CN107632208A - 一种球面近场天线测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于微波测量技术领域，公开了一种球面近场天线测量方法，包括：向待测天线提供测量用信号；分别通过无人飞行设备搭载磁场测量设备在半径为a的第一球面上测量第一磁场值以及在半径为b的第二球面上测量第二磁场值；基于所述第一磁场值和所述第二磁场值，通过球面近远场变换算法得到球面波展开系数；依据所述球面波展开系数获取天线参数；其中，b大于a。本发明提供一种适应各类大规格天线或者天线阵测量的方法。

Description

一种球面近场天线测量方法及系统

技术领域

本发明涉及微波测量技术领域，特别涉及一种球面近场天线测量方法及系统。

背景技术

天线测量技术主要包括远场测量和近场测量。对于低频天线，现有的设施很难直接测量其方向图。如果采用室外的远场测量设施，那么由于波长很大，导致要求场地的面积非常大，而现在很少能够找到满足此条件的标准测试场地。如果采用近场测量暗室，由于单根天线的尺寸就很长，因此普通的近场测量暗室根本无法容纳这样的天线或者天线阵。同时，还需要矢量网络分析仪，转台，屏蔽室以及辅助工件等大量的测量设备。

也就是说，现有技术中，针对低频天线测量，可测量尺寸范围小，无法实现大尺寸天线或者天线阵的测量；同时测量设施要求高。

发明内容

本发明提供一种球面近场天线测量方法及系统，解决现有技术中低频天线测量尺寸范围小，大尺寸天线或者天线阵列测量设施要求高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种球面近场天线测量方法，包括：

向待测天线提供测量用信号；

分别通过无人飞行设备搭载磁场测量设备在半径为a的第一球面上测量第一磁场值以及在半径为b的第二球面上测量第二磁场值；

基于所述第一磁场值和所述第二磁场值，通过球面近远场变换算法得到球面波展开系数；

依据所述球面波展开系数获取天线参数；

其中，b大于a。

进一步地，所述第一磁场值包括：第一球面上的多个采样测量点处的磁场值；所述第二磁场值包括：第二球面上的多个采样测量点处的磁场值。

进一步地，所述第一磁场值和所述第二磁场值包括：三维坐标系和方向的磁场分量的振幅值。

进一步地，所述无人飞行设备采用双频载波相位差分定位方法定位。

进一步地，所述无人飞行设备采用无人机。

进一步地，所述磁场测量设备包括：频谱分析仪；

所述频谱分析仪设置在所述无人飞行设备上。

一种基于所述的方法的测量系统，其特征在于，包括：

测量信号源，用于向待测天线提供测量用信号；

遥控无人飞行设备以及设置在其上的差分定位器；

磁场测量设备，设置在所述遥控无人飞行设备上，用于获取所述第一磁场值和所述第二磁场值；

测量控制设备，分别与所述测量信号源、所述磁场测量设备以及所述遥控无人飞行设备相连，用于控制测量用信号输出以及控制无人飞行设备在所述第一球面和所述第二球面上定位测量；

测量服务器，与所述测量控制设备相连，获取差分定位信息以及所述第一磁场值和所述第二磁场值，执行球面近远场变换算法并计算天线参数。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的球面近场天线测量方法，通过向待测的天线提供特定频率的测量用信号，并通过无人飞行设备携带测量设备在以待测天线为球心不同半径的第一球面和第二球面上进行采样测量；获取近远场磁场测量数据并通过近远场变换算法计算得到球面波展开系数，从而获取各种天线参数。本方法通过无人飞行设备携带测量设备，能够适应各种规格，特别是大规格的天线或者天线这的测量；无人飞行设备能够跳脱场地限制，从而降低了现有技术中波长过大对基建结构和设备的要求，采用了简洁的设备，避免了基于场地测量的矢量网络分析仪，转台，屏蔽室以及吸波材料等构件或者设备，大幅降低设备成本。通过无人飞行设备能够基于球坐标的精确定位，配合无人飞行设备搭载测量设备实现精确测量，简化测量操作和设备投入的同时还具备高精度测量结果。进一步，通过差分定位方法实现无人飞行设备，也就是测量设备的精确定位，使测量设备能够精确的定位到第一球面和第二球面上的采样测量点处，提升测量可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的球面近场天线测量方法原理示意图；

