一种抗干扰天线有线测试装置及其实现方法与流程

本发明涉及抗干扰天线的性能测试技术领域，尤其涉及一种抗干扰天线有线测试装置及其实现方法。

背景技术：

现今在无线环境下，抗干扰天线对电磁干扰的性能测试，呈现出复杂性和不确定性，另外，抗干扰性能的评估需要庞大的场地、专用的发射天线和校准设备，并且具有前期准备工作极其耗时、测试场景构建困难、不具备可重复性等缺点，如果测试不同的阵列天线，需要制造多个实物天线。

目前传统的抗干扰性能无线测试，主要采用两种方案：一是搭建昂贵的微波暗室进行逼真映射；二是建设外场测试环境，利用多次测量来消除外场无线环境不稳定因素的影响。然而，若使用简单的移相器和功分器，配合天线阵列流形控制算法，就可以把外场的无线测试场景模拟成有线测试环境，能明显提升测试效率，降低测试复杂度，隔离因天线阵列加工制造误差的影响，可以快速的评估抗干扰性能指标，且模拟参数可以重配置，能模拟任意形状的天线阵，加快研制开发的进度。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种抗干扰天线有线测试装置及其实现方法，降低了测试时间成本，且测试过程简单而不复杂，测试结果误差低。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种抗干扰天线有线测试装置，包括依次连接的低噪声放大器、第一功率分配/合成器、第一匹配网络单元、移相器、第二匹配网络单元、第二功率分配/合成器和天线阵元，所述有线测试装置还包括与移相器连接的相位控制器，其中

所述低噪声放大器用于对输入的多路干扰信号或模拟卫星信号进行信号放大；

所述第一功率分配/合成器用于分配输入的多路干扰信号或模拟卫星信号；

所述第一、第二匹配网络单元用于配置阻抗匹配衰减值；

所述移相器用于设置多路干扰信号或模拟卫星信号的增益参数值；

所述天线针元用于测试接收到的多路干扰信号或模拟卫星信号；

所述相位控制器用于控制所述移相器合成相位参数。

进一步地，所述低噪声放大器的数量为N，则第一功率分配/合成器、第二功率分配/合成器和天线阵元均为N，所述、第一匹配网络单元、第二匹配网络单元和移相器的数量均为N×N，一个第一功率分配/合成器连接有N个第一匹配网络单元，N个第二匹配网络单元连接一个第二功率分配/合成器。

进一步地，所述有线测试装置还包括电源模块，所述电源模块连接所述低噪声放大器、移相器，用于给整个有线测试装置提供电源。

本发明另一目的是提供一种抗干扰天线有线测试装置的实现方法，包括以下步骤：

S1、输入多路干扰信号或卫星信号，在低噪声放大器中进行信号放大；

S2、使用第一功率分配/合成器将放大后的信号进行分成，得到功率相等的N路信号；

S3、把分成后的N路信号输入移相器进行处理，得到模拟多路干扰信号或模拟卫星信号；

S4、移相器将模拟多路干扰信号或模拟卫星信号输入第二功率分配/合成器进行处理，并从天线阵元上输出信号，完成信号的模拟。

进一步地，所述步骤S1中进行信号放大，低噪声放大器的增益A_LNA为：

A_LNA+A_ps-M_L-M_R＝20log(N)

其中，A_ps是移相器的增益，M_L第一匹配网络单元的阻抗匹配衰减值，M_R是第二匹配网络单元的阻抗匹配衰减值，N是天线阵元数；

而整个有线测试装置的噪声系数F由以下公式确定：

其中，F_LNA是低噪声放大器的噪声系数，F_ps是移相器的噪声系数，在满足公式A_LNA+A_ps-M_L-M_R＝20log(N)的前提下，尽可能提高F_LNA，降低F_ps；由于M_L和M_R都是已知值，则结合信号频率和带宽，确定低噪声放大器和移相器的增益、噪声系数这两个参数。

进一步地，所述步骤S3中，具体为：

相位控制器单独控制N×N个移相器，调节N个第一功率分配/合成器的N路信号的相位；移相器和第一功率分配/合成器之间插入N×N个第一匹配网络单元，完成第一功率分配/合成器输出和移相器输入之间的阻抗匹配，从而得到N×N个模拟多路干扰信号或模拟卫星信号。

进一步地，所述相位控制器单独控制N×N个移相器，调节N个第一功率分配/合成器的N路信号的相位，相位的调节具体计算为：

多路干扰信号或卫星信号的相位的调节是基于xyz坐标系，任意形状的i个天线阵元在此坐标系的空间位置可以表示为以下公式：

(x_i,y_i,z_i)＝(r_i cosθ_i cosβ_i,r_i cosθ_i sinβ_i,r_i sinθ_i)

式中，r_i是第i个阵元中心位置到坐标原点矢量长度，θ_i是其俯仰角，β_i是其方位角，而第n个多路干扰信号或卫星信号的空间位置表示为：

(x_n,y_n,z_n)＝(T_n cosφ_n cosα_n,T_n cosφ_n sinα_n,T_n sinφ_n)

