中文引用格式： 李志航，張偉. 基于Kriging插值的天線近場測(cè)量誤差修正方法[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(5)：77-81.
英文引用格式： Li Zhihang，Zhang Wei. The antenna near-field measurement error correction method based on Kriging interpolation[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(5)：77-81.
引言
在實(shí)際應(yīng)用中，天線的遠(yuǎn)場數(shù)據(jù)更加清晰，易于分析，而受限于空間限制，直接測(cè)量遠(yuǎn)場不夠方便。因此，利用近遠(yuǎn)場變換將近場數(shù)據(jù)為遠(yuǎn)場的方法就愈加重要，這對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)與天線的性能分析是十分重要的[1-10]。隨著天線尺寸的增大，直接測(cè)量遠(yuǎn)場特性變得更加困難，這促使了天線近場測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。根據(jù)天線近場測(cè)量表面形狀的不同，天線的近場測(cè)量可分為三種，分別是平面近場測(cè)量[11]、柱面近場測(cè)量[12]和球面近場測(cè)量[13-17]。平面和柱面近場測(cè)量由于存在截?cái)嗾`差，無法獲取全方位的輻射特性，因此球面近場測(cè)量逐漸成為主要選擇。
球面近場采樣的主流方法是等角度采樣[10-14]。這種采樣方式采樣時(shí)采樣點(diǎn)的間隔需要滿足奈奎斯特定律，一般精確度較高，但是缺點(diǎn)是采樣點(diǎn)較多，耗時(shí)較長。而增大采樣間隔后，會(huì)使得近遠(yuǎn)變換得到的遠(yuǎn)場精確度不夠，誤差較大。本文提出了一種基于Kriging插值的近場數(shù)據(jù)修正方法[18-21]，通過對(duì)采樣間隔較大的近場數(shù)據(jù)插值，達(dá)到了修正近場數(shù)據(jù)的目的，使得近場測(cè)量的采樣點(diǎn)數(shù)得到降低，采樣速度更快。Kriging插值作為本文提出的方法，相較于傳統(tǒng)的雙調(diào)和樣條插值法具有顯著的創(chuàng)新性和差異性。Kriging插值基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，能夠充分考慮數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的空間相關(guān)性，通過構(gòu)建變異函數(shù)模型，不僅提升了插值精度，還能夠量化插值結(jié)果的不確定性，為結(jié)果的可靠性提供了有力支持。相比之下，雙調(diào)和樣條插值法假設(shè)數(shù)據(jù)分布平滑且規(guī)則，主要適用于二維規(guī)則網(wǎng)格，對(duì)數(shù)據(jù)的空間相關(guān)性未作充分利用，且無法對(duì)插值結(jié)果的誤差和不確定性進(jìn)行評(píng)估。本文方法的另一創(chuàng)新點(diǎn)在于其對(duì)稀疏或不規(guī)則分布數(shù)據(jù)的適應(yīng)性，特別是在天線測(cè)量中采樣點(diǎn)減少或探頭故障的情況下，Kriging插值能夠通過精準(zhǔn)建模顯著減少誤差。而雙調(diào)和樣條插值在此類場景下，往往因假設(shè)的局限性導(dǎo)致精度不足。以上充分體現(xiàn)了Kriging插值在天線近場測(cè)量領(lǐng)域的創(chuàng)新性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
本文介紹了一種基于Kriging插值的近場測(cè)量方法以及基于模式展開法的球面近遠(yuǎn)變換原理，通過在仿真軟件中建立喇叭天線模型，采集不同采樣間隔的近場數(shù)據(jù)，將不同采樣間隔的近場數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件計(jì)算得到天線遠(yuǎn)場方向圖以及隨機(jī)減少采樣點(diǎn)后插值得到遠(yuǎn)場方向圖進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證本文算法的有效性。
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作者信息：
李志航1，張偉2
（1.南京郵電大學(xué) 波特蘭學(xué)院，江蘇 南京210003；
2.南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，江蘇 南京210003）
