踪仪等。 极化轴定位精度应小于天线方向图波瓣宽度和指向精度技术指标要求，典型值是波瓣宽度和指向 精度的1/10～1/3。 垂直扫描平面近场测量系统采用垂直平面扫描架进行扫描采样，适用于易垂直架设的被测天线，如 物理尺寸较小的天线、相控阵天线，测量时被测天线辐射口径垂直于地面架设，如图5所示， 水平扫描平面近场测量系统采用水平平面扫描架进行扫描采样，适用于易水平架设的被测天线，如 大型反射面天线、柔性天线、带整星平台的卫星天线，以及产线测量等，测量时被测天线辐射口径平行于 地面架设，如图6所示 此外，也可采用机械臂等机械定位设备替代平面扫描架实现垂直扫描和水平扫描

图5垂直扫描平面近场测量系统

图6水平扫描平面近场测量系统

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矩形扫描技术常被用于垂直扫描和水平扫描产品质量标准，探头在指定的{、3位置的栅格上采量数据，如图7 所示。探头安装在y轴的导轨上，y轴导轨安装在沿工轴的第二幅直线导轨上。测量时，根据被测天 线矩形扫描区域尺寸的不同，可以沿3轴导轨连续运动，轴导轨步进运动；也可以沿轴连续运动， 沿y轴步进运动，以获取最佳的采样效率

图7垂直扫描平面近场示意图

射频子系统包括信号源、失量网络分析仪（接收机）、特性已知的参考天线（探头）、电缆及实现测量 功能的其他射频设备和器件。可根据被测天线频率范围，选择混频器、倍频器、定向耦合器等设备。测 量使用的设备和仪表应具有良好的稳定性、可靠性、动态范围和测量精度。 在测量过程中，射频系统的稳定性对测量精度至关重要，根据不同的测量要求配置不同的射频系统 射频，典型的射频系统配置方式分为直连模式和外混频模式： a）直连模式 基于矢量网络分析仪的直连模式系统框图如图8所示，由矢量网络分析仪内部源信号源提供 激励信号（也可信号源提供），接收机直接接收，根据测试需求可增加放大器（功放）保证系统动 态范围在40dB以上

图8直连模式射频系统

外混频模式的系统框图如图9所示，外混频模式选择两路信号的比值作为最终的测试信号，其 中一路为参考信号，另一路为测试信号。 射频信号源提供射频信号（可选择单独信号源也可由失量网络分析仪内部信号源提供），本振信号 原提供本振信号（可选择单独信号源也可由量网络分析仪内部本振信号提供）。射频信号经定向耦和 器被分为两路，直通口出来的信号直接供给待测天线，耦合口出来的信号送给参考混频器的射频输入 端。本振源产生的本振信号被分为两路，一路送给参考混频器，一路送给测试混频器。参考混频出来的 中频信号被送给中频本振单元，经过带通滤波器，参考中频放天器，输出到接收机的a端，a为参考 信号。 探头接收到信号送人测试混频器射频输人端，本振源提供本振信号，混频出来的中频信号，此中频 信号再被送入中频本振单元，经分离滤波再经外部的测试中频放大器送给接收机的b端，b为测试 号。 测试信号b和参考信号a的幅度（相位）比值就是系统最终的测试幅度（相位）

图9外混频模式射频系统框图

3.2.1矢量网络分析仪

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测量探头的性能对于平面近场测量系统的性能影响较大，在精密测量时应对探头的特性进行校准 平面近场测量探头应具有以下特性： a） 低驻波比； b） 低散射截面，以减小探头与被测天线间的多次耦合； c） 半空间（至少在宽的立体角内）无零辐射点； d） 具有尽可能宽的频带； 极化特性和方向图特性便于校准或便于精确计算； f 极化纯度高，且方向图足够宽； g 结构紧凑、稳定可靠； h) 机械接口易于定位，可以实现机械与光学对准； i 探头交叉极化应小于一30dB； 1 满足以上条件后通常使用开口波导

