一種差分天線測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種差分天線測量方法，盡量減少了巴倫的使用，在必須使用巴倫的情況下對巴倫特性做了全面的測量，并在后續的數據處理中消除了巴倫引入的測量誤差，使測量更加精確；相對于傳統測量方法精度更高，引入誤差較小，可以廣泛應用于差分天線測量中；本發明在測量過程中合理使用匹配負載減小了差分天線單端測量時懸空的天線臂對于天線特性的不利影響，并通過功率合成的方式真實的反映了天線的阻抗特性和輻射特性；實現了利用同軸電纜對差分天線的測量。本測量方法充分考慮了天線的應用環境，所有測量均模擬天線真實環境，獲得的測量結果能夠與天線應用時的特性保持一致。
【專利說明】一種差分天線測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及天線測量【技術領域】，尤其涉及一種差分天線測量方法。
【背景技術】
[0002]天線的電參數是天線設計中的重要技術指標，也是電子系統設計的重要依據?’天線的電參數主要包括電壓駐波比、隔離度、增益和方向圖等。電壓駐波比參數體現了天線輸入端口的反射特性，定義了天線的阻抗帶寬；隔離度參數反映了收發天線之間的耦合強度；增益和方向圖參數共同反映了天線的輻射特性。天線的電壓駐波比和隔離度通常使用矢量網絡分析儀進行測量，天線的增益和方向圖通常在微波暗室中使用信號源與頻譜儀進行測量。
[0003]差分天線是天線的一種形式，它通過兩個差分端口對天線進行饋電，兩差分端口分別饋入等幅反相的信號，實現天線的平衡饋電。普通的矢量網絡分析儀和頻譜儀等測量天線特性時接收的均不是差分信號，僅通過一根同軸電纜連接被測天線，無法實現天線平衡饋電；如上所述，常規測量方法主要采用巴倫將差分天線的差分端口轉換為單端口，再采用矢量網絡分析儀等設備進行測量。該方法測量獲得的天線特性受巴倫影響較大，不能完全真實的反應天線工作中的狀態，同時引入了巴倫本身的回波損耗和插入損耗，導致誤差偏大，尤其在天線電壓駐波比測量中無法通過后期數據處理消除巴倫引入的誤差。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明提供了一種差分天線測量方法，能夠在盡量減少使用巴倫的情況下對差分天線進行測量，同時，在使用巴倫的情況下去除巴倫引入的誤差，提高測量精度。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的:
[0006]一種差分天線測量方法，對差分天線的隔離度的測量方法包括如下步驟:
[0007]步驟11、選取兩個差分天線，分別作為發射天線和接收天線；將發射天線和接收天線通過天線支架進行固定，使兩者與其實際應用情況保持相同的狀態；
[0008]步驟12、在測量頻段上對矢量網絡分析儀的第一端口和第二端口均進行校準；
[0009]步驟13、將發射天線的兩個差分端口分別與巴倫的兩個輸出端口連接；將巴倫的輸入端口與矢量網絡分析儀的第一端口連接；將接收天線的兩個差分端口中的端口 a連接矢量網絡分析儀的第二端口，接收天線的兩個差分端口中的端口 b連接匹配負載；
[0010]步驟14、控制矢量網絡分析儀的第一端口通過巴倫向發射天線輸出信號，該信號包括測試頻段內的各個頻點；然后控制第二端口從接收天線接收信號，由此得到差分天線隔離度特性，并繪制天線隔離度曲線，定義為天線隔離度曲線S21’ ；
[0011]步驟15、將接收天線的端口 a和端口 b互換，即端口 a連接匹配負載，端口 b連接矢量網絡分析儀的第二端口；
[0012]步驟16、控制矢量網絡分析儀的第一端口通過巴倫向發射天線輸出信號，該信號包括測試頻段內的各個頻點；然后控制第二端口從接收天線接收信號，由此得到差分天線隔離度特性，并繪制天線隔離度曲線，定義為天線隔離度曲線S31’ ；
