【技术实现步骤摘要】
本申请涉及天线测试，特别地，涉及一种多波束相控阵天线的外场测试系统与方法。
技术介绍
1、近年来，在卫星导航领域中，多波束相控阵天线的应用越来越广泛，相比较普通天线，多波束相控阵天线的波束增益要求高，组成阵面的天线单元数量多，无论天线形态以为球阵、半球阵、圆柱形阵、平面阵等方式实现，其尺寸都很大、重量也很重。
2、在真实应用中，多波束相控阵天线在使用前，都需要对其波束增益、波束宽度、副瓣电平等指标进行验收测试。但是很难找到合适的微波暗室，一方面暗室尺寸普遍不大，静区小，不满足多波束相控阵的远场测试条件；另一方面，暗室近场测试系统造价昂贵，测试周期长，费用高，而多波束相控阵天线的体积大、重量重，也难以找到合适的转台来承重。
3、目前对大型多波束相控阵天线性能参数的测量，常规的方法有三类：
4、一是直接在自由空间中测试，控制待测的多波束相控阵天线的波束指向某颗真实可见的导航卫星信号，通过接收机的载噪比来推算波束增益。
5、二是在自由空间测试环境，通过远场标校塔架设辅助天线，配备三轴转台带动待测的多波束相控阵天线按照既定的间隔转动，以机械扫描的方法获得远场方向图数据，通过方向图得出其性能参数状态；
6、三是在自由空间测试环境，将辅助天线搭载在无人机上，控制无人机在待测天线的远场区域，按照既定的间隔全空域覆盖飞行，以机械扫描的方法获得远场方向图数据，拟合生成方向图后得出其性能参数状态。
7、但是采用以上常规测量方法会遇到以下问题：
8、1、直接对天接收测
9、2、自由空间测试环境中配备三轴转台转动待测天线的方法，需要根据多波束相控阵天线尺寸大、重量重的特点配备三轴机械伺服转台，并且控制伺服转台以极小的步进角度进行全空域覆盖转动，实现要求高、成本高昂；
10、3、自由空间测试环境中配置无人机搭载辅助天线的方法，每次只能播发1个测试信号采集1个天线数据，测试时间很长，同时其实现方式复杂，成本高昂，并且由于无人机飞行的控制精度、飞行震动等影响，所采集的数据会有一定的误差，拟合生成的方向图不能精确反映天线性能参数状态。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本申请提供了一种多波束相控阵天线的外场测试系统与方法，以达到降低成本、简化结构、测试结果准确可靠的目的。
2、本申请采用的技术方案如下：
3、一种多波束相控阵天线的外场测试系统，包括：
4、辅助天线设备组，包括可转动的环形滑轨、均匀间隔地设置在所述环形滑轨上随所述环形滑轨同步转动的n根天线杆，且其中一根天线杆在环形滑轨所在平面上的投影长度等于环形滑轨的半径r，其余天线杆在环形滑轨所在平面上的投影长度小于环形滑轨的半径r，各天线杆上均设置有可在所述天线杆两端之间往复移动的发射天线，测试时，待测的多波束相控阵天线放置于环形滑轨中央，所述发射天线和待测的多波束相控阵天线之间的距离满足最小远场测试距离条件；
5、多输出卫星信号模拟器，用于根据需求设置的信号频率、信号轨迹、信号功率播发与自由空间环境中真实卫星信号同步的n路伪卫星导航信号，所播发的n路伪卫星导航信号从不同的信号通道单独输出，通过射频线缆连接至对应天线杆底部预留的信号接口上，并由对应天线杆上的发射天线向外播发；
6、信号接收设备，与待测的多波束相控阵天线电路连接，用于接收和测量待测的多波束相控阵天线的输出信号的参数信息，所述参数信息包括信号功率、载噪比；
7、自动化测试设备，分别与辅助天线设备组、多输出卫星信号模拟器、信号接收设备和待测的多波束相控阵天线电路连接，用于控制辅助天线设备组中的环形滑轨的转动和所有发射天线的移动、控制多输出卫星信号模拟器的信号播发参数、控制和读取信号接收设备的信号接收参数、控制待测的多波束相控阵天线的信号接收转发及波束指向，以及自动存储、分析测试数据，生成待测的多波束相控阵天线的外场测试结果，得到待测的多波束相控阵天线的性能参数，所述性能参数包括波束增益、波束宽度、波束零点、副瓣电平、副瓣位置。
8、进一步地，待测的多波束相控阵天线的相位中心位于环形滑轨的圆心或正上方，所述发射天线的法线方向始终对准待测的多波束相控阵天线的相位中心。
9、进一步地，所述待测的多波束相控阵天线的形态包括球阵、半球阵、圆柱形阵、平面阵。
10、进一步地，所述天线杆的为l形状或弧形，其中，投影长度小于环形滑轨的半径r的各天线杆的投影长度为r-△r，△r的取值为使得所有安装于环形滑轨上的天线杆自由端不产生碰撞、多个发射天线移动到天线杆自由端时也不产生碰撞的最小长度。
11、本申请另一方面还提供了一种多波束相控阵天线的外场测试方法，基于所述的多波束相控阵天线的外场测试系统，包括步骤：
12、s1、标定外场测试系统使用的发射天线的增益g 、标定外场测试系统使用的连接待测的多波束相控阵天线与信号接收设备的射频线缆的线损s；
