使用時頻分析測量的單道天線遠(yuǎn)場天線因子估計方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種使用時頻分析測量的單通道天線遠(yuǎn)場天線參數(shù)估計方法，該方法應(yīng)用于對數(shù)周期偶極數(shù)組天線，天線之間的間距為10米，該方法應(yīng)用時間頻率分析方法從而有效抑制一些該單一天線方法中出現(xiàn)的非期望反射，并且利用由時間頻率方法所估計的天線距離估計遠(yuǎn)場天線因子，另外，使用天線輻射中心距離修正共識來估計對數(shù)周其偶極數(shù)組天線的遠(yuǎn)場天線因子，與其他方法所估計的遠(yuǎn)場天線因子相比，所估計的天線因子具有更好的遠(yuǎn)場增益相容性，天線距離為5米的地方，在頻率范圍從300兆赫茲到1000兆赫茲的范圍內(nèi)頻率差異低于0.3dB。
【專利說明】
使用時頻分析測量的單道天線遠(yuǎn)場天線因子估計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種天線因子估計的方法，特別是采用時間-頻率方法測量的針對單 道遠(yuǎn)場天線的因子估計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前的遠(yuǎn)場天線因子測量方法存在如下的缺陷，首先不能使用時間域的減法將地 面反射波和待測天線的固有自反射波分開測量；另外，之前所提出的測量方法是用固定的 天線具有，由此，遠(yuǎn)場天線因子估計的主要的測量不確定度大部分和天線的距離有關(guān)，因此 不能降低測量的不確定度;第三，不能確定每個頻率下的天線距離，從而不能有效地確定估 計方法來估計遠(yuǎn)場天線因子;第四，不能有效利用時域分析方法和時頻分析方法，并使用其 中的短時傅立葉變換技術(shù)進(jìn)行天線因子的確定，從而估計精度不高。
[0003] 由此提出一種使用時頻分析測量的單通道天線遠(yuǎn)場天線參數(shù)估計方法，該方法應(yīng) 用于對數(shù)周期偶極數(shù)組天線，天線之間的間距為10米，該方法應(yīng)用時間頻率分析方法從而 有效抑制一些該單一天線方法中出現(xiàn)的非期望反射，并且利用由時間頻率方法所估計的天 線距離估計遠(yuǎn)場天線因子，另外，使用天線輻射中心距離修正共識來估計對數(shù)周其偶極數(shù) 組天線的遠(yuǎn)場天線因子，與其他方法所估計的遠(yuǎn)場天線因子相比，所估計的天線因子具有 更好的遠(yuǎn)場增益相容性，天線距離為5米的地方，在頻率范圍從300兆赫茲到1000兆赫茲的 范圍內(nèi)頻率差異低于〇.3dB。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的通過如下方案實現(xiàn)：
[0005] -種使用時頻分析測量的單通道天線遠(yuǎn)場天線因子估計方法，該方法用于標(biāo)定對 數(shù)周期偶極數(shù)組天線，包括如下步驟：
[0006] (1)在消聲室內(nèi)的地面上設(shè)置所有的測量對象，將對數(shù)周期偶極距天線陣列作為 被測對象，天線垂直于地面并位于地面之上的間距為1米到5米之間的范圍；
[0007] (2)通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量頻域的反射系數(shù)sn(co)，并且將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的時 域反射系數(shù)sn(t);
[0008] (3)通過公式（1)計算Sll(t)，其中公式使用傅立葉逆變換以及漢寧頻域窗 W(?)，其中公式(1)為：
[0009] sn(t)=F_1(ff( ? )sn( ? )) (1)
[0010] 其中Sll(t)包括sllintrinsic(t)，s llgr_d_ref(t)以及其他非期望的波形，其中 Sllintrinsi。( t )為天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)的固有反射，Sllgroimd_:ref ( t)為地面的垂直入射反射反射波，其 他非期望反射波形具有非期望的環(huán)境反射波，如天線罩等；
[0011] (4)拾取垂直地面入射的反射波從而估計自由空間天線因子，采用將Sll(t)平均的 方式估計Smntnr^cXt)，隨著垂直對天線進(jìn)行掃描將 Sll(t)平均，保留不變的部分Slllntrlnsl。 (0，并將其從811(〇提取出；
[0012] (5)通過公式（2)將smntrinslc(t)從時域的sn(t)中減去可以得到直接反射波 Sllgroimd_ref(t)，公式(2)如下：
[001 3] Sllgroundref ( t)-Sll (t ) -S11 intrinsic ( t) (2);
