CN117388588B - 一种vhf或uhf频段宽波束天线方向图的工程测量系统 - Google Patents
一种vhf或uhf频段宽波束天线方向图的工程测量系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117388588B CN117388588B CN202311685186.4A CN202311685186A CN117388588B CN 117388588 B CN117388588 B CN 117388588B CN 202311685186 A CN202311685186 A CN 202311685186A CN 117388588 B CN117388588 B CN 117388588B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- antenna
- signal
- control
- vhf
- sequence
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 11
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 6
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 description 1
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/10—Radiation diagrams of antennas
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
- G01R29/0871—Complete apparatus or systems; circuits, e.g. receivers or amplifiers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
- G01R29/0878—Sensors; antennas; probes; detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
- G01R29/0892—Details related to signal analysis or treatment; presenting results, e.g. displays; measuring specific signal features other than field strength, e.g. polarisation, field modes, phase, envelope, maximum value
Abstract
本发明公开了一种VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统，属于天线测量领域，工程测量系统包括：发射天线单元，包括：连杆、驱动件、N个圆极化发射天线，各圆极化发射天线沿连杆的轴向设置于连杆之上，驱动件实现连杆绕连杆端部进行旋转运动；被测天线单元，包括：VHF/UHF频段宽波束被测天线和转台，完成发射天线单元辐射信号的接收；激励信号产生单元，由微波信号源产生射频信号并经功分器分成发射信号和参考信号；控制与分析单元，完成发射天线单元、被测天线单元和激励信号产生单元中各模块驱动控制；还被配置为同步接收参考信号和被测天线单元收到的辐射信号，并对接收的信号进行分析处理生成VHF/UHF频段宽波束被测天线方向图。
Description
技术领域
本发明属于天线测量技术，尤其涉及一种VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统。
背景技术
方向图测量是天线测试技术中的重要研究内容，常规的天线方向图测量原理如图1所示。测量系统位于微波暗室内，被测天线架设在转台上，配试发射天线固定在支架上，矢量网络分析仪发射端口激励配试天线辐射信号，接收端口获取被测天线接收到的回波信号。在控制与分析计算机的作用下，一方面控制转台按照方位和/或俯仰逐角度扫描，扫描到特定角度后控制矢量网络分析仪辐射信号并采集被测天线的接收回波；另一方面汇集不同扫描角度的回波信号幅度和相位，形成被测天线的方向图。
不难发现，在用于频率较低的VHF/UHF频段宽波束天线方向图测量时，类似于图1中常规天线测量方法存在如下问题：
（1）被测天线宽波束导致测量精度受测量环境影响大
由于被测天线波束较宽，对各个方向入射的电磁波增益比较接近，一旦配试天线辐射的信号在测量环境中产生了散射和/或反射等非直达波信号，这些信号将从不同的角度入射到被测天线，并被有效的接收，导致方向图测量产生较大的误差甚至错误。一般而言，被测天线波束越宽，测量精度对环境的依赖性就越大。
（2）VHF/UHF频段理想微波暗室实现困难
微波暗室主要通过吸收发射天线辐射信号产生的散射和反射信号，尽可能保证只有直达波信号达到被测接收天线，从而提供较为理想的电磁测试环境。在数十MHz~数百MHz的VHF和UHF频段，吸波效果理想的微波暗室设计代价大，实现成本高，甚至无法实现。
发明内容
本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统，所述工程测量系统通过设计低复杂度的发射天线单元等效实现窄波束低旁瓣的电磁辐射，达到降低环境因素对方向图测量影响的效果，解决了传统微波暗室测量系统难以准确测量VHF/UHF频段宽波束天线方向图的问题。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统，所述工程测量系统包括：
