CN108508393A - 一种多探头天线测试***探头校准***和校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多探头天线测试***的探头校准方法，所述多探头天线测试***包括转台控制模块，通过用转台控制模块控制的水平转台和角度转台，用于安装在水平转台和角度转台上面的泡沫塑料或其他非金属类材料的支架，固定于支架上面的校准天线，用于测试幅度和相位的网络分析仪，本发明所用方法只需移动角度转台3次以及用数学递推的方式便可实现对多探头天线测试***上所有探头的幅度和相位的校准并且不限探头的个数，大大提升了校准速度，比传统校准方式快10倍，并且由于没有使用传统校准方式中放置于***中心位置的二维转台，消除了由该转台引起的电磁波反射误差，使得校准更加精确。
Description
技术领域
本发明涉及天线测试***，尤其涉及一种多探头天线测试***探头校准***和校准方法。
背景技术
近些年来，随着多探头天线测试技术被越来越广泛的运用到无线通讯设备的测试领域，对于多探头天线测试***的校准也提出了更多的要求。校准的精确性要求越来越高，校准的方法要求越来越简单，校准的速度要求越来越快。
传统的多探头天线校准方法要求在被测环形***的中心，架设一个二维的转台，将用于校准的天线放置在转台上面，校准过程中，转台沿着多探头天线阵列的垂直面进行转动，并且当校准天线指向每一个探头时，校准天线做360度旋转；这种校准方法对于二维转台的放置和转动精度要求极高，校准时间很长，并且由于二维转台本身反射面积较大，在校准过程中相当于一个反射物，从而影响测试精度；这种校准方法受到越来越多的质疑和诟病。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种快速有效的多探头天线测试***校准方法，运用数学递推的算法，并结合水平转台和角度转台的实际使用，能够快速的，精确的对多探头天线测试***进行幅度和相位的校准，并且由于没有二维转台的影响，校准的过程与真实测试环境一致，具有更好的代表性。
本发明实现的技术方案如下所述：一种多探头天线测试***的校准方法，所述多探头天线测试***包括数据采集模块、校准系数分析模块、转台控制模块、校准天线、复数个探头、水平转台、角度转台；所述复数个探头呈环状排列，所述数据采集模块与所述校准天线、复数个探头、校准系数分析模块相连接，所述校准天线位于所述复数个探头所围成的环的中心位置，校准天线固定于水平转台和角度转台上，所述方法包括如下步骤：
所述转台控制模块控制水平转台和角度转台使校准天线指向第N号探头，其中N为自然数，并使水平转台按照预定的步进X°转动360/X次，数据采集模块在每一个步进位置采集场强信息；
所述转台控制模块控制角度转台使校准天线指向多探头天线阵列第N-1 号探头和N号探头的中间位置，并使水平转台按照预定的步进X°转动 360/X次，数据采集模块在每一个步进位置采集场强信息；
所述转台控制模块控制角度转台使校准天线指向多探头天线阵列第N 号探头和N+1号探头的中间位置，并使水平转台按照预定的步进X°转动 360/X次，数据采集模块在每一个步进位置采集场强信息；
所述校准系数分析模块根据以上步骤采集的场强信息计算出每一个探头的校准系数。
进一步地，数据采集模块在每一个步进位置采集幅度和相位的数据。
进一步地，数据采集模块在每一个步进位置采集2个极化的场强信息。
进一步地，校准系数分析模块根据场强信息计算出每一个探头每一个极化的校准系数。
进一步地，所述水平转台步进X0的取值范围包括：00<X<900。
进一步地，所述多探头天线测试***还包括支架，支架固设于水平转台和角度转台上，所述支架支撑所述校准天线，使所述校准天线位于所述复数个探头所围成的环的中心位置。
进一步地，所述水平转台可在水平方向上转动360度，在水平转台转动时使校准天线的中心与所述复数个探头所围成的环的中心保持重合。
