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1. WO2020107362 - GÉNÉRATEUR D'ONDE QUASI-PLANE BASÉ SUR UNE ANTENNE RÉSEAU

Document

说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23  

附图

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14  

说明书

发明名称 : 一种基于阵列天线的准平面波生成器

技术领域

[0001]
本申请涉及阵列天线技术领域,尤其涉及一种基于阵列天线的准平面波生成器。

背景技术

[0002]
5G毫米波通信中将引入近场问题,随着毫米波基站电尺寸的增大,满足远场条件的距离也将增加,构建满足远场条件的暗室将耗费巨资,不适用于大规模基站的研制和生产调试。近些年来,为缩小天线远场测试所需的测试距离,天线辐射特性的近场测试方法已经得到了广泛的关注与研究。其中较为典型的方案为:紧缩场测试方案、球面近场测试方案等。紧缩场测试方案基本原理为:利用紧缩场反射面为天线测试提供一个较大的准平面波静区。其优点为较远场测试相比大大缩小了测试距离,且具有较宽频带,大型的紧缩场能够覆盖几百兆到几百吉的测试带宽;其缺点为造价昂贵,对紧缩场反射面的制造精度和安装精度要求都较高,不适用于大规模数量的天线性能测试,测试效率低。此外,球面近场测试方案的基本原理为,利用在待测天线周围的近场区域排布的一圈探头天线,通过旋转探头天线测得待测天线周围360°近场区域的场分布,再利用傅里叶变换计算天线的远场性能。该测试方法同样能大大减小测试距离,但所需测试时间长,需要逐点或逐线测量,测量效率低,不同位置的场分布测量不能同时进行,导致有源天线测试时相位恢复困难,不适用于大规模数量的有源天线性能测试。
[0003]
在传统的基站天线测量中,由于天线与射频单元是相互分离的,且接口为标准化接口,因此天线性能可采用传统的无源天线的近场测试方法和/或远场测试方法进行测试。而在5G移动通信基站天线的测试中,由于天线单元与射频单元的一体化设计,无法将天线单元或天线阵列从基站中单独分离出来进行测量工作,因此需要利用空口OTA测试方法对有源天线在5G移动通信基站工作状态下的性能进行测试。传统的紧缩场测试方案能够为5G移动通信基站天线的测试提供一个准平面波静区,然而其造价昂贵,用于大量天线性能测试时效率低;而球面近场测试系统同样不适用大量天线性能测试,在测试有源天线时存在相位恢复困难、后期计算复杂的缺点。
[0004]
目前,利用阵列天线在近场区域形成准平面波静区的方案已经得到了业内的广泛关注。目前,国内外已有几所高校和单位提出了相似的平面波生成器的概念,但其多采用超材料方法实现。
[0005]
中国已授权专利“紧缩场天线测量系统”,其申请公布号为CN102749529A,其公开公告日为2012.10.24,其内部采用了多片超材料层叠结构形成平面波生成单元,其中每一片超材料包括基材以及设置在基材上的多个人造微孔结构。当馈源产生电磁波穿过超材料层叠结构时,会转换为平面电磁波。这种方法的优点是避免了制造高精度紧缩场反射面的加工工艺,降低了制造成本;但其缺点为超材料结构复杂、设计难度大,且静区范围小。
[0006]
此外,德国Rohde&Schwarz公司也提出了基于阵列天线的平面波转换器(Plane Wave Converter),其特点为,阵列天线均匀分布,且每路天线通道后端均需要连接衰减器和移相器对馈电幅度和相位进行控制,使得系统后端馈电网络复杂且控制成本较高;其采用单极化阵列天线,通过旋转整个阵面来调整极化方式,增加了调整极化方式的难度。
[0007]
因此,需要一种系统复杂度低,造价经济,安装简便;控制信号通道数量少,馈电网络较简单,静区性能稳定性高;测试距离和测试所需空间小,测试效率高的准平面波生成器。
[0008]
发明内容
[0009]
为解决以上问题,本申请实施例提供了一种基于阵列天线的准平面波生成器,包括:二维阵列天线口面(1)、多个双极化阵列天线单元(2)、阵列天线馈电网络(5)、幅相控制网络(6);其中,
[0010]
所述幅相控制网络(6)生成多路幅度相位各不相同的馈电信号,通过阵列天线馈电网络(5)传输给各双极化阵列天线单元(2);
[0011]
所述阵列天线馈电网络(5)接收幅相控制网络(6)发出的馈电信号,传输给各双极化阵列天线单元(2),为各双极化阵列天线单元(2)提供所需要激励的幅度和相位信号;
[0012]
各所述双极化阵列天线单元(2)采用不等间距的非周期阵列形式排布,接收馈电信号,生成准平面波;
[0013]
所述二维阵列天线口面(1)用于装配双极化阵列天线单元(2)。
[0014]
优选地,还包括系统控制计算机(7);
