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基于安捷伦N5264A的快速而精确的天线测量解决方案

2008-11-25 嵌入式在线收藏 | 打印

先进的技术改进和全新的体系结构使日益复杂的天线能够用于各种应用，包括航空航天和无线领域的雷达和卫星通信。这些复杂的天线，例如相位阵列波束控制天线可以极大地增加必要的数据数量，以全面表征复杂阵列，但它同时也会增加总体测试时间。天线测试工程师的责任是确保天线的精确表征，使其满足技术指标的要求，但是要快速而精确地完成此项复杂的工作却是一个非常艰巨的任务。这就需要一个快速、精确、具有高测量灵敏度并且能够处理大量数据的解决方案。

天线测量、RCS 和测试区域

测试天线时，天线测试工程师通常必须测量大量参数，例如辐射方向图、增益、阻抗或极化特性。用于测量天线辐射方向图的技术之一是远场测量，其中被测天线（AUT）安放在发射天线区域的远场。第二种技术是近场测量，其中 AUT 安放在近场，然后通过数学方法将数据换算成远场。雷达截面（RCS）测量用于测量雷达目标和角度有关的回波特性。根据天线和应用的不同，近场、远场或 RCS 测试将是适当确定 AUT 的幅度和/或相位特性的首选技术。

图 1. 由 MXG 和 PNA-X 系列接收机（包括 LO 信号源）组成的远场天线测量的简单实例。

图中英文：

Optional amplifier 放大器（可选项）

Source antenna 源天线

PSG or MXG PSG 或 MXG

Trigger in 触发输入

Trigger out 触发输出

LAN

Router / Hub 路由器/集线器

PNA trigger out PNA 触发输出

PNA trigger in PNA 触发输入

85320A Test mixer 85320A 测试混频器

85320B Reference mixer 85320B 参考混频器

LO in LO 输入

85309A

LO out (Opt/108) LO 输出（选件 108）

7.606 MHz

N5264A opt. 108 N5264A 选件 108

常见的天线测量系统可分为两个独立的部分：发射地点和接收地点（参见图 1）。发射地点由微波发射源、放大器（可选项）、发射天线和发射地到接收地的通信链路组成。接收地点由 AUT、参考天线、接收机、LO 信号源、射频下变频器、转台、系统软件和计算机组成。

在传统的远场天线区域内，发射天线和接收天线通常要间隔足够远的距离，从而仿真预期的工作环境。AUT 会接收到从距离足够远的源天线发射过来的信号并在 AUT 的电子孔径上生成一个近平面的波前。远场测量可在室内和室外区域进行。通常，室内测量是在特别设计的消声室里进行，以降低墙壁、地板和天花板的反射。

目标 RCS 的测量是在雷达反射率区域或散射区域内进行。第一类区域是室外区域，其中目标位于一个特殊形状的低 RCS 支架上，该支架处于信号发射方向上，与发射机间隔一段距离。与室内远场天线测量相同，室外区域通常需要使用消声室。这里目标位于消声室中心的旋转支柱上。墙壁、地板和屋顶被雷达吸收材料所覆盖，以防止由于反射而影响测量。

目标 RCS 测量在雷达反射区域或散射区域内执行。第一类区域是室外区域，其中目标位于一个特殊形状的低 RCS 支架上，该支架在发射机顺向，并且与之间隔一段距离。与室内远场天线测量相同，室外区域通常也需要使用消声室。这里目标位于消声室中心的旋转支柱上。墙壁、地板和屋顶被雷达吸收材料所覆盖，以防止由于反射而影响测量。

PNA-X N5264A —— 更快、更精确的测量接收机

安捷伦全新的 PNA-X 测量接收机为近场、远场天线或 RCS 测量提供所需的速度、精度、灵敏度和灵活性（参见图 2）。该接收机的数据采集速度比市场上任何其他天线接收机快 30％（五个接收机通道中的各个通道同时采集，每秒中可采集 400,000 数据点），为天线测试应用树立了新的业界标准。除了极快的数据采集速度以外，其可选的快速连续波模式能够使用 5 亿点数据缓冲器，使用户可以将无限数量的数据直接传输到网络中。它的动态范围比现有天线接收机大 20 dB（在 10 Hz IFBW 时为 134 dB），每个单元最多具有 5 个通道。

