CN113671270B - 一种基于数字开关的天线测试系统及方法 - Google Patents
一种基于数字开关的天线测试系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于数字开关的天线测试方法，本发明采用信号多通道调制，在信号发射端进行信号调制编码，通过待测天线多端口发射，在接收端进行信号解调解码，得到不同通道对应的幅度和相位信息，最后经过数据处理，得到多端口天线的测试结果，实现了多端口天线同时测试。该技术是以传统天线测试系统为基础，加入信号编码技术，大幅提高多端口天线的测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线测试方法，特别是一种基于数字开关的天线测试系统及方法，属于天线测量技术领域。
背景技术
天线测试是检验天线实际性能重要手段，已经成为了天线研制流程中十分重要且不可或缺的一个流程。随着天线的不断发展，对天线测试系统提出来更高的要求。如多端口多波束天线的问世，在很大程度上提高天线传输能力的同时，对天线测试提出了新的问题，多端口多波束天线通常以数个数十个喇叭作为馈源，加上反射器构成天线。在辐射特性测试时，需要对每一个端口进行测试，传统测试方法需要将每一个端口每次测试，与单端天线测试相比所需要时间长了数倍，在端口数达到一定数量时传统方法所需的测试时间长达数月，无法满足天线研制需求。
电子开关在测试系统中的出现缓解的这一矛盾，但是也引入了新的问题。如开关差损带来的动态范围下降，通道数量增多带来的探头位置与理想网格偏移。多通道接收机可以解决一部分这类天线的测试需求，但是只能解决天线接收模式的测试需求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于数字开关的天线测试系统及方法，采用码分信号源，产生正交码分调制的射频信号，不同码子的调制信号连接到不同待测天线端口，同时发射，在接收端接收机采集信号，通过对测试路与参考路的解调解码和比幅比相，分别得到天线每一个端口的测试数据，实现了多端口天线发射状态的同时测试。
本发明的技术解决方案是：
一种基于数字开关的天线测试系统，所述的天线测试系统包括码分信号源、收耦合器、隔离器、合路器、码分接收机、标准接收天线；
码分信号源包括码子生成模块1、码子生成模块2、……、码子生成模块N、基带生成模块1、基带生成模块2、……、基带生成模块N、射频调制模块1、射频调制模块2、……、射频调制模块N；
码子生成模块1用于产生码子信号C1，并将产生的码子信号C1输出给基带生成模块1；基带生成模块1用于接收码子生成模块1产生的码子信号C1，并根据接收到的码子信号C1产生基带信号B1，最后将产生的基带信号B1输出给射频调制模块1；射频调制模块1用于接收基带生成模块1产生的基带信号B1，并根据接收到的基带信号B1产生射频信号F1，最后将产生的产生射频信号F1输出给耦合器1；耦合器1用于接收射频调制模块1产生的射频信号F1，并根据接收到的射频信号F1产生对应频率的信号路信号A1和同频同码的参考路信号R1，最后将产生的对应频率的信号路信号A1输出给待测天线端口1，将产生的同频同码的参考路信号R1输出给隔离器1；隔离器1用于接收耦合器1输出的信号路信号A1，并对接收到的信号路信号A1进行隔离后输出隔离后的信号路信号A1给合路器；待测天线端口1用于接收耦合器1产生的信号路信号A1，并将接收的信号路信号A1发送给标准接收天线；
射频信号F1的射频频率应满足待测天线频段要求；
耦合器1工作频率应该覆盖待测天线频率要求，耦合度不做要求；
码子生成模块2用于产生码子信号C2，并将产生的码子信号C2输出给基带生成模块2；基带生成模块2用于接收码子生成模块2产生的码子信号C2，并根据接收到的码子信号C2产生基带信号B2，最后将产生的基带信号B2输出给射频调制模块2；射频调制模块2用于接收基带生成模块2产生的基带信号B2，并根据接收到的基带信号B2产生射频信号F2，最后将产生的产生射频信号F2输出给耦合器2；耦合器2用于接收射频调制模块2产生的射频信号F2，并根据接收到的射频信号F2产生对应频率的信号路信号A2和同频同码的参考路信号R2，最后将产生的对应频率的信号路信号A2输出给待测天线端口2，将产生的同频同码的参考路信号R2输出给隔离器2；隔离器2用于接收耦合器2输出的信号路信号A2，并对接收到的信号路信号A2进行隔离后输出隔离后的信号路信号A2给合路器；待测天线端口2用于接收耦合器2产生的信号路信号A2，并将接收的信号路信号A2发送给标准接收天线；
射频信号F2的射频频率应满足待测天线频段要求；
耦合器2工作频率应该覆盖待测天线频率要求，耦合度不做要求；
……
码子生成模块N用于产生码子信号CN，并将产生的码子信号CN输出给基带生成模块N；基带生成模块N用于接收码子生成模块N产生的码子信号CN，并根据接收到的码子信号CN产生基带信号BN，最后将产生的基带信号BN输出给射频调制模块N；射频调制模块N用于接收基带生成模块N产生的基带信号BN，并根据接收到的基带信号BN产生射频信号FN，最后将产生的产生射频信号FN输出给耦合器N；耦合器N用于接收射频调制模块N产生的射频信号FN，并根据接收到的射频信号FN产生对应频率的信号路信号AN和同频同码的参考路信号RN，最后将产生的对应频率的信号路信号AN输出给待测天线端口N，将产生的同频同码的参考路信号RN输出给隔离器N；隔离器N用于接收耦合器N输出的信号路信号AN，并对接收到的信号路信号AN进行隔离后输出隔离后的信号路信号AN给合路器；待测天线端口N用于接收耦合器N产生的信号路信号AN，并将接收的信号路信号AN发送给标准接收天线；
