CN114252708A - 一种精度可控的天线增益自动校准方法 - Google Patents

一种精度可控的天线增益自动校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种精度可控的天线增益自动校准方法，包括以下操作步骤，步骤一，获得已知增益的标准天线，步骤二，通过增益校准模块对已知增益的标准天线进行测量，得到增益校准文件，步骤三，准备待测天线，步骤四，通过天线测试模块对待测天线进行幅度测试，获得天线测试文件，步骤五，将增益校准文件和天线测试文件带入增益计算模块中计算，获得待测天线增益文件。通过读取增益、执行测试，计算增益校准值、生成增益校准文件的全过程自动化，大幅提升了增益测量的准确度和效率，采用粗测量和精测量的间隔与计算方法，兼顾了测试精度和效率，能够进行近远场暗室、外场、车载远场等各类天线测量系统的增益校准。

Description

一种精度可控的天线增益自动校准方法
技术领域
本发明属于天线增益技术领域，具体涉及一种精度可控的天线增益自动校准方法。
背景技术
在天线测试中，待测天线的增益值是一项非常重要的天线性能指标，该增益值指的是在输入功率相等的条件下，实际待测天线与理想的各向同性辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。
在实际测量中，不存在无损耗的测量暗室，也没有理想辐射单元用于和待测天线进行对比，往往是对暗室的线路损耗进行一次标定，将得到暗室的线路传输损耗作为增益补偿值，然后进行对比测量计算出待测天线的增益。但是由于天线测量系统的射频链路条件变化导致天线测量暗室的线路损耗产生相应的变化，故经常需要使用已知增益的标准喇叭天线重新对天线测试系统进行标定，在传统的此类标定中，需要人为的对准、测量和计算，繁琐低效、容易出错的同时也引入了人工测量误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精度可控的天线增益自动校准方法，以解决现有技术中存在的测量繁琐且容易出错问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种精度可控的天线增益自动校准方法，包括以下操作步骤：
步骤一：获得已知增益的标准天线；
步骤二：通过增益校准模块对已知增益的标准天线进行测量，得到增益校准文件，其中，增益校准模块执行测量包括以下步骤：
A1：增益校准模块根据已知增益天线的标准增益文件获得校准频率数组F[ ]和与标准增益数组G[ ]，F[ ]和G[ ]中的元素一一对应，并由用户设置校准精度的差值高限C；
A2：进行粗测量,具体为对待测天线执行采样角度间隔为R0的360°方向图粗测，完成方向图粗测后，得到标准天线在F[ ]下的最大幅值粗测数组A0[ ]、最大幅值粗测角度数组D0[ ]，计算出精测量扫描角域初始中心D1，其中D1=平均值（D0[ ]）；
A3：进行精测量, 精测量为重复扫描，记录次数为n，第n次使用的采样角度间隔
Figure 146023DEST_PATH_IMAGE001
、扫描角域范围
Figure 797584DEST_PATH_IMAGE002
、扫描角域中Dn=平均值（Dn-1[ ]）、测试频率为 F[ ]，取得校准频率数组F[ ]各元素对应的第n次最大幅值数组An[ ]，计算Cn[ ]= An[ ]- A0[ ]，在Cn[ ]为正值的元素位置上，将A0[ ]中元素替换为An[ ]同位置元素；
A4：根据最终的A0[ ]和标准增益数组G[ ]计算出增益补偿值数组S[ ]= A0[ ] -G[ ]，将校准频率数组F[ ]和增益补偿值数组S[ ]存储在增益校准文件中，获得增益校准文件；
A5：增益校准模块执行完成；
步骤三：准备待测天线；
步骤四：通过天线测试模块对待测天线进行幅度测试，获得天线测试文件，其中，天线测试模块执行测试包括以下步骤：
B1：按照待测天线测试频率数组Fantena [ ]进行该天线的幅度测试；
B2：获得天线测试文件，天线测试文件包含测试频率数组Fantena [ ]、幅度测试值以及与幅度测试值相应的角度位置值存入天线测试文件；
步骤五：将增益校准文件和天线测试文件带入增益计算模块中计算，获得待测天线增益文件，其中增益计算模块执行计算包括以下步骤：
C1：读取增益校准文件中得到的频率组数F[ ]和增益补偿值组数S[ ]；
C2：查找测试待测天线得到其测试频率数组Fantena [ ]中各个频率的最大幅度数组Aantena[ ]；
C3：根据校准频率数组F[ ]、增益补偿值组数S[ ]和测试频率数组Fantena [ ]线性插值计算出增益补偿数组Santena [ ]；
C4：计算待测天线在测试频率数组Fantena [ ]下相应的标准增益值Gantena[ ]，其中，Gantena[ ]=Aantena[ ]-Santena [ ]。
优选的，所述步骤二中，R0取用的角度范围为5°~10°。
优选的，所述步骤二中，重复扫描需满足以下条件停止：
（1）：Cn[ ]均小于差值高限C；
（2）：n大于2，即精测量至少执行3次。
优选的，所述步骤二中，n从1开始，每完成一次扫描自加1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该精度可控的天线增益自动校准方法，通过读取增益、执行测试，计算增益校准值、生成增益校准文件的全过程自动化，实现了天线测量系统的实时自动化校准，大幅提升了增益测量的准确度和效率，且不依赖于标准天线，只需要已知增益的天线即可完成天线测试系统的增益校准，在部分场景下，亦可使用标准增益数组G[ ]所有元素为0的文件，测量待测天线在频率数组F[ ]下相对于校准天线的相对增益，测量快捷方便；