进一步地，所述角度转台与支架的接触面包括具有凹面弧形的表面，当垂直方向上校准天线的中心与所述复数个探头所围成的环的中心不重合或有一定的偏差时，角度转台旋转相应的角度使校准天线的中心与所述复数个探头所围成的环的中心重合。
另外，一种多探头天线测试***的探头校准***，包括：转台控制模块、复数个探头、校准天线、水平转台、角度转台、数据采集模块和校准系数分析模块；所述复数个探头呈环状排列，所述转台控制模块与水平转台和角度转台连接，所述数据采集模块与校准天线、复数个探头和校准系数分析模块连接，校准天线固定于水平转台和角度转台上，校准天线位于所述复数个探头所围成的环的中心位置。
进一步地，探头校准***还包括支架，所述校准天线设于所述支架的顶端，支架固设于水平转台和角度转台上。
进一步地，所述角度转台与支架的接触面包括具有凹面弧形的表面。
进一步地，所述支架包括高分子材料或金属材料制成。
进一步地，角度转台的旋转中心和所述复数个探头所围成的环的中心重合，当水平转台旋转时，角度转台的旋转中心保持不变。
进一步地，所述角度转台的旋转面和所述复数个探头所围成的环平面重合。
进一步地，所述校准天线包括单极化喇叭天线或双极化喇叭天线。
进一步地，数据采集模块与所述校准天线和所述探头通过射频同轴电缆连接。
水平转台和角度转台通过控制线与转台控制模块连接。
水平转台沿着水平方向可转动360度。
角度转台沿着多探头天线测试***探头阵列组成的垂直面方向可以转动至少360/(P+1)度，其中P为探头的数量。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明中的多探头天线测试***探头校准方法，转台控制模块控制水平转台和角度转台，调整支架的位置使所述校准天线位于所述复数个探头所围成的环的中心位置，本申请的方法仅需移动角度转台3次以及用数学递推的方式便可实现对多探头天线测试***上所有探头的幅度和相位的校准并且不限探头的个数，大大提升了校准速度，比传统校准方式快10倍；并且由于没有使用传统校准方式中放置于***中心位置的二维转台，消除了由该转台引起的电磁波反射误差，使得校准更加精确。
附图说明
图1本发明所用递推式多探头天线测试***校准方式示意图。
图2传统多探头天线测试***校准方式示意图。
图3本发明测试时***连接示意图。
图4本发明校准过程中的流程图具体实施方式。
图5本发明校准过程中的流程图一个示例。
图6本发明校准过程中的流程图一个示例。
图7本发明校准过程中的流程图一个示例。
其中，1为探头，2为所述复数个探头所围成的环，3为校准天线，4为支架，5为水平转台，6为角度转台，7为数据采集模块、8为校准系数分析模块、9为转台控制模块。
具体实施方式
如图1、图3、图4、图5、图6和图7中所示，本发明实现的技术方案如下所述：一种多探头天线测试***的校准方法，所述多探头天线测试***包括数据采集模块7、校准系数分析模块8、转台控制模块9、校准天线3、复数个探头1、水平转台5、角度转台6；所述复数个探头1呈环状排列，所述数据采集模块7与所述校准天线3、复数个探头1、校准系数分析模块8相连接，所述校准天线3位于所述复数个探头1所围成的环2的中心位置，校准天线3固定于水平转台5和角度转台6上，所述方法包括如下步骤：所述转台控制模块9控制水平转台5和角度转台6使校准天线3指向第N号探头，其中N为自然数，并使水平转台5按照预定的步进X°转动360/X次，数据采集模块7在每一个步进位置采集场强信息；所述转台控制模块9控制角度转台6使校准天线5指向多探头天线阵列第N-1号探头和N号探头的中间位置，并使水平转台5按照预定的步进X°转动360/X次，数据采集模块7在每一个步进位置采集场强信息；所述转台控制模块9控制角度转台6使校准天线3指向多探头天线阵列第N号探头和N+1号探头的中间位置，并使水平转台5按照预定的步进X°转动360/X次，数据采集模块7在每一个步进位置采集场强信息；所述校准系数分析模块8根据以上步骤采集的场强信息计算出每一个探头的校准系数。
把计算出的每一个探头每一个极化的校准系数应用到每一个相应的探头和极化上面，完成校准。