射频信号FN的射频频率应满足待测天线频段要求；
耦合器N工作频率应该覆盖待测天线频率要求，耦合度不做要求；
码子信号C1、码子信号C2、……、码子信号CN相互正交，码子信号C1、码子信号C2、……、码子信号CN为Walsh码、Golden码等多种通信常用正交码子；
合路器用于接收隔离器1输出的参考路信号R1、隔离器2输出的参考路信号R2、……、隔离器N输出的参考路信号RN，并将接收到的参考路信号R1、参考路信号R2、……、参考路信号RN合成一路，产生参考路合成信号R并输出给码分接收机中的下变频模块1；
合路器的工作频率应该覆盖待测天线频率要求；
标准接收天线用于接收信号路信号A1、信号路信号A2、……、信号路信号AN，并将接收到的信号路信号A1、信号路信号A2、……、信号路信号AN合成一路信号路信号A输出给下变频模块2；
耦合器、隔离器、合路器可以分离在码分信号源外，也可集成在内，作为一体化设计；
码分接收机包括下变频模块1、下变频模块2、模数转换模块1、模数转换模块2、解调模块1、解调模块2、数据处理模块；
下变频模块1用于接收合路器输出的参考路合成信号R，并将接收到的参考路合成信号R进行下变频后输出下变频后的信号RL给模数转换模块1；模数转换模块1用于接收下变频模块1输出的下变频后的信号RL，并将接收到的下变频后的信号RL进行模数转换后输出参考路数字信号RD给解调模块1；解调模块1用于接收模数转换模块1输出的参考路数字信号RD，并对接收到的参考路数字信号RD进行解调后输出参考路信号Ref1、Ref2、……、RefN给数据处理模块；
下变频模块2用于接收标准接收天线输出的信号路信号A，并将接收到的信号路信号A进行下变频后输出下变频后的信号AL给模数转换模块2；模数转换模块2用于接收下变频模块2输出的下变频后的信号AL，并将接收到的下变频后的信号AL进行模数转换后输出参考路数字信号AD给解调模块2；解调模块2用于接收模数转换模块2输出的参考路数字信号AD，并对接收到的参考路数字信号AD进行解调后输出测试路信号S1、S2……SN送入数据处理模块；
数据处理模块将接解调模块1输出的参考路信号Ref1、Ref2、……、RefN和解调模块2输出的信号路信号S1、S2……SN。数据处理模块对S1与Ref1进行比幅比相处理，得到待测天线端口1对应的方向图幅度与相位信息。数据处理模块对S2与Ref2进行比幅比相处理，得到待测天线端口2对应的方向图幅度与相位信息。……数据处理模块对SN与RefN进行比幅比相处理，得到待测天线端口N对应的方向图幅度与相位信息。
机械设备：对应不同天线测试场地，如远场、紧缩场、平面近场、柱面近场、球面近场，支撑待测天线与标准接收天线，并使待测天线与标准接收天线按照要求进行相互位置移动的设备，远场、紧缩场、球面近场对应球面点集相对位置，平面近场对应平面点集相对位置，柱面近场对应柱面点集相对位置。
一种基于数字开关的天线测试方法，步骤如下：
(1)按照天线测试方法将待测天线进行安装，场地校准；对于远场，待测天线与标准接收天线架设在对应机械设备上，二者距离大于D，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的球面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
d1--待测天线口径大小
d2--标准接收天线口径大小
λ--测试频率内最高频率对应的波长
对于紧缩场，待测天线与标准接收天线架设在对应机械设备上，待测天线要处于紧缩场静区内，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的球面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
对于平面近场，待测天线与标准接收天线放置对应机械设备上，待测天线与标准接收天线距离介于3λ～D之间，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的平面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
对于柱面近场，待测天线与标准接收天线放置对应机械设备上，待测天线与标准接收天线距离介于3λ～D之间，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的平面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
对于球面近场，待测天线与标准接收天线放置对应机械设备上，待测天线与标准接收天线距离介于3λ～D之间，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的球面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
(2)按照本方法要求进行链路搭建，码分接收机与耦合器相连，耦合器输出的信号路与待测天线多个对应端口相连。耦合器输出的参考路与隔离器相连，隔离器输出的信号路信号与合路器相连，合路器输出的参考路信号与码分接收机的参考路相连。待测天线发射的信号通过空间传输到标准接收天线处，通过标准接收天线进行接收，然手输送给码分接收机的信号路。
