如何用矢量网络分析仪测量多波束天线?

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1.  引言

在微波无源器件调试过程中,我们常常使用矢量网络分析仪(以下简称矢网)测试器件的S参数,最常分析的就是反射系数和传输系数幅度和相位。由于我们通常只会用到矢量网络分析仪的两个端口,所以对于多端口微波器件的测量就会用到宽带的匹配负载,也就是当器件中的两个端口与矢网的端口1和端口2连接之后,其余的所有的端口应当接上匹配负载,除非另做他用。

2.  平面Rotman透镜的测量

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图1  平面Rotman透镜的测量

采用矢网对该透镜进行测量时,输入端口1~7依次与矢量网络分析仪的端口1相连接,输出端口8~17依次与矢网的端口2连接,且其余输出端口连接同轴匹配负载。经测量得到端口1~7输入时端口8~17的输出幅相数据,为了验证仿真设计方法的有效性,将实测结果与仿真结果对比如下:

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图2  Rotman透镜反射系数

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图3  端口1馈电时输出幅相(10GHz)

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  图4  端口4馈电时输出幅相(10GHz)

结果分析:

1)从反射系数来看,仿真和测量结果有一定的差异,在9~11GHz的频带内,反射系数都低于-10dB,阻抗带宽较宽;

2)从幅相数据来看,低副瓣Rotman透镜的实测的输出幅度明显低于仿真结果,当端口1输入时,实测与仿真的输出相位差别也比较大;

3)实测幅相数据由于幅度不对称,幅度椎削达不到要求,副瓣性能恶化较为严重,且输出幅度较小,会降低天线阵列的增益。

分析以上结果可知实物测量得到的性能较差,主要原因是由于Rotman透镜压合带来的加工误差,从定位孔来看,有一定偏移,这样会造成耦合缝有一定遮挡,影响耦合能量的大小,且会对相位造成影响。

3.  多波束天线的测量

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图5  10×10基片集成波导缝隙阵列天线

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图6  多波束缝隙阵列天线系统

将上述系统置于微波暗室中进行远场测量,测量时矢网的端口1接上X波段的标准喇叭天线,端口2通过长线缆接上远端的多波束天线,通过单片机控制不同的输入端口形成指向不同的波束,测量结果如图7所示,从图中可以看出在9.8GHz、10GHz和10.2GHz时,输入端口1~7分别馈电形成的波束指向分别为-31°、-21°、-11°、0°、11°、21°、31°,副瓣电平都在-10dB以下,随频率变化波束指向几乎不发生的改变。边缘波束(端口1)相对于中间波束(端口4)增益下降小于3dB左右,在实际的测量中,由于缝隙阵列天线中波导之间存在互耦,当扫描角度增加时互耦增强,也会导致输入阻抗失配,从而使增益下降。

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图7  多波束缝隙阵列天线实测E面方向图

4. 总结

上述的微波器件或者天线系统都可以通过是德科技的矢网完成测量,测量过程中需要注意的是:在测量前最好要按照工作频率对矢网进行校准,由于矢网刚启动时温度较低,最好等待一段时间待噪声稳定之后再进行测量。

 

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如何用矢量网络分析仪测量多波束天线?

在微波无源器件调试过程中,我们常常使用矢量网络分析仪(以下简称矢网)测试器件的S参数,最常分析的就是反射系数和传输系数幅度和相位。由于我们通常只会用到矢量网络分析仪的两个端口,所以对于多端口微波器件的测量就会用到宽带的匹配负载,也就是当器件中的两个端口与矢网的端口1和端口2连接之后,其余的所有的端口应当接上匹配负载,除非另做他用。

提高双工器测试效率的一种方法

在采用网络分析仪测试多端口微波器件时,测试过程中需要更换测试电缆和DUT不同端口之间的连接。如用两端口矢量网络分析仪测量双工器,除了第一次连接以外,在测试过程中还需要变换两次连接,测试者要另外做出四次连接动作(两次接电缆,两次接测试负载),然后再对仪器进行手动操作测试。在大批量生产情况下,这种传统测试方法的测试效率较低,测试成本较高;尤其是高低温试验时,传统的测试方法无法满足需求。

可重构波束天线满足大数据流需要

随着数据服务用户数量的不断增加和单位用户流量的增加,全球市场上的无线数据流量正以指数级的趋势不断增加。由于其增大的容量、方便用户的应用程序、便利的互联网接入、应用程序和网络服务器之间的持续同步,及一些诸如视频之类的应用程序的高带宽要求,智能手机加入到了日益增加的无线流量中。