专利名称：用gtem小室测试天线全向辐射总功率的方法
技术领域：
本发明涉及一种GTEM小室的应用，尤其涉及一种用GTEM小室测试天线全向辐射总功率 (TRP)的方法。
背景技术：
在天线和通信发射设备的测试中，自由空间中的全向辐射总功率测试是一个重要内 容。对于这种测试，传统的方法需要将接收天线放置在自由空间或暗室中，然后对包围天 线的一个球面上取各个方位进行测试，这种方法费时费力、成本高、占地面积大。
近年来，随着大型运动会等大型社会活动的频繁召开，对各种无线设备辐射总功率的 现场和快速测试的需求越来越迫切。这些测试大多属于临时性的和现场性的，这就要求测 试设备相对简单、廉价、拆卸方便、移动性强，因而像电波暗室这样的测试设备是不合适 的，而用GTEM小室进行这种测试却是一个非常合适的选择。与暗室、半暗室比较，用 GTEM小室做辐射发射测试的主要优点为价格低廉、占地面积小。
现有技术中，用GTEM(吉赫兹横电磁波)小室做辐射发射测试的方法，需要将待测设备 天线(EUT)放在GTEM小室的9个位置测试，将辐射体在GTEM小室中的测试值通过一系列 公式反演出辐射体的等效电偶矩(EDM)和等效磁偶矩(M匿)；然后用反演出来的等效电偶 矩和等效磁偶矩通过电、磁偶极子的辐射公式计算它在开阔场或自由空间中任意距离，任 意极化方向的辐射场强。
上述现有技术至少存在以下缺点
操作比较复杂、测试误差大。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单、测试误差小的用GTEM小室测试天线全向辐射总功 率方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明的用GTEM小室测试天线全向辐射总功率方法，包括步骤-
A、 将待测设备天线摆放在GTEM小室中的三维非金属转台上，确定待测设备天线局部 坐标的各轴与GTEM小室坐标各轴的对应关系，连接GTEM小室端口到频谱仪，并通过环行器 将待测设备天线与信号源及另一个频谱仪连接；
B、 转动所述三维非金属转台将待测设备天线依次按预定的多个位置摆放，在工作频 率下测试待测设备天线在每个位置时的GTEM小室端口输出功率和由所述环行器返回的天线 反射功率；
C、根据测试的待测设备天线的多个位置的GTEM小室端口输出功率和天线反射功率，用 所述天线反射功率对所述GTEM小室端口输出功率进行补偿，之后用线性法或TOP法计算待测 设备天线在自由空间的辐射总功率。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的用GTEM小室测试天线全向辐射 总功率方法，由于通过GTEM小室中的三维非金属转台上，确定待测设备天线局部坐标的各 轴与GTEM小室坐标各轴的对应关系，并通过环行器返回的天线反射功率，用天线反射功率 对所述GTEM小室端口输出功率进行补偿，之后用线性法或TOP法计算待测设备天线在自由空 间的辐射总功率。操作简单、测试误差小。
图1为本发明中GTEM小室测试天线TRP的布置示意图。 图2为本发明中GTEM小室坐标及EUT位置示意图； 图3为本发明中GTEM小室、EUT和测试仪器连接示意图4a、图4b、图4c分别为本发明中是EUT的3个位置的局部坐标与GTEM小室坐标的对应
图中1、 GTEM小室，2、中板，3、底板，4、端口， 5、转台，6、待测设 备天线(EUT) ，7、 8、频谱仪，9、信号源，10、环行器。
具体实施例方式
本发明的用GTEM小室测试天线全向辐射总功率方法，其较佳的具体实施方式
如图l、 图2、图3所示，包括步骤A、 将待测设备天线6摆放在GTEM小室1中的三维非金属转台5上，确定待测设备天线6 局部坐标的各轴与GTEM小室1坐标各轴的对应关系，连接GTEM小室端口4到频谱仪7，并通过 环行器10将待测设备天线6与信号源9及另一个频谱仪8连接；
