在天线设计中，其参数的测试和验证是一个不可或缺的过程。近场测量的原始数据需要包含范围相位信息，矢量网络分析仪是主要测试仪器设备。
本案例基于成都九锦矢量网络分析仪VNA1000A，设计了天线近场测量方案。
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天线作为通信、雷达等应用领域的重要组成部分，其参数的测试和验证是天线设计过程中不可或缺的过程。
天线测试的主要内容是测量天线的电气参数和辐射参数，以评估天线的性能。根据天线的大小和辐射特性，天线测试方法主要包括远场测试、近场测试、紧缩场测试等。
图1 近场和远场天线辐射波
天线远场测试技术最早出现并成熟。
远场测量时，源天线和待测天线（AUT）R之间的距离大于/λ ，此时，从源天线按球面波到达AUT的边缘与AUT中心相位差小于 π/8，(相当于 λ/16 波程差)。
源天线通过空间辐射发射信号AUT接收信号。AUT通常放在精密转盘上。相应校准后，通过比较发射和接收信号的电平获得AUT增益和辐射波瓣图。
在需要相位信息的情况下，可以通过矢量网络分析仪测量和比较源天线辐射的信号和AUT接收信号的范围相位。
源天线和AUT微波暗室或外场可根据需要放置。
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(1)测量方法简单，结果直观。所需的测量结果可以通过简单的校准和操作获得；
(2)任何距离测量的场波瓣都是有效的，只需对场按1/R简单的变化；
(3)测量结果对天线相位中心的位置变化不敏感，因此旋转待测天线不会导致明显的测量误差；
(4)可以忽略待测天线与源天线的耦合和多次反射对测量结果的影响。
IEEE 标准 IEEE-Std-149-1979 规定了天线远场测量的场地和测量设置。
虽然远场测试技术最早成熟，但由于其对大型测试场地和电磁环境的特殊要求，测试非常不方便。一方面，人们使用紧缩场产生平面波来模拟无线长度，另一方面，他们使用近场测试而不是远场测试。
近场测量的原理是在一个表面上收集待测天线的近场数据，然后通过近场和远场的转换算法获得待测天线的远场辐射特性。根据取样表的形式，可分为平面扫描、极平面扫描、柱面扫描和球面扫描技术。近场测量的原始数据需要包含范围相位信息，仪器设备主要由矢量网络分析仪、测量接收器、信号源等组成。
平面近场扫描测试天线（探头）位移在直角坐标或极坐标平面上，测量近场幅度分布，并在此基础上计算远场天线方向图、增益等参数。探头天线位于AUT辐射近场，扫描平面距离AUT大约有几个波长。
图2 平面扫描直角坐标
(1) 严格的理论：所有包含探头特征的数据都表示为麦克斯韦方程的线性组合，而不引入小角度、标量绕射等近似解。
(2) 高精度：消除远场测量的近距离效应，可检测和补偿各种误差源，信噪比高，重复性好。
(3) 信息量大:一次扫描可以获得整个空间的所有信息，如幅度、相位、极化、三维方向图等。
(4) 诊断功能：通过重建口径场，可以发现常规远场测量中难以发现的故障。对于相控阵天线，通过诊断和测试AUT识别和校准口径面的故障、超差和误码，为更换设备纠正通道误差提供依据。
在现场测量中，不准确的探头定位、反射、电缆移动、接收器非线性、探头校准误差、有限的扫描域等因素影响测量精度。因此，从技术的角度来看，现场测量技术的复杂性较高，对扫描架的精度和仪器的稳定性有较高的要求。
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天线近区场测量的基本项目和功能如下：
（1） 修正近远场交换
（2） 探头修正了近远场转换
（3） 近场口径变化、诊断
（4） 增益计算
（5） 副瓣分析
（6） 极化分析
（7） 和差方向图
（8） 方向性分析
近场测试根据测量频段和实际需要，分为非变频直接测量和变频测量。矢量网络分析仪在非变频测量过程中，直接在射频微波的高频上进行收发测试，主要适用于频率较低、传输线损耗较小的应用。如C波段、S波段。在高频段，尤其是18GHz在扫描过程中，电缆相位波动明显。此时，天线接收到的信号通常需要先转换为中频，然后从传输到矢量网络分析仪进行测量处理，以避免扫描过程中高频段长距离传输和相位波动造成的损失。
成都九锦矢量网络分析仪的直接测量方案VNA1000A、扫描支架、近场测试探头、待测天线支架、主控PC、由扫描控制器和微波暗室组成。将待测天线AUT测试探头作为发射端(可根据实际情况变换)。VNA1000A一个端口发射信号，另一个端口作为接收端口。在各扫描点测量接收信号b和发射信号a的比值（幅度，相位）。必要时，可使用功率放大器放大发射信号，接收天线后可使用低噪声放大器提高系统灵敏度。
扫描控制器、探头极化模式、仪器状态和测量结果采集、计算和输出结果等。
图3近区场测量的非变频方案
成都九锦四端口矢量网络分析仪的变频测量系统VNA1000A、由各频段测量波导探头、混频器、定向耦合器、功率放大器、功率分配器、主控计算机及相应的测控软件、数据处理软件等组成。如图4所示。