发射天线单元，所述发射天线单元包括：连杆、驱动件、N个圆极化发射天线，各圆极化发射天线沿所述连杆的轴向设置于所述连杆之上，所述驱动件被配置实现所述连杆绕连杆端部进行旋转运动，发射天线单元基于转动的各圆极化发射天线模拟N圈圆环阵列天线辐射，其中N为大于零的自然数；
被测天线单元，所述被测天线单元包括：VHF/UHF频段宽波束被测天线和转台，所述VHF/UHF频段宽波束被测天线设置于转台上，且所述VHF/UHF频段宽波束被测天线的法线方向与连杆转轴方向重合设置，并完成发射天线单元辐射信号的接收；
激励信号产生单元，所述激励信号产生单元由微波信号源产生射频信号并经功分器分成发射信号和参考信号，所述发射信号按预设时序经发射天线单元形成辐射信号；所述参考信号被传输至控制与分析单元；
控制与分析单元，所述控制与分析单元被配置为完成发射天线单元、被测天线单元和激励信号产生单元中各模块驱动控制；且所述控制与分析单元还被配置为同步接收参考信号和被测天线单元收到的辐射信号，并对接收的信号进行分析处理生成VHF/UHF频段宽波束被测天线方向图。
根据一个优选的实施方式，所述转台被配置为完成所述VHF/UHF频段宽波束被测天线的方位和/或俯仰扫描，形成VHF/UHF频段宽波束被测天线方向图测量结果。
根据一个优选的实施方式，个圆极化发射天线按照间距/>布置在连杆之上，其中，/>。
根据一个优选的实施方式，所述发射天线单元还包括位置传感器，所述位置传感器被配置为获取连杆的任意时刻旋转的圆心角/>。
根据一个优选的实施方式，所述激励信号产生单元包括：1分2功分器、N选1开关和电光转换器；
微波信号源产生的射频信号经1分2功分器分成发射信号与参考信号两路；
发射信号经N选1开关，按照预设的时序分别激励发射天线单元中的N个天线，形成向被测天线单元辐射的电磁波；
参考信号经电光转换器处理后传输到控制与分析单元。
根据一个优选的实施方式，针对模拟N圈圆环阵列天线，令各圈上的阵元个数依次为，对于第/>圈圆环阵列，其中，/>；则/>个阵元的圆心角构成序列：
其中，表示第n圈圆环上的第M n个阵元；
则针对所有的N圈圆环，将序列中的圆心角按从小到大的顺序排列，分别得到阵元圆心角序列和所属圆环序号序列，两个序列分别为：
其中，表示圆环的序号，/>表示第/>圈圆环上的第个阵元；
且，阵元圆心角序列即为N个天线旋转模拟N圈圆环阵的圆心角控制序列，所属圆环序号序列/>为N选1开关切换控制序列。
根据一个优选的实施方式，阵元圆心角序列和所属圆环序号序列/>作为预设时序数据预存于控制与分析单元内。
根据一个优选的实施方式，所述发射天线单元被配置为通过调整发射波束形成权重完成发射波束旁瓣抑制。
根据一个优选的实施方式，所述控制与分析单元包括：控制与分析计算机、控制信号传输与分发模块；其中，控制与分析计算机通过控制信号传输与分发模块内预设的时序控制信号，完成对微波信号源、N选1开关、驱动件和转台的控制。
根据一个优选的实施方式，所述控制与分析单元还包括：双通道同步接收采集模块，所述双通道同步接收采集模块分别接收被测天线单元的输出的信号和激励信号产生单元输出的参考信号，并经由控制与分析计算机完成对接收的信号进行分析处理生成VHF/UHF频段宽波束被测天线方向图。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
与常规的方向图测量方案相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明通过N个发射天线的旋转等效形成大孔径N圈圆环阵对应的窄发射波束并且尽可能的压缩了发射波束的旁瓣，确保高增益直达波到达被测天线的同时尽可能降低了发射信号在测量环境中散射和反射波，达到降低环境因素对被测宽波束天线方向图影响的效果。
2)本发明系统的测量过程不需要低频段微波暗室的理想电磁环境保证，在室外开阔环境选择合适的场地即可进行，对测试环境的要求显著降低。
3)此外，本发明提出的发射信号产生具有较低的复杂度，主要体现两个方面。一是采用N个小口面天线旋转等效形成大孔径N圈圆环阵，发射天线系统相比大实孔径的单个天线或者大口面相控阵天线系统复杂度明显降低；二是通过分时采集处理，发射波束形成过程实际是在接收端的控制与分析计算机中完成，不需要类似相控阵发射阵列的发射波束形成网络，复杂度与代价低。
附图说明
图1是常规天线方向图测量原始示意图；
图2是本发明VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统的测试原理示意图；
图3是本发明的发射天线单元的结构示意图；
图4是本发明中球坐标系下方位角和俯仰角的示意图；
图5（a）是本发明实施例中被测天线方位面幅度方向图理论值；
图5（b）是本发明实施例中被测天线方位面相位方向图理论值；
图6是本发明实施例中3圈圆环阵目标阵列构型示意图；
图7是本发明实施中具有强散射点的测量场景示意图；
图8本发明实施例中副瓣抑制后的合成波束示意图；
图9是本发明实施例中全1加权无副瓣抑制的合成波束示意图；
图10是本发明实施例中1号天线转台方位0°时各信号波形示意图；
图11是本发明实施例中采用本发明N圈圆环阵天线在转台方位0°时各信号波形示意图；
图12（a）是本发明实施例测得的幅度方向图实测对比图；
