一种利用插值算法的天线近场测量方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种利用插值算法的天线近场测量方法。步骤S10：采集并记录待测天线近场扫描面上的电场幅度、相位信息；所述近场扫描面为任意曲面形状，且需同时满足以下三个条件。步骤S20：通过三次样条插值对待测天线近场扫描面上的电场幅度进行插值。步骤S30：通过双线性插值对待测天线近场扫描面上的电场相位进行插值。步骤S40：基于插值得到的待测天线近场电场幅度、相位值，根据惠更斯等效原理计算待测天线的远场电场。步骤S50：基于计算出的待测天线的远场电场，计算待测天线的远场归一化方向图。上述方法中的近场扫描面不局限于平面、柱面和球面，可以根据实际测量环境变化变成任意曲面。成任意曲面。成任意曲面。

【技术实现步骤摘要】
一种利用插值算法的天线近场测量方法及装置


[0001]本申请涉及一种天线近场测量（near field measurement）方法，特别是一种利用插值（interpolation）算法的天线近场测量方法。

技术介绍

[0002]天线测量方法主要包括直接法和间接法，直接法即远场测量方法，间接法即近场测量方法。天线近场测量一般是在微波暗室内进行，利用探头天线扫描获取待测天线近场区辐射场的数据，并通过近远场变换计算天线的远场方向图。
[0003]根据扫描面的不同类型，常见的天线近场测量包括平面、球面和柱面近场测量。随着共形天线（conformal antenna）越来越多的应用，很难构成平面、球面或柱面的规则扫描面（也称采样面），此时就出现了能够对任意形状天线进行近场测量的方法。申请公布号为CN106291130A、申请公布日为2017年1月4日的中国专利技术专利申请《一种任意曲面扫描的近场天线测量方法》就提出了一种适用于任意扫描面的近场天线测量方法。该方法采用双线性插值法对近场电场的实部分量与虚部分量进行插值处理，并根据惠更斯原理计算出远场电场。该方法仍存在一些不足。第一，测量系统中直接获取到的近场电场分量通常是幅度、相位值，该方法需要通过一次数学变换将幅度、相位分量转换为实部、虚部分量，这增加了额外的计算量。第二，该方法仅在扫描面（也称采样面）为球形时插值误差较小，改变扫描面形状后电场虚部分量插值结果并不理想，影响后续计算的准确度。第三，若将该方法改为对近场电场的幅度、相位分量进行插值处理，由于电场的幅度值变化趋势相较于相位值十分平缓，通过双线性插值得到的曲线不是平滑的曲线，在数值陡变的位置插值结果与理论结果拟合得不好。

