为什么要测量天线？
在设计天线时，必须验证其是否适用于预期应用。为此，我们要测量天线的辐射模式特性，并验证它不仅具有适当的形状，还能接收感兴趣的信号，并拒绝或限制所有其他信号。当天线不能按预期运行时，其结果可能是恼人的（手机通话中断、无线网络访问受限），也可能是灾难性的（未发现恶劣天气威胁、错误的空中交通管制、未发现敌方目标）。
测量概念
天线设计用于在彼此距离很远的地方工作，接收电磁波的地方是一个平面。这就是所谓的远场。理想情况下，我们希望测量天线对任意方向平面波的响应。要真正做到这一点，我们需要将平面波的来源定位在无穷远处，并从测试天线周围的许多不同位置进行测量。我们还希望只测量天线的响应，而不测量其他杂散信号，因此需要一个已知和/或受控的环境。
- 我们使用的天线距离很远，因此我们要在天线相距很远的情况下测试天线。
- 天线测试的目的是确定 AUT 对来自不同方向的完美平面波的响应（在大多数情况下）。
- 在无限远处投射源天线的图像。
- 我们希望在已知环境（即安静区域）中测量天线。.
一个简单的图案测量示例
将 AUT 对着远程信号源天线旋转
- 测量响应（天线耦合）与观测角度（即方向）的函数关系
- 生成测量到的辐射模式数据
与在被测天线周围移动源天线相比，更实用的方法是保持源天线固定不动，并移动测试天线，使其在不同方向上受到入射平面波的照射。这可以通过实施机械天线定位系统来实现。除定位系统外，我们还需要一种在源天线上产生射频信号并在测试天线上接收的方法。上图所示为一个简单的天线测量系统，使用射频源从远程源天线产生辐射信号，使用功率计、矢量网络分析仪（VNA）、频谱分析仪（SA）或其他射频测量设备测量被测天线（AUT）的接收信号。
虽然从无限位置测量天线响应的概念是最佳方法，但它带来了极大的实际复杂性。更可行的解决方案是保持源天线静止，并调整测试天线的方向以捕捉传入的平面波。这种替代方法采用机械天线定位系统，并利用常见的射频设备进行信号生成和测量，从而简化了设置。
远场天线测量系统
除了测量接收信号外，我们还需要将其与到达 AUT 的角度相关联。定位控制器用于重新定位天线。在每个位置，接收器都会记录测量到的天线信号。所得到的天线图案就是这些测量值与角度位置的关系图。
- 绘制方向选择性（空间滤波器特性）
- 绘制辐射场相对强度与角度的函数关系图
- 很少使用单定位器
- 通常需要二维模式数据
- 天线校准需要更多的轴，例如低仰角平台
- 所示示例包括
-- Phi/Theta/Elevation 定位器
-- 用于 AUT 校准的下仰角轴
-- 用于获取球面近场（SNF）/远场（FF）数据的上部 Phi/Theta 轴
天线的辐射模式是其方向选择性的直观表示，通过绘制辐射场相对强度与角度的函数关系图来表示。虽然只需要一个旋转轴就能生成简单的一维曲线图，但很少使用单轴定位器。通过添加第二个旋转轴，我们可以获得二维数据，从而完整地呈现辐射模式的球形。添加额外的轴通常是为了进一步帮助天线相对于源天线对准。
天线球面坐标系
不同类型的定位系统可用于获取不同坐标系的数据。例如，phi-over-theta 定位系统支持在 phi 或 theta 平面上获取数据。方位角-高程定位系统用于在高程平面（或高程锥形切面）上获取数据。坐标系通常由天线的应用决定。在航空应用中，通常首选 AZ/EL 坐标系，因为飞机坐标通常使用该坐标系。
那么，哪种坐标系才是正确的坐标系呢？这完全取决于您喜欢如何切橙子！
近场测量概念
- 记录辐射近场 (~3λ) 中表面的振幅和相位
- 用数学变换处理，生成远场数据
近场测量系统为在较短距离内鉴定天线特性提供了另一种解决方案。在这种情况下，源（或探针）天线与 AUT 之间的距离只有几个波长。近场测量概念要求收集天线辐射近场的能量，然后使用数学算法将结果空间转换到远场。由于这种算法需要复杂的数据（即 I/Q），因此测量结果必须包括振幅和相位信息。此外，需要收集大量的辐射能量才能提供准确的结果，这就需要进行二维测量。虽然数据处理只需几分钟即可完成，但近场测量时间可能会很长。不过，与使用远场系统进行等效测量相比，二维远场模式信息的最终结果更省时。
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