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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

天线系统一般都会有两个方面的特性，一方面是是电路特性（输入阻抗、效率、频带宽度、匹配程度等），另一方面是辐射特性（方向图、增益、极化、相位等）。天线测量的目标或者说是任务就是要去测量这些天线的各个参数的特性。天线参数测量的重要意义在于：验证理论分析和计算是否准确；已经定型的天线批量生产中，需要抽样检测天线参数是否合格；已在现场使用日久的天线，需要定时检测其功能性能是否低下；特别是研制一个新的天线时，天线参数的实践测量更是必不可少的，而对于理论尚未成熟的天线，天线测量也是一种重要手段。

随着射电天文、空间技术和高分辨率雷达天线的迅速发展，对天线的增益的要求越来越高，孔径也越做越大，直径可达3000λ甚至更多。于是，为了满足天线远场测试条件，所需要测试的距离可以达到几十公里。想要在如此大的距离中把不需要的地面和周围物体的杂乱反射保持在要求的电平之下非常困难，同时，要建设这样的如此之大的测试场地也不实际或不可能。近场测量技术就是在天线的近场去测量得到天线远场的辐射特性的技术。显然，这种技术的优点不仅在于克服了建造大测试场地的困难，而且对于一些不方便从工作地点搬移到远离工作地点的大型天线来说；对于一些需要测试数据很多，所需测试时间很长的天线（例如相控阵）来说；以及为保证全天候都能顺利进行天线测试工作来说，这种技术的优点也是十分突出的。

近场测试技术包括紧缩技术、聚焦技术、解析技术以及外推技术。从扫描面来分可以分为平面扫描、柱面扫描以及球面扫描。

国内外研究现状

在源场的测量研究中，Barrett等在20世纪50年代采用离开天线口径面几个波长来测量近场的幅相特性，目的是为了减少源场测量中探头与被测天线之间的相互影响，试验的结果是令人开心和兴奋的，人们从他的试验中看到了近场测量的可行性；后来，Richnlond等用空气和介质填充的开口波导分别测量了微波天线的近场，并把由近场测量所得到的方向图与直接远场法测量得到的结果相比较，其方向图在主瓣与第一副瓣吻合较好，远副瓣与远场法相比较相差甚远，分析其原因，最终归结为探头为非理想点源所致，因此，出现了各种方法的探头修正理论。 1963年Kerns等提出了含有探头修正的球面近远场变换式，这才得以在理论上解决了非点源探头修正的问题，从而确立了天线近场测量的理论基础。1970年，Jensen首先提出了含有探头修正的球面近远场变换式。Jensen的方法虽然在数学上是严格的，但是由于计算量太过庞大，很难付诸实践。所以逐渐地人们开始研究高效算法。1973年，Leach和Paris最先提出了含有探头修正的三维柱面近远场变换式。1977年，Yaghjian改进了Leach和Paris的方法，使之更有利于对探头进行修正。在20世纪六七十年代，美国国家标准局等研究机构进行了大量的试验，以证明此方法的可行性和准确性。表1.1展示了国家标准局测量过的一些有代表性的天线。由于近场测量不像是远场测量那样比较直观，所以一开始有很多人对此保持怀疑态度，认为测量的结果只是一个巧合。为此，美国国家标准局举办了很多讲座、会议等等，向天线测量界宣传、推广这一技术。在20世纪80年代中期，这一技术已经被天线测量界所接受，而且进入了商品化阶段。在大口径、高增益天线测量领域，近场测量技术已经取代了远场测量技术成为此种天线测量的标准方法。目前国际上已经有一批专业化的公司提供商品化的天线近场测量系统，如NSI公司、ORBIT公司、SATIMO公司等。

由上述对天线测量发展进程的了解，我们不难看出，国际上天线近场测量技术的发展可以划分成四个部分：1950年至1961年属于不含探头修正的早期试验阶段；1961年至1975年属于探头修正理论研究阶段；1965年至1975年属于探头修正理论实验阶段；1975年至今属于技术应用阶段。

表1.1：国家标准局测量过的一些有代表性的天线

2. 研究的基本内容

课题主要研究内容是平面天线近场测量系统的软件系统，属于平面天线近场测量系统的一部分，另一部分的近场测量扫描架系统由合作同学完成。

本文研发的平面天线近场测量软件系统主要包括近场数据采集、近场测试扫描坐标的采集、近远场变换、近远场数据处理以及天线方向图和其他参数的可视化显示。

整体上是基于近远场变换算法的天线近场测量软件。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：

基于c#软件编程语言，visual studio 2015开发软件和 sql server 2014数据库管理软件完成本课题研究。基于多线程实现人机交互，实现采集模块，对用户测试需求进行采集，包括测试频率、近场采集数据点数，以及数据存储路径等信息；设计串口通信模块，实现上下位机的通信，将用户测试需求发送至下位机，进行近场扫描，同时通过串口实现对下位机近场扫描坐标的实时采集并显示，同时通过网口通信模块实现天线近场电场数据的采集；将采集到的坐标和电场数据存入数据库，调用近远场变换算法，得到天线远场方向图并进行显示。最后对远场方向图的性能指标进行计算并显示。

进度安排：

4. 参考文献

[1]杨建宇, 李俊生. 高分辨率雷达目标的随机参量脉冲串检测方法[j]. 电子学报, 2004, 32(6):1044-1046.

[2]胡伟东,陈实,李雅朦,刘阳.天线测量技术及其进展[j].电信技术,2016(08).

[3] yaghjian a d. an overview of near-field antenna measurements[j]. ieee trans on antennas propag, 1986, 34(1):30-45.