本申請(qǐng)涉及一種天線(xiàn)的測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法，特別是涉及陣列天線(xiàn)、相控陣天線(xiàn)或反射面天線(xiàn)的近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)及其近場(chǎng)測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

天線(xiàn)陣列(antenna array)是一組個(gè)體天線(xiàn)(individual antenna)的集合。這些個(gè)體天線(xiàn)用來(lái)發(fā)射和/或接收無(wú)線(xiàn)電波，它們連接在一起，并且控制它們的信號(hào)(例如電流)具有特定的幅度(amplitude)和/或相位(phase)關(guān)系。不同相位的控制信號(hào)相互作用，使得天線(xiàn)陣列的信號(hào)在預(yù)定方向被強(qiáng)化，在非預(yù)定方向被抑制。這使得天線(xiàn)陣列通常被作為單個(gè)天線(xiàn)使用與對(duì)待，并且比個(gè)體天線(xiàn)具有更好的方向特性(directional characteristic)與天線(xiàn)增益(antenna gain)。

天線(xiàn)陣列有許多種類(lèi)。如果天線(xiàn)陣列中的每個(gè)個(gè)體天線(xiàn)均可單獨(dú)控制，那就是相控陣天線(xiàn)(Phased Array Antenna)。相控陣天線(xiàn)中，控制每個(gè)個(gè)體天線(xiàn)的信號(hào)相位被設(shè)計(jì)為——能使整個(gè)天線(xiàn)陣列的有效輻射方向圖(effective radiation pattern)在預(yù)定方向被強(qiáng)化、在非預(yù)定方向被抑制。個(gè)體天線(xiàn)的控制信號(hào)之間的相位關(guān)系可以是固定的，例如塔陣(Tower array)；也可以是可調(diào)節(jié)的，例如波束控制(Beam steering)。相控陣天線(xiàn)在廣播、雷達(dá)、航天通訊、氣象調(diào)查、光學(xué)、射頻識(shí)別、人機(jī)界面等方面得到了廣泛應(yīng)用。

在雷達(dá)領(lǐng)域，相控陣天線(xiàn)通常分為被動(dòng)(passive，也稱(chēng)無(wú)源)和主動(dòng)(active，也稱(chēng)有源)兩種。未經(jīng)特別說(shuō)明時(shí)，相控陣?yán)走_(dá)通常是指被動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)。被動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)也稱(chēng)被動(dòng)電子掃描陣列(passive electronically scanned array，PESA)，其僅有一個(gè)射頻源，由該射頻源產(chǎn)生射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)多個(gè)相移模塊(phase shift module)后分別送往每個(gè)個(gè)體天線(xiàn)的發(fā)射單元。主動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)也稱(chēng)主動(dòng)電子掃描陣列(active electronically scanned array，AESA)，其發(fā)射與接收功能是由大量的收發(fā)模塊(transmit/receive module)實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)收發(fā)模塊包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)與天線(xiàn)，這些收發(fā)模塊組成陣列便構(gòu)成了主動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)。與被動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)不同，主動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)為每個(gè)收發(fā)模塊均設(shè)置有獨(dú)立的射頻源，每個(gè)射頻源可以產(chǎn)生獨(dú)立(例如不同頻率)的射頻信號(hào)，這些相互獨(dú)立的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)多個(gè)相移模塊后分別送往每個(gè)收發(fā)模塊中的發(fā)射機(jī)。

相控陣天線(xiàn)在研發(fā)過(guò)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就是測(cè)試，如何快速、準(zhǔn)確地完成相控陣天線(xiàn)的測(cè)試是當(dāng)前相控陣天線(xiàn)研發(fā)過(guò)程中的重點(diǎn)。相控陣天線(xiàn)的測(cè)試技術(shù)可以分為遠(yuǎn)場(chǎng)(far field)測(cè)試和近場(chǎng)(near field)測(cè)試兩種。遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試通常是基于野外的測(cè)試方法，外界電磁環(huán)境較為復(fù)雜，很難測(cè)試準(zhǔn)確。近場(chǎng)測(cè)試需要的空間小，測(cè)試準(zhǔn)確且方便快捷。近年來(lái)，近場(chǎng)測(cè)試得到了越來(lái)越多地使用。

