CN111505391B - 一种检测阵列天线中的失配天线单元的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测阵列天线中的失配天线单元的方法，包括：S1：将被测阵列天线面向收发天线对倾斜放置在转台上；S2：控制矢量网络分析仪产生频率步进变化的电磁波信号，所述电磁波信号经由发射天线发射并在自由空间中传播，遇到所述被测阵列天线后产生散射回波；S3：所述散射回波在自由空间中传播后返回接收天线，被所述矢量网络分析仪采集并记录；S4：控制所述转台旋转到下一角度，重复进行步骤S2‑S4，直到所述转台旋转到预设角度；S5：对采集的多个角度的散射回波数据进行二维散射成像处理；S6：根据被测阵列天线的二维散射像确定所述被测阵列天线中的失配天线单元。本发明采用微波暗室测量***检测失配天线单元，检测方法简单，省时省力。

Description

一种检测阵列天线中的失配天线单元的方法

技术领域

本发明涉及阵列天线测量领域，特别涉及一种检测阵列天线中的失配天线单元的方法。

背景技术

随着移动通信技术从2G、3G、4G到5G的不断的发展，移动通信天线也经历了从单极化天线、双极化天线到智能天线、MIMO天线乃至大规模阵列天线的发展历程。天线作为移动通信网络的感知器官在网络中的地位越来越复杂，并且作用也越来越重要。

图1示出了一种阵列天线的示意图。如图1所示，阵列天线的天线单元众多，部分规模可多达256x256，并且绝大部分阵列天线的天线单元采用端口独立馈电。对于各天线单元分别独立馈电的阵列天线而言，天线单元中天线与后级电路间的匹配关系直接影响到阵列天线的效率、信噪比。

传统的检测阵列天线中的失配天线单元的方法是从阵列天线中拆分出各天线单元，然后通过矢量网络分析仪分别测量各天线单元的回波损耗特性(即S11参数)，根据该参数来判断各天线单元是否失配。

然而，阵列天线的天线单元众多，并且多集成在一起，采用上述方法工序复杂，费时费力。因此，如何快速的检测出阵列天线中的失配天线单元，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明实施例提供了一种检测阵列天线中的失配天线单元的方法，该方法采用微波暗室测量***检测阵列天线中的失配天线单元。所述方法包括：

S1：将被测阵列天线面向收发天线对倾斜放置在转台上，所述被测阵列天线包括多个天线单元，每个天线单元都包括天线和为所述天线独立馈电的后级电路；S2：控制矢量网络分析仪产生频率步进变化的电磁波信号，所述电磁波信号经由发射天线发射并在自由空间中传播，遇到所述被测阵列天线后产生散射回波；S3：所述散射回波在自由空间中传播后返回接收天线，被所述矢量网络分析仪采集并记录；S4：控制所述转台旋转到下一角度，重复进行步骤S2-S4，直到所述转台旋转到预设角度；S5：对采集的多个角度的散射回波数据进行二维散射成像处理，得到所述被测阵列天线的二维散射像；S6：根据所述二维散射像确定所述被测阵列天线中的失配天线单元。

在本发明的一种实施例中，所述方法还包括：

将所述被测阵列天线绕其所在的平面旋转90度，重复进行步骤S1-S5，得到所述被测阵列天线的另一幅二维散射像；根据所得到的两幅二维散射像确定所述被测阵列天线中的失配天线单元。

在本发明的一种实施例中，在所述被测阵列天线倾斜放置在所述转台上时，所述被测阵列天线与所述转台台面所成的角度在15～45度之间。

在本发明的一种实施例中，在所述被测阵列天线倾斜放置在所述转台上时，所述被测阵列天线的中心与所述收发天线对在同一高度。

在本发明的一种实施例中，所述频率步进变化的电磁波信号为线性步进，从最低频率开始，等间隔增长，直到最高频率。

在本发明的一种实施例中，所述多个角度中的各角度之间的角度间隔相等。

在本发明的一种实施例中，所述方法还包括：

S7：从所述被测阵列天线中取出一个失配天线单元作为被测天线单元；S8：将所述失配天线单元面向所述收发天线对放置在所述转台上；S9：控制所述矢量网络分析仪产生频率步进变化的电磁波信号，所述电磁波信号经由发射天线发射并在自由空间中传播，遇到所述失配天线单元后产生散射回波；S10：所述散射回波在自由空间中传播后返回接收天线，被矢量网络分析仪采集并记录；S11：对采集的单个角度的回波数据进行一维散射成像处理，得到所述失配天线单元的一维距离像；S12：根据所述失配天线单元的一维距离像确定所述失配天线单元的失配点。

