CN109374990B - 一种天线相位中心校准方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种天线相位中心校准方法，解决了天线相位中心校准的问题，所述方法包含以下步骤：增加所述接收天线俯仰自由度，使接收天线可在‑90°～+90°的俯仰角度内转动；使所述接收天线在水平面内沿顺时针方向从‑90°旋转到+90°，在垂直面内沿俯仰方向从‑90°旋转到+90°；记录所述接收天线在水平方向和垂直方向上旋转角度与该角度下的幅度和相位信息；各角度下的幅度均对0°下的幅度进行归一化处理，记录归一化后水平方向和垂直方向上半功率波束宽度；计算得到接收天线相位中心的坐标。本申请的方法能够快速、准确的进行天线相位中心校准，可满足天线的计量保障需求。

Description

一种天线相位中心校准方法

技术领域

本申请涉及通信领域，尤其涉及一种基于数值分析的天线相位中心校准方法。

背景技术

相位中心是天线的重要指标之一，很多设备或系统通过天线收发电磁波来测量距离或定位，相位中心测量关系到定位的准确性。

QJ1729A标准规定了航天天线相位中心校准方法，天线校准在微波暗室中进行，将发射天线与接收天线正对且共轴架设在天线支架上，发射天线与接收天线之间的距离满足远场条件。对于阵列天线采用QJ1729A标准测量相位中心，存在着以下问题：

每次接收天线移动距离按固定步进往一个方向移动，每移动一次进行一次相位方向图扫描，一般情况下需要反复移动多次才能找到相位中心的位置，因此耗时长。

每次接收天线需要先在垂直于轴线方向上移动，找到方向图对称时，所对应天线的位置。再找水平方向上方向图成一条直线时，所对应天线的位置，存在重复测量的问题，影响效率。

找相位方向图为一条等值的直线，需要天线支架反复移动和调节，实际操作起来非常繁琐且复杂，耗时也非常长。

发明内容

有鉴于此，为解决接收天线相位中心校准的问题，本申请实施例提供了一种天线相位中心校准方法。

本申请提供了一种天线相位中心校准方法，包含以下步骤：增加所述接收天线俯仰自由度，使接收天线可在-90°～+90°的俯仰角度内转动；使所述接收天线在水平面内沿顺时针方向从-90°旋转到+90°，在垂直面内沿俯仰方向从-90°旋转到+90°；记录所述接收天线在水平方向和垂直方向上旋转角度与该角度下的幅度和相位信息；各角度下的幅度均对0°下的幅度进行归一化处理，记录归一化后水平方向和垂直方向上半功率幅度下接收天线旋转的角度；计算得到接收天线相位中心的坐标。

进一步的，在所述水平方向上，所述通过计算得到接收天线相位中心的坐标是通过公式

计算得到，θ为所述接收天线旋转的角度，为各频点的相位，x、z为所述相位中心的坐标，在所述垂直方向上，所述通过计算得到接收天线相位中心的坐标是通过公式

计算得到，θ为所述接收天线旋转的角度，为各频点的相位，y、z为所述相位中心的坐标。

优选地，采用矢量网络分析仪对所述幅度和相位进行测量，所述矢量网络分析仪的输出端通过衰减器一与发射天线连接，所述矢量网络分析仪的输入端通过衰减器二与接收天线连接。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本申请的方法能够快速、准确的进行天线相位中心校准，可满足天线的计量保障需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

在附图中：

图1是现有天线校准装置示意图；

图2是一种天线相位中心校准方法示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1是天线校准装置示意图，包括矢量网络分析仪101，衰减器一102，发射天线103，接收天线104，天线转台105，衰减器二106，所述矢量网络分析仪用于对所述幅度和相位进行测量，所述矢量网络分析仪的输出端通过衰减器一与发射天线连接，所述矢量网络分析仪的输入端通过衰减器二与接收天线连接所述矢量网络分析仪的输出端通过衰减器一与发射天线相连，所述接收天线与所述发射天线正对且共轴架设在所述天线转台上，发射天线与接收天线之间的距离为d，d满足远场条件，所述衰减器一和衰减器二为6dB衰减器。

