CN114070428B

CN114070428B - 一种整车天线有源性能测试方法和***

Info

Publication number: CN114070428B
Application number: CN202210025215.3A
Authority: CN
Inventors: 张宇; 王志勤; 朱颖; 马宇辰; 吴翔; 张翔
Original assignee: China Academy of Information and Communications Technology CAICT
Current assignee: China Academy of Information and Communications Technology CAICT
Priority date: 2022-01-11
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2022-03-29
Anticipated expiration: 2042-01-11
Also published as: CN114070428A

Abstract

本申请公开了一种整车天线有源性能测试方法，包括以下步骤：围绕被测车辆，沿半径为R_k（k=1~N，N≥3）的球面的至少一部分测试辐射功率；根据至少3个不同半径的球面上的测试点位置和测试功率值，得出被测车辆辐射天线的相位中心；根据所述相位中心位置、测试点位置和测试功率值，计算距离所述相位中心为R_k的N个球面上各点辐射功率校准值；根据所述辐射功率校准值计算远场方向图。本申请还提出实现所述方法的测试***。本申请解决整车天线远场测试不便、天线位置对辐射场存在影响的问题。

Description

一种整车天线有源性能测试方法和***

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种用于整车天线的有源性能测试方法和***。

背景技术

智能网联是汽车未来重要发展方向之一。高级自动驾驶、远程控制、传感器共享、增强虚拟现实、OTA升级、车联网安全预警等车载应用依赖于汽车与汽车、汽车与网络通信的可靠性、即时性与高容量。整车无线通信的性能测试，是保障车用无线通信性能和可靠性的必不可少的手段，是智能网联汽车研制的基础科研中必不可缺的一环。如何定量、准确的评估汽车与外界的通信性能，是汽车质量验证和质量优化的关键，是关系到整车安全的根本性问题，但整车无线性能测试的基础理论、测试方法、误差分析不完善，具备整车天线有源性能的测试方法和***装置在国内外均属空白。

整车天线的有源性能测试一般在远场条件下进行，满足远场条件的场地长度要大于40m，而且，由于天线与车体结合为一个整体，但天线辐射中心并非车体中心，且天线辐射收到车体材质和形状影响。例如，天线位于车耳、车头等位置可能带来严重的偏心问题对于远场性能指标的影响。

发明内容

本申请提出一种整车天线有源性能测试方法和***，解决整车天线远场测试不便、天线位置对辐射场存在影响的问题。

第一方面，本申请实施例提出一种整车天线有源性能测试方法，包括以下步骤：

围绕被测车辆，沿半径为R_k（k=1~N，N≥3）的球面的至少一部分测试辐射功率；

根据至少3个不同半径的球面上的测试点位置和测试功率值，得出被测车辆辐射天线的相位中心；

根据所述相位中心位置、测试点位置和测试功率值，计算距离所述相位中心为R_k的N个球面上各点辐射功率校准值；

根据所述辐射功率校准值计算远场方向图。

优选地，所述根据至少3个不同半径的球面上的测试点位置和测试功率值，得出被测车辆辐射天线的相位中心的步骤，进一步包含：搜索相位中心位置，以假定的相位中心为原点沿径向插值，用任意两个球面上的点值求取第三个球面上的点值，直至第三个球面上的点值与测试值之间的差值小于设定误差。

优选地，根据N个球面上的测试辐射功率值，通过插值方式计算以所述相位中心为圆心、以R_k为半径的N个球面上各点辐射功率校准值。

优选地，所述根据所述辐射功率校准值计算远场方向图的步骤，进一步包括：

根据所述N个球面上各点辐射功率校准值，以相位中心为原点沿径向插值计算远场值。

优选地，在每一个球面上，测试点覆盖范围为俯仰角0~120º、方位角0~360º。

第二方面，本申请还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请第一方面任一实施例所述的方法。

第三方面，本申请还提出一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本申请第一方面任一实施例所述的方法。

第四方面，本申请实施例还提出一种整车天线有源性能测试***，用于实现本申请第一方面任意一项实施例所述方法，所述测试***，包括：位于电波暗室内的支架、测试天线、转台。

所述电波暗室，为全电波暗室或半电波暗室；

所述转台，用于承载被测车辆，转台可用于垂直升降和沿方位角旋转；

所述支架，被配置为沿水平方向具有机动性，改变所述支架垂直位置和所述转台垂直位置之间的距离；所述支架顶端配合有所述测试天线，所述测试天线沿所述支架的弧形导轨移动，行程覆盖设定的俯仰角范围；

