[发明专利]一种低成本高效的有耗多端口天线阵列辐射效率测量方法

说明书

本发明公开了一种低成本高效的有耗多端口天线阵列辐射效率测量方法，包括有耗多端口天线阵列等效辐射电路模型的建立、基于等效电路模型的有耗多端口天线辐射效率综合方程的推导、天线阵列S参数测量、特定馈电方案下天线阵列的嵌入式辐射效率测量、天线单元的自辐射效率和单元间互辐射效率的提取，以及基于封闭式方程的天线阵列辐射效率综合等步骤。本发明对输入参数的测量次数需求只与天线阵列的单元数目和阵元排布方式有关，而与馈电方案数目无关，并且可以根据天线阵元排布的对称性进一步简化测量工作量，大大节约了有耗多端口天线阵列辐射效率测量的测试成本和测量时间。

技术领域

本发明涉及天线应用与测试领域，尤其涉及一种低成本高效的有耗多端口天线阵列辐射效率测量方法。

背景技术

诸如多输入多输出(MIMO)和天线阵列之类的多端口天线在今后的无线通信系统中发挥着提高信道容量的重要作用。为了表征整个无线通信系统，必须评估天线性能。总辐射效率是最重要的天线参数之一，它显示了它们在导波和自由空间波之间进行能量转换(反之亦然)的有效性，也显示了有效的天线覆盖范围。

在过去的几十年中，已经提出了一系列参数来描述多端口天线系统。其中最常用的是嵌入式总辐射效率和总有效反射系数TARC。然而，基于TARC的辐射效率是来表征无损多端口天线，而且难以实现严谨的公式和快速的计算。天线阵列嵌入式总辐射效率也不适用于描述整个多端口天线的性能。因为，首先，多端口天线是基于单端口激励而其余天线单元都以端接阻抗匹配负载的基础进行评估的；其次，基于该定义对天线阵列总辐射效率的评估假设了所有其他天线单元的嵌入式效率相同。然而，实际多端口天线是有损耗的，并且通常以同时馈电的模式工作，以使其能够应用于波束成形或多用户通信。因此，对同时考虑激励失配和天线损耗的有损耗多端口天线系统的辐射和总效率进行严格的研究绝非易事，现有的方法大多成本高，操作困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种低成本高效的有耗多端口天线阵列辐射效率测量方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种低成本高效的有耗多端口天线阵列辐射效率测量方法，包含以下步骤：

步骤1)，对天线阵列中的每一个阵元及其对应的端口从1到N进行编号，根据天线阵列中天线阵元个数N及阵元排布方式建立等效辐射电路模型；

步骤2)，利用多端口矢量网络分析仪或二端口矢量网络分析仪测量待测多端口天线阵列的S参数即散射参数，由S参数矩阵转换得该阵列的Z参数矩阵即阻抗矩阵；

步骤3)，测量天线阵列在下列馈电方案下的辐射效率：

步骤3.1)，对于任意一个端口，对其进行激励，并将其它端口接匹配负载，在混响室中测量天线阵列的辐射效率，共有N种馈电方案，测得N个不同馈电方案下的天线阵列的辐射效率；

步骤3.2)，对于任意两个端口，对其进行等幅同相激励，其它端口接匹配负载，在混响室中测量天线阵列的辐射效率，共有种馈电方案，即N中选2，测得个不同馈电方案下的天线阵列的辐射效率；

步骤4)，对于步骤3)中种馈电方案中的每一种馈电方案：

步骤4.1)，根据下式求每一个端口的等效输入阻抗和每一个阵元的等效电路回路电流：

式中，为端口i的等效输入阻抗，I_i为第i个阵元的等效电路回路电流，V_i为端口i激励电压，为端口i外接传输线特性阻抗；

步骤4.2)，根据下列公式和该馈电方案下的天线阵列的辐射效率列出方程：