一种差分天线测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种差分天线测量方法，尽量减少了巴伦的使用，在必须使用巴伦的情况下对巴伦特性做了全面的测量，并在后续的数据处理中消除了巴伦引入的测量误差，使测量更加精确；相对于传统测量方法精度更高，引入误差较小，可以广泛应用于差分天线测量中；本发明在测量过程中合理使用匹配负载减小了差分天线单端测量时悬空的天线臂对于天线特性的不利影响，并通过功率合成的方式真实的反映了天线的阻抗特性和辐射特性；实现了利用同轴电缆对差分天线的测量。本测量方法充分考虑了天线的应用环境，所有测量均模拟天线真实环境，获得的测量结果能够与天线应用时的特性保持一致。
【专利说明】一种差分天线测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及天线测量【技术领域】，尤其涉及一种差分天线测量方法。
【背景技术】
[0002]天线的电参数是天线设计中的重要技术指标，也是电子系统设计的重要依据?’天线的电参数主要包括电压驻波比、隔离度、增益和方向图等。电压驻波比参数体现了天线输入端口的反射特性，定义了天线的阻抗带宽；隔离度参数反映了收发天线之间的耦合强度；增益和方向图参数共同反映了天线的辐射特性。天线的电压驻波比和隔离度通常使用矢量网络分析仪进行测量，天线的增益和方向图通常在微波暗室中使用信号源与频谱仪进行测量。
[0003]差分天线是天线的一种形式，它通过两个差分端口对天线进行馈电，两差分端口分别馈入等幅反相的信号，实现天线的平衡馈电。普通的矢量网络分析仪和频谱仪等测量天线特性时接收的均不是差分信号，仅通过一根同轴电缆连接被测天线，无法实现天线平衡馈电；如上所述，常规测量方法主要采用巴伦将差分天线的差分端口转换为单端口，再采用矢量网络分析仪等设备进行测量。该方法测量获得的天线特性受巴伦影响较大，不能完全真实的反应天线工作中的状态，同时引入了巴伦本身的回波损耗和插入损耗，导致误差偏大，尤其在天线电压驻波比测量中无法通过后期数据处理消除巴伦引入的误差。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供了一种差分天线测量方法，能够在尽量减少使用巴伦的情况下对差分天线进行测量，同时，在使用巴伦的情况下去除巴伦引入的误差，提高测量精度。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的:
[0006]一种差分天线测量方法，对差分天线的隔离度的测量方法包括如下步骤:
[0007]步骤11、选取两个差分天线，分别作为发射天线和接收天线；将发射天线和接收天线通过天线支架进行固定，使两者与其实际应用情况保持相同的状态；
[0008]步骤12、在测量频段上对矢量网络分析仪的第一端口和第二端口均进行校准；
[0009]步骤13、将发射天线的两个差分端口分别与巴伦的两个输出端口连接；将巴伦的输入端口与矢量网络分析仪的第一端口连接；将接收天线的两个差分端口中的端口 a连接矢量网络分析仪的第二端口，接收天线的两个差分端口中的端口 b连接匹配负载；
[0010]步骤14、控制矢量网络分析仪的第一端口通过巴伦向发射天线输出信号，该信号包括测试频段内的各个频点；然后控制第二端口从接收天线接收信号，由此得到差分天线隔离度特性，并绘制天线隔离度曲线，定义为天线隔离度曲线S21’ ；
[0011]步骤15、将接收天线的端口 a和端口 b互换，即端口 a连接匹配负载，端口 b连接矢量网络分析仪的第二端口；
[0012]步骤16、控制矢量网络分析仪的第一端口通过巴伦向发射天线输出信号，该信号包括测试频段内的各个频点；然后控制第二端口从接收天线接收信号，由此得到差分天线隔离度特性，并绘制天线隔离度曲线，定义为天线隔离度曲线S31’ ；
