一种偏离测试中心的天线测试方法与流程

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1.本发明属于天线测试技术领域，尤其涉及一种偏离测试中心的天线测试方法。


背景技术：

2.随着5g技术的推广，不管是在汽车领域、智能家居领域还是新型制造业领域，进行智能化升级已经成为它们未来主要的发展方向。其中设备的无线通信性能的好坏是除芯片和算法外衡量设备智能化系统好坏的最重要的指标。传统的测试中，一般是将天线模块单独进行测试，对整机的测试也仅仅局限在手机和路由器这一类小型设备中，这类测试的特点是，设备上天线的物理中心和相位中心相对测试中心的偏移量较小，远小于采样距离，其影响可忽略不计。但对于中大型设备，譬如汽车、电冰箱或者大屏电视，天线偏离测试中心的距离基本上和探头到天线的采样距离在同一个数量级，位置偏差的影响无法忽略，直接测量会引起较大的测试误差。因此，需要设计一种天线偏离测试中心测试方法，来保证天线在偏离测试中心较远时测量结果的准确性。


技术实现要素：
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3.为了克服上述的技术难点，本发明提出了一种偏离测试中心的天线测试方法。本发明通过利用电磁波的合成和展开原理，把标准天线的一组完备的正交姿态下测得的近场数据作为展开的基底，对测试中心任意位置上的天线的近场测试结果进行展开，得到一组展开系数矩阵，然后利用展开系数矩阵和标准天线的远场方向图合成得到被测天线。
4.本技术实例提出天线偏离测试中心的测试方法，包括以下步骤：
5.将标准天线安装到测试中心，对标准天线进行近场采样，得到标准天线的近场采样结果，同时通过近远场变换算法得到标准天线的远场方向图；
6.将被测物安装到测试系统的静区内，得到被测物天线的近场采样结果，并利用标准天线的近场结果来展开被测天线的近场数据，得到展开系数矩阵；
7.利用得到的展开系数矩阵和标准天线的远场方向图进行线性合成，得到被测物天线的远场方向图；
8.本技术实例提出一种偏离测试中心的天线测试方法，所述测试中用到的标准天线为偶极天线、环形天线、球形天线、交叉极化天线、喇叭天线、脊状喇叭天线、双脊喇叭天线或矩形波导天线等；
9.所述标准天线的采样方法包括：
10.确定标准天线的一组完备正交的测试姿态，包括：
11.偶极天线：置于测试中心，径向指向x轴，y轴和z轴；或者，
12.喇叭天线：置于测试中心，开口指向
±
x轴，
±
y轴和
±
z轴；或者，
13.球形天线：放置在x轴，y轴和z轴，偏离测试中心相同距离的位置上；或者，
14.交叉极化天线、矩形波导天线、脊状喇叭天线或双脊喇叭天线：除置于测试中心，开口指向
±
x轴，
±
y轴和
±
z轴，还要在每个轴上，沿其轴线旋转90
°
。
15.所述获得被测天线展开系数的方法包括：利用测得的标准天线的一组完备正交的近场方向图函数fi,i＝1,2,3,
…
，对被测天线的近场采样结果fn进行线性展开，展开公式为，fn＝ai·fi
,i＝1,2,3,
…
，然后通过数值方法可求解得到展开系数ai，最后通过加权函数判断展开系数是否合适，其中ai为被测天线近场展开系数。
16.所述判断展开系数是否合适的方法包括：利用标准天线的一组完备正交的近场方向图函数fi和展开系数ai,i＝1,2,3,
…
，进行线性叠加得到合成的被测天线的近场方向图函数通过求解合成的近场方向图函数和测试得到的近场数据的方差来得到加权函数，当加权函数值w小于预设误差时则认为该组展开系数合适。
17.所述获得被测天线远场方向图的方法包括：利用对应姿态下标准天线的远场方向图fi,i＝1,2,3,
…
，和求得的被测天线近场展开系数ai,i＝1,2,3,
…
，进行线性合成得到被测天线的远场方向图，合成公式为满足fn＝ai·fi
,i＝1,2,3,
…
。
18.所述获得标准天线远场方向图的方法包括：可通过对标准天线近场数据进行近远场转换，或者通过认证机构提供的标准天线的远场方向图进行归一化操作，或者通过仿真软件计算标准天线远场方向图的方式，来获得标准天线的远场方向图。
19.所述判断标准天线近场方向图函数是否正交的方法包括：求解每两个不同姿态下标准天线的相关系数，当系数小于预设目标值时，则可认为标准天线的这组近场方向图函数是正交的。
20.所述判断标准天线近场方向图函数是否完备的方法包括：将所有姿态下标准天线的近场方向图函数放在同一球坐标系下，去除重叠部分进行积分求和并取平均，当最终值大于预设目标值时，则认为标准天线的这组近场方向图函数是完备的。