(3)设置码分信号源参数，如正交码子类型、码长、码子数量、射频频率等参数。以Walsh码为例，由码子生成模块1、2、N生成互相正交的Walsh码子C1、C2……CN。对应码子信息进入对应的基带生成模块产生对应的基带信号B1、B2……BN。
式中i——通道编号。
Ci(t)——第i路Walsh码。
A——基带信号幅度，为常数
——基带信号相位，随时间周期变化
Bi(t)——基带信号
w0——基带信号角频率
基带信号B1、B2……BN进入射频调制模块，调制为测试对应的射频频率并输出射频信号F1、F2……FN。
式中i——通道编号。
Ci(t)——第i路Walsh码。
A′i——被调制信号幅度
——调制信号相位，随时间周期变化
Fi(t)——调制后射频信号
HF——高通滤波
wt+φi——调制后信号相位，随时间周期变化
w1——被调制信号角频率
w——调制后信号角频率，w＝w0+w1
(4)设定机械装置扫描范围、测试距离，进行机械运动同时进行信号源发射，调制后的射频信号通过耦合器分为测试信号F1、F2……FN，参考路R1、R2……RN。射频信号经过待测天线发射，通过空间传输然后被标准接收天线接收，得到信号路信号A，进入码分接收机。参考路信号经过合路器合成为参考路信号R，进入码分接收机。
ami——由待测天线性质附加的幅度值
phi——由待测天线性质附加的相位值
(5)接收到测试信号A和参考信号R之后进行下变频，模数转换，解调，分离出对应不同待测天线端口的信号。
进行下变频低通处理：
LF——低通滤波
——下变频时引入的相移常数
模数转换仅仅改变信号形式，不改变信号本身，然后通过解调进行信号解调，利用码子正交性质可分离出各路信号：
Ciam——所选码子相关解调后的常数
解调后的信号在接收机数据处理模块中进行对应数据的比幅比相处理，得到待测天线对应端口对应的幅度和相位信息。
式中
Ami——待测天线第i路端口对应的幅度信息
Phi——待测天线第i路端口对应的相位信息
(6)重复上述(3)～(5)完成所有对应机械位置的幅度相位信息。根据所得到的每一个端口的数据，利用数据处理得到不同端口的远场方向图，完成测试。若采用平面、柱面、球面测试，其中的近远场变换为天线测试中的标准公开技术，这里不再赘述。若采用远场和紧缩场，直接测试得到远场方向图。
多端口天线工作在发射状态，与码分信号源相连，，码分源的发射通道隔离度应大于等于100dB。
码分源产生多路正交码编码扩频调制的射频信号，扩频调制码子码长应大于等于32阶。
码分源的多路信号的每一路需要分出一路进行合成形成包含所有码子信号的参考路射频信号，且参考路每一路都接入隔离器，隔离器反向隔离度要求30dB以上。
码分接收机可以同时接收参考路和信号路进行处理，根据已知各路的正交码进行相关解调，区分不同码子对应信号的幅度和相位。并进行对应码子的测试路与参考路的比幅比相，得到所求的幅度相位值
一种基于数字开关的天线测试方法，步骤如下：
(1)按照天线测试方法将待测天线进行安装，场地校准；对于远场，待测天线与标准接收天线架设在对应机械设备上，二者距离大于D，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的球面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
d1--待测天线口径大小
d2--标准接收天线口径大小
λ--测试频率内最高频率对应的波长
对于紧缩场，待测天线与标准接收天线架设在对应机械设备上，待测天线要处于紧缩场静区内，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的球面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
对于平面近场，待测天线与标准接收天线放置对应机械设备上，待测天线与标准接收天线距离介于3λ～D之间，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的平面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
对于柱面近场，待测天线与标准接收天线放置对应机械设备上，待测天线与标准接收天线距离介于3λ～D之间，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的平面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
对于球面近场，待测天线与标准接收天线放置对应机械设备上，待测天线与标准接收天线距离介于3λ～D之间，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的球面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
(2)按照本方法要求进行链路搭建，码分接收机与耦合器相连，耦合器输出的信号路与待测天线多个对应端口相连。耦合器输出的参考路与隔离器相连，隔离器输出的信号路信号与合路器相连，合路器输出的参考路信号与码分接收机的参考路相连。待测天线发射的信号通过空间传输到标准接收天线处，通过标准接收天线进行接收，然手输送给码分接收机的信号路。