[0015]
所述系统控制计算机(7)控制幅相控制网络(6)的输出信号的幅度衰减值和相位延迟值大小。
[0016]
优选地,所述阵列天线馈电网络(5)包括多个功分器和多个极化切换开关;
[0017]
所述极化切换开关改变与其相连接的双极化阵列天线单元(2)的极化方式,从而改变准平面波生成器辐射电磁波的极化方向;
[0018]
所述功分器将幅相控制网络(6)输出的信号分成多路等幅同相的信号,并发送给各双极化阵列天线单元(2)。
[0019]
优选地,所述功分器和极化切换开关的连接方式包括:极化切换开关与天线单元直接相连接、极化切换开关与功分器电路相连接、极化切换开关置于功分器电路中;
[0020]
所述极化切换开关与天线单元直接相连接的连接方式为:极化切换开关在功分器和双极化阵列天线单元(2)之间,接收功分器发出的信号,并传输给与其相连接的双极化阵列天线单元(2);
[0021]
所述极化切换开关与功分器电路相连的连接方式为:极化切换开关在幅相控制网络与功分器之间,将接收到的幅相控制网络(6)发出的馈电信号传输给与其相连接的功分器;
[0022]
所述极化切换开关置于功分器电路中的连接方式为:极化切换开关在功分器与功分器之间,将功分器接收到的馈电信号传输给与其相连接的各功分器。
[0023]
优选地,所述准平面波所在的静区(8)的圆形底面与二维阵列天线口面(1)平行。
[0024]
优选地,所述静区(8)通过幅相控制网络(6)的控制,实现等相位面偏移。
[0025]
优选地,所述静区(8)的偏移角度水平方向在±10°之间,垂直方向在±8°之间。
[0026]
优选地,所述不等间距的非周期阵列形式排布,其排布方式包括近似规则排布和/或随机排布。
[0027]
优选地,所述不等间距的非周期阵列包括多个结构相同和/或结构不同的天线子阵(3)。
[0028]
优选地,多个所述天线子阵(3)包括数量相同和/或数量不同的双极化阵列天线单元(2)。
[0029]
优选地,所述天线子阵(3)的结构包括:圆形、椭圆形、和多边形。
[0030]
优选地,所述天线子阵(3)的划分或合成方式依据的原则包括:就近原则、相似原则、最小合成通道数原则。
[0031]
优选地,各所述子阵之间为非等间距的和/或等间距的,子阵栅格为多边形,子阵边界为多边形。
[0032]
优选地,所述被功分器合并为一组的各双极化阵列天线单元(2)形成天线子阵(3)。
[0033]
优选地,所述功分器包括一分二、一分四、一分八的Wilkinson功分器和T型功分器。
[0034]
优选地,所述功分器各端口回波损耗小于-10dB,隔离度小于-20dB。
[0035]
优选地,所述各双极化阵列天线单元(2)之间布设吸波材料。
[0036]
优选地,所述二维阵列天线口面(1)的口面形状包括:圆形、椭圆形、和多边形。
[0037]
优选地,所述二维阵列天线口面(1)上装配的各双极化阵列天线单元(2)间距为0.3倍最低工作频率波长到10倍最低工作频率波长之间。
[0038]
优选地,所述二维阵列天线口面(1),对于双极化阵列天线单元(2)间距大于一个最低工作频率波长的大间距阵列,采用子阵级或者单元级的不等间距的非周期结构布阵的方式实现不等间距的非周期阵列。
[0039]
优选地,所述子阵级不等间距的非周期结构布阵,为二维阵列天线口面(1)中的各天线子阵(3)中心的位置分布和/或旋转角分布;各天线子阵(3)中心的位置为不等间距的非周期分布,旋转角度为任意角度,各天线子阵(3)间不互相交叠,且各天线子阵(3)边缘的双极化阵列天线单元(2)之间的最小距离要大于一个最低工作频率波长。
[0040]
优选地,所述单元级不等间距的非周期结构布阵,为二维阵列天线口面(1)中的各双极化阵列天线单元(2)为不等间距的非周期结构布阵。
[0041]
优选地,所述二维阵列天线口面(1)中的双极化阵列天线单元(2)的数量可以进行调整。
[0042]
本申请实施例的优点在于:本准平面波生成器在阵列排布(设计)上引入了不等间距非周期阵列概念,能够实现生成的准平面波覆盖一倍频程带宽。此外,在不显著降低高质量准平面波静区(8)性能的基础上,本申请实施例提出了一种减少阵列天线控制信号通道数量的阵列布局合成方案。所述的阵列布局合成方案通过将几路信号通道合成为一路信号通道,利用多个双极化阵列天线单元(2)构成天线子阵(3),对每个天线子阵(3)单独提供激励信号,能够有效降低阵列天线馈电网络(5)的复杂度。通过在每个双极化阵列天线单元(2) 后端连接极化切换开关,实现对整个准平面波生成器的辐射电磁场极化方向的控制,无需对阵列天线进行旋转操作。生成的准平面波静区(8)能够进行等相位面偏移,在测试待测天线时,能够减少由于转台机械旋转待测天线时产生的误差。本申请实施例复杂度低,造价经济,安装简便;控制信号通道数量少,馈电网络较简单,静区(8)性能稳定性高;测试距离和测试所需空间小,测试效率高的准平面波生成器。