[0013]步驟17、將步驟14和步驟16獲取的兩條隔離度曲線進行功率合成，得到合成的差分天線隔離度；然后修正合成的差分天線隔離度中引入的巴倫插入損耗，得到修正后的差分天線隔離度。
[0014]所述對合成的差分天線隔離度的巴倫插入損耗的修正方法為:
[0015]選取兩個巴倫，定義為第一巴倫和第二巴倫；將兩個巴倫的雙端口分別連接，將一個巴倫的單端口與矢量網絡分析儀的第一端口連接，將另外一個巴倫的單端口與矢量網絡分析儀的第二端口連接；
[0016]控制矢量網絡分析儀第一端口輸出信號，第二端口接收信號，得到兩個巴倫的插入損耗k2，然后得到第一巴倫和第二巴倫的插入損耗=L1 = L1；2-3dB和L2 = L1；2-3dB ；
[0017]得到兩個巴倫的插入損耗的均值，對合成的差分天線隔離度進行修正。
[0018]所述對合成的差分天線隔離度的巴倫插入損耗的修正方法為:
[0019]步驟31、選取三個巴倫，定義為第一巴倫、第二巴倫和第三巴倫；
[0020]步驟32、將其中兩個巴倫的雙端口分別連接，將一個巴倫的單端口與矢量網絡分析儀的第一端口連接，將另外一個巴倫的單端口與矢量網絡分析儀的第二端口連接；
[0021]步驟33、控制矢量網絡分析儀第一端口輸出信號，第二端口接收信號，得到兩個巴倫串聯后的插入損耗；
[0022]步驟34、按照步驟32和步驟33的方法，獲得三個巴倫中兩兩巴倫串聯后的插入損耗，即第一巴倫與第二巴倫串聯后的插入損耗Lu、第一巴倫與第三巴倫串聯后的插入損耗Lli3以及第三巴倫與第二巴倫串聯后的插入損耗L2，3 ;建立如下方程得到第一巴倫插入損耗L1、第二巴倫插入損耗L2和第三巴倫的插入損耗L3:
-J - H-
[0023]I Lu3= Li+L3
L2'3.= A + i2.
[0024]得到三個巴倫的插入損耗的均值，對合成的差分天線隔離度進行修正。
[0025]進一步的，還包括對差分天線的增益進行測量，步驟為:
[0026]步驟41、將標準天線的輸入端口與信號源的輸出端口連接；將被測的差分天線的端口 a連接頻譜儀的輸入端，將端口 b連接匹配負載；
[0027]步驟42、將被測的差分天線采用測試工裝固定，使差分天線正對所述標準天線；采用轉臺固定所述測試工裝，使差分天線的相位中心在標準天線中心線與轉臺軸線的交點上；轉臺可控制測試工裝及其上的標準天線繞轉臺軸線轉動；
[0028]步驟43、采用微波暗室將上述標準天線、信號源、差分天線、測試工裝、轉臺、頻譜儀和匹配負載罩在其內部；
[0029]步驟44、在標準天線工作頻段內選定測試頻點，用信號源發射該頻點的信號，通過頻譜儀接收差分天線接收到的信號；控制轉臺旋轉，找到標準天線輻射最強的方向，測量得到該方向上差分天線接收功率Pl的dB值；
[0030]步驟45、使轉臺保持步驟44中的測試位置不變，將差分天線的兩個端口互換，即端口 a接匹配負載，端口 b接頻譜儀輸入端，再次測量得到差分天線接收功率P2的dB值；
[0031]步驟46、將步驟44和步驟45得到的兩個接收功率進行合成，得到差分天線的合成功率:
【權利要求】
1.一種差分天線測量方法，其特征在于，對差分天線的隔離度的測量方法包括如下步驟: 步驟11、選取兩個差分天線(1)，分別作為發射天線(5)和接收天線(6);將發射天線(5)和接收天線(6)通過天線支架(2)進行固定，使兩者與其實際應用情況保持相同的狀態；步驟12、在測量頻段上對矢量網絡分析儀(3)的第一端口和第二端口均進行校準；步驟13、將發射天線(5)的兩個差分端口分別與巴倫(7)的兩個輸出端口連接；將巴倫(7)的輸入端口與矢量網絡分析儀(3)的第一端口連接；將接收天線￠)的兩個差分端口中的端口 a連接矢量網絡分析儀(3)的第二端口，接收天線￠)的兩個差分端口中的端口 b連接匹配負載⑷； 