作者：Dr. Liu, Cheng-Ting
現職：Atenlab Corp.
一 .引言
近年來，隨著高增益主動式陣列天線的發展，毫米波與大尺寸天線的測試需求日益增加。縮距天線量測場地（CATR）因其能在有限測試距離內建構出大面積平面波區域，成為通訊與雷達應用的主要測試方式。本文將探討 CATR 靜區平面波特性，並透過統計方法進行量化分析。
傳統的遠場量測方法使用 R = 2D² / λ 的公式，理論上可獲得理想的平面波。然而，該方法仍會產生二次方相位差（約 22.5 度），導致天線場型解析度與動態範圍分別受到相位差與測試距離的限制。 為了克服這些限制，縮距天線量測場地（Compact Antenna Test Range, CATR）於半世紀前被工程化。CATR 主要由饋源天線、偏焦反射面、受測區域（平面波照射區）以及電波暗室組成，如圖一所示。其設計目標是在有限的測試距離內構建最大面積的平面波區域，使天線特性量測結果能夠高度逼近遠場電波特性。
二 .平面波分析，以統計分析方法
CATR 靜區平面波的檢測方法，無論在國內或國外，普遍採用線性滑軌掃描方式，並以 VNA（向量網路分析儀）作為計量裝置，對靜區內的「振幅值」（Amplitude）與「相位值」（Phase）進行連續採樣。理論上，若觀測點距離波源無限遠，則有限圓面切線上任意位置的振幅應趨近於相等，即電場強度一致，相位亦應趨於相等。在此條件下，幾何等式關係顯示，二次多項式將趨近於一次多項式，即二次項係數趨近於 0。
我們最近建置的大型 CATR，其反射面採用單邊約 200～220 cm 的方型捲邊式設計，焦距約為 3～4 m，靜區中心距離反射面約 5～6 m，並採用側置式饋源系統（side-feeding）。在靜區內，我們利用線性滑軌進行 90 cm 行程的掃描，分別於三軸上進行採樣，獲得的振幅值如下：
接著，以2次多項式進行回歸分析，y=ax2+bx+c(2次多項式即拋物線)，得出如下三組係數矩陣：
曲率係數 a 代表振幅在採樣行程內，隨拋物線位置衰減的特徵。在行業術語中，此特徵通常稱為 taper。理論上，當 a 趨近於 0，則振幅特性越接近無限遠處的理想平面波。
斜率係數 b 主要受到線性滑軌與平面波夾角的影響。若兩者完全平行，則斜率係數b等於0；然而，在實際環境中，不可能存在兩個完美平行的表面。若斜率誤差超過 10%，則表示線性滑軌的架設可能產生較大的幾何偏差，不利於後續的靜區品質量化分析。
截距係數 c 直接反映接收到的測試信號強度。若 c過低，可能是因為信號噪聲較低（low noise），而低噪聲本身也具備部分平面波特性。因此，透過截距係數 c可判斷所接收的是否為有效信號，只有在確認為有效信號後，才具備進行後續量化分析的意義。
3.結論
透過上述分析，我們已瞭解 CATR 量測系統的靜區評估，需要一套精確架設的線性滑軌系統，以確保所採樣的靜區平面波振幅特性能夠減少幾何失真。此系統不僅有助於 CATR 各機構的幾何對準調整，且其二次多項式回歸分析結果亦足以有效描述靜區採樣特性。
在後續的篇章中，我們將深入探討更具挑戰性的相位分析。過去五年間，十大科技持續與產、官、學、研各界攜手合作，積極研討此領域的關鍵技術，從未停歇。我們希望透過此版面與業界分享重要心得，拋磚引玉，共同提升台灣在通訊天線測試領域的技術能量。
