CN111505394A - 基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法 - Google Patents

基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法 Download PDF

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CN111505394A CN202010238697.1A CN202010238697A CN111505394A CN 111505394 A CN111505394 A CN 111505394A CN 202010238697 A CN202010238697 A CN 202010238697A CN 111505394 A CN111505394 A CN 111505394A
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吴永乐
刘元安
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Abstract

本发明实施例提供了一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法，可以获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据；根据目标位置坐标、位置坐标误差和近场误差数据，利用球面波模式展开理论和偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据；根据目标近场数据，利用天线近远场转换策略，得到待测天线的测量结果。本发明实施例中，对球面近场测量得到的待测天线的近场误差数据，利用偏差补偿策略进行了多次迭代修正，对近场误差数据进行偏差补偿可以减小其误差，经过多次迭代，可以利用多次偏差补偿进行数据修正，得到更为接近理想数据的目标近场数据，有效减少误差，提高测试结果的准确度。

Description

基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法。
背景技术
近年来，移动通信技术得到了迅猛发展，从2G时代发展到了现在的4G时代，并即将迎来5G时代。移动通信技术的实现离不开天线的设计，尤其是5G技术的来临，需要在通信端的基站附近增加大量的天线，为了使天线与通信系统相互契合，需要对天线的各性能参数进行测量。因此天线测量技术在整个天线的应用过程中有重要作用。
天线测量技术中的一种为近场测量，近场测量是用一个已知探头天线在距待测天线一定的距离上扫描测量待测天线一个平面或曲面上电磁场的幅度和相位数据，再经过严格的数学变换计算出天线的特性，表现为远场辐射图，当探头天线扫描出的面为三维球面时，则为球面近场测量。
具体的，球面近场测量是将待测天线放置在微波暗室的转台上，微波暗室内放置有探头天线，探头天线用于接收待测天线的辐射场，探头天线在一个相对待测天线固定的采样球面以固定的采样间隔Δθ、Δφ进行采样，获得最终测量数据。探头天线与待测天线是相对移动的，探头天线需要准确定位到每个采样位置上进行测量，但是在实际测量中，探头天线不能准确定位到每个采样位置上，因此测量数据是有误差的，如何在球面近场测量中有效减少误差对天线特性的影响是需要解决的问题。
发明内容
本发明提供一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法，以有效减少误差对天线特性的影响。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法，所述方法包括：
获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，所述探头天线用于测量所述待测天线；
根据所述目标位置坐标、所述位置坐标误差和所述近场误差数据，利用预先设置的球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据；
根据所述目标近场数据，利用预先设置的天线近远场转换策略，得到所述待测天线的测量结果。
特别的，所述获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，包括：
获取探头天线的目标位置坐标；
测量所述探头天线实际放置处的位置坐标；
计算所述实际放置处的位置坐标与所述目标位置坐标间的误差，将所述误差作为所述位置坐标误差；
接收所述待测天线发出的电信号，对所述电信号进行分析，得到所述待测天线的近场误差数据。
特别的，所述根据所述目标位置坐标、所述位置坐标误差和所述近场误差数据，利用预先设置的球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据，包括：
多次迭代执行步骤A至步骤C；
步骤A：根据当前近场数据和所述目标位置坐标，利用预先设置的球面波模式展开理论，计算当前模式系数；
步骤B：根据所述当前模式系数和所述位置坐标误差，利用所述球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，确定修正后的当前近场数据；
步骤C：将所述修正后的当前近场数据，与前一次的近场数据进行对比，得到误差值；
统计连续出现所述误差值小于预设阈值的次数；
当所述次数大于预设次数时，确定最后一次迭代得到的当前近场数据为修正后的目标近场数据。