相控陣天線(xiàn)的近場(chǎng)測(cè)試通常在微波暗室中進(jìn)行，并采用一個(gè)或多個(gè)探頭(probe)。

申請(qǐng)公布號(hào)為CN103344847A、申請(qǐng)公布日為2013年10月9日的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種相控陣天線(xiàn)的近場(chǎng)測(cè)量方法，僅采用一個(gè)探頭對(duì)相控陣天線(xiàn)進(jìn)行測(cè)試。申請(qǐng)公布號(hào)為CN103926474A、申請(qǐng)公布日為2014年7月16日的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)也公開(kāi)了一種有源相控陣天線(xiàn)的近場(chǎng)測(cè)量方法，也是僅采用一個(gè)探頭對(duì)相控陣天線(xiàn)進(jìn)行測(cè)試。這種單探頭的相控陣對(duì)于電尺寸較小的相控陣天線(xiàn)可以較快地完成測(cè)試，但對(duì)于電尺寸較大的相控陣天線(xiàn)就需要非常長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間。其中的電尺寸是指相控陣天線(xiàn)的物理尺寸與工作波長(zhǎng)之比。

授權(quán)公告號(hào)為CN204595204U、授權(quán)公告日為2015年8月26日的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利公開(kāi)了一種有源相控陣?yán)走_(dá)的收發(fā)模塊(T/R模塊)的測(cè)試方案，采用與收發(fā)模塊相同數(shù)量的多個(gè)探頭，并由相同數(shù)量的開(kāi)關(guān)電路分別控制，用來(lái)對(duì)相控陣天線(xiàn)的每個(gè)收發(fā)模塊進(jìn)行測(cè)試。仔細(xì)分析該開(kāi)關(guān)矩陣式測(cè)試方案后，可以發(fā)現(xiàn)其存在如下不足。其一，有源相控陣?yán)走_(dá)所包含的收發(fā)模塊數(shù)量少則數(shù)十，多則上萬(wàn)。該方案需要設(shè)置與收發(fā)模塊相同數(shù)量的探頭和開(kāi)關(guān)電路，這種測(cè)試系統(tǒng)的規(guī)模非常龐大且成本高昂。其二，不同的有源相控陣?yán)走_(dá)所包含的收發(fā)模塊數(shù)量各不相同，該方案無(wú)法用于收發(fā)模塊數(shù)量不同的其他有源相控陣?yán)走_(dá)，因而缺乏通用性。其三，該方案是采用開(kāi)關(guān)切換方式，一次僅使用一個(gè)探頭測(cè)試一個(gè)收發(fā)模塊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大量收發(fā)模塊的分時(shí)測(cè)試，這樣就用多探頭的開(kāi)關(guān)切換時(shí)間替代了單探頭的探頭移動(dòng)時(shí)間，大大提高了測(cè)試速度。但即便如此，大型相控陣天線(xiàn)的測(cè)試時(shí)間依然相當(dāng)漫長(zhǎng)，往往需要一個(gè)月乃至數(shù)個(gè)月的測(cè)試時(shí)間。

申請(qǐng)公布號(hào)為CN105259544A、申請(qǐng)公布日為2016年1月20日的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種有源相控陣?yán)走_(dá)的收發(fā)模塊(T/R組件)的測(cè)試方案，將測(cè)試激勵(lì)信號(hào)送給所有收發(fā)模塊，每個(gè)收發(fā)模塊內(nèi)部的移相器對(duì)測(cè)試激勵(lì)信號(hào)分別進(jìn)行正交相位調(diào)制，信號(hào)處理器再通過(guò)正交相位解調(diào)來(lái)完成對(duì)各個(gè)收發(fā)模塊的測(cè)試。仔細(xì)分析該方案后，可以發(fā)現(xiàn)其與本申請(qǐng)有實(shí)質(zhì)性的差異。該方案是針對(duì)有源相控陣?yán)走_(dá)的收發(fā)模塊進(jìn)行幅度與相位的測(cè)試，測(cè)試的是收發(fā)模塊的輸入與輸出的信號(hào)流，采用的是有線(xiàn)信號(hào)傳輸方式。本申請(qǐng)涉及的是對(duì)相控陣天線(xiàn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試的是天線(xiàn)口面的電場(chǎng)感應(yīng)，采用的是無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于頻分復(fù)用的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)，避免采用開(kāi)關(guān)切換方式，從而進(jìn)一步提高天線(xiàn)測(cè)試速度和測(cè)試效率，縮短測(cè)試時(shí)間。為此，本申請(qǐng)還要提供相應(yīng)的天線(xiàn)測(cè)試方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)的基于頻分的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法分為兩種情況。第一種情況是待測(cè)天線(xiàn)作為接收天線(xiàn)，第二種情況是待測(cè)天線(xiàn)作為發(fā)射天線(xiàn)。