13、s2、控制多输出卫星信号模拟器输出一路伪卫星导航信号，使用射频线缆连接给信号接收设备接收，以功率步进量△p逐步调整伪卫星导航信号功率大小，测量出信号接收设备接收载噪比线性变化的信号区间，接着调整多输出卫星信号模拟器播发的伪卫星导航信号功率大小，使得信号接收设备的接收载噪比处于线性区间中由大到小排序的四分之一位置，记录此时的接收载噪比为ct、此时信号接收设备入口的输入功率为pt；
14、s3、标定多输出卫星信号模拟器输出至每个发射天线入口的功率；
15、s4、以待测的多波束相控阵天线的相位中心为坐标原点建立三维笛卡尔坐标系，所述三维笛卡尔坐标系的x轴指向正东方、y轴指向正北方，z轴指向对天方位，方位角φ为方向矢量在xy平面的投影与y轴的夹角，其取值范围为0°~360°；俯仰角θ为方向矢量和xy平面的夹角，其取值范围为0°~90°；
16、s5、按照方位角φ和俯仰角θ在各自的取值范围内按各自的扫描步进量△φ和△θ得到的所有方位角φ和俯仰角θ取值两两组合后得到所有指向角度(φi，θi)，控制多输出卫星信号模拟器开始播发伪卫星导航信号，自动化测试设备控制辅助天线设备组中的环形滑轨和所有发射天线间歇移动使发射天线遍历所有指向角度(φi，θi)，遍历过程中，自动化测试设备不断调整n路伪卫星导航信号功率，直至信号接收设备接收的n路伪卫星导航信号载噪比均为ct止，记录此时多输出卫星信号模拟器输出至各个发射天线入口的功率大小pi、测量并记录此时各个发射天线与待测的多波束相控阵天线之间的距离li、测量并记录各个发射天线所在的指向角度(φi，θi)，完成所有位置的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多波束相控阵天线的外场测试系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的多波束相控阵天线的外场测试系统，其特征在于，待测的多波束相控阵天线(5)的相位中心位于环形滑轨(4)的圆心或正上方，所述发射天线(6)的法线方向始终对准待测的多波束相控阵天线(5)的相位中心。
3.根据权利要求1所述的多波束相控阵天线的外场测试系统，其特征在于，待测的多波束相控阵天线(5)的形态包括球阵、半球阵、圆柱形阵、平面阵。
4.根据权利要求1所述的多波束相控阵天线的外场测试系统，其特征在于，所述天线杆(7)的为L形状或弧形，其中，投影长度小于环形滑轨(4)的半径r的各天线杆(7)的投影长度为r-△r，△r的取值为使得所有安装于环形滑轨(4)上的天线杆(7)自由端不产生碰撞、多个发射天线(6)移动到天线杆自由端时也不产生碰撞的最小长度。
5.一种多波束相控阵天线的外场测试方法，基于如权利要求1至4中任一项所述的多波束相控阵天线的外场测试系统，其特征在于，包括步骤：
6.根据权利要求5所述的多波束相控阵天线的外场测试方法，其特征在于，
7.根据权利要求5所述的多波束相控阵天线的外场测试方法，其特征在于，
8.根据权利要求5所述的多波束相控阵天线的外场测试方法，其特征在于，步骤S5中，扫描步进量△φ和△θ的取值范围均为0.5°~3°。
9.根据权利要求5所述的多波束相控阵天线的外场测试方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括步骤:
10.根据权利要求9所述的多波束相控阵天线的外场测试方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括步骤:
...【技术特征摘要】
1.一种多波束相控阵天线的外场测试系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的多波束相控阵天线的外场测试系统，其特征在于，待测的多波束相控阵天线(5)的相位中心位于环形滑轨(4)的圆心或正上方，所述发射天线(6)的法线方向始终对准待测的多波束相控阵天线(5)的相位中心。
3.根据权利要求1所述的多波束相控阵天线的外场测试系统，其特征在于，待测的多波束相控阵天线(5)的形态包括球阵、半球阵、圆柱形阵、平面阵。
4.根据权利要求1所述的多波束相控阵天线的外场测试系统，其特征在于，所述天线杆(7)的为l形状或弧形，其中，投影长度小于环形滑轨(4)的半径r的各天线杆(7)的投影长度为r-△r，△r的取值为使得所有安装于环形滑轨(4)上的天线杆(7)自由端不产生碰撞、多个发射天线(6)移动到天线杆自由端时也不...
【专利技术属性】
技术研发人员：张勇虎，谢淳芳，戴志春，蒋双全，张宇，
申请(专利权)人：湖南卫导信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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