一种天线全空间辐射特性的测量方法与流程

本发明属天线测量技术领域，尤其涉及一种天线全空间辐射特性的计算方法。

背景技术：

要准确计算、评估接收天线实际接收的信号强度与发射天线实际发射功率之间的关系，仅仅了解收发天线的水平面和垂直面辐射特性是不够的，还必须要准确描述天线在全空间的辐射特性。在本发明的方案中，若采用实际测量方法获取天线的近似三维（3d）辐射方向图则不仅工作量大且只能获得有限几个平面上的辐射方向图，无法得到全方位角、全俯仰角的全空间覆盖方向图，因此有必要提出新的计算，对天线的3d辐射方向图进行近似计算。

目前国内外对天线3d辐射方向图的近似计算效果都不够理想，利用分别位于水平面和垂直面上的四个已知取样点对3d方向图进行插值计算，对于半波对称振子3d方向图的计算误差最高可达12db。某些文献提出的有理逼近和mbpe相结合的算法在计算半波对称振子方向图时仍然存在一定误差，sa近似算法简便易行，对于全向天线有很好的近似，但在计算场强值较小点时误差较大，不利于天线方向性系数的计算。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提出一种新的近似算法，基于拟合的天线电场平面（e面）和磁场平面（h面）方向图，根据要计算的空间取样点与e面和h面间的距离确定出权函数，再由权函数、e面和h面辐射方向图共同确定出取样点处的近似场强值。即基于拟合的天线e面和h面方向图，根据要计算的空间取样点与e面和h面间的距离确定出权函数，再由权函数、e面和h面辐射方向图共同确定出取样点处的近似场强值。

本发明提供一种天线全空间辐射特性的计算方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、设定天线电场平面e面和水平面重合，磁场平面h面和垂直面重合；

步骤二、确定天线在测量频段水平e面方向图的拟合函数；

步骤三、确定天线在测量频段垂直h面方向图的拟合函数；

步骤四、输入频段内一个频点的辐射数据，以1°为间隔，取361ｘ181个空间取样点，计算出所有空间取样点出的方向图特性；

步骤五、将计算得到的数据标示在在三维空间图上，显示出模拟天线口径面的辐射特性。

根据本发明的方法，优选的，步骤二中的拟合函数的计算步骤中，设定e面和h面分别与水平面和垂直面重合，

步骤2.1、取样点位于0°＜φ≤180°时，

（1）

步骤2.2、取样点位于180°＜φ≤360°时，

（2）

其中，hor（φ）和vert（θ）是天线e面和h面归一化天线辐射方向图，水平面为θ=90°平面，θ为俯仰角，垂直面为φ=90°平面，φ为方位角；

步骤2.3、e面和h面的db方向图ge（φ）、gh（θ）分别表示为：

（3）

步骤2.4、对于任意取样点p（φ，θ），天线的三维db辐射方向图g（φ，θ）可近似为：

（4）

v1，v2和u都为空间加权系数，与φ和θ相关，表示方向图在方位角和俯仰角上的权重；

步骤2.5、当时

（5）

式中，w1，w2称为构造函数且

（6）

（7）

u表示方向图在垂直面上的插值系数；

步骤2.6、当时，w1=w2=1或w1=w2=0，而w1与w2不可能同时为1，故仅需考虑w1=w2=0的情况，此时取样点位于y轴上，则

（8）

步骤2.7、取二者的平均值可得

（9）

步骤2.8、转化为幅度归一化的三维空间方向图，则

（10）

根据本发明的方法，优选的，步骤三中的拟合函数的计算步骤与步骤二相同，采用h面为空间水平面，e为维空间垂直面。

根据本发明的方法，优选的，步骤五包括：将使用所述方法计算出的数据标示在天线的三维方向图上。

采用本发明的方法，相较于现有计算方法，能够在360°方位角和180°俯仰角的全空间范围内取任意位置，即可以保证有足够多的取样点来近似计算天线的全空间辐射方向图，相较于只有四个或数量较少的采样点的其他方法，本文方案更为准确。

附图说明

图1是本发明提出的水平极化（e面）计算流程图；

图2a是本发明天线三维空间几何结构示意图；

图2b是本发明天线三维空间划分示意图；

图3a和图3b是本发明天线在6个频段的三维空间的方向图重构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。

实施例一

以水平极化(此时e面为水平面)为例，给出该方法的计算过程，步骤流程图如附图1。垂直极化的情况与之相同。

天线水平极化时，令e面和h面分别与水平面和垂直面重合，水平面为θ=90°平面，θ为俯仰角，垂直面为φ=90°平面，φ为方位角，如图2(a)所示。

将三维空间划分为360×180个网格，如图2(b)所示。图中横坐标为0~360，表示水平面方位角φ的取值范围，纵坐标0~180，表示垂直面俯仰角θ，实际涵盖了以天线辐射口径为中心的-90°~+90°的俯仰角范围。

下面根据天线水平面（e面）和垂直面（h面）的归一化天线辐射方向图（分别记为hor（φ）和vert（θ）重构其3d辐射方向图。

由于天线方向图通常只考虑其远场特性，故要计算的取样点只需满足远场条件即可，无需考虑其与辐射源确切的距离。当取样点位于右半空间（0°＜φ≤180°）时，假设需要确定以天线辐射口径为中心，在中心方位角φ=30°、俯仰角θ=60°空间处的方向特性时，则该空间满足远场距离的任意位置处都可视为取样点，取

（1）

同理，当要计算的取样点位于左半空间（180°＜φ≤360°）时，则

（2）

此时，e面和h面的db方向图ge（φ）、gh（θ）分别表示为：

（3）

只考虑远场，对于空间任意取样点p（φ，θ），天线的三维db辐射方向图g（φ，θ）可近似为：

（4）

v1，v2和u都为空间加权系数，与φ和θ相关，表示方向图在方位角和俯仰角上的权重。

（1）当

时，令

（5）

式中，w1，w2称为构造函数且

（6）

（7）

u表示方向图在垂直面上的插值系数。

（2）当

时，w1=w2=1或w1=w2=0，而w1与w2不可能同时为1，故仅需考虑w1=w2=0的情况，此时取样点位于y轴上，理论上应有：

（8）

取二者的平均值可得

（9）

上式计算出的为db值。若将其转化为幅度归一化的三维空间方向图（方向性系数），只需

即可。

当天线垂直极化时，e面就是水平极化时的h面，即空间的垂直面；h面是水平极化时的e面，即空间的水平面，采用同样的方法即可重构出天线的三维空间辐射方向图。

（2）三维方向图的重构结果

根据上述的加权重构方法，图3a和图3b分别展示了平面归一化方向图对应的重构三维方向图。

从重构图的俯视图和侧视图可以看出r&s®hl562天线方向图的三维重构基本是正确的，同时也符合该天线手册所说明的在200mhz以上频段其方向图是旋转对称的这一特点。

对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。