一种基于性能预测的天线波束指向偏差快速测量方法和系统与流程

1.本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种基于性能预测的天线波束指向偏差快速测量方法和系统。


背景技术：

2.天线波束指向偏差测试是天线外壳电性能测试的一个项目，测试方法通常采用搜零法(寻零法)。搜零法测试天线波束指向偏差时，事先设定好寻零器的搜零区间及搜零精度，寻零器在固定的搜零区间内按照搜零精度进行搜零运动，记录天线的零深位置用于天线波束指向偏差的计算。
3.上述测试方式测试效率较低，完成一次测试任务需耗费大量的时间成本。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服寻零法测试天线波束指向偏差时，测试效率低，测试周期较长的问题，提供一种新的测试手段，提高天线外壳天线波束指向偏差测试效率。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种基于性能预测的天线波束指向偏差快速测量方法，包括以下步骤：
7.获取采用寻零法测试的天线外壳的天线波束指向偏差值，根据该天线波束指向偏差值逆向推导出每一个扫描角度对应的差方向图中的零深位置；
8.对于待测试的天线外壳，在特定扫描角度下，寻零器从该扫描角度对应的零深位置开始扫描，获得采样点的电平值最低的位置，该电平值最低的位置即为待测试的天线外壳的差方向图的零深位置，根据待测试的天线外壳的差方向图的零深位置计算该扫描角度下的天线波束指向偏差。
9.进一步地，所述获得采样点的电平值最低的位置，包括：先是往x轴的一个方向扫描，并采样，若采样点的电平的数值大于起始位置的数值，则反向扫描，若采样点的数值小于起始位置的数值，则继续反向扫描，使寻零器一直往数值低的方向扫描，直至找出最低数值，最低数值对应的位置即为待测试的天线外壳的差方向图的零深位置。
10.进一步地，所述获得采样点的电平值最低的位置，包括：
11.a)将寻零器偏移到待测扫描角度对应的零深位置并采样，记为b(0)；
12.b)将寻零器往x轴正向偏移一个步进，并采样该位置的电平值，记为b(i)；
13.c)判断b(i)是否小于b(i-1)，如果是则i＝i+1，将寻零器继续往正向偏移一个步进，即重复步骤b)；否则进入步骤d)；
14.d)将寻零器往x轴负向偏移一个步进，并采样该位置的电平值，记为b(i)；
15.e)判断b(i)是否小于b(i-1)，如果是则i＝i+1，将寻零器继续往负向偏移一个步进，即重复步骤d)；否则进入步骤f)；
16.f)记下b(i-1)对应的x轴位置，即该扫描角度下差方向图上电平的最低值对应的寻零器的位置d，根据d和发射天线与接收天线之间的距离r计算出该扫描角度下的天线波
束指向偏差θ。
17.进一步地，根据公式tanθ＝d/r计算出各个扫描角度下的天线波束指向偏差θ，其中d为特定扫描角度下差方向图上电平的最低值对应的寻零器的位置，r为发射天线与接收天线之间的距离。
18.进一步地，将计算出的各个扫描角度下的天线波束指向偏差θ绘制成曲线，作为天线波束指向偏差的测量结果。
19.一种基于性能预测的天线波束指向偏差快速测量系统，其包括：
20.测试数据获取模块，用于获取采用寻零法测试的天线外壳的天线波束指向偏差值，根据该天线波束指向偏差值逆向推导出每一个扫描角度对应的差方向图中的零深位置；
21.扫描模块，用于对于待测试的天线外壳，在特定扫描角度下，寻零器从该扫描角度对应的零深位置开始扫描，获得采样点的电平值最低的位置，该电平值最低的位置即为待测试的天线外壳的差方向图的零深位置；
22.计算模块，用于根据待测试的天线外壳的差方向图的零深位置计算该扫描角度下的天线波束指向偏差。
23.进一步地，上述系统还包括曲线绘制模块，用于将计算出的各个扫描角度下的天线波束指向偏差绘制成曲线，作为天线波束指向偏差的测量结果。
24.本发明与现有技术相比的有益效果：
25.(1)本发明的技术方案，基于已有天线外壳的测试结果进行性能预测，在此基础上进行寻零操作，实现天线波束指向偏差的快速测量，解决了寻零法天线波束指向偏差测试效率较低的难题。
