CN113225147A - 一种阵列天线总辐射功率的测量方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种阵列天线总辐射功率的测量方法、装置和系统，其中，所述方法包括：确定阵列天线在角度空间的瑞利分辨率，根据所述瑞利分辨率设置采样点的步进栅格间距；按照所述步进栅格间距确定采样点，在所述采样点位置测量等效全向辐射功率EIRP，根据所述EIRP确定TRP。本发明实施例相对于传统的角度步进栅格θgrid、
Figure DDA0003052801300000011
为15°的测试方式，降低了测量误差；另外通过归一化波矢空间转换，进一步减少采样点数，提高了测量效率。

Description

一种阵列天线总辐射功率的测量方法、装置和系统
本申请是2018年5月7日递交的申请号为201810426814.X、申请名称为“一种阵列天线总辐射功率的测量方法、装置和系统”的分案申请。
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，尤指一种阵列天线总辐射功率(Total RadiatedPower，TRP)的测量方法、装置和系统。
背景技术
随着人们对更高质量、更高清晰度和更快响应速度内容需求的提升，第5代(5th-Generation，5G)移动通信技术应运而生，它包含了多项新技术，包括大规模阵列天线(Massive-MIMO)、波束成型技术(Beam Forming)、毫米波通信等。其中毫米波通信技术主要指的是利用波长在毫米量级的电磁波(频率为30GHz～300GHz)作为基站接入网络载体的通信技术。毫米波技术的介入，使得振子尺寸缩小到毫米级，大规模阵列天线技术广泛应用于5G通信产品中，阵列天线的振子单元数从128到256，甚至512，都已有成功应用案例。毫米波电路设计及大规模阵列天线的应用，要求有源天线系统(Active Antenna System，AAS)与远端射频单元(Radio Remote Unit，RRU)实现一体化。
第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)中的一项标准TS38.104规定，毫米波AAS一体化基站属于2-O类型5G设备，其射频指标必须在毫米波暗室中通过空口(Over the Air，OTA)方式测量。其中基站TRP是一项关键性的OTA测试条目；是衡量基站输出功率、杂散、邻道功率泄漏率(Adjacent Channel Leakage Ratio，ACLR)等多项射频指标的基础。
在传统低频段(Sub 6GHz)TRP测量中，美国无线通信和互联网协会(CTIA)规范以及中国通信行业标准YD/T 1484规定角度步进栅格θgrid、
Figure BDA0003052801280000021
为15°。但是对毫米波大规模阵列天线基站，该测试规范将导致较大的测量误差。
发明内容
本发明实施例提供了一种阵列天线TRP的测量方法、装置和系统，以降低测量误差。
本发明实施例提供了一种阵列天线总辐射功率TRP的测量方法，包括：
确定阵列天线在角度空间的瑞利分辨率，根据所述瑞利分辨率设置采样点的步进栅格间距；
按照所述步进栅格间距确定采样点，在所述采样点位置测量等效全向辐射功率(Equivalent Isotropic Radiated Power，EIRP)，根据所述EIRP确定TRP。
本发明实施例还提供一种阵列天线总辐射功率TRP的测量装置，包括：
设置步进栅格间距模块，用于确定阵列天线在角度空间的瑞利分辨率，根据所述瑞利分辨率设置采样点的步进栅格间距；
TRP确定模块，用于按照所述步进栅格间距确定采样点，在所述采样点位置测量等效全向辐射功率EIRP，根据所述EIRP确定TRP。
本发明实施例还提供一种阵列天线总辐射功率TRP的测量系统，包括：固定在转台上的被测试设备、测试天线系统、功率检测仪和测试机，其中，所述被测试设备包括集成在一起的阵列天线和远端射频单元，所述功率检测仪与所述测试天线系统相连，所述测试机分别与所述被测试设备、转台、测试天线系统和功率检测仪相连；
所述测试机用于：确定阵列天线在角度空间的瑞利分辨率，根据所述瑞利分辨率设置采样点的步进栅格间距；以及，按照所述步进栅格间距确定采样点，控制所述被测试设备、转台、测试天线系统和功率检测仪在所述采样点位置测量等效全向辐射功率EIRP，根据所述EIRP确定TRP。
本发明实施例还提供一种阵列天线总辐射功率TRP的测量方法，包括：
确定阵列天线在归一化波矢空间内采样点的栅格间距；
根据所述栅格间距确定归一化波矢空间内的均匀采样点；
根据所述归一化波矢空间内的均匀采样点确定角度空间内对应的非均匀采样点；
在角度空间按照球形坐标系中的非均匀采样点位置测量EIRP，根据所述EIRP确定TRP。
本发明实施例还提供一种阵列天线总辐射功率TRP的测量装置，包括：
栅格间距确定模块，用于确定阵列天线在归一化波矢空间内采样点的栅格间距；
均匀采样点确定模块，用于根据所述栅格间距确定归一化波矢空间内的均匀采样点；
非均匀采样点确定模块，用于根据所述归一化波矢空间内的均匀采样点确定角度空间内对应的非均匀采样点；
TRP确定模块，用于在角度空间按照球形坐标系中的非均匀采样点位置测量EIRP，根据所述EIRP确定TRP。
本发明实施例还提供一种阵列天线总辐射功率TRP的测量系统，包括：固定在转台上的被测试设备、测试天线系统、功率检测仪和测试机，其中，所述被测试设备包括集成在一起的阵列天线和远端射频单元，所述功率检测仪与所述测试天线系统相连，所述测试机分别与所述被测试设备、转台、测试天线系统和功率检测仪相连；
所述测试机用于：确定阵列天线在归一化波矢空间内采样点的栅格间距；据所述栅格间距确定归一化波矢空间内的均匀采样点；根据所述归一化波矢空间内的均匀采样点确定角度空间内对应的非均匀采样点；控制所述被测试设备、转台、测试天线系统和功率检测仪在角度空间按照球形坐标系中的非均匀采样点位置测量EIRP，根据所述EIRP确定TRP。
本发明实施例相对于传统的角度步进栅格θgrid、
Figure BDA0003052801280000031
为15°的测试方式，降低了测量误差；另外通过归一化波矢空间转换，进一步减少采样点数，提高了测量效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是8×16振子阵列θgrid，
Figure BDA0003052801280000041
取15°扫描间隔时，θ，
Figure BDA0003052801280000042
初始扫描角度变化时，计算得出的TRP数值出现的大幅度波动。
图2是本发明实施例的测试系统示意图。
图3是本发明实施例的测试环境的空间坐标系。
图4(a)是规则矩形振子阵列的示意图。
图4(b)和(c)是不规则阵列示意图。
图5是本发明实施例采用均匀采样方案的阵列天线TRP的测量方法的流程图。
图6是本发明实施例采用均匀采样方案的阵列天线TRP的测量装置的示意图。