该精度可控的天线增益自动校准方法，较传统方法对角度的遍历更全面精确，采用粗测量和精测量的间隔与计算方法，兼顾了测试精度和效率，支持用户根据实际需求设置精度要求，对天线测量系统的形式并不敏感，能够进行近远场暗室、外场、车载远场等各类天线测量系统的增益校准，并且人工干预少，精度高，模式灵活，适应频繁发生射频链路以及测量环境改变的天线测试系统对待测天线增益的高精度测量；
综上所得，本发明能够解决传统天线增益校准过程中的测量繁琐且容易出错问题。
附图说明
图1为本发明的增益校准模块粗测量流程示意图；
图2为本发明的增益校准模块精测量流程示意图；
图3为本发明的天线测试模块流程示意图；
图4为本发明的增益计算模块流程示意图；
图5为本发明的整体步骤示意图。
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。
请参阅图1、图2、图3、图4和图5，一种精度可控的天线增益自动校准方法，包括以下操作步骤：
步骤一：获得已知增益的标准天线；
步骤二：通过增益校准模块对已知增益的标准天线进行测量，得到增益校准文件，其中，增益校准模块执行测量包括以下步骤：
A1：增益校准模块根据已知增益天线的标准增益文件获得校准频率数组F[ ]和与标准增益数组G[ ]，其中校准频率数组校准频率数组F[ ]也为标准频率数组F[ ]，F[ ]和G[ ]中的元素一一对应，并由用户设置校准精度的差值高限C；
A2：进行粗测量,具体为对待测天线执行采样角度间隔为R0的360°方向图粗测， R0取用的角度为7°，完成方向图粗测后，得到标准天线在F[ ]下的最大幅值粗测数组A0[ ]、最大幅值粗测角度数组D0[ ]，计算出精测量扫描角域初始中心D1，其中D1=平均值（D0[ ]）；
A3：进行精测量, 精测量为重复扫描，重复扫描需满足以下条件停止，第一，Cn[ ] 均小于差值高限C，即天线幅值的测量值和理论值的差值小于C则满足本次校准的精度要 求，第二，n需要大于2，实际精测量时，精测量执行6次，记录次数为n，n从1开始，每完成一次 扫描自加1，第n次使用的采样角度间隔
Figure 577321DEST_PATH_IMAGE001
、扫描角域范围
Figure 536312DEST_PATH_IMAGE002
、扫描 角域中心Dn=平均值（Dn-1[ ]）、测试频率为F[ ]，这其中，需要说明的是，如第一次进行一次 以D1为中心，在
Figure 350685DEST_PATH_IMAGE003
的角度范围内进行角度间隔为
Figure 173147DEST_PATH_IMAGE004
的天线幅度扫 描，该过程记录将测试频率F[ ]各个频率测量到的最大幅值记入数组A1[ ]，取得校准频率 数组F[ ]各元素对应的第n次最大幅值数组An[ ]，计算Cn[ ]= An[ ]- A0[ ]，在Cn[ ]为正 值的元素位置上，将A0[ ]中元素替换为An[ ]同位置元素；
A4：根据最终的A0[ ]和标准增益数组G[ ]计算出增益补偿值数组S[ ]= A0[ ] -G[ ]，将校准频率数组F[ ]和增益补偿值数组S[ ]存储在增益校准文件中，获得增益校准文件；
A5：增益校准模块执行完成；
因此，增益校准模块是天线增益自动校准的执行模块，通过对已知增益的标准天线进行360°方向图的幅值最大值进行测量并计算暗室的增益修正值来实现增益校准，按照校准流程可以分为粗测量和精测量，具体执行该模块时由软件全程自动控制天线测量系统完成校准；
步骤三：准备待测天线；
步骤四：通过天线测试模块对待测天线进行幅度测试，获得天线测试文件，其中，天线测试模块执行测试包括以下步骤：
B1：按照待测天线测试频率数组Fantena [ ]进行该天线的幅度测试；
B2：获得天线测试文件，天线测试文件包含测试频率数组Fantena [ ]、幅度测试值以及与幅度测试值相应的角度位置值存入天线测试文件；
即通过天线测试模块按照待测天线测试频率数组Fantena [ ] 进行该天线的幅度测试，并得到天线测试文件；
步骤五：将增益校准文件和天线测试文件带入增益计算模块中计算，获得待测天线增益文件，其中增益计算模块执行计算包括以下步骤：
C1：读取增益校准文件中得到的频率组数F[ ]和增益补偿值组数S[ ]；
C2：查找测试待测天线得到其测试频率数组Fantena [ ]中各个频率的最大幅度数组Aantena[ ]；
C3：根据校准频率数组F[ ]、增益补偿值组数S[ ]和测试频率数组Fantena [ ]线性插值计算出增益补偿数组Santena [ ]；
C4：计算待测天线在测试频率数组Fantena [ ]下相应的标准增益值Gantena[ ]，其中，Gantena[ ]=Aantena[ ]-Santena [ ]；
因此，增益计算模块是根据增益校准文件和天线测试文件进行待测天线的增益计算，用户只需选择增益校准文件和天线测试文件，即可计算出天线在测试频率数组Fantena [ ]下相应的标准增益值Gantena[ ]。
该精度可控的天线增益自动校准方法，通过读取增益、执行测试，计算增益校准值、生成增益校准文件的全过程自动化，实现了天线测量系统的实时自动化校准，大幅提升了增益测量的准确度和效率，且不依赖于标准天线，只需要已知增益的天线即可完成天线测试系统的增益校准，在部分场景下，亦可使用标准增益数组G[ ]所有元素为0的文件，测量待测天线在频率数组F[ ]下相对于校准天线的相对增益；
较传统方法对角度的遍历更全面精确，采用粗测量和精测量的间隔与计算方法，兼顾了测试精度和效率，支持用户根据实际需求设置精度要求，对天线测量系统的形式并不敏感，能够进行近远场暗室、外场、车载远场等各类天线测量系统的增益校准，并且人工干预少，精度高，模式灵活，适应频繁发生射频链路以及测量环境改变的天线测试系统对待测天线增益的高精度测量。
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。