图12（b）是本发明实施例测得的相位方向图实测对比图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
参考图2所示，本发明公开了一种VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统，所述工程测量系统包括：发射天线单元、被测天线单元、激励信号产生单元和控制与分析单元。
优选地，所述发射天线单元包括：连杆、驱动件、位置传感器、N个圆极化发射天线。
参考图3所示，各圆极化发射天线沿所述连杆的轴向设置于所述连杆之上，所述驱动件被配置实现所述连杆绕连杆端部进行旋转运动，发射天线单元基于转动的各圆极化发射天线模拟N圈圆环阵列天线辐射，其中N为大于零的自然数。所述驱动件可以是伺服电机。所述位置传感器被配置为获取连杆的任意时刻旋转的圆心角/>。
优选地，个圆极化发射天线按照间距/>布置在连杆之上，其中，。
具体地，本发射天线单元在伺服电机的控制下，使连杆绕oy轴在xoz平面内旋转，并且通过位置传感器精确获取连杆的任意时刻旋转的圆心角/>。
进一步地，一种可能的伺服控制方案为采用步进电机携带刚性连杆旋转，通过光栅编码器获取转动过程中任意时刻的圆心角。
本发射天线单元通过伺服携带连杆上天线的旋转，以个天线的低复杂代价，等效获得了/>圈圆环阵列辐射的效果。
优选地，所述被测天线单元包括：VHF/UHF频段宽波束被测天线和转台，所述VHF/UHF频段宽波束被测天线设置于转台上，且所述VHF/UHF频段宽波束被测天线的法线方向与连杆转轴方向重合设置（也即是保证被测天线法线方向与oy轴重合），并完成发射天线单元辐射信号的接收。
优选地，所述转台被配置为完成所述VHF/UHF频段宽波束被测天线的方位和/或俯仰扫描，形成VHF/UHF频段宽波束被测天线方向图测量结果。
优选地，所述激励信号产生单元由微波信号源产生射频信号并经功分器分成发射信号和参考信号，所述发射信号按预设时序经发射天线单元形成辐射信号；所述参考信号被传输至控制与分析单元。
进一步地，所述激励信号产生单元包括：1分2功分器、N选1开关和电光转换器。其中，微波信号源产生的射频信号经1分2功分器分成发射信号与参考信号两路。
发射信号经N选1开关，按照预设的时序分别激励发射天线单元中的N个天线，形成向被测天线单元辐射的电磁波；参考信号经电光转换器处理后传输到控制与分析单元。
优选地，所述控制与分析单元被配置为完成发射天线单元、被测天线单元和激励信号产生单元中各模块驱动控制。且所述控制与分析单元还被配置为同步接收参考信号和被测天线单元收到的辐射信号，并对接收的信号进行分析处理生成VHF/UHF频段宽波束被测天线方向图。
进一步地，所述控制与分析单元包括：控制与分析计算机、控制信号传输与分发模块；其中，控制与分析计算机通过控制信号传输与分发模块内预设的时序控制信号，完成对微波信号源、N选1开关、驱动件和转台的控制。
更进一步地，所述控制与分析单元还包括：双通道同步接收采集模块，所述双通道同步接收采集模块分别接收被测天线单元的输出的信号和激励信号产生单元输出的参考信号，并经由控制与分析计算机完成对接收的信号进行分析处理生成VHF/UHF频段宽波束被测天线方向图。
本发明VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统的控制与数据处理包括：
（1）发射天线单元的控制时序
低复杂度发射天线单元主要通过N个天线的旋转模拟N圈圆环阵天线的等效辐射效果。针对模拟N圈圆环阵列天线，令各圈上的阵元个数依次为，对于第/>圈圆环阵列，其中，/>；则/>个阵元的圆心角构成序列：
其中，表示第n圈圆环上的第M n个阵元；
则针对所有的N圈圆环，将序列中的圆心角按从小到大的顺序排列，分别得到阵元圆心角序列和所属圆环序号序列，两个序列分别为：
其中，表示圆环的序号，/>表示第/>圈圆环上的第个阵元；
阵元圆心角序列即为N个天线旋转模拟N圈圆环阵的圆心角控制序列，所属圆环序号序列/>为N选1开关切换控制序列，且前述两序列的长度均为：
。
进一步对，阵元圆心角序列和所属圆环序号序列/>作为预设时序数据预存于控制与分析单元内。
（2）发射波束旁瓣抑制
本发明的发射天线单元通过N个天线的旋转模拟N圈圆环阵的辐射效果。为尽可能降低方向图测量受环境因素的影响，期望发射天线阵列的波束宽度越窄越好，波束旁瓣越低越好。
发射天线阵的波束宽度主要由N圈圆环阵的最外圈半径决定，/>越大波束宽度就越窄，可根据实际测试环境和复杂度约束进行灵活选择。
具体地，发射天线单元被配置为通过调整发射波束形成权重完成发射波束旁瓣抑制。
参考图4，在本发明中，根据目标N圈圆环阵的阵元位置，对从球坐标系中方位角和俯仰角/>入射的信号，其阵列导向矢量可表达为：
其中表示向量的转置；列向量/>的长度为/>，代表了N圈圆环阵中L个阵元对方位/>和俯仰/>方向入射信号的空域响应；/>表示第n圈圆环上/>个阵元的导向矢量。由阵列信号处理的基本理论，/>可解析表达为：
其中表示第n圈圆环上第m个天线对方位/>和俯仰/>方向入射信号的空间响应，可表示为：
表示辐射电磁波的波长，/>表示第n圈圆环上第m个天线的三维空间坐标。
为了在阵列构型确定的情况下，尽可能抑制发射天线阵列波束的旁瓣，本发明采用了如下波束形成权重计算方法：
其中表示向量的共轭转置；/>为最优化加权权重；/>表示N圈圆环阵在主波束指向方向(方位/>，俯仰/>)的阵列导向矢量；/>表示N圈圆环阵主波束指向方向的波束响应；/>表示N圈圆环阵在波束旁瓣方向(方位/>，俯仰/>)的阵列导向矢量；/>表示对波束旁瓣区域的方位和俯仰角进行抽样形成的集合，抽样的角度数量为/>；/>表示了复向量的/>范数。