特别的，所述球面波模式展开理论包括模式系数计算公式和天线近场计算公式；所述偏差补偿策略包括泰勒级数计算公式；
所述根据当前近场数据和所述目标位置坐标，利用预先设置的球面波模式展开理论，计算当前模式系数，包括：
根据当前近场数据和所述目标位置坐标，利用所述模式系数计算公式，计算当前模式系数，所述模式系数计算公式为：
Figure BDA0002431847330000031
Figure BDA0002431847330000032
其中，
Figure BDA0002431847330000033
amn、bmn是所述当前模式系数，
Figure BDA0002431847330000034
和
Figure BDA0002431847330000035
为所述当前近场数据，j代表复数，m和n代表阶数，k＝2π/λ，λ为波长，r为球面半径，Pn |m|代表勒让德函数，fn、gn与汉克尔函数有关，Cmn为常数，e是常数，所述勒让德函数和所述汉克尔函数为模式系数求解过程中所用的函数，r、θ、
Figure BDA0002431847330000036
为所述目标位置坐标；
所述根据所述当前模式系数和所述位置坐标误差，利用所述球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，确定修正后的当前近场数据，包括：
根据所述当前模式系数和所述位置坐标误差，利用所述天线近场计算公式和所述泰勒级数计算公式相结合，确定修正后的当前近场数据，所述天线近场计算公式为：
Figure BDA0002431847330000041
其中，
Figure BDA0002431847330000042
与
Figure BDA0002431847330000043
为球面波函数，(r,θ,
Figure BDA0002431847330000045
)为所述目标位置坐标；
所述泰勒级数计算公式为：
Figure BDA0002431847330000044
其中，f(x0)为所述当前近场数据，(x-x0)为所述位置坐标误差。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，所述探头天线用于测试所述待测天线；
确定模块，用于根据所述目标位置坐标、所述位置坐标误差和所述近场误差数据，利用预先设置的球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据；
测试模块，用于根据所述目标近场数据，利用预先设置的天线近远场转换策略，得到所述待测天线的测试结果。
特别的，所述获取模块，具体用于：
获取探头天线的目标位置坐标；
测量所述探头天线实际放置处的位置坐标；
计算所述实际放置处的位置坐标与所述目标位置坐标间的误差，将所述误差作为所述位置坐标误差；
接收所述待测天线发出的电信号，对所述电信号进行分析，得到所述待测天线的近场误差数据。
特别的，所述确定模块，具体用于：
多次迭代执行步骤A至步骤C；
步骤A：根据当前近场数据和所述目标位置坐标，利用预先设置的球面波模式展开理论，计算当前模式系数；
步骤B：根据所述当前模式系数和所述位置坐标误差，利用所述球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，确定修正后的当前近场数据；
步骤C：将所述修正后的当前近场数据，与前一次的近场数据进行对比，得到误差值；
统计连续出现所述误差值小于预设阈值的次数；
当所述次数大于预设次数时，确定最后一次迭代得到的当前近场数据为修正后的目标近场数据。
特别的，所述球面波模式展开理论包括模式系数计算公式和天线近场计算公式；所述偏差补偿策略包括泰勒级数计算公式；
所述确定模块，具体用于：
根据当前近场数据和所述目标位置坐标，利用所述模式系数计算公式，计算当前模式系数，所述模式系数计算公式为：
Figure BDA0002431847330000051
Figure BDA0002431847330000052
其中，
Figure BDA0002431847330000053
amn、bmn是所述当前模式系数，
Figure BDA0002431847330000065
和
Figure BDA0002431847330000066
为所述当前近场数据，j代表复数，m和n代表阶数，k＝2π/λ，λ为波长，r为球面半径，Pn |m|代表勒让德函数，fn、gn与汉克尔函数有关，Cmn为常数，e是常数，所述勒让德函数和所述汉克尔函数为模式系数求解过程中所用的函数，r、θ、
Figure BDA0002431847330000067
为所述目标位置坐标；
所述确定模块，具体用于：
根据所述当前模式系数和所述位置坐标误差，利用所述天线近场计算公式和所述泰勒级数计算公式相结合，确定修正后的当前近场数据，所述天线近场计算公式为：
Figure BDA0002431847330000061
其中，
Figure BDA0002431847330000062
与
Figure BDA0002431847330000063
为球面波函数，(r,θ,
Figure BDA0002431847330000068
)为所述目标位置坐标；
所述泰勒级数计算公式为：
Figure BDA0002431847330000064
其中，f(x0)为所述当前近场数据，(x-x0)为所述位置坐标误差。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。
