[发明专利]使用时频分析测量的单道天线远场天线因子估计方法

摘要

本发明提出一种使用时频分析测量的单通道天线远场天线参数估计方法，该方法应用于对数周期偶极数组天线，天线之间的间距为10米，该方法应用时间频率分析方法从而有效抑制一些该单一天线方法中出现的非期望反射，并且利用由时间频率方法所估计的天线距离估计远场天线因子，另外，使用天线辐射中心距离修正共识来估计对数周其偶极数组天线的远场天线因子，与其他方法所估计的远场天线因子相比，所估计的天线因子具有更好的远场增益相容性，天线距离为5米的地方，在频率范围从300兆赫兹到1000兆赫兹的范围内频率差异低于0.3dB。

主权项

1.使用时频分析测量的单通道天线远场天线因子估计方法，该方法用于标定对数周期偶极数组天线，其特征在于包括如下步骤：(1)在消声室内的地面上设置所有的测量对象，将对数周期偶极数组天线作为被测对象，天线垂直于地面并位于地面之上的间距为1米到5米之间的范围；(2)通过矢量网络分析仪测量频域的反射系数S₁₁(ω)，并且将其转换为相应的时域反射系数S₁₁(t)；(3)通过公式(1)计算S₁₁(t)，其中公式使用傅立叶逆变换F^‑1(ω)以及汉宁频域窗W(ω)，其中公式(1)为：S₁₁(t)＝F^‑1(W(ω)s₁₁(ω))(1)其中S₁₁(t)包括S_11intrinsic(t)，S_{11ground_ref}(t)以及其他非期望的反射波形，其中S_11intrinsic(t)为天线内部结构的固有反射，S_{11ground_ref}(t)为垂直地面入射的反射波，其他非期望反射波形具有非期望的环境反射波；(4)拾取垂直地面入射的反射波S_{11ground_ref}(t)从而估计自由空间天线因子，采用将S₁₁(t)平均的方式估计S_11intrinsic(t)；S_11intrinsic(t)的相位不会变化，即使距离地面的位置高度变化了，而相反的是，随着相对地面的双向传播，S_{11ground_ref}(t)的相位会发生变化，随着对天线进行垂直扫描从而将S₁₁(t)平均，保留不变的部分为S_11intrinsic(t)，并将其从S₁₁(t)提取出；即在时间轴上以固定的延迟时间出现不变的S_11intrinsic(t)；(5)通过公式(2)将S_11intrinsic(t)从时域的S₁₁(t)中减去可以得到垂直地面入射的反射波S_{11ground_ref}(t)，公式(2)如下：S_{11ground_ref}(t)＝S₁₁(t)‑S_11intrinsic(t)(2)；(6)使用短时傅立叶变换以及汉宁时间窗的方法计算S_{11ground_ref}(t)的时间‑频率响应，从而确定每个频率的天线距离D(ω)＝f(z)，其中，汉宁窗时域宽度为20ns，傅立叶变换的次数为8196；(7)使用公式(3)由估计的天线距离估计天线因子：af²(ω,z)＝η₀·[Z₀·λ₀·D(ω)·S_{11ground_ref}(ω,z)]^‑1(3)其中，η₀＝120πΩ为自由空间特征阻抗，Z₀＝50Ω为同轴线缆的特征阻抗，并且λ₀为相应的自由空间波长，D(ω)为待测对象幅射点到地面的双向距离，在对数周期偶极数组天线为测量对象的情况下，该双向距离的公式如公式(4)所示：D(ω)＝z+2×d_1‑f‑λ(4)其中，z为从待测对象的顶部到地面的双向距离，d_1‑f为天线顶部到对数周期偶极数组天线辐射点的距离；(8)将天线的幅值中心位置应用于公式(4)获得远场天线因子估计值的公式(5)：其中，af_far(ω)为远场天线因子。