[0014] (6)使用短時傅立葉變換以及漢寧時間窗的方法計算Sllgrciund_ ref(t)的時間-頻率 響應(yīng)，從而確定每個頻率的天線距離D = z(co)，其中，漢寧窗時域?qū)挾葹?0ns，傅立葉變換 的次數(shù)為8196;
[0015] (7)使用公式(3)由估計的天線距離估計天線因子：
[0016] af2( w,z)=rio, [Zo?A0?D(co) * Sllgroundref ( ^ ,z)] ( 3 )
[0017] 其中，no = 12031 Q為自由空間特征阻抗，Zo = 50 Q為同軸線纜的特征阻抗，并且入0 為相應(yīng)的自由空間波長，D( CO )為待測對象幅射點到地面的雙向距離，在對數(shù)周期偶極數(shù)組 天線為測量對象的情況下，該雙向距離的公式如公式(4)所示：
[0018] D(?)=z+2Xdi-f-A (4)
[0019]其中，z為從待測對象的頂部到地面的雙向距離，cU-f為天線頂部到對數(shù)周期偶極 數(shù)組天線輻射點的距離；
[0020] (8)將天線的幅值中心位置應(yīng)用于公式(4)獲得遠(yuǎn)場天線因子估計值的公式(5):
[0022] 其中，affar(?)為遠(yuǎn)場天線因子。
【附圖說明】
[0023] 附圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例使用天線子標(biāo)定方法建立天線因子測量值的示意圖；
[0024] 附圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的對數(shù)周期偶極數(shù)組天線sn(t)的標(biāo)定結(jié)果示意圖；
[0025] 附圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的對數(shù)周期偶極數(shù)組天線的S11_grciund_re3f(t)估計值示 意圖；
[0026] 附圖4為采用本發(fā)明實施例方法估計的遠(yuǎn)場天線因子與使用其它方法估計的天線 因子之間的差異值示意圖。
[0027] 附圖標(biāo)記:1_待測天線2-地面3-網(wǎng)絡(luò)分析儀
【具體實施方式】
[0028] -種使用時頻分析測量的單通道天線遠(yuǎn)場天線因子估計方法，首先該方法用于標(biāo) 定對數(shù)周期偶極數(shù)組天線，其實驗建立方法示意性的如圖1所示。所有的測量都是建立在消 聲室內(nèi)的地面上，將對數(shù)周期偶極距天線陣列作為被測對象，天線垂直于地面并位于地面 之上的間距為1米到5米之間的范圍；通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量頻域的反射系數(shù)sn( co )，并 且將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的時域反射系數(shù)sn(t);通過公式（1)計算sn(t)，其中公式使用傅立葉 逆變換? )以及漢寧頻域窗W( ? )，公式(1)如下所示：
[0029] sii(t)=F_1(ff(?)sn(?)) (1)
[0030] 其中SH(t)包括SHintrinsicU)，Sllgr_d_ref(t)以及其他非期望的波形，其中 Sllintrinsic;( t )為天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)的固有反射，Sllground+ref ( t)為地面的垂直入射反射反射波，其 他非期望反射波形具有非期望的環(huán)境反射波，如天線罩等，所估計的時域波形如圖2所示。 為了估計自由空間天線因子，我們必須拾取垂直地面入射的反射波，首先采用將sn(t)平均 的方式估計Smntnr^U)，這是因為Smntnr^U))的相位不會變化，即使距離地面的位置 高度變化了，而相反的是，隨著相對地面的雙向傳播，S llgrciund_rrf ( t )的相位會發(fā)生變化，隨 著垂直對天線進(jìn)行掃描將sn(t)平均，保留不變的部分并將其從sn(t)提取 出，也就是說，在時間軸上以固定的延遲時間出現(xiàn)不變的Sllintrinsijt)。
[0031] 通過公式（2)將從時域的sn(t)中減去可以得到直接反射波 Sllground_ref ( t)，公式(2 )如下所7]^ :
[0032] Sllgroundref ( t)-Sll (t ) -S11 intrinsic ( t) (2);
[0033] 所估計的Sllground_ref ( t)如圖3所示。
[0034] 使用短時傅立葉變換以及漢寧時間窗的方法計算s llgr_d_ref (t)的時間-頻率響 應(yīng)，從而確定每個頻率的天線距離D = z( ?)，其中，漢寧窗時域?qū)挾葹?0ns，傅立葉變換的 次數(shù)為8196;使用公式(3)由估計的天線距離估計天線因子，其中公式(3)如下所示：
[0035] af2( w,z)=rio, [Zo?A0?D(co) * Sllgroundref ( ^ ,z)] ( 3 )
