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幅度方向圖檢測

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發(fā)布時間：2025-08-20 20:59:13 更新時間：2025-08-19 20:59:14

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作者：中科光析科學技術研究所檢測中心

幅度方向圖檢測：原理、儀器、方法與標準詳解

幅度方向圖檢測是天線工程與無線通信領域中的核心測試項目之一，主要用于評估天線在不同空間方向上的輻射強度分布特性。它能夠直觀反映天線在水平面、垂直面或三維空間中對電磁波的發(fā)射與接收能力，是衡量天線性能優(yōu)劣的重要依據。在雷達系統、衛(wèi)星通信、5G基站、物聯網設備等現代無線技術中，精確的幅度方向圖數據直接影響系統的覆蓋范圍、信號質量與抗干擾能力。因此，開展高精度的幅度方向圖檢測，不僅有助于天線設計優(yōu)化，還能確保設備在實際部署中滿足電磁兼容性（EMC）與通信性能要求。該檢測通常在電波暗室（anechoic chamber）內進行，通過精密的轉臺系統與射頻測量設備，測量天線在不同角度下的接收或發(fā)射幅度響應，從而生成完整的方向圖曲線。隨著測試精度要求的提升，現代檢測技術已逐步采用矢量網絡分析儀、高性能信號源與自動化控制軟件，實現了從數據采集、處理到結果可視化的全流程數字化管理。

主要檢測項目

幅度方向圖檢測的核心項目包括：主瓣寬度（Half-Power Beamwidth, HPBW）、旁瓣電平（Sidelobe Level, SLL）、后瓣電平（Backlobe Level）、增益測量、方向性系數（Directivity）以及零點位置等。主瓣寬度用于評估天線的聚焦能力，越窄的主瓣意味著更強的方向性；旁瓣電平則反映天線在非主輻射方向的干擾能力，低旁瓣有助于減少多徑干擾和系統串擾；后瓣電平直接影響天線的抗后向干擾性能；增益與方向性系數共同反映天線的能量集中程度，是系統鏈路預算的關鍵參數。此外，檢測中還需關注方向圖對稱性、交叉極化比（XPD）以及頻率掃描下的方向圖變化情況，以確保天線在不同工作頻段和環(huán)境下的穩(wěn)定性。

常用檢測儀器

為了實現高精度的幅度方向圖檢測，需配備以下關鍵儀器：

矢量網絡分析儀（VNA）：如Keysight E5071C或R&S ZNA系列，用于精確測量天線的S參數（如S11、S21），并提供頻率掃描與幅度相位信息。
電波暗室（Anechoic Chamber）：內部敷設有吸波材料（如尖劈吸波材料），可有效抑制反射與多徑干擾，提供接近自由空間的測試環(huán)境。
高精度轉臺系統（Rotating Table）：支持水平角（方位角）與俯仰角的精密旋轉，角度分辨率通?？蛇_0.1°，并具備自動控制與數據同步功能。
信號源與功率計：用于發(fā)射已知功率信號，配合接收端測量接收功率，實現方向圖的幅度標定。
自動化測試軟件：如Keysight PathWave、NI LabVIEW或自研腳本，用于控制轉臺、采集數據、生成方向圖并進行后處理分析。

檢測方法

幅度方向圖檢測通常采用“發(fā)射-接收”法，其基本流程如下：

環(huán)境準備：將被測天線安裝在轉臺上，參考天線（或發(fā)射探頭）固定于暗室另一端，確保兩者之間距離大于遠場距離（通常滿足：D ≥ 2L2/λ，L為天線最大尺寸，λ為波長）。
系統校準：使用標準增益天線或已知方向圖的參考天線進行系統校準，消除電纜損耗、連接器誤差等系統誤差。
數據采集：通過自動控制轉臺，按設定步進角（如1°或5°）旋轉，記錄每個角度下的接收功率或S21參數。通常在水平面和垂直面分別進行掃描，形成二維方向圖。
數據處理：將原始數據轉換為相對增益（dB）形式，去除系統增益影響，對方向圖進行平滑、插值與歸一化處理。
結果分析：自動識別主瓣、旁瓣、后瓣位置，計算HPBW、SLL、增益等關鍵參數，并生成極坐標圖、直角坐標圖或三維方向圖。