式中，T_n是第n个多路干扰信号或卫星信号到坐标原点矢量长度，φ_n是其俯仰角，α_n是其方位角；

在不考虑噪声情况下，N个天线阵元接收到最多N个多路干扰信号或卫星信号，N个天线阵元的输出表示为：

其中，S_i(t)是输入的多路干扰信号或卫星信号，是第i个天线阵元对第n个多路干扰信号或卫星信号的方向矢量；λ是多路干扰信号或卫星信号波长，为已知值；而是第n个干扰信号或卫星信号的位置与第i个阵元的位置，达到坐标原点的差，由干扰信号或卫星信号，和各个阵元的的俯仰角和方位角唯一确定，将上述参数输入到相位控制器，即可计算得到调节的相位值。

进一步地，所述步骤S4中，移相器将模拟多路干扰信号或模拟卫星信号输入第二功率分配/合成器进行处理，具体为：

N×N个移相器的输出N×N路干扰信号或模拟卫星信号，通过N×N个第二匹配网络单元输入至N×N路第二功率分配/合成器中，N×N个第二匹配网络单元网络完成第二功率分配/合成器输出和移相器输入之间阻抗匹配。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：

1、本发明提供了一种利用实现无需天线阵实物就能评估抗干扰天线性能有线测试的方法；

2、本发明实现N个干扰信号或卫星信号的模拟，干扰信号和卫星信号个数总和最多为N个；

3、本发明实现任意N个阵元的天线阵接收或发射信号的信息仿真，可以模拟出信号的俯仰角和方位角等多种信息，方便在室内实验室环境下评估抗干扰和多天线接收性能；

4、本发明简单易行，可以在无线测试设备资源不足的情况下，以很小的硬件成本提供天线阵列的模拟和替换，本发明采用软硬件协调设计技术，方便使用，对于很多天线阵列测试和抗干扰性能功能评估场合具有重要应用价值。

附图说明

图1为本发明一种抗干扰天线有线测试装置的结构图；

图2为本发明一种抗干扰天线有线测试装置的相位模拟和调节规则示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

本发明的内容是功率分配/合成器、移相器和相位控制器来模拟干扰信号和卫星信号在天线阵元的合成输出，形成虚拟天线效果。相位控制器根据干扰信号、卫星信号和虚拟天线的相对位置，计算得到方位角、俯仰角等信息，控制移相器精确还原干扰信号和卫星信号的方向，然后用合路器/功分器对干扰信号和卫星信号合成，形成虚拟天线阵列信号输出，在实际测试中代替实物天线阵列。

如图1所示，本发明提供一种抗干扰天线有线测试装置，包括电源模块、低噪声放大器(LNA)、第一功率分配/合成器、第一匹配网络单元、移相器、相位控制器、第二匹配网络单元、第二功率分配/合成器和天线阵元。

N路功率分配器/合成器在用作分配器是，则是1个输入N个输出，而用作合成器时，则是N个输入1个输出，内部左右2组功率分配器/合成器的连线规则由以下公式确定:

PL_ij→PR_ji,i,j＝1,2...N

式中，PL_ij是左边功率分配器/合成器的第i个分配器的第j个输出端口，而PR_ji是右边功率分配器/合成器的第j个合成器的第i个输入端口。

1、移相器和LNA的设计参数确定

移相器和LNA的主要设计参数是增益和噪声系数。对于要模拟具有N阵元的天线阵元的输出信号，抗干扰有线测试装置内部的LNA的增益值A_LNA(单位：dB，下同)和移相器的增益值由公式(1)计算得到：

A_LNA+A_ps-M_L-M_R＝20log(N) (1)

在公式(1)中，A_LNA是LNA的增益，A_ps是移相器的增益，M_L图(2)中是左侧无源电阻匹配络的衰减值，而M_R是右侧无源电阻匹配网络的衰减值，N是天线阵元数。

而整个测试装置噪声系数F由公式(2)确定：

其中，F_LNA是LNA的噪声系数，F_ps是移相器的噪声系数。在满足公式(1)的前提下，尽可能提高F_LNA，降低F_ps。由于M_L和M_R都是已知值，则可以结合信号频率和带宽，确定LNA和移相器的增益、噪声系数这两个参数。

2、相位调节值的计算

各路的干扰信号和卫星信号的相位调节值计算式，基于图2所示的xyz坐标系的，任意形状的天线阵元第i个阵元在此坐标系的空间位置可以表示为公式(3)：

(x_i,y_i,z_i)＝(r_i cosθ_i cosβ_i,r_i cosθ_i sinβ_i,r_i sinθ_i) (3)

式中，r_i是第i个阵元中心位置到坐标原点矢量长度，θ_i是其俯仰角，β_i是其方位角，而第n个干扰信号或者卫星信号的空间位置表示为：

(x_n,y_n,z_n)＝(T_n cosφ_n cosα_n,T_n cosφ_n sinα_n,T_n sinφ_n) (4)

式中，T_n是第n个干扰信号或者卫星信号到坐标原点矢量长度，φ_n是其俯仰角，α_n是其方位角。则不考虑噪声情况下，具有N个阵元的天线阵元接收到最多N个干扰信号或卫星信号，N个阵元的输出可以表示为：

其中，S_i(t)是输入的各个干扰信号或者卫星信号，是第i个天线阵元对第n个干扰信号或卫星信号的方向矢量；λ是干扰或信号波长，是已知值；而是第n个干扰信号或卫星信号的位置与第i个阵元的位置，达到坐标原点的差，由干扰信号或卫星信号，和各个阵元的的俯仰角和方位角唯一确定，将上述参数输入到相位控制器，即可计算得到调节的相位值。

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，可以理解的是，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等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。