所述测试天线，用于接收和发射电磁波，为以下至少一种：单线极化、双线极化、单圆极化、双圆极化。

优选地，所述整车天线有源性能测试***，还包含控制***。所述控制***通过控制所述支架、测试天线、转台运动，围绕被测车辆，沿半径为R_k（k=1~N，N≥3）的球面测试辐射功率。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本申请提供一种通过在中场距离下进行多次功率信息采集可以得到整车天线在远场条件下性能的测试方法和***装置。本测试方法可以通过近距离下的测试数据得到整车天线在远场条件下的等效全向辐射功率、接收机灵敏度、累积分布函数、近水平面辐射功率、近水平面接收机灵敏度和有源方向图等性能指标。

本申请的方案能够在较近的距离和较低的成本下，整车与天线作为一个整体无需拆分、无需获得天线的相位信息的前提下，实现整车天线的有源性能指标测试。

本申请的方案还可消除天线位于车耳、车头、车玻璃等位置可能带来严重的偏心问题对于整车天线性能指标的影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种用于整车天线的有源性能测试方法流程图；

图2（a）~（c）为本发明实施例提供的一种用于整车天线的有源性能测试方法的采样示意图，其中图2（a）表示半径d1的采样点位置，图2（b）表示半径d2的采样点位置，图2（c）表示半径d3的采样点位置；

图3为本发明实施例提供的一种用于整车天线的有源性能***装置；

图4为本发明实施例提供的一种用于整车天线的有源性能***装置测试天线位置俯视图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本发明实施例提供的一种用于整车天线的有源性能测试方法流程图。

本申请实施例提出一种整车天线有源性能测试方法，包括以下步骤：

步骤11、围绕被测车辆，沿半径为R_k（k=1~N，N≥3）的球面测试辐射功率。

在步骤11中，设备经充分预热，性能指标处于稳定状态。被测车辆放置于暗室内，处于正常工作状态。所述测试的球面中心，例如可以是承载被测车辆的转台旋转中心。进一步地，可将被测车辆物理中心与转台的旋转中心重合，其中被测车辆的物理中心是指车辆的几何中心。

在测试时，被测车辆发射测试信号，同时控制***控制转台运动，调整转台上搭载的被测车辆的方向角度，以调整被测车辆预期的被测方向。

需要说明的是，在球面上进行测试时，是在整个球面或部分球面上设置空间采样点，可以控制测试天线围绕被测车辆移动、或通过被测车辆旋转来实现。

当测试的范围覆盖球面上的一部分时，各个球面上的测试点覆盖范围可参考目标角度范围确定。所述目标角度范围作为预先设定的测量范围，用圆心角的范围来表示。例如，在每一个球面，测试点覆盖范围为俯仰角0~120º、方位角0~360º。

例如，进一步地，在以上测试方位内，依次做以下测试：

控制***控制测试支架处在位置一，控制被测车辆方位角变化、测试天线俯仰角变化，在目标角度范围内遍历被测车辆在测试半径R₁的空间采样点，记录被测车辆的位置信息和功率信息；

控制***控制测试支架在位置二，控制被测车辆方位角变化、测试天线俯仰角变化，在目标角度范围内遍历被测车辆在测试半径R₂的空间采样点，记录被测车辆的位置信息和功率信息；

控制***控制测试支架在位置三，控制被测车辆方位角变化、测试天线俯仰角变化，在目标角度范围内遍历被测车辆在测试半径R₃的空间采样点，记录被测车辆的位置信息和功率信息；

直至控制***控制测试支架在位置N遍历被测车辆在测试半径R_N的空间采样点，记录被测车辆的位置信息和功率信息，其中N≥3。

步骤12、根据至少3个不同半径的球面上的测试点位置和测试功率值，得出被测车辆辐射天线的相位中心。

基于位置一、位置二、位置三、……、位置N的位置信息和功率信息，通过偏心估计算法计算出被测车辆辐射天线的相位中心，所谓相位中心是指整车天线所辐射出的电磁波在离开天线一定的距离后，其等相位面会近似为一个球面，该球面的球心即为该天线的等效相位中心。

