[发明专利]球面多探头天线测试数据处理方法

摘要

本发明公开了一种球面多探头天线测试数据处理方法，用于解决现有方法实用性差的技术问题。技术方案是将待测天线在空间建立的场展开成球面波函数之和，展开式中的加权函数包含着远场方向图的信息，根据近场采样数据可以计算出加权函数，从而计算出远场方向图，而近场采样采用多探头球面近场扫描，待测天线围绕天线中心在方位上进行旋转，探头在距离天线口面几个波长的距离上采样，这样由球面近场测量提供的远场覆盖角度为方位±180°、俯仰±90°的范围，能得到被测天线的所有辐射信息，从而适用于各种类型波束天线的测量。本发明减少了程序循环次数，提高了程序运行速度，缩短了天线测试数据处理的时间。

主权项

一种球面多探头天线测试数据处理方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、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和其中，λ为待测天线的工作波长，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；步骤二、用快速傅立叶变换计算积分项和步骤三、以m,n,θ为变量构成三维矩阵K_mn和K′_mn，矩阵中的每一个元素分别为k_mn和k'_mn，分别由式(1)，式(2)计算；$k_{mn}=R_{mn}\frac{P_n^{\left|m\right|}\left(cos\mathrm{\θ}\right)}{\sin \mathrm{\θ}}---\left(1\right)$${k^{\′}}_{mn}=R_{mn}\frac{{\mathrm{dP}}_n^{\left|m\right|}\left(cos\mathrm{\θ}\right)}{d\mathrm{\θ}}---\left(2\right)$其中0≤n≤N，‑n≤m≤n，截断数传播常数a为能包围待测天线的最小球面的半径，为勒让德函数，R_mn由式(3)计算；$R_{mn}=\sqrt{\frac{(2n+1)(n-|m\left|\right)!}{4\mathrm{\π}n(n+1)(n+|m\left|\right)!}}{(-1)}^m---\left(3\right)$步骤四、将步骤二中的快速傅立叶变换计算结果和步骤三中的三维矩阵K_mn和K′_mn带入式(4)，式(5)计算远场方向图的加权系数a_mn和b_mn；$\begin{array}{c}{a}_{mn}=-\frac{1}{h_n^{\left(2\right)}\left(kr\right)}\{{\∫}_0^{\mathrm{\π}}\[{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{V}_{\mathrm{\θ}}(r_0,\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})e^{-jm\mathrm{\φ}}d\mathrm{\φ}\mathrm{\]}{\mathrm{jmk}}_{mn}\sin \mathrm{\θ}d\mathrm{\θ}\\ +{\∫}_0^{\mathrm{\π}}\[{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{V}_{\mathrm{\φ}}(r_0,\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})e^{-jm\mathrm{\φ}}d\mathrm{\φ}\mathrm{\]}{k^{\′}}_{mn}\sin \mathrm{\θ}d\mathrm{\θ}\end{array}---\left(4\right)$$\begin{array}{c}{b}_{mn}=\frac{1}{\frac{1}{kr}\frac{d}{dr}\[{\mathrm{rh}}_n^{\left(2\right)}\left(kr\right)\]}\{{\∫}_0^{\mathrm{\π}}\[{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{V}_{\mathrm{\θ}}(r_0,\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})e^{-jm\mathrm{\φ}}d\mathrm{\φ}\mathrm{\]}{k^{\′}}_{mn}\sin \mathrm{\θ}d\mathrm{\θ}\\ -{\∫}_0^{\mathrm{\π}}\[{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{V}_{\mathrm{\φ}}(r_0,\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})e^{-jm\mathrm{\φ}}d\mathrm{\φ}\mathrm{\]jm}{k}_{mn}\sin \mathrm{\θ}d\mathrm{\θ}\}\end{array}---\left(5\right)$其中为第二类球汉克尔函数；步骤五、将加权系数a_mn和b_mn的计算结果代入式(6)得到待测天线的远场方向图；$\begin{array}{c}E(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\{a_{mn}\[-\frac{{\mathrm{mP}}_n^{\left|m\right|}\left(\cos \mathrm{\θ}\right)}{\sin \mathrm{\θ}}{e}_{\mathrm{\θ}}-j\frac{{\mathrm{dP}}_n^{\left|m\right|}\left(\cos \mathrm{\θ}\right)}{d\mathrm{\θ}}{e}_{\mathrm{\φ}}\]\\ +b_{mn}\[\frac{{\mathrm{dP}}_n^{\left|m\right|}\left(\cos \mathrm{\θ}\right)}{d\mathrm{\θ}}{e}_{\mathrm{\θ}}+j\frac{{\mathrm{mP}}_n^{\left|m\right|}\left(\cos \mathrm{\θ}\right)}{\sin \mathrm{\θ}}{e}_{\mathrm{\φ}}\]\}{e}^{jm\mathrm{\φ}}{j}^n{R}_{mn}\end{array}---\left(6\right).$