论文部分内容阅读
随着5G通信技术的蓬勃发展,通信基站与终端设备中的天线,不论是从数量上还是形态上有了新的要求,这就对新设备中天线的测量提出了更高的要求。在5G基站天线OTA测试中,球面多探头近场测量有较为明显的优势。本文研究了球面多探头近场OTA测量系统中的超宽带双极化探头和球面近远场变换算法。球面多探头近场测量系统中,双极化探头需要尽可能宽的频段和尽可能小的尺寸。本文首先以传统的Vivaldi天线为基础,通过加载电阻、缝隙加载、介质加载等手段设计了一款工作频段为0.4GHz~6GHz的超宽带单极化Vivaldi天线,频段内VSWR小于2.4,天线尺寸为170mm×110mm。频段内天线各频点方向图对称良好,满足设计要求。然后将两个超宽带单极化Vivaldi天线十字正交嵌插,组成超宽带双极化探头。双极化探头经仿真优化,在工作频段0.4GHz~6GHz内,VSWR不大于2.5;两端口隔离均大于32dB;远场辐射方向图良好。多探头测量系统中探头之间的互耦影响天线测量的准确性,因此设计了由23个超宽带双极化探头组成的圆环形阵列,阵列单元之间的隔离度大于20dB,虽阵元受到相邻阵元互耦的影响,但其各端口的VSWR均小于2.5,辐射方向图对称性良好,能够满足工程需要。球面近远场变换算法分别从散射矩阵法与模式展开法两方面做了详细研究。两种算法都是以球面波函数为基础,但两者不同之处为:散射矩阵法是基于微波网络的思想将被测天线与探头均等效为二端口网络,通过探头响应常数与近场数据求解传输系数,传输系数在近场-远场中保持不变,将其代入远场的传输方程即可求解出被测天线(AUT)远场辐射方向图。模式展开法是将被测天线周围的场展开为球面波函数的加权叠加,通过近场数据和球面波模的正交关系就可求出加权系数,从而得到被测天线(AUT)的远场方向图。最后通过MATLAB分别对两种无探头补偿算法进行了编译,为了验证两种算法的正确性与通用性,分别将S波段的标准增益角锥喇叭、超宽带单极化Vivaldi天线和超宽带双极化探头的近场采样数据带入两种近远场变换算法中得到天线的远场方向图。两种算法变换值与仿真值高度吻合,且两种算法之间的吻合度也较高。