一种在混响室中唯幅值测量的天线方向图重构方法及系统技术方案

一种在混响室中唯幅值测量的天线方向图重构方法及系统，重构方法包括以下步骤：在混响室内充分搅拌改变电磁场的特征模态，控制混响室内的接收天线旋转，采集接收天线每一次旋转时端口接收到的幅值信号，利用接收天线在不同位置接收到的幅值信号计算接收天线的功率和功率相关系数；根据混响室中端口的功率相关系数计算复数相关系数；采用球面波系数展开法，计算接收天线的旋转矩阵，将所述接收天线的自相关系数表示为旋转矩阵和球面波展开系数的非线性组合形式；根据接收天线的自相关系数、复数相关系数和功率相关系数之间的关系，采用非线性最小二乘方法反推球面波展开系数，重构天线辐射方向图。本发明专利技术能够有效降低采样时间和采样成本。时间和采样成本。时间和采样成本。

【技术实现步骤摘要】
一种在混响室中唯幅值测量的天线方向图重构方法及系统


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种在混响室中唯幅值测量的天线方向图重构方法及系统。

技术介绍

[0002]混响室(RC)通过腔室中搅拌器的转动改变腔室的边界条件，在室内反射波叠加以后形成统计均匀、各向同性和随机极化的电磁环境。与微波暗室中的电磁兼容测试相比，混响室测试具有较高的成本效益和时间效率，可以在较低的辐射功率下实现高的电场强度。随着大规模MIMO技术的广泛应用，混响室可以根据需求提供测量所需的多重反射环境，在无线通信领域具有广泛的应用前景，目前已被应用于天线辐射功率、总辐射功率、全向灵敏度，MIMO系统吞吐量以及MIMO天线的辐射特性的测量。混响室测量中，由于多径干扰，天线辐射方向图的测试很难实现，目前已经提出了利用平面波谱分析、多普勒频移、时间反演技术、以及利用相关系数反推球面波模式展开系数，从而重构天线方向图的方法。
[0003]现有的混响室中重构天线方向图方法至少存在以下问题：
[0004]混响室中机械搅拌器和转台的旋转所需时间长，测试数据量大导致测试效率低下。由于混响室尺寸、发射/接收天线的相互影响以及搅拌不均匀等因素导致无法满足理想测试环境的需求，影响混响室测试中的有效区域，造成天线方向图重构误差。特别是对于有源设备测试，无法进行相位测试，仅有幅度信息无法进行矢量积分计算远场方向图。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种在混响室中唯幅值测量的天线方向图重构方法及系统，能够有效降低采样时间和采样成本，解决有源设备测试中无法通过幅值信息计算方向图的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术具有如下的技术方案：
[0007]第一方面，提供一种在混响室中唯幅值测量的天线方向图重构方法，包括以下步骤：
[0008]在混响室内充分搅拌改变电磁场的特征模态，控制混响室内的接收天线旋转，采集接收天线每一次旋转时端口接收到的幅值信号，利用接收天线在不同位置接收到的幅值信号计算接收天线的功率和功率相关系数；
[0009]根据混响室中端口的功率相关系数计算复数相关系数；
[0010]采用球面波系数展开法，计算接收天线的旋转矩阵，将所述接收天线的自相关系数表示为旋转矩阵和球面波展开系数的非线性组合形式；
[0011]根据接收天线的自相关系数、复数相关系数和功率相关系数之间的关系，采用非线性最小二乘方法反推球面波展开系数，重构天线辐射方向图。
[0012]作为一种优选的方案，所述采集接收天线每一次旋转时端口接收到的幅值信号，利用接收天线在不同位置接收到的幅值信号计算接收天线的功率和功率相关系数的步骤
包括：
[0013]接收天线旋转L次，第l次旋转时端口接收到的幅值信号长度为K，接收天线沿着X轴、Y轴和Z轴分别旋转α,β和χ度，每一次旋转仅环绕一个坐标轴，旋转范围为0
°‑
360
°
，接收天线第1次旋转和第2次旋转得到的功率相关系数表达式如下：
[0014][0015]式中，P
l
(k)＝|S
21,l
(k)|2，P
l
(k)表示第l次旋转时端口接收到的信号的功率，S
21,l
表示发射天线和接收天线第l次旋转的S参数，<
·
>表示接收到的K个信号的平均。
[0016]作为一种优选的方案，所述根据混响室中端口的功率相关系数计算复数相关系数的步骤包括：
[0017]功率相关系数和复数相关系数满足以下关系式：
[0018]ρ
p
＝|ρ
c
|2[0019]其中，ρ
c
是由复数传输系数S
21
表示的复数相关系数，表达式如下：
[0020][0021]式中，S
21,1
表示发射天线和接收天线之间的S参数，S
21,2
表示发射天线和接收天线旋转(α,β,χ)角度以后的S参数。
[0022]作为一种优选的方案，所述接收天线的自相关系数表示为旋转矩阵和球面波展开系数的非线性组合形式如下：
[0023][0024]式中，a
mn