技术实现思路

[0004]本申请所要解决的技术问题是提供一种利用插值算法的天线近场测量方法，能够处理在任意曲面采样的近场数据，并且在仅采集少量数据的情况下仍可以计算出高质量远场方向图。
[0005]为解决上述技术问题，本申请提出了一种利用插值算法的天线近场测量方法，包括如下步骤。步骤S10：采集并记录待测天线近场扫描面上的电场幅度、相位信息；所述近场扫描面为任意曲面形状，且需同时满足以下三个条件。条件一：所述近场扫描面必须是位于电磁场没有置零的空间内。条件二：所述近场扫描面必须位于待测天线的辐射近场区，与待测天线的距离大于且小于2D2/λ；其中，D表示待测天线的最大尺寸，λ表示待测天线的中心工作频率的波长。条件三：所述近场扫描面的尺寸要大于截断的等效磁流面，以使所述近场扫描面边缘位置的截断电平在
‑
40dB以下。步骤S20：通过三次样条插值对待测天线近场扫描面上的电场幅度进行插值。步骤S30：通过双线性插值对待测天线近场扫描面上的电场相位进行插值。步骤S40：基于插值得到的待测天线近场电场幅度、相位值，根据惠更斯等效原理计算待测天线的远场电场。步骤S50：基于计算出的待测天线的远场电场，
计算待测天线的远场归一化方向图。上述方法中的近场扫描面不局限于平面、柱面和球面，可以根据实际测量环境变化变成任意曲面。
[0006]优选地，所述条件二中，所述近场扫描面与待测天线的距离在3至10个λ的范围内。这是一种优选的距离设置值。
[0007]进一步地，所述步骤S10中，将待测天线的位置固定，在近场扫描面上通过坐标定位扫描采样点，利用可移动的探头在待测天线前的近场扫描面上按设定的运动轨迹经过每一个扫描采样点，记录每一个扫描采样点位置所测量的电场的幅度、相位值，直至所有的扫描采样点的数据采集完毕。这是对步骤S10的详细说明。
[0008]进一步地，所述步骤S10中，所述近场扫描面为平面、弧面、半球面、半椭球面中的任一种。这是近场扫描面的一些优选形状。
[0009]优选地，所述步骤S10中，相邻扫描采样点的间隔小于或等于λ。这是一种优选的间隔设置值。
[0010]进一步地，所述步骤S10中，、 代表球坐标系下的两个球坐标方向；可移动探头以θ=0
°
为扫描的初始位置，在方向上每隔度采集一次扫描面上的电场，获得电场各方向的幅度、相位分量；然后探头在方向上转动Δθ度，重复上述步骤，直至θ=90
°
时数据采集完毕。这是步骤S10的一种具体实现方式，其中可移动探头在和方向上都是等角采样。
[0011]进一步地，所述步骤S20中，基于三次样条插值法的电场幅度插值是：三次样条插值函数S(x)在[x0, x
n
]内存在n+1个数据节点，数据节点就是指待测天线的近场扫描面上的扫描采样点；在每个分段区间[x
i
, x
i+1
]内，S(x)＝S
i
(x)都是一个三次多项式，i＝0,1,2,
…
,n
‑
1。
[0012]公式一：。
[0013]其中，x代表参与插值计算的数据节点，x
i
代表参与插值计算的第i个数据节点，满足S(x
i
)=y
i
，y
i
代表第i个数据节点采样得到的电场幅度值；a
i
、b
i
、c
i
、d
i
是第i个分段区间的三次样条插值函数中的待求系数。根据数据节点和边界条件计算出三次样条插值函数的二次微分值m
i
，进而计算出三次样条插值曲线的系数。
[0014]公式二：a
i
=y
i 。
[0015]公式三：。
[0016]公式四：c
i
=m
i
/2。
[0017]公式五：。
[0018]其中，m
i
代表第i个数据节点的二次微分值，m
i+1
代表第i+1个数据节点的二次微分值。利用公式一至公式五完成水平方向上的电场幅度插值计算后，利用上述公式进行仰角方向上的电场幅度插值计算。这是步骤S20的一种具体实现方式。
[0019]进一步地，所述步骤S30中，基于双线性插值法的电场相位插值是：设任一插值点(x, y)被四个扫描采样点(x1, y1)、(x1, y2)、(x2, y1)、(x2, y2)所包围，这四个扫描采样点的电场相位值分别为、、、，那么该插值点的电场相位值如下。
[0020]公式六：。这是步骤S30的一种具体实现方式。
[0021]进一步地，所述步骤S40中，计算远场电场是：基于惠更斯等效原理，利用一个包含待测天线口径面的无限大电璧上的等效磁流源代替待测天线，利用近场电场数据计算等效磁流源，再利用等效磁流源计算远场电场。
[0022]公式七：。
[0023]其中，代表在面上的二重积分运算，s
’
表示截断的等效磁流面，表示梯度算子，用来区分等效磁流面和其他位置的梯度算子，代表观察点坐标，观察点表示不在等效磁流面上的点；代表等效源点坐标，等效源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用插值算法的天线近场测量方法，其特征是，包括如下步骤；步骤S10：采集并记录待测天线近场扫描面上的电场幅度、相位信息；所述近场扫描面为任意曲面形状，且需同时满足以下三个条件；条件一：所述近场扫描面必须是位于电磁场没有置零的空间内；条件二：所述近场扫描面必须位于待测天线的辐射近场区，与待测天线的距离大于且小于2D2/λ；其中，D表示待测天线的最大尺寸，λ表示待测天线的中心工作频率的波长；条件三：所述近场扫描面的尺寸要大于截断的等效磁流面，以使所述近场扫描面边缘位置的截断电平在
‑
40dB以下；步骤S20：通过三次样条插值对待测天线近场扫描面上的电场幅度进行插值；步骤S30：通过双线性插值对待测天线近场扫描面上的电场相位进行插值；步骤S40：基于插值得到的待测天线近场电场幅度、相位值，根据惠更斯等效原理计算待测天线的远场电场；步骤S50：基于计算出的待测天线的远场电场，计算待测天线的远场归一化方向图。2.根据权利要求1所述的利用插值算法的天线近场测量方法，其特征是，所述条件二中，所述近场扫描面与待测天线的距离在3至10个λ的范围内。3.根据权利要求1所述的利用插值算法的天线近场测量方法，其特征是，所述步骤S10中，将待测天线的位置固定，在近场扫描面上通过坐标定位扫描采样点，利用可移动的探头在待测天线前的近场扫描面上按设定的运动轨迹经过每一个扫描采样点，记录每一个扫描采样点位置所测量的电场的幅度、相位值，直至所有的扫描采样点的数据采集完毕。4.根据权利要求3所述的利用插值算法的天线近场测量方法，其特征是，所述步骤S10中，所述近场扫描面为平面、弧面、半球面、半椭球面中的任一种。5.根据权利要求3所述的利用插值算法的天线近场测量方法，其特征是，所述步骤S10中，相邻扫描采样点的间隔小于或等于λ。6.根据权利要求3所述的利用插值算法的天线近场测量方法，其特征是，所述步骤S10中， 、代表球坐标系下的两个球坐标方向；可移动探头以θ=0
°
为扫描的初始位置，在方向上每隔度采集一次扫描面上的电场，获得电场各方向的幅度、相位分量；然后探头在方向上转动Δθ度，重复上述步骤，直至θ=90
°
时数据采集完毕。7.根据权利要求1所述的利用插值算法的天线近场测量方法，其特征是，所述步骤S20中，基于三次样条插值法的电场幅度插值是：三次样条插值函数S(x)在[x0, x
n
]内存在n+1个数据节点，数据节点就是指待测天线的近场扫描面上的扫描采样点；在每个分段区间[x
i
, x
i+1
]内，S(x)＝S
i
(x)都是一个三次多项式，i＝0,1,2,
…
,n
‑
1；公式一：；其中，x代表参与插值计算的数据节点，x
i
代表参与插值计算的第i个数据节点，满足S(x
i
)=y
i
，y
i
代表第i个数据节点采样得到的电场幅度值；a
i
、b
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建华，洪涛，毛小莲，王浩然，姜文，李吉龙，
申请(专利权)人：上海莱天通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：