[發(fā)明專利]基于Fourier插值的遠(yuǎn)場方向圖快速測量方法

有效

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• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113533867B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 栗曦;王可陽;楊林;郜靜逸;楊鈺
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01R29/10
• 分類號: G01R29/10
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發(fā)明公開了一種基于Fourier插值的遠(yuǎn)場方向圖快速測量方法，解決了遠(yuǎn)場測量需求采樣間隔小才能準(zhǔn)確重構(gòu)天線遠(yuǎn)場方向圖的問題。根據(jù)天線的遠(yuǎn)場測量條件確定待測天線的遠(yuǎn)場距離；用本發(fā)明的待測天線的遠(yuǎn)場測量間隔準(zhǔn)則確定采樣間隔；抽測出天線某個(gè)表面上輻射遠(yuǎn)場的幅度和相位，依次計(jì)算和得到待測天線遠(yuǎn)場的Fourier展開系數(shù)、遠(yuǎn)場方向圖函數(shù)和待測天線的幅度方向圖和相位方向圖，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)場方向圖快速測量。本發(fā)明基于帶限周期函數(shù)的Fourier插值法，快速準(zhǔn)確的重構(gòu)出角度間隔任意小的方向圖，提高了測試效率。本發(fā)明適用于多通道、多波束、掃頻測試中，可大大減少采樣點(diǎn)數(shù)，顯著提高測試效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及天線遠(yuǎn)場測量，具體是一種基于Fourier插值的遠(yuǎn)場方向圖快速測量方法，用于遠(yuǎn)場測量且能夠顯著提高測試效率。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的天線測量方法一般可分為遠(yuǎn)場測量和近場測量。近場測量是在微波暗室內(nèi)，利用計(jì)算機(jī)控制一個(gè)特性已知的測試探頭，抽測出距離天線表面3～5個(gè)波長的某個(gè)表面上場的幅度和相位分布，然后由近場測量數(shù)據(jù)、測試探頭特性和掃描面的形狀，通過近遠(yuǎn)場變換算法計(jì)算出天線的遠(yuǎn)場特性。根據(jù)掃描面的形狀，天線近場測量一般分為平面近場測量、柱面場測量和球面場測量。近場測量的好處是能夠得到天線遠(yuǎn)場的三維方向圖數(shù)據(jù)，缺點(diǎn)是系統(tǒng)成本高且測量時(shí)間長。如果只需要得到某一切面的方向圖數(shù)據(jù)，并且場地條件滿足天線遠(yuǎn)場距離，往往采用遠(yuǎn)場法對天線進(jìn)行測量。遠(yuǎn)場測量由于其測試方法簡單、直觀，測量設(shè)備簡單，測試成本相對較低，能很快的得到天線某一切面測試結(jié)果等因素成為大多數(shù)天線測試的首選，在天線測量中被大量應(yīng)用。

由遠(yuǎn)場測量的基本理論可知，為了能夠精確地確定待測天線的遠(yuǎn)場方向圖，原則上要求采樣間隔往往要求滿足一定的條件。在實(shí)際測量中，增大采樣間隔會(huì)導(dǎo)致測量得到的半功率波束寬度、副瓣電平等天線輻射參數(shù)不準(zhǔn)確，造成測量誤差，減小采樣間隔又會(huì)降低測試效率，尤其在多通道、多波束、掃頻測量中，減小采樣間隔會(huì)顯著降低測試效率。

通常情況下，為了使天線遠(yuǎn)場輻射特性參數(shù)精確，遠(yuǎn)場測試的采樣間隔需要小于待測天線半功率波束寬度的1/10。例如測試一個(gè)陣列幅度分布為-30dB的Taylor分布的線陣，其半功率波束寬度約為5.3°，遠(yuǎn)場測量時(shí)，傳統(tǒng)采樣間隔應(yīng)在0.5°以下，對全角域進(jìn)行采樣，則需要采樣720個(gè)點(diǎn)以上，效率很低。如果采樣點(diǎn)數(shù)減小，采樣間隔增大，勢必會(huì)給測量結(jié)果帶來較大的誤差。因此，找到增大采樣間隔又不影響測試精度的方法至關(guān)重要。目前，現(xiàn)有的技術(shù)其遠(yuǎn)場測試的采樣間隔需小于待測天線半功率波束寬度的1/10量級，對于半功率波束寬度比較窄的天線，這樣會(huì)導(dǎo)致采樣間隔很小，使得待測天線的遠(yuǎn)場測試效率很低。

現(xiàn)有技術(shù)遠(yuǎn)場天線測量的采樣間隔小，遠(yuǎn)場測量的測試效率低，客觀上至今沒有提出一種天線遠(yuǎn)場測量中增大采樣間隔、提高測試效率且不影響待測天線遠(yuǎn)場方向圖準(zhǔn)確性的快速測量方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和需求，提出一種合理選定掃描間隔，提高測試效率的一種基于Fourier插值的遠(yuǎn)場方向圖快速測量方法。

本發(fā)明是一種基于Fourier插值的遠(yuǎn)場方向圖快速測量方法，測量過程中涉及到遠(yuǎn)場的置于轉(zhuǎn)臺(tái)之上的待測天線、天線測量系統(tǒng)中的測試儀器、控制計(jì)算機(jī)、測試探頭等，所有的測試探頭測試前均特性已知，其特征在于：結(jié)合帶限周期函數(shù)的Fourier插值法進(jìn)行天線遠(yuǎn)場測量，包括有如下步驟：

步驟一 確定待測天線的遠(yuǎn)場距離：根據(jù)天線的遠(yuǎn)場測量條件計(jì)算出待測天線與測試探頭之間的距離，將天線放置于該距離處的轉(zhuǎn)臺(tái)上；

步驟二 確定待測天線的采樣間隔：根據(jù)待測天線的遠(yuǎn)場測量間隔準(zhǔn)則，利用間隔準(zhǔn)則計(jì)算公式計(jì)算出待測天線的采樣間隔，該測量間隔準(zhǔn)則為待測天線的半功率波束寬度量級；

步驟三 抽測出天線某個(gè)表面上輻射遠(yuǎn)場的幅度和相位：根據(jù)待測天線采樣間隔，利用控制計(jì)算機(jī)控制一個(gè)與待測天線工作頻率一致且特性已知的測試探頭，抽測出天線某個(gè)表面上輻射遠(yuǎn)場的幅度和相位分布；