自帶相參通道的天線近場測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及天線近場測量領(lǐng)域，具體涉及變頻天線和數(shù)字化接收天線的近場測量 方法。 技術(shù)背景
[0002] 在傳統(tǒng)的天線研制中，人們習(xí)慣采用遠場測量的方法來測量天線的輻射特性。遠 場測量雖然可以直接測量出天線的基本性能，但也存在多方面的不足，很容易受到多種外 部因素的影響，難以真實的反映天線的實際性能。近場測量技術(shù)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成遠場。由于近場測量只需測量 天線口面上的場，可避免遠場測量的諸多缺點，而成為獨立的一門測量技術(shù)。與遠場測量不 同的是，其通過采集天線近場區(qū)域輻射場的數(shù)據(jù)，經(jīng)近場一遠場變換，由計算機得到天線 的遠場特性?，F(xiàn)有技術(shù)采用的近場掃描法是用一個特性已知的探頭，在離開待測天線幾個 波長的某一表面進行掃描，測量天線在該表面離散點上的幅度和相位分布，然后應(yīng)用嚴格 的模式展開理論，確定天線的遠場特性。測量面可以是平面、柱面或球面，相應(yīng)的近場掃描 法稱為平面、柱面或球面近場測量。任何近場測量方法都需在指定的曲面上規(guī)則地采集幅 度和相位數(shù)據(jù)。給定曲面幾何形狀，數(shù)據(jù)和參考天線（探頭）的特性，通過測量天線的近場 特性，經(jīng)近場-遠場變換，由計算機處理、確定待測天線的遠場特性。最常用的掃描技術(shù)包 括：平面近場（PNF)，柱面近場（CNF)和球面近場（SNF)。每一種都需將平動與轉(zhuǎn)動組合實 現(xiàn)在理想曲面上的掃描。近場掃描法測量系統(tǒng)主要由射頻子系統(tǒng)，掃描子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集處 理系統(tǒng)等組成。最簡單的射頻子系統(tǒng)包含能夠向AUT提供射頻功率的某種類型的信號源以 及能夠檢測探頭接收信號的接收機。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，幅度和相位數(shù)據(jù)在測量表面的已 知位置采集，通過掃描探對特定位置處場值的記錄，計算機存儲生成所測得的數(shù)據(jù)，再由計 算機通過傅里葉變換實現(xiàn)近場遠場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，從而得到天線的遠場特性，再可由計算機軟 件繪出相應(yīng)遠場的幅值和相位隨位置的變化的波形圖。平面近場（PNF)，圓柱面近場（CNF) 和球面近場（SNF)每一種都需要將平移與轉(zhuǎn)動相結(jié)合完成理想面上的掃描。對平面近場測 量而言，其主要誤差源有18項，這些誤差源大致分為四類，即探頭誤差、測試儀表誤差、環(huán) 境誤差以及計算誤差。這些誤差源所產(chǎn)生的誤差對大多數(shù)常規(guī)天線測量的影響幾乎可以忽 略不記，但對超低副瓣天線等一系列高性能天線的測量，這些誤差源所產(chǎn)生的誤差幾乎每 項都必須予以補償或修正。這些補償與修正也不斷促進著近場掃描法的推廣及應(yīng)用。由于 近場掃描法中近場一遠場變換理論中，需要近場的幅度和相位信息，而場的相位信息是難 以測量，最近國內(nèi)外提出近場無相測量技術(shù)，通過只測量近場掃描面的幅度分布，可直接獲 取場的相位信息，進而完成天線的遠場特性的測量。隨著技術(shù)發(fā)展，天線的集成度越來越 高，很多天線直接將信道集成一起，成為不可以拆離的整體。同時天線數(shù)字化趨勢也越來越 明顯，很多天線直接采用數(shù)字接口。如果天線采用近場測量方法，由于近場測量需要有參考 通道，以提供相位參考。但對于上述兩種情況，如果采用傳統(tǒng)測量方法，那么被測天線上必 須預(yù)留參考通道，以提供相位參考。這樣對設(shè)備的設(shè)計生產(chǎn)提出了額外要求，特別對于某些 結(jié)構(gòu)重量要求嚴格的應(yīng)用，限制增加參考通道，這使得傳統(tǒng)的近場測量方法不再適用，需要 有相應(yīng)的測試手段以實現(xiàn)上述天線的測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種不需要額外相位參 考通道就可實現(xiàn)對近場數(shù)據(jù)幅度、相位的測試的自帶相參通道的天線近場測量方法，以解 決傳統(tǒng)近場測量中需要獨立參考通道的問題。