[0013]步骤17、将步骤14和步骤16获取的两条隔离度曲线进行功率合成，得到合成的差分天线隔离度；然后修正合成的差分天线隔离度中引入的巴伦插入损耗，得到修正后的差分天线隔离度。
[0014]所述对合成的差分天线隔离度的巴伦插入损耗的修正方法为:
[0015]选取两个巴伦，定义为第一巴伦和第二巴伦；将两个巴伦的双端口分别连接，将一个巴伦的单端口与矢量网络分析仪的第一端口连接，将另外一个巴伦的单端口与矢量网络分析仪的第二端口连接；
[0016]控制矢量网络分析仪第一端口输出信号，第二端口接收信号，得到两个巴伦的插入损耗k2，然后得到第一巴伦和第二巴伦的插入损耗=L1 = L1；2-3dB和L2 = L1；2-3dB ；
[0017]得到两个巴伦的插入损耗的均值，对合成的差分天线隔离度进行修正。
[0018]所述对合成的差分天线隔离度的巴伦插入损耗的修正方法为:
[0019]步骤31、选取三个巴伦，定义为第一巴伦、第二巴伦和第三巴伦；
[0020]步骤32、将其中两个巴伦的双端口分别连接，将一个巴伦的单端口与矢量网络分析仪的第一端口连接，将另外一个巴伦的单端口与矢量网络分析仪的第二端口连接；
[0021]步骤33、控制矢量网络分析仪第一端口输出信号，第二端口接收信号，得到两个巴伦串联后的插入损耗；
[0022]步骤34、按照步骤32和步骤33的方法，获得三个巴伦中两两巴伦串联后的插入损耗，即第一巴伦与第二巴伦串联后的插入损耗Lu、第一巴伦与第三巴伦串联后的插入损耗Lli3以及第三巴伦与第二巴伦串联后的插入损耗L2，3 ;建立如下方程得到第一巴伦插入损耗L1、第二巴伦插入损耗L2和第三巴伦的插入损耗L3:
-J - H-
[0023]I Lu3= Li+L3
L2'3.= A + i2.
[0024]得到三个巴伦的插入损耗的均值，对合成的差分天线隔离度进行修正。
[0025]进一步的，还包括对差分天线的增益进行测量，步骤为:
[0026]步骤41、将标准天线的输入端口与信号源的输出端口连接；将被测的差分天线的端口 a连接频谱仪的输入端，将端口 b连接匹配负载；
[0027]步骤42、将被测的差分天线采用测试工装固定，使差分天线正对所述标准天线；采用转台固定所述测试工装，使差分天线的相位中心在标准天线中心线与转台轴线的交点上；转台可控制测试工装及其上的标准天线绕转台轴线转动；
[0028]步骤43、采用微波暗室将上述标准天线、信号源、差分天线、测试工装、转台、频谱仪和匹配负载罩在其内部；
[0029]步骤44、在标准天线工作频段内选定测试频点，用信号源发射该频点的信号，通过频谱仪接收差分天线接收到的信号；控制转台旋转，找到标准天线辐射最强的方向，测量得到该方向上差分天线接收功率Pl的dB值；
[0030]步骤45、使转台保持步骤44中的测试位置不变，将差分天线的两个端口互换，即端口 a接匹配负载，端口 b接频谱仪输入端，再次测量得到差分天线接收功率P2的dB值；
[0031]步骤46、将步骤44和步骤45得到的两个接收功率进行合成，得到差分天线的合成功率:
【权利要求】
1.一种差分天线测量方法，其特征在于，对差分天线的隔离度的测量方法包括如下步骤: 步骤11、选取两个差分天线(1)，分别作为发射天线(5)和接收天线(6);将发射天线(5)和接收天线(6)通过天线支架(2)进行固定，使两者与其实际应用情况保持相同的状态；步骤12、在测量频段上对矢量网络分析仪(3)的第一端口和第二端口均进行校准；步骤13、将发射天线(5)的两个差分端口分别与巴伦(7)的两个输出端口连接；将巴伦(7)的输入端口与矢量网络分析仪(3)的第一端口连接；将接收天线￠)的两个差分端口中的端口 a连接矢量网络分析仪(3)的第二端口，接收天线￠)的两个差分端口中的端口 b连接匹配负载⑷； 