摘要：让我们先来了解场区（Field ）的概念。根据电磁场的特性，天线周围的空间可以分为三个区域：感应近场区，辐射近场区和远场区。近场和远场的理论基础是麦克斯韦方程组。在电磁波传播过程中，近场区域主要受到电磁场的电场分量和磁场分量的影响，而远场区域主要受到电磁场的辐

本期我们围绕远场天线测试系统展开说说，如果想了解天线基础知识，可以查看本账号下的上一条内容哦！

场区简介

让我们先来了解场区（Field ）的概念。根据电磁场的特性，天线周围的空间可以分为三个区域：感应近场区，辐射近场区和远场区。近场和远场的理论基础是麦克斯韦方程组。在电磁波传播过程中，近场区域主要受到电磁场的电场分量和磁场分量的影响，而远场区域主要受到电磁场的辐射分量的影响。近场和远场的边界通常定义为距离光源或物体的距离等于波长的一半。在这个距离之内，电场和磁场的强度随距离的增大而快速衰减，称为近场区域:在这个距离之外，电磁场的强度随距离的增大而缓慢衰减，称为远场区域。

1.感应近场区：也称为无功近场区，是天线辐射场中紧邻天线口径的一个近场区域。在该区域中，电抗性储能场占支配地位，该区域的界限通常取为距天线口径表面入2π处。感应近场区最靠近天线，此区中感应场强于辐射场。

2.辐射近场区：也称为菲涅尔区，是距离天线口径N/2π至入的距离范围内的区域。在这个区域内，电磁场的分布与距离天线的距离有关，并且辐射场占优势。该区域辐射场占主导地位，且角向场分布依赖于离天线的距离，辐射场区的电磁场已经脱离了天线的束缚，并作为电磁波进入空间。

3.辐射远场区：也称为夫朗荷费区，是距离天线口径入以上的区域。在这个区域内，场的大小与离开天线的距离成反比，方向图主瓣、副和零值点已全部形成。该区域方向图和与天线的距离无关。辐射远场区是进行天线测试的重要场区，天线辐射特性所包括的各特性参数的测量一般均需在辐射远场区内进行。

室外天线远场测量核心技术难点：距离与干扰

远场天线通常在源天线和接收天线之间相距很远的情况下运行。天线辐射球面波前，但在很远的距离下，球面波前在接收天线的孔径上几乎变成平面。必须将天线分开以模拟平面波前，以减少接收误差。普遍接受的远场标准是R>2D2Л，这允许在被测天线(AUT)的孔径上发生22.5 度的相位变化。

室外远场测量系统通常包括发射天线、接收天线、信号源、频谱分析仪等组成部分。发射天线用于产生平面波照射待测卫星天线，接收天线则用于接收待测天线的辐射信号。信号源提供测试所需的射频信号，频谱分析仪则用于分析接收到的信号，获取天线的远场辐射特性。室外远场不受室内空间限制，经典远场条件（r≥2D2/λ，D：天线口径最大的线尺寸；λ：工作波长。）容易得到满足，可直接测得天线的远场特性，保证了测量精度，适用于大型天线或需要大测试空间的场景，支持全方位目标姿态测试。

好处虽然很明显，但传统的远场测量受限测量距离与环境干扰问题。以测量距离为例，远场测量需要足够的距离以确保测量精度，这种实际操作中往往难以实现。此外，外界电磁环境复杂多变，易对测量结果产生干扰。比如因地面反射波的影响较大，实际测试很难达到理想的测量精度。为了解决这样的问题，通常会引入微波暗室，暗室大小决定能测量的最大天线口径大小范围。此外，远场测量还受周围的电磁干扰、气候条件、有限的测试距离、环境污染和物体的杂乱反射等因素影响。

室内远场测量系统的核心构成

室内远场测量系统由微博暗室、转台系统、射频信号传输系统、天线测试软件构成，具体如下：

1.环境：微波暗室

2.转台系统：接收的转台和发射的转台。发射部分通常为一个极化转台，主要控制天线的极化旋转。而接收部分通常是一个两维测试转台：俯仰和方位，被测天线往往安排在接收端。

3.射频信号传输系统：矢量网络分析仪，信号源和频谱仪，射频电缆，低噪放（放置接收端，接收小信号进行放大）和功放（放置发射端，放大发射信号）。以测量仪器为例，矢网主要完成幅度相位方向图的多频点测试，频谱仪加上信号源则可实现天线的幅度方向图测试。

天线测试软件：完成转台的控制；控制矢网和多台仪器进行数据采集与分析。

对大型卫星天线而言，远场测试难以实现且成本高昂，因此近场模拟远场成为更实用的选择。近场测量结合先进的计算技术和软件补偿方法，能够实现高精度、高效率的卫星天线测试。

远场测量系统的核心设备

矢量信号分析仪不仅能和矢量网络分析仪、矢量信号源强强联动，深入“体检”航空航天设备的元件、组件及子系统，还能在更高频率和更宽带宽下监测干扰信号，比如利用实时频谱分析（RTSA）测量能力，捕获持续时间非常短的间歇信号。

在国产高端测量设备中，玖锦科技墨子系列PSA6000A（110GHz）就具备高达2GHz的分析带宽，频谱支持扩频至110 GHz，能最大程度的缩短处理与捕获信号之间的时间间隔，提高信号分析处理的效率。

此外，天线测试中，信号发生器负责生成和仿真出各种标准、精确、稳定的信号来测试电路或系统的响应能力，就像药剂师确保药物成分、剂量都符合标准那样。比如在卫星元件/组件和有效载荷的重要测试项目中，利用微波信号发生器生成多载波连续波信号（MCCW）来模拟带宽信号，亦或是自定义波形生成ARB、OFDM、AWGN等。主要使用场景如下：

通信信号生成：覆盖Ka、Q等波段，具备扫频、脉冲、数字调制、噪声信号、雷达信号、数据链信号、OFDM 等多种信号库，用于测试和验证卫星电子设备的电气性能、频率响应、抗干扰能力等；相控阵天馈系统及接收机测试、检修：由于相控阵天馈系统所接收到的目标信号相位并不相同，信号源可根据相控阵天馈系统接收通道间的距离和排布方式，计算出每路信号相对于参考信号的相参相位，根据不同来波方向时各接收通道信号间的幅度差和相位差，配置到信号发生器中，进而模拟出不同来波方向的测试信号；

在国产高端测量设备中，玖锦科技孔明系列ASG3000B（40GHz）和具备8个相参信号源的墨子系列MCSG5000A（50GHz）就具备这样的“药剂配置能力”。