當(dāng)待測(cè)天線(xiàn)作為接收天線(xiàn)時(shí)，本申請(qǐng)基于頻分的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)包括信號(hào)源、變頻單元、多個(gè)探頭、待測(cè)天線(xiàn)、接收機(jī)。信號(hào)源產(chǎn)生初始信號(hào)。一路初始信號(hào)經(jīng)過(guò)變頻單元轉(zhuǎn)換為一組發(fā)射信號(hào)并分別送往多個(gè)探頭同時(shí)對(duì)外發(fā)射；所述一組發(fā)射信號(hào)的頻率各異且均近似于初始信號(hào)的頻率(即各個(gè)發(fā)射信號(hào)與初始信號(hào)的頻率差值均遠(yuǎn)小于初始信號(hào)的頻率)。待測(cè)天線(xiàn)為陣列天線(xiàn)、相控陣天線(xiàn)或反射面天線(xiàn)。多個(gè)探頭輻射出的電磁波在空間傳輸后被待測(cè)天線(xiàn)同時(shí)接收并送往接收機(jī)，所接收信號(hào)經(jīng)過(guò)接收機(jī)檢測(cè)得到其中各不同頻率分量的幅度和相位。

當(dāng)待測(cè)天線(xiàn)作為接收天線(xiàn)時(shí)，相應(yīng)的天線(xiàn)測(cè)試方法包括如下步驟：

步驟S201：信號(hào)源產(chǎn)生初始信號(hào)并送往變頻單元；

步驟S202：變頻單元將一路初始信號(hào)變換為一組發(fā)射信號(hào)并分別送往多個(gè)探頭；所述一組發(fā)射信號(hào)的頻率各異且均近似于初始信號(hào)的頻率；

步驟S203：每個(gè)探頭分別將一路發(fā)射信號(hào)同時(shí)對(duì)外發(fā)射；

步驟S204：待測(cè)天線(xiàn)同時(shí)接收多個(gè)探頭所發(fā)射的電磁波，所接收信號(hào)被送往接收機(jī)；

步驟S205：接收機(jī)從接收信號(hào)中同時(shí)檢測(cè)出各不同頻率分量的幅度和相位。

當(dāng)待測(cè)天線(xiàn)處于接收位置時(shí)，本申請(qǐng)基于頻分的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法在最優(yōu)情況下僅需使用唯一信號(hào)源與單通道的接收機(jī)。其測(cè)試方法基于頻分方式，構(gòu)造出頻率各不相同且均與初始信號(hào)的頻率差別很小的一組發(fā)射信號(hào)，這一組發(fā)射信號(hào)可以同時(shí)被待測(cè)天線(xiàn)接收并由接收機(jī)來(lái)同時(shí)檢測(cè)幅度和相位，相當(dāng)于分別在每個(gè)探頭的位置單獨(dú)發(fā)射初始信號(hào)進(jìn)行多次分時(shí)測(cè)試的組合情況。本申請(qǐng)不僅節(jié)省了現(xiàn)有方案中的開(kāi)關(guān)切換時(shí)間因而提高了測(cè)試速度與測(cè)試效率，而且由于這一組發(fā)射信號(hào)與初始信號(hào)的頻率差別很小因而測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確。

當(dāng)待測(cè)天線(xiàn)作為發(fā)射天線(xiàn)時(shí)，本申請(qǐng)基于頻分的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)包括信號(hào)源、待測(cè)天線(xiàn)、多個(gè)探頭、接收機(jī)；信號(hào)源產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)。待測(cè)天線(xiàn)為相控陣天線(xiàn)或反射面天線(xiàn)。發(fā)射信號(hào)送往待測(cè)天線(xiàn)對(duì)外發(fā)射。待測(cè)天線(xiàn)輻射出的電磁波在空間傳輸后被多個(gè)探頭分別同時(shí)接收，每個(gè)探頭所接收的信號(hào)分別送往接收機(jī)檢測(cè)得到幅度和相位。

當(dāng)待測(cè)天線(xiàn)作為發(fā)射天線(xiàn)時(shí)，相應(yīng)的天線(xiàn)測(cè)試方法包括如下步驟：

步驟S901：信號(hào)源產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)并送往待測(cè)天線(xiàn)；

步驟S902：待測(cè)天線(xiàn)將一路發(fā)射信號(hào)對(duì)外發(fā)射；

步驟S903：多個(gè)探頭分別同時(shí)接收待測(cè)天線(xiàn)所發(fā)射的信號(hào)，并將所接收信號(hào)分別送往接收機(jī)；

步驟S904：接收機(jī)同時(shí)檢測(cè)多個(gè)所接收信號(hào)的幅度和相位值。

當(dāng)待測(cè)天線(xiàn)處于發(fā)射位置時(shí)，本申請(qǐng)基于頻分的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法需要使用具有多路通道(即多個(gè)端口)的一個(gè)接收機(jī)，或者是多個(gè)單通道接收機(jī)。其測(cè)試方法是通過(guò)接收機(jī)的多個(gè)通道來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多探頭所接收的多個(gè)信號(hào)的同時(shí)檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1是待測(cè)天線(xiàn)為接收天線(xiàn)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)施例一的示意圖。