附图说明

[0043]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选事实方案的目的,而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中,用同样的参考符号表示相同的部件。在附图中:
[0044]
图1是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的结构示意图;
[0045]
图2是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的功分器结构示意图;
[0046]
图3是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的极化切换开关与天线单元直接相连接的结构示意图;
[0047]
图4是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的极化切换开关与功分器电路相连的结构示意图;
[0048]
图5是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的极化切换开关置于功分器电路中的结构示意图;
[0049]
图6是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的准平面波静区的水平方向偏移的俯视图;
[0050]
图7是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的准平面波静区的垂直偏方向移的示意图;
[0051]
图8是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的子阵排布示意图;
[0052]
图9是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的子阵近似规则排布阵示意图;
[0053]
图10是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的子阵栅格示意图;
[0054]
图11是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的子阵边界示意图;
[0055]
图12是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的二维阵列天线口面的形状示意图;
[0056]
图13是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的子阵级的不等间距的非周期结构布阵的示意图;
[0057]
图14是本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的单元级的不等间距的非周期结构布阵的示意图。
[0058]
附图标记说明
[0059]
1二维阵列天线口面 2双极化阵列天线单元
[0060]
3天线子阵 4传输线
[0061]
5阵列天线馈电网络 6幅相控制网络
[0062]
7系统控制计算机 8静区
[0063]
9待测天线放置区域