根据QJ1729A标准规定的测试方法如下：

a)矢量网络分析仪经预热后，将频率范围调节至测试频率范围并进行校准；

b)将发射天线与接收天线分别通过6dB衰减器连接到矢量网络分析仪的两个端口。

c)将矢量网络分析仪调节到相位测量；

d)控制接收天线的转台在水平面内从-180°沿顺时针方向旋转到+180°，记录转台旋转角度与该角度下测量到的相位信息，即为接收天线的相位方向图；

e)当相位方向图曲线不是轴对称时，则在垂直于收发天线的轴线方向上逐步移动待测天线，每移动一次天线，重复步骤c)和d)，直至该频率下得到轴对称的相位方向图；

f)再沿收发天线的轴线移动接收天线，每移动一次天线，重复步骤c)和d)，直至该频率下得到指定角度范围内相位方向图趋于一条等值的直线，此时转台的旋转中心与相位中心重合。

g)用量具测量待测天线口径与旋转中心的距离，确定为待测天线的视在相位中心位置。

h)设定下一测量频率点，重复步骤c)至g)，直至完成所有频率点下相位中心的测量。

该校准方法繁琐且耗时。

图2是一种天线相位中心校准方法示意图，所述方法包含以下步骤：

步骤201：增加所述接收天线俯仰自由度，使接收天线可在-90°～+90°的俯仰角度内转动。

将发射天线与接收天线正对且共轴架设，发射天线与接收天线之间的距离满足远场条件。

预热所述矢量网络分析仪，将矢量网络分析仪频率调节至试验频率范围并校准。

将所述矢量网络分析仪设置到测量所述发射天线和接收天线直接电磁波的空间衰减的位置。

增加接收天线架的俯仰自由度，从而增加所述接收天线俯仰自由度，使接收天线可在-90°～+90°的俯仰角度内转动。

步骤202：使所述接收天线在水平面内沿顺时针方向从-90°旋转到+90°，在垂直面内沿俯仰方向从-90°旋转到+90°。

步骤203：记录所述接收天线在水平方向和垂直方向上旋转角度与该角度下的幅度和相位信息。

步骤204：各角度下的幅度均对0°下的幅度进行归一化处理，记录归一化后水平方向和垂直方向上半功率幅度下接收天线旋转的角度，即水平方向和垂直方向上的半功率波束宽度。

所述归一化处理为各角度下的幅度减去0°下的幅度。

所述半功率幅度为水平极化和垂直极化下±3dB波束宽度。

水平方向上，幅度为-3dB所对应的接收天线旋转的角度记为θ₀，+3dB所对应的接收天线旋转的角度记为θ₁，垂直方向上，幅度为-3dB所对应的接收天线旋转的角度记为θ₂，+3dB所对应的接收天线旋转的角度记为θ₃。

步骤205：计算得到接收天线相位中心的坐标。

在所述水平方向上半功率波束宽度范围内，根据天线位置、及各位置下的幅度相位信息，所述通过计算得到接收天线相位中心的坐标是通过公式(1)计算得到

θ为所述接收天线旋转的角度，

为各频点的相位，x、z为所述相位中心的坐标，k为波数，c为相位常数。将接收天线在旋转角θ₀、0°、θ₁及每个对应角度下所测量的各频率点的相位

代入公式(1)中，求解方程组，得到x_i和z_i的值，记为x_i0、z_i0。

在所述垂直方向上半功率波束宽度范围内，根据天线位置、及各位置下的幅度相位信息，所述通过计算得到接收天线相位中心的坐标是通过公式(2)计算得到

θ为所述接收天线旋转的角度，

为各频点的相位，y、z为所述相位中心的坐标，k为波数，c为相位常数。将接收天线在旋转角θ₂、0°、θ₃及每个对应角度下所测量的各频率点的相位

代入公式(2)中，求解方程组，得到y_i和z_i的值，记为y_i1、z_i1。

根据

z_i＝(z_i0+z_i1)/2 (3)