本发明实施例提供了一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法，可以获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，探头天线用于测量待测天线；根据目标位置坐标、位置坐标误差和近场误差数据，利用预先设置的球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据；根据目标近场数据，利用天线近远场转换策略，得到待测天线的测量结果。
本发明实施例中，对球面近场测量得到的待测天线的近场误差数据，利用偏差补偿策略进行了多次迭代修正，对近场误差数据进行偏差补偿可以减小其误差，经过多次迭代，可以利用多次偏差补偿进行数据修正，得到更为接近理想数据的目标近场数据，有效减少误差，提高测试结果的准确度。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法流程图。
图2为本发明实施例提供的一种天线球面近场测量中采样点位置示意图。
图3为本发明实施例提供的第二种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法流程图。
图4为本发明实施例提供的第三种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法流程图。
图5为本发明实施例提供的一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量装置结构示意图。
图6为本发明实施例提供的一种电子设备结构示意图。
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。
近年来，移动通信的迅猛发展推动了基站天线的研发工作，天线也越来越重要，对于天线设计的精准度要求越来越高。尤其是5G通信中大规模多输入多输出技术的引入，需要在通信端的基站附近増加大量的天线，天线数目的大量増加可以使系统的通信性能有显著的提高。天线在水平和垂直方向上进行波束成形，因而在建筑物的不同楼层或建筑物外等范围内进行通信。由于天线的尺寸越来越大，如基站天线，天线远场测量需要占用更大的场地、更多的费用及时间，而且测量环境也受到限制，使得天线远场测量已经不再具有实际意义。所以近年来，近场测量技术得到重视，该技术通过天线的近场数据得到天线的远场性能图。近场测量技术主要在微波暗室中实现，通过某一面(平面、柱面、球面)的取样就可以得到天线各个方向的远场方向性能，这种测量技术可以节约空间与成本，免去建造大型微波暗室的难度，而且测量环境可控，可以进行高精度的测量，保证了全天候都能进行天线测量，结果稳定，信息量大。
天线近场测量主要是通过近场数据来获得天线远场方向特性。近远场转换算法主要是依据球面波展开理论得到的。天线近场测量的方法主要分为三种：平面近场测量、柱面近场测量和球面近场测量。由于球面近场测量是在一个封闭曲面上的采样，可以获得更全面的采样信息，所以近年来得到广泛关注。天线近场测量系统最重要的是测量的准确性和精确性，但是在实际测量中，现实的环境以及器材等都含有一定的误差，而且误差源有多种，比如机械误差、探头本身的方向不理想性、采样位置的偏差等，其中位置误差(即探头天线位置坐标误差)是一个重要的误差因素。
对于较大的位置误差，这是属于机械上的误差，可以直接通过手动进行校正，然而对于较小的误差，可以通过算法的形式进行更好的解决。根据以往的调研发现位置误差的校正等问题在平面及柱面近场测量中已得到较好的解决，对于球面近场测量的位置误差分析及校正还需得到进一步的研究与分析。
现有技术提供了一种天线近场测量中位置误差校正的解决方案，具体实施步骤为：
(1)在HFSS中建立天线模型或者实际测量天线数据；
(2)目标天线远场辐射图和天线近场位置误差数据的获得；
(3)对由误差数据得到的球面波模系数运用泰勒级数校正；
(4)得到校正后的远场图，与理想远场图进行对比，判断并证明泰勒级数算法在天线球面近场测量位置校正中的有效性。
上述解决方案可以应对较小的探头位置误差，但是该方案中的算法是一个粗略的一次数学估计，只能解决探头位置误差较小的情况，如果位置误差数量较多或者位置误差稍微大一些，现有技术将不能有效补偿位置误差，不能得到与理想远场辐射特性更为接近的转换远场结果。
本发明主要分析球面近场测量系统中采样位置误差对经过近远场转换后的天线远场的影响，同时提出采用泰勒级数的方法对不同方向位置误差进行迭代校正的策略。此方法通过对近场数据进行校正，可以有效减少位置误差对天线远场的影响，能修正更多的近场测量探头位置误差，同等情况下得到的转换远场结果更为理想。
对此，本发明实施例公开了一种天线球面近场测量方法，以下分别进行详细说明。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法，参见图1，该方法包括：
S101：获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，探头天线用于测量待测天线。
S102：根据目标位置坐标、位置坐标误差和近场误差数据，利用预先设置的球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据。
S103：根据目标近场数据，利用预先设置的天线近远场转换策略，得到待测天线的测量结果。
本发明实施例中，对球面近场测量得到的待测天线的近场误差数据，利用偏差补偿策略进行了多次迭代修正，对近场误差数据进行偏差补偿可以减小其误差，经过多次迭代，可以利用多次偏差补偿进行数据修正，得到更为接近理想数据的目标近场数据，有效减少误差，提高测试结果的准确度。