(3)设置码分信号源参数，如正交码子类型、码长、码子数量、射频频率等参数。以Walsh码为例，由码子生成模块1、2、N生成互相正交的Walsh码子C1、C2……CN。对应码子信息进入对应的基带生成模块产生对应的基带信号B1、B2……BN。
式中i——通道编号。
Ci(t)——第i路Walsh码。
A——基带信号幅度，为常数
——基带信号相位，随时间周期变化
Bi(t)——基带信号
w0——基带信号角频率
基带信号B1、B2……BN进入射频调制模块，调制为测试对应的射频频率并输出射频信号F1、F2……FN。
式中i——通道编号。
Ci(t)——第i路Walsh码。
A′i——被调制信号幅度
——调制信号相位，随时间周期变化
Fi(t)——调制后射频信号
HF——高通滤波
wt+φi——调制后信号相位，随时间周期变化
w1——被调制信号角频率
w——调制后信号角频率，w＝w0+w1
(4)设定机械装置扫描范围、测试距离，进行机械运动同时进行信号源发射，调制后的射频信号通过耦合器分为测试信号F1、F2……FN，参考路R1、R2……RN。射频信号经过待测天线发射，通过空间传输然后被标准接收天线接收，得到信号路信号A，进入码分接收机。参考路信号经过合路器合成为参考路信号R，进入码分接收机。
ami——由待测天线性质附加的幅度值
phi——由待测天线性质附加的相位值
(5)接收到测试信号A和参考信号R之后进行下变频，模数转换，解调，分离出对应不同待测天线端口的信号。
进行下变频低通处理：
LF——低通滤波
——下变频时引入的相移常数
模数转换仅仅改变信号形式，不改变信号本身，然后通过解调进行信号解调，利用码子正交性质可分离出各路信号：
Ciam——所选码子相关解调后的常数
解调后的信号在接收机数据处理模块中进行对应数据的比幅比相处理，得到待测天线对应端口对应的幅度和相位信息。
式中
Ami——待测天线第i路端口对应的幅度信息
Phi——待测天线第i路端口对应的相位信息
(6)重复上述(3)～(5)完成所有对应机械位置的幅度相位信息。根据所得到的每一个端口的数据，利用数据处理得到不同端口的远场方向图，完成测试。若采用平面、柱面、球面测试，其中的近远场变换为天线测试中的标准公开技术，这里不再赘述。若采用远场和紧缩场，直接测试得到远场方向图。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明采用了码分调制技术实现了多端口天线同时发射并且同时接收，而且分离出不同端口各自的测试信息，大幅提高了测试效率。
(2)本发明与传统开关分时切换相比，没有了传统开关分时切换所带来的时间问题与由于开关差损带来的动态范围下降问题。
(3)本发明与多通道接收机测试方法相比，用于多端口多波束天线的发射模式。弥补了多通道接收机测试方法的不足。
(4)一种基于数字开关的天线测试方法，本发明采用信号多通道调制，在信号发射端进行信号调制编码，通过待测天线多端口发射，在接收端进行信号解调解码，得到不同通道对应的幅度和相位信息，最后经过数据处理，得到多端口天线的测试结果，实现了多端口天线同时测试。该技术是以传统天线测试系统为基础，加入信号编码技术，大幅提高多端口天线的测试效率。
附图说明
图1为本发明的系统组成示意图；
图2为未加码子的情况下方向图干扰结果数据；
图3为正交码情况下的方向图测试结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明天线做详细的说明，具体如下：
一、系统核心组成
一种基于数字开关的天线测试系统，所述的天线测试系统包括码分信号源、收耦合器、隔离器、合路器、码分接收机、标准接收天线；
码分信号源包括码子生成模块1、码子生成模块2、……、码子生成模块N、基带生成模块1、基带生成模块2、……、基带生成模块N、射频调制模块1、射频调制模块2、……、射频调制模块N；
码子生成模块1用于产生码子信号C1，并将产生的码子信号C1输出给基带生成模块1；基带生成模块1用于接收码子生成模块1产生的码子信号C1，并根据接收到的码子信号C1产生基带信号B1，最后将产生的基带信号B1输出给射频调制模块1；射频调制模块1用于接收基带生成模块1产生的基带信号B1，并根据接收到的基带信号B1产生射频信号F1，最后将产生的产生射频信号F1输出给耦合器1；耦合器1用于接收射频调制模块1产生的射频信号F1，并根据接收到的射频信号F1产生对应频率的信号路信号A1和同频同码的参考路信号R1，最后将产生的对应频率的信号路信号A1输出给待测天线端口1，将产生的同频同码的参考路信号R1输出给隔离器1；隔离器1用于接收耦合器1输出的信号路信号A1，并对接收到的信号路信号A1进行隔离后输出隔离后的信号路信号A1给合路器；待测天线端口1用于接收耦合器1产生的信号路信号A1，并将接收的信号路信号A1发送给标准接收天线；
射频信号F1的射频频率应满足待测天线频段要求；
耦合器1工作频率应该覆盖待测天线频率要求，耦合度不做要求；
