CN106990300B - 一种同步实现天线方向图与散射像测试的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步实现天线方向图与散射像测试的装置及方法。所述装置包括矢量网络分析仪、机械扫描架、发射用近场探头、被测天线、被测天线支架以及接收用近场探头；矢量网络分析仪具有一个发射端口、一个接收端口A和一个接收端口B；矢量网络分析仪的发射端口通过一条测试电缆与发射用近场探头连接；矢量网络分析仪的接收端口A通过一条测试电缆与接收用近场探头连接；矢量网络分析仪的接收端口B通过一条测试电缆与被测天线连接。采用上述装置，本发明通过一次平面近场扫描同步完成被测天线方向图与散射成像测试，利用一次连接、一次测试同时自动完成两项参数指标测试，大大提高测试效率。

Description

一种同步实现天线方向图与散射像测试的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种同步实现天线方向图与散射像测试的装置及方法。

背景技术

天线作为现代武器装备的重要部件，其散射特性直接影响整机隐身性能。对于隐身装备用天线，RCS是其一个重要指标，天线散射像即散射中心分布是衡量天线RCS与验证天线隐身设计的重要技术手段，在隐身天线研发、生产阶段，必然离不开方向图与散射成像测试。常用方向图、散射成像测试方法有远场、近场、紧缩场等，其中因具有测试距离近、场地要求低、保密性好、测试精度高等优点，平面近场测试技术已经成为主要测试手段。

现有天线方向图平面近场测试装置如图1所示，基本原理为：矢量网络分析仪发射端口输出激励信号经电缆、近场探头向被测天线辐射，被测天线接收该信号后经电缆送入矢量网络分析仪接收机，矢量网络分析仪内处理得到该信号的幅度与相位数据。整个测试过程要求近场探头在机械扫描架带动下以一定距离间隔(推荐为半波长)完成设定平面的扫描，系统自动完成该平面内每一位置点下幅度、相位数据的采集存储，被测天线与近场探头扫描面间距为3-5倍波长(对应测试频率)，最后利用数学变换(FFT)计算出被测天线远场方向图。

现有散射成像平面近场测试装置如图2所示，基本原理为：矢量网络分析仪发射端口输出激励信号经电缆、近场探头向被测天线辐射，被测天线后向散射回波被另一近场探头(与发射用近场探头并排靠近放置)接收后经电缆送入矢量网络分析仪接收机，矢量网络分析仪内部处理得到该信号的幅度与相位数据。整个测试过程要求收发近场探头在机械扫描架带动下以一定距离间隔(推荐为半波长)完成设定平面的扫描，系统自动完成该平面内每一位置点下幅度、相位数据的采集存储，且被测天线与近场探头扫描面间距为3-5倍波长(对应测试频率)。最后利用数学变换(FFT)计算出被测天线的散射像。

对于隐身天线来讲，现有的将天线方向图和散射像作为两个独立测试项目分时进行的方法，首先存在测试效率低的问题，其次，由于测试参数不同，需要不同的系统连接与组合方式，造成多次设备连接操作，耗费时间且容易对测试电缆与被测天线(尤其是高频段测试时)造成损坏，降低系统使用寿命，另外，电缆的多次连接也会引入人为操作误差，对测试结果的准确性、可信度造成影响。综上分析，现有测试方法与技术的测试效率低，测试误差大，且存在设备损害风险。

发明内容

本发明的目的在于提出一种利用平面近场扫描同步实现天线方向图与散射像测试的装置，以提高天线方向图与散射成像测试的效率，还可有效提高测试结果的可靠性和准确性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种同步实现天线方向图与散射像测试的装置，包括矢量网络分析仪、机械扫描架、发射用近场探头、被测天线、被测天线支架以及接收用近场探头；其中：

矢量网络分析仪具有一个发射端口、一个接收端口A和一个接收端口B；

矢量网络分析仪的发射端口通过一条测试电缆与发射用近场探头连接；

矢量网络分析仪的接收端口A通过一条测试电缆与接收用近场探头连接；

矢量网络分析仪的接收端口B通过一条测试电缆与被测天线连接；

发射用近场探头和接收用近场探头位于机械扫描架上；被测天线位于被测天线支架上。

优选地，机械扫描架、发射用近场探头和接收用近场探头采用吸波材料进行遮挡和隔离。

优选地，被测天线支架是由聚苯乙烯材料制成的，且设计为具有一定倾角的圆锥外形。

优选地，所述测试电缆采用微波电缆。

优选地，发射用近场探头与接收用近场探头纵向或横向并排放置，两近场探头间加装吸波材料。

优选地，所述机械扫描架包括机械扫描架本体和基座。

此外，本发明还提出了一种同步实现天线方向图与散射像测试的方法，该方法采用上述装置，且通过一次平面近场扫描，即可同步完成被测天线方向图与散射成像测试，利用一次连接、一次测试同时自动完成两项参数指标测试，大大提高测试效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种同步实现天线方向图与散射像测试的方法，包括如下步骤：

