CN107132427A - 针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法及装置 - Google Patents

针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及相控阵天线近场测试技术领域。本发明针对现有技术存在的问题，提供测试方法或装置。通过迭代加入加权值的方法，解决了饱和工作区域内波束合成效率的问题，使得实测的天线幅度值与相位值更加准确。本发明对各通道的实测幅度和实测相位数据分别做加权处理后，获取各通道实测幅度值、实测相位值；根据所述各通道实测幅度值、相位值分别对应形成与目标幅度值的幅度差值、目标相位值的相位差值；判断幅度差值，相位差值是否满足结束迭代的条件，从而判断是否需要根据幅度差值，相位差值对各通道实测幅度值、实测相位值进行加权处理，完成迭代处理；实测完成迭代处理后各通道数据，得到天线各通道实测幅度值与相位值。

Description

针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法及装置
技术领域
本发明涉及相控阵天线近场测试技术领域，尤其是一种针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法及装置。
背景技术
现有的相控阵天线近场测量通常基于二维移动控制机架采用小信号的方式进行测量。通过对各个通道独立的射频信号采集，结合phase-toggle算法进行解耦，并且对各个通道按照预先仿真的结果进行幅度或者相位加权，以达到使阵面合成指定波束的目的。
现有的近场测试技术通常在各通道的小信号线性工作区域进行近场测试。这样的近场校准结果在饱和工作的时候由于各通道射频信号幅度相位的非线性效应，影响了波束合成，会导致发射EIRP比最优值小约2dB，造成功率浪费和技术指标超差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法或装置。通过迭代加入加权值的方法，解决了饱和工作区域内波束合成效率的问题，使得实测的天线幅度值与相位值更加准确。
本发明采用的技术方案如下：
一种针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法包括：
设置天线为饱和发射或接受状态，对各通道的实测幅度和实测相位数据分别做加权处理后，获取各通道实测幅度值、实测相位值；
根据所述各通道实测幅度值、相位值分别对应形成与目标幅度值的幅度差值ξi，n、目标相位值的相位差值ζi，n；
判断幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n是否满足结束迭代的条件，从而判断是否需要对各通道实测幅度值、实测相位值进行加权处理，完成迭代处理；
实测完成迭代处理后各通道数据，得到天线各通道实测幅度值与相位值。
进一步的，结束迭代的条件是ξi，n<αi，ζi，n<βi，αi和βi分别是第i通道的幅度和相位误差容许最小量；幅度差值ξi，n指的是迭代过程中当前实时测量的天线幅度值与目标幅度值的差值；相位差值ζi，n指的是迭代过程中当前实时测量的天线相位值与目标相位值的差值。
进一步的，加权处理过程中通过幅度加权值Ai，n+1和相位加权值Fi，n+1进行迭代处理。
进一步的，判断是否需要对各通道实测幅度值、实测相位值进行加权处理，完成迭代处理具体过程是：若幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n不满足结束迭代条件，则根据幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n并结合当前幅度加权值Ai，n以及相位加权值Fi，n得出Ai,n+1、Fi,n+1，根据Ai,n+1、Fi,n+1分别对各通道实测幅度和实测相位数据进行第n+1次迭代处理；否则，结束迭代，获得各个通道的实测幅度值以及相位值。
进一步的，各通道的实测幅度和实测相位数据是将天线设置于二维移动平台并通过phase-toggle算法采集天线近场数据获得的。
进一步的，目标幅度值和目标相位值是通过预先完成的天线阵面仿真结果得到的。
一种针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试装置，通过针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法获得的，其包括：
幅度值与相位值实测模块，用于设置天线为饱和发射或接受状态，对各通道的实测幅度和实测相位数据分别做加权处理后，获取各通道实测幅度值、实测相位值。
迭代判断模块，用于根据所述各通道实测幅度值、相位值分别对应形成与目标幅度值的幅度差值ξi，n、目标相位值的相位差值ζi，n；判断幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n是否满足结束迭代的条件，从而判断是否需要对各通道实测幅度值、实测相位值进行加权处理，完成迭代处理。
