本發(fā)明涉及天線(xiàn)和電磁特性近場(chǎng)測(cè)試技術(shù)，特別是涉及一種基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器、方法及測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、平面波測(cè)量方法是微波測(cè)量領(lǐng)域中最常見(jiàn)的測(cè)試方法，平面波測(cè)試系統(tǒng)是微波測(cè)量領(lǐng)域最常見(jiàn)的測(cè)試系統(tǒng)之一，在軍事領(lǐng)域和民用電子信息領(lǐng)域均發(fā)揮著不可替代的作用。

2、在軍事領(lǐng)域，無(wú)論是飛機(jī)、衛(wèi)星、艦船，還是導(dǎo)彈、坦克等大型武器裝備的電磁特性測(cè)試、調(diào)整等，都嚴(yán)重依賴(lài)于平面波測(cè)試。平面波測(cè)試技術(shù)水平不僅制約著軍隊(duì)裝備的性能與質(zhì)量，也關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的國(guó)防安全。在民用電子信息領(lǐng)域，無(wú)論是5g標(biāo)準(zhǔn)中的三大典型應(yīng)用場(chǎng)景(增強(qiáng)移動(dòng)帶寬、海量機(jī)器類(lèi)型通信和超高可靠低延遲通信)通信性能測(cè)試，車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的整車(chē)電磁性能和車(chē)載通信系統(tǒng)(t-box)測(cè)試、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的無(wú)線(xiàn)性能空口測(cè)試(ota)、天線(xiàn)輻射方向圖和數(shù)據(jù)吞吐量測(cè)試等，都嚴(yán)重依賴(lài)于平面波測(cè)試，測(cè)試需求量越來(lái)越大。因此，無(wú)論是軍用還是民用領(lǐng)域，平面波測(cè)試都是不可替代的關(guān)鍵技術(shù)，高性能平面波電磁特性測(cè)量技術(shù)事關(guān)國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

3、傳統(tǒng)的幅相調(diào)控的近場(chǎng)平面波測(cè)量方法在每一個(gè)天線(xiàn)的通道中均連接一個(gè)幅相調(diào)控電路，具有較大的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊實(shí)現(xiàn)幅相誤差校準(zhǔn)的能夠近距離生成高質(zhì)量、大尺寸靜區(qū)、低成本的超寬帶平面波的超寬帶平面波合成器。

2、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種所述超寬帶平面波合成器的平面波合成方法。

3、本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種包括所述超寬帶平面波合成器的平面波電磁特性測(cè)試系統(tǒng)。

4、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，包括：n個(gè)超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊、n個(gè)幅度衰減器、n個(gè)超寬帶移相器、超寬帶多級(jí)功分器、功率放大器和信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)發(fā)生器生成的信號(hào)經(jīng)功率放大器放大，放大后的信號(hào)由超寬帶多級(jí)功分器等幅同相功率分配成n路，n路等幅同相信號(hào)分別輸入n個(gè)超寬帶移相器進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，相位調(diào)節(jié)后的n路信號(hào)分別輸入n個(gè)幅度衰減器進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)，幅度調(diào)節(jié)后的n路信號(hào)分別輸入n個(gè)超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊，n個(gè)超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊共同合成大尺寸合成平面波。

5、可選的，所述平面波合成器還包括邊緣補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，邊緣補(bǔ)償結(jié)構(gòu)設(shè)置于超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊兩側(cè)。

6、可選的，n個(gè)超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊和n個(gè)幅度衰減器之間，n個(gè)幅度衰減器和n個(gè)超寬帶移相器之間，n個(gè)超寬帶移相器和超寬帶多級(jí)功分器之間，超寬帶多級(jí)功分器和功率放大器之間，以及功率放大器和信號(hào)發(fā)生器之間均通過(guò)穩(wěn)幅穩(wěn)相連接器或電纜連接。