控制子系统包括实时控制器、计算机和控制线缆等，实现各设备的协同控制

测量软件应具有数据采集与数据分析功能，并能实现方向图、增益、方向性系数、波束宽度、副瓣电 平、波束指向、极化、轴比等计算转换测量功能。数据采集软件可自动采集天线口面的幅度和相位分布 数据分析软件可完成近远场转换和数据分析，绘制出远场方向图。 数据采集软件和数据分析软件的功能和要求如下： a）数据采集软件功能和要求为： 1）能对被测天线的频率进行单频点、多频点测量，并能观测系统的信噪比

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2）能设置测量仪器的频率、信号功率和中频带宽； 能设置采样面的大小、采样间隔、测量距离； 能设置探头的频率范围和极化方式： 5 能设置扫描架工轴、y轴的运行速度； 6） 能实时观测采集原始数据的幅相值； 能输入文件名及相关测量信息。 数据分析软件功能和要求为： 根据测量需求能绘出近场单极化、双极化、幅度或相位方向图； 根据测量需求能绘制出远场线极化方向图、交叉极化方向图、圆极化方向图、立体方向图 等高增益线方向图、幅度或相位方向图； 3） 能绘出归一化后的方向图； 4 能绘出远场直角坐标、极坐标方向图； 5） 具有自动寻找远场方向图最大值功能： 6） 能分析方向图的波束宽度、波束指向、零深、副瓣等参数

2）能设置测量仪器的频率、信号功率和中频带宽； 能设置采样面的大小、采样间隔、测量距离； 能设置探头的频率范围和极化方式； 5） 能设置扫描架工轴、y轴的运行速度； 6） 能实时观测采集原始数据的幅相值： 能输入文件名及相关测量信息。 数据分析软件功能和要求为： 根据测量需求能绘出近场单极化、双极化、幅度或相位方向图： 根据测量需求能绘制出远场线极化方向图、交叉极化方向图、圆极化方向图、立体方向图 等高增益线方向图、幅度或相位方向图； 3） 能绘出归一化后的方向图； 4 能绘出远场直角坐标、极坐标方向图； 5） 具有自动寻找远场方向图最大值功能： 能分析方向图的波束宽度、波束指向、零深、副瓣等参数

平面近场测量是利用探头天线来测量被测天线孔径上场的幅度和相位，满足近场条件后根据电 面波展开理论，计算出天线的辐射远场，从而获取天线的辐射特征参数。根据远场方向图进一步 到方向图的各种参数，

测量探头一般安装在扫描架轴并方向进行扫描，被测天线一般架设在天线支架上，平行于 日描架轴，垂直于扫描架y轴，如图5和图6所示， 被测天线坐标系与扫描面的坐标系对齐并且平行。测量场地坐标系的轴和y轴平行于探头单 油扫描中其坐标原点形成的正交轨迹线。探头之轴垂直于扫描面，探头3轴和y轴需要对准至平行于 扫描架轴和y轴，如图7所示。 根据被测天线测量指标及精度，探头和待测件的对准可通过卷尺、卡尺、经纬仪、激光跟踪仪等设备 来完成，对准精度要求与被测天线相适应。 被测天线通常相对扫描平面进行机械校准，有时通过电对准，也可测量记录被测天线相对扫描平面 的偏移量，通过数据后处理进行校准。

测量距离的选择应考虑以下因素： a）确保非传播模式不显著影响近场测量数据； b）有效扫描区域覆盖足够范围的方向图； c）探头与被测天线之间互耦。 注：缩短测量距离可增加方向图覆盖，增加测量距离可减小多次反射和凋落波，测量距离的选择应在二者之间进行 平衡，测量距离宜为3入~5入

理论上平面近场采样的扫描平面无限大，但这无法实现。工程上通常选取扫描平面的边缘电平比 中心电平小30dB～40dB的区域为扫描区域，其他区域数据设置为无限小。平面近场采样的扫描区域 与可信角域如图10所示，