例如，假设被测车辆相位中心位于（x，y，z），将步骤11采集到的位置一、位置二的位置信息和功率信息，通过数学拟合的方式去估算已知位置信息的位置三的功率，将估算出位置三的功率信息与实际采集到的位置三的功率信息做差值，差值最小的那组（x，y，z）即被认定为被测车辆辐射天线的相位中心。本申请将以上过程称为“偏心估计”。需要说明的是，这里不限定具体的数学拟合方式，例如可以使用线性外插法、多项式拟合法、拉格朗日法、牛顿法等。

步骤13、根据所述相位中心位置、测试点位置和测试功率值，计算距离所述相位中心为R_k的N个球面上各点辐射功率校准值。

或者也可以说，假设相位中心位于测量面的中心，修正位置一、位置二、位置三、……、位置N的测试球面上各测试点功率值。

步骤14、根据所述辐射功率校准值计算远场方向图。

进一步包括：根据所述N个球面上各点辐射功率校准值，以相位中心为原点沿径向插值计算远场值。

优选地，本申请中所述沿径向插值的方法为：

（1）

其中P为功率，x是与相位中心的距离，a、b、c为拟合常数。

基于位置一、位置二、位置三、……、位置N的位置信息和辐射功率校准值，通过计算得到整车远场辐射功率，进而得出整车天线的无线性能指标：等效全向辐射功率、接收机灵敏度、累积分布函数、近水平面辐射功率、近水平面接收机灵敏度和有源方向图等性能指标。其中，用步骤13获得的位置一、位置二、位置三、……、位置N的位置信息和辐射功率校准值，确认所采用的任意一个拟合函数中的拟合常数(如公式1)，再通过所述拟合函数估算位于远场距离处功率信息。本申请将上述过程称为“中场幅度补偿算法”。

需要说明的是，公式1给出了一种最佳的拟合函数。但是，本申请的方案并非仅限定于使用公式1。本领域技术人员可以使用其他方式构建拟合函数，以实现沿径向插值的计算。

需要说明的是，本申请的方法可应用于整车天线有源性能指标测试，整车与天线作为一个整体，无需将天线单独拆分，无需获得天线辐射面上的相位信息。

图2（a）~（c）为本发明实施例提供的一种用于整车天线的有源性能测试方法的采样示意图，其中图2（a）表示半径d1的采样点位置，图2（b）表示半径d2的采样点位置，图2（c）表示半径d3的采样点位置。

例如通过控制***控制测试支架、测试天线在位置一遍历被测车辆的空间采样点，记录被测车辆的位置信息和功率信息。其中，位置一是指大于被测车辆最大外尺寸的某一位置。

通过控制***控制测试支架、测试天线在位置二遍历被测车辆的空间采样点，记录被测车辆的位置信息和功率信息。其中，位置二比位置一远离被测车辆。

通过控制***控制测试支架、测试天线在位置三遍历被测车辆的空间采样点，记录被测车辆的位置信息和功率信息。其中，位置三比位置二远离被测车辆。

通过控制***控制测试支架、测试天线在位置N遍历被测车辆的空间采样点，记录被测车辆的位置信息和功率信息。其中，位置N比位置N-1远离被测车辆，N的取值为大于等于3的整数。

通过位置一、位置二、位置三、……、位置N的位置信息和功率信息，经过偏心估计算法计算出被测车辆辐射天线的相位中心。参照图2（a）是在位置一距离整车物理中心距离为d1的前提下，在整车天线的辐射方向进行二维采样，采样点如图所示。图2（b）和是图2（c）是分别在位置二和位置三距离整车物理中心距离为d2和d3的采样示意图。

根据在以上测试点测量所得功率值，计算出的被测车辆辐射天线的相位中心，修正位置一、位置二、位置三、……、位置N的功率信息，再基于位置一、位置二、位置三、……、位置N的位置信息和功率信息经过中场幅度补偿算法计算出被测车辆在远场的等效全向辐射功率、接收机灵敏度、累积分布函数、近水平面辐射功率、近水平面接收机灵敏度、和有源方向图等性能指标。

图3为本发明实施例提供的一种用于整车天线的有源性能***装置。

本申请实施例还提出一种整车天线有源性能测试***，用于实现本申请第一方面任意一项实施例所述方法，所述测试***，包括：位于电波暗室26内的支架21、测试天线22、转台23、测试仪表24、射频切换箱25和控制***27，测试支架、转台、测试仪表均和控制***相连，测试仪表连接测试天线。

