在高精度衛星測量中，天線不僅需要滿足常規的性能指標，還必須滿足相位中心的穩定性要求。高精度天線與普通導航定位天線最大的區別在於，前者必須具有穩定的相位中心，這是因為求解出的最終位置資訊是基於天線的相位中心，如果相位中心波動過大，會導致定位誤差，無法達到高精準的效果。 相位中心的定義 天線相位中心是指天線輻射出的電磁波在離開天線一定的距離後，其等相位面近似為一個球面，該球面的球心即為該天線的等效相位中心。 理想天線只有唯一的相位中心，因此接收不同方向的衛星訊號時不會因為天線本身產生額外的相位差而造成定位測量結果的偏差。在實際情況中，絕大部分天線在整個波束空間不存在唯一的相位中心，只在主瓣某一範圍內相位保持相對恆定。另外要注意的是，天線相位中心的位置取決於用於相位中心計算的平面和輻射方向，也取決於天線的極化。 使用CST計算天線相位中心：以圓形貼片天線為例 本文以一個簡單的圓形貼片天線為例，介紹在CST中如何計算天線的相位中心。如下圖所示，貼片天線採用同軸饋電，諧振頻率為2.4GHz。 首先在CST中，分別設定2.4GHz頻率的電場、磁場和遠場監視器，並啟動模擬。 相位中心是根據恆定參考距離的兩個平面中的相位值來計算的：這兩個平面分別是： E面（E-Plane）：由電場向量（y' 軸）和主瓣方向（z' 軸）定義 H面（H-Plane）：由磁場向量（x' 軸）和主瓣方向（z' 軸）定義 E面和H面相互正交。因此在計算相位中心之前，必須確定電場（或磁場）向量的方向，以及天線輻射主瓣的方向。 模擬完成之後，可以查看天線的磁場分佈，磁場向量主要沿著x軸分佈。 同時查看遠場輻射方向圖，顯示主瓣的方向為y軸。 接著，再查看一維E面遠場方向圖（Phi=90°）的3dB波束寬度。計算得出3dB波束寬度為84°，此數值將在後續相位中心計算中使用。 設定Farfield Plot進行相位中心計算 在Farfield Plot對話框中，切換到Axes選項卡，將 z' 軸與主瓣方向對齊，y' 軸與電場向量方向對齊。可以將Axes Type設為User Defined，這樣由使用者自訂z' 軸和x' 軸；但是確定z'軸和y'軸最簡單的方法是將Axes Type設為「Main Lobe Alignment」（主瓣對齊），CST會自動找到主瓣並調整座標系統。此外，將Coordinate System設為Ludwig 3座標系。 調整座標軸之後，再次查看遠場方向圖，可以看到方向圖的座標系已設定為 x' y' z'，並且以垂直極化（Vertical）為主。如下圖所示，y'oz'平面為E面；x'oz'平面為H面。 重新回到Farfield Plot對話方塊，切換到Phase Center選項卡，勾選上Calculate Phase Center，圍繞 z' 軸（主瓣方向）一定角度內，選擇電場的Theta分量或Phi分量來計算相位中心。最方便省事的做法是將E-Field component設定為Boresight（Boresight即視軸，視軸是最大增益軸)。對於一般天線，我們只關心主瓣範圍內的相位方向圖，此處將Angle的值設為3dB波束寬度的一半，即42°。最後，在Plane一欄可以選擇基於E面、H面或兩個平面（Both）來計算相位中心。 選擇E面後，相位中心顯示在遠場方向圖的 y'oz '平面內，具體座標和最大標準偏差（Sigma）位於下圖左下角。一般來說，Sigma值越小，表示相位中心的位置越準確。 同理，如果在Farfield Plot > Phase Center中將Plane更改為H面計算，相位中心將顯示在 x'oz '平面，並且位置與E面的相位中心不同。 系列文章： CST天線相位中心（二）：如何檢查計算的天線相位中心是否正確？ 資料來源： Danner Dan - 天線相位中心（一）——如何計算天線的相位中心？ 關鍵字：天線相位中心