相控陣天線在移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信領(lǐng)域的應(yīng)用日益普及。在微波暗室中，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)、無(wú)源和有源測(cè)試已成為常規(guī)操作。然而，對(duì)于內(nèi)置本振的相控陣天線，由于輸入輸出頻率的不一致以及本振無(wú)法直接接入，傳統(tǒng)測(cè)試方法難以進(jìn)行穩(wěn)定的幅度和相位測(cè)試。本期文章將介紹一種創(chuàng)新的測(cè)試方法，該方法利用R&S ZNA矢網(wǎng)生成的雙音信號(hào)，對(duì)內(nèi)置本振的相控陣天線進(jìn)行近場(chǎng)測(cè)試。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，相控天線陣面的集成度不斷提高，一些陣面甚至集成了收發(fā)上下變頻單元以及本振源。這種高度集成化給常規(guī)矢網(wǎng)進(jìn)行穩(wěn)定幅相測(cè)試帶來(lái)了困難。在相控陣天線的近場(chǎng)測(cè)試中，獲取天線近場(chǎng)的幅度和相位分布數(shù)據(jù)是進(jìn)行近場(chǎng)到遠(yuǎn)場(chǎng)特性轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。針對(duì)這一行業(yè)難題，羅德與施瓦茨（R&S）結(jié)合R&S ZNA矢網(wǎng)內(nèi)部多激勵(lì)相參源與雙數(shù)字接收機(jī)架構(gòu)，提出了使用雙音法進(jìn)行內(nèi)置本振相控陣天線近場(chǎng)測(cè)試的新方法。

內(nèi)置本振天線接收單元的特點(diǎn)

對(duì)于一個(gè)集成本振的天線接收單元（如上圖所示），其主要特點(diǎn)包括：內(nèi)置本振源，且本振無(wú)法通過(guò)線纜輸入或輸出。這意味著天線輸出信號(hào)的相位會(huì)受到天線接收的激勵(lì)信號(hào)相位以及本振相位變化的影響。由于本振信號(hào)的相位是未知的，并且可能隨時(shí)間不穩(wěn)定地漂移，當(dāng)矢網(wǎng)輸入信號(hào)頻率（fRF）時(shí)，我們只能獲取天線接收信號(hào)的相位，無(wú)法得知本振相位的變化。這對(duì)我們的測(cè)試提出了新的挑戰(zhàn)：如何消除本振帶來(lái)的相位影響？

解決方法

為解決上述問(wèn)題，可以采用兩個(gè)測(cè)試天線，其中一個(gè)天線固定位置不動(dòng)，另一個(gè)天線作為探頭天線在待測(cè)天線的近場(chǎng)進(jìn)行掃描移動(dòng)。結(jié)合R&S ZNA獨(dú)有的雙音法混頻測(cè)試技術(shù)，這一難題得以化解。具體測(cè)試框架如下：

利用ZNA的兩個(gè)端口分別發(fā)送兩個(gè)頻率相近的信號(hào)f1和f2，分別傳輸至兩個(gè)天線。隨后，這兩個(gè)天線發(fā)出的信號(hào)由同一個(gè)陣面天線接收，此時(shí)，接收到的信號(hào)為一個(gè)雙音信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)分別與內(nèi)置本振進(jìn)行混頻，最終接收陣面輸出頻率為f1-fLO和f2-fLO的雙音信號(hào)。

這一方法并非直接測(cè)量陣面天線輸入輸出之間的相位，而是通過(guò)ZNA測(cè)量雙音信號(hào)中兩個(gè)頻率成分之間的相位差。通過(guò)分別測(cè)試陣面天線輸入端和輸出端的雙音相位差，利用公式（1）和（2），計(jì)算得到ΔΦ，它表示天線陣元輸出端雙音相位差值與輸入端之差。在被測(cè)天線視軸位置，ΔΦ被歸一化為零。隨后，當(dāng)探頭天線在待測(cè)陣面天線的空間近場(chǎng)移動(dòng)時(shí)，ΔΦ的變化即可反映出天線陣面不同位置的相位特性。這種方法有效地消除了本振相位漂移帶來(lái)的影響，使得測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定。通過(guò)這種雙音法測(cè)試技術(shù)，我們能夠獲取待測(cè)相控陣天線近場(chǎng)的精確相位分布數(shù)據(jù)，進(jìn)而為其遠(yuǎn)場(chǎng)特性分析提供可靠依據(jù)。這種創(chuàng)新測(cè)試方法為內(nèi)置本振相控陣天線的性能評(píng)估開(kāi)辟了新途徑，也為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供了重要支持。