一种基于频分的近场天线测试系统及其测试方法技术方案

本申请公开了一种基于频分的近场天线测试系统，待测天线为阵列天线、相控阵天线或反射面天线；当待测天线作为接收天线时，所述近场天线测试系统包括信号源、变频单元、多个探头、待测天线、接收机；信号源产生初始信号；一路初始信号经过变频单元转换为一组发射信号并分别送往多个探头同时对外发射；所述一组发射信号的频率各异且均近似于初始信号的频率；多个探头辐射出的电磁波在空间传输后被待测天线同时接收并送往接收机，所接收信号经过接收机检测得到其中各不同频率分量的幅度和相位。本申请不仅提高了天线测试速度与测试效率，还具有测试结果准确的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于频分的近场天线测试系统及其测试方法
本申请涉及一种天线的测试系统及其测试方法，特别是涉及阵列天线、相控阵天线或反射面天线的近场测试系统及其近场测试方法。
技术介绍
天线阵列(antennaarray)是一组个体天线(individualantenna)的集合。这些个体天线用来发射和/或接收无线电波，它们连接在一起，并且控制它们的信号(例如电流)具有特定的幅度(amplitude)和/或相位(phase)关系。不同相位的控制信号相互作用，使得天线阵列的信号在预定方向被强化，在非预定方向被抑制。这使得天线阵列通常被作为单个天线使用与对待，并且比个体天线具有更好的方向特性(directionalcharacteristic)与天线增益(antennagain)。天线阵列有许多种类。如果天线阵列中的每个个体天线均可单独控制，那就是相控阵天线(PhasedArrayAntenna)。相控阵天线中，控制每个个体天线的信号相位被设计为——能使整个天线阵列的有效辐射方向图(effectiveradiationpattern)在预定方向被强化、在非预定方向被抑制。个体天线的控制信号之间的相位关系可以是固定的，例如塔阵(Towerarray)；也可以是可调节的，例如波束控制(Beamsteering)。相控阵天线在广播、雷达、航天通讯、气象调查、光学、射频识别、人机界面等方面得到了广泛应用。在雷达领域，相控阵天线通常分为被动(passive，也称无源)和主动(active，也称有源)两种。未经特别说明时，相控阵雷达通常是指被动相控阵雷达。被动相控阵雷达也称被动电子扫描阵列(passiveelectronicallyscannedarray，PESA)，其仅有一个射频源，由该射频源产生射频信号经过多个相移模块(phaseshiftmodule)后分别送往每个个体天线的发射单元。主动相控阵雷达也称主动电子扫描阵列(activeelectronicallyscannedarray，AESA)，其发射与接收功能是由大量的收发模块(transmit/receivemodule)实现的。每个收发模块包括发射机、接收机与天线，这些收发模块组成阵列便构成了主动相控阵雷达。与被动相控阵雷达不同，主动相控阵雷达为每个收发模块均设置有独立的射频源，每个射频源可以产生独立(例如不同频率)的射频信号，这些相互独立的射频信号经过多个相移模块后分别送往每个收发模块中的发射机。相控阵天线在研发过程中的一项关键技术就是测试，如何快速、准确地完成相控阵天线的测试是当前相控阵天线研发过程中的重点。相控阵天线的测试技术可以分为远场(farfield)测试和近场(nearfield)测试两种。远场测试通常是基于野外的测试方法，外界电磁环境较为复杂，很难测试准确。近场测试需要的空间小，测试准确且方便快捷。近年来，近场测试得到了越来越多地使用。相控阵天线的近场测试通常在微波暗室中进行，并采用一个或多个探头(probe)。申请公布号为CN103344847A、申请公布日为2013年10月9日的中国专利技术专利申请公开了一种相控阵天线的近场测量方法，仅采用一个探头对相控阵天线进行测试。申请公布号为CN103926474A、申请公布日为2014年7月16日的中国专利技术专利申请也公开了一种有源相控阵天线的近场测量方法，也是仅采用一个探头对相控阵天线进行测试。这种单探头的相控阵对于电尺寸较小的相控阵天线可以较快地完成测试，但对于电尺寸较大的相控阵天线就需要非常长的测试时间。其中的电尺寸是指相控阵天线的物理尺寸与工作波长之比。授权公告号为CN204595204U、授权公告日为2015年8月26日的中国技术专利公开了一种有源相控阵雷达的收发模块(T/R模块)的测试方案，采用与收发模块相同数量的多个探头，并由相同数量的开关电路分别控制，用来对相控阵天线的每个收发模块进行测试。仔细分析该开关矩阵式测试方案后，可以发现其存在如下不足。其一，有源相控阵雷达所包含的收发模块数量少则数十，多则上万。该方案需要设置与收发模块相同数量的探头和开关电路，这种测试系统的规模非常庞大且成本高昂。其二，不同的有源相控阵雷达所包含的收发模块数量各不相同，该方案无法用于收发模块数量不同的其他有源相控阵雷达，因而缺乏通用性。其三，该方案是采用开关切换方式，一次仅使用一个探头测试一个收发模块，从而实现对大量收发模块的分时测试，这样就用多探头的开关切换时间替代了单探头的探头移动时间，大大提高了测试速度。但即便如此，大型相控阵天线的测试时间依然相当漫长，往往需要一个月乃至数个月的测试时间。