一种多探头球面近场通道校准装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种多探头球面近场通道校准装置及方法，其中装置还包括工装、转轴、伸缩臂、定向天线、激光测距仪及第一转台控制系统、第二转台控制系统；所述工装设置在所述转台上、所述转轴设置在所述工装上，所述伸缩臂设置在所述转轴上，所述定向天线设置在所述伸缩臂上，所述定向天线上设置有激光测距仪；所述第一转台控制系统设置与所述工装相连接，用于控制所述工装左右移动或上下移动；所述第二转台控制系统设置与所述转台相连接，由控制所述转台。采用上述方案，通过采用定向喇叭天线为校准天线对天线球面多探头近场测量数据进行精确校准，避免了使用全向天线时后向地面对天线性能的影响。
【专利说明】一种多探头球面近场通道校准装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于球面近场通道校准【技术领域】，尤其涉及的是一种多探头球面近场通道校准装置及方法。
【背景技术】
[0002]天线测量是伴随着天线的设计出现的，是指导天线设计和验证检验天线性能的重要手段。在天线测量领域，球面近场测试是天线测试的一个重要手段，其原理为:在离开待测天线几个λ的距离上，用一个电特性已知的探头在待测天线近区的曲面上扫描抽样电磁场的幅度和相位数据，再经过严格的数学变换计算出被测天线的远场的电特性，对于球面来说，探头的最终扫描面为球面。
[0003]对于球面测试来说，为了获取全面的待测天线信息，要求在球面上进行取样的点数很多，传统采用单探头配合机械运动的方式进行测量取样的方法存在测试速度慢，完整扫描整个球面耗费时间长、效率低等缺点。
[0004]为了减少测试时间，提高测试效率，人们利用相控阵雷达的发展思路开发出了以多探头电扫代替传统机械扫描的多探头球面近场测试系统，其技术框图如图1所示。其原理为:在围绕待测天线的圆弧形轨道20上，按照采样定理要求以一定角度间隔布置了若干测量探头21，测量探头通过电缆连接到由电子开关组成的开关矩阵22上；待测天线23固定在转台24上并保证天线的相位中心在圆心上；待测天线23将矢量网络分析仪25产生的信号辐射出去，系统控制开关矩阵22在各个接收探头间进行切换，并通过矢量网络分析仪25采集到各个通道的接收数据；系统控制天线转台24旋转，并且在各个旋转角度上采集各接收探头21数据即可完成球面数据的采集，再经过后续处理即可完成测试。根据上述测试原理可以看到，对于多探头球面近场测试来说，由于在圆弧面上采用了电子开关扫描控制的方式代替传统机械扫描的方式，因此可以显著提高测量速度。
[0005]对于多探头系统来说，多探头就形成了多通道，由于从探头经电缆一直到开关矩阵的输出端口，各个通道之间在探头、电缆、开关通道等方面都存在着一致性差异，这些通道间的物理差异，形成了各通道不同的幅度、相位特性，使得采集到的近场数据中就叠加了通道差异的影响。而对球面近场测量技术来说，精确的天线近场幅度和相位数据才能重建出准确的远场信息，因此对于多探头球面近场测试系统来说，对通道的幅度和相位误差进行精确校准，消除各个通道的影响，是实现准确测试的关键和基础。
[0006]为了对多探头测试通道进行校准，消除通道的因素，常用的校准方法是采用全向天线进行校准，其原理是利用一个全向天线代替图1系统中的待测天线，并将其相位中心置于圆弧的圆心，由于全向天线各向的幅度和相位均一致，则在此情况下利用矢量网络分析仪分别采集各个探头接收通道的幅度和相位数据，并以其中任一通道数据为基准，就可得到其它通道的误差数据，该误差数据表征了各个通道的幅相一致性特性。利用该误差数据，系统就可以针对被测天线的原始数据进行修正，完成校准工作。
[0007]利用全向天线的校准，由于全向天线都各向同性，很适合对这种多通道的球面近场系统通道校准，通常以半波阵子作为校准天线，当校准天线的放置使方向图的最大值面与系统的扫描架的面重合时，可以用多探头对其一次扫描，获取通道数据，这种方法比较快捷方便。但是全向天线的有很强的后向辐射，天线放在转台上时，离地面的距离较近，在不对地面作处理时，或吸波材料性能不好时，地面的反射会对全向天线的性能有严重影响，不再是各向幅度和相位一致的特性，因此用它无法来校准。另外，对全向天线的各向的一致性也有很高的要求。
[0008]因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种多探头球面近场通道校准装置及方法。
[0010]本发明的技术方案如下:
[0011]一种多探头球面近场通道校准方法，其中，包括以下步骤:
[0012]步骤1:设置喇叭天线为发射天线，若干测量探头为接收天线，且设置所述喇叭天线E面或H面位于球坐标的Θ面内；
[0013]步骤2:将固定有激光测距仪的夹具固定安放在喇叭天线口面，由第二转台控制系统控制转台，使喇叭天线的E面或H面到扫描面内，并调节伸缩臂指向一个测量探头，设置喇叭天线上的激光测距仪的光束能够指向一个测量探头的中心；
