CN112269070B - 一种天线测试双极化探头的通道平衡方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天线测试双极化探头的通道平衡方法和***,该方法包括:根据待测天线的极化类型,确定双极化通道探头的通道平衡初始位置;获取双极化通道探头在通道平衡初始位置时的两个极化对应的幅度和相位;按照预设转动规则,对双极化通道探头进行多次转动,直至双极化通道探头重新回到通道平衡初始位置;同时获取每次转动过程中两个极化对应的幅度和相位;根据获取的幅度和相位,进行通道平衡,得到通道平衡数据。本发明消除了传统通道平衡方法中由于旋转关节和电缆扭动影响,通过数学算法利用误差对消得到祛除旋转关节和电缆扭动影响后的通道平衡数据,在不添加额外硬件设备的基础上利用天线测试***自身完成通道平衡。
Description
技术领域
本发明属于天线测量技术领域,尤其涉及一种天线测试双极化探头的通道平衡方法和***。
背景技术
双极化探头是近年来天线测试领域广泛采用的一种标准探头,与单极化探头相比,其测试效率高,测试速度快。其优良的特性很快受到了广泛的好评,近几年无论在近场、远场、紧缩场中都有出色表现,得到了广泛的应用。
双极化探头测试时探头无需转动即可得到两个正交极化的方向图信息,对于天线测试可以规避旋转关节和电缆扭动等多种误差影响,但是目前采用的传统通道平衡方式仍然会引入这些误差,使得双极化探头损失掉了这方面的优势。
传统通道平衡方式利用旋转关节(或电缆)和极化轴,H和V两个通道分别测量同一个极化的电场信息,通过测得的电场幅度和相位差计算通道平衡结果。该方案有一定的缺陷性,即引入了旋转关节(或电缆扭动)带来的误差,需要忽略掉旋转关键或者电缆在不同角度的响应不同,导致最终的测量结果存在误差、不准确。
发明内容
本发明的技术解决问题:克服现有技术的不足,提供一种天线测试双极化探头的通道平衡方法和***,消除了传统通道平衡方法中由于旋转关节和电缆扭动影响,通过数学算法利用误差对消得到祛除旋转关节和电缆扭动影响后的通道平衡数据,在不添加额外硬件设备的基础上利用天线测试***自身完成通道平衡。
为了解决上述技术问题,本发明公开了一种天线测试双极化探头的通道平衡方法,包括:
根据待测天线的极化类型,确定双极化通道探头的通道平衡初始位置;
获取双极化通道探头在通道平衡初始位置时的两个极化对应的幅度和相位,记作初始数据;
按照预设转动规则,对双极化通道探头进行多次转动,直至双极化通道探头重新回到通道平衡初始位置;同时,获取双极化通道探头在每次转动过程中两个极化对应的幅度和相位,记作过程数据;
根据初始数据和过程数据,进行通道平衡,得到通道平衡数据。
在上述天线测试双极化探头的通道平衡方法中,根据待测天线的极化类型,确定双极化通道探头的通道平衡初始位置,包括:
若待测天线的极化类型为圆极化,则选择任意位置作为通道平衡初始位置;
若待测天线的极化类型为线极化,则选择与主极化夹角45°的位置作为通道平衡初始位置。
在上述天线测试双极化探头的通道平衡方法中,还包括:按照通用天线测试方法,对待测天线和双极化通道探头进行安装和场地校准。
在上述天线测试双极化探头的通道平衡方法中,预设转动规则为:按照顺时针方向依次转动,每次转动90°角,总计转动4次,重新回到通道平衡初始位置。
在上述天线测试双极化探头的通道平衡方法中,
初始数据,包括:通道平衡初始位置时,双极化通道探头的H极化幅度EH1_am和相位EH1_ph、以及V极化幅度EV1_am和相位EV1_ph;
过程数据,包括:
第一次顺时针转动90°后,双极化通道探头的H极化幅度EH2_am和相位EH2_ph、以及V极化幅度EV2_am和相位EV2_ph;
第二次顺时针转动90°后,双极化通道探头的H极化幅度EH3_am和相位EH3_ph、以及V极化幅度EV3_am和相位EV3_ph;