在本发明的一种实施例中，所述方法还包括：

从所述被测阵列天线天线中取出一个匹配天线单元作为被测天线单元；按所述失配天线单元的放置姿态将所述匹配天线单元放置在所述转台上，重复进行步骤S9-S11，得到所述匹配天线单元的一维距离像；根据所述失配天线单元的一维距离像和所述匹配天线单元的一维距离像确定所述失配天线单元的失配点。

在本发明的一种实施例中，

在所述失配天线单元放置在所述转台上时，所述被测天线单元的中心与所述收发天线对在同一高度。

相比于现有技术而言，本发明实施例提供的方法具有如下有益效果：

本发明通过微波暗室测量***对阵列天线进行整体散射测量，根据阵列天线的二维散射像来检测阵列天线中的失配天线单元。相比于现有技术中将阵列天线的各天线单元拆分，分别测量各天线单元的回波损耗参数来判断各天线单元是否失配而言，本发明所述的方法无需对阵列天线进行拆分，可以通过阵列天线的二维散射像一次性检测出阵列天线中的所有失配天线单元，其工序简单，省时省力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术或实施例中所需要使用的附图作简要的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种阵列天线的结构示意图；

图2A是一种微波暗室测量***的俯视图；

图2B是一种微波暗室测量***的左视图；

图3是根据本发明实施例1的检测阵列天线中的失配天线单元的方法流程图；

图4是根据本发明实施例1的被测阵列天线的放置位置示意图；

图5是根据本发明实施例2的检测阵列天线中的失配天线单元的方法流程图；

图6是根据本发明实施例3的检测失配天线单元中的失配点的方法流程图；

图7是根据本发明实施例4的检测失配天线单元中的失配点的方法流程图；

图8是根据本发明实施例5的阵列天线的二维散射像；

图9是根据本发明实施例5的失配天线单元和匹配天线单元的一维距离像。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各个方面作进一步的详细描述。应当理解，下述的各种实施例只用于举例说明，而非用于限制本发明的保护范围。

【实施例1】

图1示出了一种阵列天线的结构示意图。如图1所示，阵列天线1包括多个天线单元10，各天线单元10分别独立馈电，每个天线单元10都包括天线11和为该天线独立馈电的后级电路12。

图2A示出了一种微波暗室测量***的俯视图，图2B示出了一种微波暗室测量***的左视图。如图2A和图2B所示，微波暗室测量***用于进行散射测量，其包括矢量网络分析仪21、转台22、发射天线23、接收天线24等。其中，发射天线23和接收天线24为一对设置在同一高度的收发天线对，该收发天线对与转台对置。矢量网络分析仪21分别与发射天线23和接收天线24连接，发射天线23用于发射雷达波照射转台上的被测目标，接收天线24用于接收被测目标反射的散射波。微波暗室测量***设置在微波暗室中，微波暗室的内壁和电磁波信号的传输路径附近等位置都设置有吸波材料，以避免电磁干扰，模拟无限大的自由空间。

图3示出了根据本发明实施例1的检测阵列天线中的失配天线单元的方法流程图。本实施例以图1所示的阵列天线为被测阵列天线，采用图2所示的微波暗室测量***在微波暗室中检测阵列天线中的失配天线单元为例说明本实施例所述的检测阵列天线中失配天线单元的方法。如图3所示，本实施例所述的包括：