扫描平面在y方向的有效扫描范围L见式（1）： L =D + d + 2Ztano

扫描平面在y方向的有效扫描范围L见式（1）： L =D ± d ± 2Ztan6

图10平面近场采样面示意图

L =D+d+2Ztano 式中： L 一 向上和向下扫描的距离，单位为米（m）； D 被测天线等效辐射口径，单位为米（m）； C 探头直径，单位为米（m）； Z 被测天线和探头之间的距离，单位为米（m）； ——扫描平面在3方向的有效角域范围，9的典型值宜为60° 注：扫描平面在工方向的扫描区域与可信角域计算方法与方向相同

L 向上和向下扫描的距离，单位为米（m）； D 被测天线等效辐射口径，单位为米（m）； d 探头直径，单位为米（m）； Z 被测天线和探头之间的距离，单位为米（m）； 扫描平面在y方向的有效角域范围，0的典型值宜为60°。 注：扫描平面在方向的扫描区域与可信角域计算方法与y方向相同

采样间隔是测量数据中两相邻数据所需要的最短周期。测量选择在凋落波（菲传播模式）影响

平面近场天线方向图测量的主要参数如下： a） 线极化天线： 1) 幅度方向图： 2） 相位方向图； 3） 波束宽度； 4） 波束指向； 5） 零深； 6) 副瓣电平； 7) 交叉极化/轴比； 8） 增益； 9） 方向性系数：

平面近场天线方向图测量的主要参数如下： a) 线极化天线： 1) 幅度方向图： 2) 相位方向图； 3) 波束宽度； 4) 波束指向； 5) 零深； 6) 副瓣电平； 7) 交叉极化/轴比； 8) 增益； 9）方向性系数：

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方图测量的主要步骤如下： a）根据被测天线的频率范围，设定测量频谱，按照图5进行垂直扫描连接、按照图6进行水平扫 描连接。将被测天线架设于天线支架上，将对应频段的探头安装于扫描架上，连接测量链路的 射频线缆、控制线、电源线等。 b）系统控制设备开机，根据7.2.1进行被测天线和探头的机械对准，根据7.2.2调整测量距离。 c）根据被测天线的极化方式调整探头的极化，选择与之匹配的极化方式。 注1：若被测天线为线极化，探头极化方式选为与之匹配的单极化；若被测天线为圆极化时，探头的极化方式为Pol1 选为垂直（水平）极化，Pol2选为水平（垂直)极化 d）在系统测量软件中设置测量参数，包括测量频率、信号功率和中频带宽等参数，根据7.2要求， 设置方向和y方向扫描范围、采样间隔，设置扫描架的扫描速度等。 系统测量软件执行测量任务，控制测量探头实现方向和方向的扫描采样，矢量网络分析 仪采集测量信号幅度和相位值。系统测量软件记录每个坐标点的探头采集到的幅度和相 位值。 注2：幅度值的量纲为分贝（dB）或线性值， 注3：相位值的量纲为度（）或弧度， f）若被测天线为圆极化天线，完成一个测量后，探头自动旋转90°重复步骤a）～d)测量另一个 极化

增益测量采用比较法，主要步骤如下： a）按照7.4.1的步骤a)～步骤e)测量被测天线的幅度和相位值； b）将被测天线替换为标准增益天线，按照7.4.1的步骤a）～步骤e)测量标准增益天线的幅度和 相位值； c）在后处理软件中对原始数据进行处理分析得到增益方向图、最大幅度等参数，计算见式（2）： G =G+ (Px P) ··（2 式中： 2DD

增益测量采用比较法，主要步骤如下： a 按照7.4.1的步骤a）～步骤e)测量被测天线 b 将被测天线替换为标准增益天线，按照7.4.1 相位值； C 在后处理软件中对原始数据进行处理分析得 G =G 式中： G——被测天线增益.单位为dBi或者dBd:

