多探头球面近场天线测试效率提升思路探究

多探头球面近场天线测试效率提升思路探究

叶薇薇，范婉华，李欣宇，罗雨，陶静荷

上海航天电子技术研究所

【摘要】实际落实球面近场测试效率提升工作过程中，主要将多探头球面近场天线测试系统的各类采样方案作为基础依据，对各种类型采样方案进行仿真和对比，精准确定精准对测试效率造成的影响。这就要将电磁仿真软件作为基础依据，对具体设计的喇叭天线近场和远场放线图数据进行计算，之后再利用球模式展开法的近场到远场变换算法。从理论角度出发验证是否满足采样规则，通过合理增加方位上采样间隔的方式，达到提高多探头球面近场天线测试效率的目的，最终阶段则是分析和测试多端口天线，这样能够证明利用电子开关和内循环采样方式，有利于进一步提高测试效果。本文从多探头测试系统的相关内容入手，结合多探头球面近场天线测试效率提升思路展开阐述，针对提升测试效果的重要举措进行全面探讨。

【关键词】多探头系统；球面近场天线；测试效率；移动通信技术

【引言】目前我国科学技术水平不断提升，移动通信技术被各个领域广泛应用，不仅能够推动天线测量技术创新发展，也能形成一种新型的球面近场测量模式，对于提升多探头球面近场天线测试效率具有重要意义。细致分析和研究“球面近场测量的近场采样面”，了解到其是一个球面，严格按照标准要求做好近场数据采集这项工作，高效应用严密的近场到远场变换算法，为后续推到具有较强准确性的远场创造条件。通常情况下，球面近场数据采样以4π空间为主，这一内容决定着其近场数据与其他类型的近场测量数据相比，具有较强完整性，同时也能获得待测天线三维空间的方向图信息。基于此，非常关键的一项措施制定有利于提高多探头球面近场天线测试效率的方案，既要做好各项细节处理工作，也要打破原本单探头球面近场测量技术的束缚。

1多探头测试系统概述

实际操作过程中将多探头系统安装在无回波屏蔽暗室中，其能够做好移动通信天线测量工作，并且具有快速精准的特征。经过深层次研究，不难发现多探头测试系统是现阶段SG天线测量系统中测试天线最大、探头数量最多的一种系统。这种系统高效稳定运作期间将127个由极宽频带的正交双极化微带，构成小型探头均匀地分布在内径为6.5m的圆环上，并且保证每一个探头之间的间隔是2.83m。通过保证这种类型的探讨充分发挥作用，可以实现实时采样圆环圆周上电磁场的目标[1]。

将“多探头球面近场测试系统探头阵”作为研究对象，可知圆环下方有一个白色用泡沫聚苯乙烯构成的圆锥形天线转台座，其中心存在一个圆通转轴，系统运动控制器高效稳定运转可以通过步进电机，驱动转轴，进而达到带动天线转台旋转的目的。多探头球面近场测试系统的电原理不能忽视，主要是指被测天线在天线转台上作发射天线，将127 个采样探头作为接收主频率综合器的工作频率，进而精准确定被测天线的反射频率。

2多探头球面近场天线测试效率提升的必要性

将初期阶段发展和应用的单探头球面近场测量技术作为研究对象进行分析，不难发现具体应用期间空间中的每一个点采集都要控制机械转台转动，不利于提高测试效率。在此种情况下，解决球面近场测试效率低这一问题期间需要适当减少近场采样数，并要在此基础上保证具备充足的近场信息可以变换出远场。为了实现目标采用不提供方式，对缩减后的近场采样数据进行插值处理，之后再变换远近场变换；同时需要保证满足相应的采样条件，科学合理地缩短测量时间，甚至也能对远场进行校准和计算[2]。一般情况下，很多天线的辐射远场主要由大少数的球面波模式系数进行确定，这就要针对待测天线频率测试中心增加近场采样点的问题，提出改进球面近场到远场变换算法，这样也能为后续有效减少采样点和提升测试效率提供帮助。