S101：将被测阵列天线面向收发天线对倾斜放置在转台上。

其中，被测阵列天线放置位置如图4所示。为避免杂波和镜面散射，在将被测天线阵列倾斜放置在转台上时，被测天线阵列与转台所成的角度

优选在15度～45度之间。并且，为获得比较好的成像效果，可以调节被测天线阵列的高度，使被测天线阵列的中心和收发天线对在同一高度。

S102：控制矢量网络分析仪产生频率步进变化的电磁波信号，所述电磁波信号经由发射天线发射并在自由空间中传播，遇到被测阵列天线后产生散射回波。

其中，所述步进频率变化的电磁波信号可以为线性步进信号，从最低频率开始，等间隔增长，直到最高频率。

S103：所述散射回波在自由空间中传播后返回接收天线，被矢量网络分析仪采集并记录。

S104：控制转台旋转到下一角度，重复进行步骤S102-S104，直到转台旋转到预设角度。

其中，转台的步进角度可以为固定的角度，即转台可以按固定的角度间隔从当前角度旋转到下一角度，从而，多个角度中的各角度之间的角度间隔相等。

S105：对采集的多个角度的散射回波数据进行二维散射成像处理，得到被测阵列天线的二维散射像。

其中，可以采用现有的二维散射成像算法，如ISAR(Inverse Synthetic ApertureRadar，逆合成孔径雷达)滤波反投影算法，对回波数据进行二维散射成像处理，从而得到被测阵列天线的二维散射像。

S106：根据被测阵列天线的二维散射像确定被测阵列天线中的失配天线单元。

申请人在实现本发明实施例的过程中发现，对于阵列天线而言，如果某个天线单元中的天线和后级电路失配，则在失配点会产生强散射，该失配点所成的散射图像会呈现在天线本身所成的散射图像的后向。在得到被测阵列天线的二维散射像后，可以通过判断天线本身所成的散射图像的后向是否存在强散射点来判断天线单元是否失配。

本实施例通过微波暗室测量***对阵列天线进行整体散射测量，根据阵列天线的二维散射像来检测阵列天线中的失配天线单元，相比于现有技术中将阵列天线的各天线单元拆分，分别测量各天线单元的回波损耗参数来判断各天线单元是否失配而言，本实施例所述的方法无需对阵列天线进行拆分，可以通过阵列天线的二维散射像一次性检测出阵列天线中的所有失配天线单元。

【实施例2】

为进一步提高失配天线单元检测的准确性，在实施例1所述的检测方法的基础上，本实施例可以将被测天线阵列绕其所在的平面旋转90度，再次进行散射测量，获得被测天线阵列在其他姿态下的另一幅二维散射像。根据被测阵列天线在不同姿态下的两幅二维散射像，可以更为准确的确定被测天线阵列中的失配天线单元。例如，首先将被测阵列天线的长边沿距离向放置，短边沿方位向放置，来进行第一次散射测量。然后将被测阵列天线绕其所在的平面旋转90度，使被测阵列天线的长边沿方位向放置，短边沿距离向放置，来进行第二次散射测量。如图5所示，本实施例所述的方法包括：

S201：将被测阵列天线面向收发天线对倾斜放置在转台上。

S202：控制矢量网络分析仪产生频率步进变化的电磁波信号，所述电磁波信号经由发射天线发射并在自由空间中传播，遇到所述被测阵列天线后产生散射回波。

S203：所述散射回波在自由空间中传播后返回接收天线，被矢量网络分析仪采集并记录。

S204：控制转台旋转到下一角度，重复进行步骤S202-S204，直到转台旋转到预设角度。

S205：对采集的多个角度的回波数据进行二维散射成像处理，得到所述被测阵列天线的二维散射像。

上述步骤与实施例1中的步骤相同，对此本实施例不再赘述。

S206：将被测阵列天线绕其所在的平面旋转90度，重复进行步骤S201-S205，得到被测阵列天线的另一幅二维散射像。

其中，被测阵列天线的二维散射像实质是被测阵列天线在距离向和方位向的投影，为避免两次二维散射像中失配天线单元的失配点所产生的投影都与其他天线单元本身的投影重合，在再次测量被测阵列天线时，可以调整被测阵列天线倾斜的角度，以使两次测量时被测阵列天线倾斜不同的角度。

