本发明专利技术公开了一种多探头紧缩场天线测试系统和生成方法，包括天线阵列面板，天线辐射单元，波束赋形网络，极化控制转台，被测天线，测试仪表，多轴转台和控制模块；该测试系统采用一维，二维和三维均匀与非均匀对称分布阵列，通过映射函数对天线辐射单元的数量和位置进行优化，波束赋形网络对阵各单元的幅度和相位进行优化加权，使各阵元辐射的球面波互相叠加合成平面波，在近距离处生成高质量的平面波，实现各种设备的近场测量，尤其是5G通信的基站天线测试。
【技术实现步骤摘要】
一种多探头紧缩场天线测试系统和生成方法
本专利技术属于电磁场与微波
，特别是涉及一种多探头紧缩场天线测试系统。
技术介绍
随着5G移动通信标准的发布和推进，大规模有源天线阵列技术作为5G移动通信技术的关键技术之一，受到了业界的广泛关注。但是在5G无线传输中，MassiveMIMO的使用使得基站天线与射频收发模块集成在一起才更能发挥出波束赋形、MIMO等通信算法的功能。这些都要求射频测试只能在空口(OTA)进行。空口(OTA)测试在无线设备的研发中扮演着越来越重要的角色。经过各厂家的讨论，远场、近场、紧缩场都可作为测试场地。远场测试中，最小测试距离需要满足远场条件，当DUT(待测设备)口径很大或需要测试的频率太高时。最小的测试距离可能达到几十或几百公里以上，现实几乎无法实现。近场测试是在被测天线的辐射近场区采集幅度和相位信息，然后通过近远场转换算法将采集数据转换为远场方向图，该方法缺点是计算量较大测试等待时间较长。紧缩场测试利用反射镜或透镜把位于焦点处的馈源发出的球面波转换为平面波，从而实现有限物理空间内的远场测试，但是为了产生精度比较好的平面波，以及减少抛物面天线的边缘绕射干扰，对抛物面天线的制作工艺要求就很高。综合当前4G和5G天线的特性，为了避免复杂的近场远场变换，一种可行的解决方案是利用紧凑距离技术，提出的平面波产生器(PWG)方法直接在近场产生平面波。通过优化各阵元加权系数的幅值和相位，在距源天线较近的距离内产生均匀的平面波。与传统的金属反射面在紧凑的量程内达到相同的检测精度和静态面积质量，并具有效率高、体积小的优点，可有效降低检测现场成本和维护成本。目前提出的平面波产生器，为产生质量更高的准平面波，需要更多的天线辐射单元，极大的增加了功率分配网络和波束赋型网络的复杂度。因此，设计一种复杂度低的多探头紧缩场天线测试系统具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种多探头紧缩场天线测试系统和生成方法，通过对各阵列单元的幅度和相位进行优化加权，使各阵元辐射的球面波互相叠加合成平面波，从而在离源天线较短的距离产生测试所需要的均匀平面波，即在指定的区域内产生测试所需的平面波，从而实现有限物理空间内的远场测试。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：一种多探头紧缩场天线测试系统，包括天线阵列面板、天线辐射单元、波束赋形网络、极化控制转台、被测天线、测试仪表、多轴转台和控制模块；所述天线辐射单元位于天线阵列面板上，所述天线辐射单元的间距为0.5-3倍波长；所述波束赋形网络与所述天线辐射单元连接，用于生成各天线辐射单元所需幅度和相位信号；所述天线辐射单元与所述被测天线相对放置；所述多轴转台用于放置被测天线；所述多探头紧缩场天线测试系统是互易结构，可以将自由空间的平面波转换为同轴线缆中的TEM模式，或者反过来可以将同轴射频线缆中的TEM模式转换为自由空间的平面波，可以测试射频收发链路上的的电磁参数。进一步地说，所述天线辐射单元为宽频带单极化天线或宽频带双极化天线；所述天线辐射单元呈均匀或非均匀对称排布于天线阵列面板上，多个所述天线辐射单元的排布方式为一维线阵、二维面阵、三维凹阵或三维凸阵。进一步地说，所述天线辐射单元之间可以选择贴有吸波材料。进一步地说，所述波束赋形网络由多级功分器网络、数个衰减器和数个移相器组成，所述多级功分器网络、数个所述衰减器、数个所述移相器和所述天线辐射单元之间通过射频同轴电缆连接；在所述天线辐射单元采用双极化天线时，所述波束赋形网络及所述天线阵列面板位于所述极化控制转台上，所述极化控制转台包括一个旋转轴。进一步地说，所述多探头紧缩场天线测试系统还包括计算机。进一步地说，所述多轴转台与所述控制模块连接并由所述控制模块控制，所述多轴转台包括方位旋转轴、平移轴和极化旋转轴中的至少一种。进一步地说，所述被测天线所在平面与所述天线辐射单元所在平面平行。进一步地说，所述多探头紧缩场天线测试系统放置于含有吸波材料的微波暗室内。本专利技术为解决其技术问题所采用的进一步技术方案是：所述的多探头紧缩场天线测试系统的生成方法，包括以下步骤：步骤一：首先将天线阵列面板所在二维平面离散化，即整个平面离散成一个一个网格，每一个网格点代表天线辐射单元分布位置，通过如下映射函数将均匀网格非均匀化得到非均匀分布的天线辐射单元的位置网格。