一种有源天线阵列的增益测试方法与流程

本发明属于无线通信，具体的说是一种有源天线阵列的增益测试方法。

背景技术：

1、有源天线阵列凭借集成化程度高、波束赋形能力强的技术优势，被广泛应用于各类通信与雷达系统中，增益参数作为衡量天线辐射性能的指标，其测试精度直接决定阵列系统的实际运行效能，由于有源天线阵列各辐射单元间存在复杂的电磁耦合作用，单元的有源辐射特性会随整体馈电状态动态变化，导致单个单元独立增益测量值难以准确反映其在阵列工作环境下的真实增益表现，也使得高准确度的阵列增益测试成为该领域性能评估环节的技术需求。

2、现有针对有源天线阵列的增益测试多采用远场紧缩场法或近场扫描法，通过单探头逐点扫描采集各辐射单元的辐射特性数据，再基于各单元的幅度相位加权参数计算合成阵列整体增益，测试过程普遍采用单个单元依次馈电、其余单元端接匹配负载的串行测量模式，最终通过多单元数据拟合叠加得到全阵列工作状态下的增益表征结果。

3、在相关技术中的测试方法上，难以在测量过程中精准还原阵列全有源工作时的真实耦合环境，单个单元馈电、其余单元接匹配负载的测试模式与阵列实际工作状态下的电磁耦合特性存在本质差异，且测试触发时序与阵列有源模块的收发工作时序难以实现精准同步校准，各单元的增益测量基准也未纳入耦合效应随馈电幅相、工作频点动态变化的特性，导致合成得到的阵列增益结果与理论预期偏差、多轮测试的结果一致性较差。

4、为此，本发明提供一种有源天线阵列的增益测试方法。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种有源天线阵列的增益测试方法，包括以下步骤：

3、步骤一：建立有源耦合环境，使阵列中各trm模块处于真实工作状态；

4、步骤二：进行宽功率范围扫描测试，采用调制信号源从低功率区扫描至高功率区，覆盖线性区、过渡区和深度压缩区；

5、步骤三：采集阵列在各功率点的辐射特性数据；

6、步骤四：采用多探头测量或相位切换法消除耦合误差影响；

7、步骤五：进行各trm模块的增益压缩非线性特性分析，识别个体差异；

8、步骤六：建立多维增益-功率响应曲面模型，系统性表征阵列的增益-功率-频率特性。

9、优选地，所述建立有源耦合环境包括：

10、将阵列固定于测试工位后，对阵列中各trm模块施加额定工作电压和工作电流，使模块内pa和低噪放进入正常工作状态，各trm模块间建立电磁耦合关系；

11、采用分区加电方式确保各分区模块的有源特性一致；

12、加电完成后通过监控各模块的供电电流和工作温度确认模块工作状态正常。

13、优选地，所述进行宽功率范围扫描测试包括：

14、采用正交频分复用调制信号源作为测试信号输出端，测试信号为高峰均比调制信号；

15、信号源输出功率从低于额定功率的起始点开始扫描，逐步提升至接近饱和区的功率水平；

16、扫描过程中信号源输出功率按照预设的功率步进间隔递增；

17、扫描覆盖从线性区经过渡区至深度压缩区的全功率范围；

18、在每个功率点保持稳定的信号输出时间以完成数据采集。

19、优选地，所述采集阵列辐射特性数据包括：

20、采用远场测量方式或近场扫描方式采集阵列在不同功率点下的辐射特性数据；

21、当采用远场测量方式时，接收探头固定于阵列法向方向，采集阵列的辐射功率和相位信息；

22、当采用近场扫描方式时，探头在近场扫描架上沿预设轨迹移动，在方位角和俯仰角方向按照设定的步进间隔进行采样采集；

23、在每个功率点的扫描过程中，同步触发功率计记录阵列输入端口的实时输入功率值。

24、优选地，所述消除耦合误差影响包括：

25、采用多探头测量方法时，在阵列周围不同方位同时布置主探头和至少两个辅助探头，主探头位于待测阵列的主瓣方向用于主要数据采集，辅助探头位于阵列的旁瓣和后瓣方向用于获取耦合分量信息；

