[发明专利]一种天线的极化参数测量装置及方法

说明书

本申请公开了一种天线极化参数测量装置，包括两个天线、两个IQ矢量调制器、开关网络、频谱分析仪和控制器。所述控制器进一步包括切换单元、第一调整单元、第二调整单元、第三调整单元和计算单元。上述天线极化参数测量装置是以垂直测试通道作为基准，将水平测试通道与垂直测试通道的幅度比值以及水平测试通道与垂直测试通道的相位差用来计算待测天线的极化参数。本申请还公开了相应的天线极化参数测量方法。本申请无需预知待测天线的极化信息，可以通过测试直接给出待测天线的极化类型、极化倾角、轴比等完整的极化参数。

技术领域

本申请涉及一种天线的远场(far field)测试技术，特别是涉及一种用于测量天线或天线阵列作为发射天线使用时的极化特性的装置及方法。

背景技术

天线的极化特性常见的有线极化(linear polarization)和圆极化(circularpolarization)。其中，线极化根据极化的方向又分为垂直极化(vertical polarization)、水平极化(horizontal polarization)、斜极化(slant polarization)；圆极化根据旋向的不一样又有左旋圆极化(left-hand circular polarization)、右旋圆极化(right-handcircular polarization)。

工程实现的线极化天线很难实现绝对的垂直极化、水平极化。例如，垂直极化天线一定会存在一些水平极化分量而导致合成的极化形式呈现为一定程度的斜极化，甚至椭圆极化(elliptical polarization)。工程实现的圆极化天线也很难实现标准的左旋圆极化、右旋圆极化，其一定是一个椭圆极化，并且椭圆的长轴的方向有可能呈垂直、水平、或倾斜状态。

工程实现的天线通常作为接收和发射两种用途。远场测试系统测试时，通常将待测天线作为接收天线进行测量。由于天线原理中的互易原理，可以将发射天线作为接收天线测试，并将测试得到的天线参数如增益、方向图、极化特性等作为发射天线的指标测试结果。

当前采用远场测试方法对线极化天线的极化参数进行测量时，通常测量极化纯度(polarization purity)，也称极化隔离度(polarization isolation)。采用极化纯度较高的线极化天线作为信标天线(beacon antenna)，先将信标天线设置为与待测天线一致的极化方式发射，将待测天线作为接收天线进行测试。再将信标天线或待测天线旋转90度，使待测天线与信标天线呈正交极化，仍将待测天线作为接收天线进行测试。最终评估待测天线对于要求的线极化的特性。

当前采用远场测试方法对圆极化天线的极化参数进行测量时，通常采用极化纯度较高的线极化天线作为信标天线。第一种方法是通过将信标天线安装在可连续旋转的转台上，使信标天线呈360°的线极化旋转发射，将待测天线作为接收天线进行测试获取待测天线的圆极化方向图，这种方法通常只可以得出待测天线的轴比(axial ratio)和轴比方向图。第二种方法是将信标天线呈水平状态、垂直状态发射(即正交极化发射)，将待测天线作为接收天线进行测试，并通过矢量接收机(vector receiver)分别测量水平状态的幅度、相位方向图和垂直状态的幅度、相位方向图，通过极化合成的方式计算得到待测天线的极化参数，如轴比、极化倾角(polarization angle，也称极化角)、轴比方向图、交叉极化(crosspolarization)等极化参数。第二种方法需要通过矢量接收机进行数据采集，通常考虑兼顾收发同步的测试要求，而采用较为昂贵的矢量网络分析仪(vector network analyzer，VNA)，这使得测试成本很高。

当前采用远场测试方法测量天线的极化参数的方法具有如下缺点。

其一，需要预先了解待测天线是线极化还是圆极化，再采取不同的测试方案。实际应用的天线很可能由于耦合或者发射设备的影响而使得极化类型发生变化，例如有可能垂直极化变成斜极化、圆极化变成线极化等，所以无法准确地预知待测天线的极化信息，这将严重影响测试效率和测试的准确性。