图2为本发明实施例提供的天线半球面近场测量模型示意图；

图3为本发明实施例提供的天线半球面近场测量流程图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种球面近场天线测量方法，解决现有技术中低频天线测量尺寸范围小，大尺寸天线或者天线阵列测量设施要求高的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1，一种球面近场天线测量方法，包括：

向待测天线提供测量用信号；

分别通过无人飞行设备搭载磁场测量设备在半径为a的第一球面上测量第一磁场值以及在半径为b的第二球面上测量第二磁场值；

基于所述第一磁场值和所述第二磁场值，通过球面近远场变换算法得到球面波展开系数；

依据所述球面波展开系数获取天线参数；

其中，b大于a。

具体来说，在执行天线测量时，将待测天线AUT安装在空地上，采用信号源为其提供特定频率的信号，用于测量。

以待测天线为球心，半径为a确定第一球面，在其上面均匀选择多个采样测量点并以球坐标定位。相应的，扩大球半径为b，确定第二球面，相应的均匀选择多个采样测量点并以球坐标定位。

分别通过第一球面上的球坐标定位磁场测量点，按照规划的路线依次在所述采样坐标点上进行磁场测量，直至结束，获得第一磁场值，包括第一球面上的多个点的磁场值。相应的，通过第二球面上的球坐标定位磁场测量点，按照规划的路线依次在所述采样坐标点上进行磁场测量，直至结束，获得第二磁场值，包括第二球面上的多个点的磁场值。

基于上述第一磁场值和第二磁场值，通过近远场变换算法计算球面波展开系数；并依据所述球面波展开系数获取天线参数。

一般而言，天线参数包括：远场方向图，效率，增益等。

值得说明的是，本实施例还给出了一种无人飞行设备的飞行路径规划方案，涉及球坐标具体包括：

无人飞行设备搭载探头和频谱仪处于半径r为a的第一球面上度方向即经度方向，并以此为初始位置；

方向，即维度方向从0度开始扫描直到90度停止；每隔Δθ度测量一次球面上的磁场，包括和方向的磁场分量的振幅值；

在经度方向上调整位置，无人飞行设备沿着方向飞行度，此时重复步骤上述步骤，直至度时数据采样完毕。

重复上述步骤，无人机搭载探头和频谱仪到半径为b(b>a)的第二球面上，进行测量。

为了提升无人飞行设备的测量可靠性，所述无人飞行设备采用双频载波相位差分定位方法定位。

具体来说，本发明采用双频载波相位差分(RTK)技术来实现厘米级定位。在满足采样定理的前提下，首先计算出半球面上的采样点坐标，然后通过RTK技术控制无人机以固定的姿态精确地悬停在采样点上，以便测量该点的电场。比如某一点的场为那么实际测量值中只有每个分量的振幅，而得不到相位。

本实施例还基于上述测量过程，提供了球面近远场变换算法。

已知无源区域内任意简谐电磁场可用矢量球面波函数和表示为

假定测出包围待测天线的半球面(半径为a)上的切向磁场那么整个球面上的切向电场通过镜像原理得到。而球面波展开系数为

已知展开系数后，可以根据得到天线在任意点的近场和远场。

鉴于本实施例提供的方法，测量的近场分量只有振幅没有相位；下面提供无相位球面近远场变换方法。

参见图2和图3，两个球面进行测量，然后通过算法在两个球面的场以及待测天线之间进行多次迭代，结果收敛后得到准确的球面波展开系数。其中，r₁取值a，r₂取值b。并按照所述流程图具体执行。