所述电波暗室，为全电波暗室或半电波暗室；电波暗室内壁分布的灰色三角形物表示吸波材料层。

所述转台，用于承载被测车辆，转台可用于垂直升降和沿方位角旋转。

所述支架，被配置为沿水平方向具有机动性，改变所述支架垂直位置和所述转台垂直位置之间的距离；所述支架顶端配合有所述测试天线，所述测试天线沿所述支架的弧形导轨移动，行程覆盖设定的俯仰角范围。

在本实施例中，测试支架21用来将测试天线放置于不同的测量位置，测试天线22用来对被测车辆的功率信息进行采集。其中测试支架21具备两个维度的自由度，首先可以沿着弧形导轨移动，行程覆盖0~120°俯仰角范围；其次可以沿着与转台中心的径向进行前后移动，满足如图2（a）~（c）所示的球面空间采样点。

测试支架和测试天线在距离被测车辆一定距离下的三个及以上不同位置进行功率信息采集。测试天线用来发送和接收信号，采用的极化方向包括单线极化、双线极化、单圆极化或者双圆极化，还包括通过增加衰减器、移相器构成任意极化方向；

转台23用于搭载被测车辆，用于调整被测设备预期的被测方向，行程覆盖0~360°方位角范围；

测试仪表24对测试信号进行测量分析，其中，仪表包括但不限于综测仪、信号发生器、频谱分析仪、矢量网络分析仪和功率计；

射频切换箱25支持信号放大、信号滤波、频率变换，并将信号处理后输出到仪表，其中射频箱切换箱包含但不限于放大器、低噪放、切换开关、合路器、滤波器和射频电缆以及变频设备；

电波暗室26用来屏蔽外在电磁信号，用来给被测车辆提供干净的电磁空间，包括全电波暗室和半电波暗室；电波暗室内壁分布的灰色三角形物表示吸波材料层。

控制***27通过控制测试支架、测试天线和测试仪表向被测物发射下行信号，或者接收来自被测物的上行信号，通过在距离被测物一定距离下的三个及以上不同位置获取的功率信号恢复整车天线在远场条件下的性能指标。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

因此，与所述控制***相关联，本申请还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请中任一实施例所述的方法。

进一步地，本申请还提出一种电子设备，作为所述控制***的一部分，或者关联于所述控制***，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本申请任一实施例所述的方法。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (RAM) 和/或非易失性内存等形式，如只读存储器 (ROM) 或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种整车天线有源性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据至少3个不同半径的球面上的测试点位置和测试功率值，得出被测车辆辐射天线的相位中心；相位中心是指整车天线所辐射出的电磁波等相位面的球心；

根据所述相位中心位置、测试点位置和测试功率值，计算以所述相位中心为圆心、以R_k为半径的N个球面上各点辐射功率校准值；

根据所述辐射功率校准值计算远场方向图，包括：根据所述N个球面上各点辐射功率校准值，以相位中心为原点沿径向插值计算远场值。

2.如权利要求1所述整车天线有源性能测试方法，其特征在于，

所述根据至少3个不同半径的球面上的测试点位置和测试功率值，得出被测车辆辐射天线的相位中心的步骤，进一步包含：

搜索相位中心位置，以假定的相位中心为原点沿径向插值，用任意两个球面上的点值求取第三个球面上的点值，直至第三个球面上的点值与测试值之间的差值小于设定误差。

3.如权利要求1所述整车天线有源性能测试方法，其特征在于，

根据N个球面上的测试辐射功率值，通过插值方式计算以所述相位中心为圆心、以R_k为半径的N个球面上各点辐射功率校准值。

4.如权利要求3所述整车天线有源性能测试方法，其特征在于，所述沿径向插值的方法为：

其中P为功率，x是与相位中心的距离，a、b、c为常数。

5.如权利要求1所述整车天线有源性能测试方法，其特征在于，

在每一个球面，测试点覆盖范围为俯仰角0~120º、方位角0~360º。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1~5中任一所述的方法。

7.一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1~5中任一所述的方法。

8.一种整车天线有源性能测试***，用于实现权利要求1~5任意一项所述方法，其特征在于，包括：位于电波暗室内的支架、测试天线、转台；

所述电波暗室，为全电波暗室或半电波暗室；

9.如权利要求8所述整车天线有源性能测试***，其特征在于，还包含控制***，

所述控制***通过控制所述支架、测试天线、转台运动，围绕被测车辆，沿半径为R_k（k=1~N，N≥3）的球面测试辐射功率。