B、 转动所述三维非金属转台5将待测设备天线6依次按预定的多个位置摆放，在工作 频率下测试待测设备天线6在每个位置时的GTEM小室端口4输出功率和由所述环行器10返回 的天线反射功率；
C、根据测试的待测设备天线6的多个位置的GTEM小室端口4输出功率和天线反射功率， 用所述天线反射功率对所述GTEM小室端口4输出功率进行补偿，之后用线性法或TOP法计算 待测设备天线6在自由空间的辐射总功率。
所述的待测设备天线放置在所述GTEM小室的中板2与底板3之间的l/3 2/3区域内。
所述待测设备天线6有3个摆放位置，该3个位置中，待测设备天线6的局部坐标 (x'，/，z')与GTEM小室坐标(x,少,z)的对应关系分别是
(jc',_y'， z') G (x,_y, 、 z'， x') <■> (x,_y,z) 、 (z',x',<~> (x,少,z)。
根据3个摆放位置的测试结果，用所述TOP法计算待测设备天线在自由空间的辐射总功
率包括步骤
分别按照3个摆放位置放置待测设备天线，测定每个位置的GTEM小室端口的输出功率 |6 。卩、|621。卩、1^。卩和天线反射功率Su、 521、尽1;
进行3个位置的补偿计算，计算公式为16,jH^。卩/(l-^);
计算待测设备天线的等效电偶矩的各个局部分量幅值的平方
式中，e。y(5)为零阶模模式场的;;分量，其表达式为:<formula>formula see original document page 8</formula>
式中，^为GTEM小室的特性阻抗；y。为待测设备天线的局部坐标原点离GTEM小室底板 的距离；a为待测设备天线的局部坐标原点处的GTEM小室中板的半宽度；A为待测设备天 线的局部坐标原点处的GTEM小室中板与底板的距离；g为待测设备天线的局部坐标原点处 的GTEM小室中板与侧板的间隙；
计算等效电偶矩幅值的平方P'2 =尸/ +尸/ +JPz2 ;
由公式尸。=10&2尸2计算待测设备天线在自由空间的辐射总功率，式中&为波数。
将上述3个摆放位置分别沿GTEM小室的坐标y轴逆时针转动45。，得到另外3个摆放位 置，共6个摆放位置；
根据6个摆放位置的测试结果，用所述线性法计算待测设备天线在自由空间的辐射总 功率，包括歩骤
分别按照所述6个摆放位置放置待测设备天线，测定每个位置的GTEM小室端口的输出功 率l、。卩、|612。卩、|621。卩、|622。卩、|631。|2、 |632。|2和天线反射功率&、 S12、 521、
分别进行6个位置的补偿计算，计算公式为I 卩=| ~。卩S);
由下列线性方程组解出待测设备天线的等效电偶矩和等效磁偶矩的各个局部分量 -(5, + fc。A^, cos 45° + AMZ. sin45。) (5) = 612
+A:0M》.，cos45。 +缀,sin45。) .(d) = 622 「(&+M^') (5) = 631 -会(尸,+ A0Mz, cos 45° + sin 45。) (5) = 632式中，《,、5,、 S.和M,.、 My、 M 分别是等效电偶矩和等效磁偶矩的各个局部坐标 分量；e。,(5)为零阶模模式场的7分量，其表达式为
"騰 、 ， cosh(-_y0)
,一、 2 7i/2 、2(3 . /附T、 T /附T 、
(。)=—Z:/2 Z -^~sin( )/。( g)
sinh(-A)
2(3
式中，^为GTEM小室的特性阻抗；y。为待测设备天线的局部坐标原点离GTEM小室底板
的距离；"为待测设备天线的局部坐标原点处的GTEM小室中板的半宽度；A为待测设备天 线的局部坐标原点处的GTEM小室中板与底板的距离；g为待测设备天线的局部坐标原点处 的GTEM小室中板与侧板的间隙；
计算等效电偶矩幅值的平方,2=JP;2+JP/+JPZ2，及等效磁偶矩幅值的平方
由公式f。 =10^2(尸2+^2亙'2)计算待测设备天线在自由空间的辐射总功率，式中&为波数。
具体实施例
再参见图l、图2、图3，用GTEM小室测试天线全向辐射总功率，GTEM小室呈角锥状，典 型的长度有7米、4米和3米等，它在理论上是矩形锥同轴传输线模型。