启动测试程序，设置矢量网络分析仪频率、输出功率、中频带宽以及触发方式，完成机械扫描架扫描范围、扫描中心、运动步进间隔设置；控制机械扫描架带动发射用近场探头和接收用近场探头移动到设定扫描面的起始位置点，矢量网络分析仪内部信号源输出信号经信号分离装置分离后，一部分进入内部参考信号接收机，另一部分经发射端口输出，输出信号经测试电缆到达发射用近场探头并向被测天线辐射，被测天线接收的信号经测试电缆进入矢量网络分析仪接收端口B，该信号与矢量网络分析仪内部参考信号运算处理，得到辐射信号的幅度和相位数据；被测天线散射的后向信号，经接收用近场探头与测试电缆后进入矢量网络分析仪接收端口A，该信号与矢量网络分析仪内部参考信号运算处理，得到散射信号的幅度和相位数据；控制机械扫描架带动发射用近场探头和接收用近场探头移动到下一扫描位置；重复以上测试过程，完成设定平面内每个位置点的辐射与散射信号的幅度和相位数据的采集存储；对测试数据分别进行FFT变换处理，利用天线近远场变换算法与近场散射成像算法，计算得出被测天线方向图与散射像，利用散射像外推远场RCS算法得到被测天线RCS参数。

与传统测试技术相比，本发明具有如下优点：

1.测试效率高：仅需一次平面近场扫描，便可同步完成被测天线方向图与散射像两项测试内容，且无需传统方法分时测试时的系统连线与调整过程，测试效率大大提高。

2.测试获取信息量大：利用一次测试可以获取天线方向图参数、散射点分布、远场RCS。

3.测试设备改造代价低：只需要在传统平面近场天线测试场的基础上增加微波电缆、近场探头、吸波材料、低散射支架等设备，不需要分别准备天线测试场地和RCS测试场地。

4.提高测试可靠性与准确性：该技术一次连线便可完成两种指标测试，可有效减少传统测试方法多次连线带来的人为操作误差，提高测试可靠性与准确性。

附图说明

图1为现有天线方向图平面近场测试装置的示意图；

图2为现有散射成像平面近场测试装置的示意图；

图3为本发明中一种同步实现天线方向图与散射像测试的装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

结合图3所示，一种同步实现天线方向图与散射像测试的装置，包括矢量网络分析仪1、机械扫描架2、发射用近场探头3、被测天线4、被测天线支架5以及接收用近场探头6。

矢量网络分析仪1具有一个发射端口、一个接收端口A和一个接收端口B；其中：

矢量网络分析仪1的发射端口通过一条测试电缆7-1与发射用近场探头3连接；

矢量网络分析仪1的接收端口A通过一条测试电缆7-2与接收用近场探头6连接；

矢量网络分析仪1的接收端口B通过一条测试电缆7-3与被测天线4连接。

发射用近场探头3和接收用近场探头6位于机械扫描架2上。

被测天线4位于被测天线支架5上。

测试场地干扰抑制处理：对于低RCS天线测试来讲，场地干扰是影响测试精度的重要因素，因此必须进行场地干扰分析与抑制处理。本发明采用如下方式进行处理

对于机械扫描架2、发射用近场探头3和接收用近场探头6采用吸波材料8进行遮挡和隔离。对于被测天线支架5则通过材料选型和外形设计实现低散射的目的。

优选地，被测天线支架5是由聚苯乙烯材料制成的，且设计为具有一定倾角的圆锥外形。

优选地，本发明中的测试电缆7-1、7-2以及7-3均采用微波电缆。

机械扫描架2包括机械扫描架本体和基座。基座是固定的，机械扫描架本体有X轴和Y轴两个机械运动轴，可分别沿X/Y轴运动，本发明中近场探头固定于Y轴上，通过扫描架XY轴的运动，实现近场探头在XY平面内任意位置的停留与数据采集。