一般来说，所述无人飞行设备采用无人机。所述磁场测量设备包括：频谱分析仪；所述频谱分析仪设置在所述无人飞行设备上。

本实施例还基于所述方法提供一种测量系统。

一种基于所述的方法的测量系统，包括：

测量信号源，用于向待测天线提供测量用信号；

遥控无人飞行设备以及设置在其上的差分定位器；

磁场测量设备，设置在所述遥控无人飞行设备上，用于获取所述第一磁场值和所述第二磁场值；

测量控制设备，分别与所述测量信号源、所述磁场测量设备以及所述遥控无人飞行设备相连，用于控制测量用信号输出以及控制无人飞行设备在所述第一球面和所述第二球面上定位测量；

测量服务器，与所述测量控制设备相连，获取差分定位信息以及所述第一磁场值和所述第二磁场值，执行球面近远场变换算法并计算天线参数。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的球面近场天线测量方法，通过向待测的天线提供特定频率的测量用信号，并通过无人飞行设备携带测量设备在以待测天线为球心不同半径的第一球面和第二球面上进行采样测量；获取近远场磁场测量数据并通过近远场变换算法计算得到球面波展开系数，从而获取各种天线参数。本方法通过无人飞行设备携带测量设备，能够适应各种规格，特别是大规格的天线或者天线这的测量；无人飞行设备能够跳脱场地限制，从而降低了现有技术中波长过大对基建结构和设备的要求，采用了简洁的设备，避免了基于场地测量的矢量网络分析仪，转台，屏蔽室以及吸波材料等构件或者设备，大幅降低设备成本。通过无人飞行设备能够基于球坐标的精确定位，配合无人飞行设备搭载测量设备实现精确测量，简化测量操作和设备投入的同时还具备高精度测量结果。进一步，通过差分定位方法实现无人飞行设备，也就是测量设备的精确定位，使测量设备能够精确的定位到第一球面和第二球面上的采样测量点处，提升测量可靠性。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种球面近场天线测量方法，其特征在于，包括：

向待测天线提供测量用信号；

分别通过无人飞行设备搭载磁场测量设备在半径为a的第一球面上测量第一磁场值以及在半径为b的第二球面上测量第二磁场值；

基于所述第一磁场值和所述第二磁场值，通过球面近远场变换算法得到球面波展开系数；

依据所述球面波展开系数获取天线参数；

其中，b大于a。

2.如权利要求1所述的球面近场天线测量方法，其特征在于：所述第一磁场值包括：第一球面上的多个采样测量点处的磁场值；所述第二磁场值包括：第二球面上的多个采样测量点处的磁场值。

3.如权利要求2所述的球面近场天线测量方法，其特征在于，所述第一磁场值和所述第二磁场值包括：三维坐标系和方向的磁场分量的振幅值。

4.如权利要求1所述的球面近场天线测量方法，其特征在于：所述无人飞行设备采用双频载波相位差分定位方法定位。

5.如权利要求1所述的球面近场天线测量方法，其特征在于：所述无人飞行设备采用无人机。

6.如权利要求1所述的球面近场天线测量方法，其特征在于：所述磁场测量设备包括：频谱分析仪；

所述频谱分析仪设置在所述无人飞行设备上。

7.一种基于权利要求1～6任一项所述的方法的测量系统，其特征在于，包括：

测量信号源，用于向待测天线提供测量用信号；

遥控无人飞行设备以及设置在其上的差分定位器；

磁场测量设备，设置在所述遥控无人飞行设备上，用于获取所述第一磁场值和所述第二磁场值；

测量控制设备，分别与所述测量信号源、所述磁场测量设备以及所述遥控无人飞行设备相连，用于控制测量用信号输出以及控制无人飞行设备在所述第一球面和所述第二球面上定位测量；

测量服务器，与所述测量控制设备相连，获取差分定位信息以及所述第一磁场值和所述第二磁场值，执行球面近远场变换算法并计算天线参数。