图7(a)和(b)是实验天线仿真三维方向图在角度空间的二维平面展开。
图8是本发明实施例采用非均匀采样方案的阵列天线TRP的测量方法的流程图。
图9是本发明实施例采用非均匀采样方案的阵列天线TRP的测量装置的示意图。
图10(a)和(b)是实验天线仿真三维方向图在归一化波矢空间的二维平面展开。
图11是本发明应用实例的采用均匀采样方案的阵列天线TRP的测量方法的流程图。
图12是本发明应用实例的采用非均匀采样方案的阵列天线TRP的测量方法的流程图。
图13是8×16振子阵列θgrid，
Figure BDA0003052801280000056
取值1°～30°情况下计算TRP的误差在θgrid，
Figure BDA0003052801280000057
两个维度的分布图。
具体实施方式
下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
目前测量TRP，可以在毫米波暗室中内借助三维转台进行测量。其步骤为：被测设备(Equipment Under Test，EUT)固定在转台上，通过远场处的接收探头测量EUT的等效全向辐射功率(Equivalent Isotropic Radiated Power，EIRP)。在球形坐标系中以圆锥切法或者大圆切法，测量天线球面场的EIRP分布。最后参照如下公式(引自3GPP TS37.843)计算TRP：
Figure BDA0003052801280000051
根据公式(1)，TRP的计算基于N×M次EIRP测量。N、M的取值则依赖于θ和
Figure BDA0003052801280000052
的步进栅格：
Figure BDA0003052801280000053
在传统低频段(Sub 6GHz)TRP测量中，美国CTIA规范以及中国通信行业标准YD/T1484规定角度步进栅格θgrid、
Figure BDA0003052801280000054
为15°。
以较为成熟的128振子(8×16排列)阵列天线为例，发射信号30GHz，球面测量步进栅格θgrid、
Figure BDA0003052801280000055
各取15°，根据传统方案(即YD/T 1484测量步骤)测试TRP。为定量观察测量误差，将球面测量EIRP的初始位置按照1°～15°变化，参照图1，得出TRP最终测试值相对于真实值的变化曲线，阵列天线的单元间距为0.5λ，横坐标指的是扫描起始点位置。这种传统的15°扫描间隔通常应用于sub 6GHz终端设备。从图1中就可以看出，采用这种15°扫描间隔时，计算所得的TRP结果随起始点位置的变化产生了14dB左右的波动。主要原因是毫米波阵列天线第一零点波束宽度(First Null Beamwidth，FNBW)已小于传统的Sub 6GHz天线波束的FNBW，对于毫米波基站天线的球面能量密度空间按15°的角度栅格采样，测量结果会失真。所以15°扫描间隔已经不能准确反映TRP数值，需要增加点数，提高扫描密度。
既然传统的15°扫描间隔TRP测试方案不能有效应用于毫米波阵列天线TRP的测量，人们需要升级传统的测试方案，甚至需要设计全新的测试方案来应对这种情况。
毫米波大规模阵列天线的TRP测量技术尚在研究之中。目前知名毫米波暗室(如美国KeySight公司、法国MVG公司等)采用的常规方案是以θgrid、
Figure BDA0003052801280000061
不大于1°的步进测量EIRP，得出精细的三维方向图，然后计算TRP。但这种方式理论上至少需进行360×180次测量，效率不高。
总之，传统TRP算法15°栅格已不适用5G基站毫米波阵列天线的总辐射功率测量。而目前暗室用1°左右步进的常规方案，又会导致采样点过多，测量效率低下。
本发明实施例提出一种阵列天线TRP的测量方法、装置和系统，可以降低测量误差，提高测量效率。
下面对测试环境进行描述。
通常，根据代表性实施例，可以使用微波暗室来进行具有毫米波阵列天线的EUT(例如包括发射和接收链)的完整远场表征。此外，可以使用至少一个测试天线、接收链路和检测设备对辐射能量分布进行测试。
图2是根据代表性实施例的用于测量毫米波AAS设备的TRP的暗室OTA测试系统示意图。
参考图2，系统200配置为测量EUT 210的TRP，该EUT 210包括远端射频单元RRU211和阵列天线212。阵列天线212与RRU211紧密集成在一起形成一体化设备，如虚线所示。与单独和独立可测的RRU和天线系统相反，EUT 210的发射和接收通道直接连接到阵列天线212单元。在所描述的实施例中，阵列天线212可为矩阵型布置的天线，也可为其他非规则排列的天线，辐射的电磁波能量可处于毫米波波段。
因为阵列天线212与RRU211集成在一起，没有射频连接，因此阵列天线不能被隔离测试。这也就是说不能简单地测试阵列天线212的辐射性能和RRU211的发射和接收链路性能来计算包括EIRP、TRP、等效全向灵敏度(EIRS)和总全向灵敏度(TIS)等射频整机指标。对EUT 210的测量需要同时进行。
EUT210被安置固定在转台220上，转台220可以在水平面上和俯仰面上进行转动。
测试天线系统230包括测试天线231、天线固定支架232和测试线缆233。测试天线231可以为单个天线，也可以是多个天线。天线固定支架232用于固定测试天线231，并可以进行三维空间的移动。测试天线231通过测试线缆233被连接到功率检测仪240上，功率检测仪240可以是矢量网络分析仪，可以为频谱仪，也可以为功率计等等。
EUT210、转台220、天线固定支架232和功率检测仪240被连接到测试机250上，该测试机250可用于控制EUT210的收发、转台220的转动、天线固定支架232的移动和功率检测仪240的收发，对包括EIRP值的相关测试数据进行记录和处理，并记录日志。
在整个测试过程中，全电波暗室环境通过吸波材料260和暗室外墙270与外界环境隔绝以模拟无穷大空间的情况。
图3是根据代表性实施例的以EUT 210上阵列天线212为参考点的坐标系示意图。其中x轴与天线阵面法线方向基本相一致，y轴和z轴分别对应水平和垂直方向。这里采用了两种空间坐标来描述方向。一种是角度空间，即利用球坐标系中的
Figure BDA0003052801280000071
来表示。比如当波矢方向标定为(90°，0°)时，意味着指向x轴方向。另一种是归一化波矢空间，即用笛卡尔坐标系中的(Ky，Kz)来表示，其中Ky和Kz分别表示的是归一化波矢投影在y轴和z轴上的大小。比如当波矢方向标定为(0，0)时，意味着指向x轴方向。角度空间
Figure BDA0003052801280000081
Figure BDA0003052801280000082
和归一化波矢空间(Ky，Kz)存在一个空间变换关系。
图4是根据代表性实施例的阵列天线212中阵列单元的几种排列情况。图4(a)展示的是常见的矩形阵列的情况，矩形阵列中单元间隔d，单元一般为边长为a的正方形。矩形阵列在y方向和z方向上的边长为Dy和Dz，由于单元间隔d一般为λ/2，边长a不大于单元间隔d，一个M×N阵列边长Dy≈Nλ/2且Dz≈Mλ/2。以8×16阵列天线为例，天线尺寸可表示为Dy≈8λ和Dz≈4λ。阵列天线的远场方向图近似为阵列天线形状的傅里叶变换，因此根据奈奎斯特采样定律，只要在θ方向和