[0036] 其中，n〇=12〇3T Q為自由空間特征阻抗，Zo = 50 Q為同軸線纜的特征阻抗，并且入0 為相應(yīng)的自由空間波長，D( co )為待測對象幅射點到地面的雙向距離，在對數(shù)周期偶極數(shù)組 天線為測量對象的情況下，該雙向距離的公式如公式(4)所示：
[0037] D(co)=z+2X di-f-A (4)
[0038]其中，z為從待測對象的頂部到地面的雙向距離，cU-f為天線頂部到對數(shù)周期偶極 數(shù)組天線輻射點的距離；
[0039]將天線的幅值中心位置應(yīng)用于公式(4)獲得遠(yuǎn)場天線因子估計值的計算公式(5):
[0041 ] 其中，affar( 〇 )為遠(yuǎn)場天線因子。
[0042]附圖4表示使用本發(fā)明所述方法所估計的天線因子和相應(yīng)的其他方法估計的遠(yuǎn)場 天線因子之間的差值。三種測量情況分別是固定長度，短時傅立葉變換，以及短時傅立葉變 換-單元長度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明的方法，天線距離為5米的地方，在頻率范圍從300兆赫 茲到1000兆赫茲的范圍內(nèi)頻率差異低于0.3dB。
【主權(quán)項】
1.使用時頻分析測量的單通道天線遠(yuǎn)場天線因子估計方法，該方法用于標(biāo)定對數(shù)周期 偶極數(shù)組天線，其特征在于包括如下步驟： (1) 在消聲室內(nèi)的地面上設(shè)置所有的測量對象，將對數(shù)周期偶極距天線陣列作為被測 對象，天線垂直于地面并位于地面之上的間距為1米到5米之間的范圍； (2) 通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量頻域的反射系數(shù)sn( co )，并且將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的時域反 射系數(shù)sii(t); (3) 通過公式（1)計算sn(t)，其中公式使用傅立葉逆變換F<( co)以及漢寧頻域窗W (? )，其中公式(1)為： sn(t) =F_1(W( w )sn( w )) (1) 其中 Sll(t)包括 Sllint rinsic(t)，Sllground_ref(t)以及其他非期望的波形，其中 Sllint rinsic (t)為天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)的固有反射，Sllg_nd_rrf(t)為地面的垂直入射反射反射波，其他非期望 反射波形具有非期望的環(huán)境反射波，如天線罩等； (4) 拾取垂直地面入射的反射波從而估計自由空間天線因子，采用將sn(t)平均的方式 估計SmntnnsUt);(因為slllnt rlnslc(t))的相位不會變化，即使距離地面的位置高度變化 了，而相反的是，隨著相對地面的雙向傳播，S llgrciund_rrf(t)的相位會發(fā)生變化），隨著垂直對 天線進(jìn)行掃描將sn(t)平均，保留不變的部分 Sllint rinslc；(t)，并將其從sn(t)提取出；（也就 是說，在時間軸上以固定的延遲時間出現(xiàn)不變的Sllint rinsic^t)); (5) 通過公式（2)將Slllnt rlnslc；(t)從時域的S11(t)中減去可以得到直接反射波 Sllgroimd_ref(t)，公式(2)如下： Sllgroundref (t ) - Sll ( t) -Sllint rinsic(t) ( 2 ); (6) 使用短時傅立葉變換以及漢寧時間窗的方法計算Sllgr_d_ref (t)的時間-頻率響應(yīng)， 從而確定每個頻率的天線距離D = z( ?)，其中，漢寧窗時域?qū)挾葹?0ns，傅立葉變換的次數(shù) 為8196; (7) 使用公式(3)由估計的天線距離估計天線因子： af2( 〇 ,z) =n〇 ? [Zo ? A〇 ? D( 〇 ) * Sllground ref( ^ , Z ) ] (3) 其中，％ = 12031 Q為自由空間特征阻抗，Zo = 50 Q為同軸線纜的特征阻抗，并且為相 應(yīng)的自由空間波長，D( co )為待測對象幅射點到地面的雙向距離，在對數(shù)周期偶極數(shù)組天線 為測量對象的情況下，該雙向距離的公式如公式(4)所示： D(co) = z+2X di-f-A (4) 其中，Z為從待測對象的頂部到地面的雙向距離，cU-f為天線頂部到對數(shù)周期偶極數(shù)組 天線輻射點的距離； (8) 將天線的幅值中心位置應(yīng)用于公式(4)獲得遠(yuǎn)場天線因子估計值的公式(5):其中，affar( ? )為遠(yuǎn)場天線因子。
【文檔編號】G01R29/10GK106053968SQ201610388610
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】張叢
【申請人】深圳市樊溪電子有限公司