一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法与流程

技术特征：
1.一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤1.选取两个天线，将其中一个天线作为待测天线(105)，另一个天线作为校准天线(106)，在标准暗室环境下测量校准天线(106)的辐射方向图并求得校准天线(106)的传输系数；步骤2.在混合屏蔽室环境下，先将待测天线(105)放置在室内的转台(103)上，控制待测天线(105)进行旋转，得到待测天线(105)s参数矩阵；再将校准天线(106)放置在转台上进行旋转，得到校准天线(106)的s参数矩阵；步骤3.计算待测天线(105)和校准天线(106)的相关性系数矩阵和校准天线(106)的自相关系数矩阵；步骤4.利用所述球面波系数矩阵和相关性系数矩阵重构出待测天线的方向图，同时利用步骤1所述的校准天线(106)传输系数来补偿待测天线方向图，完成待测天线(105)重构和补偿工作。2.根据权利要求1所述的一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法，其特征在于，所述步骤2中，转台(103)能够控制待测天线(105)和校准天线(106)沿x、y和z方向进行旋转，三个方向的旋转范围是0
°‑
360
°
，角度间隔是1度；混合屏蔽室环境内的待测天线(105)近场测试数据通过多探头测量方法得到球面近场切向数据，将沿θ和方向的近场切向电场分量代入式(1)中，从而得到含有多径反射干扰的待测天线远场辐射特性；其中a
mn
和b
mn
表示由近场测量数据推导出的待测天线(105)球面波系数，和表示球面波生成函数，表示待测天线远场电场分量；根据测试区域场补偿理论，利用式(2)将混合屏蔽室中含反射径干扰的待测天线105远场分量表示为传输系数与信源相乘的形式：其中v表示待测天线上的发射信源，t
mn
表示待测天线的传输系数，与式(1)中的和等价，均表示球面波生成函数。同理，通过式(1)(2)的求解同样可以得到所述校准天线(106)的远场电场分量以及球面波系数a
mn
和b
mn
；将待测天线(105)在含多径反射影响下计算得到的球面波系数记为a'
aut,mn
和b'
aut,mn
，而待求的理论无干扰的待测天线球面波系数记为a
aut,mn
和b
aut,mn
，待求的理论无干扰的待测天线传输系数记为t
aut,mn
；将所述已知的校准天线(106)传输系数记为t
ref,mn
，含多径反射影响的校准天线(106)球面波系数记为a'
ref,mn
和b'
ref,mn
，已知无干扰的信源信号记为v，含多径反射影响的信源信号记为v'；通过式(1)(2)可以看出，含多径反射影响的信源信号v'可以表示为式(3)的形式：(a'
ref,mn
,b'
ref,mn
)＝t
ref,mn
v'
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)而待测天线(105)和校准天线(106)是在相同的混合屏蔽室环境下进行的测试，故两种
天线测试结果下的信号v'一致，因此通过式(4)可以根据所述已知的校准天线(106)传输系数t
ref,mn
和计算得到的校准天线(106)球面波系数a'
ref,mn
和b'
ref,mn
推得待测天线的理论传输系数t
aut,mn
：t
aut,mn
＝(a'
aut,mn
,b'
aut,mn
)((t
ref,mn
)

·
(a'
ref,mn
,b'
ref,mn
))

ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中 表示矩阵的广义逆矩阵。3.根据权利要求1所述的一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法，其特征在于，所述步骤3中根据式(5)计算旋转待测天线(105)与校准天线(106)之间的相关性系数以及校准天线(106)自身的自相关系数：其中a
mn1
和b
mn1
表示含反射径影响的待测天线(105)的球面波系数，a
mn2
和b
mn2
表示含反射径影响的校准天线(106)的球面波系数，t(α,β,γ)表示待测天线(105)的旋转矩阵，通过t(α,β,γ)与a
mn2
和b
mn2
的矩阵相乘，得到校准天线(106)的旋转方向图，利用式(5)得到旋转校准天线(106)与待测天线(105)之间的相关系数，记为ρ1；同理，将式(5)中的待测天线(105)换成校准天线(106)，即a
mn1
和b
mn1
用a
mn2
和b
mn2
替换，得到校准天线(106)的旋转方向图以及校准天线(106)与其自身旋转方向图之间的自相关系数，记为ρ2；为了在混响室中得到所述ρ1和ρ2，通过测量不同旋转位置处的待测天线(105)和校准天线(106)的s参数，并计算s参数之间的相关性，从而得到对应的相关系数ρ1和自相关系数ρ2，如式(6)所示：其中，s
21,k,ref
和s
21,k,aut
是发射天线到校准天线(106)与待测天线(105)之间的s参数，<s
21,ref
>和<s
21,aut
>则对应上述两种参数的所有采样值的平均值，利用(6)式即可得到相关系数ρ1；若将(6)式中的s
21,k,aut
和<s
21,aut
>用s'
21,k,ref
和<s'
21,ref
>进行替换，其中s'
21,k,ref
和<s'
21,ref
>表示校准天线(106)在未旋转状态下的s参数和对应的平均值，则可得到自相关系数ρ2。利用上述已知的ρ1和ρ2相关性系数以及旋转矩阵t(α,β,γ)，通过式(7)所示的反向重构法，得到校准天线(106)和待测天线(105)的含反射径干扰的球面波系数：
其中t
α
，t
β
和t
γ
分别对应所述旋转矩阵t(α,β,γ)在x，y和z上的投影矩阵，ρ
s,α
，ρ
s,β
和ρ
s,γ
分别表示相关性系数ρ1(下标s取1)或自相关系数ρ2(下标s取2)在x，y和z上的投影矩阵，利用广义逆矩阵的方法反向推导出待测天线(105)在含球面反射径干扰时的方向图，同理，将式(7)中的待测天线(105)和校准天线(106)互换，便可得到含反射径干扰的校准天线方向图。4.根据权利要求1所述的一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法，其特征在于，所述步骤4中，对已求得的待测天线方向图进行补偿，在混合屏蔽室的条件下，待测天线(105)和校准天线(106)的测试环境保持一致，应用测试区域场补偿，即将式(3)(4)中的信号v'看作混合屏蔽室中因球面反射径干扰所产生的信源信号，进而通过式(8)的逆矩阵补偿方式得到去除球面反射径干扰的待测天线传输系数：t
aut,mn
＝(a
mn1
,b
mn1
)((t
ref,mn
)

·
(a
mn2
,b
mn2
))

ꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)式(8)中利用了上述计算所得的含反射径干扰的待测天线球面波系数a
mn1
和b
mn1
，以及含反射径干扰的校准天线球面波系数a
mn2
和b
mn2
，并利用所述已知的校准天线传输系数t
ref,mn
补偿得到改善后的待测天线方向图。

技术总结
一种基于混合屏蔽室的抗干扰天线方向图测量方法，选取两个天线，一个待测天线，另一个校准天线，在标准暗室环境下测量校准天线的辐射方向图并求得校准天线的传输系数；在混合屏蔽室环境下，先将待测天线放置在室内的转台上，控制待测天线进行旋转，得到待测天线旋转矩阵；再将校准天线放置在转台上进行旋转，得到校准天线的旋转矩阵；计算待测天线和校准天线的相关性系数矩阵，以及待测天线和校准天线在不同转台位置时的旋转方向图和球面波系数矩阵；利用球面波系数矩阵和相关性系数矩阵重构出待测天线的方向图，同时利用校准天线传输系数来补偿待测天线方向图，完成待测天线重构和补偿工作。本发明改善混合测试环境下的待测天线辐射方向图。天线辐射方向图。天线辐射方向图。


技术研发人员：陈晓明 郑俊浩 刘晓波 李福荣
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.08.30
技术公布日：2021/12/16