本发明将GTEM小室应用到天线辐射总功率的测试上，选取了廉价的GTEM小室作为测 试设备；在测试中选取了线性法和TOP法这两种简单实用的反演方法；针对天线置入GTEM 小室后阻抗变化较大的情况，测试中采取了用环行器对反射功率进行实时测试以对GTEM小 室输出功率进行实时补偿，大大提高了测试的准确度。
下面分别对线性法和TOP法进行详细的描述 一、线性法
1、采用GTEM小室测试天线全向辐射总功率的步骤
(1) 将待测设备(EUT)摆放在GTEM小室中的3维非金属转台上；
(2) 确定待测设备(EUT)局部坐标的各轴与GTEM小室各轴的对应关系；
(3) 连接GTEM小室端口到频谱仪，连接环行器到信号源、天线和另一个频谱仪；
(4) 转动转台将待测设备(EUT)依次按规定的6个位置摆放；
9(5) 在工作频率下测试6个位置的GTEM小室端口输出功率和由环行器返回的天线反射功 率；根据测试的6个GTEM小室端口输出功率和6个天线反射功率，用线性法计算EUT的等效电 偶矩和等效磁偶矩；
(6) 最后通过公式，由等效电偶矩和等效磁偶矩计算天线在自由空间的辐射总功率。
2、具体方法
(1) 确定待测设备(EUT)的局部坐标(x',/,z')。
(2) 将EUT摆放在GTEM小室中的3维非金属转台上，EUT位于中板与底板中间l/3区域内 (如图2所示)，记下EUT局部坐标原点离GTEM小室底板的距离;;。、相应中板的半宽度"、
中板与底板的距离A和中板与侧板的间隙g 。
(3) 按照图3的方式进行GTEM小室、EUT和测试仪器的连接。
(4) 先按位置1放置EUT，使EUT的局部坐标(x',/，z')各轴与GTEM小室坐标(x,乂z)各轴 的方向相同，艮卩(x',/,z')oO,;;,z)，如图4所示。记录此时GTEM小室端口的输出功率 |6 。 f和环行器返回功率A,。
(5) 转动转台将EUT沿GTEM小室的垂直轴(y轴)逆时针转动45。，记录此时GTEM小室 端口的输出功率|612。 |2和环形器返回功率512。
(6) 依次以位置2、 3 (如图4所示)放置EUT，使局部坐标与GTEM小室坐标(x,y,z)的对 应关系为(/,z'，x')e(x,y,z)(位置2)和(？,x',力o(x，y,z)(位置3)，如图4所示。对 每个位置重复步骤(4)和(5)，得到相应的其他数据|621。|2、 |622。|2、 |631。|2、
I ~2。 I 、"21 、"22 、"31 、"32 。
(7) 进行6个位置的补偿计算，计算公式为|~卩=|~。卩/(1-*)。
(8) 由下列线性方程组解出EUT的等效电偶矩和等效磁偶矩的各个局部分量，艮P
+ +A:0My cos45° + Mfz. sin45°)e0y(。 = 612 (P,+M^'K(5)"21 (_PZ, + A0My cos45。 + Mf, sin45°) (5) = 622—+ A。A/ cos45。十AM, sin45°) (5) = 632
式中，&和^,分别是等效电偶矩和等效磁偶矩的各个局部坐标分量；e。"5)为零阶模
模式场的:K分量，其表达式为
附7T
， w cosh(——Jo)
a. w附冗7、2 2am-smh(-/ )
式中，A是GTEM的特性阻抗，标准数值为50Q。
(9)计算等效电偶矩幅值的平方尸'2=尸/+尸/2+尸/禾口等效磁偶矩幅值的平方M'2 =M/+M/+MZ2 。
(10)由公式尸。=10^2(尸2+^2似'2)计算天线在自由空间的辐射总功率，式中&为波数。
二、 T0P法
1、 采用GTEM小室测试天线全向辐射总功率的步骤
(1) 将待测设备(EUT)摆放在GTEM小室中的3维非金属转台上；
(2) 确定待测设备(EUT)局部坐标的各轴与GTEM小室各轴的对应关系；
(3) 连接GTEM小室端口到频谱仪，连接环行器到信号源、天线和另一个频谱仪；
(4) 转动转台将待测设备(EUT)依次按规定的3个位置摆放；