图4 近区场测量的变频方案
以待测天线为发射端，探头为接收端(注:可根据具体情况收发转换)。在发射端，由VNA1000A在高频段(如:X为减少路径损耗和路径相位变化，参考信号通过混频变化较低的频率(中频)输入网络分析仪。网络分析仪的接收通道可以自由将接收器的频率设置为中频。
本振信号由VNA1000A网络分析仪的第二个独立源，通过功率分配器等分为两个路径，放大到足够的电平，供参考支路和接收支路混频器作为振动信号。
接收端通常由波导探头作为接收天线，接收信号通过混频器转换为中频信号VNA1000A网络分析仪的接收通道。
网络分析仪比较参考信号和接收信号的范围和相位，通过校准系统获得天线附近区域的范围和相位。
VNA1000A工作可设置为扫描频率、点频率、步进扫描频率和列表模式，可快速测试多频点的多通道数据。结合机械扫描模式，可完成近区场的完整扫描测试。
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该软件主要负责自动控制、数据采集和处理各种仪器设备的近场和远场测量。
软件功能包括但不限于控制扫描架；控制转盘的方向、俯仰轴的起止角度和转速；控制待测天线状态（极化方向）。对于相控阵，控制TR单元状态；控制矢量网络分析仪的近场信息采集，自动选择测试模式（点频或扫描模式下的测试频率、信号源功率等），自动读取方向图的电参数特性（如3dB波束宽度、副瓣电平、前后比、电下倾角等。)；近场-远场计算；输出方向图等结果，显示、打印、绘图输出。
图 5 天线方向图(极坐标、直角坐标)
图6 波束比较处理
图7 场分布，波瓣立体显示
图8 近场数据曲线
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某天线厂家实际应用测试反馈如下:成都九锦矢量网络分析仪VNA1000A接收机底噪-120dB性能好，满足测试需要，特别是相位稳定性，在比较测试中一直优于国际品牌。测试比较结果如下图所示：
图9 近场数据曲线
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成都九锦自主研发VNA1000A是一种具有优良测试动态范围、分析带宽、相位噪声、范围精度和测试速度的高性能矢量网络分析仪；设备提供单端口、响应隔离、增强响应、全双端口、对数范围、线性范围、驻波、相位、组延迟、Smith圆图、极坐标等多种显示格式，外配USB、LAN、GPIB、VGA其他标准接口具有传统矢量网络分析仪的所有测量功能，可以准确测量微波网络的振幅频率特性、相频特性和组延迟特性。
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VNA1000A矢量网络分析仪结合了四个内置相位相参信号源和八个真正并行测量的接收器，可提供高达50台GHz完美的四端口解决方案。几乎所有的线性测试和非线性测试都可以通过连接完成，为广泛的测量提供了强有力的硬件支持。
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VNA1000A矢量网络分析仪采用混频接收的设计理念，有效的扩展了整机的测试动态范围，以满足您对大动态范围的测试需求；优异的迹线噪声指标极大地提高了整机的测试精度，可满足用户精确測量的需要，特别有助于小插损器件的精确测量。
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VNA1000A矢量网络分析仪可使用机械校准件进行直通响应校准、直通响应与隔离校准、单端口校准、增强型响应校准、全双端口TOSM校准、TRL校准等多种校准类型，可根据实际测试需要选择N型、同轴3.5mm.2.4mm等多种校准件，方便不同接口类型器件的测试。
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VNA1000A矢量网络分析仪具有多通道和多窗口显示功能，最多支持64个通道，最多可同时显示32个测量窗口，每个窗口最多可同时显示20条測试轨迹，具有对数幅度、线性幅度、驻波、Smith图等多种显示格式，使观测结果更加直观，用户使用方便。
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VNA1000A矢量网络分析仪采用兼容PC的嵌入式计算机模块和Windows操作系统组成的软硬件平台，实现了测试仪器和个人计算机的完美结合。用户可以利用丰富的I/O接口（包括GPIB、USB和LAN等）来完成数据通讯。12.1英寸1024X768高分辨率多点触控显示屏，人性化用户界面简洁直观，便于操作，可提高测试效率。
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