具体实施方式

[0064]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0065]
如图1所示,本申请实施例提出的一种基于阵列天线的准平面波生成器,该准平面波生成器包括:二维阵列天线口面(1)、多个双极化阵列天线单元(2)、阵列天线馈电网络(5)、幅相控制网络(6);其中,
[0066]
所述幅相控制网络(6)生成多路(多通道)的任意幅度和任意相位的馈电信号,通过阵列天线馈电网络(5)传输给各双极化阵列天线单元(2);利用幅相控制网络(6),在不同的使用频段设置对应的信号通道馈电幅度和相位,并将输出信号与准平面波生成器的阵列天线馈电网络(5)相连接,即可利用阵列天线中,单元位置固定的各双极化阵列天线单元(2)和大小不变的二维阵列天线口面(1),在同一准平面波所在的静区(8)位置根据使用频段生成满足设计指标要求的高质量准平面波静区(8),实现准平面波生成器的宽带设计。
[0067]
所述阵列天线馈电网络(5)接收幅相控制网络(6)发出的馈电信号,传输给各双极化阵列天线单元(2),为各双极化阵列天线单元(2)提供所需要激励的幅度和相位信号。所述阵列天线馈电网络(5)通过各传输线(4)与阵列天线馈电网络(5)和各双极化阵列天线单元(2)相连接,其包括二维阵列天线口面(1)和幅相控制网络(6)之间的所有功分器和极化切换开关。
[0068]
各所述双极化阵列天线单元(2)采用不等间距的非周期阵列形式排布,接收馈电信号,生成准平面波;所述准平面波的所在的区域为静区(8);
[0069]
所述二维阵列天线口面(1)用于装配和固定双极化阵列天线单元(2),其长度和宽度的电尺寸为10至20倍最低工作频率波长。
[0070]
所述静区(8)接近圆柱形,圆柱形的圆形底面与阵列天线的口面平行,圆柱形的中心圆形截面距离阵列天线的口面在1倍天线口面长度到2倍天线口面长度之间,且在该圆柱形静区(8)内,电场幅度误差为±1dB,相位误差为±7.5°,静区(8)直径至少为0.5倍所述二维阵列天线口面(1)长度,长度至少为10倍最低工作频率波长。
[0071]
此准平面波生成器还包括系统控制计算机(7);所述系统控制计算机(7)控制幅相控制网络(6)输出的每路信号的幅度衰减值和相位延迟值大小。
[0072]
所述阵列天线馈电网络(5)包括多个功分器和多个极化切换开关。
[0073]
所述极化切换开关改变与其相连接的双极化阵列天线单元(2)的极化方式,从而改变准平面波生成器辐射电磁波的极化方向;
[0074]
所述功分器将幅相控制网络(6)输出的信号分成多路等幅同相的信号,并发送给各双极化阵列天线单元(2)。
[0075]
所有所述功分器都是由一个或多个一分二功分器组成的一分多功分器。如图2所示,以一分四功分器为例,一分四功分器由三个一分二功分器组成,分别为第一一分二功分器,第二一分二功分器和第三一分二功分器。其中,第一一分二功分器分出来的两端分别连接第二一分二功分器和第三一分二功分器的合并端,组成一个一分四功分器。
[0076]
所述功分器和极化切换开关的连接方式包括:极化切换开关与天线单元直接相连接、极化切换开关与功分器电路相连接、极化切换开关置于功分器电路中。
[0077]