[0004] 本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達到，一種自帶相參通道的天線近場測量 方法，其特征在于包括如下步驟：在天線近場測量系統(tǒng)中，將被測天線AUT作為接收天線， 測量探頭和參考探頭作為發(fā)射天線，近場掃描架安裝在位于被測量天線口面近場輻射區(qū)； 提供測量信號的單刀雙擲開關(guān)一端連接信號源，另外兩端分別連接參考探頭和測量探頭， 幅相接收機通過接口連接計算機PC相連，幅相接收機把AUT收到的信號耦合回來進行幅度 相位測量，把測量數(shù)據(jù)傳輸給PC，PC完成數(shù)據(jù)處理和測量最終結(jié)果輸出；掃描控制器分別 與單刀雙擲開關(guān)、幅相接收機和近場掃描架相連，控制控制掃描控制器、單刀雙擲開關(guān)和幅 相接收機三者的同步；在天線近場測量中，掃描控制器通過控制單刀雙擲開關(guān)分時發(fā)送相 位參考信號和測試信號，幅相接收機對收到的信號，以固定時間長度提取測量探頭發(fā)射的 經(jīng)過AUT接收后收到的信號，并計算收到信號的幅度相位，再以固定的時間間隔和固定的 時間長度提取參考探頭發(fā)射的經(jīng)過AUT接收后收到的信號；然后將測試信號的幅度和相位 除以相位參考信號的幅度相位，即可得到測量探頭與AUT在特定采樣位置下相對參考探頭 的幅度相位信息，計算機根據(jù)各個采樣點測量到的幅度相位數(shù)據(jù)，采用近場測量理論的近 遠場變換和近近場變換，獲得天線的遠場和近場輻射特性。
[0005] 本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0006] 由于在天線的近場測量中，通過將相位參考信號和測試信號分時發(fā)送，使得測試 信號自帶相位參考信號，從而實現(xiàn)接收機不需要額外的相位參考通道就可以實現(xiàn)對近場數(shù) 據(jù)幅度、相位的測試，完成天線近場測試功能。
[0007] 本發(fā)明幅相接收機把AUT收到的信號耦合回來進行幅度相位的測量；幅相接收機 通過接口與PC相連，把測量數(shù)據(jù)傳輸給PC，PC完成數(shù)據(jù)處理和測量最終結(jié)果輸出；掃描控 制器分別與單刀雙擲開關(guān)、幅相接收機和掃描架相連，控制三者的同步，不僅保持了近場測 量的各種優(yōu)點，同時，在天線的近場測量中，通過將相位參考信號和測試信號的分時發(fā)送， 使得測試信號自帶相位參考信號，從而實現(xiàn)接收機不需要額外的相位參考通道就可以實現(xiàn) 對近場數(shù)據(jù)幅度、相位的測試，完成天線近場測試功能，從而解決了傳統(tǒng)近場測量中需要 獨立參考通道的問題，正因為無需額外參考通道，使得測試設(shè)備和被測設(shè)備可以完全獨立 設(shè)計，因此本發(fā)明可以應(yīng)用于常規(guī)天線、含有變頻通道的天線和數(shù)字化天線的近場測量領(lǐng) 域，且特別適用于設(shè)備的現(xiàn)場檢測應(yīng)用。
[0008] 本發(fā)明可以應(yīng)用于常規(guī)天線、含有變頻通道的天線和數(shù)字化天線的近場測量領(lǐng) 域。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明自帶相參通道的天線近場測量系統(tǒng)的工作原理示意圖。
[0010] 圖2是圖1測量探頭水平連續(xù)垂直步進掃描示意圖。
[0011]圖3是發(fā)射天線的發(fā)射信號和幅相接收機接收信號的時序構(gòu)成圖。
【具體實施方式】
[0012] 參閱圖1。在以下描述的實施例中，自帶相參通道的天線近場測量系統(tǒng)包括一個電 連接單刀雙擲開關(guān)的信號源，一個被測天線AUT，一個幅相接收機，一個近場掃描架，一個裝 在掃描架上的測量探頭，一個裝在被測天線附近參考探頭，參考探頭為位置固定，不隨掃描 架移動的探頭，一個掃描控制器和一臺計算機。如被測天線為數(shù)字天線，也可以使用天線內(nèi) 部的接收機。在天線近場測量系統(tǒng)中，將被測天線AUT作為接收天線，測量探頭和參考探 頭作為發(fā)射天線。近場掃描架安裝在位于被測量天線口面的近場輻射區(qū)。提供測量信號的 單刀雙擲開關(guān)一端連接信號源，另外兩端分別連接參考探頭和測量探頭。幅相接收機通過 接口連接計算機，幅相接收機把AUT收到的信號耦合回來進行幅度相位測量，把測量數(shù)據(jù) 傳輸給PC，PC完成數(shù)據(jù)處理和測量最終結(jié)果輸出。掃描控制器分別與單刀雙擲開關(guān)、幅相 接收機和近場掃描架相連，控制掃描控制器、單刀雙擲開關(guān)和幅相接收機三者的信號同步； 在天線近場測量中，掃描控制器通過控制單刀雙擲開關(guān)使得參考探頭產(chǎn)生的相位參考信號 和測量探頭產(chǎn)生的測試信號被分時發(fā)送，幅相接收機對從被測天線AUT收到的接收信號， 以固定時間長度提取測量探頭發(fā)射的經(jīng)過AUT接收后收到的信號，并計算出測試信號的幅 度相位