一种有源相控阵天线远场测试系统的制作方法

1.本发明涉及天线测试领域，尤其涉及一种有源相控阵天线远场测试系统。


背景技术：

2.随着通信技术的发展，小型有源相控阵天线成为了未来通信相控阵天线发展的重要方向，相关的测试问题也随之出现。有源相控阵天线的工作模式与普通无源相控阵天线不同，测试配置差异较大。无源相控阵天线的测试与普通天线测试配置基本相同，可以在微波暗室中采用一台网络分析仪即可实现幅度和相位方向图的测量。而有源相控阵天线的发射通道集成了放大器等有源模块，在测试过程中只能作为发射端发射信号，因此在接收端需要一台频谱分析仪，所得的数据也需要专门的软件后期处理，测试配置与普通天线测试差别较大。目前一般的远场微波暗室所配置的设备主要是网络分析仪及相关软件，因此无法直接进行有源相控阵天线的测试。国内外厂商也未见可以进行有源相控阵天线测试的远场微波暗室方案。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种有源相控阵天线远场测试系统，可以基于普通远场微波暗室进行配置，而不需要额外的仪表和软件，特别适用于大功率的小型有源相控阵天线的方向图测试，降低了测试难度与成本。
4.本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
5.本发明提供了一种有源相控阵天线远场测试系统，包括：
6.网络分析仪，所述网络分析仪具有第一测试端口和第二测试端口，其中第一测试端口能够通过跳线提供独立的第一参考接收端口和第一测试接收端口，第二测试端口能够通过跳线提供独立的第二参考接收端口和第二测试接收端口；
7.发射部分，与所述网络分析仪的第一测试端口及第一参考接收端口相连；
8.接收部分，与所述网络分析仪的第二参考接收端口及第二测试接收端口相连。
9.进一步地，所述发射部分包括定向耦合器、第一步进可调衰减器、第一单刀双掷微波开关、待测天线单元与待测单元发射组件，所述定向耦合器的直通端连接待测天线单元与待测单元发射组件，定向耦合器的耦合端连接第一步进可调衰减器的一端，所述第一步进可调衰减器的另一端连接第一单刀双掷微波开关的不动端，所述第一单刀双掷微波开关的一个动端连接网络分析仪的第一测试端口，所述第一单刀双掷微波开关的另一个动端连接第一参考接收端口。
10.进一步地，所述发射部分中的定向耦合器的耦合度不小于15db。
11.进一步地，所述第一步进可调衰减器的衰减范围不小于30db，最小步长不大于1db。
12.进一步地，所述接收部分包括第二单刀双掷微波开关、微波功率放大器、第二步进可调衰减器、第一单刀双掷射频开关、第二单刀双掷射频开关和测试天线，所述第二单刀双
掷微波开关的不动端与测试天线相连，所述第二单刀双掷微波开关的一个动端与微波功率放大器的输入端相连，所述微波功率放大器的输出端与第一单刀双掷微波开关的一个动端相连，所述第一单刀双掷微波开关的另一个动端与第二单刀双掷微波开关的另一个动端相连，所述第一单刀双掷微波开关的不动端与第二步进可调衰减器的一端相连，所述第二步进可调衰减器的另一端与第二单刀双掷微波开关的不动端相连，所述第二单刀双掷微波开关的一个动端与网络分析仪的第二参考接收端口相连，所述第二单刀双掷微波开关的另一个动端与网络分析仪的第二测试接收端口相连。
13.进一步地，所述发射部分中的第一单刀双掷微波开关的一个动端与其不动端连通时，所述接收部分中的第二单刀双掷射频开关的一个动端与其不动端连通。
14.进一步地，所述发射部分中的第一单刀双掷微波开关的另一个动端与其不动端连通时，所述接收部分中的第二单刀双掷微波开关的另一个动端与其不动端连通。
15.本发明的有益效果如下：
16.该测试系统通过耦合相控阵天线单元的馈源信号作为参考信号，充分利用矢量网络分析仪的参考接收机和测试接收机，实现了测量有源相控阵相位方向图和阵列单元幅度、相位方向图的目的，避免了需要使用额外的频谱仪以及相关的测试软件，因此可以在一般天线远场暗室进行，从而降低了相控阵天线的测试设备和场地的门槛以及测试成本。
附图说明
17.图1为根据本发明一种实施例的小型有源相控阵天线远场测试系统图；
18.图2为根据本发明另一种实施例的小型有源相控阵天线远场测试系统图。
具体实施方式
19.下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
20.请参阅图1、图2所示，本发明提供一种有源相控阵天线远场测试系统，包括发射部分、接收部分和网络分析仪4，所述网络分析仪4为双端口矢量网络分析仪，本实施例中采用的是agilent pna8363c，具有两个独立的测试端口41和44，其中测试端口41可以通过跳线提供独立的第一参考接收端口42和第一测试接收端口43，测试端口44可以通过跳线提供独立的第二参考接收端口45和第二测试接收端口46；42和45的理想输入电平为
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10dbm，此电平下具有最小误差；41通过跳线连接43，且多15db衰减；44通过跳线连接46，且多15db衰减；43和46内部分别前置35db可调衰减器。
