CN109725275A - 基于近场多探头天线测量系统的探头校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于近场多探头天线测量系统的探头校准方法，属于无线通信技术领域，具体包括结构安装、数据采集、计算获取校准系数、校准后数据等四个步骤。本发明在探头系数的运算中，充分地综合了探头天线在各个方向上的响应，不仅提高了校准的精度和可靠性，递归地进行归一化处理，提高了系统校准的效率，而且能有效校准探头极化间相互影响造成的误差，对探头数据正弦度的分析可以判断探头数据的好坏，从而判定探头是否正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及涉及无线通信技术领域，更具体的说是涉及一种基于近场多探头天线测量系统的探头校准方法。
背景技术
近场天线测量技术是测量高性能天线最为理想的测试手段，如公开号为CN204649862U的中国发明所公开的一种多探头近场天线测试系统。近场测量所产生的误差需要进行分析，并提出相应的补偿措施。因此，近场天线测量误差分析与补偿技术的研究具有十分重要的实用价值。对近场测量而言，这些误差源大致分为四类，即探头误差、测试仪表误差、环境误差以及计算误差。这些误差源所产生的误差对大多数常规天线测量的影响几乎可以忽略不记，但对超低副瓣天线等一系列高性能天线的测量，这些误差源所产生的误差几乎每项都必须予以补偿或修正。这些补偿与修正也不断促进着近场扫描法的推广及应用。
在多探头天线测量系统中，实际上从测量仪器发出信号幅值和相位是相同的，但是不同探头对输入信号的增益和时延存在差异，存在探头误差，为了使系统的多个探头中发射(或接收)相同信号，消除探头引起的系统误差，需要对系统的探头进行校准。传统的探头校准，简单地测量探头在相同信号激励下的表现，从而获取该探头幅值和相位的补偿值。而实际上，每个探头有两个极化(H极化和V极化)，极化之间存在影响。传统的校准方法无法补偿极化之间的影响，并且无法评估系统中探头交叉极化是否符合标准，数据精度较低，难以满足高性能天线的测量要求。
因此，如何提供一种具有精确、可靠、可满足高性能天线的测量要求特点的多探头天线测量系统的探头校准方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于近场多探头天线测量系统的探头校准方法，具有精确、可靠、可满足高性能天线的测量要求特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于近场多探头天线测量系统的探头校准方法，具体包括以下步骤：
(1)结构安装：将标准喇叭安装到天线测量系统放置被测物的平台上，将测量仪器分别连接所述天线测量系统和所述标准喇叭；
(2)数据采集：控制天线测量系统的运动控制系统转动使标准喇叭最大辐射方向所在面与探头所在面呈一定夹角θ，采集全部探头H极化的响应结果PHn，采集全部探头V极化的响应结果PVn；
(3)计算获取校准系数：采集的数据进行归一化处理，将有量纲的表达式，经过变换，转化为无量纲的表达式，成为标量，递归获得全部探头的校准系数；
(4)计算校准后数据：根据校准系数计算出探头校准后数据。
优选的，上述步骤(3)中，计算获取校准系数的具体步骤为：
(a)将采集到n号探头的响应结果PHn、PVn与对应方向系数矩阵相乘，得到参考探头校准系数的有量纲原始矩阵an、bn、cn、dn；
(b)对原始矩阵做归一化处理，将有量纲的表达式，经过变换，化为无量纲的表达式，成为标量，得到参考探头的校准系数An、Bn、Cn、Dn；
(c)利用下式计算参考探头相邻探头递归获取辅助校准系数En±1、Fn±1、Gn±1、Hn±1；
(d)利用下式得出参考探头相邻探头的校准系数An±1、Bn±1、Cn±1、Dn±1。
优选的，所述参考探头为近场多探头天线测量系统的顶部探头。
优选的，上述步骤(4)中，计算公式为：
其中，An、Bn、Cn、Dn为参考探头的校准系数，PHnCorrected为n号探头H极化校准后的结果，PVnCorrected为n号探头V极化校准后的结果。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有效校准探头极化间相互影响造成的误差，提高了校准的精度和可靠性，并且可以满足高性能天线的测量要求，同时通过对探头数据正弦度的分析可以判断探头数据的好坏，从而判定探头是否正常工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明校准方法流程图；
图2为本发明结构安装示意图；
图3为本发明中标准喇叭最大辐射方向与探头所在面呈夹角0°时的示意图；
图4为本发明中标准喇叭最大辐射方向与探头所在面呈夹角22.5°时的示意图；
