基于直线运动的天线增益方向图测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种基于直线运动的天线增益方向图测量 方法。
【背景技术】
[0002] 天线作为空间辐射电磁波能量和传输线导行波的转换器，被广泛地应用在无线通 信、广播、电视、雷达、导航、遥感、射电天文和电子对抗等系统中。天线的电参数性能，如驻 波比、增益方向图、相位方向图等直接和系统的整体表现相关。而准确快速地测量天线的增 益方向图，对天线的研发、调试、生产均有很大的参考和帮助。
[0003] 传统的天线增益方向图的测量方法是将被测天线放在一个可以调整俯仰角并可 以水平转动的转台上，并采用一个参考天线，通过转台的转动，使参考天线与被测天线的 中心法线由重合的状态逐渐变化为形成不同角度，分别测量不同角度条件下被测天线的增 益，最终得到一定角度范围内被测天线的增益方向图。然而，在一些实际应用中，往往会遇 到一些特殊情况导致被测天线不能随意转动，导致传统的测量方法不能使用。
[0004] 为了解决被测天线不能随意转动的问题，现有技术提出一种控制参考天线以被测 天线为圆心围绕被测天线做圆周运动的测量方法，同样可以测量被测天线的增益方向图。 但是，目前的控制技术还不足以精确控制参考天线作标准的圆周运动，所以会引入较大误 差导致测量结果不准确。
【发明内容】
[0005] 本发明主要解决的技术问题是提供一种基于直线运动的天线增益方向图测量方 法，能够通过参考天线的直线运动测量增益方向图。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于直线运动的 天线增益方向图测量方法，包括：S1 :将被测天线固定，在所述被测天线的中心法线方向 上选取满足远场测量条件的参考点B，并记录所述被测天线到所述参考点的远场测量距离 0B，其中，0表示所述被测天线的固定点；S2:根据所述被测天线的角度测量范围α在与所 述被测天线的中心法线方向垂直的方向上规划直线运动轨迹AC，所述直线运动轨迹AC的 中点为所述参考点B，所述直线运动轨迹AC = 2 · OB · tan (a /2) ;S3 :将参考天线置于所 述直线运动轨迹AC的端点A，调整承载所述参考天线的水平转台的水平方向角，以使得所 述参考天线的中心法线对准所述被测天线的几何中心；S4 :在所述参考天线处接收所述被 测天线的射频功率电平P〇,根据所述射频功率电平P1计算以所述固定点〇为圆心，远场测 试距离OB为半径的圆与参考天线和被测天线的连线的交点处的等效功率P c/，所述等效 功率 Pc/ =PQ+201〇g1QU/4 3T (0Α-Β0)]，其中，201〇g1QU/4 3i (OA-BO)]为电磁波在空间 传输随距离OA-BO后的衰减，λ为电磁波的波长；S5 :控制所述参考天线在所述直线运动 轨迹AC上进行连续位移直至到达端点C，并且在每次位移后调整承载所述参考天线的水平 转台的水平方向角，以使得所述参考天线的中心法线对准所述被测天线的几何中心，同时 在所述参考天线处接收所述被测天线的射频功率电平Pn，根据所述射频功率电平Pn计算 以所述固定点〇为圆心，远场测试距离OB为半径的圆与参考天线和被测天线的连线的交 点处的等效功率Pn'，所述等效功率P n' =PN+201〇g1Q[A/4 3i (0TN-B0)]，其中，Tn为参考 天线位移后的位置，位移距离 Sn= OB · tan[a /2-(Ν-1) Δ α ]-〇B · tan(a /2-ΝΔ a )，N = 1，2, 3,…，i，···，k，i = k/2, i · Λ a = a /2 ;S6 :根据所述等效功率Ptl'和Pn'计算相应 角度下所述被测天线的发射增益，并根据所述发射增益得到所述角度测量范围a内被测 天线的发射增益方向图。
[0007] 优选地，在所述S5步骤中，所述在每次位移后调整承载所述参考天线的水平转台 的水平方向角包括：利用全站仪对固定点〇进行自动对准，并测量每次位移后参考天线到 被测天线的距离OT n，同时控制承载所述参考天线的水平转台转动角度Λ a。
[0008] 优选地，所述被测天线在参考天线每次位移后均由相同的信号源提供激励信号。
[0009] 优选地，所述远场测量距离OB大于2D2/ λ，其中，D为所述被测天线物理口径的最 大尺寸。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于直线运动的 天线增益方向图测量方法，包括：S1 :将被测天线固定，在所述被测天线的中心法线方向 上选取满足远场测量条件的参考点B，并记录所述被测天线到所述参考点的远场测量距离 0B，其中，0表示所述被测天线的固定点；S2:根据所述被测天线的角度测量范围a在与所 述被测天线的中心法线方向垂直的方向上规划直线运动轨迹AC，所述直线运动轨迹AC的 中点为所述参考点B，所述直线运动轨迹AC = 2 · OB · tan (a /2) ;S3 :将参考天线置于所 述直线运动轨迹AC的端点A，调整承载所述参考天线的水平转台的水平方向角，以使得所 述参考天线的中心法线对准所述被测天线的几何中心；S4 :在所述被测天线处接收所述参 