Figure BDA0003052801280000083
方向上采样间隔小于瑞利分辨率，即sin-1(λ/Dy)和sin-1(λ/Dz)，离散采样几乎不会丢失阵列信息。采用这种采样间隔，积分所得的TRP数值可以代表该矩形阵列真实的TRP数值。
图4(b)为Z型阵列的情况。这种形状虽然不规则，对应的方向图也缺乏明显的规律性，但这种形状可以看成是灭掉了右上角和左下角一些单元的Dy×Dz矩形阵列，其中Dy和Dz可以认为是Z型阵列在y方向和z方向上最大尺寸。因此根据奈奎斯特采样定律，在方向图上的采样间隔小于Dy和Dz对应的瑞利分辨率时，离散采样几乎不会丢失该等效矩形阵列的信息，因此也不会丢失该Z型阵列的信息。采用这种采样间隔，积分所得的TRP数值可以代表该Z型阵列真实的TRP数值。
图4(c)为O型阵列的情况。这种形状对应的方向图趋向于艾里斑。同样地，这种形状也可以看成是四周的一些单元被去掉的Dy×Dz矩形阵列，因此根据奈奎斯特采样定律，在方向图上的采样间隔小于Dy和Dz对应的瑞利分辨率时，离散采样几乎不会丢失该等效矩形阵列的信息，因此也不会丢失该O型阵列的信息。采用这种采样间隔，积分所得的TRP数值可以代表该O型阵列真实的TRP数值。
从上面3个例子可以分析出，对于非规则形状的阵列，都可以看成是矩形阵列。该矩形阵列在y方向和z方向上的边长为该非规则形状的阵列在y方向上和z方向上最大尺寸。只要采样间隔不丢失该矩形阵列信息，积分所得的TRP数值可以反映真实的TRP的真实值。因此在以下的讨论中，我们只考虑矩形阵列的情况。
本发明实施例中，提出两种采样方案：一种是在角度空间使用等角度间距的采样方案，称作均匀采样方案；另一种为在归一化波矢空间进行等间距的采样方案，由于这种采样方法在角度空间表现为不等间距，因此可称作非均匀采样方案。
下面分别对两种方案进行说明。
一、均匀采样方案：
均匀采样方案是在传统角度空间内采样EIRP，进而计算TRP。均匀采样方案避免了传统测试规范(YD/T 1484标准和CTIA规范)在测量毫米波阵列天线TRP时误差过大的情况。
如图5所示，本发明实施例的采用均匀采样方案的阵列天线TRP的测量方法，包括：
步骤501，确定阵列天线在角度空间的瑞利分辨率，根据所述瑞利分辨率设置采样点的步进栅格间距。
其中，可以根据阵列天线的阵列尺寸是否已知，采用不同的方式确定阵列天线在角度空间的瑞利分辨率。
(1)阵列天线的阵列尺寸已知：
根据所述阵列天线的阵列尺寸和信号波长确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率。
在一实施例中，按照如下方式根据所述阵列天线的阵列尺寸和信号波长确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率：
Figure BDA0003052801280000091
其中θr和
Figure BDA0003052801280000092
分别为阵列天线在球形坐标系θ和
Figure BDA0003052801280000094
方向的瑞利分辨率，Dy、Dz分别为阵列天线在水平方向和垂直方向的天线最大口径，λ为信号波长。
在θr、
Figure BDA0003052801280000093
取值较小时，也可以按照如下方式根据所述阵列天线的阵列尺寸和信号波长确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率：
Figure BDA0003052801280000101
(2)阵列天线的阵列尺寸未知：
确定第一零点波束宽度FNBW，根据所述FNBW确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率。
其中，对于无法准确获知天线阵列尺寸情况(比如不易打开天线罩的基站设备)，可以在包含最大辐射功率点的球形坐标系的俯仰面上和方位面上测量主波束的FNBW。
在一实施例中，按照如下方式根据所述FNBW确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率：
Figure BDA0003052801280000102
其中θr和
Figure BDA0003052801280000103
分别为阵列天线在球形坐标系θ和
Figure BDA0003052801280000104
方向的瑞利分辨率，FNBWθ和
Figure BDA0003052801280000105
分别为球形坐标系的俯仰面上和方位面上方向图的FNBW。
步骤502，按照所述步进栅格间距确定采样点，在所述采样点位置测量等效全向辐射功率EIRP，根据所述EIRP确定TRP。
在一实施例中，设置采样点的步进栅格间距小于等于所述瑞利分辨率。
也就是说，采样步进间距应不大于阵列天线在球形坐标系θ和
Figure BDA0003052801280000106
方向的瑞利分辨率
Figure BDA0003052801280000107
即：
Figure BDA0003052801280000108
在实际应用中，可以设置采样点的步进栅格间距等于所述瑞利分辨率。
所述根据所述EIRP确定TRP，可以采用公式(1)的方式计算TRP。
另外，对于高频5G基站，其毫米波大规模阵列天线的输出信号功率基本集中于包含主波束的前半个球面，后向辐射相对较小，对TRP的贡献可以忽略，因此后半球面不再取值。
因此在一实施例中，对公式(1)稍作修正：
Figure BDA0003052801280000111
其中，
Figure BDA0003052801280000112
θgrid、
Figure BDA0003052801280000113
分别为球形坐标系θ和
Figure BDA0003052801280000114
方向的步进栅格间距。
需要说明的是，本发明实施例中，根据EIRP确定TRP可以采用但不限于公式(1)和公式(4)，例如对公式(1)或公式(4)进行变形，采用不同的坐标系进行表示等等。
采用本发明实施例的均匀采样方案，相对于传统方案，能够改善计算准确度：以128振子(8×16排列)阵列天线为例，发射毫米波信号30GHz，根据传统算法步进栅格15°，全电波暗室转台初始角度变化时，TRP计算结果出现了超过14dB的误差波动；若阵列规模更大，则误差还会增大。本发明实施的均匀采样方案以瑞利分辨率为步进栅格，在相同测试应力下TRP误差波动不超过0.15dB。
采用本发明实施例的均匀采样方案，相对于常规方案，能够提高计算效率：还是以128振子(8×16排列)阵列天线为例，目前主流毫米波暗室的常规测量方法是采用1°步进栅格均匀采样，实现半球面扫描需要32400(180×180)个采样点；而采用角度空间瑞利分辨率步进，采样点数不超过338(26×13)个，效率提升95倍。