申请公布号为CN105259544A、申请公布日为2016年1月20日的中国专利技术专利申请公开了一种有源相控阵雷达的收发模块(T/R组件)的测试方案，将测试激励信号送给所有收发模块，每个收发模块内部的移相器对测试激励信号分别进行正交相位调制，信号处理器再通过正交相位解调来完成对各个收发模块的测试。仔细分析该方案后，可以发现其与本申请有实质性的差异。该方案是针对有源相控阵雷达的收发模块进行幅度与相位的测试，测试的是收发模块的输入与输出的信号流，采用的是有线信号传输方式。本申请涉及的是对相控阵天线进行测试，测试的是天线口面的电场感应，采用的是无线信号传输方式。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是提供一种基于频分复用的近场天线测试系统，避免采用开关切换方式，从而进一步提高天线测试速度和测试效率，缩短测试时间。为此，本申请还要提供相应的天线测试方法。为解决上述技术问题，本申请的基于频分的近场天线测试系统及其测试方法分为两种情况。第一种情况是待测天线作为接收天线，第二种情况是待测天线作为发射天线。当待测天线作为接收天线时，本申请基于频分的近场天线测试系统包括信号源、变频单元、多个探头、待测天线、接收机。信号源产生初始信号。一路初始信号经过变频单元转换为一组发射信号并分别送往多个探头同时对外发射；所述一组发射信号的频率各异且均近似于初始信号的频率(即各个发射信号与初始信号的频率差值均远小于初始信号的频率)。待测天线为阵列天线、相控阵天线或反射面天线。多个探头辐射出的电磁波在空间传输后被待测天线同时接收并送往接收机，所接收信号经过接收机检测得到其中各不同频率分量的幅度和相位。当待测天线作为接收天线时，相应的天线测试方法包括如下步骤：步骤S201：信号源产生初始信号并送往变频单元；步骤S202：变频单元将一路初始信号变换为一组发射信号并分别送往多个探头；所述一组发射信号的频率各异且均近似于初始信号的频率；步骤S203：每个探头分别将一路发射信号同时对外发射；步骤S204：待测天线同时接收多个探头所发射的电磁波，所接收信号被送往接收机；步骤S205：接收机从接收信号中同时检测出各不同频率分量的幅度和相位。当待测天线处于接收位置时，本申请基于频分的近场天线测试系统及其测试方法在最优情况下仅需使用唯一信号源与单通道的接收机。其测试方法基于频分方式，构造出频率各不相同且均与初始信号的频率差别很小的一组发射信号，这一组发射信号可以同时被待测天线接收并由接收机来同时检测幅度和相位，相当于分别在每个探头的位置单独发射初始信号进行多次分时测试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于频分的近场天线测试系统，其特征是，待测天线为阵列天线或相控阵天线或反射面天线；当待测天线作为接收天线时，所述近场天线测试系统包括信号源、变频单元、多个探头、待测天线、接收机；信号源产生初始信号；一路初始信号经过变频单元转换为一组发射信号并分别送往多个探头同时对外发射；所述一组发射信号的频率各异且均近似于初始信号的频率；多个探头辐射出的电磁波在空间传输后被待测天线同时接收并送往接收机，所接收信号经过接收机检测得到其中各不同频率分量的幅度和相位。

【技术特征摘要】
1.一种基于频分的近场天线测试系统，其特征是，待测天线为阵列天线或相控阵天线或反射面天线；当待测天线作为接收天线时，所述近场天线测试系统包括信号源、变频单元、多个探头、待测天线、接收机；信号源产生初始信号；一路初始信号经过变频单元转换为一组发射信号并分别送往多个探头同时对外发射；所述一组发射信号的频率各异且均近似于初始信号的频率；多个探头辐射出的电磁波在空间传输后被待测天线同时接收并送往接收机，所接收信号经过接收机检测得到其中各不同频率分量的幅度和相位。2.根据权利要求1所述的基于频分的近场天线测试系统，其特征是，所述变频单元进一步包括分配单元、本振单元、多个混频单元；一路初始信号经过分配单元复制为多路初始信号并分别提供给各个混频单元；一路参考信号经过本振单元转换为一组中间信号并分别提供给各个混频单元；所述一组中间信号的频率各异且均远小于初始信号的频率；每一路初始信号与每一个中间信号在每个混频单元中经过混频后输出得到一个发射信号；多个混频单元便输出所述一组发射信号。3.根据权利要求1或2所述的基于频分的近场天线测试系统，其特征是，所述信号源与变频单元省略，改为多个信号源；所述多个信号源产生一组相参的、频率各异的发射信号；这一组发射信号分别送往多个探头同时对外发射。4.根据权利要求1所述的基于频分的天线测试系统，其特征是，当待测天线作为发射天线时，所述天线测试系统包括信号源、待测天线、多个探头、接收机；信号源产生发射信号；发射信号送往待测天线对外发射；待测天线辐射出的电磁波在空间传输后被多个探头分别接收，每个探头所接收的信号分别送往接收机检测得到幅度和相位。5.根据权利要求1或2所述的基于频分的近场天线测试系统，其特征是，所述多个探头固定在可移动的扫描架上。6.一种基于频分的天线测试方法，其特征是，当待测天线作为接收天线时，所述天线测试方法包括如下步骤：步骤S201：信号源产生初始信号并送往变频单元；步骤S202：变频单元将...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建华，毛小莲，王玉峰，
申请(专利权)人：上海霍莱沃电子系统技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31