CN108594026A - 一种在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试方法 - Google Patents
一种在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108594026A CN108594026A CN201810092664.3A CN201810092664A CN108594026A CN 108594026 A CN108594026 A CN 108594026A CN 201810092664 A CN201810092664 A CN 201810092664A CN 108594026 A CN108594026 A CN 108594026A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- field
- antenna array
- far
- antenna
- distance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/10—Radiation diagrams of antennas
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
一种在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试方法，属于天线测量技术领域，通过对待测天线阵中各天线单元进行相位修正，在辐射近场区中给定距离下重建天线阵远场方向图，相位修正是指由天线阵远场方向图波束指向(θm,)和近场测试距离R共同决定各天线单元的相位分布。本发明直接在辐射近场区中测试距离为R的位置上重建出大规模MIMO天线阵的远场方向图，而不需要进行近场‑远场转换。之后即可在近场测试距离R上直接测得远场方向图。因此，不仅缩短了大规模MIMO天线阵的测试距离，还降低了近场测量系统的复杂度。
Description
技术领域
本发明属于天线测量技术领域，涉及天线阵近场测量，特别涉及一种在辐 射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试方法。
背景技术
在无线频谱资源日趋紧张的情况下，为了将无线移动通信的频谱效率再提 升一个量级，大规模MIMO(Massive MIMO)将是5G移动通信中的核心技术。 在大规模MIMO系统中，基站会配置大量的天线，天线数目通常有几百甚至几 千根，是现有MIMO系统天线数目的1～2个数量级以上。但是，随着天线数目 的急剧增加，天线阵辐射口面的尺寸也随之增大。在天线的辐射场区内，按照 离开天线距离的远近可以把辐射区分为辐射近场区和辐射远场区。在辐射远场 区，天线的方向图与测试距离无关。远场天线测量就是选择测量这个区域的场。 测试距离达到辐射远场区的条件是测试距离大于2D2/λ，其中D是天线辐射口面的最大尺寸，λ是工作频率下电磁波在自由空间中的波长。因此，随着天线数目 的增加，远场测试距离呈指数上升。在大规模MIMO天线阵列测试时，远场测 试距离会非常远，建设远场测试暗室的花费极大。
一种有效缩减天线测试距离的方法是近场测量。在天线的辐射近场区，测 量得到的天线方向图与测试距离有关，近场测量就是选择测量这个区域的场。 传统的近场测量技术的核心基于近场-远场转换技术。该测量方案在离开被测天 线3至10λ的距离上，用一个电特性已知的电小天线(天线的几何尺寸远小于λ) 或称之为探头的探测器按照抽样定理扫描抽样一个平面或曲面上的被测近场区 的电磁场的幅度和相位数据，再经过严格的数学变化(快速傅里叶变换，简写 为FFT)计算出天线远场区的电特性。这种基于近场-远场转换技术的近场测量 技术需要用探头测出扫描面上各个点的幅度与相位，之后再经过数学变化计算 出天线的远场特性。但在大规模MIMO天线阵测试中，近场测试的相位校准比 较困难，因此传统的基于近场-远场转换技术的近场测试方案不适合用于大规模 MIMO天线阵的测量。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种在辐射近场区 重建天线阵远场方向图的近场测试方法，通过设计大规模MIMO天线阵的馈电 相位分布，在辐射近场区的给定距离上，重建出远场方向图。利用本发明，可 以像远场测试一样在辐射近场区直接测试得到大规模MIMO天线阵的远场方向 图。因此，本发明不仅可以缩短大规模MIMO天线阵的测试距离，而且与传统 近场测量方案相比，测试步骤也得到了简化。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试方法，通过对待测天 线阵中各天线单元进行相位修正，在辐射近场区中给定距离下重建天线阵远场 方向图，其特征在于，所述相位修正是指由天线阵远场方向图波束指向和近场测试距离R共同决定各天线单元的相位分布，其中θm和是待测天线 阵在球坐标系下远场方向图的最大辐射方向。
所述相位分布的计算方法之一为：对于具有N个天线单元的待测天线阵， 根据波束指向测试距离R以及待测天线阵的尺寸信息，计算出点 到待测天线阵的每个天线单元的距离ri，则重建天线阵远场方向图所需 的每个天线单元上的相位分布为其中i是待测天线阵 中天线单元的序号，λ是工作频率下电磁波在自由空间中的波长。
所述相位分布的计算方法之二为：在处安装测试探头，并用测 试探头辐射待测天线阵，将待测天线阵接收到信号的相位取共轭即得到重建所 需的相位分布。
所述近场测试距离R<2D2/λ，其中D是天线辐射口面的最大尺寸。
与现有技术相比，本发明中的测试方案直接在辐射近场区中测试距离为R 的位置上重建出大规模MIMO天线阵的远场方向图，而不需要进行近场-远场转 换。之后即可在近场测试距离R上直接测得远场方向图。因此，本发明不仅缩 短了大规模MIMO天线阵的测试距离，还降低了近场测量系统的复杂度。
附图说明
图1为本发明的测试方案示意图，其中包括待测天线阵1和近场测量探头2。
图2为使用本发明测量20单元一维线天线阵的示意图，其中包括(a)20 单元一维线天线阵测试方案示意图，(b)在近场测试距离为R＝20λ时，本发明 中各个天线单元的馈电补偿相位，和(c)20单元一维线天线阵的远场方向图、 在近场测试距离为R＝20λ时直接测量得到的方向图以及在近场测试距离为 R＝20λ时应用本发明得到的方向图。
图3为使用本发明测量最大波束指向为θ＝60°，方向的具有20×20单 元的二维面天线阵时的方向图。其中包括远场方向图、在近场测试距离为R＝40λ 时直接测量得到的方向图以及在近场测试距离为R＝40λ时应用本发明得到的方 向图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
一种在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试技术。根据设计示意， 给出了一个20单元一维线天线阵测量的具体实施例和一个指向θ＝60°，方向的具有20×20单元的二维面天线阵测量的具体实施例，下面结合附图予以 说明：
参阅图2(a)，该实施例中包含一个20单元一维线天线阵，最大辐射方向 在侧射方向天线单元之间的间距为λ/2，远场测试距离为200λ。图 2(b)给出了本方案所需的各个天线单元上的补偿相位分布。该相位分布可以 由两种方法获得。
一种方法是，对于具有20个天线单元的天线阵，根据波束指向与测试 距离R(在本实施例中波束指向为测试距离R＝20λ)，以及天线阵的尺 寸信息，计算出点到天线阵的每个天线单元的距离ri(i＝1,2,…,19,20)， 则重建天线阵远场方向图所需的每个天线单元上的相位分布为 其中λ是工作频率下，电磁波在自由空间中的波长。
另一种方法为，将测试探头2放在处，并用其辐射待测天线阵1， 将天线阵接收到信号的相位取共轭即得到重建天线阵远场方向图所需的相位分 布。
图2(c)给出了几种不同测量方案得到的方向图。从图中可以看出，远场 方向图在最大辐射方向的方向性为13.01dBi。直接在R＝20λ的距离 上测到的方向图与远场方向图的差距较大，在的方向性为7.35dBi，比远 场方向图降低了5.66dB。利用本方案在R＝20λ的距离上测到的方向图与远场方 向图吻合良好，在的方向性为12.9dBi，仅比远场方向图降低了0.11dB。
本测量方案不仅适用于最大辐射方向在侧射方向的天线阵，对 最大辐射方向在非侧射方向的天线阵也同样适用。并且，该方案还可以推广到 二维平面阵。
图1给出了本方案测量二维平面阵时的示意图。
图3给出了对于一个最大辐射方向在(θm＝60°，)方向的20×20单 元二维平面天线阵在YoZ面的方向图测试结果。该天线阵的单元间距为λ/2，远 场测试距离为400λ。其中的近场直接测量方向图是在R＝40λ的距离上直接测得 的方向图。本方案方向图是在R＝40λ的距离上使用本方案所提出的相位分布后 测得的方向图。本方案的相位分布可以由两种方法获得。
一种方法是，对于具有20×20个天线单元的天线阵，根据最大波束指向 与测试距离R(在本实施例中波束指向为θm＝60°，测试距离R＝40λ)， 以及天线阵的尺寸信息，计算出点到天线阵的每个天线单元的距 离ri(i＝1,2,…,399,400)，则重建天线阵远场方向图所需的每个天线单元上的相位 分布为其中λ是工作频率下，电磁波在自由空间中 的波长。
另一种方法为，将测试探头2放在处，并用其辐射待测天线 阵1，将天线阵1接收到信号的相位取共轭即得到重建天线阵远场方向图所需的 相位分布。
从图3中可以看出，远场方向图在最大辐射方向(θm＝60°，)的方 向性为27.2dBi。直接在R＝40λ的距离上测到的方向图与远场方向图的差距较 大，在最大辐射方向(θ＝60°，)的方向性为24.8dBi，比远场方向图降低 了2.4dB。利用本方案在R＝40λ的距离上测到的方向图与远场方向图吻合良好， 在最大辐射方向(θ＝60°，)的方向性为27.1dBi，仅比远场方向图降低了 0.1dB。
综上所述，本发明提供了一种在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场 测试技术。利用本方案中所提出的相位分布，可以在辐射近场区重建出天线阵 的远场方向图，有效地缩短了大规模MIMO天线阵的测试距离。
Claims (4)
1.一种在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试方法，通过对待测天线阵中各天线单元进行相位修正，在辐射近场区中给定距离下重建天线阵远场方向图，其特征在于，所述相位修正是指由天线阵远场方向图波束指向 和近场测试距离R共同决定各天线单元的相位分布。
2.根据权利要求1所述在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试方法，其特征在于，所述相位分布的计算方法为：对于具有N个天线单元的待测天线阵，根据波束指向测试距离R以及待测天线阵的尺寸信息，计算出点到待测天线阵的每个天线单元的距离ri，则重建天线阵远场方向图所需的每个天线单元上的相位分布为其中i是待测天线阵中天线单元的序号，λ是工作频率下电磁波在自由空间中的波长。
3.根据权利要求1所述在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试方法，其特征在于，所述相位分布的计算方法为：在处安装测试探头，并用测试探头辐射待测天线阵，将待测天线阵接收到信号的相位取共轭即得到重建所需的相位分布。
4.根据权利要求1所述在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试方法，其特征在于，所述近场测试距离R<2D2/λ，其中D是天线辐射口面的最大尺寸。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810092664.3A CN108594026B (zh) | 2018-01-31 | 2018-01-31 | 一种在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810092664.3A CN108594026B (zh) | 2018-01-31 | 2018-01-31 | 一种在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108594026A true CN108594026A (zh) | 2018-09-28 |
| CN108594026B CN108594026B (zh) | 2020-06-09 |
Family
ID=63608491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810092664.3A Active CN108594026B (zh) | 2018-01-31 | 2018-01-31 | 一种在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108594026B (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113162706A (zh) * | 2020-01-22 | 2021-07-23 | 深圳市通用测试系统有限公司 | 无线设备的射频性能测试方法及系统 |
| US11081788B1 (en) | 2020-04-03 | 2021-08-03 | The Boeing Company | System and method for near-field testing of a phased array antenna |
| CN113242101A (zh) * | 2020-01-22 | 2021-08-10 | 深圳市通用测试系统有限公司 | 无线设备的射频性能测试方法及系统 |
| CN113283047A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-08-20 | 中国人民解放军63892部队 | 一种基于单元方向重建的互耦补偿极化校准方法 |
| CN113381187A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-10 | 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） | 球面相控阵天线坐标远近场比较修正方法 |
| CN113449439A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-09-28 | 广东健博通科技股份有限公司 | 阵列天线的设计方法、设备、系统及存储介质 |
| CN113533867A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-22 | 西安电子科技大学 | 基于Fourier插值的远场方向图快速测量方法 |
| CN113960378A (zh) * | 2020-07-20 | 2022-01-21 | 川升股份有限公司 | 准远场量测系统、准远场量测方法 |
| CN114966239A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-08-30 | 陕西拾贝通讯技术有限公司 | 基于激励系数变量可分离的准远场测量方法 |
| US11721894B2 (en) | 2020-04-03 | 2023-08-08 | The Boeing Company | System and method for near-field testing of a phased array antenna |
| WO2024045649A1 (zh) * | 2022-08-31 | 2024-03-07 | 东南大学 | 一种有源阵列天线方向图的近场空口快速测量系统及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5485158A (en) * | 1994-07-21 | 1996-01-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Linear near field test facility and process |
| JP3451324B2 (ja) * | 2001-03-12 | 2003-09-29 | 独立行政法人通信総合研究所 | 平面走査近傍界アンテナ測定の適用範囲判定法 |
| CN103245841A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-14 | 西北工业大学 | 一种基于球面近场扫描外推的天线方向图测试方法 |
| CN106546827A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-03-29 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 一种相控阵测向装置的方向图测试方法、电路及系统 |
-
2018
- 2018-01-31 CN CN201810092664.3A patent/CN108594026B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5485158A (en) * | 1994-07-21 | 1996-01-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Linear near field test facility and process |
| JP3451324B2 (ja) * | 2001-03-12 | 2003-09-29 | 独立行政法人通信総合研究所 | 平面走査近傍界アンテナ測定の適用範囲判定法 |
| CN103245841A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-14 | 西北工业大学 | 一种基于球面近场扫描外推的天线方向图测试方法 |
| CN106546827A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-03-29 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 一种相控阵测向装置的方向图测试方法、电路及系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 胡楚锋等: "球面多探头天线近场测试系统校准方法研究", 《仪器仪表学报》 * |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113242101A (zh) * | 2020-01-22 | 2021-08-10 | 深圳市通用测试系统有限公司 | 无线设备的射频性能测试方法及系统 |
| CN113162706B (zh) * | 2020-01-22 | 2022-10-28 | 深圳市通用测试系统有限公司 | 无线设备的射频性能测试方法及系统 |
| CN113162706A (zh) * | 2020-01-22 | 2021-07-23 | 深圳市通用测试系统有限公司 | 无线设备的射频性能测试方法及系统 |
| US11081788B1 (en) | 2020-04-03 | 2021-08-03 | The Boeing Company | System and method for near-field testing of a phased array antenna |
| US11721894B2 (en) | 2020-04-03 | 2023-08-08 | The Boeing Company | System and method for near-field testing of a phased array antenna |
| CN113960378A (zh) * | 2020-07-20 | 2022-01-21 | 川升股份有限公司 | 准远场量测系统、准远场量测方法 |
| CN113283047A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-08-20 | 中国人民解放军63892部队 | 一种基于单元方向重建的互耦补偿极化校准方法 |