如图6所示，本发明实施例的阵列天线总辐射功率TRP的测量装置，包括：
设置步进栅格间距模块601，用于确定阵列天线在角度空间的瑞利分辨率，根据所述瑞利分辨率设置采样点的步进栅格间距；
TRP确定模块602，用于按照所述步进栅格间距确定采样点，在所述采样点位置测量等效全向辐射功率EIRP，根据所述EIRP确定TRP。
在一实施例中，所述设置步进栅格间距模块601，用于：
根据所述阵列天线的阵列尺寸和信号波长确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率；或者
确定第一零点波束宽度FNBW，根据所述FNBW确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率。
在一实施例中，所述设置步进栅格间距模块601，用于按照如下方式根据所述阵列天线的阵列尺寸和信号波长确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率：
Figure BDA0003052801280000121
或者
Figure BDA0003052801280000122
其中θr和
Figure BDA0003052801280000123
分别为阵列天线在球形坐标系θ和
Figure BDA0003052801280000124
方向的瑞利分辨率，Dy、Dz分别为阵列天线在水平方向和垂直方向的天线最大口径，λ为信号波长。
在一实施例中，所述设置步进栅格间距模块601，用于：在包含最大辐射功率点的球形坐标系的俯仰面上和方位面上测量主波束的FNBW。
在一实施例中，所述设置步进栅格间距模块601，用于按照如下方式根据所述FNBW确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率：
θr＝FNBWθ/2，
Figure BDA0003052801280000125
其中θr和
Figure BDA0003052801280000126
分别为阵列天线在球形坐标系θ和
Figure BDA0003052801280000127
方向的瑞利分辨率，FNBWθ和
Figure BDA0003052801280000128
分别为球形坐标系的俯仰面上和方位面上方向图的FNBW。
在一实施例中，所述设置步进栅格间距模块601，用于：设置采样点的步进栅格间距小于等于所述瑞利分辨率。
在一实施例中，所述TRP确定模块602，用于按照如下方式根据所述EIRP确定TRP：
Figure BDA0003052801280000129
其中，
Figure BDA0003052801280000131
θgrid、
Figure BDA0003052801280000132
分别为球形坐标系θ和
Figure BDA0003052801280000133
方向的步进栅格间距。
本发明实施例相对于传统的角度步进栅格θgrid、
Figure BDA0003052801280000134
为15°的测试方式，降低了测量误差；相对于采用1°步进栅格均匀采样，减少了采样点数，提高了测量效率。
相应地，参照图2，本发明实施例的阵列天线总辐射功率TRP的测量系统，包括：固定在转台220上的被测试设备210、测试天线系统230、功率检测仪240和测试机250，其中，所述被测试设备210包括集成在一起的阵列天线212和远端射频单元211，所述功率检测仪240与所述测试天线系统230相连，所述测试机250分别与所述被测试设备210、转台220、测试天线系统230和功率检测仪240相连；
所述测试机250用于：确定阵列天线212在角度空间的瑞利分辨率，根据所述瑞利分辨率设置采样点的步进栅格间距；以及，按照所述步进栅格间距确定采样点，控制所述被测试设备210、转台220、测试天线系统230和功率检测仪240在所述采样点位置测量等效全向辐射功率EIRP，根据所述EIRP确定TRP。
图7(a)和(b)分别是根据代表性实施例的一个8×16矩形阵列410的模拟方向图和均匀采样扫描方案的演示。在该矩形阵列中，每个单元是等幅同相的，单元间距d为λ/2，单元尺寸Dy≈8λ且Dz≈4λ。，该阵列天线平行于y-z平面，阵面法线方向则平行于x轴。图7(a)中二维方向图展示了该矩形天线EIRP在前半球面角度空间
Figure BDA0003052801280000135
的分布。其中最大EIRP值位于(90°，0)，即x轴方向。多条10dB间隔等高线把方向图分为若干个区域，颜色的深浅代表EIRP值大小，颜色越趋于浅色，EIRP值越大，越趋于深色，EIRP值越小。在二维方向图中可以看到由颜色最倾向于深色的线条组成的网格，这些网格点和组成网格的深色曲线条正是EIRP值零陷位置。
在
Figure BDA0003052801280000141
处的俯仰面中，第一零功率波束宽度可命名为FNBWθ，它与天线尺寸Dz存在关系，即FNBWθ/2＝θr＝sin-1(λ/Dz)，其中θr＝sin-1(λ/Dz)可称为俯仰面中的瑞利分辨率。同样地，在θ＝90°处的方位面中，第一零功率波束宽度可命名为
Figure BDA0003052801280000142
且
Figure BDA0003052801280000143
其中
Figure BDA0003052801280000144
可称为方位面中的瑞利分辨率。根据奈奎斯特采样定律，二维采样栅格在方位面和俯仰面上的间隔小于对应瑞利分辨率时，即θgrid≤θr且
Figure BDA0003052801280000145
该采样几乎不会破坏阵列信息，可被认为是无损采样。因此在上述采样基础之上，计算的TRP数值应符合真实的TRP数值。这种采样方案我们称为均匀采样方案，正如图7(b)角度空间辐射采样图中“+”周期性阵列所指示的那样。在图7(b)采样图中，θgrid和
Figure BDA0003052801280000146
的取值分别与对应的瑞利分辨率相同，因此取值点包含了
Figure BDA0003052801280000147
俯仰面和θ＝90°方位面上的第一个零点。这是均匀采样方案中最经济、快速的一种。
二、非均匀采样方案：
非均匀采样方案引入了归一化波矢空间的概念。该方案首先在归一化波矢空间内求取均匀采样点，然后通过变换公式计算角度空间内的非均匀采样点。实现了采样点数的压缩。
本方案在归一化波矢空间(Ky，Kz)内均匀采样。归一化波矢空间(Ky，Kz)与角度空间
Figure BDA0003052801280000148
的变换关系为：
Figure BDA0003052801280000149
非均匀采样方案通过归一化波矢空间采样剔除冗余采样点，使得采样点数量大幅度减少。非均匀采样方案测试效率相对于均匀采样方案有明显提升(前者测试效率是后者三倍以上)。
如图8所示，本发明实施例的采用非均匀采样方案的阵列天线TRP的测量方法，包括：
步骤801，确定阵列天线在归一化波矢空间内采样点的栅格间距Kgrid,y、Kgrid,z。