其中，i，j分布表示x轴和y轴第i个和第j个天线辐射单元，(xi,j,yi,j)表示非均匀分布时，天线辐射单元所在位置坐标，p，q分别代表在x轴第p个和y轴第q个均匀网格点，(αp,βq)表示均匀网格的格点坐标，(ai,j,bi,j)表示一个合适可以调节的系数，其中Tn是一种多项式函数；步骤二：通过优化算法对天线辐射单元的数量以及幅相进行优化选择，在距离天线阵列面板1-3D处生成更高质量的静区，D是天线阵列面板的尺寸。本专利技术的有益效果：本专利技术通过映射函数对天线阵列的排布方式进行优化，调节不同位置天线辐射单元的幅度和相位，有效的提高了产生的平面波的质量，可以离源天线较短的距离产生测试所需的平面波，从而实现有限物理空间内的远场测试；同时该系统可以在同一个天线口面进行宽频带天线测试，有效的降低了测试成本和安装复杂度，与传统金属反射面具有相同测试精度和静区质量，拥有比普通平面阵列天线紧缩场更大的静区面积以及更高的静区质量。并且有效地降低测试场成本以及后期维护成本。附图说明图1为本专利技术测试系统的结构示意图(a的多轴转台为平移轴；b的多轴转台为方位旋转轴)；图2为本专利技术测试系统的系统框图；图3为本专利技术测试系统在近距离产生静区结构示意图；图4为本专利技术测试系统的天线辐射单元的一维均匀排布示意图；图5为本专利技术测试系统的天线辐射单元的一维非均匀排布示意图；图6为本专利技术测试系统的天线辐射单元的二维均匀排布示意图；图7为本专利技术测试系统的天线辐射单元的二维非均匀排布示意图；图8为本专利技术测试系统的天线辐射单元的三维排布示意图；图9为当天线辐射单元的数量为100，天线辐射单元间距为1λ的均匀分布，在距离阵列面板10λ处产生大小为6λ的静区时，阵列单元激励源的幅度(a)和相位(b)；图10为当天线辐射单元的数量为100，天线辐射单元间距为1λ的均匀分布，在距离阵列面板10λ处产生大小为6λ的静区的幅度误差(a)和相位误差(b)；图11为当天线辐射单元的数量为121，天线辐射单元间距为1λ的均匀分布，在距离阵列面板10λ处产生大小为6λ的静区时，阵列单元激励的幅度(a)和相位(b)；图12为当天线辐射单元的数量为121，天线辐射单元间距为1λ的均匀分布，在距离阵列面板10λ处产生大小为6λ的静区的幅度误差(a)和相位误差(b)；图13为当天线辐射单元的数目数量为121，天线辐射单元非均匀分布，在距离阵列面板10λ处产生大小为6λ的静区时，阵列单元激本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多探头紧缩场天线测试系统，其特征在于：包括天线阵列面板(1)、天线辐射单元(2)、波束赋形网络(3)、极化控制转台(4)、被测天线(5)、测试仪表(6)、多轴转台(7)和控制模块(8)；所述天线辐射单元位于天线阵列面板上，所述天线辐射单元的间距为0.5-3倍波长；所述波束赋形网络与所述天线辐射单元连接，用于生成各天线辐射单元所需幅度和相位信号；所述天线辐射单元与所述被测天线相对放置；所述多轴转台用于放置被测天线；/n所述多探头紧缩场天线测试系统是互易结构，可以将自由空间的平面波转换为同轴线缆中的TEM模式，或者反过来可以将同轴射频线缆中的TEM模式转换为自由空间的平面波，可以测试射频收发链路上的的电磁参数。/n
【技术特征摘要】
1.一种多探头紧缩场天线测试系统，其特征在于：包括天线阵列面板(1)、天线辐射单元(2)、波束赋形网络(3)、极化控制转台(4)、被测天线(5)、测试仪表(6)、多轴转台(7)和控制模块(8)；所述天线辐射单元位于天线阵列面板上，所述天线辐射单元的间距为0.5-3倍波长；所述波束赋形网络与所述天线辐射单元连接，用于生成各天线辐射单元所需幅度和相位信号；所述天线辐射单元与所述被测天线相对放置；所述多轴转台用于放置被测天线；
所述多探头紧缩场天线测试系统是互易结构，可以将自由空间的平面波转换为同轴线缆中的TEM模式，或者反过来可以将同轴射频线缆中的TEM模式转换为自由空间的平面波，可以测试射频收发链路上的的电磁参数。
2.根据权利要求1所述的多探头紧缩场天线测试系统，其特征在于：所述天线辐射单元为宽频带单极化天线或宽频带双极化天线；所述天线辐射单元呈均匀或非均匀对称排布于天线阵列面板上，多个所述天线辐射单元的排布方式为一维线阵、二维面阵、三维凹阵或三维凸阵。
3.根据权利要求1所述的多探头紧缩场天线测试系统，其特征在于：所述天线辐射单元之间可以选择贴有吸波材料。
4.根据权利要求1所述的多探头紧缩场天线测试系统，其特征在于：所述波束赋形网络由多级功分器网络、数个衰减器和数个移相器组成，所述多级功分器网络、数个所述衰减器、数个所述移相器和所述天线辐射单元之间通过射频同轴电缆连接；在所述天线辐射单元采用双极化天线时，所述波束赋形网络及所述天线阵列面板位于所述极化控制转台上，所述极化控制转台包括一个旋转轴。...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇钦，彭芳云，张佳莺，
申请(专利权)人：苏州益谱电磁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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