[发明专利]一种基于阵列天线的准平面波生成器

说明书

本申请公开了一种基于阵列天线的准平面波生成器，该生成器包括二维阵列天线口面、双极化阵列天线单元、阵列天线馈电网络、幅相控制网络和系统控制计算机。系统控制计算机控制幅相控制网络生成的每路信号的幅度衰减值和相位延迟值大小；并控制测试设备向幅相控制网络发送测试信号；幅相控制网络将接收到的测试信号分成幅相不等的多路信号，发送至阵列天线馈电网络，通过阵列天线馈电网络传输至各双极化阵列天线单元，生成准平面波。阵列天线馈电网络包括多个功分器和极化切换开关。通过极化切换开关改变各双极化阵列天线单元的极化方式；通过功分器将幅相控制网络输出的信号分成多路等幅同相的信号发送给各双极化阵列天线单元。

技术领域

本申请涉及阵列天线技术领域，尤其涉及一种基于阵列天线的准平面波生成器。

背景技术

5G毫米波通信中将引入近场问题，随着毫米波基站电尺寸的增大，满足远场条件的距离也将增加，构建满足远场条件的暗室将耗费巨资，不适用于大规模基站的研制和生产调试。近些年来，为缩小天线远场测试所需的测试距离，天线辐射特性的近场测试方法已经得到了广泛的关注与研究。其中较为典型的方案为：紧缩场测试方案、球面近场测试方案等。紧缩场测试方案基本原理为：利用紧缩场反射面为天线测试提供一个较大的准平面波静区。其优点为较远场测试相比大大缩小了测试距离，且具有较宽频带，大型的紧缩场能够覆盖几百兆到几百吉的测试带宽；其缺点为造价昂贵，对紧缩场反射面的制造精度和安装精度要求都较高，不适用于大规模数量的天线性能测试，测试效率低。此外，球面近场测试方案的基本原理为，利用在待测天线周围的近场区域排布的一圈探头天线，通过旋转探头天线测得待测天线周围360°近场区域的场分布，再利用傅里叶变换计算天线的远场性能。该测试方法同样能大大减小测试距离，但所需测试时间长，需要逐点或逐线测量，测量效率低，不同位置的场分布测量不能同时进行，导致有源天线测试时相位恢复困难，不适用于大规模数量的有源天线性能测试。

在传统的基站天线测量中，由于天线与射频单元是相互分离的，且接口为标准化接口，因此天线性能可采用传统的无源天线的近场测试方法和/或远场测试方法进行测试。而在5G移动通信基站天线的测试中，由于天线单元与射频单元的一体化设计，无法将天线单元或天线阵列从基站中单独分离出来进行测量工作，因此需要利用空口OTA测试方法对有源天线在5G移动通信基站工作状态下的性能进行测试。传统的紧缩场测试方案能够为5G移动通信基站天线的测试提供一个准平面波静区，然而其造价昂贵，用于大量天线性能测试时效率低；而球面近场测试系统同样不适用大量天线性能测试，在测试有源天线时存在相位恢复困难、后期计算复杂的缺点。

目前，利用阵列天线在近场区域形成准平面波静区的方案已经得到了业内的广泛关注。目前，国内外已有几所高校和单位提出了相似的平面波生成器的概念，但其多采用超材料方法实现。

中国已授权专利“紧缩场天线测量系统”，其申请公布号为CN102749529A，其公开公告日为2012.10.24，其内部采用了多片超材料层叠结构形成平面波生成单元，其中每一片超材料包括基材以及设置在基材上的多个人造微孔结构。当馈源产生电磁波穿过超材料层叠结构时，会转换为平面电磁波。这种方法的优点是避免了制造高精度紧缩场反射面的加工工艺，降低了制造成本；但其缺点为超材料结构复杂、设计难度大，且静区范围小。

此外，德国RohdeSchwarz公司也提出了基于阵列天线的平面波转换器(PlaneWave Converter),其特点为，阵列天线均匀分布，且每路天线通道后端均需要连接衰减器和移相器对馈电幅度和相位进行控制，使得系统后端馈电网络复杂且控制成本较高；其采用单极化阵列天线，通过旋转整个阵面来调整极化方式，增加了调整极化方式的难度。

因此，需要一种系统复杂度低，造价经济，安装简便；控制信号通道数量少，馈电网络较简单，静区性能稳定性高；测试距离和测试所需空间小，测试效率高的准平面波生成器。

发明内容