一种角变化球面三元组天线辐射电磁场测量系统和方法与流程

本发明涉及微波技术领域，特别是涉及一种角变化球面三元组天线辐射电磁场测量系统和方法。

背景技术：

电磁场测量技术应用于天线参数测量、电磁微波器件测量以及散射测量等多个方面。更早时期，由于集成电路工艺水平发展限制，严重限制电磁场测量频率范围和精度。近十几年来由于电子电路工艺飞速发展，也出现了高精度的电磁场微波测量仪器，这就为更高频率电磁场的精确测量提供了仪器保证。

与此同时，一些新兴测量技术得到了很好的发展和实践的检验，例如紧缩场测量技术等。在电磁场检测技术当中，天线作为基本的辐射单元，其参数测试技术已经趋于成熟。然而对于复杂射频体目标，如球面三元组天线，其辐射形成的复杂电磁场的测量缺乏较为精确的测量方法。因此很难从较为粗糙或者错误测量数据中提取有效场信息，这对复杂电磁环境下的目标识别设置了障碍。

因此，需要提供一种可以有效测量的ku波段角变化球面三元组天线辐射电磁场测量系统和方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种角变化球面三元组天线辐射电磁场测量系统和方法，能够对球面三元组天线辐射电磁场进行最大限度的精确测量，同时还能够推广到多个三元组天线同时工作下的辐射电磁场测量。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种角变化球面三元组天线辐射电磁场测量系统，包括：球面三元组天线，用于构成所述测量系统的电磁场辐射源；探头天线，用于测量所述测量系统的辐射电磁场；以及扫描架，在所述测量系统中用于架设和移动所述探头天线。

更进一步地，所述球面三元组天线设置为辐射天线阵列，包括1到n个子三元组天线，n为正整数。

更进一步地，所述子三元组天线为等边三角形排列。

更进一步地，所述子三元组天线为双极化天线，极化方式为水平极化或垂直极化。

更进一步地，所述探头天线为ku波段标准增益角锥喇叭天线，设置在所述球面三元组天线对应的所述球面的球心处。

更进一步地，所述扫描架在所述测量系统中的水平方向和竖直方向进行位移扫描。

更进一步地，所述扫描架的水平扫描行程为-50cm至+50cm，垂直扫描行程为-50cm至+50cm。

一种应用于上述角变化球面三元组天线辐射电磁场系统的测量方法，包括：s11：对所述球面三元组天线辐射电磁场测量系统的被测电磁场进行特征预估测量；s13：根据所述特征预估测量调整所述探头天线的极化角和方位角、所述扫描架位置和被测电磁场区域；s15：对被测电磁场进行实际电磁场测量；s17：对所述实际测量的数据进行幅度相位统计分析和多变换域与分析。

更进一步地，所述特征预估测量包括：极化方向预估测量、最大辐射方向预估测量、“十字线”空域特征预估测量、特征点频域和时域特征预估测量。

更进一步地，所述实际电磁场测量包括：频域扫描测量、水平空域扫描测量和竖直空域扫描测量。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的技术方案针对球面三元组天线辐射的复杂电磁场进行测量，并推广到多个三元组天线同时工作情况下的辐射电磁场的测量。实际场测量之前的特征预估测量方案能够对电磁场的全部属性进行预估，在此基础上调整测试扫描架和探头以达到最佳测量状态，最大程度上减小了测试数据的系统误差，能够有效提高电磁场的测量精度，具有更好的实用性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明所述球面三元组天线辐射电磁场测量系统示意图；

图2示出本发明所述电磁场测量方法的流程图；

图3示出本发明所述电磁场测量方法的组成框图；

图4示出本发明所述电磁场测量系统的一种测试区域截面的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在一个具体的实施例中，图1示出本发明所述球面三元组天线辐射电磁场测量系统示意图，一种角变化球面三元组天线辐射电磁场测量系统，包括：球面三元组天线，用于构成所述测量系统的电磁场辐射源；探头天线，用于测量所述测量系统的辐射电磁场；以及扫描架，在所述测量系统中用于架设和移动所述探头天线。本实施例中，所述球面三元组天线辐射电磁场测量系统由球面三元组天线1构成了电磁场辐射源，探头天线2用于测量辐射电磁场，扫描架3用于架设和移动所述探头天线2，共同构成竖直平面内的被测电磁场区域4。

在一个优选的实施例中，所述球面三元组天线设置为辐射天线阵列，包括1到n个子三元组天线，n为正整数。本实施例中，球面三元组天线辐射电磁场测量系统是由上百个子三元组天线组成的一个球面大型天线阵列，各个天线单元可以通过电控平台实现通断。

在一个优选的实施例中，所述子三元组天线为等边三角形排列。对应一个球面大型天线阵列，各个子三元组天线按照等边三角形排列，以具有辐射电磁场的功能。

在一个优选的实施例中，所述子三元组天线为双极化天线，极化方式为水平极化或垂直极化。

在一个优选的实施例中，所述探头天线为ku波段标准增益角锥喇叭天线，设置在所述球面三元组天线对应的所述球面的球心处。为满足对所述大型球面三元组天线阵列辐射的复杂电磁场进行检测，将探头天线2设置为ku波段标准增益角锥喇叭天线；为实现在球心中心进行测量的需求，在球心处架设扫描架3，所述扫描架3用于架设和精确移动探头天线2，能够实现探头天线2的位置位于大型球面三元组天线阵列辐射对应的球心处。

