电磁兼容(EMC)设计与整改
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李桂兰

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[问答]

一种由准远场距离上测得的方向图计算远场方向图的方法

一、研究背景
在微波暗室内对基站天线进行测试是一种常用的方法。由于暗室尺寸的限制，对增益较高的天线，往往不能满足远场测试条件。在这种情况下测试结果与远场情况下的测试结果有较大差异。本报告给出了一种由准远场距离上测得的方 向图计算远场方向图的方法。

回帖（3）

廖靖华

2019-6-11 09:14:40
二、修正算法的基本原理
如图1 所示的AUT为基站天线，天线沿着y轴方向的尺寸较小，容易满足远场条件，而x方向的尺寸较大，不满足远场条件。针对这类天线的方向图，可以采用该方法进行修正。

图1 天线坐标系
以oy为轴作一个能完全包围待测天线的最小柱面，设该柱面的半径为rmin。在该柱面之外，天线产生的电场可表示成矢量波函数的加权和，即
(1)
令场点位于xoz平面（即y=0），且ρ较大时，式（1）可以表示为
(2)
其中：Nm=krmin+10
由于场点(ρ,φ,0)已经处于天线的准远区，且ρ相对于天线的垂直尺寸（y轴方向）已经很大了，对上式中的积分可以采用一维驻相法进行计算，并考虑到，从而有
（3）
对于任意的线极化电场分量均可以表示为
（4）
如果在ρ=ρo处测得电场为Em，则有
（5）
可以求出
（6）
将Cn代入公式（5），命ρ→∞，则得到天线远场为
(7)
其中，C为与角度无关的常数，可以略去。天线的远场方向图为
(8)
基于以上关系式，容易得到远场条件下天线增益与准远场条件下增益的差值为

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徐梦灵

2019-6-11 09:14:46
三、数值仿真验证
为了验证该算法的正确性，进行数值仿真验证。选取一个工作频率为 900MHz，口径为2.6m 的阵列天线进行数值仿真分析，准远场测试距离为29m(该测试距离不满足远场条件)。数值仿真流程和数值仿真结果分别如图2 和图3 所示。

图2 数值仿真流程图

图3 数值仿真结果
由图3可知，测试结果（Measured Pattern）与理论结果(Theoretic Pattern) 差别较大，修正后的结果(Corected Pattern)与理论结果(Theoretic Pattern) 吻合很好。
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董英灏

2019-6-11 09:14:49
四、实验验证
为了验证以上算法的正确性，对给定的天线分别按如下两种方法测试：准 远场测试和球面近场测试。通过修正算法对准远场测试结果进行修正，并将修 正得到的远场方向图与球面近场得到的方向图进行对比，结果如图4 所示。

图4 实验结果与修正结果
由图4 可知，准远场测试结果（Comba Finite Field）与球面近场测试结 果(Comba SG128)有较大差距，修正结果（Corrected Far Field）与球面近场 测试结果(Comba SG128)吻合良好。
五、结论
经过数值仿真分析和实验测试证明了上述算法的可行性与准确性。
作者：傅德民 西安电子科技大学 天线与微波技术国防科技实验室
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