步驟14、控制矢量網絡分析儀(3)的第一端口通過巴倫(7)向發射天線(5)輸出信號，該信號包括測試頻段內的各個頻點；然后控制第二端口從接收天線(6)接收信號，由此得到差分天線隔離度特性，并繪制天線隔離度曲線，定義為天線隔離度曲線S21’ ； 步驟15、將接收天線(6)的端口 a和端口 b互換，即端口 a連接匹配負載(4)，端口 b連接矢量網絡分析儀(3)的第二端口 ； 步驟16、控制矢量網絡分析儀(3)的第一端口通過巴倫(7)向發射天線(5)輸出信號，該信號包括測試頻段內的各個頻點；然后控制第二端口從接收天線(6)接收信號，由此得到差分天線隔離度特性，并繪制天線隔離度曲線，定義為天線隔離度曲線S31’ ； 步驟17、將步驟14和步驟16獲取的兩條隔離度曲線進行功率合成，得到合成的差分天線隔離度；然后修正合成的差分天線隔離度中引入的巴倫(7)插入損耗，得到修正后的差分天線隔離度。
2.如權利要求1所述的一種差分天線測量方法，其特征在于，所述對合成的差分天線隔離度的巴倫(7)插入損耗的修正方法為: 選取兩個巴倫(7)，定義為第一巴倫和第二巴倫；將兩個巴倫(7)的雙端口分別連接，將一個巴倫(7)的單端口與矢量網絡分析儀(3)的第一端口連接，將另外一個巴倫(7)的單端口與矢量網絡分析儀(3)的第二端口連接； 控制矢量網絡分析儀⑶第一端口輸出信號，第二端口接收信號，得到兩個巴倫(7)的插入損耗L1;2，然后得到第一巴倫和第二巴倫的插入損耗=L1 = L1；2-3dB和L2 = L1；2-3dB ；得到兩個巴倫(7)的插入損耗的均值，對合成的差分天線隔離度進行修正。
3.如權利要求1所述的一種差分天線測量方法，其特征在于，所述對合成的差分天線隔離度的巴倫(7)插入損耗的修正方法為: 步驟31、選取三個巴倫(7)，定義為第一巴倫、第二巴倫和第三巴倫； 步驟32、將其中兩個巴倫(7)的雙端口分別連接，將一個巴倫(7)的單端口與矢量網絡分析儀(3)的第一端口連接，將另外一個巴倫(7)的單端口與矢量網絡分析儀(3)的第二端口連接； 步驟33、控制矢量網絡分析儀(3)第一端口輸出信號，第二端口接收信號，得到兩個巴倫⑵串聯后的插入損耗；步驟34、按照步驟32和步驟33的方法，獲得三個巴倫(7)中兩兩巴倫(7)串聯后的插入損耗，即第一巴倫與第二巴倫串聯后的插入損耗k2、第一巴倫與第三巴倫串聯后的插入損耗Lu以及第三巴倫與第二巴倫串聯后的插入損耗1^，3;建立如下方程得到第一巴倫插入損耗L1、第二巴倫插入損耗L2和第三巴倫的插入損耗L3:
得到三個巴倫(7)的插入損耗的均值，對合成的差分天線隔離度進行修正。
4.如權利要求1所述的一種差分天線測量方法，其特征在于，進一步對差分天線的增益進行測量，包括: 步驟41、將標準天線(11)的輸入端口與信號源(12)的輸出端口連接；將被測的差分天線⑴的端口 a連接頻譜儀(13)的輸入端，將端口 b連接匹配負載(4); 步驟42、將被測的差分天線(I)采用測試工裝(9)固定，使差分天線(I)正對所述標準天線(11);采用轉臺(10)固定所述測試工裝(9)，使差分天線(I)的相位中心在標準天線(11)中心線與(10)軸線的交點上；轉臺(10)可控制測試工裝(9)及其上的標準天線(11)繞轉臺(10)軸線轉動； 步驟43、采用微波暗室(8)將上述標準天線(11)、信號源(12)、差分天線(I)、測試工裝(9)、轉臺(10)、頻譜儀(13)和匹配負載(4)罩在其內部； 步驟44、在標準天線(11)工作頻段內選定測試頻點，用信號源(12)發射該頻點的信號，通過頻譜儀(13)接收差分天線(I)接收到的信號；控制轉臺(10)旋轉，找到標準天線(11)輻射最強的方向，測量得到該方向上差分天線(I)接收功率Pl的dB值； 步驟45、使轉臺(10)保持步驟44中的測試位置不變，將差分天線(I)的兩個端口互換，即端口 a接匹配負載(4)，端口 b接頻譜儀(13)輸入端，再次測量得到差分天線(I)接收功率P2的dB值； 步驟46、將步驟44和步驟45得到的兩個接收功率進行合成，得到差分天線(I)的合成功率:
