一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法技术

一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法，选取两个天线，一个待测天线，另一个校准天线，在标准暗室环境下测量校准天线的辐射方向图并求得校准天线的传输系数；在混合屏蔽室环境下，先将待测天线放置在室内的转台上，控制待测天线进行旋转，得到待测天线旋转矩阵；再将校准天线放置在转台上进行旋转，得到校准天线的旋转矩阵；计算待测天线和校准天线的相关性系数矩阵，以及待测天线和校准天线在不同转台位置时的旋转方向图和球面波系数矩阵；利用球面波系数矩阵和相关性系数矩阵重构出待测天线的方向图，同时利用校准天线传输系数来补偿待测天线方向图，完成待测天线重构和补偿工作。本发明专利技术改善混合测试环境下的待测天线辐射方向图。天线辐射方向图。天线辐射方向图。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法


[0001]本专利技术属于微波测量
，具体涉及一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法。

技术介绍

[0002]混合屏蔽室通过在室内放置负载或吸收体从而形成静态、各向异性以及多路径的环境，并能模拟出特定的空间信道模型。而在无线通信测试中，每个新提出的应用模型均需要在定向信道的环境下进行测试，对此混合屏蔽室提供了必要的测试基础和标准化方法，并且混合屏蔽室因其自身的构建成本、可操作性以及系统的灵活性使其在无线通信产业中具有广泛的应用前景和潜力。相关微波测量研究已经证明混合屏蔽室在创建样本空间信道环境方面的可行性。
[0003]在考虑混合屏蔽室测量环境及特性的前提下，通过借鉴暗室及混响室对天线效率、方向图以及辐射功率等参数测量的方法，可以看出混合屏蔽室具有在多径环境下完成天线相关参数及性能测试的应用前景。其中，天线方向图是判断并衡量待测天线的方向性、半功率波束宽度以及增益等参数的重要指标和参考，因此在混合屏蔽室中实现对待测天线方向图的测量是一项具有重要意义的工作。
[0004]在理想暗室环境下可以通过多探头球面近场测试系统得到待测天线的球面近场数据，并利用球面波理论得到天线的辐射方向图；而在理想混响室环境下由于存在视线传输距离及多反射径干扰的影响，因此很难直接对待测天线方向图进行测量。目前，南京航空航天大学的徐千团队提出了利用混响室测量待测天线自相关系数反向重构出天线辐射方向图的方法，该方法从视线传输距离以及搅拌响应中提取待测天线的三维方向信息，其中传输天线不需要指向待测天线，利用混响室的丰富多径环境，通过旋转搅拌器或移动待测天线来提取混响室内未搅拌部分的信息。
[0005]但是传统微波暗室或混响室无法满足在特定信道环境下天线方向图的测试工作，并且在实际测试环境中，非理想暗室或混响室会因吸波材料、腔室尺寸以及测量器件等因素而无法满足理想测试环境的要求，从而造成测试结果上的误差。对此，在混合屏蔽室的测试环境下，可以通过调整室内吸波负载位置及数量的方式完成在特定空间信道模型下的测试任务需求，此外由于混和屏蔽室引入了多径效应的问题，因此需要通过借鉴重构及补偿的方法对混和屏蔽室的特定信道环境下的方向图进行恢复。
[0006]现有的补偿或重构的方法主要包括测试区域场补偿方法、反卷积方法、天线方向图校准方法以及相关系数重构方法，但上述方法都只针对非理想暗室或非理想混响室的其中一种测试场景具有较好的方向图补偿和重构效果。例如在非理想暗室测试环境中，当室内吸波材料性能较差或在某些角落未安装吸波结构且球面近场测试还存在球面反射径干扰的问题时，就会导致在天线辐射方向图的测量结果上出现由腔室内多反射径所造成的干扰，并损害方向图的主瓣、旁瓣以及方向性等特性参数，此时用传统的测试区域场补偿方法就无法较好地补偿待测天线的辐射特性；此外，在非理想混响室中，如果转台上的待测天线
未能按照既定角度进行旋转或室内搅拌不均匀，则会引起球面散射信号不完整或缺损的问题，进而通过矢量网络分析仪所得到的S参数就无法准确计算出待测天线的相关性系数，因此用相关系数重构的方法只能得到含有反射径干扰的待测天线方向图，而无法反向重构出完整的天线远场辐射特性。

