1 导言
随着军事电子等技术的迅速发展，占有和利用频率资源，形成新竞争态势，雷达由着微波段向着毫米波段发展已经成为必然趋势。当前的毫米波的工作波段在1mm 到10mm，毫米波从20 世纪80 年代之后备受关注并取得了突飞猛进的发展，其在雷达、电子对抗、导航和通信等领域，特别是在军工领域的发展和应用日益受到重视。天线作为雷达发射和接收信号的核心部件，其性能的优劣直接影响到整个雷达系统的工作性能。
2 天线概述
天线是一种导行波与自由空间波之间的转换器件或者换能器。即天线把在传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介中传播的电磁波,或者进行相反的变换。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统,都要使用天线发射或者接收电磁波来进行来完成信息传递工作。另外,在利用电磁波传送能量时,也需要天线,尽管这时候传播的仅仅是能量而非载有信息的信号。天线的互易定理指出,一般天线都具有可逆性,即同一副天线既可用作发射天线,也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。想要评价一副天线性能的好坏,就要知道它的特性参数。表征天线性能的主要参数有方向图,增益,输入阻抗,驻波比,极化方式等。
天线的输入阻抗：天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。输入阻抗具有电阻分量和电抗分量。天线与馈线的连接，最理想的情况是天线输入阻抗是纯电阻，并且等于馈线的特性阻抗。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。
天线的带宽：无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的。通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时期输送的功率会减小。由于不同的工作领域所关注的天线参数有所不同，所以天线的带宽有多种定义。通常的是指在天线的增益、方向性系数、输入阻抗等各项电参数均满足规定要求时，天线用作接收时向馈线输送的功率下降为中心频率处输出功率的一半时所对应的两个频率之差。也称之为天线的频带宽度。
天线方向性:天线所辐射的电磁波能量在空间上的分布，通常是不均匀的。天线的方向性参数是描述天线在辐射空间不同方向的不同特性。对应发射天线，它在不同方向上辐射电磁波的能量不同，对于接收天线，它对来自空间不同方向、强度相同的电磁波相对接收的能力不同。天线的辐射方向图是天线的辐射参量随着空间方向变化的图形表示。包括功率、场强、相位和极化等多个辐射参量中,通常人们最关心的是天线辐射能量的空间分布。所以，辐射方向图一般的指的是功率通量密度的空间分布,有时也指场强的空间分布。
3 天线辐射场区的介绍
天线不断向四周辐射信号能量，不同的距离处的能量、场强、波瓣图是有区别的。经研究按照离天线距离的远近将场区分为电抗性的近场区（弧度球），辐射近场或菲涅耳区和辐射远场或夫琅和费区。其辐射波瓣图如下：
从辐射波瓣图可以看出，不同距离的波瓣图有很大差别，那么测试时要得到完整的天线特性参数，选择正确的辐射场区是非常重要的，直接影响测试的精度和准确度。场区的选择成为天线测试的基础必备条件，因而对天线测试场区的了解是十分必要的。
4 毫米波雷达天线测试系统设计
毫米波测试的难点是由于频率高，导致控件衰减和射频电缆衰减大，普通的测试系统已经无法满足测试需求。目前测试仪器的频率一般在50Hz，50Hz 以上的测试仪器价格相对比较昂贵。若以简单的使用高性能的仪表作为测试硬件，会大大的提高毫米波的测试成本。业界较为普遍的解决方案是采用混频方案，即通过下混频降低射频电缆中传输的信号频率已减少传输损坏和减小噪声对测试结果的影响。射频电路原理是信号源输出的信号先通过功率放大器将信号放大，然后经过倍频单元将信号频率倍频到测试信号频率，经过定向耦合器分成两路。一路信号经过变频单元下混频到中频信号作为参考信号，另一路信号作为发射信号经过发射天线。被测信号经过倍频和变频单元将毫米波信号下混频到中频信号。射频信号和参考信号经过中频分配单元后将信号传输给矢量网络分析仪进行数据采集。毫米波测试系统射频电路示意框图如下：
毫米波测试系统软件，是整个自动测试系统的核心部分。通过控制伺服系统和测试仪表，自动化的采集天线的远场或者近场的幅度和相位数据。近场采集的平面数据、柱面数据或者球面数据，通过傅里叶变换计算出天线的远场方向图，进而获得天线的各项性能参数。毫米波测试系统的软件流程图：
5 结束语
综上所述，本文介绍了天线远场测试技术的理论基础。利用 Labview 编程语言，设计了一套性价比高、测试速度较快、测试精度较高的毫米波雷达天线的自动测试系统。测试系统完成了计算机控制仪器设备、数据的采集和处理等功能。选择了合适的硬件搭建天线测试系统，从测试结果看，本文设计的毫米波天线测试系统是可行的，能够满足测试所
要达到的要求。