第三次顺时针转动90°后,双极化通道探头的H极化幅度EH4_am和相位EH4_ph、以及V极化幅度EV4_am和相位EV4_ph;
第四次顺时针转动90°后,双极化通道探头的H极化幅度EH5_am和相位EH5_ph、以及V极化幅度EV5_am和相位EV5_ph。
在上述天线测试双极化探头的通道平衡方法中,根据初始数据和过程数据,进行通道平衡,得到通道平衡数据,包括:
根据EH1_am、EH2_am、EH3_am、EH4_am、EH5_am、EH1_ph、EH2_ph、EH3_ph、EH4_ph、EH5_ph、EV1_am、EV2_am、EV3_am、EV4_am、EV5_am、EV1_ph、EV2_ph、EV3_ph、EV4_ph和EV5_ph,解算得到幅度均值Δam和相位均值Δph;
将双极化探头测试的V极化的方向图的幅度减去Δam,V极化的方向图的相位减去Δph,得到通道平衡后的方向图数据。
在上述天线测试双极化探头的通道平衡方法中,幅度均值Δam和相位均值Δph的解算方式如下:
ΔamA=EV4_am-EH5_am
ΔamB=EV3_am-EH4_am
ΔamC=EV2_am-EH3_am
ΔamD=EV1_am-EH2_am
ΔamE=EV5_am-EH4_am
ΔamF=EV4_am-EH3_am
ΔamG=EV3_am-EH2_am
ΔamH=EV2_am-EH1_am
有:
Δam=(ΔamA+ΔamB+ΔamC+ΔamD+ΔamE+ΔamF+ΔamG+ΔamH)/8
ΔphA=EV4_ph-EH5_ph
ΔphB=EV3_ph-EH4_ph
ΔphC=EV2_ph-EH3_ph
ΔphD=EV1_ph-EH2_ph
ΔphE=EV5_ph-EH4_ph-180
ΔphF=EV4_ph-EH3_ph-180
ΔphG=EV3_ph-EH2_ph-180
ΔphH=EV2_ph-EH1_ph-180
有:
Δph=(ΔphA+ΔphB+ΔphC+ΔphD+ΔphE+ΔphF+ΔphG+ΔphH)/8
其中,ΔamI表示幅度差,ΔphJ表示相位差,I=A、B、C、D、E、F、G、H,J=A、B、C、D、E、F、G、H。
在上述天线测试双极化探头的通道平衡方法中,还包括:在计算Δph之前,对八组幅度差ΔphA、ΔphB、ΔphC、ΔphD、ΔphE、ΔphF、ΔphG、ΔphH进行相位奇异点处理。
相应的,本发明还公开了一种天线测试双极化探头的通道平衡***,包括:
确定模块,用于根据待测天线的极化类型,确定双极化通道探头的通道平衡初始位置;
数据获取模块,用于获取双极化通道探头在通道平衡初始位置时的两个极化对应的幅度和相位,记作初始数据;以及,按照预设转动规则,对双极化通道探头进行多次转动,直至双极化通道探头重新回到通道平衡初始位置;同时,获取双极化通道探头在每次转动过程中两个极化对应的幅度和相位,记作过程数据;
通道平衡模块,用于根据初始数据和过程数据,进行通道平衡,得到通道平衡数据。
在上述天线测试双极化探头的通道平衡***中,确定模块,用于:
若待测天线的极化类型为圆极化,则选择任意位置作为通道平衡初始位置;
若待测天线的极化类型为线极化,则选择与主极化夹角45°的位置作为通道平衡初始位置。
本发明具有以下优点:
(1)本发明消除了传统通道平衡方法中由于旋转关节和电缆扭动影响,通过数学算法利用误差对消得到祛除旋转关节和电缆扭动影响后的通道平衡数据,在不添加额外硬件设备的基础上利用天线测试***自身完成通道平衡。
(2)本发明采用数据后处理的方式,通过数学算法对探头安装精度引起的测量误差进行修正,得到修正探头安装精度后的方向图测试数据,降低了平面近场探头安装的精度要求,以及探头安装的机械调整的工作难度。
附图说明
图1是本发明实施例中一种双极化通道探头链路示意图;
图2是本发明实施例中一种天线测试双极化探头的通道平衡方法的流程示意图;
图3是本发明实施例中一种圆极化通道平衡示意图;
图4是本发明实施例中一种线极化通道平衡起始位置示意图。