如图3所示,所述极化切换开关与天线单元直接相连接的连接方式为:极化切换开关在功分器和双极化阵列天线单元(2)之间,接收功分器发出的信号,并传输给与其相连接的双极化阵列天线单元(2)。
[0078]
如图4所示,所述极化切换开关与功分器电路相连的连接方式为:极化切换开关在幅相控制网络与功分器之间,将接收到的幅相控制网络(6)发出的馈电信号传输给与其相连接的两组一分四功分器功分器,每一组一分四功分器为一种极化方式。
[0079]
如图5所示,所述极化切换开关置于功分器电路中的连接方式为:极化切换开关在功分器与功分器之间,将功分器接收到的馈电信号传输给与其相连接的各功分器。
[0080]
准平面波所在的静区(8)的圆形底面与二维阵列天线口面(1)平行。通过幅相控制网络(6)的控制,能够实现静区(8)的等相位面偏移。
[0081]
所述静区(8)的偏移角度水平方向在±10°之间,垂直方向在±8°之间。
[0082]
如图6所示,为本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的准平面波静区的水平方向偏移的俯视图,图中(8)为准平面波静区(8),(9)为待测天线放置区域,准平面波静区(8)中心实线线段及实线矩形所示为与阵列天线口面平行的准平面波静区(8)等相位面,虚线线段与虚线矩形所示为准平面波静区(8)等相位面在水平方向偏移时的准平面波静区(8)。
[0083]
如图7所示,为本申请实施例提供的一种基于阵列天线的准平面波生成器的准平面波静区的垂直偏移方向的示意图。图中(8)为准平面波静区(8),实线部分所示为与阵列天线口面平行的准平面波静区(8)等相位面;虚线所示为准平面波静区(8)等相位面在垂直方向偏移时的准平面波静区(8)。
[0084]
如图8所示,为本申请实施例的子阵排布示意图,多个双极化阵列天线单元(2)采用的不等间距非周期阵列形式排布,其排布方式包括近似规则排布和/或随机排布。近似规则排布阵,如图9所示,其特点为:阵列中的各双极化阵列天线单元(2)间距并不完全相同,但各双极化阵列天线单元(2)的排列具有一定对称性,在每一维度上,各双极化阵列天线单元(2)间距变化具有一定的数学规律。随机排布阵中,各双极化阵列天线单元(2)的排布完全随机,不遵循任何数学规律。
[0085]
所述不等间距的非周期阵列包括多个结构相同和/或结构不同的天线子阵(3)。所述天线子阵(3)的结构包括:圆形、椭圆形、矩形、三角形、五边形等多边形。各天线子阵(3)包括数量相同和/或数量不同的双极化阵列天线单元(2)。所述各天线子阵(3)包括:由两个双极化阵列天线单元(2)组合而成的二元阵、多个双极化阵列天线单元(2)组成的行阵、列阵、三角形阵、方阵、以及多边形阵等。
[0086]
所述天线子阵(3)的划分或合成方式依据的原则包括:就近原则、相似原 则、最小合成通道数原则等。所述就近原则指,选择物理位置临近的天线单元划分或合成为一个天线子阵(3);所述相似原则指,将所需要馈入信号的幅度和相位在数值上相近的天线单元划分或合成为一个天线子阵(3);所述最小合成通道数原则指,尽可能多的将双极化阵列天线单元(2)划分或合成为天线子阵(3),需要在不显著降低准平面波静区(8)的性能的前提下,合成最少的信号通道数量。
[0087]
