CN110320412B - 差分馈电对数周期天线的反射系数测试装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种差分馈电对数周期天线的反射系数测试装置及测试方法，涉及天线测试领域，该测试装置包括底盘、差分馈电端口对；底盘采用金属导体；差分馈电端口对的数量与差分馈电对数周期天线的极化数相等，每个差分馈电端口对对应一个极化的差分馈电对数周期天线，每个差分馈电端口对包括两个差分馈电端口；各差分馈电端口对的两个差分馈电端口的外导体分别连接底盘，各差分馈电端口对的两个差分馈电端口的内导体分别连接差分馈电对数周期天线的两个馈电线。本发明的优点在于：反射系数测试装置可以测试差分馈电对数周期天线的差分信号，通过将测得的差分信号进行合成，可以得到差分馈电对数周期天线的端口反射系数。

Description

差分馈电对数周期天线的反射系数测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及天线测试领域，尤其涉及一种差分馈电对数周期天线的反射系数测试装置及测试方法。
背景技术
低中频大型阵列天线的测试，是大型阵列天线研究的重点和难点。对数周期天线作为一种超宽带的天线形式，在大型的超宽带阵列天线中应用十分广泛。如综合孔径射电望远镜采用的平方公里阵，其接收面积达一平方公里，最低覆盖频率只有几十兆赫兹，其天线形式采用的就是具有超宽带特性的对数周期天线。而在天线的设计中，通常需要对天线样机的反射系数进行测试，并与仿真结果进行对比，确保所设计的天线满足实际的工程应用需求。在低中频大型阵列的天线阵元设计中，通常采用具有超宽带特性的对数周期天线，馈电方式一般采用差分馈电的形式，其优势在于：差分馈电可以提高馈电端口的端口阻抗到100欧姆，有利于提升天线的阻抗匹配特性；用差分形式，可以有效地抑制共模信号进入天线端口，保证天线的性能。
在非差分馈电的情况下，天线的电磁仿真可以直接通过100欧姆的集总端口进行馈电得到电磁仿真结果，其端口的反射特性测试只需通过巴伦变换到射频端口即可。对于差分馈电的对数周期天线来说，在天线端口特性分析时，一般将差分天线等效为二端口网络。假设端口1和端口2的归一化入射波分别为a1、a2，则可以表示为a1＝-a2，令端口1和端口2的归一化反射波分别为b1、b2，可以计算得到端口1的奇模反射系数分别为：
Figure BDA0002111949490000011
Figure BDA0002111949490000021
同理可以得到端口2的奇模反射系数：
Figure BDA0002111949490000022
若差分天线满足互易性条件，可以得到：
Γodd＝Γodd1＝Γodd2
可以看出，差分馈电的对数周期天线的端口的反射系数无法直接测试得到，需要对差分信号进行合成得到最终的端口反射系数。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够对差分馈电对数周期天线的差分信号进行合成得到最终的端口反射系数的差分馈电对数周期天线的反射系数测试装置及测试方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：差分馈电对数周期天线的反射系数测试装置，包括底盘(1)、差分馈电端口对(2)；底盘(1)采用金属导体；差分馈电端口对(2)的数量与差分馈电对数周期天线的极化数相等，每个差分馈电端口对(2)对应一个极化的差分馈电对数周期天线，每个差分馈电端口对(2)包括两个差分馈电端口；各差分馈电端口对(2)的两个差分馈电端口的外导体分别连接底盘(1)，各差分馈电端口对(2)的两个差分馈电端口的内导体分别连接差分馈电对数周期天线的两个馈电线。
作为优化的技术方案，底盘(1)为圆柱体金属盘、矩形柱体金属盘、菱形柱体金属盘、三角形柱体金属盘、十字交叉结构的金属盘、金属导线中的一种。