前述波束形成权重计算方法中的优化问题确保了N圈圆环阵发射主波束方向响应为设定值的前提下，使得发射波束旁瓣区域中功率最高的旁瓣尽可能的低，从达到最大限度抑制波束旁瓣的效果。
从数学的角度，波束形成权重计算方法为一个二阶锥规划问题，是严格的凸优化问题，具有全局唯一解。可通过内点算法等成熟数学方法，事先获取最优化权重并存储于控制与分析计算机中使用。
（3）VHF/UHF频段宽波束被测天线方向图测量
获取发射天线单元控制时序与旁瓣抑制发射波束形成权重后，通过控制与分析计算机完成被测天线方向图测量，流程如下：
1)关闭微波信号源射频信号输出。
2)控制被测天线单元的转台旋转到方向图测量的第1个角度。
3)根据发射天线单元的控制时序，控制伺服携带连杆旋转至圆心角序列的第1个角度；控制N选1开关连通微波信号源与序列/>中的第1个天线。
4)控制微波信号源产生特定功率和特定频率/>的单频正弦信号，开启射频输出。
5)控制双通道同步接收与采集模块的状态，完成对被测天线与光纤传输的参考通道的信号采集获取。不失一般性，假定通过双通道同步接收采集系统与数字传输后，从参考通道和被测天线通道获取的数字化复解析信号序列分别为和。对数字序列/>进行快速傅里叶变换(FFT)，并计算频谱，获取频谱峰点处对应的频域序列点的相位值/>。对被测天线接收信号复序列/>扣除相位值/>得到测试序列：
6)关闭信号源射频输出。
7)遍历发射时序控制圆心角序列和天线切换序列/>的第2~L个状态，重复过程4)~6)，在控制与分析计算机中依次得到测试序列/>~/>。
8)将遍历序列和/>的测试序列/>~/>排列成/>复信号矩阵：
利用事先获取的波束形成权重，在控制与分析计算机中完成发射波束形成并获取/>复信号序列为：
9)对复信号序列进行FFT，并计算频谱，获取频谱峰点处对应的频域序列点的幅度/>和相位值/>，即为本次转台角度对应的方向图测量的幅度和相位。
10)依次控制转台遍历方向图测量需要扫描的第2~第P个角度，重复过程3)~9)，获取每个方向图扫描角度对应的幅度和相位，并形成如下序列：
即为被测天线的幅度方向图序列，/>即为被测天线的相位方向图序列。
实施例
为验证本发明的有效性，设计了一个低频宽波束天线方向图测量的实例。
不失一般性，假设被测天线的工作频率为350MHz，且其方位面幅度方向图理论值和方位面相位方向图理论值如图5（a）和图5（b）所示，为典型宽波束天线，在方位面-90~90°角度范围为方向图主瓣，幅度方向图增益起伏为10dB，相位方向图恒为0°。
发射天线为工作在350MHz的全向圆极化天线，此处考虑采用3个天线旋转构成3圈圆环阵，满足,/>,/>。给定期望通过旋转模拟的3圈圆环阵列如图6所示。阵列位于xoz平面，第1圈位于圆环中心仅1个阵元；第2圈位于半径0.75m的圆环上，共24个阵元等圆心角分布，第1个阵元的起始圆心角为7.5°；第3圈位于半径1.5m的圆环上，共24个阵元等圆心角分布，第1个阵元的起始圆心角为0°。
假设测量环境中在方位面上存在1个强散射点，如图7示意，其与发射天线阵列的法线方向夹角为30°，与接收法线方向的夹角为45°，电磁波经过该点散射后幅度降低10%，相位移动75°。
由于环境和接收通道不稳定性等因素的影响，测量系统存在均值为0，标准差为2°的随机相位波动。
在上述条件下，本发明的分步骤实现结果如下：
（1）发射天线单元控制时序获取
本实施3圈圆环目标阵列，基于前述发射天线单元控制时序获取，获取控制发射天线单元时序的圆心角序列与天线切换序列/>见表1所示。
表1天线控制序列表
（2）旁瓣抑制发射波束形成权重计算
对三圈圆环目标阵列，基于副瓣抑制最优权重计算方法获取的阵列合成波束如图8所示。作为对比，采用传统全1波束加权不做专门副瓣抑制处理的合成波束图如图9所示。对比结果表明，采用传统全1加权，本例3圈圆环阵的主副瓣比仅有14dB；而采用本发明的副瓣抑制波束形成权重设计，主副瓣比为21.23dB；主副瓣比提升超过7dB，证实本发明波束形成方案的副瓣抑制的有效性。
（3）被测方向图的测量
按本发明方法，在控制与分析计算机中完成转台、信号源、发射天线伺服和天线切换开关控制，经接收信号处理后，获取被测天线方向图。
以转台旋转至方位面0°测量方向图的瞬态为例，1号天线在圆心角0°时单独辐射的直达波信号、散射波信号与宽波束天线接收信号如图10所示。从图中可知，由于1号天线为接近全向发射天线，其辐射的信号将产生与直达波功率较为接近的散射波，导致宽波束接收信号与直达波信号在幅度和初相上都存在差别，直接利用该数据测量方向图必然产生误差。采用本发明的N天线旋转形成等效的N圈圆环阵，在控制与分析计算机中补偿相位与发射波束形成后，直达波、散射波与宽波束接收天线对应的信号波形如图11所示。结果表明，经过等效的发射波束形成后，散射波信号受到了明显的抑制，直达波和宽波束天线接收信号在波形上已无明显差别。
遍历方向图扫描需要的转台角度，形成被测宽波束天线的方位面幅度方向图和方位面相位方向图测量结果如图12（a）和图12（b）所示。作为对比，图中还给出了相同条件下仅有1号天线在圆心单独辐射时获得方向图结果。结果表明，本发明幅度方向图测量均方根误差（rms）在0.2dB左右，仅为天线1宽波束辐射测量的10%；相位方向图测量rms在5.4°左右，仅为天线1宽波束辐射测量的15%左右；证实了本发明精确测量低频段宽波束天线方向图的有效性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (8)
