一種差分天線測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種差分天線測(cè)量方法，盡量減少了巴倫的使用，在必須使用巴倫的情況下對(duì)巴倫特性做了全面的測(cè)量，并在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中消除了巴倫引入的測(cè)量誤差，使測(cè)量更加精確；相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量方法精度更高，引入誤差較小，可以廣泛應(yīng)用于差分天線測(cè)量中；本發(fā)明在測(cè)量過(guò)程中合理使用匹配負(fù)載減小了差分天線單端測(cè)量時(shí)懸空的天線臂對(duì)于天線特性的不利影響，并通過(guò)功率合成的方式真實(shí)的反映了天線的阻抗特性和輻射特性；實(shí)現(xiàn)了利用同軸電纜對(duì)差分天線的測(cè)量。本測(cè)量方法充分考慮了天線的應(yīng)用環(huán)境，所有測(cè)量均模擬天線真實(shí)環(huán)境，獲得的測(cè)量結(jié)果能夠與天線應(yīng)用時(shí)的特性保持一致。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種差分天線測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天線測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種差分天線測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]天線的電參數(shù)是天線設(shè)計(jì)中的重要技術(shù)指標(biāo)，也是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)?’天線的電參數(shù)主要包括電壓駐波比、隔離度、增益和方向圖等。電壓駐波比參數(shù)體現(xiàn)了天線輸入端口的反射特性，定義了天線的阻抗帶寬；隔離度參數(shù)反映了收發(fā)天線之間的耦合強(qiáng)度；增益和方向圖參數(shù)共同反映了天線的輻射特性。天線的電壓駐波比和隔離度通常使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)量，天線的增益和方向圖通常在微波暗室中使用信號(hào)源與頻譜儀進(jìn)行測(cè)量。
[0003]差分天線是天線的一種形式，它通過(guò)兩個(gè)差分端口對(duì)天線進(jìn)行饋電，兩差分端口分別饋入等幅反相的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)天線的平衡饋電。普通的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和頻譜儀等測(cè)量天線特性時(shí)接收的均不是差分信號(hào)，僅通過(guò)一根同軸電纜連接被測(cè)天線，無(wú)法實(shí)現(xiàn)天線平衡饋電；如上所述，常規(guī)測(cè)量方法主要采用巴倫將差分天線的差分端口轉(zhuǎn)換為單端口，再采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。該方法測(cè)量獲得的天線特性受巴倫影響較大，不能完全真實(shí)的反應(yīng)天線工作中的狀態(tài)，同時(shí)引入了巴倫本身的回波損耗和插入損耗，導(dǎo)致誤差偏大，尤其在天線電壓駐波比測(cè)量中無(wú)法通過(guò)后期數(shù)據(jù)處理消除巴倫引入的誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種差分天線測(cè)量方法，能夠在盡量減少使用巴倫的情況下對(duì)差分天線進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)，在使用巴倫的情況下去除巴倫引入的誤差，提高測(cè)量精度。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種差分天線測(cè)量方法，對(duì)差分天線的隔離度的測(cè)量方法包括如下步驟:
[0007]步驟11、選取兩個(gè)差分天線，分別作為發(fā)射天線和接收天線；將發(fā)射天線和接收天線通過(guò)天線支架進(jìn)行固定，使兩者與其實(shí)際應(yīng)用情況保持相同的狀態(tài)；
[0008]步驟12、在測(cè)量頻段上對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的第一端口和第二端口均進(jìn)行校準(zhǔn)；
[0009]步驟13、將發(fā)射天線的兩個(gè)差分端口分別與巴倫的兩個(gè)輸出端口連接；將巴倫的輸入端口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的第一端口連接；將接收天線的兩個(gè)差分端口中的端口 a連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的第二端口，接收天線的兩個(gè)差分端口中的端口 b連接匹配負(fù)載；