21.所述天线测试方法适用范围包括：天线球面场测试系统、天线柱面场测试系统、天线半球面场测试系统、天线单探头测试系统或天线多探头测试系统。
22.所述天线测试方法适用被测物为智能汽车、智能两轮电动车、智能四轮电动车、智能公交等智能交通工具，智能冰箱、智能电视、个人电脑或智能空调等中大型智能家居；或者，无人机、卫星、小型民用运载火箭等智能飞行器，5g路灯、5g信号灯、无线基站或中大型工业路由器等中大型微波收发设备。
23.一种天线测试装置，其特征在于，所述天线测试装置执行所述的天线测试方法。
附图说明:
24.此处所说明的附图用来帮助进一步理解本技术，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
25.图1为本技术实施例提供的天线偏离测试中心测试流程图；
26.图2为本技术实施例提供的标准偶极子天线参考下天线偏离测试中心测试程图；
27.图3为本技术实施例提供的标准偶极子天线一组完备正交的近场数据采集方法图；
28.图4为本技术实施例提供的被测物天线的近场数据采集方法图；
29.具体实施办法:
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例：本发明提供了一种偏离测试中心的天线测试方法，参阅图1，为实现本方法的天线偏离测试中心测试程图，结合图3所示标准偶极子天线一组完备正交的近场数据采集方法图和图4展示的被测物天线的近场数据采集方法图，可实现图2所示的标准偶极子天线参考下天线偏离测试中心测试流程；
32.参阅图1，为本发明提供的天线偏离测试中心测试流程图,具体包含以下步骤：
33.a:将标准天线安装到测试中心，对标准天线进行近场采样，得到标准天线的近场采样结果，同时通过近远场变换算法得到标准天线的远场方向图；
34.b:将被测物安装到测试系统的静区内，得到被测物天线的近场采样结果，并利用标准天线的近场结果来展开被测天线的近场数据，得到展开系数矩阵；
35.c:利用得到的展开系数矩阵和标准天线的远场方向图进行线性合成，得到被测物天线的远场方向图；
36.参阅图2-4，为本发明提供的标准偶极子天线参考下天线偏离测试中心测试流程图，具体包含以下步骤：
37.s1:将标准天线安装到转台或抱杆上，并使标准天线的辐射方向或天线顶端指向x轴方向，根据采样定理设置好采样角度间隔，转动转台或抱杆和探头进行扫频扫功率球面近场采样，对采样结果进行拟合求解，得到此姿态下标准天线的近场方向图函数f
x
,(i＝1)；
38.s2:改变标准天线的指向，使标准天线的辐射方向或天线顶端指向y轴方向，根据采样定理设置好采样角度间隔，转动转台或抱杆和探头进行扫频扫功率球面近场采样，对采样结果进行拟合求解，得到此姿态下标准天线的近场方向图函数fy,(i＝2)；
39.s3:再次改变标准天线的指向，使标准天线的辐射方向或天线顶端指向z轴方向，根据采样定理设置好采样角度间隔，转动转台或抱杆和探头进行扫频扫功率球面近场采样，对采样结果进行拟合求解，得到此姿态下标准天线的近场方向图函数fz,((i＝3))；
40.s4:确定标准天线的一组完备正交的近场方向图函数得到后，将被测物安装到转台或抱杆上，通过被测物的尺寸计算采样密度，根据采样定理设置好采样角度间隔，转动转台或抱杆和探头进行扫频扫功率球面近场采样，得到被测物天线的近场采样结果fn；
41.s5:将被测物天线的近场采样结果fn，用标准天线的近场方向图函数进行展开，展开公式为fn＝a
x
·fx
+ay·fy
+az·fz
，通过数值求解该展开函数，得到被测天线近场展开系数a
x
,ay,az；
42.s6:对比被测物天线的近场采样结果fn和展开系数矩阵a
x
,ay,az与标准天线近场方向图合成后的结果，计算二者不同角度下的方差，确定矫正误差，当误差小于预设值时继续，否则以该组展开系数为初始值，重新数值求解展开系数矩阵，直到误差降低至允许范围内为止；
43.s7:通过近远场变换算法，将三种姿态下的标准天线的近场结果进行近远场变换，分别得到标准天线不同姿态下的远场方向图f
x
,fy,fz；
44.s8:利用被测天线近场展开系数a
x
,ay,az和标准天线不同姿态下的远场方向图f
x
,fy,fz，线性合成得到被测天线的远场方向图fn＝a
x
·fx
+ay·fy
+az·fz
，进而完成天线测试中心的修正；
45.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。