26.(2)本发明的技术方案，可以使天线外壳寻零法天线波束指向偏差的测试周期缩短至原先的25％之内，具有良好的工程应用前景。
27.(3)本发明的技术方案，可应用于比幅形式天线外壳的天线波束指向偏差测试。
28.(4)本发明的技术方案，适用于同种类别大批量天线外壳的天线波束指向偏差测试。
29.综上，本发明基于已有天线外壳天线波束指向偏差的测量结果，对相同类别的待测天线外壳进行性能预测，在预测的基础上进行天线波束指向偏差测量的寻零操作，从而实现天线波束指向偏差的高效率测试。该方式能大幅度提高天线波束指向偏差的测试效率，可用于比幅形式的天线外壳大批量制造阶段的天线波束指向偏差快速测量，具有良好的工程应用前景。
附图说明
30.图1是本发明的基于性能预测的天线波束指向偏差测试方法的流程示意图。
31.图2是本发明的寻零法示意图。
32.图3是本发明的天线零深示意图。
33.图4是本发明的天线外壳天线波束指向偏差测试曲线。
具体实施方式
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。
35.本发明涉及的基于性能预测的天线波束指向偏差测试方法，依据预测值进行寻零操作，可大幅度提升同一类别天线外壳的天线波束指向偏差测试效率。
36.首先，在采用寻零法测试完一个天线外壳之后，通过其天线波束指向偏差值，逆向推导出其在每一个扫描角度对应的差方向图中零点所对应的寻零器上x轴的位置，即零深位置，将其值写入程序，作为后续同类型天线外壳测试天线波束指向偏差时寻零器寻零的起始位置。
37.然后，在进行天线波束指向偏差测试时，在特定扫描角下，寻零器从该零深位置开始扫描，先是往x轴的一个方向扫描，并采样，若采样点的电平的数值大于起始位置的数值，则反向扫描，若采样点的数值小于起始位置的数值，则继续反向扫描。使寻零器一直往数值低的方向扫描，直至找出最低数值，此位置即为待测试的同类型天线外壳的差方向图的零深位置，记下该位置(即寻零器的位置d)用于天线波束指向偏差的计算，从而得出该扫描角下的天线波束指向偏差。其它扫描角测试方法类似。
38.本发明的基于性能预测的天线波束指向偏差测试方法，其主要的步骤流程如图1所示，具体包括以下步骤：
39.1)获取前期采用寻零法测试的天线外壳的天线波束指向偏差数据，并装订(保存)进测试程序内。
40.2)将波束指向偏差换算为零深位置，用k表示第k个扫描角度，初始时设置k＝1，最大扫描角记为max。
41.3)将天线外壳的转台转到待测扫描角。
42.4)将寻零器偏移到待测扫描角度对应的装订的零深位置并采样，记为b(0),并设参数i＝1。
43.5)将寻零器往x轴正向偏移一个步进，并采样该位置的电平值，记为b(i)。
44.6)判断b(i)是否小于b(i-1)，如果是则i＝i+1，将寻零器继续往正向偏移一个步进，即重复步骤5)；如果否则进入步骤7)。
45.7)将寻零器往x轴负向偏移一个步进，并采样该位置的电平值，记为b(i)。
46.8)判断b(i)是否小于b(i-1)，如果是则i＝i+1，将寻零器继续往负向偏移一个步进，即重复步骤7)；如果否则进入步骤9)。
47.9)记下b(i-1)对应的x轴位置，即该扫描角度下差方向图上电平的最低值时寻零器的位置d，并通过公式tanθ＝d/r计算出该扫描角度下的天线波束指向偏差θ。其中r表示发射天线与接收天线之间的距离。
48.10)在其它扫描角度(按步进角度)重复以上步骤，找到每个扫描角度下差方向图上电平的最低值时寻零器的位置d并记录。通过公式tanθ＝d/r计算出各个扫描角度下的天线波束指向偏差θ，并绘制成曲线，即为天线波束指向偏差的测量结果。
49.本发明的一个实施例中，提供一种基于性能预测的天线外壳天线波束指向偏差快速测量方法，以某类别天线外壳天线波束指向偏差测试为例，进行测试步骤的详细实施方式说明。本实施例中该类别天线外壳测试的方位角(扫描角度范围)为-20
°
～20
°
，即最大扫
描角max为20
°
，扫描角度的步进为2
°
，天线波束指向偏差测试精度要求为0.1mrad，收发天线距离r＝12m。其中扫描角度范围、步进值在其它实施例中也可以采用其它数值。