作为优化的技术方案，各差分馈电端口均采用SMA连接器或SMP连接器。通过电磁仿真结果，采用50欧姆SMA连接器双端口差分馈电回波损耗仿真结果与常规100欧姆单端口馈电回波损耗仿真结果的曲线基本吻合。
差分馈电对数周期天线的反射系数测试方法，包括以下步骤：
步骤A，设计差分馈电对数周期天线；
步骤B，构建反射系数测试装置：反射系数测试装置包括底盘(1)、差分馈电端口对(2)；底盘(1)采用金属导体；差分馈电端口对(2)的数量与差分馈电对数周期天线的极化数相等，每个差分馈电端口对(2)对应一个极化的差分馈电对数周期天线，每个差分馈电端口对(2)包括两个差分馈电端口；各差分馈电端口对(2)的两个差分馈电端口的外导体分别连接底盘(1)，各差分馈电端口对(2)的两个差分馈电端口的内导体分别穿出底盘(1)；
步骤C，将步骤A中设计的差分馈电对数周期天线的两个馈电线分别连接步骤B中构建的反射系数测试装置的各差分馈电端口对(2)的两个差分馈电端口的内导体；
步骤D，步骤C完成后，通过反射系数测试装置测试差分馈电对数周期天线的差分信号，将测得的差分信号进行合成，得到差分馈电对数周期天线的端口反射系数。
作为优化的技术方案，步骤A中，对所设计的差分馈电对数周期天线的形式以及端口反射系数进行电磁仿真。
作为优化的技术方案，步骤A中，所设计的差分馈电对数周期天线包括对称偶极子(3)、馈电平行双线(4)；对称偶极子(3)包括两个对称设置的振子；馈电平行双线(4)包括两个平行设置的馈电线；对称偶极子(3)的两个振子分别连接馈电平行双线(4)的两个馈电线，对称偶极子(3)的数量为一个或多个。
作为优化的技术方案，步骤A中，所设计的差分馈电对数周期天线为微带形式或纯金属形式，其极化方式为单线极化、双线极化、圆极化、双圆极化、椭圆极化的其中一种极化方式。
作为优化的技术方案，步骤B中，底盘(1)为圆柱体金属盘、矩形柱体金属盘、菱形柱体金属盘、三角形柱体金属盘、十字交叉结构的金属盘、金属导线中的一种。
作为优化的技术方案，步骤B中，各差分馈电端口均采用SMA连接器或SMP连接器。通过电磁仿真结果，采用50欧姆SMA连接器双端口差分馈电回波损耗仿真结果与常规100欧姆单端口馈电回波损耗仿真结果的曲线基本吻合。
作为优化的技术方案，步骤C中，差分馈电对数周期天线与反射系数测试装置连接后，将差分馈电对数周期天线与反射系数测试装置进行联合仿真，分析反射系数测试装置对测试结果的影响。通过进行电磁仿真，保证了测试结果的可靠性。
本发明的优点在于：
1、反射系数测试装置可以测试差分馈电对数周期天线的差分信号，通过将测得的差分信号进行合成，可以得到差分馈电对数周期天线的端口反射系数，从而可以对任意形式的差分馈电对数周期天线的端口反射系数进行测试，以验证天线设计的可靠性。
2、通过进行电磁仿真，保证了测试结果的可靠性。
3、结构简单，加工难度低，成本低，并且可拆卸、可重复利用。
附图说明
图1是本发明实施例差分馈电对数周期天线的反射系数测试装置连接包含一个对称偶极子的差分馈电对数周期天线的结构示意图。
图2是本发明实施例差分馈电对数周期天线的反射系数测试装置的结构示意图。
图3是本发明实施例包含多个对称偶极子的差分馈电对数周期天线的结构示意图。
图4是本发明实施例差分馈电对数周期天线的反射系数测试方法的流程图。
图5本发明实施例50欧姆双端口差分馈电回波损耗仿真结果与常规100欧姆单端口馈电回波损耗仿真结果的曲线对比图。
具体实施方式
如图1、图2所示，差分馈电对数周期天线的反射系数测试装置，包括底盘1、差分馈电端口对2。
底盘1采用金属导体，底盘1为圆柱体金属盘，直径为34m，厚度为7mm；底盘1也可以为矩形柱体金属盘、菱形柱体金属盘、三角形柱体金属盘、十字交叉结构的金属盘、金属导线中的一种。