进一步的，结束迭代的条件是ξi，n<αi，ζi，n<βi，αi和βi分别是第i通道的幅度和相位误差容许最小量；幅度差值ξi，n指的是迭代过程中实时测量的天线幅度值与目标幅度值的差值；相位差值ζi，n指的是迭代过程中实时测量的天线相位值与目标相位值的差值。
进一步的，加权处理过程中通过幅度加权值Ai，n+1和相位加权值Fi，n+1进行加权处理。
进一步的，判断是否需要对各通道实测幅度值、实测相位值进行加权处理，完成迭代处理具体过程是：若幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n不满足结束迭代条件，则根据幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n并结合当前幅度加权值Ai，n以及相位加权值Fi，n得出Ai,n+1、Fi,n+1，根据Ai,n+1、Fi,n+1分别对各通道实测幅度和实测相位数据进行第n+1次加权处理；否则，结束迭代，获得各个通道的实测幅度值以及相位值。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种在饱和工作状态下的近场测试方案。由于本方案的测试状态高度还原真实应用场景，故在相控阵天线饱和发射应用的情况下，等效全向辐射功率近似为理论波束完全合成的最大值。
实际测量结果发现，采用本方案进行近场测试比采用传统线性区域进行近场测试，在饱和发射的情况下EIRP大2dB。
因为通过幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n构成加权值，去调节各通道幅度值和相位值，其中幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n符合第n个通道的幅度和相位误差容许最小量的条件，故在此条件下，测得的幅度值和相位值精度准确率很高。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是天线某一通道饱和工作状态下近场测试流程框图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1，迭代算法指的是，迭代关系：
工作过程：
步骤1：初始近场提数。在该步骤中，将天线置于饱和发射或者接收状态，以模拟饱和工作的真实应用场景，将天线放置于二维移动平台(在水平面或者垂直平面上可以控制移动方向和位置的机械设备，以实现对相控阵天线各通道对准的幅度值和相位值采集)并通过phase-toggle算法采集各通道的幅度和相位。
步骤2：加权近场提数。在该步骤中，结合步骤1中测得的近场数据进行加权Ai，n-1处理，相位进行加权Fi，n-1处理。其中i是通道编号，n是加权提数的次数。结合phase-toggle算法采集各通道的幅度和相位。假设步骤2完成后各通道和目标幅度的差值是ξi，n，相位差值是ζi，n。
步骤3：迭代近场提数。各通道的幅度加权值为Ai，n+1移相值为Fi，n+1。各通道和目标幅度(通过预先完成的天线阵面仿真结果获得)的差值是ξi，n，目标相位(通过预先完成的天线阵面仿真结果获得)的差值是ζi，n。ξi，n<αi，ζi，n<βi，则完成迭代后，其中，αi和βi分别是第i通道的幅度和相位误差容许最小量。
迭代完成后，实施采集各通道天线的实际幅度值和相位值。
实施例一：以某型相控阵天线研制过程为本发明的实施实例，但本发明的实施方式不受该实施实例的限制。
在相控阵天线远场测试过程中，对比了传统校准方式和本发明提出的新的校准方式的测试结果，在同样副瓣抑制条件下，采用了本发明提出的校准方式相比传统线性区校准方式EIRP提升了2dB。
本实施例中相控阵通道数为8通道。迭代的目标是使实际采集的幅度值和目标幅度值相差小于αi＝1dB，实际采集的相位值和目标相位值相差小于βi＝1°。目标幅度值和相位值如表1所示。
表1各通道目标幅度值和相位值
通道号 目标幅度值(dBm) 目标相位值(度)
1 9 0
2 12 0
3 14 0
4 15 0
5 15 0
6 14 0
7 12 0
8 9 0
初次提数结果如表2所示。
表2初次提数得到的幅度值、相位值以及其计算的加权值
根据初次提数的结果进行第一次迭代提数得到的幅度值、相位值以及其计算的加权值如表3所示。
表3第一次迭代提数得到的幅度值、相位值以及其计算的加权值
根据第一次迭代提数的结果进行第二次迭代提数得到的幅度值、相位值以及其计算的加权值如表4所示。
表4第二次迭代提数得到的幅度值、相位值以及其计算的加权值
根据第二次迭代提数的结果进行第三次迭代提数得到的幅度值、相位值以及其计算的加权值如表5所示。
表5第三次迭代提数得到的幅度值、相位值以及其计算的加权值
注意到该次迭代后，幅度差值和相位差值满足迭代终止条件，故提数过程停止。以第二次迭代计算的幅度加权值以及相位加权值作为相控阵通道的加权取值，并且以第三次迭代得到的实测幅度值以及实测相位值作为相控阵各通道幅度和相位真实信号的参考。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法，其特征在于包括：
