本發(fā)明涉及天線和電磁特性近場測試技術(shù)，特別是涉及一種基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器、方法及測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、平面波測量方法是微波測量領(lǐng)域中最常見的測試方法，平面波測試系統(tǒng)是微波測量領(lǐng)域最常見的測試系統(tǒng)之一，在軍事領(lǐng)域和民用電子信息領(lǐng)域均發(fā)揮著不可替代的作用。

2、在軍事領(lǐng)域，無論是飛機(jī)、衛(wèi)星、艦船，還是導(dǎo)彈、坦克等大型武器裝備的電磁特性測試、調(diào)整等，都嚴(yán)重依賴于平面波測試。平面波測試技術(shù)水平不僅制約著軍隊(duì)裝備的性能與質(zhì)量，也關(guān)系到一個(gè)國家的國防安全。在民用電子信息領(lǐng)域，無論是5g標(biāo)準(zhǔn)中的三大典型應(yīng)用場景(增強(qiáng)移動(dòng)帶寬、海量機(jī)器類型通信和超高可靠低延遲通信)通信性能測試，車聯(lián)網(wǎng)中的整車電磁性能和車載通信系統(tǒng)(t-box)測試、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的無線性能空口測試(ota)、天線輻射方向圖和數(shù)據(jù)吞吐量測試等，都嚴(yán)重依賴于平面波測試，測試需求量越來越大。因此，無論是軍用還是民用領(lǐng)域，平面波測試都是不可替代的關(guān)鍵技術(shù)，高性能平面波電磁特性測量技術(shù)事關(guān)國家安全和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

3、傳統(tǒng)的幅相調(diào)控的近場平面波測量方法在每一個(gè)天線的通道中均連接一個(gè)幅相調(diào)控電路，具有較大的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊實(shí)現(xiàn)幅相誤差校準(zhǔn)的能夠近距離生成高質(zhì)量、大尺寸靜區(qū)、低成本的超寬帶平面波的超寬帶平面波合成器。

2、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種所述超寬帶平面波合成器的平面波合成方法。

3、本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種包括所述超寬帶平面波合成器的平面波電磁特性測試系統(tǒng)。

4、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，包括：n個(gè)超寬帶緊耦合天線陣列模塊、n個(gè)幅度衰減器、n個(gè)超寬帶移相器、超寬帶多級功分器、功率放大器和信號發(fā)生器，信號發(fā)生器生成的信號經(jīng)功率放大器放大，放大后的信號由超寬帶多級功分器等幅同相功率分配成n路，n路等幅同相信號分別輸入n個(gè)超寬帶移相器進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，相位調(diào)節(jié)后的n路信號分別輸入n個(gè)幅度衰減器進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)，幅度調(diào)節(jié)后的n路信號分別輸入n個(gè)超寬帶緊耦合天線陣列模塊，n個(gè)超寬帶緊耦合天線陣列模塊共同合成大尺寸合成平面波。

5、可選的，所述平面波合成器還包括邊緣補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，邊緣補(bǔ)償結(jié)構(gòu)設(shè)置于超寬帶緊耦合天線陣列模塊兩側(cè)。

6、可選的，n個(gè)超寬帶緊耦合天線陣列模塊和n個(gè)幅度衰減器之間，n個(gè)幅度衰減器和n個(gè)超寬帶移相器之間，n個(gè)超寬帶移相器和超寬帶多級功分器之間，超寬帶多級功分器和功率放大器之間，以及功率放大器和信號發(fā)生器之間均通過穩(wěn)幅穩(wěn)相連接器或電纜連接。

7、可選的，超寬帶緊耦合天線陣列模塊包括m個(gè)陣列排布的天線線陣模塊，天線線陣模塊包括b個(gè)線性陣列排布的天線線陣及用于固定b個(gè)天線線陣的模塊化支架，每個(gè)天線線陣包括a個(gè)緊密排列的天線單元和多級超寬帶功分器，幅度衰減器輸出的衰減后的n路信號由多級超寬帶功分器等幅同相功率分配成a路，a路等幅同相信號分別輸入a個(gè)緊密排列的天線單元，實(shí)現(xiàn)對每個(gè)天線單元的等幅同相饋電。

8、可選的，多級超寬帶功分器與a個(gè)緊密排列的天線單元直接連接或通過穩(wěn)相電纜連接。

9、可選的，天線單元的形式為平面vivaldi、偶極子、單級子、角錐喇叭或加脊喇叭；天線單元的極化方式為線極化、正交雙極化、左右圓極化或±45°雙斜極化。

10、可選的，多級超寬帶功分器為1分2，1分3，1分4，1分8或它們之間的組合或級聯(lián)。

11、可選的，超寬帶多級功分器與超寬帶移相器之間還設(shè)置有功率放大器。

12、采用上述平面波合成器的一種平面波合成方法，包括以下步驟：

13、信號發(fā)生器生成的信號輸入功率放大器進(jìn)行功率放大，放大后的信號由超寬帶多級功分器等幅同相功率分配成n路，n路等幅同相信號分別輸入n個(gè)超寬帶移相器進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，相位調(diào)節(jié)后的n路信號分別輸入n個(gè)幅度衰減器進(jìn)行幅度衰減，衰減后的n路信號分別輸入n個(gè)超寬帶緊耦合天線陣列模塊，n個(gè)超寬帶緊耦合天線陣列模塊共同合成大尺寸合成平面波。