步骤14、控制矢量网络分析仪(3)的第一端口通过巴伦(7)向发射天线(5)输出信号，该信号包括测试频段内的各个频点；然后控制第二端口从接收天线(6)接收信号，由此得到差分天线隔离度特性，并绘制天线隔离度曲线，定义为天线隔离度曲线S21’ ； 步骤15、将接收天线(6)的端口 a和端口 b互换，即端口 a连接匹配负载(4)，端口 b连接矢量网络分析仪(3)的第二端口 ； 步骤16、控制矢量网络分析仪(3)的第一端口通过巴伦(7)向发射天线(5)输出信号，该信号包括测试频段内的各个频点；然后控制第二端口从接收天线(6)接收信号，由此得到差分天线隔离度特性，并绘制天线隔离度曲线，定义为天线隔离度曲线S31’ ； 步骤17、将步骤14和步骤16获取的两条隔离度曲线进行功率合成，得到合成的差分天线隔离度；然后修正合成的差分天线隔离度中引入的巴伦(7)插入损耗，得到修正后的差分天线隔离度。
2.如权利要求1所述的一种差分天线测量方法，其特征在于，所述对合成的差分天线隔离度的巴伦(7)插入损耗的修正方法为: 选取两个巴伦(7)，定义为第一巴伦和第二巴伦；将两个巴伦(7)的双端口分别连接，将一个巴伦(7)的单端口与矢量网络分析仪(3)的第一端口连接，将另外一个巴伦(7)的单端口与矢量网络分析仪(3)的第二端口连接； 控制矢量网络分析仪⑶第一端口输出信号，第二端口接收信号，得到两个巴伦(7)的插入损耗L1;2，然后得到第一巴伦和第二巴伦的插入损耗=L1 = L1；2-3dB和L2 = L1；2-3dB ；得到两个巴伦(7)的插入损耗的均值，对合成的差分天线隔离度进行修正。
3.如权利要求1所述的一种差分天线测量方法，其特征在于，所述对合成的差分天线隔离度的巴伦(7)插入损耗的修正方法为: 步骤31、选取三个巴伦(7)，定义为第一巴伦、第二巴伦和第三巴伦； 步骤32、将其中两个巴伦(7)的双端口分别连接，将一个巴伦(7)的单端口与矢量网络分析仪(3)的第一端口连接，将另外一个巴伦(7)的单端口与矢量网络分析仪(3)的第二端口连接； 步骤33、控制矢量网络分析仪(3)第一端口输出信号，第二端口接收信号，得到两个巴伦⑵串联后的插入损耗；步骤34、按照步骤32和步骤33的方法，获得三个巴伦(7)中两两巴伦(7)串联后的插入损耗，即第一巴伦与第二巴伦串联后的插入损耗k2、第一巴伦与第三巴伦串联后的插入损耗Lu以及第三巴伦与第二巴伦串联后的插入损耗1^，3;建立如下方程得到第一巴伦插入损耗L1、第二巴伦插入损耗L2和第三巴伦的插入损耗L3:
得到三个巴伦(7)的插入损耗的均值，对合成的差分天线隔离度进行修正。
4.如权利要求1所述的一种差分天线测量方法，其特征在于，进一步对差分天线的增益进行测量，包括: 步骤41、将标准天线(11)的输入端口与信号源(12)的输出端口连接；将被测的差分天线⑴的端口 a连接频谱仪(13)的输入端，将端口 b连接匹配负载(4); 步骤42、将被测的差分天线(I)采用测试工装(9)固定，使差分天线(I)正对所述标准天线(11);采用转台(10)固定所述测试工装(9)，使差分天线(I)的相位中心在标准天线(11)中心线与(10)轴线的交点上；转台(10)可控制测试工装(9)及其上的标准天线(11)绕转台(10)轴线转动； 步骤43、采用微波暗室(8)将上述标准天线(11)、信号源(12)、差分天线(I)、测试工装(9)、转台(10)、频谱仪(13)和匹配负载(4)罩在其内部； 步骤44、在标准天线(11)工作频段内选定测试频点，用信号源(12)发射该频点的信号，通过频谱仪(13)接收差分天线(I)接收到的信号；控制转台(10)旋转，找到标准天线(11)辐射最强的方向，测量得到该方向上差分天线(I)接收功率Pl的dB值； 步骤45、使转台(10)保持步骤44中的测试位置不变，将差分天线(I)的两个端口互换，即端口 a接匹配负载(4)，端口 b接频谱仪(13)输入端，再次测量得到差分天线(I)接收功率P2的dB值； 步骤46、将步骤44和步骤45得到的两个接收功率进行合成，得到差分天线(I)的合成功率:
