[发明专利]一种利用插值算法的天线近场测量方法及装置

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

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。

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日的中国发明专利申请《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。

发明内容

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。

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。

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。

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。