7、可選的，超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊包括m個(gè)陣列排布的天線(xiàn)線(xiàn)陣模塊，天線(xiàn)線(xiàn)陣模塊包括b個(gè)線(xiàn)性陣列排布的天線(xiàn)線(xiàn)陣及用于固定b個(gè)天線(xiàn)線(xiàn)陣的模塊化支架，每個(gè)天線(xiàn)線(xiàn)陣包括a個(gè)緊密排列的天線(xiàn)單元和多級(jí)超寬帶功分器，幅度衰減器輸出的衰減后的n路信號(hào)由多級(jí)超寬帶功分器等幅同相功率分配成a路，a路等幅同相信號(hào)分別輸入a個(gè)緊密排列的天線(xiàn)單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)天線(xiàn)單元的等幅同相饋電。

8、可選的，多級(jí)超寬帶功分器與a個(gè)緊密排列的天線(xiàn)單元直接連接或通過(guò)穩(wěn)相電纜連接。

9、可選的，天線(xiàn)單元的形式為平面vivaldi、偶極子、單級(jí)子、角錐喇叭或加脊喇叭；天線(xiàn)單元的極化方式為線(xiàn)極化、正交雙極化、左右圓極化或±45°雙斜極化。

10、可選的，多級(jí)超寬帶功分器為1分2，1分3，1分4，1分8或它們之間的組合或級(jí)聯(lián)。

11、可選的，超寬帶多級(jí)功分器與超寬帶移相器之間還設(shè)置有功率放大器。

12、采用上述平面波合成器的一種平面波合成方法，包括以下步驟：

13、信號(hào)發(fā)生器生成的信號(hào)輸入功率放大器進(jìn)行功率放大，放大后的信號(hào)由超寬帶多級(jí)功分器等幅同相功率分配成n路，n路等幅同相信號(hào)分別輸入n個(gè)超寬帶移相器進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，相位調(diào)節(jié)后的n路信號(hào)分別輸入n個(gè)幅度衰減器進(jìn)行幅度衰減，衰減后的n路信號(hào)分別輸入n個(gè)超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊，n個(gè)超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊共同合成大尺寸合成平面波。

14、包括上述平面波合成器的一種平面波電磁特性測(cè)試系統(tǒng)，還包括電磁屏蔽體、吸波材料和控制室，吸波材料設(shè)置于電磁屏蔽體內(nèi)壁，平面波合成器設(shè)置于電磁屏蔽體內(nèi)，并與控制室電連接。