Claims (4)

1.一种精度可控的天线增益自动校准方法，其特征在于：包括以下操作步骤：
步骤一：获得已知增益的标准天线；
步骤二：通过增益校准模块对已知增益的标准天线进行测量，得到增益校准文件，其中，增益校准模块执行测量包括以下步骤：
A1：增益校准模块根据已知增益天线的标准增益文件获得校准频率数组F[ ]和与标准增益数组G[ ]，F[ ]和G[ ]中的元素一一对应，并由用户设置校准精度的差值高限C；
A2：进行粗测量,具体为对待测天线执行采样角度间隔为R0的360°方向图粗测，完成方向图粗测后，得到标准天线在F[ ]下的最大幅值粗测数组A0[ ]、最大幅值粗测角度数组D0[ ]，计算出精测量扫描角域初始中心D1，其中D1=平均值（D0[ ]）；
A3：进行精测量, 精测量为重复扫描，记录次数为n，第n次使用的采样角度间隔
Figure 124964DEST_PATH_IMAGE001
、扫描角域范围
Figure 9350DEST_PATH_IMAGE002
、扫描角域中心Dn=平均值（Dn-1[ ]）、测试频 率为F[ ]，取得校准频率数组F[ ]各元素对应的第n次最大幅值数组An[ ]，计算Cn[ ]= An [ ]- A0[ ]，在Cn[ ]为正值的元素位置上，将A0[ ]中元素替换为An[ ]同位置元素；
A4：根据最终的A0[ ]和标准增益数组G[ ]计算出增益补偿值数组S[ ]= A0[ ] - G[ ]，将校准频率数组F[ ]和增益补偿值数组S[ ]存储在增益校准文件中，获得增益校准文件；
A5：增益校准模块执行完成；
步骤三：准备待测天线；
步骤四：通过天线测试模块对待测天线进行幅度测试，获得天线测试文件，其中，天线测试模块执行测试包括以下步骤：
B1：按照待测天线测试频率数组Fantena[ ]进行该天线的幅度测试；
B2：获得天线测试文件，天线测试文件包含测试频率数组Fantena[ ]、幅度测试值以及与幅度测试值相应的角度位置值存入天线测试文件；
步骤五：将增益校准文件和天线测试文件带入增益计算模块中计算，获得待测天线增益文件，其中增益计算模块执行计算包括以下步骤：
C1：读取增益校准文件中得到的频率组数F[ ]和增益补偿值组数S[ ]；
C2：查找测试待测天线得到其测试频率数组Fantena[ ]中各个频率的最大幅度数组Aantena[ ]；
C3：根据校准频率数组F[ ]、增益补偿值组数S[ ]和测试频率数组Fantena[ ]线性插值计算出增益补偿数组Santena[ ]；
C4：计算待测天线在测试频率数组Fantena[ ]下相应的标准增益值Gantena[ ]，其中，Gantena[ ]=Aantena[ ]-Santena[ ]。
2.根据权利要求1所述的一种精度可控的天线增益自动校准方法，其特征在于：所述步骤二中，R0 取用的角度范围为 5°~10°。
3.根据权利要求1所述的一种精度可控的天线增益自动校准方法，其特征在于：所述步骤二中，重复扫描需满足以下条件停止：
（1）：Cn[ ]均小于差值高限C；
（2）：n大于2，即精测量至少执行3次。
4.根据权利要求1所述的一种精度可控的天线增益自动校准方法，其特征在于：所述步骤二中，n从1开始，每完成一次扫描自加1。
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Title
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