1.一种VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统，其特征在于，所述工程测量系统包括：
发射天线单元，所述发射天线单元包括：连杆、驱动件、N个圆极化发射天线，各圆极化发射天线沿所述连杆的轴向设置于所述连杆之上，所述驱动件被配置实现所述连杆绕连杆端部进行旋转运动，发射天线单元基于转动的各圆极化发射天线模拟N圈圆环阵列天线辐射，其中N为大于零的自然数；
被测天线单元，所述被测天线单元包括：VHF/UHF频段宽波束被测天线和转台，所述VHF/UHF频段宽波束被测天线设置于转台上，且所述VHF/UHF频段宽波束被测天线的法线方向与连杆转轴方向重合设置，并完成发射天线单元辐射信号的接收；
激励信号产生单元，所述激励信号产生单元由微波信号源产生射频信号并经功分器分成发射信号和参考信号，所述发射信号按预设时序经发射天线单元形成辐射信号；所述参考信号被传输至控制与分析单元；
控制与分析单元，所述控制与分析单元被配置为完成发射天线单元、被测天线单元和激励信号产生单元中各模块驱动控制；且所述控制与分析单元还被配置为同步接收参考信号和被测天线单元收到的辐射信号，并对接收的信号进行分析处理生成VHF/UHF频段宽波束被测天线方向图；
所述激励信号产生单元包括：1分2功分器、N选1开关和电光转换器；
微波信号源产生的射频信号经1分2功分器分成发射信号与参考信号两路；
发射信号经N选1开关，按照预设的时序分别激励发射天线单元中的N个天线，形成向被测天线单元辐射的电磁波；
参考信号经电光转换器处理后传输到控制与分析单元；
针对模拟N圈圆环阵列天线，令各圈上的阵元个数依次为，对于第/>圈圆环阵列，其中，/>；则/>个阵元的圆心角构成序列：
其中，表示第n圈圆环上的第M n个阵元；
则针对所有的N圈圆环，将序列中的圆心角按从小到大的顺序排列，分别得到阵元圆心角序列和所属圆环序号序列，两个序列分别为：
其中，表示圆环的序号，/>表示第/>圈圆环上的第个阵元；
且，阵元圆心角序列即为N个天线旋转模拟N圈圆环阵的圆心角控制序列，所属圆环序号序列/>为N选1开关切换控制序列。
2.如权利要求1所述的VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统，其特征在于，所述转台被配置为完成所述VHF/UHF频段宽波束被测天线的方位和/或俯仰扫描，形成VHF/UHF频段宽波束被测天线方向图测量结果。
3.如权利要求1所述的VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统，其特征在于，个圆极化发射天线按照间距/>布置在连杆之上，其中，/>。
4.如权利要求1或3所述的VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统，其特征在于，所述发射天线单元还包括位置传感器，所述位置传感器被配置为获取连杆的任意时刻旋转的圆心角/>。
5.如权利要求1所述的VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统，其特征在于，
阵元圆心角序列和所属圆环序号序列/>作为预设时序数据预存于控制与分析单元内。
6.如权利要求1所述的VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统，其特征在于，所述发射天线单元被配置为通过调整发射波束形成权重完成发射波束旁瓣抑制。
7.如权利要求1所述的VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统，其特征在于，所述控制与分析单元包括：控制与分析计算机、控制信号传输与分发模块；
其中，控制与分析计算机通过控制信号传输与分发模块内预设的时序控制信号，完成对微波信号源、N选1开关、驱动件和转台的控制。
8.如权利要求7所述的VHF或UHF频段宽波束天线方向图的工程测量系统，其特征在于，所述控制与分析单元还包括：双通道同步接收采集模块，
所述双通道同步接收采集模块分别接收被测天线单元的输出的信号和激励信号产生单元输出的参考信号，并经由控制与分析计算机完成对接收的信号进行分析处理生成VHF/UHF频段宽波束被测天线方向图。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311685186.4A CN117388588B (zh) | 2023-12-11 | 2023-12-11 | 一种vhf或uhf频段宽波束天线方向图的工程测量系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311685186.4A CN117388588B (zh) | 2023-12-11 | 2023-12-11 | 一种vhf或uhf频段宽波束天线方向图的工程测量系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117388588A CN117388588A (zh) | 2024-01-12 |
| CN117388588B true CN117388588B (zh) | 2024-03-01 |
Family
