天线设计与仿真：阵列天线设计_（15）.阵列天线的测试与测量技术.docxVIP

PAGE1

PAGE1

阵列天线的测试与测量技术

在阵列天线的设计与仿真过程中，测试与测量是确保设计性能的关键步骤。本节将详细介绍阵列天线的测试与测量技术，包括测试设备的选择、测试环境的搭建、测试方法的介绍以及数据处理和分析。通过本节的学习，读者将能够掌握如何对阵列天线进行有效的测试和评估，确保其性能符合预期。

1.测试设备的选择

阵列天线的测试需要一系列专业的设备来完成，这些设备包括但不限于矢量网络分析仪（VNA）、频谱分析仪、信号发生器、功率计、天线测试平台等。选择合适的测试设备对于准确评估天线性能至关重要。

1.1矢量网络分析仪（VNA）

矢量网络分析仪（VNA）是测试天线阻抗匹配、回波损耗、插入损耗等参数的重要工具。VNA可以提供天线在不同频率下的S参数，从而帮助设计者了解天线的传输和反射特性。

1.1.1VNA的基本功能

阻抗匹配测量：通过测量天线的S11参数，可以评估天线的阻抗匹配情况。

回波损耗测量：S11参数也可以用来计算天线的回波损耗，评估信号反射的程度。

插入损耗测量：S21参数用于评估天线的插入损耗，即信号通过天线时的衰减程度。

1.1.2VNA的使用示例

假设我们使用AgilentN5242A矢量网络分析仪对一个阵列天线进行测试，以下是一个简单的测试步骤：

连接设备：将矢量网络分析仪与阵列天线连接。

设置频率范围：根据天线的工作频率范围设置VNA的频率范围。

校准：对VNA进行校准，确保测量结果的准确性。

测量S参数：选择测量S11和S21参数。

分析结果：记录并分析测量结果。

#Python代码示例：使用VNA测量S参数并分析结果

importnumpyasnp

importmatplotlib.pyplotasplt

fromskrfimportNetwork

#读取VNA测量数据

vna_data=Network(measurement_data.s2p)

#提取S11和S21参数

s11=vna_data.s11

s21=vna_data.s21

#计算回波损耗和插入损耗

return_loss=20*np.log10(np.abs(s11))

insertion_loss=20*np.log10(np.abs(s21))

#绘制S参数曲线

plt.figure(figsize=(12,6))

plt.subplot(1,2,1)

plt.plot(vna_data.f,return_loss,label=ReturnLoss(dB))

plt.xlabel(Frequency(Hz))

plt.ylabel(ReturnLoss(dB))

plt.title(ReturnLossvsFrequency)

plt.grid(True)

plt.legend()

plt.subplot(1,2,2)

plt.plot(vna_data.f,insertion_loss,label=InsertionLoss(dB))

plt.xlabel(Frequency(Hz))

plt.ylabel(InsertionLoss(dB))

plt.title(InsertionLossvsFrequency)

plt.grid(True)

plt.legend()

plt.show()

1.2频谱分析仪

频谱分析仪用于测量天线的频谱特性，包括信号的频率、幅度、相位等。频谱分析仪可以帮助设计者了解天线的辐射特性，尤其是在多频段或多模式应用中。

1.2.1频谱分析仪的基本功能

频率响应测量：通过测量天线的频谱响应，可以评估天线在不同频率下的性能。

幅度测量：频谱分析仪可以测量信号的幅度，帮助评估天线的增益和辐射效率。

相位测量：频谱分析仪还可以测量信号的相位，这对于评估天线的相控阵性能尤为重要。

1.2.2频谱分析仪的使用示例

假设我们使用RohdeSchwarzFSW43频谱分析仪对一个阵列天线进行测试，以下是一个简单的测试步骤：

连接设备：将频谱分析仪与天线连接。

设置频率范围：根据天线的工作频率范围设置频谱分析仪的频率范围。

设置分辨率带宽（RBW）：选择合适的分辨率带宽，以获得更精确的频谱图。

测量频谱：选择测量频谱响应。

分析结果：记录并分析测量结果。

#Python代码示例：使用频谱分析仪测量频谱响应并分析结果

importnumpyasnp

importmatplotlib.pyplotasplt

fromscipy.ioimportloadmat

#读取频谱分析仪测量数据

spectrum_data=loadmat