天线测试的微波暗室系统有哪些？
天线测试的微波暗室系统有哪些？
天线测试的微波暗室系统是现代无线通信和雷达技术研究的重要支撑，承载着从理论验证到工程实践的桥梁作用。它体现了电磁理论与工程技术的完美结合，凝聚着科学工作者对精准测量与可靠验证的不懈追求。
一般的天线测试环境要求无反射环境，我们称之为微波暗室。雷总也曾在小米手机的宣传视频中专门讲到小米的暗室系统，对天线测试感兴趣的朋友们可以看看雷总在该视频中为大家做的科普。
在雷总这个视频的微波暗室中，待测天线作为发射源，能量发射出去，被四周的吸波材料吸收来模拟无限大的自由空间。从该视频中可以看出，在距离待测天线一定位置，环形装置上间隔一定角度放置探头进行接收，放置待测手机的转台旋转，最终可以采样得到360度球面空间维度的天线电磁场图。
上图可以说明测试手机发射性能指标的过程，接收则是相反的过程，即在消费电子通信领域我们常常关注的TRP（Total Radiated Power）、TIS（Total Isotropic Sensitivity）指标。
近远场的区分
在本公众号文章《永不消逝的电波---从惠更斯原理谈起》中，我们提到天线的近远场的划分（如图1所示），在天线辐射近场区进行测试称为近场测试，在辐射远场区进行测试则称为远场测试。
图1 近远场划分
根据天线本体以及天线载体的特性，天线测试系统有很多种，如平面近场、柱面近场、球面近场、紧缩场、室内远场、室外远场等等。
图2 测试系统的对比
无论是远场测试还是近场测试，每种测试方法都有自己的优缺点（如图2汇总所示）。在20世纪，国内的微波暗室场地稀少。随着中国工业的发展积累，室外的电磁环境已快速恶化，微波暗室测试是评估产品电磁性能的最佳测试方式。
近场测试
近场探头在某一面内接收被测天线辐射近场的幅度、相位数据，利用FFT变换实现近
场幅相数据到远场数据的变换。如图3所示，分别是平面、柱面、球面近场扫面。
图3近场扫描方式
平面近场测试方向性天线增益＞15 dBi较为准确，柱面近场测试扇形波束天线宽旁瓣/后波瓣，球面近场测试低增益天线各种天线。现阶段终端类的天线一般都是低增益，球面扫描的方式在行业普及度高。
图4 手机和汽车的测试
在消费电子产品中如图4所示，球面扫描采用多探头的方案（探头之间为开关快速切换，开关切换速度远远大于机械运动的速度），待测设备水平旋转进行球面采样，这样整体测试效率很高。
紧缩场
紧缩场测试是利用反射面实现球面波到平面波的转换。反射面一般采用卷边或者锯齿的方式（图5上）来减少反射面的绕射。
图5 反射面与紧缩场测试系统图示（GTS）
典型紧缩场天线测试系统，系统中包括了仪器设备系统、紧缩场系统、屏蔽暗室、转台系统、系统软件等部分。整个系统在工作原理上同远场类似，只是多了一个微波反射板，该反射板实现馈源发射的球面波到待测天线处的平面波的转换，从而实现在较近距离上测试大型口面天线的目的，对于紧缩场测试，为了达到高精度，对反射板及暗室都有非常高要求，因此造价很高。
图6 紧缩场暗室、汽车&飞行器测试
如图6下所示行业中 “汽车 CATR 解决方案” 设计紧凑且易于安装的汽车测试系统。该系统安装在 EMC 暗室内转台上，反射面产生平行电波，减少地板和墙壁的反射，可以在现有的EMC暗室内测试汽车的无线通信性能。
远场测试
满足天线远场区的条件（图1所示）测试称为远场测试。在远场区，天线的辐射波前趋于平面，图7是远场天线测量的一个系统图示，采用对比天线测量法，利用相同测试条件下两个天线的接收功率比，来计算被测天线的增益。
图7 远场测试系统与远场实验室
远场距离要求较大，暗室体积庞大，成本较高；频率越高，远场距离越长，测试要求越苛刻。国内基站天线厂家，通信设备厂家，军工企业一般都会建设远场实验室，如图7所示，身临其境还是比较比较震撼。
混响实验室
电磁混响实验室（Reverberation Chamber）是一种特殊的测试系统，它的内部通过多个反射面和搅拌器转动，使电磁波在空间内产生多径反射和叠加，形成统计均匀和各向同性的电磁环境。混响实验室要实现电磁场在室内各个位置和方向上均匀分布，这对实验室的设计布局要求很高。
图8 混响实验室
在消费电子领域，主要用于天线效率测量，以及无线设备的TRP和TIS测量。同微波暗室不同的是，混响实验室无法测试天线方向图。
结语
天线测试系统作为现代无线通信和雷达技术研究的重要支撑，承载着从理论验证到工程实践的桥梁作用。它体现了电磁理论与工程技术的完美结合，凝聚着科学工作者对精准测量与可靠验证的不懈追求。在过去较长的一段时间里，我国在这一测试领域的发展相对滞后，主要依赖于国外技术和设备，但随着科技实力的不断提升和自主创新能力的增强，国内微波暗室系统领域已取得了一系突破，市面上多快好省好用又准确的测试系统越来越多，是我们从业者的福音。