在测量时，以待测天线为球心，探头天线在距球心一定距离的球面上对待测天线发出的电磁波信号进行数据采样，可以认为当距离为4λ-20λ(λ为波长)时均属于近场范围，可以固定待测天线的位置，移动探头天线的位置完成采样，数据采样的位置都在固定采样球面上，采样球面是由采样点组成的，探头天线在这些点上采集信号，因而数据采样的过程可以理解为探头天线从一个采样点移动到另一个采样点，根据采样规则决定在哪些点处进行采样，这些点的位置坐标就是探头天线的目标位置坐标，也叫采样点位置坐标。
具体举例说明采样规则，如图2所示，探头相对待测天线饶水平轴以Δθ为间隔进行步进，其范围为0≤θ<π，绕垂直轴以ΔΦ为间隔进行步进，其范围为0≤Φ<2π。当θ为0时，待测天线绕垂直轴以ΔΦ为间隔进行扫描采样，然后将待测天线绕水平轴旋转Δθ，再次绕垂直轴以ΔΦ为间隔进行扫描采样，每个采样点的坐标以r、θ、Φ表示，r为球面半径。其中，Δθ≤2π/(2N+1)，ΔΦ≤2π/(2N+1)，N＝kr+10，k＝2π/λ。
信号源发出激励，通过待测天线转化为电磁波，电磁波在空间传播，被探头天线接收，探头天线把接收到的电信号传送给接收机，由接收机传输给数据采集子系统输出数据。因此，通过探头天线直接对待测天线的测量球面进行采样后得到的数据为近场误差数据，表现为二维矩阵形式，矩阵每个元素代表一个采样点的值，每个值是一个复数，这个值表示电场，可以表征幅值和相位等特性。
实际测量时，探头天线并不能百分百移动到指定采样点的位置，因此实际探头天线的位置坐标与目标位置坐标之间是有误差的，由此测量到的近场数据是有误差的，本发明实施例中，通过预先设置的球面波模式展开理论和偏差补偿策略对近场误差数据进行修正，得到目标近场数据，然后利用天线近远场转换策略进行数据处理，可以得到需要的远场数据，用来表征天线特性。近场与远场是以场的位置距待测天线的距离划分的，当距离为4λ-20λ(λ为波长)时均属于近场范围，远场可以认为是距离天线无限远时的辐射场。
特别的，步骤S101具体可以包括：
获取探头天线的目标位置坐标；
测量探头天线实际放置处的位置坐标；
计算实际放置处的位置坐标与目标位置坐标间的误差，将误差作为位置坐标误差；
接收待测天线发出的电信号，对电信号进行分析，得到待测天线的近场误差数据。
利用一个精度高的激光测量系统测量探头天线实际放置处的位置坐标。实际放置处是指探头天线实际测量时采样点的位置。计算实际放置处的位置坐标与根据采样规则得到的目标位置坐标间的误差，为探头天线的位置坐标误差，也叫采样位置误差。
特别的，基于图1所示实施例，本发明实施例提供了另一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法，参见图3，该方法包括：
S301：获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，探头天线用于测量待测天线。
S302：根据当前近场数据和目标位置坐标，利用预先设置的球面波模式展开理论，计算当前模式系数。
S303：根据当前模式系数和位置坐标误差，利用球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，确定修正后的当前近场数据。
S304：将修正后的当前近场数据，与前一次的近场数据进行对比，得到误差值，重复执行步骤S302至步骤S304。
S305：统计连续出现误差值小于预设阈值的次数。
S306：当次数大于预设次数时，确定最后一次迭代得到的当前近场数据为修正后的目标近场数据。
S307：根据目标近场数据，利用预先设置的天线近远场转换策略，得到待测天线的测量结果。
天线辐射场的球面波模式展开理论是指将待测天线在空间建立的辐射场分解为模式波，位置不同分解的模式波是不同的，求解模式波函数，将各模式波函数加权求和可以得到待测天线的电磁特性。模式系数是各个模式波的加权系数，模式系数在传播距离的变化时是不变的，也就是说只要求解出准确的模式系数，任何位置的天线辐射场都能得到求解，不管是近场还是远场。
本发明实施例中，近场误差数据存在误差，利用预先设置的偏差补偿策略，通过迭代的形式对近场误差数据进行修正。第一次迭代时的当前近场数据为近场误差数据。多次迭代时，根据当前近场数据和目标位置坐标，利用球面波模式展开理论，计算优化后的模式系数，然后根据优化后的模式系数，利用偏差补偿策略和球面波模式展开理论，进一步计算更为精确的当前近场数据，重复优化模式系数、根据优化后的模式系数计算更为精确的当前近场数据的过程。其中，偏差补偿策略为根据当前近场数据和位置坐标误差利用泰勒级数对近场数据进行校正。即每一次误差修正是在前次修正后的基础上，进行泰勒补偿项的再次计算和加入，多次迭代的目的是逐步减小模式系数、近场数据的误差。
在每一次计算出修正后的当前近场数据后，对当前近场数据进行判断，如果连续几次修正后得到的近场数据的变化范围很小时，迭代可以停止。具体判断过程为，将当前近场数据与前次近场数据进行对比，得到对比误差值，当误差值小于预设阈值时，表明误差范围很小，当连续几次计算出的误差值均小于预设阈值时，可以认为连续几次得到的修正近场数据趋于稳定且接近于目标近场数据，因此当连续出现误差值小于预设阈值的次数大于预设次数时，确定最后一次迭代得到的当前近场数据为修正后的目标近场数据。在一种可实现的方式中，误差可以利用均方误差方法进行计算。
本发明实施例中，通过将泰勒级数算法应用到天线球面近场测量的探头天线位置误差迭代校正中，可以对球面近场测量数据进行有效的校正，得到与目标远场数据较接近的预测远场数据。本发明实施例提出的方法因为迭代过程的处理，初始误差容忍程度较高，可以在探头天线位置误差较多的情况下有效地还原天线辐射远场特性，提高修正效果，减少误差对天线特性的影响。
