一種陣列天線輻射特性的快速測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陣列天線輻射特性的快速測量方法，屬于陣列天線技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動通信等無線通信技術(shù)的發(fā)展，天線技術(shù)也得到了較快的發(fā)展。其中，陣列 天線以其饋電激勵源多樣性、掃描形式靈活性、利于共形設(shè)計(jì)和智能化管理等特點(diǎn)，得到了 越來越廣泛的應(yīng)用，成為了移動通信蜂窩網(wǎng)中裝機(jī)量最大的一種天線。在我國，出于資金和 土地、環(huán)境保護(hù)、建設(shè)周期等方面的考慮，通常將多個運(yùn)營商的多個蜂窩系統(tǒng)設(shè)置在同一個 基站上，多個蜂窩系統(tǒng)共塔架，而且每個蜂窩系統(tǒng)配置多個天線，這種場景下的同站干擾問 題是比較明顯的。隨著蜂窩系統(tǒng)越來越復(fù)雜，對于能夠影響同站干擾問題的輻射指標(biāo)的要 求越來越嚴(yán)格，例如陣列天線的波瓣寬度、垂直面的主瓣方向、旁瓣電平等，需要在天線出 廠時及時對輻射指標(biāo)進(jìn)行檢測。
[0003] 目前，測量天線的輻射方向圖的基本方法有兩種：
[0004] -、遠(yuǎn)場測量法
[0005] 遠(yuǎn)場測量法是由位于遠(yuǎn)場的源天線發(fā)射電磁波，電磁波近似為平面波形式照射到 待測天線，在待測天線端口處檢測出其接收方向圖。在實(shí)際測量過程中，需要將待測天線和 源天線拉開較遠(yuǎn)的距離，一邊轉(zhuǎn)動待測天線，一邊記錄源天線與待測天線間的傳輸系數(shù)，從 而得到其方向圖。遠(yuǎn)場測量法直觀、簡單，測試成本低，但是其缺點(diǎn)也很明顯，①測試結(jié)果受 外界環(huán)境影響大，例如電磁環(huán)境、場地反射、天氣、時間等，惡劣環(huán)境下甚至無法進(jìn)行測試； ②收發(fā)距離要滿足遠(yuǎn)場測試條件，源天線和待測天線之間的距離L>2D 2/A(D是待測陣列天 線的最大口徑，λ是測試頻率的波長）；測試距離遠(yuǎn)，測試成本很高;③每次測量只能獲取一 種激勵形式下的陣列方向圖，而對于多激勵形式的陣列天線，其陣列方向圖測試較為艱難。
[0006] 二、近場測量法
[0007] 近場測量法的基本原理是使用探頭探測天線附近包圍天線的一個閉合面的感應(yīng) 場，并用拉芙(LOVE)等效原理，利用感應(yīng)場計(jì)算遠(yuǎn)場。近場測量法直接測量天線附近的感應(yīng) 場，不需要很大的測試場地;但由于需要測量一個閉合面的近場，數(shù)據(jù)量大。為了加快掃描 速度，有的系統(tǒng)采用了多探頭技術(shù)。近場測量法算法復(fù)雜，多探頭技術(shù)更帶來了探頭的一致 性，位置校正等一系列問題，而為了減小探頭間的互擾又限制了測試系統(tǒng)不能過小，或者探 頭數(shù)不能過多。因此近場測量系統(tǒng)系統(tǒng)組成復(fù)雜，校準(zhǔn)、維護(hù)成本高。
[0008] 上述兩種天線輻射特性的測試方法，其測試場地均有嚴(yán)格要求，而且測試設(shè)備龐 大，測試速度慢、效率低，測試成本高昂，無法實(shí)現(xiàn)對天線的快速、及時測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，提供一種測試速度快、效率 高、設(shè)備體積小、測試場地要求低的陣列天線輻射特性快速測量方法，用于天線生產(chǎn)車間做 陣列天線生產(chǎn)出廠檢驗(yàn)、質(zhì)量控制使用，或用于研發(fā)過程中初步測試天線性能時使用。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0011] -種陣列天線輻射特性的快速測量方法，是在主控計(jì)算機(jī)的控制下，發(fā)信機(jī)經(jīng)待 測天線發(fā)射信號，由在待測天線口面附近的、按軌跡移動的探頭接收待測天線輻射的口面 近場電磁波信號并傳回收信機(jī)，主控計(jì)算機(jī)讀取收信機(jī)收到的面近場值，再根據(jù)口面近場 值計(jì)算待測天線的方向函數(shù)，從而得到其待測天線的主輻射面的輻射特性參數(shù)數(shù)值。
[0012] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述輻射特性參數(shù)包括主瓣寬度、旁瓣電平、主瓣方 向、零深、交叉極化比、絕對增益。
[0013] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述測量方法的具體步驟為：
[0014] A、在主控計(jì)算機(jī)的驅(qū)動下，發(fā)信機(jī)將發(fā)射信號經(jīng)待測天線發(fā)射出去，位于待測天 線上方附近的探頭接收待測天線發(fā)射的口面近場信號，并經(jīng)收信機(jī)傳輸至主控計(jì)算機(jī)，經(jīng) 主控計(jì)算機(jī)的計(jì)算，輸出待測天線口面近場值；
[0015]若待測天線為單端口，探頭在主控計(jì)算機(jī)的驅(qū)動下沿著待測天線主輻射面呈一維 直線式移動;若待測天線為多端口，探頭在主控計(jì)算機(jī)的驅(qū)動下沿著待測天線主輻射面呈 二維網(wǎng)格式移動；
[0016 ] B、將口面近場值轉(zhuǎn)化為待測天線的方向函數(shù)；
[0017]①當(dāng)探頭以一維直線式移動時，待測陣列天線的方向函數(shù)F(0)為：
[0019]式中，
[0020] d是探頭掃描點(diǎn)間距；
