罗德与施瓦茨示波器从测试角度透视相控阵天线测试

相控阵天线在移动通信和卫星通信领域的应用日益普及。在微波暗室中，利用矢量网络分析仪进行校准、无源和有源测试已成为常规操作。然而，对于内置本振的相控阵天线，由于输入输出频率的不一致以及本振无法直接接入，传统测试方法难以进行稳定的幅度和相位测试。本期文章将介绍一种创新的测试方法，该方法利用R&S ZNA矢网生成的双音信号，对内置本振的相控阵天线进行近场测试。

随着技术的进步，相控天线阵面的集成度不断提高，一些阵面甚至集成了收发上下变频单元以及本振源。这种高度集成化给常规矢网进行稳定幅相测试带来了困难。在相控阵天线的近场测试中，获取天线近场的幅度和相位分布数据是进行近场到远场特性转换的关键。针对这一行业难题，罗德与施瓦茨（R&S）结合R&S ZNA矢网内部多激励相参源与双数字接收机架构，提出了使用双音法进行内置本振相控阵天线近场测试的新方法。

内置本振天线接收单元的特点

对于一个集成本振的天线接收单元（如上图所示），其主要特点包括：内置本振源，且本振无法通过线缆输入或输出。这意味着天线输出信号的相位会受到天线接收的激励信号相位以及本振相位变化的影响。由于本振信号的相位是未知的，并且可能随时间不稳定地漂移，当矢网输入信号频率（fRF）时，我们只能获取天线接收信号的相位，无法得知本振相位的变化。这对我们的测试提出了新的挑战：如何消除本振带来的相位影响？

解决方法

为解决上述问题，可以采用两个测试天线，其中一个天线固定位置不动，另一个天线作为探头天线在待测天线的近场进行扫描移动。结合R&S ZNA独有的双音法混频测试技术，这一难题得以化解。具体测试框架如下：

利用ZNA的两个端口分别发送两个频率相近的信号f1和f2，分别传输至两个天线。随后，这两个天线发出的信号由同一个阵面天线接收，此时，接收到的信号为一个双音信号。这两个信号分别与内置本振进行混频，最终接收阵面输出频率为f1-fLO和f2-fLO的双音信号。

这一方法并非直接测量阵面天线输入输出之间的相位，而是通过ZNA测量双音信号中两个频率成分之间的相位差。通过分别测试阵面天线输入端和输出端的双音相位差，利用公式（1）和（2），计算得到ΔΦ，它表示天线阵元输出端双音相位差值与输入端之差。在被测天线视轴位置，ΔΦ被归一化为零。随后，当探头天线在待测阵面天线的空间近场移动时，ΔΦ的变化即可反映出天线阵面不同位置的相位特性。这种方法有效地消除了本振相位漂移带来的影响，使得测试结果更加准确和稳定。通过这种双音法测试技术，我们能够获取待测相控阵天线近场的精确相位分布数据，进而为其远场特性分析提供可靠依据。这种创新测试方法为内置本振相控阵天线的性能评估开辟了新途径，也为相关领域的研究和应用提供了重要支持。