圖2是待測(cè)天線(xiàn)為接收天線(xiàn)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)施例一對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法流程圖。

圖3是一個(gè)8×8陣列天線(xiàn)與一個(gè)8×1探頭組的示意圖。

圖4是待測(cè)天線(xiàn)為接收天線(xiàn)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)施例二的示意圖。

圖5是待測(cè)天線(xiàn)為接收天線(xiàn)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)施例二對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法流程圖。

圖6是待測(cè)天線(xiàn)為接收天線(xiàn)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)施例三的示意圖。

圖7是待測(cè)天線(xiàn)為接收天線(xiàn)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)施例三對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法流程圖。

圖8是待測(cè)天線(xiàn)為發(fā)射天線(xiàn)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)的示意圖。

圖9是待測(cè)天線(xiàn)為發(fā)射天線(xiàn)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法流程圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1，當(dāng)待測(cè)天線(xiàn)為接收天線(xiàn)時(shí)，本申請(qǐng)基于頻分的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)施例一包括：

——信號(hào)源，通過(guò)線(xiàn)纜連接變頻單元。所述信號(hào)源用于產(chǎn)生初始信號(hào)f0并送往變頻單元。所述初始信號(hào)f0例如是由晶體振蕩器(crystal oscillator)產(chǎn)生并可選地通過(guò)頻率變換得到，該初始信號(hào)f0作為整個(gè)近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試頻率。

所述信號(hào)源還將自身的時(shí)鐘信號(hào)作為參考信號(hào)REF送往整個(gè)近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的各組成部分，為整個(gè)近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)。所述參考信號(hào)REF例如為10MHz。

——變頻單元，通過(guò)線(xiàn)纜連接各個(gè)探頭。所述變頻單元接收信號(hào)源所輸出的初始信號(hào)f0，并將一路初始信號(hào)f0變換為一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN，這一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN的頻率各不相同，但每個(gè)發(fā)射信號(hào)與初始信號(hào)f0的頻率差都遠(yuǎn)小于初始信號(hào)f0的頻率，因此可以將這一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN的頻率近似地認(rèn)為是初始信號(hào)f0的頻率。這一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN分別送往多個(gè)探頭。優(yōu)選地，發(fā)射信號(hào)的數(shù)量與探頭數(shù)量相同。

所述遠(yuǎn)小于至少指小于1/100，優(yōu)選是小于1/10³，更優(yōu)選是小于1/10⁴，更優(yōu)選是小于1/10⁵，更優(yōu)選是小于1/10⁶。例如，每個(gè)發(fā)射信號(hào)與初始信號(hào)f0的頻率差均為幾個(gè)kHz，而初始信號(hào)f0的頻率通常是以GHz作為單位。

——多個(gè)探頭，用于將變頻單元所輸出的一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN同時(shí)對(duì)外發(fā)射。其中的每個(gè)探頭將變頻單元所輸出的頻率各異的一個(gè)發(fā)射信號(hào)同時(shí)對(duì)外發(fā)射。

所述多個(gè)探頭通常排列為直線(xiàn)，例如多個(gè)探頭沿水平方向排為一行，或者是沿垂直方向排為一列?；蛘?，所述多個(gè)探頭也可排列為圓形、圓弧形、長(zhǎng)方形矩陣等二維陣列。

——待測(cè)天線(xiàn)，通過(guò)線(xiàn)纜連接接收機(jī)。所述待測(cè)天線(xiàn)為包含多個(gè)個(gè)體天線(xiàn)的相控陣天線(xiàn)或反射面天線(xiàn)，其中的多個(gè)(部分或全部的)個(gè)體天線(xiàn)用于同時(shí)接收多個(gè)探頭所輻射出的、在空間傳輸?shù)碾姶挪?，也就是由待測(cè)天線(xiàn)同時(shí)接收多個(gè)探頭同時(shí)發(fā)射的一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN，待測(cè)天線(xiàn)的接收信號(hào)fr被送往接收機(jī)。

——接收機(jī)，至少具有一路接收通道(即接收端口)。所述接收機(jī)僅使用一路接收通道從待測(cè)天線(xiàn)所輸出的接收信號(hào)fr中同時(shí)檢測(cè)各個(gè)不同頻率分量的幅度和相位，從而判定待測(cè)天線(xiàn)的接收特性。