如图1和图3所示，校准天线3位于所述复数个探头1所围成的环2的中心位置，可以解释为校准天线3的重心或几何中心位于所述复数个探头1 所围成的环2的中心位置，这个位置减少了转台对于校准的影响，使测试更加精准。
如图5、图6、图7所示，假设多探头天线测试***共有(2N+1)双极化探头，校准天线指向多探头天线阵列中心位置的探头(第N号探头)。
步骤中，校准天线3指向多探头天线阵列第N-1号探头和N号探头的中间位置和校准天线3指向多探头天线阵列第N号探头和N+1号探头的中间位置；此两个步骤并没有一定的先后顺序，校准天线3可先指向多探头天线阵列第N-1号探头和N号探头的中间位置，也可先指向多探头天线阵列第N号探头和N+1号探头的中间位置，此两种方式均在本发明的保护范围内。
如图1和图3所示，另，角度转台6与支架4的接触面包括具有凹面弧形的表面,这样的结构在垂直方向上更容易调整角度，可以在角度转台6的底部的两端具有支撑架，支撑架外具有弹簧，若角度转台6的旋转面的横向为X 轴，角度转台6和支架4的交接处为原点，如果校准天线3需要向X轴的负轴的方向转动，转台控制模块9的控制位于负轴上的支撑架向下运动，位于正轴上的支撑架向上运动。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明中的多探头天线测试***探头校准方法，转台控制模块9控制水平转台5和角度转台6，调整支架4的位置使所述校准天线3位于所述复数个探头1所围成的环2的中心位置，本申请的方法仅需移动角度转台6三次以及用数学递推的方式便可实现对多探头天线测试***上所有探头的幅度和相位的校准并且不限探头的个数，大大提升了校准速度，比传统校准方式快10倍；并且由于没有使用传统校准方式中放置于***中心位置的二维转台，消除了由该转台引起的电磁波反射误差，使得校准更加精确。
本发明的技术方案和数学推演如下，
对***探头校准过程建模，在标准iEEE的(r，θ，)的球面坐标系中，假定是在任意频点f，地平角位置给定探头N 处的测试场数据，这里T代表转置，其中和 分别是探头的两个互相垂直极化的测试场数据； 是在相同频点f，地平角位置探头N处的测试场数据，其中 和分别是探头的两个互相垂直极化的测试场数据。***探头的校准过程建模为，
这里b＝(b1b2)T代表噪声；矩阵代表与探头校准有关的系数，这些系数与补偿探头幅度响应，相位响应，极化响应以及电性能轴等相关；对方程(1)校正的目的是找到这样的一个2x2说明书100001矩阵W，使得信号可以最优的匹配信号xN(f，φ)，即
最优匹配矩阵W可通过最小化和的二次方差实现，即
很明显当满足条件W＝A-1时，方程(3)的值为最小，并且方程(3) 可简化为
这里2σ是噪声功率水平，将方程(1)乘信号xN(f，φ+γ)的共轭转置，这里xN(f，φ+γ)为在另一个地平角位置(φ+γ)处的值，可得到
这里上标H代表共轭转置，继续求方程(5)的数学期望可以得到，
Ryx(f，γ)＝A·Rxx(f，γ)+Rbx(f，γ) (6)
其中，
是相关性矩阵，噪声和信号不相关，所以有:方程(6) 可进一步推导为:
因为A-1是与校准有关的矩阵，A-1可表示为，
方程(8)表明可根据***校准的输入和输出到最优校准，因为方程(8) 对任意地平角位置都成立，所以我们可以推到出A的逆矩阵，
以上从理论上证明推到了校准的建模过程，以下为顶探头的校准系数和除顶探头以外的所有其他探头的校准系数的推导；
假设使用喇叭天线(不限于喇叭)校准***，中央探头处的信号x为
这里(A0；φ0)是在该探头处的信号幅度和相位；εh是代表喇叭天线微小机械位移的参数；相应的测试场数据可表达为，
中央探头的探头校准系数可以通过求(11)的逆矩阵得到；除中央探头以外的所有其他探头的校准系数，可通过求方程(3)的逆矩阵得到，即
本发明中，角度转台6只需要转3个位置就可以实现对多探头天线测试***上所有探头1的幅度和相位的校准并且不限探头的个数。
本申请中的技术方案可以校准所有探头1使得其在测试应用过程中的幅度和相位一致。
在本发明中，校准天线3的作用是发射或接受不同频段的CW信号。
