天线测量作为天线设计、测试和改进的重要手段,越来越得到行业内的关注。随着MIMO(多输入多输出)天线技术的发展,天线方向图的形状将不可预料。应用球面近场测量技术,可以得到较为准确的方向图测量结果。近年来,球面近场测量以其独特的优势越来越多的应用在各种大型天线的测量中。为了使这种测量方法更精准、更有效,完善的理论和通用的算法显得尤为重要。因此,本文从真空中的电磁场出发,利用天线的散射矩阵模型,推导了球面近-远场变换算法并进行实例验证。球面近-远场变换算法的设计需要球面近场测量理论的支撑。第一步,使用球面波展开理论推导无源区域电场和磁场的表达式。第二步,引入天线的散射矩阵模型,进一步得出辐射场的波系数表达式和传输系数的表达式。第三步,通过坐标轴旋转和平移将待测天线的传输与探头的传输联系起来。第四步,推导无探头响应和有探头响应两种情况下天线传输系数的计算方法。第五步,在已知近场和无限远处的探头响应系数的条件下,在MATLAB中实现球面近-远场变换算法。算法的准确性和通用性需要有足够的仿真实例来检验。首先,为了验证准确性,在HFSS电磁软件上仿真低中高(L、Ku和Ka)三个波段的标准喇叭天线,将近场采样的数据输入近-远场变换算法并输出远场数据,算法值与仿真值吻合度很高。其次,为了验证算法通用性,增加一个全向的半波对称振子和一个八元阵列的仿真实例,方向图十分吻合,误差只出现在零点或副瓣。仅仅得到球面远场数据并不能体现方向图的性能,需要设计相应的数据处理软件。为了直观展示出天线每个频点的增益值和方向图的主要参数,论文最后编写了一个数据处理软件,编写语言选用C++,实际环境采用Visual Studio中的MFC框架。主要功能是对近场变换到远场的数据进行处理,输出方向图并计算天线的性能指标,如最大值、最小值、前后比、圆度、3dB波束宽度等。本文对球面近-远场变换算法进行了实例检验和数据处理,虽然本文的仿真实例验证了算法的准确性,但仅对误差产生的一个原因进行了分析,并没有对影响误差的其他因素进行深入的探索。数据处理软件还有很多实际应用的问题,需要进一步研究。