特别的，球面波模式展开理论包括模式系数计算公式和天线近场计算公式；偏差补偿策略包括泰勒级数计算公式；
根据当前近场数据和目标位置坐标，利用预先设置的球面波模式展开理论，计算当前模式系数，包括：
根据当前近场数据和目标位置坐标，利用模式系数计算公式，计算当前模式系数，模式系数计算公式为：
Figure BDA0002431847330000131
Figure BDA0002431847330000132
其中，
Figure BDA0002431847330000133
amn、bmn是当前模式系数，
Figure BDA0002431847330000138
和
Figure BDA0002431847330000139
为当前近场数据，j代表复数，m和n代表阶数，k＝2π/λ，λ为波长，r为球面半径，Pn |m|代表勒让德函数，fn、gn与汉克尔函数有关，Cmn为常数，e是常数，勒让德函数和汉克尔函数为模式系数求解过程中所用的函数，r、θ、
Figure BDA00024318473300001310
为目标位置坐标；
根据当前模式系数和位置坐标误差，利用球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，确定修正后的当前近场数据，包括：
根据当前模式系数和位置坐标误差，利用天线近场计算公式和泰勒级数计算公式相结合，确定修正后的当前近场数据，天线近场计算公式为：
Figure BDA0002431847330000134
其中，
Figure BDA0002431847330000135
与
Figure BDA0002431847330000136
为球面波函数，(r,θ,
Figure BDA00024318473300001311
)为目标位置坐标；
泰勒级数计算公式为：
Figure BDA0002431847330000137
其中，f(x0)为当前近场数据，(x-x0)为位置坐标误差。
将探头天线的目标位置坐标(r,θ,
Figure BDA0002431847330000141
)和近场误差数据，代入模式系数计算公式，得到当前模式系数，其中第一次计算得到的模式系数为粗略估计的，而从第二次计算得到的模式系数则为优化后的，将当前模式系数代入天线近场计算公式中，结合偏差补偿策略，得到经过修正的当前近场数据。天线近场计算公式中r的取值范围属于近场范围。泰勒级数计算公式的运用方式为对天线近场计算公式求偏导。
总的来说，本发明实施例提供了另一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法，参见图4，该方法包括：
S401：在HFSS中建立待测天线模型。
S402：获得待测天线目标远场辐射图和近场误差数据。
S403：粗略计算模式系数，运用泰勒级数对近场误差数据进行一次修正。
S404：根据前次修正的近场数据计算模式系数，将前次修正的近场数据运用泰勒级数进行迭代校正。
S405：将当前校正后的近场数据与前一次校正后的近场数据进行对比。
S406：根据对比结果判断迭代是否终止，若是则执行步骤S407；若否则执行步骤S404。
S407：根据最后得到的校正后的近场数据得到远场辐射图，与目标远场辐射图进行对比，判断并证明泰勒级数算法在天线球面近场测量位置校正中的有效性。
本发明实施例中，在仿真软件(比如HFSS)中建立待测天线模型，待测天线的类型有很多种，比如喇叭天线，此天线具有较强的辐射特性。在仿真软件对待测天线进行模拟，就可以得到待测天线的目标远场辐射图，是待测天线理想中的远场辐射特性。近场误差数据在距待测天线一定距离的球面上进行采样测量得到的数据，可以模拟仿真有位置误差的近场数据，由近场误差数据可以得到测量结果转换得到的远场辐射特性。
将近场误差数据和采样点正确位置坐标(r,θ,
Figure BDA0002431847330000142
)，即探头天线的目标位置坐标，代入模式系数计算公式，得到粗略估计的模式系数，将粗略估计的模式系数代入天线近场计算公式，结合泰勒级数修正，得到粗略修正后的近场数据。采样点正确位置坐标依据近场采样准则设计，并将设计值在仿真软件中实现。
天线近场计算公式为：
Figure BDA0002431847330000151
其中，
Figure BDA0002431847330000152
与
Figure BDA0002431847330000153
为球面波函数，amn与bmn为模式系数。
泰勒级数公式如下：
Figure BDA0002431847330000154
其中，f(x0)相当于近场数据，(x-x0)相当于位置坐标误差的具体值，o((x-x0)n)为泰勒级数转换中的误差，这个误差随着采用级数的增加而减小，为了使用方便以及减小误差，可以根据具体情况进行级数的选择。
获取探头天线位置坐标误差，根据目标位置坐标和前次修正的近场数据，用模式系数计算公式计算模式系数，得到优化的模式系数，然后利用优化后的模式系数和位置坐标误差，使用泰勒级数计算出更为准确的近场数据，计算当前近场数据与上次近场数据的误差，得到一次对比结果。重复进行根据优化的模式系数对近场数据进行泰勒级数校正，得到更为准确的近场数据的过程，将每次修正的近场数据与上次修正的近场数据进行对比，得到多次对比结果。
根据对比结果判断迭代是否终止，如果连续几次校正得到的近场数据几乎没有变化，即连续多次得到的对比结果是接近的，判断迭代终止，否则重复使用泰勒级数校正过程。
