矢量网络分析仪天线测量

测量天线阻抗

虽然通过仿真和建模可以预测天线性能，但实际情况往往会受到现实因素的影响。因此，需要在实际条件下进行物理测量来验证天线的性能。

天线测量有两种类型：

• 辐射测量，即测量增益、方向性、波束宽度和效率等参数
• 阻抗测量，即测量天线的（复）阻抗

天线阻抗决定了天线吸收或辐射的输入或发射功率，以及返回到发射机的功率。要测量天线阻抗，需要将信号注入天线，然后测量反射信号的幅度和相位。

有许多不同的方法和工具都可以用来测量天线阻抗，但首选使用矢量网络分析仪 (VNA) 来测量反射参数 (S11)。

VNA 是多功能仪器，能够对前向功率和反射功率进行标量和矢量测量。VNA 在宽频率范围内提供高精度和高动态范围。这种仪器还可用于其他射频任务，例如测量电缆损耗或测试滤波器和放大器。

如何测量天线阻抗

天线测量主要有三步：

1. 连接天线
2. 配置 VNA
3. 校准装置

我们先来连接天线。天线一般通过馈线连接到 VNA。馈线会直接连接到 VNA 端口，或通过附加的被测设备 (DUT) 电缆将 VNA 连接到该被测电缆。如果使用 DUT 电缆，在电缆末端进行校准可以确保测量的准确性。

配置 VNA 时，需要注意三个方面：

• 配置跟踪源来提供扫频激励信号，该信号既可用作天线的输入，也可作为参考来分析天线反射的信号量。
• 为跟踪源指定扫频范围。
• 设置测量点的数量；测量点数量超过分析仪的默认设置可以提供更多的细节，但完成一次扫描的时间也会相应延长。

校准标准件确保准确的天线阻抗测量

要进行准确的天线阻抗测量，除了配置 VNA 之外，还需要进行单端口校准。在校准过程中，需要将校准标准件依次固定到天线将要连接的位置。

三种校准标准件包括：

• 开路
• 短路
• 匹配负载

这三种标准件需手动安装，也可以使用电子校准单元来代替。电子校准单元可以自动切换内部标准件，并通过连接到的 VNA 进行控制。这比使用手动标准件更加快捷。

如果天线或馈线将直接连接到 VNA 端口，校准标准件也要直接连接到该端口。如果将使用 DUT 电缆，校准标准件也应连接到电缆一端。

天线阻抗测量方式

VNA 通过多种方式来分析天线阻抗：

• 驻波比 (SWR)：SWR 表示前向功率与反射功率之比，理想值为 1:1。通常会通过 SWR-频率图来确定带宽。
• 回波损耗：回波损耗以 dB 为单位，以对数方式表示反射功率与前向功率之比。数值越大，天线性能越好。
• 复阻抗和史密斯圆图：除了标量值之外，VNA 还可以测量复阻抗，以便洞察阻抗的实部和虚部。测量结果显示在史密斯圆图上，有助于多方位了解阻抗随频率而产生的变化。