需要说明的是，机械扫描架2并非本发明的创新之处，可以参考已有技术。

本发明中发射用近场探头3和接收用近场探头6按照如下方式设置于机械扫描架2上：

发射用近场探头与接收用近场探头纵向或横向并排邻近放置，两近场探头间加装吸波材料，用于减小收发隔离以及与被测天线4之间的干扰。

本发明还提出了一种同步实现天线方向图与散射像测试的方法，该方法采用上述装置，具体的，该方法包括如下步骤：

启动测试程序，系统软件完成矢量网络分析仪频率、输出功率、中频带宽以及触发方式设置，完成机械扫描架扫描范围、扫描中心、运动步进间隔等设置；系统软件控制机械扫描架带动发射用近场探头和接收用近场探头移动到设定扫描面的起始位置点，矢量网络分析仪内部信号源输出信号经信号分离装置分离后，一部分进入内部参考信号接收机，另一部分经发射端口输出，输出信号经测试电缆到达发射用近场探头并向被测天线辐射，被测天线接收的信号经测试电缆进入矢量网络分析仪接收端口B，该信号与矢量网络分析仪内部参考信号运算处理，得到辐射信号的幅度和相位数据；被测天线散射的后向信号，经接收用近场探头与测试电缆后进入矢量网络分析仪接收端口A，该信号与矢量网络分析仪内部参考信号运算处理，得到散射信号的幅度和相位数据；系统软件控制机械扫描架带动发射用近场探头和接收用近场探头移动到下一扫描位置；重复以上测试过程，最终完成设定平面内每个位置点的辐射与散射信号的幅度和相位数据的采集存储；系统软件对测试数据分别进行FFT变换处理，利用天线近远场变换算法与近场散射成像算法，计算得出被测天线方向图与散射像，进一步利用散射像外推远场RCS算法，得到被测天线RCS参数。系统软件包括两个部分：一是控制部分，实现矢量网络分析仪、扫描架的远程自动控制，该部分软件为本领域公知的软件，所有的微波毫米波自动测试系统均配备该类软件；二是数据处理软件，完成采集数据的近远场变换处理与结果显示输出，其中的天线近远场变换算法、近场散射成像算法、散射像外推远场RCS算法具有一定的技术保密性，但是很多国内外文献都有相关技术内容介绍。

本发明方法利用一次平面近场数据采集与后续数据处理，即可同步完成天线方向图与散射像(天线散射点分布)测试，大大提高测试效率。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (6)

1.一种同步实现天线方向图与散射像测试的方法，其采用的同步实现天线方向图与散射像测试的装置，包括矢量网络分析仪、机械扫描架、发射用近场探头、被测天线、被测天线支架以及接收用近场探头；其中：

矢量网络分析仪具有一个发射端口、一个接收端口A和一个接收端口B；

矢量网络分析仪的发射端口通过一条测试电缆与发射用近场探头连接；

矢量网络分析仪的接收端口A通过一条测试电缆与接收用近场探头连接；

矢量网络分析仪的接收端口B通过一条测试电缆与被测天线连接；

发射用近场探头和接收用近场探头位于机械扫描架上；被测天线位于被测天线支架上；

其特征在于，所述方法包括如下步骤：

启动测试程序，设置矢量网络分析仪频率、输出功率、中频带宽以及触发方式，完成机械扫描架扫描范围、扫描中心、运动步进间隔设置；控制机械扫描架带动发射用近场探头和接收用近场探头移动到设定扫描面的起始位置点，矢量网络分析仪内部信号源输出信号经信号分离装置分离后，一部分进入内部参考信号接收机，另一部分经发射端口输出，输出信号经测试电缆到达发射用近场探头并向被测天线辐射，被测天线接收的信号经测试电缆进入矢量网络分析仪接收端口B，该信号与矢量网络分析仪内部参考信号运算处理，得到辐射信号的幅度和相位数据；被测天线散射的后向信号经接收用近场探头与测试电缆后进入矢量网络分析仪接收端口A，该信号与矢量网络分析仪内部参考信号运算处理，得到散射信号的幅度和相位数据；控制机械扫描架带动发射用近场探头和接收用近场探头移动到下一扫描位置；重复以上测试过程，完成设定平面内每个位置点的辐射与散射信号的幅度和相位数据的采集存储；对测试数据分别进行FFT变换处理，利用天线近远场变换算法与近场散射成像算法，计算得出被测天线方向图与散射像，利用散射像外推远场RCS算法得到被测天线RCS参数。

2.根据权利要求1所述的一种同步实现天线方向图与散射像测试的方法，其特征在于，所述机械扫描架、发射用近场探头和接收用近场探头采用吸波材料进行遮挡和隔离。

3.根据权利要求1所述的一种同步实现天线方向图与散射像测试的方法，其特征在于，所述被测天线支架是由聚苯乙烯材料制成的，且设计为具有一定倾角的圆锥外形。

4.根据权利要求1所述的一种同步实现天线方向图与散射像测试的方法，其特征在于，所述测试电缆采用微波电缆。

5.根据权利要求1所述的一种同步实现天线方向图与散射像测试的方法，其特征在于，所述发射用近场探头与接收用近场探头纵向或横向并排放置，两近场探头之间加装吸波材料。

6.根据权利要求1所述的一种同步实现天线方向图与散射像测试的方法，其特征在于，所述机械扫描架包括机械扫描架本体和基座。