迭代终止后，根据最后得到的校正后的近场数据，可以得到由测量数据得到的远场辐射图，与由仿真得到的目标远场辐射图进行对比，根据对比结果可以证明泰勒级数算法在天线球面近场测量位置校正中是有效的。
本发明实施例中，每一次误差修正是在前次修正近的基础上，进行泰勒补偿项的再次计算和加入。因为迭代过程的处理，可以有效减少误差。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量装置，参见图5，该装置包括获取模块510、确定模块520、测试模块530，其中：
获取模块510，用于获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，探头天线用于测试待测天线。
确定模块520，用于根据目标位置坐标、位置坐标误差和近场误差数据，利用预先设置的球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据。
测试模块530，用于根据目标近场数据，利用预先设置的天线近远场转换策略，得到待测天线的测试结果。
特别的，获取模块510，具体可以用于：
获取探头天线的目标位置坐标；
测量探头天线实际放置处的位置坐标；
计算实际放置处的位置坐标与目标位置坐标间的误差，将误差作为位置坐标误差；
接收待测天线发出的电信号，对电信号进行分析，得到待测天线的近场误差数据。
特别的，确定模块520，具体可以用于：
多次迭代执行步骤A至步骤C；
步骤A：根据当前近场数据和目标位置坐标，利用预先设置的球面波模式展开理论，计算当前模式系数；
步骤B：根据当前模式系数和位置坐标误差，利用球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，确定修正后的当前近场数据；
步骤C：将修正后的当前近场数据，与前一次的近场数据进行对比，得到误差值；
统计连续出现所述误差值小于预设阈值的次数；
当次数大于预设次数时，确定最后一次迭代得到的当前近场数据为修正后的目标近场数据。
特别的，球面波模式展开理论包括模式系数计算公式和天线近场计算公式；偏差补偿策略包括泰勒级数计算公式；
确定模块520，具体可以用于：
根据当前近场数据和目标位置坐标，利用模式系数计算公式，计算当前模式系数，模式系数计算公式为：
Figure BDA0002431847330000171
Figure BDA0002431847330000172
其中，
Figure BDA0002431847330000173
amn、bmn是当前模式系数，
Figure BDA0002431847330000174
和
Figure BDA0002431847330000175
为当前近场数据，j代表复数，m和n代表阶数，k＝2π/λ，λ为波长，r为球面半径，Pn |m|代表勒让德函数，fn、gn与汉克尔函数有关，Cmn为常数，e是常数，勒让德函数和汉克尔函数为模式系数求解过程中所用的函数，r、θ、
Figure BDA0002431847330000179
为目标位置坐标；
确定模块520，具体可以用于：
根据当前模式系数和位置坐标误差，利用天线近场计算公式和泰勒级数计算公式相结合，确定修正后的当前近场数据，天线近场计算公式为：
Figure BDA0002431847330000176
其中，
Figure BDA0002431847330000177
与
Figure BDA0002431847330000178
为球面波函数，(r,θ,
Figure BDA00024318473300001710
)为目标位置坐标；
泰勒级数计算公式为：
Figure BDA0002431847330000181
其中，f(x0)为当前近场数据，(x-x0)为位置坐标误差。
应用本发明，对球面近场测量得到的待测天线的近场误差数据，利用偏差补偿策略进行了多次迭代修正，对近场误差数据进行偏差补偿可以减小其误差，经过多次迭代，可以利用多次偏差补偿进行数据修正，得到更为接近理想数据的目标近场数据，有效减少误差，提高测试结果的准确度。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图6所示，包括处理器601、通信接口602、存储器603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信，
存储器603，用于存放计算机程序；
处理器601，用于执行存储器603上所存放的程序时，实现如下步骤：
获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，探头天线用于测量待测天线；
根据目标位置坐标、位置坐标误差和近场误差数据，利用预先设置的球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据；
根据目标近场数据，利用预先设置的天线近远场转换策略，得到待测天线的测量结果。