如果多個(gè)探頭同時(shí)發(fā)射相同頻率的信號(hào)，這些信號(hào)會(huì)在空間合成，待測(cè)天線(xiàn)就無(wú)法分辨出每個(gè)探頭所發(fā)射的信號(hào)并進(jìn)行檢測(cè)。將初始信號(hào)f0進(jìn)行極微小的頻率偏移后形成一組頻率各異的發(fā)射信號(hào)ft1～ftN并由多個(gè)探頭同時(shí)發(fā)射，這些信號(hào)由于頻率各異不會(huì)在空間合成，而待測(cè)天線(xiàn)也能分辨出每個(gè)探頭所發(fā)射的信號(hào)并由接收機(jī)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，并且檢測(cè)結(jié)果非常近似于多個(gè)探頭分別發(fā)射初始信號(hào)f0并由待測(cè)天線(xiàn)分別接收的情況。例如，本申請(qǐng)的相控陣近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)采用8個(gè)探頭同時(shí)發(fā)射一組發(fā)射信號(hào)ft1～ft8，就相當(dāng)于采用唯一探頭在探頭一的位置發(fā)射初始信號(hào)f0由待測(cè)天線(xiàn)接收，再將唯一探頭移動(dòng)到探頭二的位置發(fā)射初始信號(hào)f0由待測(cè)天線(xiàn)接收，……，再將唯一探頭移動(dòng)到探頭八的位置發(fā)射初始信號(hào)f0由待測(cè)天線(xiàn)接收。

優(yōu)選地，所述多個(gè)探頭部署在掃描架上，掃描架可以移動(dòng)。通過(guò)移動(dòng)掃描架可以調(diào)節(jié)待測(cè)天線(xiàn)與多個(gè)探頭之間的位置關(guān)系，從而使探頭的位置覆蓋待測(cè)天線(xiàn)的整個(gè)近場(chǎng)掃描面。

請(qǐng)參閱圖2，圖1所示的基于頻分的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)施例一對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法包括如下步驟：

步驟S201：信號(hào)源產(chǎn)生初始信號(hào)f0并送往變頻單元。此外，信號(hào)源還將自身的時(shí)鐘信號(hào)作為參考信號(hào)REF送往整個(gè)近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的各組成部分，為整個(gè)近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，至少包括送往變頻單元和接收機(jī)作為時(shí)鐘信號(hào)。

步驟S202：變頻單元將一路初始信號(hào)f0變換為一組發(fā)射信號(hào)，并分別送往多個(gè)探頭。這一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN的頻率各不相同，但都近似地等于初始信號(hào)f0的頻率。優(yōu)選地，發(fā)射信號(hào)的數(shù)量與探頭數(shù)量相同。

步驟S203：多個(gè)探頭分別將一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN同時(shí)對(duì)外發(fā)射。換而言之，每個(gè)探頭分別將頻率各異的一路發(fā)射信號(hào)同時(shí)對(duì)外發(fā)射。

步驟S204：待測(cè)的相控陣天線(xiàn)或反射面天線(xiàn)作為接收天線(xiàn)，同時(shí)接收多個(gè)探頭所發(fā)射的電磁波，即同時(shí)接收多個(gè)探頭所發(fā)射的一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN，所接收信號(hào)fr被送往接收機(jī)。

步驟S205：接收機(jī)從所接收信號(hào)fr中同時(shí)檢測(cè)出各不同頻率分量的幅度和相位值，從而判定待測(cè)天線(xiàn)的接收特性。

優(yōu)選地，在步驟S205之后還包括：重復(fù)步驟S201至步驟S205并且每次使用不同頻率的初始信號(hào)f0，如此這般進(jìn)行頻率遍歷掃描直至完成待測(cè)天線(xiàn)整個(gè)頻段的測(cè)試。

優(yōu)選地，在步驟S205之后還包括：重復(fù)步驟S201至步驟S205并且每次移動(dòng)掃描架的位置。作為發(fā)射端的多個(gè)探頭和作為接收端的待測(cè)天線(xiàn)可選地部署在掃描架上，通過(guò)移動(dòng)掃描架可以不斷調(diào)節(jié)待測(cè)天線(xiàn)與多個(gè)探頭之間的位置關(guān)系，直至探頭的位置覆蓋待測(cè)天線(xiàn)的整個(gè)近場(chǎng)掃描面。

例如請(qǐng)參閱圖3，假設(shè)待測(cè)天線(xiàn)包含64個(gè)陣元(即個(gè)體天線(xiàn))且排列為8排8列，可以是相控陣天線(xiàn)或反射面天線(xiàn)。排為一列的8個(gè)探頭固定在掃描架上。假設(shè)待測(cè)天線(xiàn)的工作頻段是18GHz～20GHz，測(cè)試頻率的掃描步進(jìn)是1GHz，則頻率遍歷掃描以及覆蓋整個(gè)近場(chǎng)掃描面的測(cè)試過(guò)程如下。