码子生成模块2用于产生码子信号C2，并将产生的码子信号C2输出给基带生成模块2；基带生成模块2用于接收码子生成模块2产生的码子信号C2，并根据接收到的码子信号C2产生基带信号B2，最后将产生的基带信号B2输出给射频调制模块2；射频调制模块2用于接收基带生成模块2产生的基带信号B2，并根据接收到的基带信号B2产生射频信号F2，最后将产生的产生射频信号F2输出给耦合器2；耦合器2用于接收射频调制模块2产生的射频信号F2，并根据接收到的射频信号F2产生对应频率的信号路信号A2和同频同码的参考路信号R2，最后将产生的对应频率的信号路信号A2输出给待测天线端口2，将产生的同频同码的参考路信号R2输出给隔离器2；隔离器2用于接收耦合器2输出的信号路信号A2，并对接收到的信号路信号A2进行隔离后输出隔离后的信号路信号A2给合路器；待测天线端口2用于接收耦合器2产生的信号路信号A2，并将接收的信号路信号A2发送给标准接收天线；
射频信号F2的射频频率应满足待测天线频段要求；
耦合器2工作频率应该覆盖待测天线频率要求，耦合度不做要求；
……
码子生成模块N用于产生码子信号CN，并将产生的码子信号CN输出给基带生成模块N；基带生成模块N用于接收码子生成模块N产生的码子信号CN，并根据接收到的码子信号CN产生基带信号BN，最后将产生的基带信号BN输出给射频调制模块N；射频调制模块N用于接收基带生成模块N产生的基带信号BN，并根据接收到的基带信号BN产生射频信号FN，最后将产生的产生射频信号FN输出给耦合器N；耦合器N用于接收射频调制模块N产生的射频信号FN，并根据接收到的射频信号FN产生对应频率的信号路信号AN和同频同码的参考路信号RN，最后将产生的对应频率的信号路信号AN输出给待测天线端口N，将产生的同频同码的参考路信号RN输出给隔离器N；隔离器N用于接收耦合器N输出的信号路信号AN，并对接收到的信号路信号AN进行隔离后输出隔离后的信号路信号AN给合路器；待测天线端口N用于接收耦合器N产生的信号路信号AN，并将接收的信号路信号AN发送给标准接收天线；
射频信号FN的射频频率应满足待测天线频段要求；
耦合器N工作频率应该覆盖待测天线频率要求，耦合度不做要求；
码子信号C1、码子信号C2、……、码子信号CN相互正交，码子信号C1、码子信号C2、……、码子信号CN为Walsh码、Golden码等多种通信常用正交码子；
合路器用于接收隔离器1输出的参考路信号R1、隔离器2输出的参考路信号R2、……、隔离器N输出的参考路信号RN，并将接收到的参考路信号R1、参考路信号R2、……、参考路信号RN合成一路，产生参考路合成信号R并输出给码分接收机中的下变频模块1；
合路器的工作频率应该覆盖待测天线频率要求；
标准接收天线用于接收信号路信号A1、信号路信号A2、……、信号路信号AN，并将接收到的信号路信号A1、信号路信号A2、……、信号路信号AN合成一路信号路信号A输出给下变频模块2；
耦合器、隔离器、合路器可以分离在码分信号源外，也可集成在内，作为一体化设计；
码分接收机包括下变频模块1、下变频模块2、模数转换模块1、模数转换模块2、解调模块1、解调模块2、数据处理模块；
下变频模块1用于接收合路器输出的参考路合成信号R，并将接收到的参考路合成信号R进行下变频后输出下变频后的信号RL给模数转换模块1；模数转换模块1用于接收下变频模块1输出的下变频后的信号RL，并将接收到的下变频后的信号RL进行模数转换后输出参考路数字信号RD给解调模块1；解调模块1用于接收模数转换模块1输出的参考路数字信号RD，并对接收到的参考路数字信号RD进行解调后输出参考路信号Ref1、Ref2、……、RefN给数据处理模块；
下变频模块2用于接收标准接收天线输出的信号路信号A，并将接收到的信号路信号A进行下变频后输出下变频后的信号AL给模数转换模块2；模数转换模块2用于接收下变频模块2输出的下变频后的信号AL，并将接收到的下变频后的信号AL进行模数转换后输出参考路数字信号AD给解调模块2；解调模块2用于接收模数转换模块2输出的参考路数字信号AD，并对接收到的参考路数字信号AD进行解调后输出测试路信号S1、S2……SN送入数据处理模块；
数据处理模块将接解调模块1输出的参考路信号Ref1、Ref2、……、RefN和解调模块2输出的信号路信号S1、S2……SN。数据处理模块对S1与Ref1进行比幅比相处理，得到待测天线端口1对应的方向图幅度与相位信息。数据处理模块对S2与Ref2进行比幅比相处理，得到待测天线端口2对应的方向图幅度与相位信息。……数据处理模块对SN与RefN进行比幅比相处理，得到待测天线端口N对应的方向图幅度与相位信息。
机械设备：对应不同天线测试场地，如远场、紧缩场、平面近场、柱面近场、球面近场，支撑待测天线与标准接收天线，并使待测天线与标准接收天线按照要求进行相互位置移动的设备，远场、紧缩场、球面近场对应球面点集相对位置，平面近场对应平面点集相对位置，柱面近场对应柱面点集相对位置。
二、详细步骤(1)按照天线测试方法将待测天线进行安装，场地校准；对于远场，待测天线与标准接收天线架设在对应机械设备上，二者距离大于D，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的球面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
d1--待测天线口径大小
d2--标准接收天线口径大小
λ--测试频率内最高频率对应的波长
对于紧缩场，待测天线与标准接收天线架设在对应机械设备上，待测天线要处于紧缩场静区内，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的球面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