50.设θ表示天线波束指向偏差，r表示发射天线与接收天线之间的距离。从图2可以看出，tanθ＝d/r，寻零器上发射天线的偏移量d为1.2mm时，θ为0.1mrad，可以满足0.1mrad精度的测试需求。因此，寻零器的步进可设置为大于0小于1.2mm，下面以0.1mm举例说明。具体测试步骤如下：
51.a、安装发射天线、接收天线，使两天线极化方向与测试要求一致，且收发天线的机械轴线对齐；
52.b、连接好收发天线与测试仪器之间的连接电缆；其中测试仪器是指寻零器和微波接收装置等；
53.c、不带天线外壳时，测试天线差方向图，将寻零器置于接收天线的零深电平处，将此处位置置为零位，如图3所示；
54.d、依据前期测试的天线外壳的天线波束指向偏差数据，根据已知的θ和r，按照公式tanθ＝d/r换算出每一个扫描角下的零位偏移量d，并装订(保存)进测试程序内；
55.e、带上天线外壳，将天线外壳的转台(转台是测试系统的一部分)转至-20
°
位置，步骤d中装订的该角度的寻零器的偏移量d为-13.6mm，因此将寻零器移至该位置，采样该位置的电平(图3的纵坐标)并记为b(0)；
56.f、寻零器往x轴正方向偏移0.1mm，即-13.5mm，并采样该位置的电平，记为b(1)，b(0)与b(1)比较，b(1)大于b(0)；
57.g、将寻零器往负方向偏移0.2mm，即-13.7mm位置，并采样，记为b(2)，b(2)与b(1)比较，b(2)小于b(1)；
58.h、将寻零器继续往负方向偏移0.1mm，即-13.8mm位置，并采样，记为b(3)，b(3)与b(2)比较，b(3)小于b(2)；
59.i、将寻零器继续往负方向偏移0.1mm，并采样，记为b(i)，b(i)与b(i-1)比较，若b(i)小于b(i-1)，则继续往负方向偏移0.1mm，若b(i)大于b(i-1)，则记下b(i-1)的零位偏移量d，该类别天线外壳测试结果即d为-28.3mm；
60.j、在其它扫描角度(按步进角度)重复以上步骤，找到每个扫描角度下差方向图上电平的最低值时寻零器的位置d并记录；
61.k、根据d和r，通过公式tanθ＝d/r计算出各个扫描角度下的天线波束指向偏差θ，并绘制成曲线，如图4所示。图4即为本发明方法得到的天线波束指向偏差测量结果。
62.本发明的另一实施例提供一种基于性能预测的天线波束指向偏差快速测量系统，其包括：
63.测试数据获取模块，用于获取采用寻零法测试的天线外壳的天线波束指向偏差值，根据该天线波束指向偏差值逆向推导出每一个扫描角度对应的差方向图中的零深位置；
64.扫描模块，用于对于待测试的天线外壳，在特定扫描角度下，寻零器从该扫描角度对应的零深位置开始扫描，获得采样点的电平值最低的位置，该电平值最低的位置即为待测试的天线外壳的差方向图的零深位置；
65.计算模块，用于根据待测试的天线外壳的差方向图的零深位置计算该扫描角度下
的天线波束指向偏差。
66.进一步地，上述系统还可包括曲线绘制模块，用于将计算出的各个扫描角度下的天线波束指向偏差绘制成曲线，作为天线波束指向偏差的测量结果。
67.其中各模块的具体实施过程参见前文对本发明方法的描述。
68.本发明采用基于性能预测的方式进行天线外壳天线波束指向偏差测试，采用相同类别天线外壳的测试结果作为性能预测模型，能大幅度提高天线波束指向偏差的测试效率，可用于大批量制造的同种类别的比幅形式天线外壳天线波束指向偏差的快速测量，具有良好的工程应用前景。
69.以上所述，仅是本发明的具体实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据发明的设计方法实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化，均仍属本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种基于性能预测的天线波束指向偏差快速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：获取采用寻零法测试的天线外壳的天线波束指向偏差值，根据该天线波束指向偏差值逆向推导出每一个扫描角度对应的差方向图中的零深位置；对于待测试的天线外壳，在特定扫描角度下，寻零器从该扫描角度对应的零深位置开始扫描，获得采样点的电平值最低的位置，该电平值最低的位置即为待测试的天线外壳的差方向图的零深位置，根据待测试的天线外壳的差方向图的零深位置计算该扫描角度下的天线波束指向偏差。