一种基于微波网络分析的球面多探头天线测试数据处理方法

摘要

本发明涉及一种基于微波网络分析的球面多探头天线测试数据的快速处理方法，基于微波网络分析的思想，将待测天线及探头系统看成是一个开放的二端口网络，将激励等效为网络的输入，将探头接收信号等效为输出，通过坐标旋转，严格的推导出天线的传输方程，再通过探头上的接收信号和不同场区的探头响应常数，求解出待测天线的远场方向图。大幅度提高了程序运行速度，缩短了天线测试数据的处理时间。

主权项

一种基于微波网络分析的球面多探头天线测试数据的快速处理方法，其特征在于步骤如下：步骤1：利用一个已知特性的探头分别当其为θ极化和极化时在距离待测天线r₀＝3～10λ的空间球面上测量得到待测天线的近场数据w(A,χ₁,θ,φ)和w(A,χ₂,θ,φ)，并带入式(1)计算得到w_μ(A,θ,φ)：$w_{\mu }(A,\theta ,\phi )=\frac{1}{2\pi }\underset{\chi =0}{\overset{2\pi }{\int }}w(A,\chi ,\theta ,\phi )e^{-i\mu \chi }d\chi ---\left(1\right)$其中，w_μ(A,θ,φ)是w(A,χ,θ,φ)关于χ有限傅里叶序列的展开系数，χ为探头旋转角，A为探头到待测天线的距离，θ为探头相对于待测天线的俯仰角，为探头相对于待测天线的方位角，λ为待测天线的工作波长，μ＝±1；步骤2：将步骤1中求得的w_μ(A,θ,φ)带入式(2)，并用快速傅里叶逆变换计算此积分项得到w_μm(A,θ)：$w_{\mu m}(A,\theta )=\frac{1}{2\pi }\underset{\phi =0}{\overset{2\pi }{\int }}{w}_{\mu }(A,\theta ,\phi )e^{-im\phi }d\phi ---\left(2\right)$其中，0≤n≤N，‑n≤m≤n，截断数N≥kr₀+10，传播常数r₀为能包围待测天线的最小球面的半径；步骤3：将步骤2中对的积分计算结果w_μm(A,θ)带入式(3)，用快速傅里叶逆变换计算此积分项得到$w_{\mu m}^n\left(A\right)=\frac{2n+1}{2}{\int }_{\theta =0}^{\pi }{w}_{\mu m}(A,\theta )d_{\mu m}^n\left(\theta \right)\sin \theta d\theta ---\left(3\right)$其中为旋转系数：$d_{\mu m}^n\left(\theta \right)=i^{\mu -m}\underset{m=-n}{\overset{n}{\Sigma }}{\Delta }_{m^{\prime }\mu }^n{\Delta }_{m^{\prime }m}^n{e}^{-{\mathrm{im}}^{\prime }\theta }---\left(4\right)$式中和为三维常数矩阵，i为虚数单位，‑n≤m′≤n；步骤4：将步骤3中对θ的积分计算结果和近场探头响应常数P_sμn(kA)带入式(5)即得到传输方程的传输系数vT_1mn和vT_2mn：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{vT}}_{1mn}{P}_{11n}\left(kA\right)+{\mathrm{vT}}_{2mn}{P}_{21n}\left(kA\right)=w_{1m}^n\left(A\right)\\ {\mathrm{vT}}_{1mn}{P}_{1,-1,n}\left(kA\right)+{\mathrm{vT}}_{2mn}{P}_{2,-1,n}\left(kA\right)=w_{-1m}^n\left(A\right)\end{array}\right.---\left(5\right)$以m,n,θ为变量构成三维矩阵vT_1mn和vT_2mn，其中s＝1,2，0≤n≤N，‑n≤m≤n，截断数N≥kr₀+10，传播常数r₀为能包围待测天线的最小球面的半径，μ＝±1；步骤5：将三维矩阵vT_1mn和vT_2mn的计算结果和远场探头响应常数代入式(6)得到归一化远场探头信号：$W(A,\chi ,\theta ,\phi )=v\underset{\mu }{\underset{smn}{\Sigma }}{T}_{smn}{e}^{im\phi }{d}_{\mu m}^n\left(\theta \right)e^{i\mu \chi }{P}_{s\mu n}^{\infty }\left(kA\right)---\left(6\right)$步骤6：将归一化远场探头信号带入式(7)即得到待测天线远场方向图：$\overrightarrow{K}(\theta ,\phi )=\frac{2\sqrt{6}}{3v}\left(W\right(A,{\chi }_1,\theta ,\phi )\hat{\theta }+W(A,{\chi }_2,\theta ,\phi )\hat{\phi })---\left(7\right)$其中，ν是待测天线的输入信号，为球坐标系下θ方向的单位向量，为球坐标系下φ方向的单位向量。