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        超低副瓣天線測試中系統(tǒng)相位誤差的仿真分析

        2016-08-23 10:29:58陳玉林
        火控雷達(dá)技術(shù) 2016年4期
        關(guān)鍵詞:副瓣遠(yuǎn)場天線

        王 涵 陳玉林

        (1.上海衛(wèi)星工程研究所上海 200240;2.華東電子工程研究所合肥 230031)

        天饋線服控制系統(tǒng)

        超低副瓣天線測試中系統(tǒng)相位誤差的仿真分析

        王 涵1陳玉林2

        (1.上海衛(wèi)星工程研究所上海 200240;2.華東電子工程研究所合肥 230031)

        文章利用計算機(jī)仿真的方式分析了平面近場測試中系統(tǒng)相位誤差對超低副瓣天線副瓣的影響。通過建模分析,得到了系統(tǒng)相位誤差對-50dB副瓣影響的量級,為超低副瓣天線測試中誤差的分析提供一定的理論依據(jù)。

        誤差分析;超低副瓣;系統(tǒng)相位誤差;仿真分析

        0 引 言

        在影響平面近場測量精度的各種因素中,系統(tǒng)相位誤差主要發(fā)生在接收系統(tǒng)中,例如接收機(jī)誤差、電纜的柔性誤差、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和溫度等的影響[4,5]。文獻(xiàn)[1]給出了相位誤差的理論表達(dá)式,并從實(shí)驗(yàn)的角度進(jìn)行了驗(yàn)證,但未給出對副瓣影響的量級。本文從理論仿真的角度對相位誤差進(jìn)行了分析,并給出系統(tǒng)相位誤差對-50dB副瓣影響的不確定度量級。

        1 系統(tǒng)相位誤差的理論建模仿真分析

        1.1 建立計算模型

        如圖1所示,由半波陣子組成的陣列天線置于xoy平面上,在陣列天線前距離為d的地方進(jìn)行近場測試模擬平面近場測試。

        圖1 計算模型示意圖

        計算機(jī)模擬過程如下:

        (1)不引入系統(tǒng)相位誤差,對距離d處的近場數(shù)據(jù)進(jìn)行近遠(yuǎn)場變換,將近遠(yuǎn)場變換后得到的遠(yuǎn)場方向圖與理論遠(yuǎn)場方向圖比較,以證明近遠(yuǎn)場變換的正確性;

        (2)引入系統(tǒng)相位誤差,對距離d處的近場數(shù)據(jù)進(jìn)行近遠(yuǎn)場變換,將引入誤差后近遠(yuǎn)場變換后得到的遠(yuǎn)場方向圖與理論遠(yuǎn)場方向圖比較,觀察相位誤差對方向圖的影響;

        (3)在第(2)步的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步利用統(tǒng)計的方法研究系統(tǒng)相位誤差對超低副瓣天線平面近場測量結(jié)果的影響。

        應(yīng)當(dāng)指出,在實(shí)際計算中,第(2)步和第(3)步是結(jié)合在一起進(jìn)行的。

        1.2 計算結(jié)果及討論

        員工B在夜里夢到公司多次,并多次在夢話中吐露對公司的熱愛,一夜竟重復(fù)了40次;員工C則是長時間超負(fù)荷工作后累倒在了工作崗位,她望向會場黑壓壓的人群,擲地有聲的話語在大廳內(nèi)循環(huán)往復(fù):我時刻接受公司的注視……

        在以下的計算中,均取f=GHz,M=43,N= 31,dx=dy=0.7λ,d=4λ,M'=133,N'=115,Δx= Δy=0.45λ。所計算的E面和H面遠(yuǎn)場方向圖的角域范圍均為-60°~60°。所引入的系統(tǒng)相位誤差服從正態(tài)分布。