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公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1所示,双极化通道探头测试时由于直接可以采集两个正交极化的方向图信息,故方向图测试时无需转动探头的极化轴,旋转关节或电缆扭动的问题不存在。但是在通道平衡时,最方便的做法是利用极化轴,转动双极化通道探头,将H和V分时对准待测天线的同一个极化进行采集,比较幅度和相位差,即通道平衡的结果,随着极化轴的转动会引入由于旋转关键的不同位置的响应不同的影响或电缆扭动的影响,为了消除该影响,需要测试额外4个位置的数据,并通过以下方案进行误差对消。具体过程如下:
如图2所示,在本实施例中,该天线测试双极化探头的通道平衡方法,包括:
步骤101,根据待测天线的极化类型,确定双极化通道探头的通道平衡初始位置。
在本实施例中,可以先按照通用天线测试方法,对待测天线和双极化通道探头进行安装和场地校准;然后,根据待测天线的极化类型,确定双极化通道探头的通道平衡初始位置:若待测天线的极化类型为圆极化,则可以选择任意位置作为通道平衡初始位置;若待测天线的极化类型为线极化,则选择与主极化夹角45°的位置作为通道平衡初始位置。
步骤102,获取双极化通道探头在通道平衡初始位置时的两个极化对应的幅度和相位,记作初始数据。
在本实施例中,初始数据具体是指:通道平衡初始位置时,双极化通道探头的H极化幅度EH1_am和相位EH1_ph、以及V极化幅度EV1_am和相位EV1_ph。
步骤103,按照预设转动规则,对双极化通道探头进行多次转动,直至双极化通道探头重新回到通道平衡初始位置;同时,获取双极化通道探头在每次转动过程中两个极化对应的幅度和相位,记作过程数据。
在本实施例中,预设转动规则具体是指:按照顺时针方向依次转动,每次转动90°角,总计转动4次,重新回到通道平衡初始位置。也即:
a)双极化通道探头从通道平衡初始位置开始,顺时针转动90°,采集得到此时的双极化通道探头的H极化幅度EH2_am和相位EH2_ph、以及V极化幅度EV2_am和相位EV2_ph。
b)再次顺时针转动90°,采集得到此时的双极化通道探头的H极化幅度EH3_am和相位EH3_ph、以及V极化幅度EV3_am和相位EV3_ph。
c)再次顺时针转动90°,采集得到此时的双极化通道探头的H极化幅度EH4_am和相位EH4_ph、以及V极化幅度EV4_am和相位EV4_ph。
d)再次顺时针转动90°,采集得到此时的双极化通道探头的H极化幅度EH5_am和相位EH5_ph、以及V极化幅度EV5_am和相位EV5_ph。
步骤104,根据初始数据和过程数据,进行通道平衡,得到通道平衡数据。
在本实施例中,可以根据上述步骤102和步骤103获取的如下数据:EH1_am、EH2_am、EH3_am、EH4_am、EH5_am、EH1_ph、EH2_ph、EH3_ph、EH4_ph、EH5_ph、EV1_am、EV2_am、EV3_am、EV4_am、EV5_am、EV1_ph、EV2_ph、EV3_ph、EV4_ph和EV5_ph,解算得到幅度均值Δam和相位均值Δph。然后,将双极化探头测试的V极化的方向图的幅度减去Δam,V极化的方向图的相位减去Δph,即可得到通道平衡后的方向图数据。
优选的,幅度均值Δam和相位均值Δph的解算方式如下:
以圆极化待测天线为例,如图3所示,圆极化可以任意选择通道平衡起始位置,以起始为例,根据步骤102~103采集得到5组幅度和相位值,将旋转关节或电缆扭动的幅度特性/>和相位/>写入公式中,并根据极化相同位置两两做差,同时考虑到极化矢量反向相位差180度的情况,则有:
进一步的,有:
对于式(1)和式(2),分别利用8组差值进行对消,同时考虑式(3)和式(4),将旋转关节的影响因子祛除,有:
也即,得到了祛除旋转关节或电缆扭动带来的误差后的通道平衡幅度和相位值:
