[發明專利]天線平面近場測試方法

有效

• 申請號: 202110483020.9
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113252999B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 楊順平
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: G01R29/10
• 分類號: G01R29/10
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 陳慶

本發明公開的一種天線平面近場測試方法，具有高速、可全天候工作、無需相位測量。本發明通過下述技術方案實現：分別沿x軸和y軸按照dx和dy的間隔進行M列和N行雙極化探頭布置，信號源發出信號，平面布置的雙極化探頭全電子化采樣測試被測天線，將采樣信號分別送到移相器中，移相器根據指向角度按照傅里葉變換的頻移特性將每個雙極化探頭收到的信號送入移相器進行移相，經過移相器的信號送入H極化合成器和V極化合成器，分別合成H極化信號和V極化信號，將合成后的H極化信號和V極化信號送入接收機，在接收機收到兩個極化的信號后消除探頭效應，得到被測天線的遠場方向圖，實現在天線輻射近場區的測試和天線遠場特性的模擬。

技術領域

本發明屬于信息技術領域。涉及一種主要用于天線測量、通信信號測量等方向的天線平面近場測試方法。

背景技術

天線參數的測試和驗證是天線設計過程中不可或缺的過程。天線測試的主要內容包括測量天線的電參數、輻射參數，以評價天線的性能。天線測試方法有遠場測試、緊縮場測試、平面近場測試。天線的測量經歷了一個從遠場測量到近場測量的發展過程。遠場測量是直接在天線的遠場區對天線的電磁場進行測量，所以測量場地和周圍范圍電磁環境對測量精度影響比較大，對某些天線來說，要求測量距離要遠大于2D²/λ，其中D為被測天線的口徑尺寸，λ為工作波長，而且對測量場地的反射電平、多路徑和電磁環境干擾的抑制都提出了很高的要求，這些要求在遠場條件下往往很難滿足。因此通常采用緊縮場產生平面波來模擬無線長度的場地，另一方面則是用近場測試代替遠場測試。近場測試具有遠場測試所不具備的優勢，但是同樣有不能回避的劣勢—硬件設施成本要遠高于遠場測試。目前，一個百平米左右的近場平面測試系統的價格在千萬級別。盡管如此，這依然是研發高性能天線的必要投入。新一代的天線測量技術是以近場測量和緊縮場測量為代表的。近場測量技術利用探頭在天線口面上做掃描運動，測量口面上的幅度和相位，然后把近場數據轉換成遠場。由于近場測量只需測量天線口面上的場，就可避免遠場測量的諸多缺點，而成為獨立的一門測量技術。近場測量包含平面近場、球面近場、柱面近場、緊縮場。平面近場，每種應用于不同的實際情況。天線近場測量系統是一套在中心計算機控制下進行天線近場掃描、數據采集、測試數據處理及測試結果顯示與輸出的自動化測量系統。平面近場測試系統包括機械子系統和射頻子系統。機械子系統主要包含掃描架、掃描架控制器、探頭極化旋轉裝置、各型號波導探頭。射頻子系統有發射、接收兩部分。通常將天線空間的場分為感應場和輻射場區域。輻射場區又分為菲涅耳近場輻射區和夫瑯禾費遠場輻射區。但實際上區域之間的邊界并不是突變的。在感應場中，區域內的每個對象實際上都是天線的一部分，都會影響其周圍的場(對于場強最大的區域中每個對象的定向天線都是如此)。但是，輻射場區域中的每個物體都不應影響天線周圍的場。在感應場區域中，場分布與輻射源關系更大，甚至無法識別最終的輻射圖形狀。在近場區域中，輻射圖的形狀開始分化。另外，在輻射遠場區域邊界之后，輻射方向圖隨距離幾乎不變，并且與無限距離處的輻射方向圖非常相似。理想的平面近場掃描范圍為無限大，然而實際近場測試中，掃描面的尺寸是有限的。天線平面近場測試用一個特性已知的探頭，在離待測天線幾個波長(3-10λ)的某一平面上進掃描，測量天線在該平面離散點的幅度與相位分布，通過嚴格的數學變換確定被測天線的遠場區的輻射特性進而確定天線遠場方向圖。平面近場測量系統通過移動探頭的方式實現對天線輻射近場的采樣，通過數據處理，由近場數據推算得到遠場方向圖，其測試過程需要探頭的機械移動，球面近場測量系統通過移動探頭的方式實現對天線輻射近場的采樣，通過數據處理，由近場數據推算得到遠場方向圖，其測試過程需要探頭的機械移動，探頭采樣面實現形式則有多種。典型的單探頭球面近場測試系統，通過方位、橫滾兩維運動實現測量點采樣，極化則通過一個極化轉軸實現0、90度切換，共三個軸，全部由機械運動完成整個測試過程的采樣點位置切換。為了加快測試速度，多探頭的球面近場測試系統，雖然比單探頭球面近場測試系統減少了一維運動，但是方位上仍然為機械運動。基于機械臂的球面近場測試系統，俯仰和橫滾采用通用的機械臂實現，減小了專用設備的開發，但是其測試效率會比典型的單探頭測試系統更低。而緊縮場測量天線主要是拉近遠場所需遠場條件：d≥2D²/λ，其通常采用一個拋物面金屬反射板，將饋源發送的球面波經反射面反射形成平面波，在一定遠距離處形成一個良好的靜區。緊縮場作為近場測量的一種，主要優點在于可以在小的微波暗室內，利用常規的遠場測試設備和方法，進行各種天線測量和研究。緊縮場和常規遠場一樣，需要一個測試轉臺，因此其測試時間和遠場測試方法一樣。準平面波模擬器測試系統是準平面波模擬器作為新出現的一種測試技術，通過天線陣列模擬緊縮場反射面系統，實現在測試靜區形成電場的平面波分布，可將天線放置在該區域進行測試。準平面波模擬器可以在近距離滿足遠場條件，結構尺寸小、成本低、安裝使用靈活、應用場景多。從測試效率的角度來看，準平面波模擬器仍然需要通過轉臺轉動以獲取天線方向圖，因此其測試效率和常規遠場基本一致。從前面的各種天線測試方法，具有一個共同點是都會用到機械裝置進行采樣，限制了測試速度，同時天線的裝架也會耗時。目前平面近場測量技術主要采用按照采樣定理進行近場采樣，將采樣數據進行傅立葉變換，然后再用插值的方式得到被測天線的遠場方向圖。其缺點在于為了獲得被測天線遠場方向圖，必須在采樣數據完成后進行傅立葉變換，并對變換完的數據進行處理才能得到最終結果，無法進行實時測試，也不能進行實時的通信信號鏈路模擬。