提高天线增益测量的准确性--三阶散射方法
在传统的增益外推技术中，它忽略了高阶散射，仅考虑直接的天线间耦合。然而，这种方法需要大量的数据点和较长的测量距离。通过纳入三阶散射，可以获得更精确的增益外推技术。该技术可以减少所需的数据点数量和测量距离，同时保持测量的准确性。
传统的增益外推技术 应用三阶散射方法 参考文献
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传统的增益外推技术
传统三天线增益外推技术起源于Wacker在国家标准局（NBS，现为美国国家标准与技术研究院NIST）的工作，并随着NBS报告10-733的发表而得以确立。
Wacker的工作本身是对David Kerns散射矩阵理论的扩展，该理论引领了现代近场天线技术的发展。
他的工作允许确定由任意距离分隔的两个任意天线之间传输的信号。在没有远场近似的情况下，对天线间的耦合提供了完整的理论描述，并包括了所有阶数的散射，以准确描述从近区到无限远处的两个天线之间的邻近效应。
这超越了仅适用于远场的Schelkunoff-Friis理论，扩展了对天线间传输的理解，并为传统增益外推技术奠定了基础，该技术被认为是测量天线增益最准确的方法之一，通常能够实现<0.1 dB的不确定性。
在使用传统增益外推技术确定天线增益时，将Wacker的耦合方程
拟合到扫描天线分离距离d时获得的一对天线之间的传输信号上。一般测量设置如图所示。
这个拟合过程提供了一种方法来获得Wacker传输信号幂级数展开中的距离无关项，
剩余项存在于天线相隔距离无限远的情况下。通过这样做，传输信号实际上已被外推到无限远处的远场。可以证明，这个距离无关项代表了远场增益乘积，即上式中一对耦合天线的“对增益”。在测量了三对天线的对增益后，就可以计算出单个天线的增益。
然而，在传统增益外推技术中，所有高阶散射都被忽略了，只保留从发射天线到接收天线的直接信号。但在实际测量中，所获得的信号却包括这一直接分量和其他高阶散射波。
增益外推过程中获得的一条典型曲线如图所示。
容易看出，曲线并不平滑，而是存在随分离距离变化幅度的周期性振荡。这些振荡是由于在两个天线之间反弹的高阶散射波与直接信号发生干涉而产生的。为了在实施传统增益外推时消除这些振荡效应，必须对信号进行平滑处理。但因此会导致需要处理庞大的数据集。
应用三阶散射方法
在传统的增益外推法中，通过选择忽略三阶信号，必须避免直达波和三阶波之间强相互作用的近区区域，这就要求必须在更大的分离距离上采集数据。而增强增益外推技术可以比传统技术更接近可用的测量距离范围，这是其优点之一。
在较短的距离内，在天线对的近区，存在明显的直达波和三阶波，存在一个强调制信号，可以从中采样数据。在该调制信号上编码的也是无限远外推的信号，从中获得两个天线的远场对增益。这与传统的增益外推技术形成鲜明对比。
[1] J. A. Gordon and B. L. Moser, "Enhanced Gain Extrapolation Technique: A Third-Order Scattering Approach for High-Accuracy Antenna Gain With Sparse Sampling, at Fresnel Distances," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 12, pp. 9035-9049, Dec. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3478330.
