[实用新型]一种基于频分的近场天线测试系统

说明书

技术领域

本申请涉及一种天线的测试系统，特别是涉及相控阵天线或反射面天线的近场测试系统。

背景技术

天线阵列(antenna array)是一组个体天线(individual antenna)的集合。这些个体天线用来发射和/或接收无线电波，它们连接在一起，并且控制它们的信号(例如电流)具有特定的幅度(amplitude)和/或相位(phase)关系。不同相位的控制信号相互作用，使得天线阵列的信号在预定方向被强化，在非预定方向被抑制。这使得天线阵列通常被作为单个天线使用与对待，并且比个体天线具有更好的方向特性(directional characteristic)与天线增益(antenna gain)。

天线阵列有许多种类。如果天线阵列中的每个个体天线均可单独控制，那就是相控阵天线(Phased Array Antenna)。相控阵天线中，控制每个个体天线的信号相位被设计为——能使整个天线阵列的有效辐射方向图(effective radiation pattern)在预定方向被强化、在非预定方向被抑制。个体天线的控制信号之间的相位关系可以是固定的，例如塔阵(Tower array)；也可以是可调节的，例如波束控制(Beam steering)。相控阵天线在广播、雷达、航天通讯、气象调查、光学、射频识别、人机界面等方面得到了广泛应用。

在雷达领域，相控阵天线通常分为被动(passive，也称无源)和主动(active，也称有源)两种。未经特别说明时，相控阵雷达通常是指被动相控阵雷达。被动相控阵雷达也称被动电子扫描阵列(passive electronically scanned array，PESA)，其仅有一个射频源，由该射频源产生射频信号经过多个相移模块(phase shift module)后分别送往每个个体天线的发射单元。主动相控阵雷达也称主动电子扫描阵列(active electronically scanned array，AESA)，其发射与接收功能是由大量的收发模块(transmit/receive module)实现的。每个收发模块包括发射机、接收机与天线，这些收发模块组成阵列便构成了主动相控阵雷达。与被动相控阵雷达不同，主动相控阵雷达为每个收发模块均设置有独立的射频源，每个射频源可以产生独立(例如不同频率)的射频信号，这些相互独立的射频信号经过多个相移模块后分别送往每个收发模块中的发射机。

相控阵天线在研发过程中的一项关键技术就是测试，如何快速、准确地完成相控阵天线的测试是当前相控阵天线研发过程中的重点。相控阵天线的测试技术可以分为远场(far field)测试和近场(near field)测试两种。远场测试通常是基于野外的测试方法，外界电磁环境较为复杂，很难测试准确。近场测试需要的空间小，测试准确且方便快捷。近年来，近场测试得到了越来越多地使用。

相控阵天线的近场测试通常在微波暗室中进行，并采用一个或多个探头(probe)。

申请公布号为CN103344847A、申请公布日为2013年10月9日的中国发明专利申请公开了一种相控阵天线的近场测量方法，仅采用一个探头对相控阵天线进行测试。申请公布号为CN103926474A、申请公布日为2014年7月16日的中国发明专利申请也公开了一种有源相控阵天线的近场测量方法，也是仅采用一个探头对相控阵天线进行测试。这种单探头的相控阵天线测试系统对于电尺寸较小的相控阵天线可以较快地完成测试，但对于电尺寸较大的相控阵天线就需要非常长的测试时间。其中的电尺寸是指相控阵天线的物理尺寸与工作波长之比。

授权公告号为CN204595204U、授权公告日为2015年8月26日的中国实用新型专利公开了一种有源相控阵雷达的收发模块(T/R模块)的测试方案，采用与收发模块相同数量的多个探头，并由相同数量的开关电路分别控制，用来对相控阵天线的每个收发模块进行测试。仔细分析该开关矩阵式测试方案后，可以发现其存在如下不足。其一，有源相控阵雷达所包含的收发模块数量少则数十，多则上万。该方案需要设置与收发模块相同数量的探头和开关电路，这种测试系统的规模非常庞大且成本高昂。其二，不同的有源相控阵雷达所包含的收发模块数量各不相同，该方案无法用于收发模块数量不同的其他有源相控阵雷达，因而缺乏通用性。其三，该方案是采用开关切换方式，一次仅使用一个探头测试一个收发模块，从而实现对大量收发模块的分时测试，这样就用多探头的开关切换时间替代了单探头的探头移动时间，大大提高了测试速度。但即便如此，大型相控阵天线的测试时间依然相当漫长，往往需要一个月乃至数个月的测试时间。