天线设计与仿真：微带天线设计_（13）.微带天线测试与测量.docxVIP

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微带天线测试与测量

引言

在微带天线的设计与仿真完成后，进行测试与测量是验证其性能和确保其符合设计要求的关键步骤。本节将详细介绍微带天线测试与测量的基本方法和工具，包括近场和远场测试、阻抗匹配测试、方向图测量、回波损耗测试等。通过这些测试，可以全面评估天线的电气性能，确保其在实际应用中的可靠性。

近场测试

近场测试是在天线附近进行的测试，主要目的是测量天线周围的电磁场分布。近场测试可以提供天线辐射模式的详细信息，有助于优化设计和改进性能。

原理

近场测试通常使用探针或近场扫描仪来测量天线周围的电磁场。探针可以是电场探针或磁场探针，通常放置在天线附近的不同位置，以获取场强的分布数据。这些数据可以用来重建天线的近场模式，进而推导出远场模式。

内容

近场探针的选择：

电场探针：适用于测量电场强度。

磁场探针：适用于测量磁场强度。

探针的频率范围、灵敏度和动态范围需要与被测天线相匹配。

测试设备：

近场扫描仪：可以自动扫描天线周围的电磁场，生成近场图像。

矢量网络分析仪（VNA）：用于测量天线的阻抗特性。

测试步骤：

将天线放置在一个非导电的平台上，确保周围没有干扰源。

使用探针在天线周围的不同位置进行扫描，记录每个位置的场强数据。

使用软件处理这些数据，生成近场分布图。

数据处理：

使用傅里叶变换将近场数据转换为远场数据。

通过近场数据可以分析天线的辐射模式、方向性和效率。

代码示例

以下是一个使用Python进行近场数据处理的示例，假设近场数据已经通过VNA采集并保存在一个CSV文件中。

importnumpyasnp

importpandasaspd

importmatplotlib.pyplotasplt

fromscipy.fftpackimportfft,fftshift

#读取近场数据

data=pd.read_csv(near_field_data.csv)

#提取电场强度数据

electric_field=data[Electric_Field].values

#进行傅里叶变换

far_field=fft(electric_field)

#调整远场数据的顺序

far_field_shifted=fftshift(far_field)

#计算频率轴

frequencies=np.fft.fftfreq(len(electric_field),d=1.0/1e9)#假设采样频率为1GHz

#绘制近场和远场数据

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

plt.subplot(1,2,1)

plt.plot(data[Position],electric_field)

plt.title(近场数据)

plt.xlabel(位置(mm))

plt.ylabel(电场强度(V/m))

plt.subplot(1,2,2)

plt.plot(frequencies,np.abs(far_field_shifted))

plt.title(远场数据)

plt.xlabel(频率(GHz))

plt.ylabel(远场强度(V/m))

plt.tight_layout()

plt.show()

数据样例

假设near_field_data.csv文件的内容如下：

Position,Electric_Field

0,0.1

1,0.2

2,0.3

3,0.4

4,0.5

5,0.6

6,0.7

7,0.8

8,0.9

9,1.0

远场测试

远场测试是在天线辐射场的远场区域进行的测试，主要目的是测量天线的远场辐射模式和方向图。远场测试可以提供天线在实际使用中的性能指标，如增益、方向性等。

原理

远场测试通常在微波暗室或开阔场中进行，以减少环境干扰。天线放置在测试设备的中心，通过旋转天线或测试设备来测量不同方向的场强。这些数据可以用来生成天线的方向图。

内容

测试环境：

微波暗室：可以消除外部干扰，提供精确的测试环境。

开阔场：适用于大尺寸天线的测试，但需要确保周围没有干扰源。

测试设备：

矢量网络分析仪（VNA）：用于测量天线的阻抗和反射系数。

场强仪：用于测量天线在不同方向的场强。

旋转台：用于旋转天线或测试设备，获取不同方向的数据。

测试步骤：

将天线放置在旋转台上，确保天线与测试设备之间的距离满足远场条件。

通过旋转台旋转天线，记录不同方向的场强数据。

使用软件处理这些数据，生成方向图。

数据处理：

使用极坐标图绘制方向图。

分析方向图的最大增益方向和3dB波瓣宽度。

代码示例

以下是一个使用Python绘制天线方向图的示例，假设方向图数据已经通过场强仪采集并保存在一个C