图 2. 雷达和卫星通信领域中需要大量数据来全面表征复杂的天线阵列，PNA-X 测量接收机是该领域中用于天线和雷达截面测量应用的最快的测量接收机。

PNA-X 测量接收机具有可选的内置 26.5 GHz LO 信号源和 +10 dBm 输出功率，可用作远程混频器或频率转换器的信号源。它还兼容 Agilent MXG/PSG 信号源、85309A 分布式频率转换器和 85320A/B 混频器。该接收机与 MXG 信号源结合使用，可将系统速度提高 10 倍。

PNA-X 测量接收机是以 Agilent PNA-X 网络分析仪技术平台为基础，因此，它能够为天线测试应用提供许多重要优势，包括：

高灵敏度

PNA-X 测量接收机直接替代 8530A ，具有快速的吞吐量和低本底噪声。工程师可以从至少 29 种不同的 IF 带宽中进行选择，优化灵敏度和测量速度以满足特殊的测量和应用要求。

更快的速度

COM/DCOM 特性帮助 PNA-X 实现了极快的数据传输速率，而 LAN 连通性则通过内置 10/100-Mbps LAN 接口使 PC 与测试设备保持一定距离。这些特性可支持远程测试并减少了测试时间。

灵活性和精度

PNA-X 测量接收机具有最大的灵活性，提供多达 5 台同步测试接收机（A、B、C、D 和 R）；每台接收机能够测量高达 40 万个数据点。凭借其进一步增强的性能和改进的测量精度，PNA-X 测量接收机可与外部信号发生器保持同步。

安全性

从安全环境来说，PNA-X 具有可拆卸的硬盘，可以完全确保所采集数据的安全性。

天线应用

通过其广泛的特性和主要优势，PNA-X 测量接收机能够轻松地集成到近场、远场和 RCS 测量系统中。对于远场或大型近场天线应用来说，PNA-X 测量接收机系统包括 Agilent 85320A/B 宽带外部混频器和 85309A 分布式频率转换器（参见图 3）。其可选的内置 26.5-GHz 合成源可作为 85309A LO/IF 分布式单元的 LO 信号源使用。

图 3. 典型的频率转换器和远程混合配置。

图中英文：

PSG or MXG Signal Source PSG 或 MXG 信号源

Trigger in / out 触发输入/输出

Router Hub 路由器/集线器

Trigger in / out 触发输入/输出

Power Supply 电源

7.606 MHz

LO in LO 输入

N5280A

LO Out (Opt. 108) LO 输出（选件 108）

Typical compact range configuration 典型的紧凑区域配置

PSG or MXG Signal Source PSG 或 MXG 信号源

Trigger in / out 触发输入/输出

Router Hub 路由器/集线器

Trigger in / out 触发输入/输出

85320A Test Mixer 85320A 测试混频器

85320B Reference Mixer 85320B 参考混频器

LO In LO 输入

85309A LO /IF Distribution Unit 85309A LO /IF 分布式单元

LO Out (Opt. 108) LO 输出（选件 108）

7.606 MHz

N5264A Opt. 108 N5264A 选件 108

PNA-X 测量接收机每秒可获得超过 40 万个数据点，是远场天线区域应用的理想选择。极快的数据处理能力非常适用于那些使用有源阵列天线，因此需要进行大量数据采集的应用。由于有了更快的数据采集速度，测试的时候就可以选择较窄的 IF 带宽，把测量灵敏度显著提高的同时不会增加总的测量时间。

大功率脉冲常用于 RCS 测量中，以克服由于低器件反射导致的损耗和双向传输路径损耗。因此， PNA-X RCS 配置可能需要进行接收机选通，以避免传输脉冲射频信号的过程中接收机过载（参见图 4）。

图 4. 使用 PNA-X 网络分析仪的典型的 RCS 测量配置。

图中英文：

Chamber 消声室

81110A Pulse gen 81110A 脉冲发生器

Gating hardware 选通硬件

LAN

使 PNA-X RCS 配置更加完美的其他特性包括：

? 将信号源和接收机集成到相同的仪器中（可选择频率范围），这在 RCS 应用中是非常经济高效的。

? 每条测量迹线可提供 10 万个数据点，这为 RCS 测量提供了极长的无混叠顺向分辨率。

? PNA-X 具有可拆卸的硬盘，可满足数据安全的需求。

总结

考虑到当前日益复杂的天线体系结构与技术，快速而精确的天线测量并确保其满足技术指标会变得极富挑战性。Agilent PNA-X 天线测量接收机可以应对这些挑战，它具有所需的速度、精度、测量灵敏度和灵活性，非常适用于近场、远场天线和 RCS 测量应用。因此，Agilent PNA-X 测量接收机迅速成为当前的天线测试工程师不可或缺的工具。