CN107632210B - 一种太赫兹天线平面近场测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太赫兹天线平面近场测量系统，包括设置于同一空间内的待测天线和二维平面机械扫描支架，二维平面机械扫描支架上设置有太赫兹接收机，太赫兹接收机依次连接有柔性电缆、矢量网络分析仪；太赫兹接收机由太赫兹探头和下变频模块构成，太赫兹探头在二维平面机械扫描支架上做二维平面运动，逐点采集待测天线的幅度和相位数据，采集的数据经下变频模块、柔性电缆和矢量网络分析仪上传至计算机数据处理和控制系统进行分析处理，计算机数据处理和控制系统控制太赫兹探头在二维平面机械扫描支架上做二维平面运动。本发明打破了国内外太赫兹近场天线测试系统的技术空白。

Description

一种太赫兹天线平面近场测量系统

技术领域

本发明属于天线测量领域，更具体的说，是涉及一种太赫兹天线平面近场测量系统。

背景技术

太赫兹天线测量系统主要包括远场、紧缩场和近场测量系统。

远场测量系统按使用环境可分为室外远场测量系统和室内远场测量系统。室外远场需要较长的测量距离，通常用天线高架法来尽量减小地面反射，其他架设方法还有地面反射法和斜距法。室内远场在微波暗室中进行，暗室四周和上下铺设吸波材料来减小电磁波反射。如果暗室条件满足远场测量条件，可选择传统远场测量法，如果测量距离不够远场条件，可以选择紧缩场，通过反射面反射在被测天线处形成平面电磁波。

紧缩场测试系统可以在一个相对小(紧缩)的空间里形成传统远场天线测试所需的平面波。为了产生一致性的平面波，需要在有限空间里增设双曲反射面来延伸辐射空间。紧缩场有三种基本类型：反射面型、透镜型、全息紧缩场，其中反射面紧缩场是至今技术发展最成熟、在微波波段应用最广泛的一类紧缩场，它的通用性和先进性已得到全世界范围的公认。作为反射面紧缩场的核心部件，反射面的精度是保证紧缩场电气性能的关键。然而，随紧缩场测试频率提高，对反射面精度要求也越高，如何保证反射面精度，同时尽量降低制造成本成为制约反射面紧缩场技术持续发展的关题。

除了远场和紧缩场测量外，平面近场测量技术是高增益太赫兹天线最为理想的测量手段。这种方法不需要价格高昂的反射面，只需采用探头在太赫兹天线辐射近场区域内采集天线辐射场的数据，再经近场—远场变换理论，由计算机处理得到天线的远场特性。通过合适的软件及成熟的校准理论，可以有效的补偿各种测量误差，其测量精度甚至可优于远场测量，也是当前高性能天线测量的主要方法之一。随着技术创新的不断进步，天线近场测量将逐步成为天线测量最实效、便捷、精准的测量技术。

到目前为止，世界范围内还没有太赫兹天线近场测试系统，全部都采用远场和紧缩场天线测试系统，目前困扰太赫兹近场测量技术的主要障碍在于柔性太赫兹传输线的缺失。根据目前的技术水平，同轴柔性电缆的最高工作频率仅能达到67GHz，该频率以上的信号传输则依靠金属波导传输线完成。作为目前唯一的太赫兹传输线，这种波导采用全金属结构，无法自由弯曲，而太赫兹近场测试系统的近场探头需要做二维平面运动，由于金属波导传输线无法自由弯曲，限制了近场测量探头的二维平面运动，最终导致太赫兹近场测试系统无法实现

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种太赫兹天线平面近场测量系统，打破了国内外太赫兹近场天线测试系统的技术空白。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种太赫兹天线平面近场测量系统，包括设置于同一空间内的待测天线和二维平面机械扫描支架，所述二维平面机械扫描支架上设置有太赫兹接收机，所述太赫兹接收机依次连接有柔性电缆、矢量网络分析仪；

所述太赫兹接收机由太赫兹探头和下变频模块构成，所述太赫兹探头在二维平面机械扫描支架上做二维平面运动，逐点采集待测天线的幅度和相位数据，采集的数据经下变频模、柔性电缆和矢量网络分析仪上传至计算机数据处理和控制系统进行分析处理，所述计算机数据处理和控制系统控制太赫兹探头在二维平面机械扫描支架上做二维平面运动。