各所述天线子阵(3)之间为非等间距的和/或等间距的,子阵栅格为多边形,包括矩形、梯形、三角形等;子阵边界为多边形,包括三角形、矩形、六边形等。如图10所示,图中的六边形天线子阵(3)中,被分割为矩形和三角形的各栅格为子阵栅格。如图11所示,图中的六边形天线子阵(3)中,连接最外圈的各双极化阵列天线单元(2)的黑线所形成的六边形为子阵边界。
[0088]
所述被功分器合并为一组的各双极化阵列天线单元(2)形成天线子阵(3)。
[0089]
功分器包括:一分二、一分四、一分八的Wilkinson功分器和T型功分器等。
[0090]
功分器各端口回波损耗小于-10dB,隔离度小于-20dB。
[0091]
所述双极化阵列天线单元(2)包括:双极化寄生贴片天线、双极化Vivaldi天线、双极化振子天线、双极化对数周期天线等。
[0092]
双极化阵列天线单元(2)位于二维阵列天线口面(1)中时具有高隔离度、低散射、低交叉极化的特点。
[0093]
所述各双极化阵列天线单元(2)之间布设吸波材料,用于降低所述二维阵列天线口面(1)与待测天线之间的耦合对测量结果的影响。吸波材料包括:铁氧体吸波材料、电介质陶瓷吸波材料、多晶铁纤维吸波材料、导电高分子吸波材料、纳米吸波材料。导电高分子吸波材料包括:树脂类、橡胶类、聚乙炔。
[0094]
如图12所示,为本申请实施例的二维阵列天线口面的形状示意图。二维阵列天线口面(1)的口面形状包括:圆形、椭圆形、和多边形。所述多边形包括对称多边形和非对称多边形,如:矩形、平行四边形、三角形、菱形、平面凸多边形(如:五边形和六边形等)、平面凹多边形(如:四角星、六角星、八角星等)等。
[0095]
所述二维阵列天线口面(1)上装配的各双极化阵列天线单元(2)间距为0.3倍最低工作频率波长到10倍最低工作频率波长之间。
[0096]
对于双极化阵列天线单元(2)间距大于一个最低工作频率波长的大间距阵列,采用子阵级或者单元级的不等间距的非周期结构布阵的方式实现不等间距的非周期阵列。
[0097]
如图13所示,为本申请实施例的子阵级的不等间距的非周期结构布阵,所述子阵级不等间距的非周期结构布阵,为二维阵列天线口面(1)中的各天线子阵(3)中心的位置分布和/或旋转角分布;各天线子阵(3)中心的位置为不等间距的非周期分布,旋转角度为任意角度,各天线子阵(3)间不互相交叠,且各天线子阵(3)边缘的双极化阵列天线单元(2)之间的最小距离要大于一个最低工作频率波长。
[0098]
如图14所示,为本申请实施例的单元级的不等间距的非周期结构布阵,二维阵列天线口面(1)中的各双极化阵列天线单元(2)为不等间距的非周期结构布阵,各双极化阵列天线单元(2)之间的最小距离要大于一个最低工作频率波长。
[0099]
所述的子阵级和单元级的不等间距的非周期结构布阵,其中的各双极化阵 列天线单元(2)都采用不等间距的非周期阵列形式排布。所述单元级的不等间距的非周期结构布阵中的各天线子阵(3)的排布包括等间距的周期形式排布和不等间距的非周期形式排布。
[0100]
所述二维阵列天线口面(1)中的双极化阵列天线单元(2)的数量可以进行调整。通过在所述不等间距的非周期阵列内部的各双极化阵列天线单元(2)间增设双极化阵列天线单元(2),对生成的准平面波的性能进行补偿修正,直至生成的准平面波达到标准。
[0101]
此准平面波生成器还能够使用口面形状为三维曲面的阵列天线口面,如球面、椭球面、以及其他形式的曲面。
[0102]
