CN102590640A - 一种毫米波\亚毫米波近场幅度相位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种毫米波\亚毫米波近场幅度相位检测方法，该技术基本原理是由同一源激励的信号经定向耦合器分配于待测天线和参考天线并发出，二者在扫描区域的空间干涉场为扫描探头所接收，并通过测量系统测得其幅度。将空间干涉场的幅度通过虚拟信号处理计算重构出待测天线的近场幅度和相位，如果需要，可以通过近远场变换处理可以获得远场方向图。

Description

一种毫米波\亚毫米波近场幅度相位测量方法

技术领域

本发明涉及毫米波\亚毫米波近场检测的技术领域，其主要应用于室内及室外的毫米波\亚毫米波近场检测，可以检测毫米波\亚毫米波天线的电平幅度和相位分布，也可以通过近场测试得到的幅度相位信息做近远场变换得到毫米波\亚毫米天线的远场方向图。

背景技术

毫米波\亚毫米波波段介于光波和无线电波之间，频率范围为30～300GHz，波长为10～1mm，相对于微波波段波长较短。毫米波天线很容易获得高增益的窄波束，信号不易被干扰和截获；毫米波元器件便于集成，系统具有体积小重量轻的优点，便于作为机载和星载的有效载荷。同时毫米波的大气传播窗口(35、94、140、220GHz)，使其在雷达、遥感、通讯等中的应用更具吸引力。随着毫米波器件工艺的发展，毫米波\亚毫米波系统在高分辨对地遥感、大气探测、射电天文和深空探测等领域有着广阔的应用前景，将会很大程度满足全天候环境遥感、气象预报和军事侦察的需求。

毫米波\亚毫米波天线作为最为重要的分系统之一，其指标影响整机系统的性能。毫米波天线的波瓣宽度、增益和方向特性图等参数的测量和调试是载荷装配的必需环节，尤其对星载系统的大尺寸、高增益天线而言往往更是不可或缺的。

由于毫米波\亚毫米波天线的应用日益广泛，相应的毫米波\亚毫米波天线的检测技术也有了迅速发展。目前最为常用的毫米波\亚毫米波天线检测技术有紧缩场技术，近场扫描技术等。在毫米波\亚毫米波波段，由于电缆相位抖动较大，无法对近场的相位信息进行高精度检测。有研究者提出的近场无相测量是基于测得的两个扫描面上场的约束关系，建立目标泛函迭代优化恢复相位。该测试方法使得测试时间和数据量翻倍，并依赖于恢复算法。高精度高效率的毫米波\亚毫米波近场检测技术依然是目前毫米波\亚毫米波天线测试领域的一个瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种毫米波\亚毫米波近场幅度相位检测方法，既能提供毫米波\亚毫米波近场的幅度信息又能提供高精度的相位信息。

本发明为了达到上述发明目的采用如下技术方案：

一种毫米波\亚毫米波近场幅度相位检测技术，其特征在于：由同一源(相干性)激励的信号经定向耦合器分配于待测天线和参考天线并发出，二者在扫描区域(平面、柱面或球面)的空间干涉场为扫描探头所接收，并通过测量系统测得其幅度。测得的空间干涉场的幅度通过虚拟信号处理计算重构出待测天线的近场幅度和相位。

其中，所述的激励的信号毫米波\亚毫米波信号源发出。

其中，待测天线和参考天线最大增益方向均指向扫描探头所在平面。

其中，空间干涉场为待测天线和参考天线在近场扫描区域的辐射场相干叠加。

其中，虚拟信号处理由检测的空间干涉场的幅度与虚拟的点源信号混频，混频后信号做傅立叶变换，傅立叶变换后取低频分量再做逆傅立叶变换得到待测天线的近场幅度和相位。

本发明的原理如下：

由同一源(相干性)激励的信号经定向耦合器分配于待测天线和参考天线并发出，二者在扫描区域(平面、柱面或球面)的空间干涉场为扫描探头所接收，并通过测量系统测得其幅度。测量系统的控制和处理功能由计算机实现，信号处理包括由测量的幅度信息计算全息重构待测天线的近场幅度和相位，并经近远场变换获取待测天线的远场方向图。