在一实施例中，确定所述阵列天线在波矢空间的瑞利分辨率，根据所述瑞利分辨率确定所述阵列天线在归一化波矢空间内采样点的栅格间距。
其中，可以根据阵列天线的阵列尺寸是否已知，采用不同的方式确定阵列天线在波矢空间的瑞利分辨率。
(1)阵列天线的阵列尺寸已知：
根据所述阵列天线的阵列尺寸和信号波长确定所述阵列天线在波矢空间的瑞利分辨率。
在一实施例中，按照如下方式根据所述阵列天线的阵列尺寸和信号波长确定所述阵列天线在波矢空间的瑞利分辨率：
Kyr＝λ/Dy,Kzr＝λ/Dz (6)
其中Kyr、Kzr为阵列天线在波矢空间的瑞利分辨率，Dy和Dz分别为阵列天线在水平方向和垂直方向的最大天线口径，λ为信号波长。
(2)阵列天线的阵列尺寸未知：
确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率，将角度空间的瑞利分辨率转换为波矢空间的瑞利分辨率。
在一实施例中，确定FNBW，根据所述FNBW确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率。
其中，对于无法准确获知天线阵列尺寸情况(比如不易打开天线罩的基站设备)，可以在包含最大辐射功率点的球形坐标系的俯仰面上和方位面上测量主波束的FNBW。
在一实施例中，按照如下方式根据所述FNBW确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率：
θr＝FNBWθ/2，
Figure BDA0003052801280000151
其中θr和
Figure BDA0003052801280000152
分别为阵列天线在球形坐标系θ和
Figure BDA0003052801280000153
方向的瑞利分辨率，FNBWθ和
Figure BDA0003052801280000154
分别为球形坐标系的俯仰面上和方位面上方向图的FNBW。
在一实施例中，设置所述阵列天线在归一化波矢空间内采样点的栅格间距小于等于所述瑞利分辨率。
本发明实施例中，归一化波矢空间内采样点的栅格间距Kgrid,y，Kgrid,z，不大于阵列天线在波矢空间中的瑞利分辨率Kyr、Kzr。
在实际应用中，可以设置所述阵列天线在归一化波矢空间内采样点的栅格间距等于所述瑞利分辨率。
步骤802，根据所述栅格间距确定归一化波矢空间内的均匀采样点(Kym，Kzn)。
在一实施例中，根据栅格间距Kgrid,y、Kgrid,z在归一化波矢空间内均匀采样，得到一组离散值，组成归一化波矢空间的矢量采样点
Figure BDA0003052801280000161
选择
Figure BDA0003052801280000162
的矢量(Kym，Kzn)作为归一化波矢空间内的均匀采样点。
步骤803，根据所述归一化波矢空间内的均匀采样点确定角度空间内对应的非均匀采样点
Figure BDA0003052801280000163
在一实施例中，通过归一化波矢空间(Ky，Kz)与角度空间
Figure BDA0003052801280000164
的变换关系，确定归一化波矢空间内的均匀采样点(Kym，Kzn)在角度空间内对应的
Figure BDA0003052801280000165
其中，通过变换公式(5)，在角度空间找到(Kym，Kzn)相应的
Figure BDA0003052801280000166
其中θn和
Figure BDA0003052801280000167
在角度空间是非均匀分布的。
步骤804，在角度空间按照球形坐标系中的非均匀采样点
Figure BDA0003052801280000168
位置测量EIRP，根据所述EIRP确定TRP。
在一实施例中，按照如下方式根据所述EIRP确定TRP：
Figure BDA0003052801280000169
其中Kgrid,y和Kgrid,z分别为归一化波矢空间内采样点在y方向和z方向上的栅格间距；
Figure BDA00030528012800001610
为采样点的归一化波矢，关系式
Figure BDA00030528012800001611
指代的是在
Figure BDA00030528012800001612
中只取其模值小于1的采样点，即进行了模值小于1的筛选。
俯仰角θn和方位角
Figure BDA0003052801280000171
为归一化波矢离散采样点
Figure BDA0003052801280000172
对应的角度空间的离散取值，也即完成了模值小于1筛选的归一化波矢离散采样点
Figure BDA0003052801280000173
对应的在角度空间的离散取值。
Figure BDA0003052801280000174
为在角度空间离散采样点
Figure BDA0003052801280000175
上的EIRP。
公式(7)也可以在波矢空间进行表述，此时参数θn和
Figure BDA0003052801280000176
可通过空间变换公式
Figure BDA0003052801280000177
Kz＝cosθ，用归一化波矢
Figure BDA0003052801280000178
在y和z方向上的分量Kym和Kzn来表示。
采用本发明实施例的非均匀采样方案，相对于传统方案，能够改善计算准确度：以128振子(8×16排列)阵列天线为例，发射毫米波信号30GHz，根据传统算法步进栅格15°，全电波暗室转台初始角度变化时，TRP计算结果出现了超过14dB的误差波动；若阵列规模更大，则误差还会增大。本发明实施的非均匀采样算法误差波动不超过0.3dB。
采用本发明实施例的非均匀采样方案，相对于常规方案，能够提高计算效率：还是以128振子(8×16排列)阵列天线为例，目前主流毫米波暗室的常规测量方法是采用1°步进栅格均匀采样，实现半球面扫描需要32400(180×180)个采样点；而采用波矢空间瑞利分辨率做步进非均匀采样，则采样点数不超过93个，效率提升348倍。
如图9所示，本发明实施例的非均匀采样方案的阵列天线TRP的测量装置，包括：
栅格间距确定模块901，用于确定阵列天线在归一化波矢空间内采样点的栅格间距；
均匀采样点确定模块902，用于根据所述栅格间距确定归一化波矢空间内的均匀采样点；
非均匀采样点确定模块903，用于根据所述归一化波矢空间内的均匀采样点确定角度空间内对应的非均匀采样点；
TRP确定模块904，用于在角度空间按照球形坐标系中的非均匀采样点位置测量EIRP，根据所述EIRP确定TRP。
在一实施例中，所述栅格间距确定模块901，用于：
确定所述阵列天线在波矢空间的瑞利分辨率，根据所述瑞利分辨率确定所述阵列天线在归一化波矢空间内采样点的栅格间距。
在一实施例中，所述栅格间距确定模块901，用于：
根据所述阵列天线的阵列尺寸和信号波长确定所述阵列天线在波矢空间的瑞利分辨率；或者
确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率，将角度空间的瑞利分辨率转换为波矢空间的瑞利分辨率。