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得采样点的电平值最低的位置，包括：先是往x轴的一个方向扫描，并采样，若采样点的电平的数值大于起始位置的数值，则反向扫描，若采样点的数值小于起始位置的数值，则继续反向扫描，使寻零器一直往数值低的方向扫描，直至找出最低数值，最低数值对应的位置即为待测试的天线外壳的差方向图的零深位置。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获得采样点的电平值最低的位置，包括：a)将寻零器偏移到待测扫描角度对应的零深位置并采样，记为b(0)；b)将寻零器往x轴正向偏移一个步进，并采样该位置的电平值，记为b(i)；c)判断b(i)是否小于b(i-1)，如果是则i＝i+1，将寻零器继续往正向偏移一个步进，即重复步骤b)；否则进入步骤d)；d)将寻零器往x轴负向偏移一个步进，并采样该位置的电平值，记为b(i)；e)判断b(i)是否小于b(i-1)，如果是则i＝i+1，将寻零器继续往负向偏移一个步进，即重复步骤d)；否则进入步骤f)；f)记下b(i-1)对应的x轴位置，即该扫描角度下差方向图上电平的最低值对应的寻零器的位置d，根据d和发射天线与接收天线之间的距离r计算出该扫描角度下的天线波束指向偏差θ。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据公式tanθ＝d/r计算出各个扫描角度下的天线波束指向偏差θ，其中d为特定扫描角度下差方向图上电平的最低值对应的寻零器的位置，r为发射天线与接收天线之间的距离。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将计算出的各个扫描角度下的天线波束指向偏差θ绘制成曲线，作为天线波束指向偏差的测量结果。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扫描角度的范围为-20
°
～20
°
，即最大扫描角max为20
°
，扫描角度的步进为2
°
，天线波束指向偏差测试精度要求为0.1mrad，收发天线距离r＝12m，寻零器的步进设置为大于0小于1.2mm。7.一种基于性能预测的天线波束指向偏差快速测量系统，其特征在于，包括：测试数据获取模块，用于获取采用寻零法测试的天线外壳的天线波束指向偏差值，根据该天线波束指向偏差值逆向推导出每一个扫描角度对应的差方向图中的零深位置；扫描模块，用于对于待测试的天线外壳，在特定扫描角度下，寻零器从该扫描角度对应的零深位置开始扫描，获得采样点的电平值最低的位置，该电平值最低的位置即为待测试的天线外壳的差方向图的零深位置；
计算模块，用于根据待测试的天线外壳的差方向图的零深位置计算该扫描角度下的天线波束指向偏差。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括曲线绘制模块，用于将计算出的各个扫描角度下的天线波束指向偏差绘制成曲线，作为天线波束指向偏差的测量结果。

技术总结
本发明属于电磁场与微波技术领域，涉及一种基于性能预测的天线波束指向偏差快速测量方法和系统。该方法包括：获取采用寻零法测试的天线外壳的天线波束指向偏差值，逆向推导出每一个扫描角度对应的差方向图中的零深位置；对于待测试的天线外壳，在特定扫描角度下，寻零器从该扫描角度对应的零深位置开始扫描，获得采样点的电平值最低的位置，即为待测试的天线外壳的差方向图的零深位置，根据该位置计算该扫描角度下的天线波束指向偏差。本发明采用基于性能预测的方式进行天线外壳天线波束指向偏差测试，能大幅度提高天线波束指向偏差的测试效率，可用于大批量制造的同种类别的天线外壳天线波束指向偏差的快速测量，具有良好的工程应用前景。工程应用前景。工程应用前景。


技术研发人员：阳开华 张春波 李健平 史骥 廖俊
受保护的技术使用者：航天特种材料及工艺技术研究所
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/10/7