本发明相对于现有技术的优点在于：

1、该技术的优点在于仅直接测量近场幅度信息。

2、该测试技术能够提供高精度的近场相位信息。

3、该测试技术具有相对于传统近场无相测量方法测试效率有显著提高。

附图说明

图1是本发明的测试系统结构示意图。

图2是本发明空间干涉场示意图。

图3是本发明的虚拟信号处理示意图。

图中，A_u为待测天线，A_r为参考天线，A_s为扫描探头天线。r₀为待测天线和参考天线间距离，r′为待测天线到扫描探头距离，r′随扫描探头位置的不同而改变。F为扫描近场区域可以为平面、柱面或球面。A′_r为虚拟参考点源。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。

如图1所示基本原理是由同一源(相干性)激励的信号经定向耦合器分配于待测天线和参考天线并发出，二者在扫描区域(平面、柱面或球面)的空间干涉场为扫描探头所接收，并通过测量系统测得其幅度。测量系统的控制和处理由计算机实现，最后经由虚拟信号处理计算重构出待测天线的近场幅度和相位。

如图2所示，A_u为待测天线，A_r为参考天线，A_s为扫描探头天线。扫描近场区域的空间干涉场由待测天线和参考天线在近场扫描区域的辐射场相干叠加形成，可以表示为：

其中，E_g为空间干涉场，A(r′)为归一化待测天线电场幅度。φ(r′)为待测天线在任意扫描探头位置处的相位，k为波数。

通过测量系统测得其幅度后的幅度信息|E_hf|²可以表示为，

$=A^2\left(r^{\′}\right)+1/{|r_0-r^{\′}|}^2+2A\left(r^{\′}\right)/|r_0-r^{\′}|\cos [\mathrm{\φ}\left(r^{\′}\right)-k|r_0-r^{\′}\left|\right]$

方括号表示复相乘，星号表示对方括号取复共轭。

由计算机程序完成“数字混频”的全息重构，将虚拟点源在口径面上的场表示为

在扫描探头处的电场与|E_hf|²相乘，可得到“数字混频”后的电场E_h，

上式中等式右侧最后导出的表达式的前两项都含有参考信号的空间调制载波项，参考信号的离轴设计使得空间载频较高，使得全息重构出的物波、直达波和孪生波在空间谱域可分离滤除。待测天线通常是将口面场的幅度设计为锥削分布和相位设计为均匀分布，幅相均为低频慢变信号，低通滤波即可重构获得幅相信息。因此将E_h做傅立叶变换，然后取出低通信息，最后做逆傅立叶变换即可得到待测近场电场的幅度和相位信息。

本发明的一个优选实施例：如图1所示的毫米波\亚毫米波近场幅度相位检测系统。待测天线和参考天线由信号源发出经耦合器分配后的信号激励，形成干涉场，扫描探头在计算机控制下，在近场区做平面，柱面或球面扫描，并通过测量系统测得其幅度。最后经由虚拟信号处理计算重构出待测天线的近场幅度和相位。

本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

Claims (4)

1.一种毫米波\亚毫米波近场幅度相位检测方法，其特征在于：由同一源激励的信号经定向耦合器分配于待测天线和参考天线并发出，二者在扫描区域的空间干涉场为扫描探头所接收，所述扫描区域为平面、柱面或球面，并通过测量系统测得其幅度，测得的空间干涉场的幅度通过虚拟信号处理计算重构出待测天线的近场幅度和相位。

2.如权利要求1所述的一种毫米波\亚毫米波近场幅度相位检测方法，其特征在于：所述的待测天线和参考天线最大增益方向均指向扫描探头所在平面。

3.如权利要求1所述的一种毫米波\亚毫米波近场幅度相位检测方法，其特征在于：所述的空间干涉场为待测天线和参考天线在近场扫描区域的辐射场相干叠加，扫描测量系统仅直接测量其幅度。

4.如权利要求1所述的一种毫米波\亚毫米波近场幅度相位检测方法，其特征在于：所述的虚拟信号处理由检测的空间干涉场的幅度与虚拟的点源信号混频，混频后信号做傅立叶变换，傅立叶变换后取低频分量再做逆傅立叶变换得到待测天线的近场幅度和相位。

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