考天线的射频功率电平P〇,根据所述射频功率电平P1计算以所述固定点〇为圆心，远场测 试距离OB为半径的圆与参考天线和被测天线的连线的交点处的等效功率P c/，所述等效 功率 Pc/ =PQ+201〇g1QU/4 3T (0Α-Β0)]，其中，201〇g1QU/4 3i (OA-BO)]为电磁波在空间 传输随距离OA-BO后的衰减，λ为电磁波的波长；S5 :控制所述参考天线在所述直线运动 轨迹AC上进行连续位移直至到达端点C，并且在每次位移后调整承载所述参考天线的水平 转台的水平方向角，以使得所述参考天线的中心法线对准所述被测天线的几何中心，同时 在所述被测天线处接收所述参考天线的射频功率电平P n，根据所述射频功率电平Pn计算 以所述固定点〇为圆心，远场测试距离OB为半径的圆与参考天线和被测天线的连线的交 点处的等效功率P n'，所述等效功率Pn' =PN+201〇g1Q[A/4 3i (0TN-B0)]，其中，Tn为参考 天线位移后的位置，位移距离 Sn= OB · tan[a /2-(Ν-1) Δ a ]-〇B · tan(a /2-ΝΔ a )，N = 1，2, 3,…，i，···，k，i = k/2, i · Λ a = a /2 ;S6 :根据所述等效功率Ptl'和Pn'计算相应 角度下所述被测天线的接收增益，并根据所述接收增益得到所述角度测量范围a内被测 天线的接收增益方向图。
[0011] 优选地，在所述S5步骤中，所述在每次位移后调整承载所述参考天线的水平转台 的水平方向角包括：利用全站仪对固定点〇进行自动对准，并测量每次位移后参考天线到 被测天线的距离OT n，同时控制承载所述参考天线的水平转台转动角度Λ a。
[0012] 优选地，所述参考天线在每次位移后均由相同的信号源提供激励信号。
[0013] 优选地，所述远场测量距离OB大于2D2/ λ，其中，D为所述被测天线物理口径的最 大尺寸。
[0014] 区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：为参考天线规划直线运动轨迹来 控制参考天线做直线运动，在直线运动过程中，通过测量参考天线和被测天线的实时距离， 计算由于参考天线的直线运动形成的和被测天线的角度差，并时刻保证参考天线与被测天 线的中心法线重合，最后通过修正直线运动情况下和圆周运动情况下被测天线和参考天线 因距离不同引起的功率电平差异，得到被测天线的增益方向图，从而能够通过参考天线的 直线运动测量增益方向图，避免引入较大误差。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明一实施例基于直线运动的天线增益方向图测量方法的流程示意图。
[0016] 图2是采用基于直线运动的天线增益方向图测量方法的一种应用场景中的测试 示意图。
[0017] 图3是本发明另一实施例基于直线运动的天线增益方向图测量方法的流程示意 图。
【具体实施方式】
[0018] 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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
[0019] 参见图1，是本发明一实施例基于直线运动的天线增益方向图测量方法的流程示 意图。本实施例的天线增益方向图测量方法包括以下步骤：
[0020] Sl :将被测天线固定，在被测天线的中心法线方向上选取满足远场测量条件的参 考点B，并记录被测天线到参考点的远场测量距离0B，其中，0表示被测天线的固定点。
[0021] 其中，被测天线位于固定点0处，被测天线由于是固定的，因此不能调整俯仰角， 也不能水平转动。在本实施例中，远场测量距离OB大于2D 2/ λ，其中，D为被测天线物理口 径的最大尺寸。物理口径的最大尺寸是指假设用一个圆球将天线包裹起来，该圆球最小的 直径。
[0022] S2 :根据被测天线的角度测量范围α在与被测天线的中心法线方向垂直的 方向上规划直线运动轨迹AC，直线运动轨迹AC的中点为参考点Β，直线运动轨迹AC = 2 · OB · tan (α /2) 〇
[0023] 其中，假如α取120度，那么
[0024] S3 :将参考天线置于直线运动轨迹AC的端点Α，调整承载参考天线的水平转台的 水平方向角，以使得参考天线的中心法线对准被测天线的几何中心。
[0025] 其中，参考天线的中心法线对准被测天线的几何中心后，直线A0、BO的长度为已 知，α /2也为已知。
[0026] S4 :在参考天线处接收被测天线的射频功率电平Ptl，根据射频功率电平P1计算以 固定点〇为圆心，远场测试距离OB为半径的圆与参考天线和被测天线的连线的交点处的等 效功率 Pc/，等效功率 Pc/ = PQ+201〇g1Q[ λ/4 π (OA-BO)]，其中，201og1Q[ λ/4 π (OA-BO)] 为电磁波在空间传输随距离OA-BO后的衰减，λ为电磁波的波长。
[0027] 其中，通过信号源为被测天线的馈线端口提供激励信号，同时在标准天线的馈线 端口使用接收机测量接收到的射频功率电平Pp在本实施例中，射频功率电平的单位可