设置天线为饱和发射或接受状态，对各通道的实测幅度和实测相位数据分别做加权处理后，获取各通道实测幅度值、实测相位值；
根据所述各通道实测幅度值、相位值分别对应形成与目标幅度值的幅度差值ξi，n、目标相位值的相位差值ζi，n；
判断幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n是否满足结束迭代的条件，从而判断是否需要对各通道实测幅度值、实测相位值进行加权处理，完成迭代处理；
实测完成迭代处理后各通道数据，得到天线各通道实测幅度值与相位值。
2.根据权利要求1所述的针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法，其特征在于结束迭代的条件是ξi，n<αi，ζi，n<βi，αi和βi分别是第i通道的幅度和相位误差容许最小量；幅度差值ξi，n指的是迭代过程中当前实时测量的天线幅度值与目标幅度值的差值；相位差值ζi，n指的是迭代过程中当前实时测量的天线相位值与目标相位值的差值。
3.根据权利要求2所述的针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法，其特征在于加权处理过程中通过幅度加权值Ai，n+1和相位加权值Fi，n+1进行迭代处理。
4.根据权利要求2所述的针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法，其特征在于判断是否需要对各通道实测幅度值、实测相位值进行加权处理，完成迭代处理具体过程是：若幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n不满足结束迭代条件，则根据幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n并结合当前幅度加权值Ai，n以及相位加权值Fi，n得出Ai,n+1、Fi,n+1，根据Ai,n+1、Fi,n+1分别对各通道实测幅度和实测相位数据进行第n+1次迭代处理；否则，结束迭代，获得各个通道的实测幅度值以及相位值。
5.根据权利要求2所述的针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法，其特征在于各通道的实测幅度和实测相位数据是将天线设置于二维移动平台并通过phase-toggle算法采集天线近场数据获得的。
6.根据权利要求2所述的一种针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法，其特征在于目标幅度值和目标相位值是通过预先完成的天线阵面仿真结果得到的。
7.一种针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试装置，通过针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试方法获得的，其特征在于包括：
幅度值与相位值实测模块，用于设置天线为饱和发射或接受状态，对各通道的实测幅度和实测相位数据分别做加权处理后，获取各通道实测幅度值、实测相位值。
迭代判断模块，用于根据所述各通道实测幅度值、相位值分别对应形成与目标幅度值的幅度差值ξi，n、目标相位值的相位差值ζi，n；判断幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n是否满足结束迭代的条件，从而判断是否需要对各通道实测幅度值、实测相位值进行加权处理，完成迭代处理。
8.根据权利要求7所述的针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试装置，其特征在于结束迭代的条件是ξi，n<αi，ζi，n<βi，αi和βi分别是第i通道的幅度和相位误差容许最小量；幅度差值ξi，n指的是迭代过程中实时测量的天线幅度值与目标幅度值的差值；相位差值ζi，n指的是迭代过程中实时测量的天线相位值与目标相位值的差值。
9.根据权利要求8所述的针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试装置，其特征在于加权处理过程中通过幅度加权值Ai，n+1和相位加权值Fi，n+1进行加权处理。
10.根据权利要求8所述的针对饱和工作状态的相控阵天线的近场信号测试装置，其特征在于判断是否需要对各通道实测幅度值、实测相位值进行加权处理，完成迭代处理具体过程是：若幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n不满足结束迭代条件，则根据幅度差值ξi，n，相位差值ζi，n并结合当前幅度加权值Ai，n以及相位加权值Fi，n得出Ai,n+1、Fi,n+1，根据Ai,n+1、Fi,n+1分别对各通道实测幅度和实测相位数据进行第n+1次加权处理；否则，结束迭代，获得各个通道的实测幅度值以及相位值。
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