天線量測基礎知識
本節介紹天線量測的核心概念，從天線的種類與應用，到其電磁場的行為模式。了解這些基礎是掌握更進階量測技術的關鍵第一步。
天線的種類與應用
天線是無線通訊系統中不可或缺的元件，負責將電信號轉換為電磁波，或反之。它們的設計多樣，以滿足從行動通訊到衛星導航等各種應用的需求。天線的分類可基於其機械結構（如線型、孔徑天線）或電氣特性（如諧振、寬頻天線）。
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天線，無所不在！
天線的電磁場區
天線輻射的電磁場會隨距離變化，形成不同的場區。我們最關心的是「遠場區」，因為天線的性能（如增益和輻射方向圖）是在此區域定義的。請點擊下方各區域以了解更多資訊。
點擊一個場區以查看其描述。
天線量測技術比較
選擇正確的量測技術對於準確評估天線性能至關重要。不同的技術各有其優缺點及適用場景。本節將對比三種主要的量測方法：遠場、緊縮場與近場測試。
傳統遠場測試 (Far-Field)
此方法直接在天線的遠場區進行量測，模擬天線的實際工作環境。主要挑戰是需要非常大的測試距離，其最小距離由遠場條件 \(R > 2D^2/\lambda\) 決定。其中 \(D\) 是天線的最大尺寸（例如反射盤的直徑），而 \(\lambda\) 則是對應操作頻率的波長。在測試寬頻天線時，應使用最高操作頻率（波長最短）來計算此距離，以確保在整個頻段內都滿足遠場條件。
優點：
- 概念直觀，直接量測遠場特性
- 數據處理相對簡單
缺點：
- 需要極大的戶外或室內空間
- 易受天氣和環境反射干擾
- 成本高昂
近場技術原理
近場量測不僅節省空間，其強大的診斷能力使其成為天線開發和驗證的利器。本節將說明其核心原理——近場至遠場轉換。
從近場到遠場：數學轉換
近場掃描的核心是基於惠更斯原理 (Huygens' Principle)：任何一個波前上的點都可以看作是新的球面子波源。我們在一個包圍天線的表面（平面、圓柱面或球面）上，用探頭量測這些子波源產生的合成場的振幅與相位。接著，利用傅立葉轉換，我們可以將這些在空間域量測的數據轉換到角譜域。這個角譜就描述了所有向外傳播的平面波。最後，我們可以在無窮遠處對這些平面波進行疊加，從而精確地重建出天線的遠場輻射方向圖。
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1. 近場掃描
量測振幅與相位
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2. 傅立葉轉換
空間域 → 角譜域
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3. 遠場重建
獲得完整3D方向圖
相位陣列天線測試
相位陣列天線透過電子控制各單元的相位，實現快速的波束掃描，是現代雷達和通訊系統的核心。測試這類天線的關鍵在於驗證其在不同掃描角度下的性能。本節將互動式地展示波束轉向的過程。
互動式波束轉向模擬
下方的圖表模擬了一個線性相位陣列天線的輻射方向圖。此模擬基於陣列因子理論，計算各方向的合成場強。請拖動滑桿來改變波束的指向角度，觀察方向圖的物理變化，以及掃描損失對增益和波束寬度的影響。
增益 (dBi)
41.83
峰值旁瓣 (dB)
-31.52
波束寬度 (度)
1.70
RMS 旁瓣 (dB)
-43.40