首先測(cè)試18GHz，因此將初始信號(hào)f0設(shè)為18GHz，變頻單元將初始信號(hào)f0變換為一組8個(gè)發(fā)射信號(hào)ft1～ft8例如分別為17.997GHz、17.998GHz、17.999GHz、18GHz、18.001GHz、18.002GHz、18.003GHz、18.004GHz。排為一列的8個(gè)探頭同時(shí)分別發(fā)射這一組8個(gè)發(fā)射信號(hào)ft1～ft8，待測(cè)天線(xiàn)同時(shí)接收這些信號(hào)并傳給接收機(jī)檢測(cè)分析，由此可以判斷待測(cè)天線(xiàn)在18GHz的接收特性。采用同樣方式測(cè)試19GHz、20GHz。

然后移動(dòng)掃描架，重復(fù)上述測(cè)試18GHz、19GHz、20GHz的過(guò)程。例如根據(jù)測(cè)試頻率設(shè)置探頭采樣間隔，以此作為掃描架的移動(dòng)步進(jìn)值。不斷移動(dòng)掃描架并重復(fù)上述測(cè)試過(guò)程，以使排為一列的8個(gè)探頭與待測(cè)天線(xiàn)之間的位置關(guān)系不斷變化，直至探頭的位置遍歷了待測(cè)天線(xiàn)的整個(gè)近場(chǎng)掃描面，從而得到探頭覆蓋整個(gè)近場(chǎng)掃描面的待測(cè)天線(xiàn)在各測(cè)試頻率的接收特性。

優(yōu)選地，在步驟S205之后還包括，通過(guò)已有算法實(shí)現(xiàn)相控陣天線(xiàn)的近場(chǎng)到遠(yuǎn)場(chǎng)的變換，獲得相控陣天線(xiàn)的輻射方向圖等信息。例如，先針對(duì)待測(cè)天線(xiàn)進(jìn)行上述測(cè)試方法的各步驟得到待測(cè)天線(xiàn)作為接收天線(xiàn)在近場(chǎng)掃描面上的幅度及相位分布，然后根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)、探頭的特性和近場(chǎng)掃描面的位置信息，通過(guò)已有算法計(jì)算出天線(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)特性的全部信息。將待測(cè)天線(xiàn)改為標(biāo)準(zhǔn)增益天線(xiàn)后重新進(jìn)行上述測(cè)試方法的各步驟得到標(biāo)準(zhǔn)增益天線(xiàn)的天線(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)特性的全部信息，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)增益天線(xiàn)已知的標(biāo)定增益值計(jì)算待測(cè)天線(xiàn)的增益值，完成待測(cè)天線(xiàn)的增益測(cè)試。

請(qǐng)參閱圖4，這是當(dāng)待測(cè)天線(xiàn)為接收天線(xiàn)時(shí)，本申請(qǐng)基于頻分的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)施例二。與實(shí)施例一相比，實(shí)施例二給出了變頻單元的一種具體實(shí)現(xiàn)方式。所述變頻單元具體包括：

——分配單元，用于將一路初始信號(hào)f0復(fù)制為多路初始信號(hào)f0，并分別送往各個(gè)混頻單元作為第一輸入。

——本振單元，用于產(chǎn)生一組中間信號(hào)fm1～fmN，并分別送往各個(gè)混頻單元作為第二輸入。這一組中間信號(hào)fm1～fmN的頻率各不相同，并且每個(gè)中間信號(hào)都遠(yuǎn)小于初始信號(hào)f0的頻率。

所述本振單元可以采用本地振蕩器(local oscillator)、倍頻器(frequency multiplier)、分頻器(frequency divider)、混頻器(frequency mixer)的任意一種或多種的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如頻率分量Δf可通過(guò)對(duì)本地振蕩器的輸出信號(hào)和/或參考信號(hào)REF進(jìn)行分頻、倍頻和/或混頻實(shí)現(xiàn)。

——多個(gè)混頻單元，每個(gè)混頻單元用于將第一輸入與第二輸入進(jìn)行頻率相加和/或頻率相減(即混頻)后輸出。多個(gè)混頻單元分別輸出多路頻率各不相同的一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN，這一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN分別送往多個(gè)探頭。優(yōu)選地，發(fā)射信號(hào)的數(shù)量與探頭數(shù)量相同。