对于平面近场，待测天线与标准接收天线放置对应机械设备上，待测天线与标准接收天线距离介于3λ～D之间，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的平面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
对于柱面近场，待测天线与标准接收天线放置对应机械设备上，待测天线与标准接收天线距离介于3λ～D之间，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的平面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
对于球面近场，待测天线与标准接收天线放置对应机械设备上，待测天线与标准接收天线距离介于3λ～D之间，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的球面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定。
(2)按照本方法要求进行链路搭建，码分接收机与耦合器相连，耦合器输出的信号路与待测天线多个对应端口相连。耦合器输出的参考路与隔离器相连，隔离器输出的信号路信号与合路器相连，合路器输出的参考路信号与码分接收机的参考路相连。待测天线发射的信号通过空间传输到标准接收天线处，通过标准接收天线进行接收，然手输送给码分接收机的信号路。
(3)设置码分信号源参数，如正交码子类型、码长、码子数量、射频频率等参数。以Walsh码为例，由码子生成模块1、2、N生成互相正交的Walsh码子C1、C2……CN。对应码子信息进入对应的基带生成模块产生对应的基带信号B1、B2……BN。
式中i——通道编号。
Ci(t)——第i路Walsh码。
A——基带信号幅度，为常数
——基带信号相位，随时间周期变化
Bi(t)——基带信号
w0——基带信号角频率
基带信号B1、B2……BN进入射频调制模块，调制为测试对应的射频频率并输出射频信号F1、F2……FN。
式中i——通道编号。
Ci(t)——第i路Walsh码。
A′i——被调制信号幅度
——调制信号相位，随时间周期变化
Fi(t)——调制后射频信号
HF——高通滤波
wt+φi——调制后信号相位，随时间周期变化
w1——被调制信号角频率
w——调制后信号角频率，w＝w0+w1
(4)设定机械装置扫描范围、测试距离，进行机械运动同时进行信号源发射，调制后的射频信号通过耦合器分为测试信号F1、F2……FN，参考路R1、R2……RN。射频信号经过待测天线发射，通过空间传输然后被标准接收天线接收，得到信号路信号A，进入码分接收机。参考路信号经过合路器合成为参考路信号R，进入码分接收机。
ami——由待测天线性质附加的幅度值
phi——由待测天线性质附加的相位值
(5)接收到测试信号A和参考信号R之后进行下变频，模数转换，解调，分离出对应不同待测天线端口的信号。
进行下变频低通处理：
LF——低通滤波
——下变频时引入的相移常数
模数转换仅仅改变信号形式，不改变信号本身，然后通过解调进行信号解调，利用码子正交性质可分离出各路信号：
Ciam——所选码子相关解调后的常数
解调后的信号在接收机数据处理模块中进行对应数据的比幅比相处理，得到待测天线对应端口对应的幅度和相位信息。
式中
Ami——待测天线第i路端口对应的幅度信息
Phi——待测天线第i路端口对应的相位信息
(6)重复上述(3)～(5)完成所有对应机械位置的幅度相位信息。根据所得到的每一个端口的数据，利用数据处理得到不同端口的远场方向图，完成测试。若采用平面、柱面、球面测试，其中的近远场变换为天线测试中的标准公开技术，这里不再赘述。若采用远场和紧缩场，直接测试得到远场方向图。
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。
将两端口的待测天线架设在近场扫描区域中。按照本专利方法搭建链路，进行天线两个端口的同时测试，如图2所示为未采用本方法所得的测试结果，两路信号完全叠加在一起，无法区分，无法同时得到正确的测试结果。如图3所示为采用本方法后两个端口同时测试所取得结果，可以看出，采用本方法的同时测试结果与天线单独测试的结果完全一致，验证了本方法的有效性。
Claims (10)
1.一种基于数字开关的天线测试系统，其特征在于：所述的天线测试系统包括码分信号源、收耦合器、隔离器、合路器、码分接收机、标准接收天线；
码分信号源包括码子生成模块、基带生成模块、射频调制模块；
码子生成模块用于产生码子信号，并将产生的码子信号输出给基带生成模块；基带生成模块根据接收到的码子信号产生基带信号，最后将产生的基带信号输出给射频调制模块，射频调制模块根据接收到的基带信号产生射频信号，最后将产生的产生射频信号输出给耦合器，耦合器根据接收到的射频信号产生对应频率的信号路信号和同频同码的参考路信号，最后将产生的对应频率的信号路信号输出给待测天线端口，将产生的同频同码的参考路信号输出给隔离器；隔离器对接收到的参考路信号进行隔离后输出隔离后的参考路信号给合路器；待测天线端口将接收的信号路信号发送给标准接收天线；
合路器将接收到的参考路信号合成信号R并输出给码分接收机中的下变频模块1；
标准接收天线将接收到的信号路信号合成一路信号路信号A输出给下变频模块2；