此准平面波生成器的阵列天线单元还可以使用单极化阵列天线单元。在使用单极化阵列天线单元时,单极化阵列天线单元与功分器相连接,不连接极化切换开关,通过旋转阵列天线口面改变极化方式。
[0103]
此发明的一种基于阵列天线的准平面波生成器生成准平面波的步骤包括:系统控制计算机(7)控制幅相控制网络(6)输出的每路信号的幅度衰减值和相位延迟值大小;系统控制计算机(7)控制测试设备向幅相控制网络(6)发送测试信号;幅相控制网络(6)将接收到的测试信号进行处理后,将一路信号分成幅相不等的N路信号,发送至阵列天线馈电网络(5),通过阵列天线馈电网络(5)传输至各双极化阵列天线单元(2),生成准平面波。
[0104]
此发明的一种基于阵列天线的准平面波生成器可用于测试待测天线,步骤包括:二维阵列天线口面(1)上的各双极化阵列天线单元(2)接收准平面波静区(8)中的待测天线发出的N路信号;所述信号通过阵列天线馈电网络(5)传输到幅相控制网络(6)中;幅相控制网络(6)将所述每路信号进行幅度和相位调整,合成为一路信号后,发送到测试设备中观测接收到的信号,系统控制计算机(7)接收测试设备发送的信号测试结果,进行分析和处理。
[0105]
所述测试设备包括信号源、频谱仪和矢量网络分析仪等仪器仪表,在生成准平面波时,为信号源,频谱仪等设备;在测试待测天线时,为频谱仪,矢量网络分析仪等设备。
[0106]
此准平面波生成器在暗箱或工作现场能够覆盖较宽的频段,具有良好的高频性能。在5G移动通信中,频率划分为比较多的频段,比如我国在6GHz以下频段划分了2.5-2.7GHz,3.4-3.6GHz,4.8-5.0GHz,本申请实施例能够覆盖6GHz以下的频段。本申请实施例能够覆盖一倍频程的带宽,在毫米波波段还能够扩展到包括29GHz、38GHz以及在此之上的工作频段。
[0107]
所述准平面波生成器既可以安装于设定尺寸暗箱中,又可以直接应用于生产现场,对基站天线,手机天线,毫米波天线进行生产现场检测,还可以应用于真实系统工作环境中,对工作状态下5G移动通信的基站和毫米波波段终端的射频指标、天线指标进行测量。
[0108]
本申请实施例的系统中,在阵列排布(设计)上引入了不等间距非周期阵列概念,能够实现生成的准平面波覆盖一倍频程带宽。此外,在不显著降低高质量准平面波静区(8)性能的基础上,本申请实施例提出了一种减少阵列天线控制信号通道数量的阵列布局合成方案。所述的阵列布局合成方案通过在前端将几路信号通道合成为一路信号通道,利用多个双极化阵列天线单元(2)构成天线子阵(3),对每个天线子阵(3)单独提供激励信号,能够有效降低阵列天线馈电网络(5)的复杂度。并且,通过在每个双极化阵列天线单元(2)后端连接极化切换开关,实现对整个准平面波生成器的辐射电磁场极化方向的控制, 无需对阵列天线进行旋转操作。生成的准平面波静区(8)能够进行等相位面偏移,所述偏移角度水平方向在±10°之间,垂直方向在±8°之间。在测试待测天线时,能够减少由于转台机械旋转待测天线时产生的误差。本申请实施例复杂度低,造价经济,安装简便;控制信号通道数量少,馈电网络较简单,静区(8)性能稳定性高;测试距离和测试所需空间小,测试效率高。
[0109]
以上所述,仅为本申请较佳的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