(5) 在工作频率下测试3个位置的GTEM小室端口输出功率和由环行器返回的天线反射功率；根据测试的3个GTEM小室端口输出功率和3个天线反射功率，用TOP法计算EUT的等效电偶矩。
(6) 最后通过公式，由等效电偶矩计算天线在自由空间的辐射总功率。
2、 具体方法-
(1) 确定待测设备(EUT)的局部坐标(x',/,z')。
(2) 将EUT摆放在GTEM小室中的3维非金属转台上，EUT位于中板与底板中间l/3区域内(如图2所示)，记下EUT局部坐标原点离GTEM小室底板的距离y。、相应中板的半宽度"、
中板与底板的距离/7和中板与侧板的间隙g。
(3) 按照图3的方式进行GTEM小室、EUT和测试仪器的连接。(4) 先按位置1放置EUT，使EUT的局部坐标(x',/,z')各轴与GTEM小室坐标(x,少，力各轴的方向相同，艮PO',/,z')oO,乂z)，如图4所示。记录此时GTEM小室端口的输出功率1 。卩和环行器返回功率5n。
(5) 依次以位置2、 3 (如图4所示)放置EUT，使局部坐标与GTEM小室坐标(x,乂z)的对应关系为0',z',x')G(JC,_y,z)(位置2)和(z',x'，力e(x,j;，z)(位置3)，如图4所示。对每个位置重复步骤(4)，得到相应的其他数据|621。|2、 |631。|2、 521、万31。
(6) 进行3个位置的补偿计算，计算公式为l&l2—^。12/(1-1)。
(7) 采用TOP法计算EUT的等效电偶矩的各个局部分量幅值的平方
" 《
Z' 《631
=4-
《
式中，&是等效电偶矩的各个局部坐标分量；e。/5)为零阶模模式场的少分量，其表达式为
，cosh(——y0)
Smh(-/J)
2a
式中，^是GTEM的特性阻抗，标准数值为50D。
(8) 计算等效电偶矩幅值的平方尸'2=《2+^,2+尸/。
(9) 由公式尸。=10《尸2计算天线在自由空间的辐射总功率，式中&为波数。
GTEM小室做辐射发射测试的最大优势是它得到了辐射体本身的内在特性(等效电偶矩和等效磁偶矩)，因此它可以很方便地计算天线在自由空间的辐射总功率。采用这个方法，总功率是通过包围辐射体的球面积分计算出来的，而不是在球面的各个方位测试出来的，因而测试非常简单。除了电小尺寸的要求外，这个方法对辐射体本身没有任何限制，既不需要知道天线的增益，也不需要配置其他标准天线作比较，测试的动态范围大，加上占地面积小和造价低廉等特点，因而在实时、实地的总辐射功率测试上具有很大的优越性。本发明可以测试尺度为50cm以内并且尺度比波长短的天线或通信发射设备，测试频率范围为10KHz至3GHz，测试的动态范围可从-75dBm至40dBm，测试结果与应有值的误差一般可达到2至3dB以内。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种用GTEM小室测试天线全向辐射总功率方法，其特征在于，包括步骤A、将待测设备天线摆放在GTEM小室中的三维非金属转台上，确定待测设备天线局部坐标的各轴与GTEM小室坐标各轴的对应关系，连接GTEM小室端口到频谱仪，并通过环行器将待测设备天线与信号源及另一个频谱仪连接；B、转动所述三维非金属转台将待测设备天线依次按预定的多个位置摆放，在工作频率下测试待测设备天线在每个位置时的GTEM小室端口输出功率和由所述环行器返回的天线反射功率；C、根据测试的待测设备天线的多个位置的GTEM小室端口输出功率和天线反射功率，用所述天线反射功率对所述GTEM小室端口输出功率进行补偿，之后用线性法或TOP法计算待测设备天线在自由空间的辐射总功率。
2、 根据权利要求1所述的用GTEM小室测试天线全向辐射总功率方法，其特征在于，所 述的待测设备天线放置在所述GTEM小室的中板与底板之间的l/3 2/3区域内。