在本发明中，校准系数分析模块8的作用是实现无源测量即测试校准系数分析模块8的S21参数。
另外，数据采集模块7在每一个步进位置采集幅度和相位的数据。
优选地，数据采集模块7在每一个步进位置采集2个极化的场强信息。
优选地，校准系数分析模块8根据场强信息计算出每一个探头每一个极化的校准系数。
另外，所述水平转台5步进X°的取值范围包括：0°<X<90°。
这个取值范围在所述水平转台5转动360度时，转动的次数能够保证采集信息的准确性，以确保整个多探头天线测试***的精准度。
如题1和图3所示，另外，所述多探头天线测试***还包括支架4，支架 4固设于水平转台5和角度转台6上，所述支架4支撑所述校准天线3，使所述校准天线3位于所述复数个探头1所围成的环2的中心位置。
优选地，支架4的顶端的上表面具有凹槽，用于固定放置校准天线3，这样可以减少支架和校准天线的本身反射面积减少，从而提高测试精度。
如题1和图3所示，另外，所述水平转台5可在水平方向上转动360度，在水平转台5转动时使校准天线3的中心与所述复数个探头1所围成的环2 的中心保持重合。
如题1和图3所示，另外，所述角度转台6与支架4的接触面包括具有凹面弧形的表面，当垂直方向上校准天线3的中心与所述复数个探头1所围成的环2的中心不重合或有一定的偏差时，角度转台6旋转相应的角度使校准天线3的中心与所述复数个探头1所围成的环2的中心重合。
如题1和图3所示，另外，一种多探头天线测试***的探头校准***，包括：转台控制模块9、复数个探头1、校准天线3、水平转台5、角度转台6、数据采集模块7和校准系数分析模块8；所述复数个探头1呈环状排列，所述转台控制模块9与水平转台5和角度转台6连接，所述数据采集模块7与校准天线3、复数个探头1和校准系数分析模块8连接，校准天线3固定于水平转台5和角度转台6上，校准天线3位于所述复数个探头1所围成的环2的中心位置。
如题1和图3所示，另外，探头校准***还包括支架4，所述校准天线3 设于所述支架4的顶端，支架固设于水平转台5和角度转台6上。
另外，所述角度转台6与支架4的接触面包括具有凹面弧形的表面。
另外，所述支架4包括高分子材料或金属材料制成。
优选地，所述支架4包括泡沫塑料或其他非金属类材料。
如题1和图3所示，另外，角度转台6的旋转中心和所述复数个探头所围成的环2的中心重合，当水平转台5旋转时，角度转台6的旋转中心保持不变。
如题1和图3所示，另外，所述角度转台6的旋转面和所述复数个探头所围成的环2平面重合。
这样就能保证校准天线3的中心和环2的中心相重合。
另外，所述校准天线3包括单极化喇叭天线或双极化喇叭天线。
另外，数据采集模块7与所述校准天线3和所述探头1通过射频同轴电缆连接。
采用射频同轴电缆，是由于射频同轴电缆信号传输损耗小、抗干扰能力强等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种多探头天线测试***的探头校准方法，所述多探头天线测试***包括数据采集模块(7)、校准系数分析模块(8)、转台控制模块(9)、校准天线(3)、复数个探头(1)、水平转台(5)和角度转台(6)；所述复数个探头(1)呈环状排列，所述数据采集模块(7)与所述校准天线(3)、复数个探头(1)、校准系数分析模块(8)相连接，所述校准天线(3)位于所述复数个探头(1)所围成的环的中心位置，校准天线(3)固定于水平转台(5)和角度转台(6)上，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
所述转台控制模块(9)控制水平转台(5)和角度转台(6)使校准天线(3)指向第N号探头(1)，其中N为自然数，并使水平转台(5)按照预定的步进X°转动360/X次，数据采集模块(7)在每一个步进位置采集场强信息；
所述转台控制模块(9)控制角度转台(6)使校准天线(3)指向多探头天线阵列第N-1号探头和N号探头的中间位置，并使水平转台(5)按照预定的步进X°转动360/X次，数据采集模块(7)在每一个步进位置采集场强信息；