ID=89437741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311685186.4A Active CN117388588B (zh) | 2023-12-11 | 2023-12-11 | 一种vhf或uhf频段宽波束天线方向图的工程测量系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117388588B (zh) |
Citations (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101320061A (zh) * | 2008-07-21 | 2008-12-10 | 西安电子科技大学 | 天线相位中心自动测量系统 |
| RU2358271C1 (ru) * | 2008-02-21 | 2009-06-10 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности" Минобороны России (ФГУ "ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ" Минобороны России" | Устройство для автоматического измерения диаграмм направленности антенн |
| CN101656971A (zh) * | 2009-08-14 | 2010-02-24 | 同济大学 | 基于虚拟天线阵列的高精度无线信道测试平台及方法 |
| CN102854401A (zh) * | 2012-09-11 | 2013-01-02 | 电子科技大学 | 一种阵列天线方向图时域测量方法 |
| CN103743960A (zh) * | 2014-01-22 | 2014-04-23 | 四川九洲空管科技有限责任公司 | 数字阵二次雷达天线方向图的远场测试系统及其测试方法 |
| CN104101786A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-10-15 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 全空域有源多波束球面相控阵天线方向图测量系统 |
| CN104316925A (zh) * | 2014-11-11 | 2015-01-28 | 武汉大学 | 一种基于旋转天线的方位合成孔径雷达系统 |
| CN104897976A (zh) * | 2015-05-14 | 2015-09-09 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种片上天线测试装置 |
| CN104931799A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-09-23 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种在片天线的电性能测试系统及方法 |
| CN106405266A (zh) * | 2016-06-02 | 2017-02-15 | 中山赛思普电子科技有限公司 | 一种自动化天线参数测量系统 |
| CN108107278A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-06-01 | 武汉凡谷电子技术股份有限公司 | 接收天线方向图的现场测试系统及方法 |
| CN109327594A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-02-12 | 厦门市摩尔环宇通信技术有限公司 | 一种ota测试暗室 |
| CN110726883A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-01-24 | 中电科仪器仪表有限公司 | 一种用于天线方向图测试的天线测试转台动态控制方法 |
| CN111537807A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-08-14 | 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） | 无人机辅助测试大机动飞行状态天线方向图的方法 |
| CN111965439A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-11-20 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 基于机械臂的天线测试系统、方法及装置 |
| CN114047387A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-15 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 一种对电子辐射系统辐射指向测试的系统及方法 |
| CN114531182A (zh) * | 2020-11-03 | 2022-05-24 | 南京中兴新软件有限责任公司 | 阵列天线的校准方法、装置及存储介质 |
| CN115184897A (zh) * | 2022-09-14 | 2022-10-14 | 北京航空航天大学 | 一种rcs近场多站阵列测量装置和方法 |
| CN115356697A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-11-18 | 北京天地一格科技有限公司 | 一种相控阵雷达天线方向图的测试方法 |