Δam=(ΔamA+ΔamB+ΔamC+ΔamD+ΔamE+ΔamF+ΔamG+ΔamH)/8···(7)
ΔamA=EV4_am-EH5_am
ΔamB=EV3_am-EH4_am
ΔamC=EV2_am-EH3_am
ΔamD=EV1_am-EH2_am
ΔamE=EV5_am-EH4_am
ΔamF=EV4_am-EH3_am
ΔamG=EV3_am-EH2_am
ΔamH=EV2_am-EH1_am
Δph=(ΔphA+ΔphB+ΔphC+ΔphD+ΔphE+ΔphF+ΔphG+ΔphH)/8···(8)
ΔphA=EV4_ph-EH5_ph
ΔphB=EV3_ph-EH4_ph
ΔphC=EV2_ph-EH3_ph
ΔphD=EV1_ph-EH2_ph
ΔphE=EV5_ph-EH4_ph-180
ΔphF=EV4_ph-EH3_ph-180
ΔphG=EV3_ph-EH2_ph-180
ΔphH=EV2_ph-EH1_ph-180
在本实施例中,需要说明的是,线极化待测天线的实现原理与圆极化待测天线相同,不再一一赘述。其中需要注意的是,线极化如果按照主极化交叉极化去平衡,由于交叉极化量级很低,会受到***底噪的影响,测量值会有很大抖动,故采取斜极化测量,即如图4所示,选择与主极化斜约45°作为通道平衡的位置起点,同样进行5个位置进行幅度和相位进行采集,然后根据式(5)和式(6)进行处理即可。
在本发明实施例中,还需考虑相位翻转现象。
情况一:由于式(6)需要将8组相位差取平均,相位会存在翻转的现象。
例如,一组算例数据如下表1所示:
位置 | H | V |
0° | EH1_ph=-109.5304 | EV1_ph=-119.4101 |
90° | EH2_ph=151.3088 | EV2_ph=159.4697 |
180° | EH3_ph=70.1268 | EV3_ph=60.3098 |
270° | EH4_ph=-28.7924 | EV4_ph=-20.5606 |
360° | EH5_ph=-109.5601 | EV5_ph=-119.3853 |
表1若基于表1给定的值直接进行求解,则得到ΔphA~ΔphH的值如表2所示:
ΔphA | 88.9995 | ΔphE | -270.5929 |
ΔphB | 89.1022 | ΔphF | -270.6874 |
ΔphC | 89.3429 | ΔphG | -270.999 |
ΔphD | -270.7189 | ΔphH | 89.0001 |
表2
如表2中ΔphD、ΔphE、ΔphF的值不在(-180°~180°)范围内,需要进行处理后才可以进行平均,否则经过平均之后会出现错误,需要将ΔphA~ΔphH先处理到(-180°~180°)范围内,例如,可以通过加减360°,保证ΔphA~ΔphH的值同号(同正或同负)、且在(-180°~180°)范围内。
情况二:8组相位差刚好处于-180°或180°附近,导致相位初始值翻转。此时,按照方差最小原则,对各组相位差进行处理。
例如,一组算例数据如下表3所示:
位置 | H | V |
0° | EH1_ph=-20.2304 | EV1_ph=-119.4101 |
90° | EH2_ph=240.6088 | EV2_ph=159.4697 |
180° | EH3_ph=159.4268 | EV3_ph=60.3098 |
270° | EH4_ph=60.5076 | EV4_ph=-20.5606 |
360° | EH5_ph=-20.2601 | EV5_ph=-119.3853 |
表3
基于表2给定的值直接进行求解,并依据情况一的方法将相位值划归到(-180°~180°)范围内,则得到ΔphA~ΔphH的值如表4所示:
项目 | 原始结果 | 按照情况一处理后 |
ΔphA | 179.8929 | 179.8929 |
