专利名称：一种阵列天线方向图时域测量方法
技术领域：
本发明属于天线技术领域，涉及阵列天线方向图测量技术，特别涉及阵列天线方向图的时域測量方法。
背景技术：
伴随超宽带通信和超宽带雷达技术的兴起，宽带以及超宽带阵列天线以其高增益、低旁瓣及可空间扫描等独有的性能魅力得到广泛的研究和应用。与窄带天线不同，超宽带天线工作在瞬态带宽的情况下，用以描述超宽带天线性能的參数必须时域的。为研究超宽带天线的时/频域特性，提高天线测试效率，传统的频域测量技术已不能满足要求，而时域测量能通过一次测量获得整个频带内的天线性能。时域方向图测量作为超宽带阵列天 线设计的重要部分，已成为国内外学者研究的热点。在方向图测量方法中，主要有远场、近场和紧缩场测量三种方式。在远场测量中，需要较长的测试距离，并且为了降低周围电磁环境对测量的干扰，远场测量需要在合适的外部环境和天气下进行，对安全和电磁环境也有较高要求。鉴于远场测试要求较高、成本较大，对阵列天线进行方向图测量通常采用近场或者紧缩场測量系统。传统的近场和紧缩场測量系统是采用的单频信号进行的频域近场测量，毎次只能測量出单个频点的天线频域方向图。对于宽带以及超宽带天线的时域方向图测试，该系统难以实现。近些年来，有研究者已经逐步把频域測量技术扩展到时域，搭建了时域近场和紧缩测量系统，用于超宽带天线时域方向图测量。如文献“Thorkild B. Hansen and ArthurD.Yaghjian, Planar Near field Scanning in the Time Domain, Part2: SamplingTheorems and ComputationSeptember “， IEEE Transactionson Antenna andpropagation, Vol. 42, No. 9, PP: 1292 1300, September 1994.，，提供一种时域近场测量方法，文献“郝晓军等，FFT在时域紧缩场方向图测量中的应用，无线通信技木，2002，04期，PP:57飞8”提供一种时域紧缩场測量系统。这些现有的时域测量系统能够完成一些简单激励形式的超宽带阵列天线的时域方向图测量，但是用于多激励形式的超宽带阵列却还存在不足(I)在目前雷达通信中，较多系统使用的是相控扫描阵，其阵列天线的激励形式具有可变性、多祥性。而现有的时域测量系统一次測量只能收集ー种阵列激励形式下的瞬态信息，通过处理获取对应方向图。面对多激励形式的相控阵，需要不断切换阵列的激励源，一次次的重复测量，系统操作不灵活且不具有高效性。(2)现有的时域测量系统均利用空间分布的探头采集待测天线的辐射信息，再对采集的信息进行处理获得阵列时域方向图。由于采集的信号是瞬态信号，因此采样探头均为超宽带探头，数量较多超宽带探头不仅给天线測量系统増加了成本也不可避免的带来了测量误差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有宽带以及超宽带阵列天线方向图测量方法(或系统)中的测试工作繁复、测试成本高的缺点，提供ー种阵列天线方向图的时域测量方法。该方法能快速、高效地完成多种激励形式、多个单元的阵列方向图的时域測量，同时对硬件要求低，降低了測量成本。本发明采用阵列单元接收方向图测量法和信号处理方法相结合的技术，首先利用紧缩场装置，产生均匀平面波照射于阵列天线，采用数字示波器连接阵列単元各个端ロ，一次測量出阵列天线各个天线单元的接收方向图；然后利用阵列方向图叠加原理，使用数字信号处理方法，综合出多种激励形式下的阵列时域方向图。本发明技术方案为ー种阵列天线方向图的时域測量方法，包括以下步骤步骤I :在微波暗室环境中，利用脉冲信号源产生时域脉冲信号，时域脉冲信号经照射天线向金属反射面发射，并由金属反射面反射形成紧缩场平面波，利用该紧缩场平面波照射待测阵列天线。所述照射天线采用超宽带喇叭天线，井置于金属反射面焦点附近；所 述金属反射面采用双曲面形状的金属反射面。