| CN117092416A (zh) * | 2022-05-12 | 2023-11-21 | 中兴通讯股份有限公司 | 有源天线的测试系统 |
-
2023
- 2023-12-11 CN CN202311685186.4A patent/CN117388588B/zh active Active
Patent Citations (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2358271C1 (ru) * | 2008-02-21 | 2009-06-10 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности" Минобороны России (ФГУ "ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ" Минобороны России" | Устройство для автоматического измерения диаграмм направленности антенн |
| CN101320061A (zh) * | 2008-07-21 | 2008-12-10 | 西安电子科技大学 | 天线相位中心自动测量系统 |
| CN101656971A (zh) * | 2009-08-14 | 2010-02-24 | 同济大学 | 基于虚拟天线阵列的高精度无线信道测试平台及方法 |
| CN102854401A (zh) * | 2012-09-11 | 2013-01-02 | 电子科技大学 | 一种阵列天线方向图时域测量方法 |
| CN103743960A (zh) * | 2014-01-22 | 2014-04-23 | 四川九洲空管科技有限责任公司 | 数字阵二次雷达天线方向图的远场测试系统及其测试方法 |
| CN104101786A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-10-15 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 全空域有源多波束球面相控阵天线方向图测量系统 |
| CN104316925A (zh) * | 2014-11-11 | 2015-01-28 | 武汉大学 | 一种基于旋转天线的方位合成孔径雷达系统 |
| CN104931799A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-09-23 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种在片天线的电性能测试系统及方法 |
| CN104897976A (zh) * | 2015-05-14 | 2015-09-09 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种片上天线测试装置 |
| CN106405266A (zh) * | 2016-06-02 | 2017-02-15 | 中山赛思普电子科技有限公司 | 一种自动化天线参数测量系统 |
| CN108107278A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-06-01 | 武汉凡谷电子技术股份有限公司 | 接收天线方向图的现场测试系统及方法 |
| CN109327594A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-02-12 | 厦门市摩尔环宇通信技术有限公司 | 一种ota测试暗室 |
| CN110726883A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-01-24 | 中电科仪器仪表有限公司 | 一种用于天线方向图测试的天线测试转台动态控制方法 |
| CN111537807A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-08-14 | 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） | 无人机辅助测试大机动飞行状态天线方向图的方法 |
| CN111965439A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-11-20 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 基于机械臂的天线测试系统、方法及装置 |
| CN114531182A (zh) * | 2020-11-03 | 2022-05-24 | 南京中兴新软件有限责任公司 | 阵列天线的校准方法、装置及存储介质 |
| CN114047387A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-15 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 一种对电子辐射系统辐射指向测试的系统及方法 |
| CN117092416A (zh) * | 2022-05-12 | 2023-11-21 | 中兴通讯股份有限公司 | 有源天线的测试系统 |