14、包括上述平面波合成器的一種平面波電磁特性測試系統(tǒng)，還包括電磁屏蔽體、吸波材料和控制室，吸波材料設(shè)置于電磁屏蔽體內(nèi)壁，平面波合成器設(shè)置于電磁屏蔽體內(nèi)，并與控制室電連接。

15、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著技術(shù)效果為：(1)通過基于模塊化的幅度衰減器和超寬帶移相器用于校準(zhǔn)陣列模塊的制作工藝和測試環(huán)境等因素引起的幅相誤差，以確保超寬帶均勻平面波的靜區(qū)質(zhì)量；(2)基于模塊化天線陣列在每一個(gè)模塊化天線陣列中連接一個(gè)幅相調(diào)控電路(即幅度衰減器和超寬帶移相器組成的電路)，大幅減少了幅相調(diào)控電路，可以減少幅相調(diào)節(jié)成本，降低系統(tǒng)成本和調(diào)試工作量，維護(hù)成本低；(3)能夠近距離生成高質(zhì)量、大尺寸靜區(qū)的超寬帶平面波；(4)具有占地面積小、靜區(qū)尺寸大、靜區(qū)紋波小、成本低、測試精度高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，包括：n個(gè)超寬帶緊耦合天線陣列模塊(1)、n個(gè)幅度衰減器(2)、n個(gè)超寬帶移相器(3)、超寬帶多級功分器(5)、功率放大器(6)和信號發(fā)生器(7)，信號發(fā)生器(7)生成的信號經(jīng)功率放大器(6)放大，放大后的信號由超寬帶多級功分器(5)等幅同相功率分配成n路，n路等幅同相信號分別輸入n個(gè)超寬帶移相器(3)進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，相位調(diào)節(jié)后的n路信號分別輸入n個(gè)幅度衰減器(2)進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)，幅度調(diào)節(jié)后的n路信號分別輸入n個(gè)超寬帶緊耦合天線陣列模塊(1)，n個(gè)超寬帶緊耦合天線陣列模塊(1)共同合成大尺寸合成平面波(9)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，所述平面波合成器還包括邊緣補(bǔ)償結(jié)構(gòu)(8)，邊緣補(bǔ)償結(jié)構(gòu)(8)設(shè)置于超寬帶緊耦合天線陣列模塊(1)兩側(cè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，n個(gè)超寬帶緊耦合天線陣列模塊(1)和n個(gè)幅度衰減器(2)之間，n個(gè)幅度衰減器(2)和n個(gè)超寬帶移相器(3)之間，n個(gè)超寬帶移相器(3)和超寬帶多級功分器(5)之間，超寬帶多級功分器(5)和功率放大器(6)之間，以及功率放大器(6)和信號發(fā)生器(7)之間均通過穩(wěn)幅穩(wěn)相連接器或電纜(4)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，超寬帶緊耦合天線陣列模塊(1)包括m個(gè)陣列排布的天線線陣模塊(100)，天線線陣模塊(100)包括b個(gè)線性陣列排布的天線線陣(101)及用于固定b個(gè)天線線陣的模塊化支架(102)，每個(gè)天線線陣(101)包括a個(gè)緊密排列的天線單元(1001)和多級超寬帶功分器(1002)，幅度衰減器(2)輸出的衰減后的n路信號由多級超寬帶功分器(1002)等幅同相功率分配成a路，a路等幅同相信號分別輸入a個(gè)緊密排列的天線單元(1001)，實(shí)現(xiàn)對每個(gè)天線單元的等幅同相饋電。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，多級超寬帶功分器(1002)與a個(gè)緊密排列的天線單元(1001)直接連接或通過穩(wěn)相電纜連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，天線單元(1001)的形式為平面vivaldi、偶極子、單級子、角錐喇叭或加脊喇叭；天線單元的極化方式為線極化、正交雙極化、左右圓極化或±45°雙斜極化。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，多級超寬帶功分器(1002)為1分2，1分3，1分4，1分8或它們之間的組合或級聯(lián)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器，其特征在于，超寬帶多級功分器(5)與超寬帶移相器(3)之間還設(shè)置有功率放大器。

9.一種平面波合成方法，其特征在于，所述方法基于權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的平面波合成器，包括以下步驟：

10.一種平面波電磁特性測試系統(tǒng)，包括電磁屏蔽體(10)、吸波材料(11)和控制室(12)，吸波材料(11)設(shè)置于電磁屏蔽體(10)內(nèi)壁，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的平面波合成器，平面波合成器設(shè)置于電磁屏蔽體(10)內(nèi)，并與控制室(12)電連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于幅度和相位調(diào)節(jié)模塊的超寬帶平面波合成器、方法及測試系統(tǒng)，合成器包括：N個(gè)超寬帶緊耦合天線陣列模塊、N個(gè)幅度衰減器、N個(gè)超寬帶移相器、超寬帶多級功分器、功率放大器和信號發(fā)生器，信號發(fā)生器生成的信號經(jīng)功率放大器放大后，由超寬帶多級功分器等幅同相功率分配成N路，N路等幅同相信號分別輸入N個(gè)超寬帶移相器進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，相位調(diào)節(jié)后的N路信號分別輸入N個(gè)幅度衰減器進(jìn)行幅度衰減，衰減后的N路信號分別輸入N個(gè)超寬帶緊耦合天線陣列模塊，N個(gè)超寬帶緊耦合天線陣列模塊共同合成大尺寸合成平面波。本發(fā)明基于幅度衰減器和超寬帶移相器校準(zhǔn)制作工藝和環(huán)境等因素引起的幅相誤差，以確保超寬帶均勻平面波的質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：劉少斌,周永剛,王駿寅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6