G。一标准增益天线增益标定值，单位为dBi或者dBd； Px一一被测天线远场方向图的最大功率电平，单位为分贝毫瓦（dBm）； P。一标准增益远场方向图的最大功率电平，单位为分贝毫瓦（dBm）。 注1：对于圆极化天线，G和G.的单位为dBi。 注2：对于半波对称阵子天线，G和G.的单位为dBd

G Px——一被测天线远场方向图的最大功率电平，单位为分贝毫瓦（dBm）； P。一标准增益远场方向图的最大功率电平，单位为分贝毫瓦（dBm）。 注1：对于圆极化天线，G和G.的单位为dBi。 注2：对于半波对称阵子天线.G和G.的单位为dBd

根据数据采集软件采集到的被测天线原始数据进行近远场变换，得到被测天线的远场方向图。 场转换方法见附录A，

7.6辐射方向图表示方法

辐射方向图的显示包括三维辐射方向图和二维辐射方向图。三维辐射方向图应具有三维球坐标显 示功能、三维直角坐标显示功能。二维辐射方向图应具有二维直角坐标显示功能、二维极坐标显示功能 和二维平面图显示功能。各种结果显示均可以输出为图片、数据或动画等形式。 辐射方向图的表示方法有直角坐标表示法和极坐标表示法，如图11所示。辐射方向图的其他表示 方法见附录B

7.7测量不确定度分析

图11辐射方向图的表示

测量结果应记录在一份综合的测量报告中。表2给出了要求的所有条目的摘要清单。测量报告具 有可提供测量重复性的信息。 a）通用信息 1）通用信息应包括测量所在的地点、负责的（能承担责任）的所有者等； 2）如果场地确认是由其他方或组织进行的，应给出该方或该组织的信息； 3） 应借助绘图、照片、部件号码等方式描述测量的配置，包括其辅助设备； 另外还应给出进行测量的目期，在报告的封面还应有报告的编制者和授权人的姓名及其 签名。 b） 有效期和限制条件的评估： 在进行测量之前，应证明场地的有效期，并明确声明测量报告中的环境条件、配置条件或者限 制条件。 c）测量布置： 1）无论在检查还是在测量中，都应对每一条规范性要求的条目进行核查，以确定是否符合

要求； 不同类型天线的测量程序，应在测量报告中给出。若对测量布置有调整，也应在报告中 注明

求出具测量结果及辐射方向图，辐射方向图测量

表3辐射方向图测量数据记录信息

微波暗室进行天线测量时，应满足人身和仪表的安全防护规定： a）微波辐射安全限值按照GB8702一2014中的规定执行； b）仪表严格按照其出厂说明安全使用

微波暗室进行天线测量时，安全防护措施如下 被测天线进行低功率量级测量：

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b）微波暗室内划分辐射区域并安置标识； C) 天线测量期间进人微波暗室时，应穿戴防护用品； d 测量中断，天线调试应关闭信号源射频开关； 登高作业，应学习登高基本知识，并获得登高资格证书； f）被测天线需大功率工作时，应提前计算射频链路各环节器件功率

平面扫描近场测量技术的基础是平面波展开理论。在线性、均匀、各向同性的无源介质中，简 变化（ejwt）的电磁场满足Helmholtz方程的表述为式（A.1）：

在图2所示的直角坐标系中，式（A.1)基本解的表述为式（A.2）： E(r)=A(k)exp(jk .)

在图2所示的直角坐标系中，式（A.1)基本解的表述为式（A.2）： E(r)=A(k)exp(jk .)