| CN115356697A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-11-18 | 北京天地一格科技有限公司 | 一种相控阵雷达天线方向图的测试方法 |
| CN115184897A (zh) * | 2022-09-14 | 2022-10-14 | 北京航空航天大学 | 一种rcs近场多站阵列测量装置和方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Wideband circularly polarized fan-shaped antenna on a HIS structure;Behrouz Babakhani 等;《2016 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation》;第125-126页 * |
| 分形结构散射和几类新型分形天线的设计与研究;刘国;《中国博士学位论文全文数据库信息科技辑》(第2期);第I136-12页 * |
| 天线远场自动测量系统的开发与应用;李晶晶;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》(第3期);第I136-65页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117388588A (zh) | 2024-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110095658B (zh) | 用于esa度量的方法和系统 | |
| CN107024621B (zh) | Massive-MIMO天线测量装置及其指向性测量方法 | |
| CN109581279B (zh) | 一种超宽带多波束系统测向精度的校正方法及装置 | |
| CN104515909B (zh) | 一种基于相关法的大天线方向图测量方法 | |
| US11131701B1 (en) | Multi-probe anechoic chamber for beam performance testing of an active electronically steered array antenna | |
| CN211061611U (zh) | 一种车载雷达测试装置 | |
| CN111693933B (zh) | 雷达信号瞬时宽方位测向系统 | |
| CN111859644B (zh) | 一种圆形相控阵列天线的接收波束形成与方位扫描方法 | |
| CN117388588B (zh) | 一种vhf或uhf频段宽波束天线方向图的工程测量系统 | |
| CN110850383B (zh) | 一种基于共形阵的mimo雷达信号处理方法 | |
| CN112034264A (zh) | 一种多探头紧缩场天线测试系统和生成方法 | |
| Cornelius | Fast spherical near-field antenna measurement methods | |
| CN117031418A (zh) | Sar卫星方位敏捷观测模式扫描指向检测方法及系统 | |
| JP2010237069A (ja) | レーダ反射断面積計測装置 | |
| CN116430303A (zh) | 宽带平面阵列多波束形成方法及比幅测角方法 | |
| CN112965028B (zh) | 多波束相控阵差和比角度估计方法 | |
| CN111965602B (zh) | 一种相控阵雷达幅相一致性检测方法和系统 | |
| Hu et al. | Amplitude and phase errors analysis on spherical multi-probe antenna near-field measurement | |
| Zhu et al. | Time-Efficient Multiplex Orbital Angular Momentum Beam Synthesis With Arbitrary-Shaped Array Using Multipole Moment Expansion | |
| Smolders et al. | System specification THEA | |
| Adomnitei et al. | Phase Shift Effects Analysis on Radiation Pattern of a Ground Plane Antenna Array | |
| Schvartzman et al. | A hybrid antenna pattern synthesis method for the polarimetric atmospheric imaging radar (PAIR) | |
| CN113252999B (zh) | 天线平面近场测试方法 | |
| Müller et al. | A UHF direction finding antenna with optimised radar cross section | |
| CN117129770A (zh) | 一种大型紧缩场太赫兹天线测试栅瓣修正方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |