76][77][78]。
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