ΔphB | 179.9874 | 179.9874 |
ΔphC | 180.299 | -179.701 |
ΔphD | -179.7001 | -179.7001 |
ΔphE | -179.6995 | -179.6995 |
ΔphF | -179.8022 | -179.8022 |
ΔphG | -180.0429 | 179.9571 |
ΔphH | 180.0189 | -179.9811 |
表4
计算出的ΔphA~ΔphH的原始值经过情况一种的处理后如表4所示,如果按照表4中数据直接进行计算,会产生完全的错误结果,即得到0.12度的错误结果,显然8组平均值应该在180度或者-180度附近。
为了解决该问题,引入方差最小原则,即将8个相位差,根据相位翻转原理,划归到-180~180和0~360度两个区间内,取相位方差最小值作为结果进行下一步计算(注意该处理并不会对通道平衡相位结果产生影响,因为对于天线测试中10度与370度,相差360度的相位所表示的结果是完全一样的),结果如表5所示。
相位差 | -180~180 | 0~360 |
A | 179.8929 | 179.8929 |
B | 179.9874 | 179.9874 |
C | -179.701 | 180.299 |
D | -179.7001 | 180.2999 |
E | -179.6995 | 180.3005 |
F | -179.8022 | 180.1978 |
G | 179.9571 | 179.9571 |
H | -179.9811 | 180.0189 |
方差 | 192.3537117 | 0.172770537 |
表5
由表5可见,右边的方差更小故选择右边的相位预处理结果,然后再进行下一步计算,从而得到正确的结果。
在上述实施例的基础上,本发明还公开了一种天线测试双极化探头的通道平衡***,包括:确定模块,用于根据待测天线的极化类型,确定双极化通道探头的通道平衡初始位置;数据获取模块,用于获取双极化通道探头在通道平衡初始位置时的两个极化对应的幅度和相位,记作初始数据;以及,按照预设转动规则,对双极化通道探头进行多次转动,直至双极化通道探头重新回到通道平衡初始位置;同时,获取双极化通道探头在每次转动过程中两个极化对应的幅度和相位,记作过程数据;通道平衡模块,用于根据初始数据和过程数据,进行通道平衡,得到通道平衡数据。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种天线测试双极化探头的通道平衡方法,其特征在于,包括:
根据待测天线的极化类型,确定双极化通道探头的通道平衡初始位置;
获取双极化通道探头在通道平衡初始位置时的两个极化对应的幅度和相位,记作初始数据;
按照预设转动规则,对双极化通道探头进行多次转动,直至双极化通道探头重新回到通道平衡初始位置;同时,获取双极化通道探头在每次转动过程中两个极化对应的幅度和相位,记作过程数据;
根据初始数据和过程数据,进行通道平衡,得到通道平衡数据。
2.根据权利要求1所述的天线测试双极化探头的通道平衡方法,其特征在于,根据待测天线的极化类型,确定双极化通道探头的通道平衡初始位置,包括:
若待测天线的极化类型为圆极化,则选择任意位置作为通道平衡初始位置;
若待测天线的极化类型为线极化,则选择与主极化夹角45°的位置作为通道平衡初始位置。
3.根据权利要求1所述的天线测试双极化探头的通道平衡方法,其特征在于,还包括:按照通用天线测试方法,对待测天线和双极化通道探头进行安装和场地校准。
4.根据权利要求1所述的天线测试双极化探头的通道平衡方法,其特征在于,预设转动规则为:按照顺时针方向依次转动,每次转动90°角,总计转动4次,重新回到通道平衡初始位置。
5.根据权利要求4所述的天线测试双极化探头的通道平衡方法,其特征在于,