例如，中間信號(hào)fmn＝(n-1)Δf，發(fā)射信號(hào)ftn＝f0+fmn＝f0+(n-1)Δf，其中n的取值范圍是自然數(shù)且1≤n≤N。

請(qǐng)參閱圖5，圖4所示的基于頻分的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)施例二對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法包括如下步驟：

步驟S501：信號(hào)源產(chǎn)生初始信號(hào)f0并送往分配單元。此外，信號(hào)源還將自身的時(shí)鐘信號(hào)作為參考信號(hào)REF送往整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的各組成部分，為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，至少包括送往分配單元、本振單元、混頻單元和接收機(jī)作為時(shí)鐘信號(hào)。

步驟S502：分配單元將一路初始信號(hào)f0復(fù)制為多路初始信號(hào)f0，并分別提供給各個(gè)混頻單元作為第一輸入。

步驟S503：本振單元產(chǎn)生一組中間信號(hào)fm1～fmN，并分別送往各個(gè)混頻單元作為第二輸入。這一組中間信號(hào)fm1～fmN的頻率各不相同，并且每個(gè)中間信號(hào)與初始信號(hào)f0的頻率差都遠(yuǎn)小于初始信號(hào)f0的頻率。

所述步驟S502與步驟S503的順序可以互換、或者同時(shí)進(jìn)行。

步驟S504：每個(gè)混頻單元均將各自的第一輸入(初始信號(hào)f0)與第二輸入(一組中間信號(hào)fm1～fmN中的一個(gè))進(jìn)行頻率相加和/或頻率相減(即混頻)后得到一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN中的一個(gè)，多個(gè)混頻單元便輸出一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN并分別送往多個(gè)探頭。這一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN的頻率各不相同，但都近似地等于初始信號(hào)f0的頻率。優(yōu)選地，發(fā)射信號(hào)的數(shù)量與探頭數(shù)量相同。

下面是步驟S505至步驟S507，分別等同于步驟S203至步驟S205，不再贅述。

實(shí)施例二也可采用與實(shí)施例一相同的頻率遍歷掃描、探頭覆蓋整個(gè)近場(chǎng)掃描面、近場(chǎng)測(cè)試參數(shù)與遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的轉(zhuǎn)換等附加方案。

請(qǐng)參閱圖6，這是當(dāng)待測(cè)天線(xiàn)為接收天線(xiàn)時(shí)，本申請(qǐng)基于頻分的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)施例三。與實(shí)施例一相比，實(shí)施例三用多個(gè)信號(hào)源取代了實(shí)施例一中的唯一信號(hào)源和變頻單元。

所述多個(gè)信號(hào)源通過(guò)線(xiàn)纜連接各個(gè)探頭。所述多個(gè)信號(hào)源用于產(chǎn)生一組相參的發(fā)射信號(hào)ft1～ftN。相參是指各信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)之間具有確定的相位關(guān)系。這一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN的頻率各不相同，但任意兩個(gè)發(fā)射信號(hào)之間頻率差都遠(yuǎn)小于任意一個(gè)發(fā)射信號(hào)的頻率，因此可以將這一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN的頻率近似地認(rèn)為等同于測(cè)試頻率f0。這一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN分別送往多個(gè)探頭。優(yōu)選地，發(fā)射信號(hào)的數(shù)量與探頭數(shù)量相同。

此外，至少一個(gè)信號(hào)源還將自身的時(shí)鐘信號(hào)作為參考信號(hào)REF送往整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的各組成部分，為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)。所述參考信號(hào)REF例如為10MHz。

請(qǐng)參閱圖7，圖6所示的基于頻分的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)施例三對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法包括如下步驟：

步驟S701：多個(gè)信號(hào)源分別產(chǎn)生一組相參的發(fā)射信號(hào)ft1～ftN，并分別送往多個(gè)探頭。這一組發(fā)射信號(hào)ft1～ftN的頻率各不相同，但頻率非常接近因而可以近似地認(rèn)為頻率相同。優(yōu)選地，發(fā)射信號(hào)的數(shù)量與探頭數(shù)量相同。

此外，至少一個(gè)信號(hào)源還將自身的時(shí)鐘信號(hào)作為參考信號(hào)REF送往整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的各組成部分，為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，至少包括送往接收機(jī)作為時(shí)鐘信號(hào)。

下面是步驟S702至步驟S704，分別等同于步驟S203至步驟S205，不再贅述。

實(shí)施例三也可采用與實(shí)施例一相同的頻率遍歷掃描、探頭覆蓋整個(gè)近場(chǎng)掃描面、近場(chǎng)測(cè)試參數(shù)與遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)的轉(zhuǎn)換等附加方案。