[0010]步驟14、控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的第一端口通過(guò)巴倫向發(fā)射天線輸出信號(hào)，該信號(hào)包括測(cè)試頻段內(nèi)的各個(gè)頻點(diǎn)；然后控制第二端口從接收天線接收信號(hào)，由此得到差分天線隔離度特性，并繪制天線隔離度曲線，定義為天線隔離度曲線S21’ ；
[0011]步驟15、將接收天線的端口 a和端口 b互換，即端口 a連接匹配負(fù)載，端口 b連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的第二端口；
[0012]步驟16、控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的第一端口通過(guò)巴倫向發(fā)射天線輸出信號(hào)，該信號(hào)包括測(cè)試頻段內(nèi)的各個(gè)頻點(diǎn)；然后控制第二端口從接收天線接收信號(hào)，由此得到差分天線隔離度特性，并繪制天線隔離度曲線，定義為天線隔離度曲線S31’ ；
[0013]步驟17、將步驟14和步驟16獲取的兩條隔離度曲線進(jìn)行功率合成，得到合成的差分天線隔離度；然后修正合成的差分天線隔離度中引入的巴倫插入損耗，得到修正后的差分天線隔離度。
[0014]所述對(duì)合成的差分天線隔離度的巴倫插入損耗的修正方法為:
[0015]選取兩個(gè)巴倫，定義為第一巴倫和第二巴倫；將兩個(gè)巴倫的雙端口分別連接，將一個(gè)巴倫的單端口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的第一端口連接，將另外一個(gè)巴倫的單端口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的第二端口連接；
[0016]控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀第一端口輸出信號(hào)，第二端口接收信號(hào)，得到兩個(gè)巴倫的插入損耗k2，然后得到第一巴倫和第二巴倫的插入損耗=L1 = L1；2-3dB和L2 = L1；2-3dB ；
[0017]得到兩個(gè)巴倫的插入損耗的均值，對(duì)合成的差分天線隔離度進(jìn)行修正。
[0018]所述對(duì)合成的差分天線隔離度的巴倫插入損耗的修正方法為:
[0019]步驟31、選取三個(gè)巴倫，定義為第一巴倫、第二巴倫和第三巴倫；
[0020]步驟32、將其中兩個(gè)巴倫的雙端口分別連接，將一個(gè)巴倫的單端口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的第一端口連接，將另外一個(gè)巴倫的單端口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的第二端口連接；
[0021]步驟33、控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀第一端口輸出信號(hào)，第二端口接收信號(hào)，得到兩個(gè)巴倫串聯(lián)后的插入損耗；
[0022]步驟34、按照步驟32和步驟33的方法，獲得三個(gè)巴倫中兩兩巴倫串聯(lián)后的插入損耗，即第一巴倫與第二巴倫串聯(lián)后的插入損耗Lu、第一巴倫與第三巴倫串聯(lián)后的插入損耗Lli3以及第三巴倫與第二巴倫串聯(lián)后的插入損耗L2，3 ;建立如下方程得到第一巴倫插入損耗L1、第二巴倫插入損耗L2和第三巴倫的插入損耗L3:

-J - H-
[0023]I Lu3= Li+L3
L2'3.= A + i2.
[0024]得到三個(gè)巴倫的插入損耗的均值，對(duì)合成的差分天線隔離度進(jìn)行修正。
[0025]進(jìn)一步的，還包括對(duì)差分天線的增益進(jìn)行測(cè)量，步驟為:
[0026]步驟41、將標(biāo)準(zhǔn)天線的輸入端口與信號(hào)源的輸出端口連接；將被測(cè)的差分天線的端口 a連接頻譜儀的輸入端，將端口 b連接匹配負(fù)載；
[0027]步驟42、將被測(cè)的差分天線采用測(cè)試工裝固定，使差分天線正對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)天線；采用轉(zhuǎn)臺(tái)固定所述測(cè)試工裝，使差分天線的相位中心在標(biāo)準(zhǔn)天線中心線與轉(zhuǎn)臺(tái)軸線的交點(diǎn)上；轉(zhuǎn)臺(tái)可控制測(cè)試工裝及其上的標(biāo)準(zhǔn)天線繞轉(zhuǎn)臺(tái)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0028]步驟43、采用微波暗室將上述標(biāo)準(zhǔn)天線、信號(hào)源、差分天線、測(cè)試工裝、轉(zhuǎn)臺(tái)、頻譜儀和匹配負(fù)載罩在其內(nèi)部；