步骤2 :利用数字示波器，測量在紧缩场平面波到待测阵列天线的初始入射角度(θ0, Φ0)下，待测阵列天线各个阵列单元的接收信号ズ(砵，K)，其中取表示接收信号；n=l，2，3，-.N, N为待测阵列天线的阵列单元总数；Θ表示紧缩场平面波到待测阵列天线的垂直方向入射角度，取值范围为O到360度；Φ表示紧缩场平面波到待测阵列天线的水平方向入射角度，取值范围为O到360度；t表示时间刻度。步骤3 :改变紧缩场平面波到待测阵列天线的入射角度，记录紧缩场平面波到待测阵列天线的入射角(θρ ΦΡ，结合步骤2測量每个入射角下待测阵列天线各个阵列单元的接收信号P:(MsJ)。步骤4 :由于每个入射角下待测阵列天线各个阵列单元的接收信号K，就是待测阵列天线第η个阵列単元的在入射角下(θ” φρ的瞬态响应。由待测阵列天线第η个阵列単元的瞬态响应归ー化，得到待测阵列天线第η个阵列単元的时域方向图步骤5 :利用公式
权利要求
1.一种阵列天线方向图的时域测量方法，包括以下步骤 步骤I:在微波暗室环境中，利用脉冲信号源产生时域脉冲信号，时域脉冲信号经照射天线向金属反射面发射，并由金属反射面反射形成紧缩场平面波，利用该紧缩场平面波照射待测阵列天线； 步骤2:利用数字示波器，测量在紧缩场平面波到待测阵列天线的初始入射角度(θ。，Φ0)下，待测阵列天线各个阵列单元的接收信号其中私表示接收信号；n=l，2，3，-.N, N为待测阵列天线的阵列单元总数；Θ表示紧缩场平面波到待测阵列天线的垂直方向入射角度，取值范围为O到360度；Φ表示紧缩场平面波到待测阵列天线的水平方向入射角度，取值范围为O到360度；t表示时间刻度； 步骤3 :改变紧缩场平面波到待测阵列天线的入射角度，记录紧缩场平面波到待测阵列天线的入射角(θ” ΦΡ，结合步骤2测量每个入射角下待测阵列天线各个阵列单元的接收信号; 步骤4:由于每个入射角下待测阵列天线各个阵列单元的接收信号Cd為，O，就是待测阵列天线第η个阵列单元的在入射角下(Θ ” φρ的瞬态响应；由待测阵列天线第η个阵列单元的瞬态响应归一化，得到待测阵列天线第η个阵列单元的时域方向图/f (民 Μ); 步骤5:利用公式
2.根据权利要求I所述的阵列天线方向图的时域测量方法，其特征在于，步骤3改变紧缩场平面波到待测阵列天线的入射角度的方式为固定步骤I中所述紧缩场平面波在微波暗室中的位置关系而改变待测阵列天线阵列在微波暗室中的位置关系。
3.根据权利要求2所述的阵列天线方向图的时域测量方法，其特征在于，改变待测阵列天线阵列在微波暗室中的位置关系的具体方式为将待测阵列天线阵列固定在一个旋转平台上，该旋转平台采用步进电机控制，能够实现水平方向和垂直方向0 360度的旋转。
4.根据权利要求I所述的阵列天线方向图的时域测量方法，其特征在于，步骤3改变紧缩场平面波到待测阵列天线的入射角度的方式为固定待测阵列天线阵列在微波暗室中的位置关系而改变步骤I中所述紧缩场平面波在微波暗室中的位置关系。
5.根据权利要求I至4中任一所述阵列天线方向图的时域测量方法，其特征在于，步骤I中所述照射天线为喇叭天线，位于金属反射面焦点附近。
6.根据权利要求I至4中任一所述阵列天线方向图的时域测量方法，其特征在于，步骤I中所述金属反射面为双曲面形金属反射面。
全文摘要
一种阵列天线方向图的时域测量方法，属于天线技术领域。本发明首先对阵列天线单元方向图测量，利用均匀平面波照从不同角度(θ，φ)照射阵列，利用数字示波器测量各个阵列单元在平面波照射下的瞬态响应，得到该频率响应便是阵列单元在等幅同相激励下的方向图最后利用数字信号处理技术，应用阵列天线单元方向图叠加原理，合成任意给定激励下的阵列方向图本发明1)在阵列环境下进行，有利于阵列方向图的精确合成；2)可以测量出阵列在任意给定激励下的方向图；3)还可综合出阵列扫描增益方向图，更有利于获取最大增益分布区域和扫描盲点分布。本发明具有操作简单、测试效率高的特点，同时还大大缩减了对场地要求，降低了测试成本。
文档编号G01R29/10GK102854401SQ20121033326
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者赵德双, 张浩然, 王秉中 申请人:电子科技大学