在一实施例中，所述栅格间距确定模块901，用于按照如下方式根据所述阵列天线的阵列尺寸和信号波长确定所述阵列天线在波矢空间的瑞利分辨率：
Kyr＝λ/Dy,Kzr＝λ/Dz
其中Kyr、Kzr为阵列天线在波矢空间的瑞利分辨率，Dy和Dz分别为阵列天线在水平方向和垂直方向的最大天线口径，λ为信号波长。
在一实施例中，所述栅格间距确定模块901，用于：
确定第一零点波束宽度FNBW，根据所述FNBW确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率。
在一实施例中，所述栅格间距确定模块901，用于：在包含最大辐射功率点的球形坐标系的俯仰面上和方位面上测量主波束的FNBW。
在一实施例中，所述栅格间距确定模块901，用于按照如下方式根据所述FNBW确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率：
θr＝FNBWθ/2，
Figure BDA0003052801280000181
其中θr和
Figure BDA0003052801280000182
分别为阵列天线在球形坐标系θ和
Figure BDA0003052801280000183
方向的瑞利分辨率，FNBWθ和
Figure BDA0003052801280000184
分别为球形坐标系的俯仰面上和方位面上方向图的FNBW。
在一实施例中，所述栅格间距确定模块901，用于：
设置所述阵列天线在归一化波矢空间内采样点的栅格间距小于等于所述瑞利分辨率。
在一实施例中，所述均匀采样点确定模块902，用于：
根据栅格间距Kgrid,y、Kgrid,z在归一化波矢空间内均匀采样，得到一组离散值，组成归一化波矢空间的矢量采样点
Figure BDA0003052801280000191
选择
Figure BDA0003052801280000192
的矢量(Kym，Kzn)作为归一化波矢空间内的均匀采样点。
在一实施例中，所述非均匀采样点确定模块903，用于：
通过归一化波矢空间(Ky，Kz)与角度空间
Figure BDA0003052801280000193
的变换关系，确定归一化波矢空间内的均匀采样点(Kym，Kzn)在角度空间内对应的
Figure BDA0003052801280000194
其中，归一化波矢空间(Ky，Kz)与角度空间
Figure BDA0003052801280000195
的变换关系为：
Figure BDA0003052801280000196
在一实施例中，所述TRP确定模块904，用于按照如下方式根据所述EIRP确定TRP：
Figure BDA0003052801280000197
其中Kgrid,y和Kgrid,z分别为归一化波矢空间内采样点在y方向和z方向上的栅格间距；
Figure BDA0003052801280000198
为采样点的归一化波矢，俯仰角θn和方位角
Figure BDA0003052801280000199
为归一化波矢离散采样点
Figure BDA00030528012800001910
对应的角度空间的离散取值，
Figure BDA00030528012800001911
为在角度空间离散采样点
Figure BDA00030528012800001912
上的EIRP。
上述公式也可以在波矢空间进行表述，此时参数θn和
Figure BDA00030528012800001913
可通过空间变换公式
Figure BDA00030528012800001914
Kz＝cosθ，用归一化波矢
Figure BDA00030528012800001915
在y和z方向上的分量Kym和Kzn来表示。
本发明实施例相对于传统的角度步进栅格θgrid、
Figure BDA0003052801280000201
为15°的测试方式，降低了测量误差；相对于采用1°步进栅格均匀采样，减少了采样点数，提高了测量效率。
相应地，参照图2，本发明实施例的阵列天线总辐射功率TRP的测量系统，包括：固定在转台220上的被测试设备210、测试天线系统230、功率检测仪240和测试机250，其中，所述被测试设备210包括集成在一起的阵列天线212和远端射频单元211，所述功率检测仪240与所述测试天线系统230相连，所述测试机250分别与所述被测试设备210、转台220、测试天线系统230和功率检测仪240相连；
所述测试机250用于：确定阵列天线212在归一化波矢空间内采样点的栅格间距；据所述栅格间距确定归一化波矢空间内的均匀采样点；根据所述归一化波矢空间内的均匀采样点确定角度空间内对应的非均匀采样点；控制所述被测试设备210、转台220、测试天线系统230和功率检测仪240在角度空间按照球形坐标系中的非均匀采样点位置测量EIRP，根据所述EIRP确定TRP。
图10(a)和(b)是根据代表性实施例的一个8×16矩形阵列的模拟方向图和非均匀采样扫描方案的演示。在该矩形阵列中，每个单元是等幅同相的，单元间距d为λ/2，单元尺寸Dy≈8λ且Dz≈4λ。，该阵列天线平行于y-z平面，阵面法线方向则平行于x轴。图10(a)中二维方向图展示了该矩形天线EIRP在归一化波矢空间(Ky，Kz)中的分布。其中最大EIRP值位于(0，0)处，即x轴方向。多条10dB间隔等高线把方向图分为若干个区域，颜色深浅代表EIRP值大小，颜色越趋于浅色，EIRP值越大，越趋于深色，EIRP值越小。在图10(a)二维方向图中可以看到由颜色最倾向于深色的线条组成的周期性网格，这些周期性网格点和组成网格的深色线条正是EIRP值零陷位置。
在归一化波矢空间(Ky，Kz)中可以看出零点在y方向和z方向上是等距均匀排列的。该相等的间距可由角度空间中的第一零功率波束宽度表示，即
Figure BDA0003052801280000202
和
Figure BDA0003052801280000203
分别对应于归一化波矢空间在y方向和z方向的瑞利分辨率Kyr＝λ/Dy和Kzr＝λ/Dz。根据奈奎斯特采样定律，二维采样栅格在归一化波矢空间的间隔小于对应瑞利分辨率时，即Kgrid,y≤Kyr且Kgrid,z≤Kzr，该采样几乎不会破坏阵列信息，可被认为是无损采样。因此在上述采样基础之上，计算的TRP数值应符合真实的TRP数值。图10(b)中归一化波矢空间辐射采样图中“+”周期性阵列演示了上述采样方案。在图10(b)采样图中，Kgrid,y和Kgrid,z的取值分别与对应的瑞利分辨率相同，因此取值点包含了y方向和z方向上的所有零点。这些采样点虽然在归一化波矢空间(Ky，Kz)是均匀分布的，但在角度空间却是非均匀分布的。事实上，这些采样点在角度空间
Figure BDA0003052801280000211
的分布正好覆盖了零陷曲线构成的格点，如图7(a)图中格点位置。因此这种采样方案可称作非均匀采样方案。图10(b)采样图是非均匀采样方案中的一个特例，是该非均匀采样方案中最经济、快速的一种。
下面通过应用实例对本发明实施例进行说明。