差分馈电端口对2的数量与差分馈电对数周期天线的极化数相等，每个差分馈电端口对2对应一个极化的差分馈电对数周期天线，每个差分馈电端口对2包括两个差分馈电端口，各差分馈电端口均采用50欧姆的SMA连接器或SMP连接器。
各差分馈电端口对2的两个差分馈电端口的外导体分别连接在底盘1的顶面，各差分馈电端口对2的两个差分馈电端口的内导体分别穿出底盘1的底面后连接差分馈电对数周期天线的两个馈电线。
如图1、图3所示，差分馈电对数周期天线，包括对称偶极子3、馈电平行双线4。
对称偶极子3包括两个对称设置的振子；振子为直角三角形，其两个直角边的长度分别为170mm，42mm，斜边的长度为175mm；振子也可以为直线、弯折、菱形、矩形、梯形、圆形、“T”字形、蝴蝶结形等形状。
馈电平行双线4包括两个平行设置的馈电线，两个馈电线的间距为22mm；馈电线采用金属块，金属块的下部为长方体，长度为70mm，宽度为20mm，厚度为3mm；金属块的上部为宽度小于其下部的长方体，宽度为10mm，金属块上部的长方体与差分馈电端口的内导体通过焊接固定。
对称偶极子3的两个振子分别连接馈电平行双线4的两个馈电线，对称偶极子3的数量为一个或多个，当对称偶极子3的数量为多个时，各对称偶极子3沿馈电平行双线4的长度方向间隔设置。
差分馈电对数周期天线为微带形式或纯金属形式，差分馈电对数周期天线的极化方式为单线极化、双线极化、圆极化、双圆极化、椭圆极化的其中一种极化方式。
如图4所示，差分馈电对数周期天线的反射系数测试方法，包括以下步骤：
步骤A，设计差分馈电对数周期天线，并对所设计的差分馈电对数周期天线的形式以及端口反射系数进行电磁仿真。
所设计的差分馈电对数周期天线包括对称偶极子3、馈电平行双线4。
对称偶极子3包括两个对称设置的振子；振子为直角三角形，其两个直角边的长度分别为170mm，42mm，斜边的长度为175mm；振子也可以为直线、弯折、菱形、矩形、梯形、圆形、“T”字形、蝴蝶结形等形状。
馈电平行双线4包括两个平行设置的馈电线，两个馈电线的间距为22mm；馈电线采用金属块，金属块的下部为长方体，长度为70mm，宽度为20mm，厚度为3mm；金属块的上部为宽度小于其下部的长方体，宽度为10mm。
对称偶极子3的两个振子分别连接馈电平行双线4的两个馈电线，对称偶极子3的数量为一个或多个，当对称偶极子3的数量为多个时，各对称偶极子3沿馈电平行双线4的长度方向间隔设置。
所设计的差分馈电对数周期天线为微带形式或纯金属形式，其极化方式为单线极化、双线极化、圆极化、双圆极化、椭圆极化的其中一种极化方式。
步骤B，构建反射系数测试装置。
反射系数测试装置包括底盘1、差分馈电端口对2。
底盘1采用圆柱体金属盘，也可以采用矩形柱体金属盘、菱形柱体金属盘、三角形柱体金属盘、金属导线等形式。
差分馈电端口对2的数量与差分馈电对数周期天线的极化数相等，每个差分馈电端口对2对应一个极化的差分馈电对数周期天线，每个差分馈电端口对2包括两个差分馈电端口，各差分馈电端口均采用50欧姆的SMA连接器或SMP连接器。
各差分馈电端口对2的两个差分馈电端口的外导体分别连接在底盘1的顶面，底盘1构成各差分馈电端口对2的公共金属地；各差分馈电端口对2的两个差分馈电端口的内导体分别穿出底盘1的底面。
步骤C，将步骤A中设计的差分馈电对数周期天线的两个馈电线分别连接步骤B中构建的反射系数测试装置的各差分馈电端口对2的两个差分馈电端口的内导体，将差分馈电对数周期天线与反射系数测试装置进行联合仿真，分析反射系数测试装置对测试结果的影响。
如图5所示，对差分馈电对数周期天线在300MHz～1000MHz这个较宽的频段内进行电磁仿真，本发明50欧姆双端口差分馈电回波损耗仿真结果与常规100欧姆单端口馈电回波损耗仿真结果的曲线基本吻合，所以本发明构建的反射系数测试装置可以作为差分馈电对数周期天线的测试端口。