[0021 ] Θ是場點(diǎn)與陣軸的夾角；
[0023] j為標(biāo)準(zhǔn)虛數(shù)單位(-1的開平方）；
[0024] N是測量點(diǎn)數(shù)，η指的是第η個測量點(diǎn)；
[0025] Tn = Tn, reai+jTn, imag，是探頭在每個測量點(diǎn)處得到的口面場值，其中Treai、Timag分別 是口面場值的實(shí)部和虛部；
[0026]②當(dāng)探頭以二維網(wǎng)格式移動時，待測陣列天線的方向圖F(0)為：
[0028]式中，
[0029 ] dx、dy分別為X、y方向上的取樣間距；
[0030] Θ為場點(diǎn)與陣平面法線的夾角；
[0031 ] φ為場點(diǎn)矢量在xoy平面上的投影與X軸的夾角；
[0033] j為標(biāo)準(zhǔn)虛數(shù)單位(-1的開平方）；
[0034] M、N分別為x方向、y方向上的測量點(diǎn)數(shù);m指的是x方向上第m個測量點(diǎn)，η指的是y方 向上第η個測量點(diǎn)；
[0035] Tmn = Tmn, reai十jTmn, imag，是探頭在每個測量點(diǎn)處得到的口面場值，其中Treai、U 別是口面場值的實(shí)部和虛部；
[0036] C、由待測天線方向函數(shù)得出陣列天線主輻射面的輻射特性參數(shù)；
[0037] ①根據(jù)待測天線的方向函數(shù)繪制出方向圖，由方向圖中直接讀取待測天線的主瓣 寬度、旁瓣電平、主瓣方向、零深電平；
[0038] ②分別在探頭的極化方式與待測天線的極化方式相同和正交情況下測試，得到同 極化方向函數(shù)和交叉極化方向函數(shù)，相比較后得到待測天線的交叉極化比參數(shù)；
[0039] ③測試標(biāo)準(zhǔn)增益天線的方向函數(shù)，比較標(biāo)準(zhǔn)增益天線的方向函數(shù)的最大值和待測 天線的方向函數(shù)的最大值，得到待測天線的絕對增益。
[0040] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述探頭一維直線移動時，是沿待測天線的中軸線移 動;所述探頭二維網(wǎng)格移動時，在待測天線主輻射口面上做二維掃描，掃描范圍不小于陣列 天線平面范圍。
[0041] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述探頭二維網(wǎng)格移動時，其掃描軸向長度為待測天 線縱向平面長度兩端各外擴(kuò)10~20cm，其掃描橫向?qū)挾葹榇郎y天線橫向平面的寬度。
[0042] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：用于陣列天線輻射特性快速測量的裝置包括掃描機(jī) 構(gòu)、發(fā)信機(jī)Π 、收信機(jī)m和主控計(jì)算機(jī)I，所述發(fā)信機(jī)π、收信機(jī)m、掃描機(jī)構(gòu)分別與控制其 運(yùn)行的主控計(jì)算機(jī)I相連;所述掃描機(jī)構(gòu)包括用于放置天線1的操作臺2、位于天線1上方的 探頭5和驅(qū)動探頭5水平移動的驅(qū)動器7,所述探頭5在的驅(qū)動器7的驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)在待測天線 上方任意坐標(biāo)位置的移動，驅(qū)動器7與主控計(jì)算機(jī)I相連接;所述發(fā)信機(jī)Π 與待測天線1相 連，收信機(jī)m與探頭5相連;在發(fā)信機(jī)π與待測天線測試接頭之間連接設(shè)置一射頻開關(guān)IV， 實(shí)現(xiàn)對陣列天線平面的連續(xù)掃描。
[0043] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述探頭是雙極化探頭。
[0044] 本發(fā)明的有益效果是：
[0045] 本發(fā)明提供了一種陣列天線輻射特性的快速測量方法，利用近場技術(shù)測量天線主 輻射面的口面近場值，再通過口面近場值推算至陣列天線主輻射面的遠(yuǎn)場方向圖。該方法 實(shí)現(xiàn)了對陣列天線的輻射特性的快速測量，而且對測量環(huán)境沒有特殊要求，不受場地大小、 天氣等的限制，無需嚴(yán)格的屏蔽暗室，在天線的生產(chǎn)環(huán)境、或者研發(fā)使用環(huán)境中就可以進(jìn)行 測量，測試速度快、效率高，測試裝置占地面積小，可隨時進(jìn)行測量，方便快捷。使用本發(fā)明 測量方法，可以構(gòu)建陣列天線主輻射面的方向圖，通過陣列天線方向圖，可以定量測量方向 性系數(shù)、主瓣方向、主瓣寬度、交叉極化比、旁瓣電平等天線主要指標(biāo)，并可通過與標(biāo)準(zhǔn)天線 比對的方法測量天線增益等主要指標(biāo)，測試結(jié)果全面、準(zhǔn)確，特別適用于生產(chǎn)線上作為快速 檢測天線產(chǎn)品，以及在研發(fā)產(chǎn)品時對天線作為初步檢測使用。
[0046]使用一維掃描方法，可以在30秒到1分鐘內(nèi)完成一副3米以內(nèi)陣列天線方向圖特性 的測量，速度快、效率高、結(jié)果準(zhǔn)確度高，適合天線生產(chǎn)廠家對出廠產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測。使用 二維掃描方法，測量裝置尺寸并未增大，而且實(shí)現(xiàn)了多端口陣列天線的自動切換端口，探頭 可以連續(xù)在天線主輻射面口面上做二維網(wǎng)格掃描，適合在天線研發(fā)過程中初步測量平面陣 列天線的三維方向圖特性。