上述电子设备提到的通信总线可以是PCI(Peripheral ComponentInterconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)，也可以包括NVM(Non-Volatile Memory，非易失性存储器)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、NP(Network Processor，网络处理器)等；还可以是DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本实施例中，处理器601通过读取存储器603中存储的机器可执行指令，被机器可执行指令促使能够实现：获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，探头天线用于测量待测天线；根据目标位置坐标、位置坐标误差和近场误差数据，利用预先设置的球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据；根据目标近场数据，利用天线近远场转换策略，得到待测天线的测量结果。本发明实施例中，对球面近场测量得到的待测天线的近场误差数据，利用偏差补偿策略进行了多次迭代修正，对近场误差数据进行偏差补偿可以减小其误差，经过多次迭代，可以利用多次偏差补偿进行数据修正，得到更为接近理想数据的目标近场数据，有效减少误差，提高测试结果的准确度。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时至少实现如下步骤：
获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，探头天线用于测量待测天线；
根据目标位置坐标、位置坐标误差和近场误差数据，利用预先设置的球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据；
根据目标近场数据，利用预先设置的天线近远场转换策略，得到待测天线的测量结果。
本实施例中，机器可读存储介质在运行时执行本发明实施例所提供的方法的计算机程序，因此能够实现：可以获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，探头天线用于测量待测天线；根据目标位置坐标、位置坐标误差和近场误差数据，利用预先设置的球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据；根据目标近场数据，利用天线近远场转换策略，得到待测天线的测量结果。本发明实施例中，对球面近场测量得到的待测天线的近场误差数据，利用偏差补偿策略进行了多次迭代修正，对近场误差数据进行偏差补偿可以减小其误差，经过多次迭代，可以利用多次偏差补偿进行数据修正，得到更为接近理想数据的目标近场数据，有效减少误差，提高测试结果的准确度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品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、物品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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备和计算机可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法，其特征在于，所述方法包括：
获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，所述探头天线用于测量所述待测天线；
根据所述目标位置坐标、所述位置坐标误差和所述近场误差数据，利用预先设置的球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据；
根据所述目标近场数据，利用预先设置的天线近远场转换策略，得到所述待测天线的测量结果。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，包括：
获取探头天线的目标位置坐标；
测量所述探头天线实际放置处的位置坐标；
计算所述实际放置处的位置坐标与所述目标位置坐标间的误差，将所述误差作为所述位置坐标误差；
接收所述待测天线发出的电信号，对所述电信号进行分析，得到所述待测天线的近场误差数据。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据所述目标位置坐标、所述位置坐标误差和所述近场误差数据，利用预先设置的球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据，包括：
多次迭代执行步骤A至步骤C；
步骤A：根据当前近场数据和所述目标位置坐标，利用预先设置的球面波模式展开理论，计算当前模式系数；
步骤B：根据所述当前模式系数和所述位置坐标误差，利用所述球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，确定修正后的当前近场数据；
步骤C：将所述修正后的当前近场数据，与前一次的近场数据进行对比，得到误差值；
统计连续出现所述误差值小于预设阈值的次数；
当所述次数大于预设次数时，确定最后一次迭代得到的当前近场数据为修正后的目标近场数据。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述球面波模式展开理论包括模式系数计算公式和天线近场计算公式；所述偏差补偿策略包括泰勒级数计算公式；
所述根据当前近场数据和所述目标位置坐标，利用预先设置的球面波模式展开理论，计算当前模式系数，包括：
根据当前近场数据和所述目标位置坐标，利用所述模式系数计算公式，计算当前模式系数，所述模式系数计算公式为：
Figure FDA0002431847320000021
Figure FDA0002431847320000022
其中，
Figure FDA0002431847320000023
amn、bmn是所述当前模式系数，
Figure FDA0002431847320000024
