天线暗室测试原理概述
天线暗室测试是利用暗室的特殊环境，模拟自由空间条件，对天线的辐射特性、电路特性等关键性能指标进行精确测量与分析的过程。其核心在于消除外界干扰、构建稳定测试环境，并借助专业设备完成数据采集与处理。以下从测试环境构建、关键性能测试原理两方面展开详细说明。
测试环境构建原理
屏蔽与吸波设计
- 电磁屏蔽：暗室采用金属外壳（如钢板、铜网）形成封闭空间，基于电磁感应原理，外界电磁波照射时，金属表面产生感应电流并反射大部分电磁波，剩余进入的电磁波在金属内部因涡流效应转化为热能消耗，从而有效阻止电磁波进入暗室内部。例如，常见的暗室屏蔽效能可达几十甚至上百分贝，能极大衰减外界电磁辐射。
- 吸波材料应用：暗室内壁覆盖吸波材料，其由特殊材料制成，内部有大量细小结构。当电磁波进入吸波材料时，会与材料内部的微观结构相互作用，将电磁能量转化为热能或其他形式的能量消耗掉，从而减少电磁波在暗室内的反射和散射，为天线测试创造接近自由空间的电磁环境。
静区与测试场地
- 静区定义：静区是暗室内电磁环境相对纯净、反射干扰最小的区域，位于暗室中心位置。在静区内，电磁波的反射和散射对测试结果的影响可忽略不计，能确保天线测试的准确性。
- 场地要求：暗室尺寸需根据被测天线的频率、尺寸和测试要求确定。一般来说，暗室长度应满足天线远场测试条件，即测试距离大于（为天线最大尺寸，为测试波长），以确保天线辐射的电磁波在测试区域内达到平面波状态。
关键性能测试原理
辐射特性测试原理
- 方向图测试
- 测试方法：在暗室中，将被测天线安装在转台上，测试天线（接收天线）固定在暗室另一端。通过旋转转台，使被测天线在不同角度上辐射电磁波，测试天线接收不同角度的辐射信号强度，并记录下来。
- 数据处理：将记录的信号强度数据绘制成极坐标图或直角坐标图，即可得到天线的方向图。方向图能直观呈现天线辐射能量的分布情况，包括主瓣宽度、旁瓣电平、前后比等参数。
- 增益测试
- 比较法：将被测天线与已知增益的标准天线进行比较测量。在相同测试条件下，分别测量标准天线和被测天线的辐射功率或接收信号强度，通过比较两者的差值，计算出被测天线的增益。
- 绝对法：通过测量天线的输入功率和辐射功率，计算出天线的增益。辐射功率可通过在暗室中测量天线远场的辐射强度来间接得到，例如使用功率计测量接收天线接收到的功率，再结合距离和天线增益公式计算出被测天线的辐射功率。
- 极化特性测试
- 测试过程：在暗室中，旋转极化测试天线或被测天线，测量不同极化方向上的接收信号强度。通过改变极化测试天线的极化方向（如线极化的水平极化和垂直极化、圆极化的左旋圆极化和右旋圆极化），记录不同极化方向下的信号强度。
- 结果分析：根据测量结果，确定天线的极化方式、极化匹配程度等参数。例如，如果被测天线在某一极化方向上的接收信号强度最强，说明天线的极化方向与该方向一致；通过比较不同极化方向上的信号强度差异，可评估天线的极化纯度和交叉极化鉴别率。
电路特性测试原理
- 电压驻波比（VSWR）测试
- 测试原理：使用网络分析仪测量天线输入端的反射系数。当电磁波从馈线传输到天线时，如果天线输入端阻抗与馈线特性阻抗不匹配，部分电磁波会被反射回来。反射系数反映了反射波与入射波的幅度和相位关系，通过计算反射系数的模值，可得到VSWR。VSWR等于1时，表示天线与馈线完全匹配，无反射；VSWR越大，说明匹配越差，反射信号越强。
- 测试步骤：将网络分析仪与天线通过馈线连接，设置网络分析仪的测试频率范围和参数，测量天线输入端的反射系数，然后根据反射系数计算出VSWR。
- 输入阻抗测试
- 测试方法：同样使用网络分析仪来测量天线的输入阻抗。网络分析仪可以测量天线输入端的电压和电流，通过计算两者的比值，得到输入阻抗。输入阻抗是一个复数，包括实部（电阻）和虚部（电抗），实部表示天线消耗的功率，虚部表示天线存储的能量。
- 匹配意义：为了实现最佳功率传输，应使天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗共轭匹配。例如，常见的50Ω同轴电缆作为馈线时，天线的输入阻抗应尽量接近50Ω。
其他性能测试原理
- 交叉极化鉴别率（XPD）测试
- 测试原理：在暗室中，分别测量天线在主极化和交叉极化方向上的辐射功率或接收信号强度。主极化方向是天线设计的主要辐射或接收方向，交叉极化方向是与主极化方向垂直的方向。通过比较主极化和交叉极化方向上的信号强度差异，计算出XPD值。XPD值越高，表示天线在主极化方向上的辐射或接收能力越强，对交叉极化信号的抑制能力越好。
- 测试过程：调整极化测试天线或被测天线的极化方向，分别测量主极化和交叉极化方向上的信号强度，然后根据公式计算出XPD值。
- 效率测试
- 测试原理：通过测量天线的输入功率和辐射功率，计算出天线效率。辐射功率可以通过在暗室中测量天线远场的辐射强度来间接得到，例如使用功率计测量接收天线接收到的功率，再结合距离和天线增益公式计算出被测天线的辐射功率。天线效率等于辐射功率与输入功率之比，反映了天线将输入功率转换为辐射功率的能力。
- 测试意义：天线效率越高，意味着能量转换的损耗越小，天线的性能越好。例如，在低功耗无线通信设备中，高效率的天线可以延长设备的续航时间。