技术实现思路

[0007]为了克服以上技术问题，本专利技术提出一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法，能够降低测试场景中多反射径干扰并能重构和补偿待测天线球面波系数以及辐射特性，本方法将测试区域场补偿技术应用于混合屏蔽室当中，利用区域补偿方法和相关性系数反向重构矩阵解决多反射径干扰的影响，从而改善混合测试环境下的待测天线辐射方向图。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法，包括以下步骤；
[0010]步骤1.选取两个天线，将其中一个天线作为待测天线105，另一个天线作为校准天线106，在标准暗室环境下测量校准天线106的辐射方向图并求得校准天线106的传输系数；
[0011]步骤2.在混合屏蔽室环境下，先将待测天线105放置在室内的转台103上，控制待测天线105进行旋转，得到待测天线105的S参数矩阵；再将校准天线106放置在转台上进行旋转，得到校准天线106的S参数矩阵；
[0012]步骤3.计算待测天线105和校准天线106的相关性系数矩阵和校准天线106的自相关系数矩阵；
[0013]步骤4.利用所述球面波系数矩阵和相关性系数矩阵重构出待测天线的方向图，同时利用步骤1所述的校准天线106传输系数来补偿待测天线方向图，完成待测天线105重构和补偿工作。
[0014]所述步骤2中，转台103能够控制待测天线105和校准天线106沿X、Y和Z方向进行旋转，三个方向的旋转范围是0
°‑
360
°
，角度间隔是1度；
[0015]混合屏蔽室环境内的待测天线105近场测试数据通过多探头测量方法得到球面近场切向数据，将沿θ和方向的近场切向电场分量代入式(1)中，从而得到含有多径反射干扰的待测天线远场辐射特性；
[0016][0017]其中a
mn
和b
mn
表示由近场测量数据推导出的待测天线105球面波系数，和表示球面波生成函数，表示待测天线远场电场分量；
[0018]根据测试区域场补偿理论，利用式(2)将混合屏蔽室中含反射径干扰的待测天线105远场分量表示为传输系数与信源相乘的形式：
[0019][0020]其中v表示待测天线上的发射信源，T
mn
表示待测天线的传输系数，与式(1)中的和等价，均表示球面波生成函数。同理，通过式(1)(2)的求解同样可以得到所述校准天线106的远场电场分量以及球面波系数a
mn
和b
mn
；
[0021]将待测天线105在含多径反射影响下计算得到的球面波系数记为a'
AUT,mn
和b'
AUT,mn
，而待求的理论无干扰的待测天线球面波系数记为a
AUT,mn
和b
AUT,mn
，待求的理论无干扰的待测天线传输系数记为T
AUT,mn
；将所述已知的校准天线106传输系数记为T
REF,mn
，含多径反射影响的校准天线106球面波系数记为a'
REF,mn
和b'
REF,mn
，已知无干扰的信源信号记为v，含多径反射影响的信源信号记为v'；
[0022]通过式(1)(2)可以看出，含多径反射影响的信源信号v'可以表示为式(3)的形式：
[0023](a'
REF,mn
,b'
REF,mn
)＝T
REF,mn
v' (3)
[0024]而待测天线105和校准天线106是在相同的混合屏蔽室环境下进行的测试，故两种天线测试结果下的信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤1.选取两个天线，将其中一个天线作为待测天线(105)，另一个天线作为校准天线(106)，在标准暗室环境下测量校准天线(106)的辐射方向图并求得校准天线(106)的传输系数；步骤2.在混合屏蔽室环境下，先将待测天线(105)放置在室内的转台(103)上，控制待测天线(105)进行旋转，得到待测天线(105)S参数矩阵；再将校准天线(106)放置在转台上进行旋转，得到校准天线(106)的S参数矩阵；步骤3.计算待测天线(105)和校准天线(106)的相关性系数矩阵和校准天线(106)的自相关系数矩阵；步骤4.利用所述球面波系数矩阵和相关性系数矩阵重构出待测天线的方向图，同时利用步骤1所述的校准天线(106)传输系数来补偿待测天线方向图，完成待测天线(105)重构和补偿工作。2.根据权利要求1所述的一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法，其特征在于，所述步骤2中，转台(103)能够控制待测天线(105)和校准天线(106)沿X、Y和Z方向进行旋转，三个方向的旋转范围是0
°‑
360
°
，角度间隔是1度；混合屏蔽室环境内的待测天线(105)近场测试数据通过多探头测量方法得到球面近场切向数据，将沿θ和方向的近场切向电场分量代入式(1)中，从而得到含有多径反射干扰的待测天线远场辐射特性；其中a
mn
和b
mn
表示由近场测量数据推导出的待测天线(105)球面波系数，和表示球面波生成函数，表示待测天线远场电场分量；根据测试区域场补偿理论，利用式(2)将混合屏蔽室中含反射径干扰的待测天线105远场分量表示为传输系数与信源相乘的形式：其中v表示待测天线上的发射信源，T
mn
表示待测天线的传输系数，与式(1)中的和等价，均表示球面波生成函数。同理，通过式(1)(2)的求解同样可以得到所述校准天线(106)的远场电场分量以及球面波系数a
mn
和b
mn
；将待测天线(105)在含多径反射影响下计算得到的球面波系数记为a'
AUT,mn
和b'
AUT,mn
，而待求的理论无干扰的待测天线球面波系数记为a
AUT,mn
和b
AUT,mn
，待求的理论无干扰的待测天线传输系数记为T
AUT,mn
；将所述已知的校准天线(106)传输系数记为T
REF,mn
，含多径反射影响的校准天线(106)球面波系数记为a'
REF,mn
和b'
REF,mn
，已知无干扰的信源信号记为v，含多径反射影响的信源信号记为v'；通过式(1)(2)可以看出，含多径反射影响的信源信号v'可以表示为式(3)的形式：(a'
REF,mn
,b'
REF,mn
)＝T
REF,mn
v'
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)而待测天线(105)和校准天线(106)是在相同的混合屏蔽室环境下进行的测试，故两种
天线测试结果下的信号v'一致，因此通过式(4)可以根据所述已知的校准天线(106)传输系数T
REF,mn
和计算得到的校准天线(106)球面波系数a'
REF,mn
和b'
REF,mn
推得待测天线的理论传输系数T
AUT,mn
：T
AUT,mn
＝(a'
AUT,mn
,b'
AUT,mn
)((T
REF,mn
)
+
·
(a'
REF,mn
,b'
REF,mn
))
+
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中+表示矩阵的广义逆矩阵。3.根据权利要求1所述的一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法，其特征在于，所述步骤3中根据式(5)计算旋转待测天线(105)与校准天线(106)之间的相关性系数以及校准天...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓明，郑俊浩，刘晓波，李福荣，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：