[0029]步驟44、在標(biāo)準(zhǔn)天線工作頻段內(nèi)選定測(cè)試頻點(diǎn)，用信號(hào)源發(fā)射該頻點(diǎn)的信號(hào)，通過(guò)頻譜儀接收差分天線接收到的信號(hào)；控制轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，找到標(biāo)準(zhǔn)天線輻射最強(qiáng)的方向，測(cè)量得到該方向上差分天線接收功率Pl的dB值；
[0030]步驟45、使轉(zhuǎn)臺(tái)保持步驟44中的測(cè)試位置不變，將差分天線的兩個(gè)端口互換，即端口 a接匹配負(fù)載，端口 b接頻譜儀輸入端，再次測(cè)量得到差分天線接收功率P2的dB值；
[0031]步驟46、將步驟44和步驟45得到的兩個(gè)接收功率進(jìn)行合成，得到差分天線的合成功率:

【權(quán)利要求】
1.一種差分天線測(cè)量方法，其特征在于，對(duì)差分天線的隔離度的測(cè)量方法包括如下步驟: 步驟11、選取兩個(gè)差分天線(1)，分別作為發(fā)射天線(5)和接收天線(6);將發(fā)射天線(5)和接收天線(6)通過(guò)天線支架(2)進(jìn)行固定，使兩者與其實(shí)際應(yīng)用情況保持相同的狀態(tài)；步驟12、在測(cè)量頻段上對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)的第一端口和第二端口均進(jìn)行校準(zhǔn)；步驟13、將發(fā)射天線(5)的兩個(gè)差分端口分別與巴倫(7)的兩個(gè)輸出端口連接；將巴倫(7)的輸入端口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)的第一端口連接；將接收天線￠)的兩個(gè)差分端口中的端口 a連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)的第二端口，接收天線￠)的兩個(gè)差分端口中的端口 b連接匹配負(fù)載⑷； 步驟14、控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)的第一端口通過(guò)巴倫(7)向發(fā)射天線(5)輸出信號(hào)，該信號(hào)包括測(cè)試頻段內(nèi)的各個(gè)頻點(diǎn)；然后控制第二端口從接收天線(6)接收信號(hào)，由此得到差分天線隔離度特性，并繪制天線隔離度曲線，定義為天線隔離度曲線S21’ ； 步驟15、將接收天線(6)的端口 a和端口 b互換，即端口 a連接匹配負(fù)載(4)，端口 b連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)的第二端口 ； 步驟16、控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)的第一端口通過(guò)巴倫(7)向發(fā)射天線(5)輸出信號(hào)，該信號(hào)包括測(cè)試頻段內(nèi)的各個(gè)頻點(diǎn)；然后控制第二端口從接收天線(6)接收信號(hào)，由此得到差分天線隔離度特性，并繪制天線隔離度曲線，定義為天線隔離度曲線S31’ ； 步驟17、將步驟14和步驟16獲取的兩條隔離度曲線進(jìn)行功率合成，得到合成的差分天線隔離度；然后修正合成的差分天線隔離度中引入的巴倫(7)插入損耗，得到修正后的差分天線隔離度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種差分天線測(cè)量方法，其特征在于，所述對(duì)合成的差分天線隔離度的巴倫(7)插入損耗的修正方法為: 選取兩個(gè)巴倫(7)，定義為第一巴倫和第二巴倫；將兩個(gè)巴倫(7)的雙端口分別連接，將一個(gè)巴倫(7)的單端口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)的第一端口連接，將另外一個(gè)巴倫(7)的單端口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)的第二端口連接； 控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀⑶第一端口輸出信號(hào)，第二端口接收信號(hào)，得到兩個(gè)巴倫(7)的插入損耗L1;2，然后得到第一巴倫和第二巴倫的插入損耗=L1 = L1；2-3dB和L2 = L1；2-3dB ；得到兩個(gè)巴倫(7)的插入損耗的均值，對(duì)合成的差分天線隔離度進(jìn)行修正。
