[发明专利]一种阵列天线方向图的频域测量方法

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及阵列天线方向图测量技术，特别涉及阵列天线方向图的频域测量方法。

背景技术

随着现代通信技术的不断进步，天线技术也得到了较快的发展。其中，阵列天线以其馈电激励源多样性、扫描形式灵活性、利于共形设计和智能化管理等特点，得到了越来越广泛的应用。

目前对于阵列天线方向图的测量，大致可分为近场测试、远场测试和紧缩场测试三种。

(1)远场测试。由位于远场的发射天线发射电磁波，发射电磁波近似为平面波形式照射到待测阵列天线，从而在待测阵列天线端口处检测出阵列天线的接收方向图。但是该方法要求发射天线和接收天线之间的距离大于r＝2D²/λ(其中r是测试场收发天线之间的距离，D是待测阵列天线的最大口径，而λ是测试频率的波长)，对测试场和测试成本要求很高；其次，每次测量只能获取一种激励形式下的阵列方向图，而对于多激励形式的阵列天线，其阵列方向图测试较为艰难。如文献“Far Field Pattern Analysis and Measurement of A Digital Beam Forming 8x8 Antenna Array Transmitting from 29.5 to 30GHz(S.Holzwarth，O.Litschke，W.Simon，K.Kuhlmann，A.F.Jacob，Proc.2nd European Conference on Antennas and Propagation-EuCAP 2007，Edinburgh，Nov.2007，Paper Tu1.3.1)”中提到了对阵列天线方向图的测量方法。对于不同的激励形式需要分别测量，降低了测试的效率，但是需要对阵列的馈电网络进行设计和控制，提高了测试的复杂度。

(2)紧缩场测试。该方法利用反射面在一个相对较小的空间的产生远场测试所需要的平面波，减小了远场测试所需要的空间，但由于该方法每次测量依然只能获取一种激励形式下的阵列方向图，无法降低多种激励的阵列方向图测试难度。如文献“A New Compact Range Facility for Antenna and Radar Target Measurements(M.W.Shields and A.J.Fenn，Lincoln Laboratory Journal，Vol.16，No.2，2007)”介绍了汉斯科姆空军基地林肯实验室的一套紧缩场测试设备，主要包括吸波暗室、反射器、天线发射源和移动用机械装置。该套紧缩场测试设备能够在400MHz到100GHz频段内实现阵列天线方向图的测量。但紧缩场测试设备只能测试天线的接收方向图，对于特定激励分布下的天线阵列并不适用。

(3)近场测试。包含两种方式：一种是指在待测阵列天线被激励的情况下，利用近场探针获取待测阵列天线的近场辐射方向图，再通过惠更斯原理计算其远场发射方向图。该测量方式的优点在于所需的测量场地较小，但也存在多种激励的阵列方向图测试难的问题；另一种是，每次对一个单元激励，剩余单元终端匹配的情况下，在近场测试阵列该单元的发射方向图。通过多次测量，分别获得每个单元的方向图，再应用叠加原理得到指定激励分布下得阵列方向图。很明显，该方式有利于多种激励分布下的阵列方向图测量，有效地解决了扫描、相控阵在测试难题。但该方式存在操作上的难题，每个单元发射方向图的测试过程都需要手动变换激励端口和匹配端口，一次操作只能实现一个单元的方向图测试，给单元数目较大的阵列测试过程带来不便。

文献“Time Reversal Based Broadband Synthesis Method for Arbitrarily Structured Beam-Steering Arrays(Deshuang Zhao，Yuanwei Jin，Bingzhong Wang，Rui Zang，IEEE Transactions on Antenna Propagation，2011)”介绍了一种平面波频域响应单元方向图的相关概念及其应用价值。该种单元方向图充分考虑了阵列环境和电磁散射等因素的影响，能准确地反映工作状态下各单元的电磁辐射特性。而且，在测量过程中可以同时得到各单元间的相位差，有利于整个阵列方向图的合成。但该文献并没有给出平面波频率响应单元方向图的具体测量方法和测试系统方案。

发明内容