码分接收机包括下变频模块1、下变频模块2、模数转换模块1、模数转换模块2、解调模块1、解调模块2、数据处理模块；
下变频模块1用于接收合路器输出的参考路合成信号R，并将接收到的参考路合成信号R进行下变频后输出下变频后的信号RL给模数转换模块1；模数转换模块1用于接收下变频模块1输出的下变频后的信号RL，并将接收到的下变频后的信号RL进行模数转换后输出参考路数字信号RD给解调模块1；解调模块1用于接收模数转换模块1输出的参考路数字信号RD，并对接收到的参考路数字信号RD进行解调后输出参考路信号给数据处理模块；
下变频模块2用于接收标准接收天线输出的信号路信号A，并将接收到的信号路信号A进行下变频后输出下变频后的信号AL给模数转换模块2；模数转换模块2用于接收下变频模块2输出的下变频后的信号AL，并将接收到的下变频后的信号AL进行模数转换后输出信号路数字信号AD给解调模块2；解调模块2用于接收模数转换模块2输出的信号路数字信号AD，并对接收到的信号路数字信号AD进行解调后输出测试路信号送入数据处理模块；
数据处理模块将接解调模块1输出的参考路信号和解调模块2输出的信号路信号，数据处理模块对接收到的数据进行比幅比相处理，得到待测天线端口对应的方向图幅度与相位信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字开关的天线测试系统，其特征在于：
码分信号源包括码子生成模块1、码子生成模块2、……、码子生成模块N、基带生成模块1、基带生成模块2、……、基带生成模块N、射频调制模块1、射频调制模块2、……、射频调制模块N；
码子生成模块1用于产生码子信号C1，并将产生的码子信号C1输出给基带生成模块1；基带生成模块1用于接收码子生成模块1产生的码子信号C1，并根据接收到的码子信号C1产生基带信号B1，最后将产生的基带信号B1输出给射频调制模块1；射频调制模块1用于接收基带生成模块1产生的基带信号B1，并根据接收到的基带信号B1产生射频信号F1，最后将产生的产生射频信号F1输出给耦合器1；耦合器1用于接收射频调制模块1产生的射频信号F1，并根据接收到的射频信号F1产生对应频率的信号路信号A1和同频同码的参考路信号R1，最后将产生的对应频率的信号路信号A1输出给待测天线端口1，将产生的同频同码的参考路信号R1输出给隔离器1；隔离器1用于接收耦合器1输出的参考路信号R1，并对接收到的参考路信号R1进行隔离后输出隔离后的参考路信号R1给合路器；待测天线端口1用于接收耦合器1产生的信号路信号A1，并将接收的信号路信号A1发送给标准接收天线；
码子生成模块2用于产生码子信号C2，并将产生的码子信号C2输出给基带生成模块2；基带生成模块2用于接收码子生成模块2产生的码子信号C2，并根据接收到的码子信号C2产生基带信号B2，最后将产生的基带信号B2输出给射频调制模块2；射频调制模块2用于接收基带生成模块2产生的基带信号B2，并根据接收到的基带信号B2产生射频信号F2，最后将产生的产生射频信号F2输出给耦合器2；耦合器2用于接收射频调制模块2产生的射频信号F2，并根据接收到的射频信号F2产生对应频率的信号路信号A2和同频同码的参考路信号R2，最后将产生的对应频率的信号路信号A2输出给待测天线端口2，将产生的同频同码的参考路信号R2输出给隔离器2；隔离器2用于接收耦合器2输出的参考路信号R2，并对接收到的参考路信号R2进行隔离后输出隔离后的参考路信号R2给合路器；待测天线端口2用于接收耦合器2产生的信号路信号A2，并将接收的信号路信号A2发送给标准接收天线；
……
码子生成模块N用于产生码子信号CN，并将产生的码子信号CN输出给基带生成模块N；基带生成模块N用于接收码子生成模块N产生的码子信号CN，并根据接收到的码子信号CN产生基带信号BN，最后将产生的基带信号BN输出给射频调制模块N；射频调制模块N用于接收基带生成模块N产生的基带信号BN，并根据接收到的基带信号BN产生射频信号FN，最后将产生的产生射频信号FN输出给耦合器N；耦合器N用于接收射频调制模块N产生的射频信号FN，并根据接收到的射频信号FN产生对应频率的信号路信号AN和同频同码的参考路信号RN，最后将产生的对应频率的信号路信号AN输出给待测天线端口N，将产生的同频同码的参考路信号RN输出给隔离器N；隔离器N用于接收耦合器N输出的参考路信号RN，并对接收到的参考路信号RN进行隔离后输出隔离后的参考路信号RN给合路器；待测天线端口N用于接收耦合器N产生的信号路信号AN，并将接收的信号路信号AN发送给标准接收天线。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字开关的天线测试系统，其特征在于：
射频信号F1、2、N的射频频率应满足待测天线频段要求；
耦合器1、2、N工作频率应该覆盖待测天线频率要求，耦合度不做要求；
合路器的工作频率应该覆盖待测天线频率要求；
码子信号C1、码子信号C2、……、码子信号CN相互正交，码子信号C1、码子信号C2、……、码子信号CN为Walsh码、Golden码通信常用正交码。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字开关的天线测试系统，其特征在于：
该天线测试系统对应不同天线测试场地，远场、紧缩场、平面近场、柱面近场、球面近场，支撑待测天线与标准接收天线，并使待测天线与标准接收天线按照要求进行相互位置移动的设备，远场、紧缩场、球面近场对应球面点集相对位置，平面近场对应平面点集相对位置，柱面近场对应柱面点集相对位置。