3.如權(quán)利要求1所述的一種差分天線測(cè)量方法，其特征在于，所述對(duì)合成的差分天線隔離度的巴倫(7)插入損耗的修正方法為: 步驟31、選取三個(gè)巴倫(7)，定義為第一巴倫、第二巴倫和第三巴倫； 步驟32、將其中兩個(gè)巴倫(7)的雙端口分別連接，將一個(gè)巴倫(7)的單端口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)的第一端口連接，將另外一個(gè)巴倫(7)的單端口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)的第二端口連接； 步驟33、控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)第一端口輸出信號(hào)，第二端口接收信號(hào)，得到兩個(gè)巴倫⑵串聯(lián)后的插入損耗；步驟34、按照步驟32和步驟33的方法，獲得三個(gè)巴倫(7)中兩兩巴倫(7)串聯(lián)后的插入損耗，即第一巴倫與第二巴倫串聯(lián)后的插入損耗k2、第一巴倫與第三巴倫串聯(lián)后的插入損耗Lu以及第三巴倫與第二巴倫串聯(lián)后的插入損耗1^，3;建立如下方程得到第一巴倫插入損耗L1、第二巴倫插入損耗L2和第三巴倫的插入損耗L3:
得到三個(gè)巴倫(7)的插入損耗的均值，對(duì)合成的差分天線隔離度進(jìn)行修正。
4.如權(quán)利要求1所述的一種差分天線測(cè)量方法，其特征在于，進(jìn)一步對(duì)差分天線的增益進(jìn)行測(cè)量，包括: 步驟41、將標(biāo)準(zhǔn)天線(11)的輸入端口與信號(hào)源(12)的輸出端口連接；將被測(cè)的差分天線⑴的端口 a連接頻譜儀(13)的輸入端，將端口 b連接匹配負(fù)載(4); 步驟42、將被測(cè)的差分天線(I)采用測(cè)試工裝(9)固定，使差分天線(I)正對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)天線(11);采用轉(zhuǎn)臺(tái)(10)固定所述測(cè)試工裝(9)，使差分天線(I)的相位中心在標(biāo)準(zhǔn)天線(11)中心線與(10)軸線的交點(diǎn)上；轉(zhuǎn)臺(tái)(10)可控制測(cè)試工裝(9)及其上的標(biāo)準(zhǔn)天線(11)繞轉(zhuǎn)臺(tái)(10)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)； 步驟43、采用微波暗室(8)將上述標(biāo)準(zhǔn)天線(11)、信號(hào)源(12)、差分天線(I)、測(cè)試工裝(9)、轉(zhuǎn)臺(tái)(10)、頻譜儀(13)和匹配負(fù)載(4)罩在其內(nèi)部； 步驟44、在標(biāo)準(zhǔn)天線(11)工作頻段內(nèi)選定測(cè)試頻點(diǎn)，用信號(hào)源(12)發(fā)射該頻點(diǎn)的信號(hào)，通過(guò)頻譜儀(13)接收差分天線(I)接收到的信號(hào)；控制轉(zhuǎn)臺(tái)(10)旋轉(zhuǎn)，找到標(biāo)準(zhǔn)天線(11)輻射最強(qiáng)的方向，測(cè)量得到該方向上差分天線(I)接收功率Pl的dB值； 步驟45、使轉(zhuǎn)臺(tái)(10)保持步驟44中的測(cè)試位置不變，將差分天線(I)的兩個(gè)端口互換，即端口 a接匹配負(fù)載(4)，端口 b接頻譜儀(13)輸入端，再次測(cè)量得到差分天線(I)接收功率P2的dB值； 步驟46、將步驟44和步驟45得到的兩個(gè)接收功率進(jìn)行合成，得到差分天線(I)的合成功率:
再根據(jù)微波暗室(8)的增益計(jì)算公式將差分天線(I)的合成功率P轉(zhuǎn)換為差分天線(I)的增益值G。
5.如權(quán)利要求1所述的一種差分天線測(cè)量方法，其特征在于，進(jìn)一步對(duì)差分天線的方向圖進(jìn)行測(cè)量，包括: 步驟51、將標(biāo)準(zhǔn)天線(11)的輸入端口與信號(hào)源(12)的輸出端口連接；將被測(cè)的差分天線⑴的端口 a連接頻譜儀(13)的輸入端，將端口 b連接匹配負(fù)載(4); 步驟52、將被測(cè)的差分天線(I)采用測(cè)試工裝(9)固定，使差分天線(I)正對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)天線(11);采用轉(zhuǎn)臺(tái)(10)固定所述測(cè)試工裝(9)，使差分天線(I)的相位中心在標(biāo)準(zhǔn)天線(11)中心線與轉(zhuǎn)臺(tái)(10)軸線的交點(diǎn)上，定義此時(shí)差分天線(I)的位置為H面位置；轉(zhuǎn)臺(tái)(10)可控制測(cè)試工裝(9)及其上的標(biāo)準(zhǔn)天線(11)繞轉(zhuǎn)臺(tái)(10)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)； 步驟53、采用微波暗室(8)將上述標(biāo)準(zhǔn)天線(11)、信號(hào)源(12)、差分天線(I)、測(cè)試工裝(9)、轉(zhuǎn)臺(tái)(10)、頻譜儀(13)和匹配負(fù)載(4)罩在其內(nèi)部； 