[發明專利]一種基于頻分的近場天線測試系統及其測試方法

在審

• 申請號: 201710100693.5
• 申請日: 2017-02-23
• 公開（公告）號: CN106841828A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 周建華;毛小蓮;王玉峰
• 申請（專利權）人: 上海霍萊沃電子系統技術股份有限公司
• 主分類號: G01R29/10
• 分類號: G01R29/10;G01R29/08
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識產權代理有限公司11514
• 代理人: 殷曉雪

技術領域

本申請涉及一種天線的測試系統及其測試方法，特別是涉及陣列天線、相控陣天線或反射面天線的近場測試系統及其近場測試方法。

背景技術

天線陣列(antenna array)是一組個體天線(individual antenna)的集合。這些個體天線用來發射和/或接收無線電波，它們連接在一起，并且控制它們的信號(例如電流)具有特定的幅度(amplitude)和/或相位(phase)關系。不同相位的控制信號相互作用，使得天線陣列的信號在預定方向被強化，在非預定方向被抑制。這使得天線陣列通常被作為單個天線使用與對待，并且比個體天線具有更好的方向特性(directional characteristic)與天線增益(antenna gain)。

天線陣列有許多種類。如果天線陣列中的每個個體天線均可單獨控制，那就是相控陣天線(Phased Array Antenna)。相控陣天線中，控制每個個體天線的信號相位被設計為——能使整個天線陣列的有效輻射方向圖(effective radiation pattern)在預定方向被強化、在非預定方向被抑制。個體天線的控制信號之間的相位關系可以是固定的，例如塔陣(Tower array)；也可以是可調節的，例如波束控制(Beam steering)。相控陣天線在廣播、雷達、航天通訊、氣象調查、光學、射頻識別、人機界面等方面得到了廣泛應用。

在雷達領域，相控陣天線通常分為被動(passive，也稱無源)和主動(active，也稱有源)兩種。未經特別說明時，相控陣雷達通常是指被動相控陣雷達。被動相控陣雷達也稱被動電子掃描陣列(passive electronically scanned array，PESA)，其僅有一個射頻源，由該射頻源產生射頻信號經過多個相移模塊(phase shift module)后分別送往每個個體天線的發射單元。主動相控陣雷達也稱主動電子掃描陣列(active electronically scanned array，AESA)，其發射與接收功能是由大量的收發模塊(transmit/receive module)實現的。每個收發模塊包括發射機、接收機與天線，這些收發模塊組成陣列便構成了主動相控陣雷達。與被動相控陣雷達不同，主動相控陣雷達為每個收發模塊均設置有獨立的射頻源，每個射頻源可以產生獨立(例如不同頻率)的射頻信號，這些相互獨立的射頻信號經過多個相移模塊后分別送往每個收發模塊中的發射機。

相控陣天線在研發過程中的一項關鍵技術就是測試，如何快速、準確地完成相控陣天線的測試是當前相控陣天線研發過程中的重點。相控陣天線的測試技術可以分為遠場(far field)測試和近場(near field)測試兩種。遠場測試通常是基于野外的測試方法，外界電磁環境較為復雜，很難測試準確。近場測試需要的空間小，測試準確且方便快捷。近年來，近場測試得到了越來越多地使用。

相控陣天線的近場測試通常在微波暗室中進行，并采用一個或多個探頭(probe)。

申請公布號為CN103344847A、申請公布日為2013年10月9日的中國發明專利申請公開了一種相控陣天線的近場測量方法，僅采用一個探頭對相控陣天線進行測試。申請公布號為CN103926474A、申請公布日為2014年7月16日的中國發明專利申請也公開了一種有源相控陣天線的近場測量方法，也是僅采用一個探頭對相控陣天線進行測試。這種單探頭的相控陣對于電尺寸較小的相控陣天線可以較快地完成測試，但對于電尺寸較大的相控陣天線就需要非常長的測試時間。其中的電尺寸是指相控陣天線的物理尺寸與工作波長之比。

授權公告號為CN204595204U、授權公告日為2015年8月26日的中國實用新型專利公開了一種有源相控陣雷達的收發模塊(T/R模塊)的測試方案，采用與收發模塊相同數量的多個探頭，并由相同數量的開關電路分別控制，用來對相控陣天線的每個收發模塊進行測試。仔細分析該開關矩陣式測試方案后，可以發現其存在如下不足。其一，有源相控陣雷達所包含的收發模塊數量少則數十，多則上萬。該方案需要設置與收發模塊相同數量的探頭和開關電路，這種測試系統的規模非常龐大且成本高昂。其二，不同的有源相控陣雷達所包含的收發模塊數量各不相同，該方案無法用于收發模塊數量不同的其他有源相控陣雷達，因而缺乏通用性。其三，該方案是采用開關切換方式，一次僅使用一個探頭測試一個收發模塊，從而實現對大量收發模塊的分時測試，這樣就用多探頭的開關切換時間替代了單探頭的探頭移動時間，大大提高了測試速度。但即便如此，大型相控陣天線的測試時間依然相當漫長，往往需要一個月乃至數個月的測試時間。