和
Figure FDA0002431847320000025
为所述当前近场数据，j代表复数，m和n代表阶数，k＝2π/λ，λ为波长，r为球面半径，Pn |m|代表勒让德函数，fn、gn与汉克尔函数有关，Cmn为常数，e是常数，所述勒让德函数和所述汉克尔函数为模式系数求解过程中所用的函数，r、θ、
Figure FDA0002431847320000026
为所述目标位置坐标；
所述根据所述当前模式系数和所述位置坐标误差，利用所述球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，确定修正后的当前近场数据，包括：
根据所述当前模式系数和所述位置坐标误差，利用所述天线近场计算公式和所述泰勒级数计算公式相结合，确定修正后的当前近场数据，所述天线近场计算公式为：
Figure FDA0002431847320000031
其中，
Figure FDA0002431847320000032
与
Figure FDA0002431847320000033
为球面波函数，
Figure FDA0002431847320000035
为所述目标位置坐标；
所述泰勒级数计算公式为：
Figure FDA0002431847320000034
其中，f(x0)为所述当前近场数据，(x-x0)为所述位置坐标误差。
5.一种基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取探头天线的目标位置坐标、位置坐标误差和待测天线的近场误差数据，所述探头天线用于测试所述待测天线；
确定模块，用于根据所述目标位置坐标、所述位置坐标误差和所述近场误差数据，利用预先设置的球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，进行多次迭代修正，得到修正后的目标近场数据；
测试模块，用于根据所述目标近场数据，利用预先设置的天线近远场转换策略，得到所述待测天线的测试结果。
6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述获取模块，具体用于：
获取探头天线的目标位置坐标；
测量所述探头天线实际放置处的位置坐标；
计算所述实际放置处的位置坐标与所述目标位置坐标间的误差，将所述误差作为所述位置坐标误差；
接收所述待测天线发出的电信号，对所述电信号进行分析，得到所述待测天线的近场误差数据。
7.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于：
多次迭代执行步骤A至步骤C；
步骤A：根据当前近场数据和所述目标位置坐标，利用预先设置的球面波模式展开理论，计算当前模式系数；
步骤B：根据所述当前模式系数和所述位置坐标误差，利用所述球面波模式展开理论和预先设置的偏差补偿策略，确定修正后的当前近场数据；
步骤C：将所述修正后的当前近场数据，与前一次的近场数据进行对比，得到误差值；
统计连续出现所述误差值小于预设阈值的次数；
当所述次数大于预设次数时，确定最后一次迭代得到的当前近场数据为修正后的目标近场数据。
8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述球面波模式展开理论包括模式系数计算公式和天线近场计算公式；所述偏差补偿策略包括泰勒级数计算公式；
所述确定模块，具体用于：
根据当前近场数据和所述目标位置坐标，利用所述模式系数计算公式，计算当前模式系数，所述模式系数计算公式为：
Figure FDA0002431847320000041
Figure FDA0002431847320000042
其中，
Figure FDA0002431847320000051
amn、bmn是所述当前模式系数，
Figure FDA0002431847320000056
和
Figure FDA0002431847320000057
为所述当前近场数据，j代表复数，m和n代表阶数，k＝2π/λ，λ为波长，r为球面半径，Pn |m|代表勒让德函数，fn、gn与汉克尔函数有关，Cmn为常数，e是常数，所述勒让德函数和所述汉克尔函数为模式系数求解过程中所用的函数，r、θ、
Figure FDA0002431847320000058
为所述目标位置坐标；
所述确定模块，具体用于：
根据所述当前模式系数和所述位置坐标误差，利用所述天线近场计算公式和所述泰勒级数计算公式相结合，确定修正后的当前近场数据，所述天线近场计算公式为：
Figure FDA0002431847320000052
其中，
Figure FDA0002431847320000053
与
Figure FDA0002431847320000054
为球面波函数，
Figure FDA0002431847320000059
为所述目标位置坐标；
所述泰勒级数计算公式为：
Figure FDA0002431847320000055
其中，f(x0)为所述当前近场数据，(x-x0)为所述位置坐标误差。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的所述计算机程序时，实现权利要求1-4任一所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述的方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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