式中： ——观察点(α，y,2)的位置失量； k 一矢量波束； A（）——平面波E()的复振幅失量。 在≥0的半空间内k，的表述为式(A

——观察点（z，y，2）的位置失量： k 一一矢量波束； A(k）—平面波E(r)的复振幅矢量。 在α≥0的半空间内，k，的表述为式（A.3）

即k的三个分量只有两个是独立的。 由于E和H的关系满足麦克斯韦方程：V×E=jwuH，所以与式（A.2)相对应的电场强度的表述 为式（A.4）：

由于场方向是线性的，使用式（A.2）和式（A.3)对k，和k。进行积分，便可构成无源区电磁场白 解的表述为式（A.5）

若以z轴为传播方向，yo2 距离三。（常数）平面上， 向分量E（n.V）是已知的或者 ，式（A.5）可转化为式（A.6）：

维Fourier变换，因此A，（k）的表示为式（A.7）： A.（k） E,(ro,y,z)ekkya+ke"dydz .(A.7 （2元）

若已知A，（k）、A（k）和k、k，可由式（A.3)求得k，再由式（A.9)求得A（k），从而求出A（k）。 将A（）代入式（A.5），便可求得>0区域任意点的场。 在远场条件下，通常用最速下降法或驻相法对式（A.5）的磁场求解，其结果的表述为式（A.10）：

观察点相应的极角； 一一观察点相应的方向角； ko——k在轴上的投影,kor=ksingcosp 为了确定天线远场辐射方向图，只需知道平面谱函数A（）=A（k）在k+k≤k的函数关 系。k，十k>k"所对应的平面波是沿方向指数衰减的调落波，它们对远场没有贡献。 若远场点（r.0.）已知.则由式(A.10)计算得到电场强度E

附录B （资料性） 辐射方向图表示方式

天线辐射方向图表示方式有直角坐标辐射方向图表示、极坐标辐射方向图表示、辐射方向图数 表示和等增益线图表示，其示例见图B.1~图B.4。

图B.1直角坐标辐射方向图

图B.2极坐标辐射方向图

图B.3辐射方向图数据

附录C （资料性） 测量不确定度评估的说明

近场扫描探头有一定的天小且有一定的方向性，它们的存在会对近场测量产生扰动。探头移动中 接收到的信号与被测场的分布并非线性关系，需要利用探头补偿的方法来解决非理想探头的接收效应 仅在系统软件中采用理想探头修正，这对于超低副瓣测试精度的要求是不够的，要在一定的测试频带内 对各种波导探头进行实际测试校正。探头主极化方向图不确定度直接影响到任意指定角度的被测天线 校准远场方向图。 探头在开口波导模式下，主极化方向图不同角度对应的不确定度影响量如表C.1所示

表C.1探头开口波导模式，主极化方向图不同角度对应的不确定度影响量

探头极化比一般不影响主极化测量，但影响交叉极化测量。如果被测天线的交叉极化比相对较低， 则探头交叉极化产生的误差可以忽略

可参考使用探头增益测量的不确定度

探头对准误差指探头极化矢量和近场坐标系统之间的误差。探头方位和俯仰上的对准误差可！ 头方向图读出。根据经验值.探头对准误差一般选择0.05dB

日一化常数是测量系 该误差通过多次重复测量所得。 注：该误差影响增益测量的不 则量的不确定度

阻抗失配是由于探头与被测天线，或线缆与被测天线之间没有完美的匹配而产生的，根据经验 头对准误差一般选择0.08dB

自由空间传播限制了近场采样密度不能小于0.5波长间隔。在这种间隔下产生图形失真的误差 0.01dB。

大线方可图的近远场变换是基于测大 有能量均能被测量得到。在天线前半球面测 的所有能量，扫描平面理论上需要无限延伸的。而实际测量时，扫描平面是有限的，则截断的能 丢失，这些丢失的能量就会影响到被测天线的方向图

y轴位置的误差可在接近扫描架机械轴时可忽略

气象标准C.11探头z轴位置误差

探头名轴位置的误差对近扫描架轴处影响最大，该误差为0.01d

探头轴位置的误差对近扫描架轴处影响最大，该误差为0.01

探头和被测天线之间的多次反射可以通过更改探头到天线之间的距离，并比较多次扫描结果来进 行鉴别。

C.13接收机幅度线性度

机幅度线性度误差可通过接收机校准的不确定度

深圳标准规范范本C.15接收机动态范围

接收机动态范围误差可以通过接收机校准的不确定度得到。