與現(xiàn)有的單探頭的相控陣近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)相比，本申請(qǐng)的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)采用多探頭，可以顯著地提高天線(xiàn)測(cè)試速度與測(cè)試效率，縮短測(cè)試時(shí)間。與現(xiàn)有的多探頭的相控陣近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)相比，本申請(qǐng)以頻分(frequency division)方式取代了開(kāi)關(guān)切換方式，由于省略了開(kāi)關(guān)切換時(shí)間，并且多個(gè)探頭可以一起發(fā)射由待測(cè)天線(xiàn)同時(shí)接收并由接收機(jī)的單通道進(jìn)行檢測(cè)分析，進(jìn)一步提高了天線(xiàn)測(cè)試速度與測(cè)試效率，縮短了測(cè)試時(shí)間。

請(qǐng)參閱圖8，當(dāng)待測(cè)天線(xiàn)為發(fā)射天線(xiàn)時(shí)，本申請(qǐng)基于頻分的近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)包括：

——信號(hào)源，通過(guò)線(xiàn)纜連接待測(cè)天線(xiàn)。所述信號(hào)源用于產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)fr并送往待測(cè)天線(xiàn)。所述發(fā)射信號(hào)ft例如是由晶體振蕩器產(chǎn)生并通過(guò)頻率變換得到，該發(fā)射信號(hào)ft作為整個(gè)近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試頻率。

所述信號(hào)源還將自身的時(shí)鐘信號(hào)作為參考信號(hào)REF送往整個(gè)近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的各組成部分，為整個(gè)近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)。所述參考信號(hào)REF例如為10MHz。

——待測(cè)天線(xiàn)，為包含多個(gè)個(gè)體天線(xiàn)的相控陣天線(xiàn)或反射面天線(xiàn)，用于將一路發(fā)射信號(hào)ft對(duì)外發(fā)射。

——多個(gè)探頭，通過(guò)電纜連接接收機(jī)。多個(gè)探頭用于同時(shí)分別接收待測(cè)天線(xiàn)所發(fā)射的信號(hào)ft，多個(gè)探頭所接收信號(hào)fr1～frN分別送往一個(gè)接收機(jī)的各個(gè)端口或多個(gè)接收機(jī)。例如，探頭數(shù)量小于或等于接收機(jī)的端口數(shù)量。

——接收機(jī)，具有多路接收通道，或者是多個(gè)接收機(jī)。這些接收通道用于同時(shí)檢測(cè)一組接收信號(hào)fr1～frN的幅度和相位，從而判定待測(cè)天線(xiàn)的發(fā)射特性。例如，常規(guī)的四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有8路相參接收通道，每一路接收通道就相當(dāng)于是一個(gè)獨(dú)立的單通道接收機(jī)。具有多個(gè)接收通道的接收機(jī)也可改為多個(gè)單通道接收機(jī)。

優(yōu)選地，所述多個(gè)探頭部署在掃描架上，掃描架可以移動(dòng)。通過(guò)移動(dòng)掃描架可以調(diào)節(jié)待測(cè)天線(xiàn)與多個(gè)探頭之間的位置關(guān)系，從而使探頭的位置覆蓋待測(cè)天線(xiàn)的整個(gè)近場(chǎng)掃描面。

請(qǐng)參閱圖9，圖8所示的基于頻分的相控陣近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法包括如下步驟：

步驟S901：信號(hào)源產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)ft并送往待測(cè)天線(xiàn)。此外，信號(hào)源還將自身的時(shí)鐘信號(hào)作為參考信號(hào)REF送往整個(gè)近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的各組成部分，為整個(gè)近場(chǎng)天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)。

步驟S902：待測(cè)天線(xiàn)將一路發(fā)射信號(hào)ft對(duì)外發(fā)射。

步驟S903：多個(gè)探頭同時(shí)分別接收待測(cè)天線(xiàn)所發(fā)射的一路發(fā)射信號(hào)ft，每個(gè)探頭分別將所接收信號(hào)fr1～frN分別送往接收機(jī)。

步驟S904：接收機(jī)同時(shí)檢測(cè)一組接收信號(hào)fr1～frN的幅度和相位值，從而判定待測(cè)天線(xiàn)的發(fā)射特性。

待測(cè)天線(xiàn)作為發(fā)射天線(xiàn)時(shí)的天線(xiàn)測(cè)試方法，也可采用待測(cè)天線(xiàn)作為接收天線(xiàn)時(shí)天線(xiàn)測(cè)試方法的各實(shí)施例相同的頻率遍歷掃描、探頭覆蓋整個(gè)近場(chǎng)掃描面、近場(chǎng)到遠(yuǎn)場(chǎng)的變換和口面場(chǎng)反演等附加方法步驟。

以上僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。