所述待测天线通过支架固定支撑，且正对二维平面机械扫描支架中心设置。

所述太赫兹探头设置于二维平面机械扫描支架的y轴直线滑轨上，所述y轴直线滑轨设置于沿x轴向的第二个滑轨上。

所述计算机数据处理和控制系统对采集的数据进行后处理，实现近场、远场数据转换，得到待测天线的远场特性，绘出待测天线相应远场的幅值和相位随位置变化的波形图，最后实现测量待测天线的方向图、增益、轴比辐射特性。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明不需要庞大的室外、室内测试场，有效节省了吸波材料和暗室空间建设成本，不受远场测试中的距离效应和外界环境的影响，具有建设成本低、测试精度高、安全保密、可以全天候工作和一次测量得到全部远场信息等一系列优点。

附图说明

图1是本发明太赫兹天线平面近场测量系统构架图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

传统近场测试系统采用“探头→可移动电缆→矢量网络分析仪→计算机数据处理系统”的模式，由于太赫兹柔性电缆的缺失，传统近场构架不适用太赫兹测试。本发明对上述模式进行改进，在太赫兹探头部分添加了下变频模块，将太赫兹探头接收到的太赫兹信号提前进行下变频处理，将太赫兹信号转化为67GHz以下的中频信号，然后再将中频信号采用柔性同轴电缆传输至矢量网络分析仪，计算机数据处理和控制系统对矢量网络分析仪接收的低频信号进行处理得到近场探头的幅度和相位信息，过然后通过近远场变换得到待测天线的远场辐射特性。因此，太赫兹天线平面近场测试系统的新型构架模式可表示为“太赫兹探头→下变频模块→可移动电缆→矢量网络分析仪→计算机数据处理系统”，结构示意图如图1所示。

本发明的太赫兹天线平面近场测量系统，包括设置于同一空间内的待测天线和二维平面机械扫描支架，所述待测天线通过支架固定支撑，且正对二维平面机械扫描支架中心设置。所述二维平面机械扫描支架上设置有太赫兹接收机，所述太赫兹接收机依次连接有柔性电缆、矢量网络分析仪。

所述太赫兹接收机由太赫兹探头和下变频模块构成，本发明主要解决高增益太赫兹天线的测量问题，因此采用平面扫描方式。作为一种常用的平面近场技术，扫描的数据是在网格上特定的x、y点处收集得到，所述太赫兹探头设置于二维平面机械扫描支架的y轴直线滑轨上，所述y轴直线滑轨设置于沿x轴向的第二个滑轨上，所述太赫兹探头在二维平面机械扫描支架上做二维平面运动，并且由计算机数据处理和控制系统控制其做二维平面运动。

采用上述太赫兹探头将在测量表面的确定位置有规则地逐点采集待测天线的幅度和相位数据，通过太赫兹探头对这些位置处场值的记录，采集的数据经下变频模、柔性电缆传输至矢量网络分析仪，矢量网络分析仪对采集的数据进行处理得到幅度和相位信息，上传至计算机数据处理和控制系统，存储生成所测得的数据，再由计算机数据处理和控制系统通过傅里叶变换实现近场、远场数据转换，从而近似得到待测天线的远场特性，按特定算法绘出天线相应远场的幅值和相位随位置变化的波形图，最后可实现测量待测天线的方向图、增益、轴比等辐射特性。

另外，在测试时，待测天线所处空间内的四周都铺设吸波材料。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种太赫兹天线平面近场测量系统，其特征在于，包括设置于同一空间内的待测天线和二维平面机械扫描支架，所述二维平面机械扫描支架上设置有太赫兹接收机，所述太赫兹接收机依次连接有柔性电缆、矢量网络分析仪；

所述太赫兹接收机由太赫兹探头和下变频模块构成，所述太赫兹探头在二维平面机械扫描支架上做二维平面运动，逐点采集待测天线的幅度和相位数据，采集的数据经下变频模块、柔性电缆和矢量网络分析仪上传至计算机数据处理和控制系统进行分析处理，所述计算机数据处理和控制系统控制太赫兹探头在二维平面机械扫描支架上做二维平面运动。

2.根据权利要求1所述的太赫兹天线平面近场测量系统，其特征在于，所述待测天线通过支架固定支撑，且正对二维平面机械扫描支架中心设置。

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