权利要求书

[权利要求 1]
一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,包括:二维阵列天线口面(1)、多个双极化阵列天线单元(2)、阵列天线馈电网络(5)、幅相控制网络(6);其中, 所述幅相控制网络(6)生成多路幅度相位各不相同的馈电信号,通过阵列天线馈电网络(5)传输给各双极化阵列天线单元(2); 所述阵列天线馈电网络(5)接收幅相控制网络(6)发出的馈电信号,传输给各双极化阵列天线单元(2),为各双极化阵列天线单元(2)提供所需要激励的幅度和相位信号; 各所述双极化阵列天线单元(2)采用不等间距的非周期阵列形式排布,接收馈电信号,生成准平面波; 所述二维阵列天线口面(1)用于装配双极化阵列天线单元(2)。
[权利要求 2]
如权利要求1所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,还包括系统控制计算机(7); 所述系统控制计算机(7)控制幅相控制网络(6)的输出信号的幅度衰减值和相位延迟值大小。
[权利要求 3]
如权利要求1所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述阵列天线馈电网络(5)包括多个功分器和多个极化切换开关; 所述极化切换开关改变与其相连接的双极化阵列天线单元(2)的极化方式,从而改变准平面波生成器辐射电磁波的极化方向; 所述功分器将幅相控制网络(6)输出的信号分成多路等幅同相的信号,并发送给各双极化阵列天线单元(2)。
[权利要求 4]
如权利要求3所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述功分器和极化切换开关的连接方式包括:极化切换开关与天线单元直接相连接、极化切换开关与功分器电路相连接、极化切换开关置于功分器电路中; 所述极化切换开关与天线单元直接相连接的连接方式为:极化切换开关在功分器和双极化阵列天线单元(2)之间,接收功分器发出的信号,并传输给与其相连接的双极化阵列天线单元(2); 所述极化切换开关与功分器电路相连的连接方式为:极化切换开关在幅相控制网络与功分器之间,将接收到的幅相控制网络(6)发出的馈电信号传输给 与其相连接的功分器; 所述极化切换开关置于功分器电路中的连接方式为:极化切换开关在功分器与功分器之间,将功分器接收到的馈电信号传输给与其相连接的各功分器。
[权利要求 5]
如权利要求1所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述准平面波所在的静区(8)的圆形底面与二维阵列天线口面(1)平行。
[权利要求 6]
如权利要求5所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述静区(8)通过幅相控制网络(6)的控制,实现等相位面偏移。
[权利要求 7]
如权利要求6所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述静区(8)的偏移角度水平方向在±10°之间,垂直方向在±8°之间。
[权利要求 8]
如权利要求1所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述不等间距的非周期阵列形式排布,其排布方式包括近似规则排布和/或随机排布。
[权利要求 9]
如权利要求1所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述不等间距的非周期阵列包括多个结构相同和/或结构不同的天线子阵(3)。
[权利要求 10]
如权利要求9所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,多个所述天线子阵(3)包括数量相同和/或数量不同的双极化阵列天线单元(2)。
[权利要求 11]
如权利要求10所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述天线子阵(3)的结构包括:圆形、椭圆形、和多边形。
[权利要求 12]
如权利要求10所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述天线子阵(3)的划分或合成方式依据的原则包括:就近原则、相似原则、最小合成通道数原则。
[权利要求 13]
如权利要求10所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,各所述子阵之间为非等间距的和/或等间距的,子阵栅格为多边形,子阵边界为多边形。
[权利要求 14]
如权利要求1所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述被功分器合并为一组的各双极化阵列天线单元(2)形成天线子阵(3)。
[权利要求 15]
如权利要求3所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述功分器包括一分二、一分四、一分八的Wilkinson功分器和T型功分 器。
[权利要求 16]
如权利要求3所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述功分器各端口回波损耗小于-10dB,隔离度小于-20dB。
[权利要求 17]
如权利要求1所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述各双极化阵列天线单元(2)之间布设吸波材料。
[权利要求 18]
如权利要求1所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述二维阵列天线口面(1)的口面形状包括:圆形、椭圆形、和多边形。
[权利要求 19]
如权利要求18所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述二维阵列天线口面(1)上装配的各双极化阵列天线单元(2)间距为0.3倍最低工作频率波长到10倍最低工作频率波长之间。
[权利要求 20]
如权利要求19所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述二维阵列天线口面(1),对于双极化阵列天线单元(2)间距大于一个最低工作频率波长的大间距阵列,采用子阵级或者单元级的不等间距的非周期结构布阵的方式实现不等间距的非周期阵列。
[权利要求 21]
如权利要求20所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述子阵级不等间距的非周期结构布阵,为二维阵列天线口面(1)中的各天线子阵(3)中心的位置分布和/或旋转角分布;各天线子阵(3)中心的位置为不等间距的非周期分布,旋转角度为任意角度,各天线子阵(3)间不互相交叠,且各天线子阵(3)边缘的双极化阵列天线单元(2)之间的最小距离要大于一个最低工作频率波长。
[权利要求 22]
如权利要求20所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述单元级不等间距的非周期结构布阵,为二维阵列天线口面(1)中的各双极化阵列天线单元(2)为不等间距的非周期结构布阵。
[权利要求 23]
如权利要求20所述的一种基于阵列天线的准平面波生成器,其特征在于,所述二维阵列天线口面(1)中的双极化阵列天线单元(2)的数量可以进行调整。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]  
[ 图 4]  
[ 图 5]  
[ 图 6]  
[ 图 7]  
[ 图 8]  
[ 图 9]  
[ 图 10]  
[ 图 11]  
[ 图 12]  
[ 图 13]  
[ 图 14]