3、 根据权利要求2所述的用GTEM小室测试天线全向辐射总功率方法，其特征在于，所 述待测设备天线有3个摆放位置，该3个位置中，待测设备天线的局部坐标(jc',/,z')与 GTEM小室坐标(x,y,Z)的对应关系分别是少',z') G (x, >>, z)、(少',z', x')(x，少,z) 、 (z',G (x, z)。
4、 根据权利要求3所述的用GTEM小室测试天线全向辐射总功率方法，其特征在于，根 据3个摆放位置的测试结果，用所述TOP法计算待测设备天线在自由空间的辐射总功率包括 步骤分别按照3个摆放位置放置待测设备天线，测定每个位置的GTEM小室端口的输出功率 |6 。卩、|621。卩、1^。卩和天线反射功率万u、 &、万31;进行3个位置的补偿计算，计算公式为l&l2—^。12/(1-计算待测设备天线的等效电偶矩的各个局部分量幅值的平方<formula>formula see original document page 3</formula>式中，e。,(5)为零阶模模式场的少分量，其表达式为:,一、2 71/2 v、 ',附冗、r ,附"、式中，Z。为GTEM小室的特性阻抗；力为待测设备天线的局部坐标原点离GTEM小室底板的距离；"为待测设备天线的局部坐标原点处的GTEM小室中板的半宽度；A为待测设备天 线的局部坐标原点处的GTEM小室中板与底板的距离；g为待测设备天线的局部坐标原点处 的GTEM小室中板与侧板的间隙；计算等效电偶矩幅值的平方P'2 =《2 +户/ ;由公式尸。=10"尸2计算待测设备天线在自由空间的辐射总功率，式中yt。为波数。
5、根据权利要求3所述的用GTEM小室测试天线全向辐射总功率方法，其特征在于，将 所述3个摆放位置分别沿GTEM小室的坐标y轴逆时针转动45。，得到另外3个摆放位置；根据6个摆放位置的测试结果，用所述线性法计算待测设备天线在自由空间的辐射总 功率，包括步骤分别按照所述6个摆放位置放置待测设备天线，测定每个位置的GTEM小室端口的输出功 率K卩、|612。|2、 |621。|2、 |622。|2、 |631。|2、 l&。卩和天线反射功率&、万12、 521、分别进行6个位置的补偿计算，计算公式为I ~卩=|~。卩;由下列线性方程组解出待测设备天线的等效电偶矩和等效磁偶矩的各个局部分量 -会(g, cos45。 +級:,sin45。) (5) = 612<formula>formula see original document page 4</formula>式中，&、；、《,和M,、 My,、 M,分别是等效电偶矩和等效磁偶矩的各个局部坐标 分量；&/5)为零阶模模式场的少分量，其表达式为-<formula>formula see original document page 4</formula>式中，Ze为GTEM小室的特性阻抗；y。为待测设备天线的局部坐标原点离GTEM小室底板的距离；a为待测设备天线的局部坐标原点处的GTEM小室中板的半宽度；/z为待测设备天 线的局部坐标原点处的GTEM小室中板与底板的距离；g为待测设备天线的局部坐标原点处 的GTEM小室中板与侧板的间隙；计算等效电偶矩幅值的平方P'2=jPx,2+jP/2+jPz2，及等效磁偶矩幅值的平方由公式尸。=10^2(尸2+^2似'2)计算待测设备天线在自由空间的辐射总功率，式中&为波数。
全文摘要
本发明公开了一种用GTEM小室测试天线全向辐射总功率方法，首先将待测设备天线摆放在GTEM小室中的三维非金属转台上，确定待测设备天线局部坐标的各轴与GTEM小室坐标各轴的对应关系，并通过环行器返回天线反射功率，用天线反射功率对GTEM小室端口输出功率进行补偿，之后用线性法或TOP法计算待测设备天线在自由空间的辐射总功率。操作简单、提高了测试的准确度。
文档编号G01R29/08GK101477154SQ20091007774
公开日2009年7月8日 申请日期2009年2月13日 优先权日2009年2月13日
发明者刘红杰, 姜雪松, 尹斯星, 敏 易, 吉 李, 李书芳, 洪卫军, 力 邓 申请人:北京邮电大学