S207：根据所得到的两幅二维散射像确定被测阵列天线中的失配天线单元。

本实施例根据被测阵列天线在不同姿态下的两幅二维散射像来检测被测阵列天线中的失配天线阵列，可以进一步提高检测的准确度。

当然，在其他实施例中，也可以将被测阵列天线设置为其他的姿态，通过被测阵列天线在不同姿态下的多幅二维散射像来确定被测阵列天线中的失配天线阵列。但是，通常情况下，根据本实施例的两幅不同姿态下的二维散射像已经能够准确的确定出失配天线单元，考虑到兼顾检测的时间和效率问题，通常无需获取被测阵列天线更多的二维散射像。

【实施例3】

在通过实施例1或实施例2所述的检测方法检测出阵列天线的失配天线单元后，可以将失配天线单元拆分出来，来进一步通过测试确定失配天线单元中的具体失配点。如图6所示，本实施例所述的检测方法除了包括实施例1或实施例2所述的方法之外，进一步的还可以包括：

S301：从被测阵列天线中取出一个失配天线单元作为被测天线单元。

其中，可以采用实施例1或2所述的方法来检测被测阵列天线中的哪些天线单元为失配天线单元。

S302：将所述失配天线单元面向收发天线对放置在所述转台上。

其中，为获得比较好的成像效果，可以调节被测天线单元的高度，使被测天线单元的中心和收发天线对在同一高度。

S303：控制所述矢量网络分析仪产生频率步进变化的电磁波信号，所述电磁波信号经由发射天线发射并在自由空间中传播，遇到所述失配天线单元后产生散射回波。

其中，所述频率步进变化的电磁波信号可以为线性步进，从最低频率开始，等间隔增长，直到最高频率。

S304：所述散射回波在自由空间中传播后返回接收天线，被矢量网络分析仪采集并记录。

S305：对采集的单个角度的回波数据进行一维散射成像处理，得到所述失配天线单元的一维距离像。

其中，可以采用现有的一维成像算法来对采集的单个角度的回波数据进行一维散射成像处理，例如，通过匹配滤波算法得到失配天线单元的一维距离像，该一维距离像能够反映失配天线单元中的散射点在距离向的信息。

S306：根据所述失配天线单元的一维距离像确定所述失配天线单元的失配点。

除天线本身的散射外，失配天线单元中后级电路的失配点会产生强散射，本实施例可以根据失配天线单元的一维距离像来确定失配点的具***置。相比于现有技术通过矢量网络分析仪测量天线单元的回波损耗参数仅能检测出天线单元是否失配而言，本实施例可以检测出具体的失配点，从而便于后续处理。

【实施例4】

对于阵列天线而言，各天线单元的结构相同，各天线单元的一维度距离像理论上是一致的。为进一步准确的确定失配天线单元中的失配点，本实施例在获取失配天线单元的一维距离像之后，可进一步获取相同姿态下的匹配天线单元的一维距离像，然后根据失配天线单元的一维距离像和匹配天线单元的一维距离向来对比确定失配天线单元中的失配点的具***置。如图7所示，在实施例3所述的方法的基础上，本实施例所述的方法进一步可以包括：

S401：从所述被测阵列天线中取出一个匹配天线单元作为被测天线单元。

其中，可以采用实施例1或2所述的方法来检测被测阵列天线中的哪些天线单元为失配天线单元，从而确定哪些天线单元为匹配天线单元。

S402：按照所述失配天线单元的放置姿态将所述匹配天线单元面向收发天线对放置在所述转台上。

S403：控制所述矢量网络分析仪产生频率步进变化的电磁波信号，所述电磁波信号经由发射天线发射并在自由空间中传播，遇到所述匹配天线单元后产生散射回波。

S404：所述散射回波在自由空间中传播后返回接收天线，被矢量网络分析仪采集并记录。

S405：对采集的单个角度的回波数据进行一维散射成像处理，得到所述匹配天线单元的一维距离像。

S406：根据所述失配天线单元的一维距离像和所述匹配天线单元的一维距离像确定所述失配天线单元的失配点。

对于结构相同、姿态相同的天线单元而言，天线单元本身的一维距离像理论上是一致的，失配天线单元的一维距离像与匹配天线单元的一维距离像不一致的位置即为失配天线单元的失配点的位置。