[0014]步骤3:调节工装的位置，使伸缩臂上转动轴在半圆的拱形扫描架的圆心的位置；
[0015]步骤4:由第一控制系统控制转台以使喇叭天线在扫描面内旋转，控制伸缩臂转动到测量探头在半圆的拱形扫描架的角度位置，使喇叭天线沿径向对准探头天线；
[0016]步骤5:循环步骤4，逐个将喇叭天线与测量探头逐个对准，并采集每个通道的数据C(0n)，最后得到C(0)；
[0017]步骤6:变换喇叭天线与测量探头的距离，重新采集数据进行验证；
[0018]步骤7:测量被测天线的半球面的数据厂(夂的，用对应的通道数据来校准。
[0019]所述的多探头球面近场通道校准方法，其中，所述步骤3的具体步骤为:设测量探头中心的连线构成的是以x2+y2 = r2，y≥O为方程的半圆，其中此时转动轴在扫描面内的位置为(X(l，yQ);由第一转台控制X(l、yQ和r以及系统控制伸缩臂的转动，使喇叭天线指向3个测量探头，分别由激光测距仪测量出喇叭口面与3个测量探头的距离U、L2, L3,公式二:
[0020]
【权利要求】
1.一种多探头球面近场通道校准方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:设置喇叭天线为发射天线，若干测量探头为接收天线，且设置所述喇叭天线E面或H面位于球坐标的Θ面内； 步骤2:将固定有激光测距仪的夹具固定安放在喇叭天线口面，由第二转台控制系统控制转台，使喇叭天线的E面或H面到扫描面内，并调节伸缩臂指向一个测量探头，设置喇叭天线上的激光测距仪的光束能够指向一个测量探头的中心； 步骤3:调节工装的位置，使伸缩臂上转动轴在半圆的拱形扫描架的圆心的位置； 步骤4:由第一控制系统控制转台以使喇叭天线在扫描面内旋转，控制伸缩臂转动到测量探头在半圆的拱形扫描架的角度位置，使喇叭天线沿径向对准探头天线； 步骤5:循环步骤4，逐个将喇叭天线与测量探头逐个对准，并采集每个通道的数据以9山最后得到(:(0)； 步骤6:变换喇叭天线与测量探头的距离，重新采集数据进行验证； 步骤7:测量被测天线的半球面的数据O&勿，用对应的通道数据来校准。
2.如权利要求1所述的多探头 球面近场通道校准方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤为:设测量探头中心的连线构成的是以x2+y2 = r2, y ^ O为方程的半圆，其中此时转动轴在扫描面内的位置为(Xo，yo);由第一转台控制Xo、yo和r以及控制伸缩臂的转动，使喇叭天线指向3个测量探头，分别由激光测距仪测量出喇叭口面与3个测量探头的距离Lp L2,L3，公式二:
3.如权利要求2所述的多探头球面近场通道校准方法，其特征在于，所述步骤4的具体步骤为:首先选择对准测量探头；由计算机控制开关矩阵打开测量探头对应的通道的开关使其导通，用矢量网络分析仪接收所述通道接收的数据，即对应的Θ i角的数据C( Θ ^，然后关闭所述通道。
4.如权利要求3所述的多探头球面近场通道校准方法，其特征在于，所述步骤6中，所述进行验证的步骤为:由第二控制系统沿径向调节伸缩臂的长度，使喇叭天线与每个探头的距离为R’，再用循环步骤4及步骤5采集每个测量探头通道的数据C’( Θ )，比较C( Θ )和C’(Θ)数据的幅度和相位，若幅度差别较小，且每个对应的Θ的相位之间都有一个固定的相位差，则该方法有效。
5.如权利要求4所述的多探头球面近场通道校准方法，其特征在于，所述步骤7中，所述校准的步骤为:将测量的被测天线的半球面的数据记为^($_，将测量探头通道的通道特性的数据记为C ( Θ )，则用对应的通道数据来校准，公式一:Κ(θ,φ) = F(O^)I Cm。
6.如权利要求1-3任一所述的多探头球面近场通道校准装置，包括转台、半圆的拱形扫描架、若干测量探头、开关矩阵、矢量网络分析仪及计算机采集控制系统，其特征在于，还包括工装、转轴、伸缩臂、定向天线、激光测距仪及第一转台控制系统、第二转台控制系统；所述工装设置在所述转台上、所述转轴设置在所述工装上，所述伸缩臂设置在所述转轴上，所述定向天线设置在所述伸缩臂上，所述定向天线上设置有激光测距仪；所述第一转台控制系统设置与所述工装相连接，用于控制所述工装左右移动或上下移动；所述第二转台控制系统设置与所述转台相连接以控制所述转台。
7.如权利要求6所述的多探头球面近场通道校准装置，其特征在于，所述定向天线为喇叭天线并设置与所述若干测量探头为相同距离；所述激光测距仪通过一可拆装的夹具固定在所述定向天线的 口面上。
【文档编号】G01R35/00GK103630761SQ201310590222
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】周杨, 赵锐, 杜刘革, 常庆功, 王亚海 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所