图11和图12是与前述系统有关的包括均匀和非均采样方案的几种应用实例的流程图。在上述讨论的基础之上，可以提供以下4种代表性应用实例。图11和图12中的处理可由图2的测试环境和图7(b)和图10(b)的采样方式实现。虽然为了说明的简单起见，所述方法通过一系列方框进行描述，不过要理解要求保护的主体不受方框的顺序限制，因为一些方框可按照与本文中描述的顺序不同的顺序发生，和/或与其他方框同时发生。此外，示例中并非所有的方框都是实现所描述效果所必须的。
应用实例一
在此应用实例中天线的尺寸已知，在y方向和z方向分别是Dy和Dz，采用均匀采样方案。测试环境可为远场毫米波暗室测试系统200，但不仅局限于此。原则上，能够实现天线方向图测量的近场(包括平面场、柱面场、球面场)和紧缩场毫米波暗室都可作为测量环境。
图11展示了基于均匀采样方案的TRP测试方法的流程，包括如下步骤：
步骤1111，全电波暗室及其测量环境进行校准，包括：空中路损、线缆插损、球形坐标系位置参数等，这是后续测量步骤的基础。暗室环境校准属于射频测试常规准备操作。
步骤1112，判断一体化天线的尺寸是否可知。在这个应用实例中，天线尺寸是可知的，因此进入步骤1121。
步骤1121，由于天线尺寸已知，通过公式(2)或公式(3)即可直接得出角度空间瑞利分辨率θr和
Figure BDA0003052801280000221
将结果写入测试机250，进入步骤1141。
步骤1141，确定均匀采样的间隔θgrid和
Figure BDA0003052801280000222
正如描述图7(b)采样图时所提到的那样，采样的间隔θgrid和
Figure BDA0003052801280000223
分别小于且尽量趋近于瑞利分辨率θr和
Figure BDA0003052801280000224
其中最经济有效的方式就是让采样间隔等于瑞利分辨率。确定采样间隔以后，将其写入测试机250并进入步骤1142。
步骤1142，测试机250通过确定好的采样间隔计算出主波束所在前半球面处各个采样点方位
Figure BDA0003052801280000225
m,n＝0,±1,±2...，确定采样点数，估算采样时间，并控制转台220和测量天线支架232转向制定的采样点方位(实际的采样过程可以是大圆切法，也可以是圆锥切法)。接着测量天线系统230和功率接收仪表240对这些采样点方位处EIRP值进行测量和记录。后者将数据传送至测试机250，并进入步骤1143。
步骤1143，测试机250在获得采样点EIRP值以后，利用公式(4)计算TRP值，输出计算结果，结束测试。
应用实例二
此应用实例中天线的尺寸未知(比如带天线罩，不易拆卸)，采用均匀采样方案。测试环境可为远场毫米波暗室测试系统200，但不仅局限于此。原则上，能够实现天线方向图测量的近场(包括平面场、柱面场、球面场)和紧缩场毫米波暗室都可作为测量环境。
图11展示了基于均匀采样方案的TRP测试方法的流程，包括如下步骤：
步骤1111，全电波暗室及其测量环境进行校准，包括：空中路损、线缆插损、球形坐标系位置参数等，这是后续测量步骤的基础。暗室环境校准属于射频测试常规准备操作。
步骤1112，判断一体化天线的尺寸是否可知。在这个实施例中，天线尺寸是未知的，因此进入步骤1131。
步骤1131，由于天线尺寸未知，通过测试主波束第一零功率波束宽度FNBW来间接计算瑞利分辨率。因此步骤1131在主波束所在俯仰面和方位面中以1°间隔或其它更小的间隔测量方向图，计算出对应的第一零功率波束宽度FNBWθ和
Figure BDA0003052801280000231
步骤1132，通过公式θr＝FNBWθ/2和
Figure BDA0003052801280000232
计算瑞利分辨率。将瑞利分辨率的值写入测试机250后进入步骤1141。
步骤1141，确定均匀采样的间隔θgrid和
Figure BDA0003052801280000233
正如描述图7(b)采样图时所提到的那样，采样的间隔θgrid和
Figure BDA0003052801280000234
分别小于且尽量趋近于瑞利分辨率θr和
Figure BDA0003052801280000235
其中最经济有效的方式就是让采样间隔等于瑞利分辨率。确定采样间隔以后，将其写入测试机250并进入步骤1142。
步骤1142，测试机250通过确定好的采样间隔计算出主波束所在前半球面处各个采样点方位
Figure BDA0003052801280000236
确定采样点数，估算采样时间，并控制转台220和测量天线支架232转向制定的采样点方位。实际的采样过程可以是大圆切法，也可以是圆锥切法。接着测量天线系统230和功率接收仪表240对这些采样点方位处EIRP值进行测量和记录。后者将数据传送至测试机250，并进入步骤1143。
步骤1143，测试机250在获得采样点EIRP值以后，利用公式(4)计算TRP值，输出计算结果，结束测试。
下面的应用实例是在归一化波矢空间进行均匀采样，即角度空间非均匀采样方案。这种采样方案可以进一步压缩采样点数。
应用实例三
此应用实例中天线尺寸已知，在y方向和z方向分别是Dy和Dz，采用非均匀采样方案。测试环境可为远场毫米波暗室测试系统200，但不仅局限于此。原则上，能够实现天线方向图测量的近场(包括平面场、柱面场、球面场)和紧缩场毫米波暗室都可作为测量环境。
图12展示了基于非均匀采样方案的TRP测试方法的流程，包括如下步骤：
步骤1211，全电波暗室及其测量环境进行校准，包括：空中路损、线缆插损、球形坐标系位置参数等，这是后续测量步骤的基础。暗室环境校准属于射频测试常规准备操作。
步骤1212，判断一体化天线的尺寸是否可知。在这个实施例中，天线尺寸是已知的，因此进入步骤1221。
步骤1221，由于天线尺寸已知，通过公式(6)即可直接得出归一化波矢空间瑞利分辨率Kyr和Kzr。将结果写入测试机250，进入步骤1241。
步骤1241，确定在归一化波矢空间的采样点的栅格间隔Kgrid,y和Kgrid,z。正如描述图10(b)采样图时所提到的那样，采样点的栅格间隔Kgrid,y和Kgrid,z分别小于且尽量趋近于瑞利分辨率Kyr和Kzr。其中最经济有效的方式就是让采样间隔等于瑞利分辨率。确定采样间隔以后，将其写入测试机250并进入步骤1242。
步骤1242，测试机250通过确定好的采样间隔计算出归一化波矢空间各个离散采样点，即
Figure BDA0003052801280000241
对这些离散点进行筛选，只取波矢绝对值
Figure BDA0003052801280000242
的值。这样做的原因是考虑到在空口能进行长距离传输的电磁模都是辐射模式。在归一化波矢空间筛选完采样点以后，就可确定采样点数，估算采样时间，并进入步骤1243。
步骤1243，测试机250在获得经筛选后的采样点以后，将这些处于归一化波矢空间的采样点通过公式(5)变换到角度空间，得到在角度空间的非均匀分布采样点
Figure BDA0003052801280000243
然后进入步骤1244。