26、同步采集主探头和至少两个辅助探头的方向图数据，通过对多探头数据进行联合处理和平均运算，分离出耦合误差分量并进行消除；

27、采用相位切换方法时，通过控制阵列中各trm模块的馈电相位状态进行周期性切换；

28、相位切换模式采用正交相位加权矢量集合，每个正交相位加权矢量使阵列形成不同的加权方向图，不同相位状态下的方向图数据通过矩阵运算进行解耦处理。

29、优选地，所述进行增益压缩非线性特性分析包括：

30、基于消除耦合误差后的方向图数据，计算阵列在各功率点下的实际增益值；

31、对各trm模块的增益-功率特性曲线进行对比分析，提取各模块的线性增益值、1分贝压缩点对应的输入功率、饱和增益值和增益压缩斜率参数；

32、通过统计分析方法计算各模块间增益偏差的均值和标准差；

33、当某模块的增益偏差超过预设阈值时判定为特性异常单元并进行标记。

34、优选地，所述建立多维增益-功率响应曲面模型包括：

35、将增益定义为输入功率和频率的函数形式，采用二元多项式拟合方法或样条插值方法建立增益-功率-频率的三维响应曲面数学模型；

36、通过对全功率范围扫描获得的多组数据点进行曲面拟合，确定模型中的待定系数；

37、拟合残差被控制在预设阈值范围内以确保模型精度；

38、从拟合得到的响应曲面上提取各频率点的线性增益、1分贝压缩点、饱和增益以及增益随频率的变化梯度特征参数。

39、优选地，在建立有源耦合环境的过程中，trm模块施加额定工作电压和工作电流，模块内pa工作在线性区与饱和区之间的过渡状态，各模块的馈电网络和功率分配网络均处于负载匹配状态，阵列天线与trm模块之间的射频连接处于导通状态；

40、同步监测各trm模块的供电电流、工作温度和驻波比状态参数。

41、优选地，采用多探头测量方法时，主探头设置于待测阵列的主瓣方向轴线上，辅助探头设置于与主瓣方向呈预设夹角的空间位置，主探头和至少两个辅助探头通过传输链路至数据采集单元；

42、采用相位切换方法时，相位加权矢量集合采用离散傅里叶变换序列构造，相位状态的数量与阵列单元数量相匹配，相位切换控制信号由阵列控制单元同步输出至各trm模块的移相器，相位状态的切换序列采用伪随机顺序。

43、优选地，所述增益压缩非线性特性分析中，线性增益通过低功率区的增益数据拟合得到；

44、拟合区间包括低于1分贝压缩点预设分贝值以上的功率范围；

45、1分贝压缩点通过线性增益基准线向下偏移一分贝后与实际增益曲线的交点确定；

46、饱和增益取为增益不再随输入功率增加而明显变化的高功率区的增益渐近值；

47、增益压缩斜率定义为从1分贝压缩点至饱和增益区间的增益变化率。

48、本发明的有益效果如下：

49、1.本发明通过建立有源耦合环境确保阵列中各trm模块的pa等有源器件处于真实工作状态，可以解决传统方法中测试环境与实际工作环境不一致导致测试基准偏离实际性能的技术缺陷；

50、2.通过采用调制信号源进行宽功率范围扫描，从线性区逐步推进至饱和区，获取全功率范围的增益-功率响应曲线并建立完整的响应曲面模型，解决了传统方法仅测量单一功率点造成增益-功率特性信息缺失的问题；

51、3.通过对各trm模块的增益压缩非线性特性进行系统性分析，提取各模块的线性增益、1分贝压缩点和饱和增益等关键参数，识别各模块间的个体差异，解决了传统方法无法发现增益压缩非线性特性个体差异的问题；

52、4.通过多维拟合建立的增益-功率响应曲面模型，完整地表征了阵列的增益-功率-频率三维特性，解决了传统方法缺乏系统性增益表征的技术问题；

53、5.通过多探头测量或相位切换法消除耦合误差影响，确保了测试结果的准确性和一致性，为有源天线阵列的研发优化与性能验证提供了可靠的数据支撑。