再根據微波暗室(8)的增益計算公式將差分天線(I)的合成功率P轉換為差分天線(I)的增益值G。
5.如權利要求1所述的一種差分天線測量方法，其特征在于，進一步對差分天線的方向圖進行測量，包括: 步驟51、將標準天線(11)的輸入端口與信號源(12)的輸出端口連接；將被測的差分天線⑴的端口 a連接頻譜儀(13)的輸入端，將端口 b連接匹配負載(4); 步驟52、將被測的差分天線(I)采用測試工裝(9)固定，使差分天線(I)正對所述標準天線(11);采用轉臺(10)固定所述測試工裝(9)，使差分天線(I)的相位中心在標準天線(11)中心線與轉臺(10)軸線的交點上，定義此時差分天線(I)的位置為H面位置；轉臺(10)可控制測試工裝(9)及其上的標準天線(11)繞轉臺(10)軸線轉動； 步驟53、采用微波暗室(8)將上述標準天線(11)、信號源(12)、差分天線(I)、測試工裝(9)、轉臺(10)、頻譜儀(13)和匹配負載(4)罩在其內部； 步驟54、在標準天線(11)工作頻段內選定測試頻點，用信號源(12)發射該頻點的信號，通過頻譜儀(13)接收差分天線(I)接收到的信號；同時控制轉臺(10)繞其轉軸旋轉一周，得到差分天線(I)在該H面上的方向圖數組數據Dl ； 將差分天線(I)的兩個端口互換，即端口 a接匹配負載(4)，端口 b接頻譜儀(13)輸入端，控制轉臺(10)繞其轉軸旋轉一周，得到差分天線(I)在該H面上的方向圖數組數據D2 ； 對于數組數據Dl和數組數據D2中的每一個頻率點進行功率合成，獲得差分天線(I)在該頻率點的H面上的方向圖數組數據D ； 步驟55、以標準天線(11)的中心點與被測天線的相位中心連線為轉軸，控制差分天線(I)繞該轉軸轉動90°，定義此時差分天線(I)的位置為E面位置；同時控制轉臺(10)繞其轉軸旋轉一周，得到差分天線(I)在該平面的方向圖數組數據D1’ ； 將差分天線(I)的兩個端口互換，即端口 a接匹配負載(4)，端口 b接頻譜儀(13)輸入端，控制轉臺(10)繞其轉軸旋轉一周，得到差分天線(I)在該平面的方向圖數組數據D2’ ；對于數組數據D1’和數組數據D2’中的每一個頻率點進行功率合成，獲得差分天線(I)在該頻率點的E面位置的方向圖數組數據D’。
6.如權利要求1或2所述的一種差分天線測量方法，其特征在于，進一步對差分天線(I)的電壓駐波比進行測量，包括: 步驟61、采用天線支架(2)對待測試的差分天線(I)進行固定，使得差分天線(I)與其實際應用情況保持相同的狀態； 步驟62、在測量頻段上對矢量網絡分析儀(3)的第一端口進行單端口校準； 步驟63、將差分天線(I)兩個輸入端口中的a端口接校準后的矢量網絡分析儀(3)第一端口 ；差分天線⑴兩個輸入端口中的b端口接匹配負載(4); 步驟64、通過矢量網絡分析儀(3)對測試頻段內的各個頻點進行頻率掃描，并獲取差分天線(I)反射特性并繪制天線電壓駐波比曲線； 步驟65、將差分天線(I)中的a端口與矢量網絡分析儀(3)的第一端口脫離，然后接匹配負載(4);將差分天線(I)的b端口接所述矢量網絡分析儀(3)的第一端口，再通過矢量網絡分析儀(3)對測試頻段內的各個頻點進行頻率掃描，獲取差分天線(I)反射特性并繪制另一條差分天線電壓駐波比曲線互換后重新測量，獲得另一條差分天線電壓駐波比曲線，將兩條電壓駐波比曲線分別與設定的規定值比較，得到兩條電壓駐波比曲線中均小于或等于規定值的帶寬范圍，即為天線的阻抗帶寬。
【文檔編號】G01R27/06GK104198824SQ201410449847
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】盧偉, 紀奕才, 方廣有 申請人:中國科學院電子學研究所