得到z_i，则(x_i0，y_i1，z_i)为各频率点下，天线相位中心的坐标。

根据得到坐标调整接收天线支架，使得接收天线相位中心的位置与转台旋转中心位置重合，此时如果测得的该天线相位方向图在3dB波束宽度范围内为一条直线，说明此时待测天线旋转中心的位置即为校准的相位中心位置。

本申请中的方法不需要多次调节天线支架，不需要多次旋转测量方向图，只需要将天线架设好，在水平方向和垂直方向上各旋转测量一次方向图，即可得到相位中心位置，从而节省大量的工作时间。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种天线相位中心校准方法，所述天线为接收天线，其特征在于，包含以下步骤：

增加所述接收天线俯仰自由度，使接收天线可在-90°～+90°的俯仰角度内转动；

将发射天线与接收天线正对且共轴架设，发射天线与接收天线之间的距离满足远场条件；

使所述接收天线在水平面内沿顺时针方向从-90°旋转到+90°，在垂直面内沿俯仰方向从-90°旋转到+90°；

记录所述接收天线在水平方向和垂直方向上旋转角度与该角度下的幅度和相位信息；

各角度下的幅度均对0°下的幅度进行归一化处理，记录归一化后水平方向和垂直方向上半功率幅度下接收天线旋转的角度，所述半功率幅度为水平极化和垂直极化下±3dB波束宽度；

在所述水平方向上，接收天线相位中心的坐标是通过公式（1）：

计算得到，θ为所述接收天线旋转的角度，

为各频点的相位，x、z为所述相位中心的坐标，

为波数，

为相位常数；水平方向上，幅度为-3dB所对应的接收天线旋转的角度记为θ ₀ ，+3dB所对应的接收天线旋转的角度记为θ ₁ ，将接收天线在旋转角θ ₀ 、0°、θ ₁ 及每个对应角度下所测量的各频率点的相位

、

、

代入公式（1）中，求解方程组，得到x _i 和z _i 的值，记为x _i0 、z _i0 ；

在所述垂直方向上，接收天线相位中心的坐标是通过公式（2）：

计算得到，θ为所述接收天线旋转的角度，

为各频点的相位，y、z为所述相位中心的坐标，

为波数，

为相位常数；垂直方向上，幅度为-3dB所对应的接收天线旋转的角度记为θ ₂ ，+3dB所对应的接收天线旋转的角度记为θ₃，将接收天线在旋转角θ ₂ 、0°、θ ₃ 及每个对应角度下所测量的各频率点的相位

、

、

代入公式（2）中，求解方程组，得到y _i 和z _i 的值，记为y _i1 、z _i1 ；

根据

得到

，则（x _i0 ，y _i1 ，z _i ）为各频率点下，天线相位中心的坐标；

根据得到坐标调整接收天线支架，使得接收天线相位中心的位置与转台旋转中心位置重合。

2.根据权利要求1所述的天线相位中心校准方法，其特征在于，所述归一化处理为各角度下的幅度减去0°下的幅度。

3.根据权利要求1所述的天线相位中心校准方法，其特征在于，采用矢量网络分析仪对所述幅度和相位进行测量，所述矢量网络分析仪的输出端通过衰减器一与发射天线连接，所述矢量网络分析仪的输入端通过衰减器二与接收天线连接。

4.根据权利要求3所述的天线相位中心校准方法，其特征在于，所述衰减器一和衰减器二为6dB衰减器。

5.根据权利要求3所述的天线相位中心校准方法，其特征在于，还包含以下步骤：

预热所述矢量网络分析仪；

将矢量网络分析仪频率调节至试验频率范围并校准。

6.根据权利要求3所述的天线相位中心校准方法，其特征在于，将所述矢量网络分析仪设置到测量所述发射天线与接收天线间的电磁波空间衰减。

Images