CN102798778A - 内场天线测量系统信号传递环节建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内场天线测量系统信号传递环节建模方法，技术特征在于：利用数学建模的思想，提出一种微波暗室内多径干扰的建模方法；通过对直达波与多径干扰进行数学建模，分析天线测试过程中信号幅度和相位的传递关系，可以得到多径干扰对天线测试过程中的影响，为抑制和消除多径干扰，提供了分析的理论基础。

Description

内场天线测量系统信号传递环节建模方法

技术领域

本发明属于信号处理领域，具体涉及一种内场天线测试系统信号传递建模和分析的方法。运用于天线参数测量中，可以很好的提高天线参数测量精度。

背景技术

天线是发射和接收电磁波的一个重要无线电设备，在不同的应用场合有着其严格的指标要求，因此精确测量必不可少。文献《天线测量手册》（国防工业出版社）介绍微波暗室可以为天线提供良好的测试平台，通过合理地布置吸波材料，不仅能避免外界电磁干扰的影响，还可以显著的降低室内背景反射电平，减小了环境因素对天线测试的影响，较好地模拟了自由空间测试条件。但当吸波材料的性能不够理想时，来自侧壁、后墙的多径干扰信号会影响测试精度，尤其对一些高增益、低副瓣天线而言，会产生很大的影响。参照图1所示，高的主瓣波束在指向侧壁时形成的强反射会抬高副瓣幅度，这种影响产生的多径干扰会更加的严重。

发明内容

为了克服天线测试中，多径效应对测试精度的影响，本发明利用数学建模的思想，提出一种微波暗室内多径干扰的建模方法；通过对直达波与多径干扰进行数学建模，分析天线测试过程中信号幅度和相位的传递关系，可以得到多径干扰对天线测试过程中的影响，为抑制和消除多径干扰，提供了分析的理论基础。

技术方案

步骤1：参照图2所示，选择被测天线为发射天线，放置在转台上。选择辅助天线为接收天线。发射天线与接收天线均通过电缆与矢量网络分析仪相连。

步骤2：矢量网络分析仪发射的功率为P_t，电缆1的损耗为L₁，发射天线的入射功率为P_in，矢量网络分析仪的接收功率为P_r，辅助天线的接收功率为P_out，回波功率为P_re，电缆2的损耗为L₂。发射天线在最大辐射方向上的增益系数为G_t，归一化功率方向图为

其中(θ,φ)为球坐标方位角，θ为水平面角，φ为俯仰角，发射天线与接收天线相距d，接收天线最大接收方向上的增益为G_r。将测试系统中电缆1、待测天线、自由空间、辅助天线、电缆2视为一个二端口网络，传输系数也即矢量网络分析仪的测试值用S₂₁表示。建立微波暗室内的天线测量系统幅度传递关系模型：

参照图3所示，在天线测量系统中，频域响应S₂₁的相位主要包括电缆中的相移

和

自由空间的相移

待测天线与辅助天线引入的相移和

以及天线与电缆之间的接头形成的相移

和矢量网络分析仪与电缆之间的接头形成的相移

因此频域响应S₂₁的相位可表示为：

令收发天线间的直线距离为d，电缆1长为l₁，电缆2长为l₂，自由空间信号波长为λ，电缆中信号的相波长为λ_g，电缆介电常数ε_r，将测量系统相移

和

用表示。建立微波暗室内的天线测量系统相位传递关系模型：

步骤3：参照图4所示，在微波暗室内测量天线时，频域响应中除直达信号外还包含有多径干扰，令收发天线间的直线距离为d，多径干扰经过的路程为r。根据步骤1）和步骤2），建立微波暗室内的天线测量系统中的直达信号与多径干扰综合模型：

有益效果

通过分析了内场天线测量系统信号幅度与相位的传递关系，最终完成了对直达波与多径干扰的数学建模，为以后抑制和消除多径干扰，提供了理论基础，从而可以得到更为精确的天线测试数据。

附图说明

图1是本发明方法中微波暗室内多径干扰示意图。

图2是本发明方法中天线测量的信号流程图。

图3是本发明方法中天线测量的系统相位传递示意图。

图4是本发明方法中天线测量的直达信号与多径干扰建模示意图。

具体实施方式

现结合实施步骤、附图对本发明作进一步描述：

1）微波暗室内天线测试的信号流程参照图2所示，选择被测天线为发射天线，辅助天线为接收天线，发射天线与接收天线均通过电缆与矢量网络分析仪相连。在测量过程中，首先由矢量网络分析仪发射扫频信号，经过馈线（电缆1）由放置于转台上的被测天线发射出去，经过自由空间的传播，辅助天线接收到的信号经过馈线（电缆2）又回到矢量网络分析仪。

