天线相位中心

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1、天线的相位中心天线的相位中心概念：天线所辐射出的电磁波在离开天线一定的距离后，其等相位面会近似为一个球面，该球面的球心即为该天线的等效相位中心。一、天线等效相位中心的坐标的推导：1、利用远场格林函数公式，可以得到磁矢势的表达为(1)2、对方程(1)在整个求解空间进行积分，可以得到远场电场的表达式为E(r)=(2)方程(2)中的表示辐射源的坐标，即确定的坐标可得等效相位中心点坐标。3、如果方程(2)中和电场相关量都是已知的，我们就可以分别确定的分量。对于电场远场的相位，可以表示为：在直角坐标系下，矢量可以表

2、示为：4、在x-z平面，电场远场的相位可以表示为(3)5、对方程(3)的左右两边同乘以，再对在0到的范围内进行积分，由于三角函数的正交性，消去了和相关的分量，得到表达式(4)6、波数，其中是自由空间的光速，f是天线的工作频率，我们可以得到的表达式为(5)我们只需要将暗室测试所得到的电场相位，代入方程(4)，就可以确定出的z方向分量，即相位中心的坐标。7、和确定的方法类似，我们可以分别得出的和分量的表达式，也即确定了天线等效相位中心点的坐标。最终的相位中心表达式如下所示坐标取值范围截面表达式二、天线等效相位

3、中心的程序实现上面的分析中，我们已经得到了等效相位中心的x,y,z坐标公式，只需要将微波暗室得到的远场相位数据在相应的面上导出，代入软件中计算即可得出相位中心坐标结果。该软件采用MATLAB语言编写，可在安装了MATLAB的MCRinstaller工具环境下运行。以下是使用新益技术SY24系统测量天线辐射数据，采用该软件计算中心频率为940MHz的一款dipole天线相位中心结果如下图所示：图一软件及多频段相位数据图二软件自动输出的txt文本结果三、天线等效相位中心程序的准确性验证对于等效相位中心程序的正

4、确性，我们可以通过电磁仿真软件HFSS求得的相位中心坐标结果对比来进行验证。接下来，我们将通过HFSS建立的dipole天线模型和双频wifi天线模型的仿真结果来验证。1、3.0GHzdipole天线验证在HFSS中建立如图所示的偶极子天线模型，以验证该方法计算天线等效相位中心的准确性。将偶极子天线中点（等效相位中心）放在（3mm,4mm,0.88mm）处。在HFSS中添加远场积分设置，分别用于计算天线相位中心的x,y,z坐标。X坐标的设置如下图所示，y,z坐标设置类似，只需要在相应的截面上设置积分范围和

5、步长即可。得到的相位中心结果如下图所示。通过对结果对比，我们可以知道HFSS利用等效相位中心公式求出的中心坐标=(2.979,3.927,0.765)mm。接下来我们将HFSS得到的数据导出来，利用phase-center程序计算仿真数据来验证程序的可行性。将导出来的数据第一列换算成弧度制之后，存为相位中心程序可以读取的文本格式，程序计算出来的结果如下。从上图给出的结果我们可知，使用MATLAB编写的相位中心计算软件算出来的结果和HFSS算出来的结果吻合，证明了该软件计算上的正确性。2、双频wifi天线验

6、证接下来将对双频WiFi天线的HFSS和相位中心软件的计算结果的对比来证软件计算结果的准确性。双频天线的模型和仿真结果如下图所示。该天线在2.45GHz和5.3GHz分别有一个谐振点，相位中心的计算过程和dipole天线一样，两个频点的相位中心结果如下图所示。用相位中心软件将HFSS的远场数据进行计算，得到下图的结果。两组结果的对比表面，只要导入的远场相位数据正确，该软件就能算出正确的天线相位中心。基于该软件，目前新益SY系列多探头近场天线测量系统可支持天线相位中心测试，在北斗天线，测距雷达等一些产品开发

7、中已经应用，为国内首创。