步骤D，步骤C完成后，通过反射系数测试装置测试差分馈电对数周期天线的差分信号，将测得的差分信号进行合成，得到差分馈电对数周期天线的端口反射系数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种差分馈电对数周期天线的反射系数测试装置，其特征在于：包括底盘(1)、差分馈电端口对(2)；底盘(1)采用金属导体；差分馈电端口对(2)的数量与差分馈电对数周期天线的极化数相等，每个差分馈电端口对(2)对应一个极化的差分馈电对数周期天线，每个差分馈电端口对(2)包括两个差分馈电端口；各差分馈电端口对(2)的两个差分馈电端口的外导体分别连接底盘(1)，各差分馈电端口对(2)的两个差分馈电端口的内导体分别连接差分馈电对数周期天线的两个馈电线。
2.如权利要求1所述的差分馈电对数周期天线的反射系数测试装置，其特征在于：底盘(1)为圆柱体金属盘、矩形柱体金属盘、菱形柱体金属盘、三角形柱体金属盘、十字交叉结构的金属盘、金属导线中的一种。
3.如权利要求1所述的差分馈电对数周期天线的反射系数测试装置，其特征在于：各差分馈电端口均采用SMA连接器或SMP连接器。
4.一种差分馈电对数周期天线的反射系数测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A，设计差分馈电对数周期天线；
步骤B，构建反射系数测试装置：反射系数测试装置包括底盘(1)、差分馈电端口对(2)；底盘(1)采用金属导体；差分馈电端口对(2)的数量与差分馈电对数周期天线的极化数相等，每个差分馈电端口对(2)对应一个极化的差分馈电对数周期天线，每个差分馈电端口对(2)包括两个差分馈电端口；各差分馈电端口对(2)的两个差分馈电端口的外导体分别连接底盘(1)，各差分馈电端口对(2)的两个差分馈电端口的内导体分别穿出底盘(1)；
步骤C，将步骤A中设计的差分馈电对数周期天线的两个馈电线分别连接步骤B中构建的反射系数测试装置的各差分馈电端口对(2)的两个差分馈电端口的内导体；
步骤D，步骤C完成后，通过反射系数测试装置测试差分馈电对数周期天线的差分信号，将测得的差分信号进行合成，得到差分馈电对数周期天线的端口反射系数。
5.如权利要求4所述的差分馈电对数周期天线的反射系数测试方法，其特征在于：步骤A中，对所设计的差分馈电对数周期天线的形式以及端口反射系数进行电磁仿真。
6.如权利要求4所述的差分馈电对数周期天线的反射系数测试方法，其特征在于：步骤A中，所设计的差分馈电对数周期天线包括对称偶极子(3)、馈电平行双线(4)；对称偶极子(3)包括两个对称设置的振子；馈电平行双线(4)包括两个平行设置的馈电线；对称偶极子(3)的两个振子分别连接馈电平行双线(4)的两个馈电线，对称偶极子(3)的数量为一个或多个。
7.如权利要求4所述的差分馈电对数周期天线的反射系数测试方法，其特征在于：步骤A中，所设计的差分馈电对数周期天线为微带形式或纯金属形式，其极化方式为单线极化、双线极化、圆极化、双圆极化、椭圆极化的其中一种极化方式。
8.如权利要求4所述的差分馈电对数周期天线的反射系数测试方法，其特征在于：步骤B中，底盘(1)为圆柱体金属盘、矩形柱体金属盘、菱形柱体金属盘、三角形柱体金属盘、十字交叉结构的金属盘、金属导线中的一种。
9.如权利要求4所述的差分馈电对数周期天线的反射系数测试方法，其特征在于：步骤B中，各差分馈电端口均采用SMA连接器或SMP连接器。
10.如权利要求4所述的差分馈电对数周期天线的反射系数测试方法，其特征在于：步骤C中，差分馈电对数周期天线与反射系数测试装置连接后，将差分馈电对数周期天线与反射系数测试装置进行联合仿真，分析反射系数测试装置对测试结果的影响。
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