[发明专利]利用圆极化天线远场相位差计算电场探头旋转偏移的方法

说明书

技术领域

本发明涉及天线近场测量技术领域,尤其涉及利用圆极化天线远场相位差计算电场探头旋转偏移的方法。

背景技术

天线近场测量技术是国内外广泛采用的一种高精度天线测量与诊断技术。天线近场通常分为近场感应区和近场辐射区,近场感应区也称为电抗近区、储能区,其电磁场分布情况复杂,需要同时准确测量电场和磁场的幅度和相位信息才能够计算出天线的远场方向图。当离开待测天线3个波长的区域就是近场辐射区,此时感应近场对天线测量的影响可以忽略不计。在近场辐射区，电场、磁场和传播方向互相垂直，且电场和磁场强度的比值为空气的阻抗，所以天线近场测量只需要在近场辐射区对电场的幅度和相位信息进行采样即可计算出天线的远场方向图。

在天线平面近场测试系统精确测量圆极化天线远场方向图和轴比的应用场合，平面近场测试系统通常采用线极化纯度高的电场探头（如开口波导）测量并计算圆极化天线远场方向图。在测量完电场极化分量的近场幅度和相位信息后，电场探头旋转90°测量另一个正交的线极化分量的近场幅度和相位信息。电场探头旋转90°前后，其中心位置会发生偏移（不同心），偏移了⊿x,⊿y的距离。在毫米波和亚毫米波频段，其偏移量可以与波长相比拟，此时圆极化天线远场方向图和轴比的测量精度会极大降低，测试结果甚至完全无效。

探头补偿和快速傅立叶变换(FFT)是天线近场测试的两项关键技术。由于不存在理想的全向天线，通常采用宽波束天线作为电场探头，需要补偿电场探头自身方向特性对测试结果的影响，才能得到准确的测量结果。探头补偿作为天线近场测试的核心技术，极大提高了天线方向图的测试精度。利用电场探头测量待测天线近场辐射区域内电场分布的幅度和相位信息，通过快速傅立叶变换（FFT）完成天线的近远场变换，得到天线的远场方向图。尤其是在测量圆极化天线的远场方向图中，通常是测得电场两个正交线极化分量近场的幅度和相位信息后，通过近远场转换的傅立叶变换计算出两个正交分量远场的幅度和相位方向图，再将其带入左旋圆极化和右旋圆极化分量的计算公式得到圆极化天线的远场幅度、相位和轴比方向图。

实际测试经验表明：⊿x和⊿y的偏移量超过0.2波长，圆极化天线的远场方向图和轴比的测量误差就较大；如果超过1个波长，测量结果无效。最理想的解决办法是满足电场探头旋转同心的要求，⊿x和⊿y尽可能小于波长的5%。由于电场探头，射频模块和工装的加工和安装误差的累积，⊿x和⊿y偏移量很难小于毫米级，已经可以与毫米波和亚毫米波的波长相比拟。对于毫米波和亚毫米波频段的平面近场测试而言，电场探头很难满足旋转同心的要求，因此消除电场探头旋转带来的⊿x和⊿y的偏移对圆极化天线远场方向图测试的影响,是毫米波和亚毫米波圆极化天线平面近场高精度测量必需解决的问题。

在毫米波和亚毫米波频段，由于很难通过提高机械加工和安装精度满足电场探头的旋转同心要求，通常采用光学测量的方法，得到电场探头旋转后⊿x和⊿y的偏移量。然后将其用于计算圆极化天线远场方向图的补偿，得到准确的圆极化天线远场方向图，其代价是需要架设笨重的光学测量设备完成精确的位置测量。

还有一种较为新颖的方法：利用线极化天线校准电场探头旋转后的⊿x和⊿y偏移量，然后将其用于圆极化天线远场方向图的补偿。该方法将线极化天线放置为水平极化，电场探头也放置为水平极化，测量得到天线水平极化的远场幅度和相位方向图；然后将电场探头旋转180°，测量得到天线水平极化的另外一组远场幅度和相位方向图。这两组数据的远场幅度完全一致，远场相位除了存在180°的固相位差外，还存在⊿x偏移引入的相位差：由此可以计算出⊿x的偏移量。将线极化天线放置为垂直极化，采用类似的方法可以得到⊿y的偏移量。

该方法不需要架设笨重的光学测量设备就可以得到⊿x和⊿y偏移的精确值，但存在的主要问题有：1）需要完成四次近场测量任务，工作量极大；2）部分电场探头不能够实现360°范围内的旋转；3）不具备自动补偿圆极化天线⊿x和⊿y偏移的能力。

发明内容

为解决现有技术中在测量电场探头旋转后的⊿x和⊿y的偏移量时存在的上述技术问题，本发明的提供了一种利用圆极化天线远场相位差计算电场探头旋转偏移的方法，通过建立圆极化天线远场相位差与电场探头旋转偏移的数学模型，精确测量并计算电场探头旋转带来的⊿x和⊿y偏移量,消除其对平面近场测试系统测量圆极化天线远场方向图的影响,提高了圆极化天线轴比和远场方向图的测量精度。

为实现上述目的，本发明的提供了一种利用圆极化天线远场相位差计算电场探头旋转偏移的方法，该方法包括：