步骤1244，测试机250控制转台220和测量天线支架232转向制定的采样点方位。接着测量天线系统230和功率接收仪表240对这些采样点方位处EIRP值进行测量和记录。后者将数据传送至测试机250，并进入步骤1245。
步骤1245，测试机250在获得采样点EIRP值以后，利用公式(7)计算TRP值，输出计算结果，结束测试。
应用实例四
此应用实例中天线尺寸未知(比如带天线罩，不易拆卸)，采用非均匀采样方案。测试环境可为远场毫米波暗室测试系统200，但不仅局限于此。原则上，能够实现天线方向图测量的近场(包括平面场、柱面场、球面场)和紧缩场毫米波暗室都可作为测量环境。
图12展示了基于非均匀采样方案的TRP测试方法的流程，包括如下步骤：
步骤1211，全电波暗室及其测量环境进行校准，包括：空中路损、线缆插损、球形坐标系位置参数等，这是后续测量步骤的基础。暗室环境校准属于射频测试常规准备操作。
步骤1212，判断一体化天线的尺寸是否可知。在这个实施例中，天线尺寸是未知的，因此进入步骤1231。
步骤1231，由于天线尺寸未知，通过测试主波束第一零功率波束宽度FNBW来间接计算瑞利分辨率。因此步骤1231在主波束所在俯仰面和方位面中以1°间隔或其它更小的间隔测量方向图，计算出对应的第一零功率波束宽度FNBWθ和
Figure BDA0003052801280000251
通过公式θr＝FNBWθ/2和
Figure BDA0003052801280000252
计算瑞利分辨率。
步骤1232，利用变换公式(5)将角度空间瑞利分辨率θr和
Figure BDA0003052801280000253
变换到归一化波矢空间的瑞利分辨率Kyr和Kzr并进入步骤1241。
步骤1241，确定在归一化波矢空间的采样的间隔Kgrid,y和Kgrid,z。正如描述图10(b)采样图时所提到的那样，采样的间隔Kgrid,y和Kgrid,z分别小于且尽量趋近于瑞利分辨率Kyr和Kzr。其中最经济有效的方式就是让采样间隔等于瑞利分辨率。确定采样间隔以后，将其写入测试机250并进入步骤1242。
步骤1242，测试机250通过确定好的采样间隔计算出归一化波矢空间各个离散采样点，即
Figure BDA0003052801280000254
对这些离散点进行筛选，只取波矢绝对值
Figure BDA0003052801280000255
的值。这样做的原因是考虑到在空口能进行长距离传输的电磁模都是辐射模式。在归一化波矢空间筛选完采样点以后，就可确定采样点数，估算采样时间，并进入步骤1243。
步骤1243，测试机250在获得经筛选后的采样点以后，将这些处于归一化波矢空间的采样点通过公式(5)变换到角度空间，得到在角度空间的非均匀分布采样点
Figure BDA0003052801280000261
然后进入步骤1244。
步骤1244，测试机250控制转台220和测量天线支架232转向制定的采样点方位。接着测量天线系统230和功率接收仪表240对这些采样点方位处EIRP值进行测量和记录。后者将数据传送至测试机250，并进入步骤1245。
步骤1245，测试机250在获得采样点EIRP值以后，利用公式(7)计算TRP值，输出计算结果，结束测试。
图13是对于角度栅格取值的验证结果。取8×16振子阵列进行实验，阵列天线的单元间距为0.5λ；三维坐标系底部坐标轴为
Figure BDA0003052801280000262
θgrid，分别取值1°～30°，根据公式(1)计算TRP值，误差呈三维分布。从图中可知，误差分布平坦区域处于
Figure BDA0003052801280000263
θgrid≤15°。根据公式(2)或公式(3)计算瑞利分辨率：
Figure BDA0003052801280000264
Figure BDA0003052801280000265
θr≈14.5°，可见为保证测量精度，采样间距的最大取值接近瑞利分辨率，与本发明实施例中的讨论一致。
发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行所述阵列天线TRP的测量方法。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (8)

1.一种阵列天线总辐射功率TRP的测量方法，包括：
确定阵列天线在角度空间的瑞利分辨率，根据所述瑞利分辨率设置采样点的步进栅格间距；
按照所述步进栅格间距确定采样点，在所述采样点位置测量等效全向辐射功率EIRP，根据所述EIRP确定TRP。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定阵列天线在角度空间的瑞利分辨率包括：
根据所述阵列天线的阵列尺寸和信号波长确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，按照如下方式根据所述阵列天线的阵列尺寸和信号波长确定所述阵列天线在角度空间的瑞利分辨率：
Figure FDA0003052801270000011
其中θr和
Figure FDA0003052801270000012
分别为阵列天线在球形坐标系θ和
Figure FDA0003052801270000013
方向的瑞利分辨率，Dy、Dz分别为阵列天线在水平方向和垂直方向的天线最大口径，λ为信号波长。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阵列天线为矩阵型布置的天线。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述瑞利分辨率设置采样点的步进栅格间距，包括：
设置采样点的步进栅格间距小于等于所述瑞利分辨率。
6.如权利要求1～5中任意一项所述的方法，其特征在于，按照如下方式根据所述EIRP确定TRP：
Figure FDA0003052801270000014
其中，
Figure FDA0003052801270000021
θgrid、
Figure FDA0003052801270000022
分别为球形坐标系θ和
Figure FDA0003052801270000023
方向的步进栅格间距。
7.一种阵列天线总辐射功率TRP的测量装置，其特征在于，包括：
设置步进栅格间距模块，用于确定阵列天线在角度空间的瑞利分辨率，根据所述瑞利分辨率设置采样点的步进栅格间距；
TRP确定模块，用于按照所述步进栅格间距确定采样点，在所述采样点位置测量等效全向辐射功率EIRP，根据所述EIRP确定TRP。
8.一种阵列天线总辐射功率TRP的测量系统，其特征在于，包括：固定在转台上的被测试设备、测试天线系统、功率检测仪和测试机，其中，所述被测试设备包括集成在一起的阵列天线和远端射频单元，所述功率检测仪与所述测试天线系统相连，所述测试机分别与所述被测试设备、转台、测试天线系统和功率检测仪相连；
所述测试机用于实现如权利要求1～6任一项所述的阵列天线总辐射功率TRP的测量方法。
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