15、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著技術(shù)效果為：(1)通過(guò)基于模塊化的幅度衰減器和超寬帶移相器用于校準(zhǔn)陣列模塊的制作工藝和測(cè)試環(huán)境等因素引起的幅相誤差，以確保超寬帶均勻平面波的靜區(qū)質(zhì)量；(2)基于模塊化天線(xiàn)陣列在每一個(gè)模塊化天線(xiàn)陣列中連接一個(gè)幅相調(diào)控電路(即幅度衰減器和超寬帶移相器組成的電路)，大幅減少了幅相調(diào)控電路，可以減少幅相調(diào)節(jié)成本，降低系統(tǒng)成本和調(diào)試工作量，維護(hù)成本低；(3)能夠近距離生成高質(zhì)量、大尺寸靜區(qū)的超寬帶平面波；(4)具有占地面積小、靜區(qū)尺寸大、靜區(qū)紋波小、成本低、測(cè)試精度高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，包括：n個(gè)超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊(1)、n個(gè)幅度衰減器(2)、n個(gè)超寬帶移相器(3)、超寬帶多級(jí)功分器(5)、功率放大器(6)和信號(hào)發(fā)生器(7)，信號(hào)發(fā)生器(7)生成的信號(hào)經(jīng)功率放大器(6)放大，放大后的信號(hào)由超寬帶多級(jí)功分器(5)等幅同相功率分配成n路，n路等幅同相信號(hào)分別輸入n個(gè)超寬帶移相器(3)進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，相位調(diào)節(jié)后的n路信號(hào)分別輸入n個(gè)幅度衰減器(2)進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)，幅度調(diào)節(jié)后的n路信號(hào)分別輸入n個(gè)超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊(1)，n個(gè)超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊(1)共同合成大尺寸合成平面波(9)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，所述平面波合成器還包括邊緣補(bǔ)償結(jié)構(gòu)(8)，邊緣補(bǔ)償結(jié)構(gòu)(8)設(shè)置于超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊(1)兩側(cè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，n個(gè)超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊(1)和n個(gè)幅度衰減器(2)之間，n個(gè)幅度衰減器(2)和n個(gè)超寬帶移相器(3)之間，n個(gè)超寬帶移相器(3)和超寬帶多級(jí)功分器(5)之間，超寬帶多級(jí)功分器(5)和功率放大器(6)之間，以及功率放大器(6)和信號(hào)發(fā)生器(7)之間均通過(guò)穩(wěn)幅穩(wěn)相連接器或電纜(4)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊(1)包括m個(gè)陣列排布的天線(xiàn)線(xiàn)陣模塊(100)，天線(xiàn)線(xiàn)陣模塊(100)包括b個(gè)線(xiàn)性陣列排布的天線(xiàn)線(xiàn)陣(101)及用于固定b個(gè)天線(xiàn)線(xiàn)陣的模塊化支架(102)，每個(gè)天線(xiàn)線(xiàn)陣(101)包括a個(gè)緊密排列的天線(xiàn)單元(1001)和多級(jí)超寬帶功分器(1002)，幅度衰減器(2)輸出的衰減后的n路信號(hào)由多級(jí)超寬帶功分器(1002)等幅同相功率分配成a路，a路等幅同相信號(hào)分別輸入a個(gè)緊密排列的天線(xiàn)單元(1001)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)天線(xiàn)單元的等幅同相饋電。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，多級(jí)超寬帶功分器(1002)與a個(gè)緊密排列的天線(xiàn)單元(1001)直接連接或通過(guò)穩(wěn)相電纜連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，天線(xiàn)單元(1001)的形式為平面vivaldi、偶極子、單級(jí)子、角錐喇叭或加脊喇叭；天線(xiàn)單元的極化方式為線(xiàn)極化、正交雙極化、左右圓極化或±45°雙斜極化。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，多級(jí)超寬帶功分器(1002)為1分2，1分3，1分4，1分8或它們之間的組合或級(jí)聯(lián)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，超寬帶多級(jí)功分器(5)與超寬帶移相器(3)之間還設(shè)置有功率放大器。

9.一種平面波合成方法，其特征在于，所述方法基于權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的平面波合成器，包括以下步驟：

10.一種平面波電磁特性測(cè)試系統(tǒng)，包括電磁屏蔽體(10)、吸波材料(11)和控制室(12)，吸波材料(11)設(shè)置于電磁屏蔽體(10)內(nèi)壁，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的平面波合成器，平面波合成器設(shè)置于電磁屏蔽體(10)內(nèi)，并與控制室(12)電連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器、方法及測(cè)試系統(tǒng)，合成器包括：N個(gè)超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊、N個(gè)幅度衰減器、N個(gè)超寬帶移相器、超寬帶多級(jí)功分器、功率放大器和信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)發(fā)生器生成的信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后，由超寬帶多級(jí)功分器等幅同相功率分配成N路，N路等幅同相信號(hào)分別輸入N個(gè)超寬帶移相器進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，相位調(diào)節(jié)后的N路信號(hào)分別輸入N個(gè)幅度衰減器進(jìn)行幅度衰減，衰減后的N路信號(hào)分別輸入N個(gè)超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊，N個(gè)超寬帶緊耦合天線(xiàn)陣列模塊共同合成大尺寸合成平面波。本發(fā)明基于幅度衰減器和超寬帶移相器校準(zhǔn)制作工藝和環(huán)境等因素引起的幅相誤差，以確保超寬帶均勻平面波的質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：劉少斌,周永剛,王駿寅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6