所述转台控制模块(9)控制角度转台(6)使校准天线(3)指向多探头天线阵列第N号探头和N+1号探头的中间位置，并使水平转台(5)按照预定的步进X°转动360/X次，数据采集模块(7)在每一个步进位置采集场强信息；
所述校准系数分析模块(8)根据以上步骤采集的场强信息计算出每一个探头的校准系数。
2.根据权利要求1所述的一种多探头天线测试***的探头校准方法，其特征在于，数据采集模块(7)在每一个步进位置采集幅度和相位的数据。
3.根据权利要求1所述的一种多探头天线测试***的探头校准方法，其特征在于，数据采集模块(7)在每一个步进位置采集2个极化的场强信息。
4.根据权利要求3所述的一种多探头天线测试***的探头校准方法，其特征在于，校准系数分析模块(7)根据场强信息计算出每一个探头每一个极化的校准系数。
5.根据权利要求1所述的一种多探头天线测试***的探头校准方法，其特征在于，所述水平转台(5)步进X0的取值范围包括：00<X<900。
6.根据权利要求1所述的一种校准多探头天线测试***的探头校准方法，其特征在于，所述多探头天线测试***还包括支架(4)，支架(4)固设于水平转台(5)和角度转台(6)上，所述支架(4)支撑所述校准天线(3)，使所述校准天线(3)位于所述复数个探头(1)所围成的环(2)的中心位置。
7.根据权利要求1所述的一种多探头天线测试***的探头校准方法，其特征在于，所述水平转台(5)可在水平方向上转动360度，在水平转台(5)转动时使校准天线(3)的中心与所述复数个探头(1)所围成的环(2)的中心保持重合。
8.根据权利要求6所述的一种多探头天线测试***的探头校准方法，其特征在于，所述角度转台(5)与支架(4)的接触面包括具有凹面弧形的表面，当垂直方向上校准天线(3)的中心与所述复数个探头(1)所围成的环(2)的中心不重合或有一定的偏差时，角度转台(6)旋转相应的角度使校准天线(3)的中心与所述复数个探头(1)所围成的环(2)的中心重合。
9.一种多探头天线测试***的探头校准***，其特征在于，包括：转台控制模块(9)、复数个探头、校准天线(3)、水平转台(5)、角度转台(6)、数据采集模块(7)和校准系数分析模块(8)；所述复数个探头(1)呈环状排列，所述转台控制模块(9)与水平转台(5)和角度转台(6)连接，所述数据采集模块(7)与校准天线(3)、复数个探头(1)和校准系数分析模块(8)连接，校准天线(3)固定于水平转台(5)和角度转台(6)上，校准天线(3)位于所述复数个探头(1)所围成的环(2)的中心位置。
10.根据权利要求9所述的一种多探头天线测试***的探头校准***，其特征在于，所述多探头天线测试***还包括支架(4)，所述校准天线(3)设于所述支架(4)的顶端，支架(4)固设于水平转台(5)和角度转台(6)上。
11.根据权利要求10所述的一种多探头天线测试***的探头校准***，其特征在于，所述角度转台(5)与支架(4)的接触面包括具有凹面弧形的表面。
12.根据权利要求10所述的一种多探头天线测试***的探头校准***，其特征在于，所述支架(4)包括高分子材料或金属材料制成。
13.根据权利要求9所述的一种多探头天线测试***的探头校准***，其特征在于，角度转台(6)的旋转中心和所述复数个探头(1)所围成的环(2)的中心重合，当水平转台(5)旋转时，角度转台(6)的旋转中心保持不变。
14.根据权利要求9所述的一种多探头天线测试***的探头校准***，其特征在于，所述角度转台(6)的旋转面和所述复数个探头(1)所围成的环(2)平面重合。
15.根据权利要求9所述的一种多探头天线测试***的探头校准***，其特征在于，所述校准天线(3)包括单极化喇叭天线或双极化喇叭天线。
16.根据权利要求9所述的一种多探头天线测试***的探头校准***，其特征在于，数据采集模块与所述校准天线(3)和所述探头(1)通过射频同轴电缆连接。
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