因此，为了有效解决单探头球面近场测量效率不满足标准要求的问题，将多探头球面近场测量系统应用其中，系统运行原理将与基本的球面近场测量理论作为基础依据进行创新，主要就是将探头散射调制技术、列阵开关控制作为核心依据，使用多探头扫描采样。这种方式不仅能够替代转台转动采样方式，也能显著提升测试效率。对于电扫描多探头球面近场测量系统而言，实际测量三维空间方向图和测量效率高等优势显著，被广泛应用在基站天线生产中，后续不断扩大应用领域。多探头测试系统通常将“等角度采样”作为关键方式，俯仰方向则是通过等角度分布的多个探头电扫描达到目的，方位方向需要向机械转台等角度进行旋转。总结充分应用等角度采样的原因，可知实际变换近远场过程中提升计算效率，可以使用快速傅叶变换达到目的。实际操作过程中通过高效完成近场采样间隔设置工作、充分利用电子开关技术的方式，显著提升近场采样效率，这样能够为后续提升多探头球面近场天线测试效率奠定基础。

3多探头球面近场天线测试效率提升思路

3.1细致分析近场采样方案

为了变换远场和仿真远场方向图处于吻合状态，既要对各个方向图偏差进行严格管控。实际操作期间满足最少采样点要求，科学合理地增加采样间隔，但是应保证不会影响测试精度，为后续显著提升天线方向图测试效率奠定基础。考虑到多探头球面近场探头处于等角度分布的状态，就要防止产生随意更改扫描点数的问题，同时需要充分利用转台步进，具体的步进间隔将实际需要作为基础依据制定科学合理的设置方案

[3]。通过全面细化分析这些内容，形成一种效果更好的采样方案，主要是指在满足采样点要求的基础上对转台增加相应方向的采样间隔进行控制。除此之外，为了能够更加精准地验证不同采样间隔是否会影响天线方向图测试精度，就要量球面近场地测试系统应用其中，主要包括实际测试、细致对比不同采样方案获得的方向图。

这种类型的测试效率提升方法非常关键，现阶段别广泛应用咋球面近场地各种类型的天线测试工作中。如果是电小尺寸天线，在探头分布间隔处于小于待测天线在该方向的最大采样间隔的状态下，就要适当增加采样间隔达到提升测试效率的目的；如果是电大尺寸天线，则是各个方向都要保证能够满足采样间隔最低要求。不仅如此，在采样间隔不断增加的状况下，总采样点数就会随之变少，这样可以在近远场变换过程中节省更多计算时间。

3.2细致分析多通道测试采样

实际操作过程中将机械开关作为主要依据，机械开关切换速度缓慢并且受到使用年限因素的限制，导致测试多端口期间只能逐个端口外循环完成测试任务。这样就要利用探头电扫描和转台步进完成一个端口的近场采样，之后再对下一个端口进行采样。如果使用电子开关测试多端口天线，就会在开关切换速度快、理论上可以无限制地使用，对多个端口同时采样形成一种新型的内循环测试模式。通过对比不同采样方案测试情况，选择一种具有代表性的端口移动通信基站天线，并在多频多探头球面近场测试系统中进行操作。

结束语：

综上，采样规则中对多探头球面近场测试系统的具体测试情况提出严格要求，不仅要保证测试效率与预期要求相符，也要创新测试模式。实际操作前应具备明确测试效率提升思路，主要就是利用转台控制方向按最大采样间隔采样；测试多端口天线期间高效与应用电子切换开关和内循环结合的方式，显著提升多端口天线方向测试效率。

参考文献：

[1]孔凡泉.一种低成本球面多探头近场天线测量系统设计[J].空天预警研究学报,2022,36(02):117-120.

[2]王雅娜,孙思扬.天线测试转台支架系统对集束天线测试的影响分析[J].信息通信技术与政策,2018,No.294(12):52-55.

[3]胡楚锋,郭丽芳,李南京等.球面多探头天线近场测试系统校准方法研究[J].仪器仪表学报,2017,38(05):1061-1070.