2）令矢量网络分析仪发射的功率为P_t，电缆1的损耗为L₁，发射天线的入射功率为P_in，回波功率为P_re，辅助天线的接收功率为P_out，电缆2的损耗为L₂。将测试系统中电缆1、待测天线、自由空间、辅助天线、电缆2视为一个二端口网络，传输系数也即矢量网络分析仪的测试值用S₂₁表示。由矢量网络分析仪产生的功率为P_t的扫频信号经过电缆1的传输，到达待测天线的信号功率为

现认为天线是无耗的，当天线与馈线理想匹配时，入射功率全部辐射到自由空间，即P_in=P_Σ。发射天线在最大辐射方向上的增益系数为G_t，归一化功率方向图为

其中

为球坐标方位角，θ为水平面角，

为俯仰角，则天线在

上的增益系数为：

发射天线与接收天线相距d，辐射功率P_Σ在接收天线处产生的功率密度

接收天线最大接收方向上的增益为G_r，则其有效接收面积为：

当辅助天线最大接收方向对准发射天线、且接收天线对入射场的极化是匹配的,则接收天线的输出功率为

经过电缆2的传输，到达矢网的功率为

则天线测量系统的信号幅度传递关系可表示为

在天线测量系统中，频域响应S₂₁的相位主要包括电缆中的相移

和

自由空间的相移

待测天线与辅助天线引入的相移

和

以及天线与电缆之间的接头形成的相移

和矢量网络分析仪与电缆之间的接头形成的相移

频域响应S₂₁的相位可表示为：

令收发天线间的直线距离为d，电缆1长为l₁，电缆2长为l₂，自由空间信号波长为λ，电缆中信号的相波长为λ_g，则自由空间相移

电缆中的相移可表示为

相波长λ_g与电缆介电常数ε_r关系为

将测量系统相移

和

用

表示。建立微波暗室内的天线测量系统相位传递关系模型：

3）参照图4，在微波暗室内测量天线时，频域响应中除直达信号外还包含有多径干扰，令收发天线间的直线距离为d，多径干扰经过的路程为r。综合步骤1）和2）可得，直达波信号的幅度为

直达信号的相位为

吸波材料的衰减系数为Г(小于1的复数)，频域响应中多径干扰的幅度为

多径干扰的相位为

其中为反射点衰减系数的相移。因此可以建立微波暗室内的天线测量系统中的直达信号与多径干扰综合模型，其数学表达式为：

通过分析微波暗室内天线测量系统中直达信号与多径干扰信号的幅度与相位的传递关系，最终完成了对直达波与多径干扰的数学建模，为以后抑制和消除多径干扰，提供了理论基础。

Claims (1)

1.一种内场天线测量系统信号传递环节建模方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：选择被测天线为发射天线，放置在转台上，选择辅助天线为接收天线，发射天线与接收天线均通过电缆与矢量网络分析仪相连；

步骤2：矢量网络分析仪发射的功率为P_t，电缆1的损耗为L₁，发射天线的入射功率为P_in，矢量网络分析仪的接收功率为P_r，辅助天线的接收功率为P_out，回波功率为P_re，电缆2的损耗为L₂；发射天线在最大辐射方向上的增益系数为G_t，归一化功率方向图为其中(θ,φ)为球坐标方位角，θ为水平面角，φ为俯仰角，发射天线与接收天线相距d，接收天线最大接收方向上的增益为G_r；将测试系统中电缆1、待测天线、自由空间、辅助天线、电缆2视为一个二端口网络，传输系数也即矢量网络分析仪的测试值用S₂₁表示；建立微波暗室内的天线测量系统幅度传递关系模型：

在天线测量系统中，频域响应S₂₁的相位主要包括电缆中的相移

和

自由空间的相移

待测天线与辅助天线引入的相移

和

以及天线与电缆之间的接头形成的相移

和矢量网络分析仪与电缆之间的接头形成的相移

因此频域响应S₂₁的相位可表示为：

令收发天线间的直线距离为d，电缆1长为l₁，电缆2长为l₂，自由空间信号波长为λ，电缆中信号的相波长为λ_g，电缆介电常数ε_r，将测量系统相移

和

用

表示，建立微波暗室内的天线测量系统相位传递关系模型：

步骤3：在微波暗室内测量天线时，频域响应中除直达信号外还包含有多径干扰，令收发天线间的直线距离为d，多径干扰经过的路程为r。根据步骤1）和步骤2），建立微波暗室内的天线测量系统中的直达信号与多径干扰综合模型：

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