5.一种基于数字开关的天线测试方法，其特征在于，步骤如下：
(1)安装待测天线并进行场地校准；
(2)设置码分信号源参数，根据码子生成模块1、2……N生成互相正交的Walsh码子C1、C2……CN，对应码子信息进入对应的基带生成模块产生对应的基带信号B1、B2……BN，基带信号B1、B2……BN进入射频调制模块，调制为测试对应的射频频率并输出射频信号F1、F2……FN；
(3)调制模块调制后的射频信号通过耦合器分为测试信号F1、F2……FN，参考路R1、R2……RN，射频信号经过待测天线发射，通过空间传输然后被标准接收天线接收，得到信号路信号A，进入码分接收机，参考路信号经过合路器合成为参考路信号R，进入码分接收机；
(4)接收到测试信号A和参考信号R之后依次进行下变频、模数转换、解调、分离出对应不同待测天线端口的信号，解调后的信号在接收机数据处理模块中进行对应数据的比幅比相处理，得到待测天线对应端口对应的幅度和相位信息。
6.根据权利要求5所述的一种基于数字开关的天线测试方法，其特征在于：
步骤(1)中，对于紧缩场，待测天线与标准接收天线架设在对应机械设备上，待测天线要处于紧缩场静区内，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的球面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定；
对于平面近场，待测天线与标准接收天线放置对应机械设备上，待测天线与标准接收天线距离介于3λ～D之间，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的平面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定；
对于柱面近场，待测天线与标准接收天线放置对应机械设备上，待测天线与标准接收天线距离介于3λ～D之间，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的平面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定；
对于球面近场，待测天线与标准接收天线放置对应机械设备上，待测天线与标准接收天线距离介于3λ～D之间，并在测试中完成标准接收天线绕待测天线的球面扫描运动，扫描范围与间隔根据待测天线要求确定；
进行校准时待测天线与标准接收天线的距离D通过如下公式进行确定：
d1--待测天线口径大小；
d2--标准接收天线口径大小；
λ--测试频率内最高频率对应的波长。
7.根据权利要求5所述的一种基于数字开关的天线测试方法，其特征在于：
步骤(2)中，产生对应的基带信号B1、B2……BN通过如下公式确定：
式中i——通道编号；
Ci(t)——第i路Walsh码；
A——基带信号幅度，为常数；
——基带信号相位，随时间周期变化；
Bi(t)——基带信号；
w0——基带信号角频率。
8.根据权利要求7所述的一种基于数字开关的天线测试方法，其特征在于：
步骤(2)中，调制为测试对应的射频频率并输出射频信号F1、F2……FN通过如下公式确定：
式中i——通道编号；
A——基带信号幅度，为常数；
Ci(t)——第i路Walsh码；
A′i——被调制信号幅度；
——调制信号相位，随时间周期变化；
Fi(t)——调制后射频信号；
HF——高通滤波；
wt+φi——调制后信号相位，随时间周期变化；
w1——被调制信号角频率；
w——调制后信号角频率，w＝w0+w1。
9.根据权利要求8所述的一种基于数字开关的天线测试方法，其特征在于：
步骤(3)中，
ami——由待测天线性质附加的幅度值；
phi——由待测天线性质附加的相位值；
步骤(4)中，进行下变频低通处理方法为：
AL为测试信号A下变频后的信号；
RL为参考信号R下变频后的信号；
LF——低通滤波
——下变频时引入的相移常数
模数转换仅仅改变信号形式，不改变信号本身，然后通过解调进行信号解调，利用码子正交性质可分离出各路信号：
Ciam——所选码子相关解调后的常数；
AD——测试信号A经过下变频为AL后经过模数转换的数字信号；
Si——经过码子正交性分离出来的第i路码子所对应的测试信号；
RD——参考信号R经过下变频为RL后经过模数转换的数字信号；
Refi——经过码子正交性分离出来的第i路码子所对应的参考信号。
10.根据权利要求9所述的一种基于数字开关的天线测试方法，其特征在于：
步骤(4)中，进行比幅比相处理通过如下公式确定：
式中
Ami——待测天线第i路端口对应的幅度信息；
Phi——待测天线第i路端口对应的相位信息。
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| 陈萍 等.《现代通信实验系统的计算机仿真》.国防工业出版社,2003,(第ISBN 7-118-03064-3版),第176-177页. * |
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| CN113671270A (zh) | 2021-11-19 |
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