步驟54、在標(biāo)準(zhǔn)天線(11)工作頻段內(nèi)選定測(cè)試頻點(diǎn)，用信號(hào)源(12)發(fā)射該頻點(diǎn)的信號(hào)，通過(guò)頻譜儀(13)接收差分天線(I)接收到的信號(hào)；同時(shí)控制轉(zhuǎn)臺(tái)(10)繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，得到差分天線(I)在該H面上的方向圖數(shù)組數(shù)據(jù)Dl ； 將差分天線(I)的兩個(gè)端口互換，即端口 a接匹配負(fù)載(4)，端口 b接頻譜儀(13)輸入端，控制轉(zhuǎn)臺(tái)(10)繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，得到差分天線(I)在該H面上的方向圖數(shù)組數(shù)據(jù)D2 ； 對(duì)于數(shù)組數(shù)據(jù)Dl和數(shù)組數(shù)據(jù)D2中的每一個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行功率合成，獲得差分天線(I)在該頻率點(diǎn)的H面上的方向圖數(shù)組數(shù)據(jù)D ； 步驟55、以標(biāo)準(zhǔn)天線(11)的中心點(diǎn)與被測(cè)天線的相位中心連線為轉(zhuǎn)軸，控制差分天線(I)繞該轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)90°，定義此時(shí)差分天線(I)的位置為E面位置；同時(shí)控制轉(zhuǎn)臺(tái)(10)繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，得到差分天線(I)在該平面的方向圖數(shù)組數(shù)據(jù)D1’ ； 將差分天線(I)的兩個(gè)端口互換，即端口 a接匹配負(fù)載(4)，端口 b接頻譜儀(13)輸入端，控制轉(zhuǎn)臺(tái)(10)繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，得到差分天線(I)在該平面的方向圖數(shù)組數(shù)據(jù)D2’ ；對(duì)于數(shù)組數(shù)據(jù)D1’和數(shù)組數(shù)據(jù)D2’中的每一個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行功率合成，獲得差分天線(I)在該頻率點(diǎn)的E面位置的方向圖數(shù)組數(shù)據(jù)D’。
6.如權(quán)利要求1或2所述的一種差分天線測(cè)量方法，其特征在于，進(jìn)一步對(duì)差分天線(I)的電壓駐波比進(jìn)行測(cè)量，包括: 步驟61、采用天線支架(2)對(duì)待測(cè)試的差分天線(I)進(jìn)行固定，使得差分天線(I)與其實(shí)際應(yīng)用情況保持相同的狀態(tài)； 步驟62、在測(cè)量頻段上對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)的第一端口進(jìn)行單端口校準(zhǔn)； 步驟63、將差分天線(I)兩個(gè)輸入端口中的a端口接校準(zhǔn)后的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)第一端口 ；差分天線⑴兩個(gè)輸入端口中的b端口接匹配負(fù)載(4); 步驟64、通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)對(duì)測(cè)試頻段內(nèi)的各個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行頻率掃描，并獲取差分天線(I)反射特性并繪制天線電壓駐波比曲線； 步驟65、將差分天線(I)中的a端口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)的第一端口脫離，然后接匹配負(fù)載(4);將差分天線(I)的b端口接所述矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)的第一端口，再通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)對(duì)測(cè)試頻段內(nèi)的各個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行頻率掃描，獲取差分天線(I)反射特性并繪制另一條差分天線電壓駐波比曲線互換后重新測(cè)量，獲得另一條差分天線電壓駐波比曲線，將兩條電壓駐波比曲線分別與設(shè)定的規(guī)定值比較，得到兩條電壓駐波比曲線中均小于或等于規(guī)定值的帶寬范圍，即為天線的阻抗帶寬。
【文檔編號(hào)】G01R27/06GK104198824SQ201410449847
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】盧偉, 紀(jì)奕才, 方廣有 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所