| CN113381187B (zh) * | 2021-05-31 | 2022-04-12 | 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） | 球面相控阵天线坐标远近场比较修正方法 |
| CN113381187A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-10 | 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） | 球面相控阵天线坐标远近场比较修正方法 |
| CN113533867A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-22 | 西安电子科技大学 | 基于Fourier插值的远场方向图快速测量方法 |
| CN113533867B (zh) * | 2021-07-14 | 2022-09-06 | 西安电子科技大学 | 基于Fourier插值的远场方向图快速测量方法 |
| CN113449439B (zh) * | 2021-08-27 | 2022-04-01 | 广东健博通科技股份有限公司 | 阵列天线的设计方法、设备、系统及存储介质 |
| CN113449439A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-09-28 | 广东健博通科技股份有限公司 | 阵列天线的设计方法、设备、系统及存储介质 |
| CN114966239A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-08-30 | 陕西拾贝通讯技术有限公司 | 基于激励系数变量可分离的准远场测量方法 |
| WO2024045649A1 (zh) * | 2022-08-31 | 2024-03-07 | 东南大学 | 一种有源阵列天线方向图的近场空口快速测量系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108594026B (zh) | 2020-06-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108594026A (zh) | 一种在辐射近场区重建天线阵远场方向图的近场测试方法 | |
| US8502546B2 (en) | Multichannel absorberless near field measurement system | |
| CN109061323B (zh) | 一种采用球面幅度扫描的近场天线测量方法 | |
| CN107076788A (zh) | 天线测试装置和测试方法 | |
| WO2009046516A1 (en) | Multichannel absorberless near field measurement system | |
| JP7329085B2 (ja) | 高速ｏｔａ生産ラインテストプラットフォーム | |
| JP7386327B2 (ja) | 回路および回路に連結されるアンテナを備える被試験デバイスを試験するための試験装置、自動試験装置および方法 | |
| Lundgren et al. | A near-field measurement and calibration technique: Radio-frequency electromagnetic field exposure assessment of millimeter-wave 5G devices | |
| CN205863410U (zh) | 一种多频共口径复合相控阵天线结构 | |
| Fridén et al. | Angular sampling, test signal, and near-field aspects for over-the-air total radiated power assessment in anechoic chambers | |
| Samsuzzaman et al. | A double hollow rectangular‐shaped patch and with the slotted ground plane monopole wideband antenna for microwave head imaging applications | |
| CN117250412B (zh) | 一种车载5g天线的测试方法及测试系统 | |
| WO2024045649A1 (zh) | 一种有源阵列天线方向图的近场空口快速测量系统及方法 | |
| Basikolo et al. | Electromagnetic field exposure evaluation for 5G in millimeter wave frequency band | |
| WO2007112546A1 (en) | Multichannel absorberless near field measurement system | |
| CN107942145A (zh) | 一种角变化球面三元组天线辐射电磁场测量系统和方法 | |
| WO2023216595A1 (zh) | 有源天线的测试系统 | |
| CN113917241B (zh) | 一种天线方向图快速测量和预估方法、系统、设备及终端 | |
| Noren et al. | Measurement and diagnostics of millimeter waves 5G enabled devices | |
| TWI727848B (zh) | 準遠場量測系統、準遠場量測方法 | |
| Khatun et al. | Spherical wave modelling of radio channels using linear scanners | |
| Sierra-Castañer | Review of recent advances and future challenges in antenna measurement | |
| CN112798874A (zh) | 一种电场辐射敏感度改进测试方法和系统 | |
| Chen et al. | An improved method for free-space antenna-factor measurement by using the MUSIC algorithm | |
| Liu et al. | Challenges and applicability of OTA measurement for 5G millimeter wave mobile device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |