[发明专利]一种基于迭代傅里叶变换算法的无相位近场天线测量方法

说明书

本发明属于高频天线无相位近场测量技术领域，公开了一种基于迭代傅里叶变换算法的无相位近场天线测量方法，基于典型平面近场幅值扫描技术对待测天线近场两平面、两相互正交分量进行探头采集；基于近场扫描数据，使用迭代傅里叶变换算法对扫描点位置的相位进行还原；使用还原相位和相应采样点位置的幅值组成复数场，并使用近远场变换求得天线远场方向图。本发明克服现有高频天线近场测量技术中对机械定位精度要求苛刻，由此造成的成本激增问题；可以有效与现有近场天线测量系统对接，实现高低频一体化测量。本发明涉及近区天线辐射场幅值采集、扫描点位置相位还原、近远场变换技术，可用于有效兼容现有测量系统，可用于高、低频近场天线测量之中。

技术领域

本发明属于高频天线无相位近场测量技术领域，尤其涉及一种基于迭代傅里叶变换算法的无相位近场天线测量方法。

背景技术

目前，天线性能的评估在天线设计与制造领域不可获取，早期和经典的天线测量技术主要使用平面、球面、柱面等扫描方式获取天线近场扫描点位置的幅值和相位，并借助外推技术实现天线远场方向图的给定，最早的综述性报道见于A.D.YAGHJW，但随着天线频率的不断提升，近十年来无相位近场测试技术逐渐兴起，无相位近场天线测量技术在诞生之初就是为了解决毫米波天线测量问题，正如Rocco Pierri等人在1999年发表论文中叙述的那样，在毫米级和亚毫米级近场天线测量中，相位的获取受探头位置误差、温湿度变化、传动转置精度以及接收器稳定度等多因素的影响常常难以达到令人满意的结果。计算表明，在高频段探头相对于被测天线微弱的摇摆都会造成相位噪声的增大，实际测试表明在100GHz的测试频率时，探头摇摆0.001英寸就可能导致3度的相位误差，因此扫描架的基台建设需要采用严格的避震，这需要有专门的基建设计来完成。另一方面，在高频测试中温度的影响也不可活略，细小的温差就能轻易产生0001英寸形变，尤其对于高于1000Hz的测试，室温变化需要尽晕控制在±0.5度，如此高的要求无疑提升了暗室建造和测试的成本，也增加了测试难度和测试结果的不确定性。目前，国内外对高频天线的测量仍采用提高暗室和测量系统精度来予以实现，增加扫描架的定位精度，提升支架系统的稳定性等等，但测量成本将随着频率的提高迅速攀升，生产和设计精度将无法满足飞速发展的频率提升，因此传统高频天线测量不具有可持续发展特性。

综上所述，无相位近场天线测量技术存在几个显著的不足：首先，从国内外发展情况下，国内外主流暗室(美军雷达反射实验室、加州大学微波暗室、波音公司天线测量暗室、西安电子科技大学微波暗室、东南大学微波暗室等)都仍采用提升机械精度和控制温漂来实现高频天线测量，其测试成本很高，其次，在公开的国内外文献中，对无相位近场天线测量技术的理论研究很不成熟，研究较好的见于美国加州大学Sammi团队和西安电子科技大学天线所，但他们的研究都并不彻底，这是制约无相位近场天线测量技术开展和实施的重要瓶颈，高效和准确的相位还原算法暂未得到有效研究和实施；其次，高频天线测量的主流频段一般最高至40GHz，国内外确有60GHz频段测量系统的报道(NASA目标特性暗室等)，但测量成本极高，不利于普及和商用；再次，高频段天线测量中，波长较小，导致使用探头按照二分之一波长采样法则给定的采样方式较难实施，这是因为采样间隔过小导致采样过于密集，单位长度采样路程下，测试时间过长，使得系统的测试效率低下，同时，过密的采样间隔将增加系统精度的研究，在某些频段，测试理论要求的精度将无法在现实中达到。。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)就目前国内外公开报道来看，对无相位近场天线测量技术，尤其是相位还原技术的研究不充分、不彻底，理论造成的技术瓶颈致使无相位近场天线测量技术走入实际进展缓慢。

(2)随着通信技术的发展，天线的测试频率提升已经成为大趋势。在高频天线测量中，定位精度的要求愈加苛刻，致使测量成本显著提升，甚至在一些频段，加工精度无法满足误差需求，同时，也会因为测试步长过短导致测量时间过长，减低测试系统的效率，这些因素导致传统的高频天线测量技术很难持续性支持高频天线的研发工作。同时增加了高频天线的研发成本。