        (1)不引入相位誤差,通過近遠(yuǎn)場變換計算遠(yuǎn)場方向圖與理論遠(yuǎn)場方向圖進(jìn)行比較,計算結(jié)果如圖2所示。

        圖2 近遠(yuǎn)場變換遠(yuǎn)場方向圖與理論遠(yuǎn)場方向圖比較

        從圖2可以看出,近遠(yuǎn)場變換得到的方向圖與理論遠(yuǎn)場方向圖吻合的很好,證明了近遠(yuǎn)場變換的正確性。

        (2)引入系統(tǒng)相位誤差,改變系統(tǒng)相位誤差的最大起伏度,利用統(tǒng)計的方法研究系統(tǒng)相位誤差對超低副瓣天線平面近場測量結(jié)果的影響

        由已知條件計算出理論遠(yuǎn)場方向圖。引入系統(tǒng)相位誤差,設(shè)系統(tǒng)相位誤差的最大起伏度,比較引入相位誤差后近遠(yuǎn)場變換得到的遠(yuǎn)場方向圖與理論遠(yuǎn)場方向圖,即可得到誤差對方向圖的影響。

        對兩者的誤差曲線進(jìn)行計算,即可得到誤差對副瓣影響的不確定度。表1給出了當(dāng)系統(tǒng)相位誤差的最大起伏度ah分別為5°、10°和20°時,所對應(yīng)誤差曲線的RMS值以及-50dB副瓣對應(yīng)的不確定度。

        表1 取不同值時所對應(yīng)的RMS值和不確定度

        從表1可以看出,隨著系統(tǒng)相位誤差的最大起伏度ah的增大,相應(yīng)的對-50 dB副瓣影響的不確定度也在增大。其中,當(dāng)ah=20°時,-50dB副瓣影響的不確定度值為0.48dB。

        圖3(a)(b)(c)給出了在系統(tǒng)相位誤差的最大起伏度分別取為5°、10°和20°的情況下,近遠(yuǎn)場變換得到遠(yuǎn)場方向圖與理論遠(yuǎn)場方向圖的比較及誤差曲線。

        圖3 近遠(yuǎn)場變換遠(yuǎn)場方向圖與理論遠(yuǎn)場方向圖比較

        從圖3的誤差曲線可以直接看出不同量級的相位誤差對遠(yuǎn)場方向圖的影響,可以看到,隨著相位誤差量級的提高,其對遠(yuǎn)場方向圖的影響也越來越大。

        2 結(jié) 論

        文章基于超低副瓣天線測試誤差分析的需求,對系統(tǒng)相位誤差的影響進(jìn)行了計算機(jī)建模仿真分析,得到了不同的相位誤差對-50dB副瓣影響的量級,為超低副瓣天線測試中誤差的分析提供一定的理論依據(jù)。另外,為保證超低副瓣天線精確測試,建議在測試中盡量采用高性能穩(wěn)幅穩(wěn)相電纜,以減小系統(tǒng)相位誤差的影響。

        [1]李勇.平面近場天線測量誤差分析[J].電子測量與儀器學(xué)報,2010,24(11):987-992.

        [2]吳石林.誤差分析與數(shù)據(jù)處理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010.

        [3]孫長果,劉英等.近場測量中電纜擺動引起的相位誤差的分析與補(bǔ)償[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報,2001,28(5):577-587.

        [4]林洪樺.測量誤差與不確定度評估[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

        [5]倪育才.實(shí)用測量不確定評定[M].北京:中國計量出版社,2012.

        Simulation Analysis of System Phase Error in Ultra-low Sidelobe Antenna Test

        Wang Han1,Chen Yulin2
        (1.Shanghai Institute of Satellite Engineering,Shanghai 200240; 2.East China Research Institute of Electronic Engineering,Hefei 230031)

        The effect of system phase error on sidelobe of ultralow sidelobe antenna in planar near-field test is analyzed by using computer simulation analysis;and order of effect on-50dB sidelobe of system phase error is obtained by modeling simulation analysis,which can provide some theoretic basis for analyzing error in testing ultra-low sidelobe antenna.

        error analysis;ultra-low sidelobe;system phase error;simulation analysis

        TN82

        A

        1008-8652(2016)04-078-03

        2016-07-26

        王 涵(1991-),男,碩士研究生。研究方向?yàn)樘祓伨€技術(shù)。

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