【实施例5】

为了更加充分的说明本发明的有效性，本实施例用两个天线单元模拟天线阵列，采用微波暗室测量***在微波暗室中进行了实测。其中，这两个天线单元中一个天线单元为失配天线单元，一个天线单元为匹配天线单元。实测得出的天线阵列的二维散射像如图8所示。从图8可以看出，左边的天线单元的后向出现了强散射点，而右边的天线单元的后向无强散射点，可见，左边的天线单元为失配天线单元。

在相同姿态下分别测量失配天线单元和匹配天线单元在单个角度的散射回波，根据散射回波得出的失配天线单元和匹配天线单元的一维距离像如图9所示。从图9中可以看出，在距离收发天线9.609米处，失配天线单元的RCS(Radar Cross-Section，雷达散射截面)值与匹配天线单元的RCS值出现较大差别，该位置即为失配天线单元中失配点的位置。

以上结合具体实施方式对本发明进行了说明，这些具体实施方式仅仅是示例性的，不能以此限定本发明的保护范围，本领域技术人员在不脱离本发明实质的前提下可以进行各种修改、变化或替换。因此，依照本发明所作的各种等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种检测阵列天线中的失配天线单元的方法，其特征在于，采用微波暗室测量***检测所述阵列天线中的失配天线单元，所述方法包括：

S1：将被测阵列天线面向收发天线对倾斜放置在转台上，所述被测阵列天线包括多个天线单元，每个天线单元都包括天线和为所述天线独立馈电的后级电路；

S2：控制矢量网络分析仪产生频率步进变化的电磁波信号，所述电磁波信号经由发射天线发射并在自由空间中传播，遇到所述被测阵列天线后产生散射回波；

S3：所述散射回波在自由空间中传播后返回接收天线，被所述矢量网络分析仪采集并记录；

S4：控制所述转台旋转到下一角度，重复进行步骤S2-S4，直到所述转台旋转到预设角度；

S5：对采集的多个角度的散射回波数据进行二维散射成像处理，得到所述被测阵列天线的二维散射像；

S6：根据所述二维散射像确定所述被测阵列天线中的失配天线单元；

S7：从所述被测阵列天线中取出一个失配天线单元作为被测天线单元；

S8：将所取出的失配天线单元面向所述收发天线对放置在所述转台上；

S9：控制所述矢量网络分析仪产生频率步进变化的电磁波信号，所述电磁波信号经由发射天线发射并在自由空间中传播，遇到所述所取出的失配天线单元后产生散射回波；

S10：所述散射回波在自由空间中传播后返回接收天线，被所述矢量网络分析仪采集并记录；

S11：对采集的单个角度的回波数据进行一维散射成像处理，得到所述所取出的失配天线单元的一维距离像；

S12：根据所述所取出的失配天线单元的一维距离像确定所述所取出的失配天线单元的失配点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述被测阵列天线绕其所在的平面旋转90度，重复进行步骤S1-S5，得到所述被测阵列天线的另一幅二维散射像；

根据所得到的两幅二维散射像确定所述被测阵列天线中的失配天线单元。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述被测阵列天线倾斜放置在所述转台上时，所述被测阵列天线与所述转台台面所成的角度在15～45度之间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述被测阵列天线倾斜放置在所述转台上时，所述被测阵列天线的中心与所述收发天线对在同一高度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率步进变化的电磁波信号为线性步进，从最低频率开始，等间隔增长，直到最高频率。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个角度中的各角度之间的角度间隔相等。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

从所述被测阵列天线中取出一个匹配天线单元作为被测天线单元；

按所述所取出的失配天线单元的放置姿态将所述匹配天线单元放置在所述转台上，重复进行步骤S9-S11，得到所述匹配天线单元的一维距离像；

根据所述所取出的失配天线单元的一维距离像和所述匹配天线单元的一维距离像确定所述失配天线单元的失配点。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述失配天线单元放置在所述转台上时，所述失配天线单元的中心与所述收发天线对在同一高度。

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