天线的性能参数之相位中心(一)

天线的性能参数之相位中心(一)

天线的相位中心是天线性能参数中的一个重要概念，它决定了天线辐射电磁波的特性。本文将详细介绍相位中心的定义、特性及其计算方法，帮助读者更好地理解这一概念。

一、相位中心的特性

1.1、与几何中心的关系

相位中心稳定技术旨在实现电学相位中心与天线几何中心接近重合。天线的结构对称性越好，馈点越多，天线的稳定度就越高，但馈点多会使馈电网络复杂，效率降低，因此需要折中考虑。

1.2、与天线罩的关系

天线的相位中心性能与天线罩紧密相关。不同类型的天线罩对相位中心性能的影响不同，例如球形天线罩对天线相位中心性能的影响较小，而尖锥形天线罩对相位方向图和幅度方向图有较大影响，进而会影响到天线相位中心的稳定性。

1.3、与信号的关系

在信号源或者天线会改变位置的无线通信中，例如卫星通信，天线的相位中心不是一个固定的点，它会随着卫星信号的方位角和入射角变化而变化。

二、相位中心的计算方法

2.1、通过理论计算

2.1.1 基于远场幅度与相位方向图：

步骤一：建立天线相位中心位置与远场相位方向图之间的模型；(如何建立模型见下期内容)

步骤二：求远场相位SSD（英文全称：Sum of Squared Differences，译为平方差之和）；

步骤三：求SSD对位置偏移的偏导，得到相位SSD的最小值以及此时的位置偏移，该位置偏移对应的点即为天线的相位中心。

注：在计算相位SSD时，可以通过引入幅度加权来突出某些特定部分的重要性，从而抑制噪声和不必要的信号成分，提高计算精度。

2.1.2 利用修正相位方向图：

天线相位中心指的是一个理想化的点，在这一点处，天线的辐射场可以近似为球面波。也就是说，从相位中心发出的电磁波在远场区域具有相同的相位。然而，并非所有类型的天线都有明确的相位中心，例如对数周期偶极子天线。这类天线的远场相位分布较为复杂，无法严格定义一个单一的相位中心，但可以通过计算找到一个“视在相位中心”。即先推导出天线相位中心的求解公式，再利用修正相位方向图计算出天线的相位中心。

2.2 通过实验测量计算

2.2.1 微波暗室测量

步骤一：在暗室中搭建测量系统，使用信号源、发射天线、接收天线、矢量网络分析仪等设备；

步骤二：将待测天线放置在转台上，通过旋转转台改变天线的方位角和俯仰角，测量不同角度下天线的远场幅度和相位数据；

步骤三：根据测量数据，利用相关的算法和公式计算出天线的相位中心位置。

2.2.2 外场测量

步骤一：选择合适的开阔场地作为测量环境，搭建好发射端和接收端的设备，设置好设备参数；

步骤二：发射端发射信号，接收端的待测天线接收信号，通过移动接收天线的位置或改变其姿态，测量不同位置和姿态下天线接收信号的幅度和相位；

步骤三：根据测量数据，利用相关的算法和公式计算出天线的相位中心位置。

2.3 通过软件仿真计算

注：以下仅为举例说明，在进行仿真计算时，仿真软件的详细使用方法以所使用软件的教程和实例为准。

2.3.1 HFSS软件

将天线模型导入HFSS软件，设置好相关参数，如频率、边界条件等，通过计算电场的远场积分，得出天线等效相位中心的坐标。

2.3.2 CST软件

在CST中，相位中心是根据恒定参考距离的两个平面中的相位值来计算的。一个平面由电场矢量（y' 轴）和主瓣方向（z' 轴）定义，称为E-Plane；另一个平面由磁场矢量（x' 轴）和主瓣方向（z' 轴）定义，称为H-Plane，E-Plane和H-Plane相互正交。首先要确定电场（或磁场）向量的方向以及天线辐射方向图主瓣的方向，然后在Farfield Plot对话框中进行设定并计算天线相位中心。可以选择基于E面(即E-Plane)、H面(即H-Plane)或两个平面（Both）来计算相位中心，还需设定计算的角度范围等参数，最后得到相位中心的具体坐标和位置的最大标准差“Sigma”，Sigma的值越小，代表相位中心的位置越准确。

本节内容概括：
原文始发于微信公众号（网络安全自学）：天线的性能参数之相位中心(一)