图5为本发明中标准喇叭最大辐射方向与探头所在面呈夹角67.5°时的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅附图1和附图2，为本发明公开的一种基于近场多探头天线测量系统的探头校准方法，具体包括：
(1)结构安装：将标准喇叭水平方向放置于暗室内，并将其安装到天线测量系统的抱杆上，利用治具使标准喇叭放置于抱杆上，使其最大辐射方向所在面与探头所在面呈一定夹角放置于抱杆上，如图2和图3所示，将网络分析仪分别连接所述天线测量系统和所述标准喇叭；
(2)数据采集：标准喇叭(即标准天线)最大辐射方向与探头所在面呈夹角0°时(如图3所示)，采集全部探头H极化和V极化在0度所在面的上的响应结果PHn、PVn，利用治具使标准喇叭(即标准天线)最大辐射方向与探头所在面呈22.5°夹角(如图4所示)继续采集数据；利用治具使标准喇叭 (即标准天线)最大辐射方向与探头所在面呈67.5°夹角(如图5所示)，从而得到三个面上所有探头校准后的结果；
(3)计算获取校准系数：采集的数据进行归一化处理，将有量纲的表达式，经过变换，化为无量纲的表达式，成为标量，递归获得全部探头的校准系数；
(4)计算校准后数据：根据校准系数计算出探头校准后数据。
本发明有效校准探头极化间相互影响造成的误差，提高了校准的精度和可靠性，并且可以满足高性能天线的测量要求，同时通过对探头数据正弦度的分析可以判断探头数据的好坏，从而判定探头是否正常工作。
在上述步骤(3)中，计算获取校准系数的具体步骤为：
(a)将采集到的响应结果PHn、PVn与对应方向系数矩阵相乘，得到参考探头校准系数的有量纲原始矩阵an、bn、cn、dn；
(b)对原始矩阵做归一化处理，将有量纲的表达式，经过变换，化为无量纲的表达式，成为标量，得到参考探头的校准系数An、Bn、Cn、Dn；
(c)利用下式计算参考探头相邻探头递归获取辅助校准系数En±1、Fn±1、Gn±1、Hn±1；
(d)利用下式得出参考探头相邻探头的校准系数An±1、Bn±1、Cn±1、Dn±1。
在步骤(4)中，计算公式为：
其中，An、Bn、Cn、Dn为参考探头的校准系数，PHnCorrected为n号探头 H极化校准后的结果，PVnCorrected为n号探头V极化校准后的结果。
实施例二：
一种基于近场多探头天线测量系统的探头校准方法，与实施例一不不同之处在于，测试系统为平面近场测试系统时，步骤(2)中数据采集仅采集标准喇叭最大辐射方向与探头所在面所夹角为0度，全部探头H极化和V极化在0度所在面的上的响应结果并计算。
本发明同样有效校准探头极化间相互影响造成的误差，提高了校准的精度和可靠性，并且可以满足高性能天线的测量要求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种基于近场多探头天线测量系统的探头校准方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)结构安装：将标准喇叭安装到天线测量系统放置被测物的平台上，将测量仪器分别连接所述天线测量系统和所述标准喇叭；
(2)数据采集：控制天线测量系统的运动控制系统转动使标准喇叭最大辐射方向所在面与探头所在面呈一定夹角θ，采集全部探头H极化的响应结果PHn，采集全部探头V极化的响应结果PVn；
(3)计算获取校准系数：采集的数据进行归一化处理，将有量纲的表达式，经过变换，转化为无量纲的表达式，成为标量，递归获得全部探头的校准系数；
(4)计算校准后数据：根据校准系数计算出探头校准后数据。
2.根据权利要求1所述的基于近场多探头天线测量系统的探头校准方法，其特征在于，所述步骤(3)中，计算获取校准系数的具体步骤为：
(a)将采集到n号探头的响应结果PHn、PVn与对应方向系数矩阵相乘，得到参考探头校准系数的有量纲原始矩阵an、bn、cn、dn；
(b)对原始矩阵做归一化处理，将有量纲的表达式，经过变换，化为无量纲的表达式，成为标量，得到参考探头的校准系数An、Bn、Cn、Dn；
(c)利用下式计算参考探头相邻探头递归获取辅助校准系数En±1、Fn±1、Gn±1、Hn±1；
(d)利用下式得出参考探头相邻探头的校准系数An±1、Bn±1、Cn±1、Dn±1。
3.根据权利要求,2所述的基于近场多探头天线测量系统的探头校准方法，其特征在于，所述参考探头为近场多探头天线测量系统的顶部探头。
4.根据权利要求1所述的基于近场多探头天线测量系统的探头校准方法，其特征在于，所述步骤(4)中，计算公式为：
其中，An、Bn、Cn、Dn为参考探头的校准系数，PHnCorrected为n号探头H极化校准后的结果，PVnCorrected为n号探头V极化校准后的结果。
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