在一个优选的实施例中，所述扫描架在水平方向和竖直方向进行位移扫描。为满足探头天线2的测量范围，需要在球内部进行移动，扫描架3能够在水平方向和竖直方向进行精确位移扫描以实现探头天线2在球内部的扫描。并且根据球面大型天线阵列的规模，设置扫描架3的水平扫描行程为-50cm至+50cm，垂直扫描行程为-50cm至+50cm。扫描架3和探头天线2构成了竖直平面内的被测电磁场区域4。

在另一个具体的实施例中，图2示出本发明所述电磁场测量方法的流程图，图3示出本发明所述电磁场测量方法的组成框图，一种角变化球面三元组天线辐射电磁场测量方法，包括：

s11：对所述球面三元组天线辐射电磁场测量系统的被测电磁场进行特征预估测量。

一种角变化球面三元组天线辐射电磁场测量方法，首先对被测电磁场4进行特征预估测量，即在实际测量之前对待测电磁场的全部属性进行预先估测。

在一个优选的的实施例中，所述特征预估测量包括：极化方向预估测量、最大辐射方向预估测量、“十字线”空域特征预估测量、特征点频域和时域特征预估测量。

图4示出本发明所述电磁场测量系统的一种测试区域截面的示意图，特征预估测量包括：极化方向预估测量、最大辐射方向预估测量、“十字线”空域特征预估测量、特征点频域和时域特征预估测量。

首先进行极化方向预估，根据球面三元组天线辐射场测量要求，使扫描架位于阵列天线球心处，角锥喇叭指向阵列天线最大辐射电磁场方向，极化方向与阵列天线辐射电磁场主极化方向一致。

在15ghz频点上进行测量，使角锥喇叭极化旋转，天线阵列极化方式为水平或垂直极化，因此需要调整角锥喇叭极化方向在水平或垂直位置附近，进行10度范围内的极化角扫描测量，根据辐射电磁场最大幅度对应的极化角对角锥喇叭极化角进行调整。进一步对角锥喇叭的方位角和俯仰角进行扫描测量，方位角和俯仰角扫描范围均为-90°～+90°，根据测量到的电场幅度分布，找出的最大值就是最大辐射方向，调整角锥喇叭方位角和俯仰角到最大辐射方向。至此，角锥喇叭测量状态已经确定。

然后使角锥喇叭在中心“十字线”(如图4所示的u-d和l-r)进行“十字线”空域特征预估，特征点频域和时域特征预估测量“十字线”上幅度、相位分布。水平扫描行程为：-50cm～+50cm，垂直扫描行程为：-50cm～+50cm。对原始测量场数据可进行空域-角域变换，分析和评估空域-角域特征。根据原始场和变换场特征确定典型截面中心o点。以o点为中心，选定典型位置(特征点)，如图2所示的o点、u点、d点、l点、r点，系统频率范围设定为12-18ghz，进行扫频测量，获得球面三元组天线辐射场原始幅度、相位数据。

s13：根据所述特征预估测量调整所述探头天线的极化角和方位角，所述扫描架位置和被测电磁场区域。

对原始测量场数据可进行频域-时域变换，分析和评估频域-时域特征。根据测量结果，调整扫描架位置和扫描平面。至此，扫描架测量状态已经确定。通过上述待测场特征预估测量，得到最佳扫描架和角锥喇叭的最佳测量状态，下一步进行实际场测量。

s15：对被测电磁场进行实际电磁场测量。

在一个优选的实施例中，所述实际电磁场测量包括：频域扫描测量、水平空域扫描测量和竖直空域扫描测量。

首先根据阵列天线辐射电磁场测量要求，选定极化方向，进行频域和空域扫描测量，测量内容包括频域扫描测量，水平空域扫描测量，竖直空域扫描测量。在频域扫描测量时，以o点为中心，再选择典型位置，如图4所示的l-r沿线、u-d沿线等，设定系统频率范围为12-18ghz，进行扫频测量，获得球面三元组天线辐射场原始幅度、相位数据并进行幅度相位统计分析。在空域扫描测量时，选择典型频率，如12ghz、15ghz、18ghz，对如图4所示的与l-r平行的典型水平截线和与u-d平行的典型竖直截线进行空域扫描测量，获得球面三元组天线辐射场原始幅度、相位数据。

s17：对所述实际测量的数据进行幅度相位统计分析和多变换域与分析。

对频域扫描数据、空域扫描数据进行处理分析，包括统计幅度和相位指标、误差分析和校正等，并进行一维成像、二维成像等多变换域分析，分析球面三元组天线辐射电磁场产生机理，并进一步验证测量精度。

本发明能够在实际场测量之前通过特征预估测量方案对电磁场的全部属性进行预估，在此基础上调整测试扫描架和探头以达到最佳测量状态，最大程度上减小了测试数据的系统误差，具有更好的实用性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。