初始数据,包括:通道平衡初始位置时,双极化通道探头的H极化幅度EH1_am和相位EH1_ph、以及V极化幅度EV1_am和相位EV1_ph;
过程数据,包括:
第一次顺时针转动90°后,双极化通道探头的H极化幅度EH2_am和相位EH2_ph、以及V极化幅度EV2_am和相位EV2_ph;
第二次顺时针转动90°后,双极化通道探头的H极化幅度EH3_am和相位EH3_ph、以及V极化幅度EV3_am和相位EV3_ph;
第三次顺时针转动90°后,双极化通道探头的H极化幅度EH4_am和相位EH4_ph、以及V极化幅度EV4_am和相位EV4_ph;
第四次顺时针转动90°后,双极化通道探头的H极化幅度EH5_am和相位EH5_ph、以及V极化幅度EV5_am和相位EV5_ph。
6.根据权利要求5所述的天线测试双极化探头的通道平衡方法,其特征在于,根据初始数据和过程数据,进行通道平衡,得到通道平衡数据,包括:
根据EH1_am、EH2_am、EH3_am、EH4_am、EH5_am、EH1_ph、EH2_ph、EH3_ph、EH4_ph、EH5_ph、EV1_am、EV2_am、EV3_am、EV4_am、EV5_am、EV1_ph、EV2_ph、EV3_ph、EV4_ph和EV5_ph,解算得到幅度均值Δam和相位均值Δph;
将双极化探头测试的V极化的方向图的幅度减去Δam,V极化的方向图的相位减去Δph,得到通道平衡后的方向图数据。
7.根据权利要求6所述的天线测试双极化探头的通道平衡方法,其特征在于,幅度均值Δam和相位均值Δph的解算方式如下:
ΔamA=EV4_am-EH5_am
ΔamB=EV3_am-EH4_am
ΔamC=EV2_am-EH3_am
ΔamD=EV1_am-EH2_am
ΔamE=EV5_am-EH4_am
ΔamF=EV4_am-EH3_am
ΔamG=EV3_am-EH2_am
ΔamH=EV2_am-EH1_am
有:
Δam=(ΔamA+ΔamB+ΔamC+ΔamD+ΔamE+ΔamF+ΔamG+ΔamH)/8
ΔphA=EV4_ph-EH5_ph
ΔphB=EV3_ph-EH4_ph
ΔphC=EV2_ph-EH3_ph
ΔphD=EV1_ph-EH2_ph
ΔphE=EV5_ph-EH4_ph-180
ΔphF=EV4_ph-EH3_ph-180
ΔphG=EV3_ph-EH2_ph-180
ΔphH=EV2_ph-EH1_ph-180
有:
Δph=(ΔphA+ΔphB+ΔphC+ΔphD+ΔphE+ΔphF+ΔphG+ΔphH)/8
其中,ΔamI表示幅度差,ΔphJ表示相位差,I=A、B、C、D、E、F、G、H,J=A、B、C、D、E、F、G、H。
8.根据权利要求7所述的天线测试双极化探头的通道平衡方法,其特征在于,还包括:在计算Δph之前,对八组幅度差ΔphA、ΔphB、ΔphC、ΔphD、ΔphE、ΔphF、ΔphG、ΔphH进行相位奇异点处理。
9.一种天线测试双极化探头的通道平衡***,其特征在于,包括:
确定模块,用于根据待测天线的极化类型,确定双极化通道探头的通道平衡初始位置;
数据获取模块,用于获取双极化通道探头在通道平衡初始位置时的两个极化对应的幅度和相位,记作初始数据;以及,按照预设转动规则,对双极化通道探头进行多次转动,直至双极化通道探头重新回到通道平衡初始位置;同时,获取双极化通道探头在每次转动过程中两个极化对应的幅度和相位,记作过程数据;
通道平衡模块,用于根据初始数据和过程数据,进行通道平衡,得到通道平衡数据。
10.根据权利要求9所述的天线测试双极化探头的通道平衡***,其特征在于,确定模块,用于:
若待测天线的极化类型为圆极化,则选择任意位置作为通道平衡初始位置;
若待测天线的极化类型为线极化,则选择与主极化夹角45°的位置作为通道平衡初始位置。
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