为接收天线辐射方向图的球面波展开系数，R(α,β,χ)为接收天线绕X轴、Y轴和Z轴旋转α,β和χ度时的旋转矩阵，N是球面波模式展开的模式数。
[0025]作为一种优选的方案，所述接收天线的自相关系数、复数相关系数和功率相关系数之间的关系满足下式：
[0026][0027]作为一种优选的方案，所述采用非线性最小二乘方法反推球面波展开系数，重构天线辐射方向图的步骤包括：
[0028]接收天线旋转L次，构建L个接收天线表示为旋转矩阵和球面波展开系数非线性组合形式的自相关系数方程，接收天线的球面波模式数为N，联合接收天线的功率相关系数表达式、表示为旋转矩阵和球面波展开系数非线性组合形式的自相关系数方程以及自相关系数、复数相关系数和功率相关系数之间的关系表达式，采用非线性最小二乘法反推天线球
面波展开系数a
mn
，重构出的天线辐射方向图表达式如下：
[0029][0030]式中，表示球坐标系下的俯仰角和方位角，是模式数为n、阶数为m的球面谐波函数。
[0031]作为一种优选的方案，通过网络分析仪采集接收天线每一次旋转时端口接收到的幅值信号。
[0032]第二方面，提供一种实现所述在混响室中唯幅值测量的天线方向图重构方法的系统，包括发射天线、接收天线、转台以及搅拌器组件，混响室是一个由高反射金属材料围成的矩形谐振腔，混响室中安装有两个搅拌器组件，两个搅拌器组件分别位于垂直和水平方向，搅拌器组件通过外部电机以步进或机械旋转的驱动方式带动旋转；接收天线安装在转台上，转台带动接收天线分别沿着X轴、Y轴和Z轴以设定角度间隔在0
°‑
360
°
的范围内进行旋转。
[0033]第三方面，提供一种在混响室中唯幅值测量的天线方向图重构系统，包括：
[0034]功率相关系数获取模块，用于在混响室内充分搅拌改变电磁场的特征模态，控制混响室内的接收天线旋转，采集接收天线每一次旋转时端口接收到的幅值信号，利用接收天线在不同位置接收到的幅值信号计算接收天线的功率和功率相关系数；
[0035]复数相关系数获取模块，用于根据混响室中端口的功率相关系数计算复数相关系数；
[0036]自相关系数获取模块，用于采用球面波系数展开法，计算接收天线的旋转矩阵，将所述接收天线的自相关系数表示为旋转矩阵和球面波展开系数的非线性组合形式；
[0037]天线方向图重构模块，用于根据接收天线的自相关系数、复数相关系数和功率相关系数之间的关系，采用非线性最小二乘方法反推球面波展开系数，重构天线辐射方向图。
[0038]相较于现有技术，本专利技术至少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在混响室中唯幅值测量的天线方向图重构方法，其特征在于，包括以下步骤：在混响室内充分搅拌改变电磁场的特征模态，控制混响室内的接收天线(2)旋转，采集接收天线(2)每一次旋转时端口接收到的幅值信号，利用接收天线(2)在不同位置接收到的幅值信号计算接收天线(2)的功率和功率相关系数；根据混响室中端口的功率相关系数计算复数相关系数；采用球面波系数展开法，计算接收天线(2)的旋转矩阵，将所述接收天线(2)的自相关系数表示为旋转矩阵和球面波展开系数的非线性组合形式；根据接收天线(2)的自相关系数、复数相关系数和功率相关系数之间的关系，采用非线性最小二乘方法反推球面波展开系数，重构天线辐射方向图。2.根据权利要求1所述在混响室中唯幅值测量的天线方向图重构方法，其特征在于，所述采集接收天线(2)每一次旋转时端口接收到的幅值信号，利用接收天线(2)在不同位置接收到的幅值信号计算接收天线(2)的功率和功率相关系数的步骤包括：接收天线(2)旋转L次，第l次旋转时端口接收到的幅值信号长度为K，接收天线(2)沿着X轴、Y轴和Z轴分别旋转α,β和χ度，每一次旋转仅环绕一个坐标轴，旋转范围为0
°‑
360
°
，接收天线(2)第1次旋转和第2次旋转得到的功率相关系数表达式如下：式中，P
l
(k)＝|S
21,l
(k)|2，P
l
(k)表示第l次旋转时端口接收到的信号的功率，S
21,l
表示发射天线(1)和接收天线(2)第l次旋转的S参数，<
·
>表示接收到的K个信号的平均。3.根据权利要求2所述在混响室中唯幅值测量的天线方向图重构方法，其特征在于，所述根据混响室中端口的功率相关系数计算复数相关系数的步骤包括：功率相关系数和复数相关系数满足以下关系式：ρ
p
＝|ρ
c
|2其中，ρ
c
是由复数传输系数S
21
表示的复数相关系数，表达式如下：式中，S
21,1
表示发射天线(1)和接收天线(2)之间的S参数，S
21,2
表示发射天线(1)和接收天线(2)旋转(α,β,χ)角度以后的S参数。4.根据权利要求3所述在混响室中唯幅值测量的天线方向图重构方法，其特征在于，所述接收天线(2)的自相关系数表示为旋转矩阵和球面波展开系数的非线性组合形式如下：
式中，a
mn
为接收天线(2)辐射方向图的球面波展开系...

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