使用图像反射进行单天线测量 留言

使用图像反射进行单天线测量

Michael D. Hillbun, Diamond Engineering

一种确定天线增益和辐射图参数的方法，使用位于相对于天线相位中心的所需参考位置的导电平面所产生的图像。该测量包括两种状态。第一个是垂直视轴S_11p，第二个是自由空间S_11fs。最初的工作是由Edward Purcell¹得出的。后来，Lee和Baddour²改进了推导，以包括天线和其馈电之间的有限失配。他们使用的方法包括在距离上进行几次测量，并进行最佳拟合线；反射相位没有被考虑。现在，现代矢量网络分析仪(VNA)包括了相位，精度得到提高，分离度也被固定。除了被测天线(AUT)的增益，相位也可以被计算出来，这样就可以确定一个完整的2端口[S]矩阵。

金属表面的边界条件要求E_t =0。通过设置振幅相等但相位相反的电流使入射电场在表面上为零(图1)。感应电流相当于导体表面对面的倒像，并以与入射波相同的辐射图从表面反射出去。¹ 等价地，入射在完美导体上的场在表面产生一个共轭场，以维持切向边界条件E_t=0，在对面的相同距离上产生一个图像。

图1 入射在完美导体上的场。

最初的工作是从弗里斯公式开始的³

反射波经历了相同的路径损耗，因此在源头的反射系数为

其中所有变量都是线性向量。R乘以2以包括往返的时间，Γ₀是反射面。如果源反射为Γ_s，则发射场为：

而在源头收到的场是：

假设G和路径损耗是线性向量。E_Rx向量与源错配线性结合，因此

该比率 形成了由于接收反射而产生的匹配矢量。虽然公式4是一个主要的反射，但在|GP_L|<<1的条件下，高阶反射被忽略。

用公式6求解增益²得出：

应该提到的是，所有的反射量都是矢量，否则公式7将不准确。⁴ 源反射和测得的反射之间的矢量差产生以AUT连接器和相位中心为参考的AUT增益和相位。公式7包括导电表面电导率σ。表面反射由下式得出：

对于高电导率，Γ₀→-1。

对于我们的测量，导电表面是铝，σ=3.5e7 S/M，由公式8得出：

其中f的单位是GHz。

在10GHz时，Γ₀=-0.9996或0.003dB。

公式7有一个由决定的相位部分。

公式8表明，片状反射损失可以忽略不计，因为是180度的角度偏差，所以AUT相位完全由源反射和测得的反射之间的差异决定。产生的增益是：

其中

公式10表示系统的幅度和相位。如果假设AUT是无损的，那么S₁₁=S₂₂，其中S₁₁对应50欧姆的源，S₂₂对应377欧姆的负载。为了建立AUT的[S]矩阵，必须知道相对于连接器的相位中心。

图2 图像反射装置。

图2所示的AUT使用一个透镜，也是为了保持一个有点恒定的相位中心位置。这是用最小二乘法收敛算法来确定相位中心偏移(PCO)的测量。根据PCO值，AUT测量的|S21|数据被赋予相位。公式7被替换为

原文始发于微信公众号（actMWJC）