再根据微波暗室(8)的增益计算公式将差分天线(I)的合成功率P转换为差分天线(I)的增益值G。
5.如权利要求1所述的一种差分天线测量方法，其特征在于，进一步对差分天线的方向图进行测量，包括: 步骤51、将标准天线(11)的输入端口与信号源(12)的输出端口连接；将被测的差分天线⑴的端口 a连接频谱仪(13)的输入端，将端口 b连接匹配负载(4); 步骤52、将被测的差分天线(I)采用测试工装(9)固定，使差分天线(I)正对所述标准天线(11);采用转台(10)固定所述测试工装(9)，使差分天线(I)的相位中心在标准天线(11)中心线与转台(10)轴线的交点上，定义此时差分天线(I)的位置为H面位置；转台(10)可控制测试工装(9)及其上的标准天线(11)绕转台(10)轴线转动； 步骤53、采用微波暗室(8)将上述标准天线(11)、信号源(12)、差分天线(I)、测试工装(9)、转台(10)、频谱仪(13)和匹配负载(4)罩在其内部； 步骤54、在标准天线(11)工作频段内选定测试频点，用信号源(12)发射该频点的信号，通过频谱仪(13)接收差分天线(I)接收到的信号；同时控制转台(10)绕其转轴旋转一周，得到差分天线(I)在该H面上的方向图数组数据Dl ； 将差分天线(I)的两个端口互换，即端口 a接匹配负载(4)，端口 b接频谱仪(13)输入端，控制转台(10)绕其转轴旋转一周，得到差分天线(I)在该H面上的方向图数组数据D2 ； 对于数组数据Dl和数组数据D2中的每一个频率点进行功率合成，获得差分天线(I)在该频率点的H面上的方向图数组数据D ； 步骤55、以标准天线(11)的中心点与被测天线的相位中心连线为转轴，控制差分天线(I)绕该转轴转动90°，定义此时差分天线(I)的位置为E面位置；同时控制转台(10)绕其转轴旋转一周，得到差分天线(I)在该平面的方向图数组数据D1’ ； 将差分天线(I)的两个端口互换，即端口 a接匹配负载(4)，端口 b接频谱仪(13)输入端，控制转台(10)绕其转轴旋转一周，得到差分天线(I)在该平面的方向图数组数据D2’ ；对于数组数据D1’和数组数据D2’中的每一个频率点进行功率合成，获得差分天线(I)在该频率点的E面位置的方向图数组数据D’。
6.如权利要求1或2所述的一种差分天线测量方法，其特征在于，进一步对差分天线(I)的电压驻波比进行测量，包括: 步骤61、采用天线支架(2)对待测试的差分天线(I)进行固定，使得差分天线(I)与其实际应用情况保持相同的状态； 步骤62、在测量频段上对矢量网络分析仪(3)的第一端口进行单端口校准； 步骤63、将差分天线(I)两个输入端口中的a端口接校准后的矢量网络分析仪(3)第一端口 ；差分天线⑴两个输入端口中的b端口接匹配负载(4); 步骤64、通过矢量网络分析仪(3)对测试频段内的各个频点进行频率扫描，并获取差分天线(I)反射特性并绘制天线电压驻波比曲线； 步骤65、将差分天线(I)中的a端口与矢量网络分析仪(3)的第一端口脱离，然后接匹配负载(4);将差分天线(I)的b端口接所述矢量网络分析仪(3)的第一端口，再通过矢量网络分析仪(3)对测试频段内的各个频点进行频率扫描，获取差分天线(I)反射特性并绘制另一条差分天线电压驻波比曲线互换后重新测量，获得另一条差分天线电压驻波比曲线，将两条电压驻波比曲线分别与设定的规定值比较，得到两条电压驻波比曲线中均小于或等于规定值的带宽范围，即为天线的阻抗带宽。
【文档编号】G01R27/06GK104198824SQ201410449847
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】卢伟, 纪奕才, 方广有 申请人:中国科学院电子学研究所