21.所述发射部分包括定向耦合器1、第一步进可调衰减器2、第一单刀双掷微波开关3、待测天线单元10与待测单元发射组件11。本实施例中的四单元有源相控阵天线包含四个线性排列的单元，除了10与11之外，其余三个天线单元及发射组件为13、14、15。由于所有单元共用一个天线信号源16，因此所有单元信号相干，在测试相位方向图时可以选取其中一个单元信号作为发射参考信号，通常为阵列的几何中心或者首、尾天线单元。本实施例中选取的天线单元为阵列首单元10。定向耦合器1的作用为从发射信号中提取一小部分作为参考信号，定向耦合器1的直通端连接待测天线单元10与待测单元发射组件11，定向耦合器1的耦合端连接第一步进可调衰减器2的一端，第一步进可调衰减器2的另一端连接第一单刀
双掷微波开关3的不动端，第一单刀双掷微波开关3的一个动端31连接网络分析仪4的测试端口41，第一单刀双掷微波开关3的另一个动端32连接第一参考接收端口42；
22.所述接收部分包括第二单刀双掷微波开关5、微波功率放大器6、第二步进可调衰减器7、第一单刀双掷射频开关8、第二单刀双掷射频开关9和测试天线12，第二单刀双掷微波开关5的不动端与测试天线12相连，第二单刀双掷微波开关5的一个动端51与微波功率放大器6的输入端相连，微波功率放大器6的输出端与第一单刀双掷微波开关8的一个动端81相连，第一单刀双掷微波开关8的另一个动端82与第二单刀双掷微波开关5的另一个动端52相连，第一单刀双掷微波开关8的不动端与第二步进可调衰减器7的一端相连，第二步进可调衰减器7的另一端与第二单刀双掷射频开关9的不动端相连，第二单刀双掷射频开关9的一个动端91与网络分析仪4的第二参考接收端口45相连，第二单刀双掷射频开关9的另一个动端92与网络分析仪4的第二测试接收端口46相连。
23.所述发射部分中的定向耦合器1的耦合度不小于15db，第一步进可调衰减器2的衰减范围不小于30db，最小步长不大于1db。
24.所述接收部分中的微波功率放大器6的增益不小于30db，第二步进可调衰减器7的衰减范围不小于40db，最小步长不大于1db。衰减器7的衰减范围应适当大于放大器的增益，为接收部分的衰减控制留有余量。
25.所述发射部分中的第一单刀双掷微波开关3的动端31与其不动端连通时，所述接收部分中的第二单刀双掷射频开关9的动端91与其不动端连通。所述发射部分中的第一单刀双掷微波开关3的动端32与其不动端连通时，所述接收部分中的第二单刀双掷射频开关9的动端92与其不动端连通。因为网络分析仪的内部软件在处理端口参数的时候，通常无法同时比较两个同样类型的接收机数据，例如两个参考接收机或者两个测试接收机，因此必须在收发端采用不同类型的接收机，以避免需要额外的软件进行数据处理。
26.本发明在使用时，可以根据已知的待测天线和测试场地的参数，通过设置射频开关、调节各个衰减器和放大器，使得测试信号位于各端口接收机的最佳接收电平，从而提高测试结果的准确性。本实施例中，agilent pna 8363c的参考接收机与测试接收机的最佳电平为
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10dbm，此时误差小于0.1db。本实施例中的四单元天线的频率为8ghz，单元最大发射功率为20dbm，天线单元增益为6db，天线阵列增益12db。测试场所为5m法远场暗室，测试天线增益20db。由于单元发射功率仅为20dbm，因此在所述接收部分，通过开关3的切换，选择损耗较低的42端口。此时衰减器2设置为15db，即可保证到达42端口的信号为
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10dbm。所述发射部分，根据前述条件可以计算出到达天线12处的功率约为
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6dbm，通过开关5和8切换，跳过放大器6，衰减器7设置为0db，动端92端口内部的衰减器设为4db，切换开关9连接到46端口，即可保证到达46端口的测试接收机的功率约为
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10dbm。对于35dbm以上的大功率单元发射、或者
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10dbm以下的测试天线接收功率，可以通过切换所述发射部分和接收部分的开关改变信号路径，达到控制信号电平的目的。本实施例中通过以上设置，始终保证了收、发端的信号始终处于约
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10dbm的最佳测试电平，从而实现了大功率与小功率发射条件下的测试的准确性。
27.该测试系统通过耦合相控阵天线单元的馈源信号作为参考信号，充分利用矢量网络分析仪的参考接收机和测试接收机，实现了测量有源相控阵相位方向图和阵列单元幅度、相位方向图的目的，避免了需要使用额外的频谱仪以及相关的测试软件，因此可以在一
般天线远场暗室进行，从而降低了相控阵天线的测试设备和场地的门槛以及测试成本。
28.该测试系统通过微波功率放大器和可调衰减器调整信号强度，利用定向耦合器和单刀双掷微波开关规划测试信号路径，充分利用矢量网络分析仪内置的接收机和衰减器，可以实现大动态范围的信号测量，最大允许单元发射功率高达60dbm、测试天线接收功率65dbm，最小允许单元发射功率5dbm、测试天线接收功率
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40dbm，并且操作安全简便，结果准确可靠。
29.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。