杜 艷

（中國西南電子技術研究所，四川 成都 610036）

0 引 言

隨著相控陣天線技術的發(fā)展，不同形式、不同波段以及各種規(guī)模的相控陣天線不斷開發(fā)與應用，與之相適應的各種校準和測量方法也在不斷發(fā)展。對于校準精度要求特別高的天線，通常采用內校準方式或是近場測量方式進行校準[1]。但是，內校準方式大多只能測到TR校準系數(shù)，無法做到陣面補償[2-3]，而近場測量對測試系統(tǒng)要求較高，對大型天線的測試建設成本高，計算時間也較長。通常認為，陣面等部件屬于無源器件，具有一致性好、性能穩(wěn)定等特點，一般不進行校準。而在天線裝配、測試和使用等實際使用過程中，因生產工藝及裝配連接器等的差異，未作校準將會影響天線陣面的一致性，從而影響天線性能。對于遠場測量技術，當前已經發(fā)展得相對成熟，可以直接測量方向圖。但是，當需要分析相控陣天線各通道間的差異時，需要獲得完整的三維方向圖。這對于遠場測量特別是大型天線的遠場測量，實現(xiàn)非常困難。因此，本文提出一種新的測試方法，可以通過遠場測量的方式得到每個陣元通道的幅度相位分布，進而實現(xiàn)天線陣面校正。

1 基本理論

1.1 矢量平均算法

矢量平均算法是通過改變各個饋電支路的相位構成方程，計算得到被測支路的幅度相位分布。在對饋電支路配相時，除被測支路外，其他支路相位保持不變，旋轉被測支路的相位，如式（1）所示：

其中，K為測試次數(shù)，Ak為第k次測量和端口得到的幅相分布，i為通道編號，N為通道總數(shù)量，k為第k次測量，Si為第i路通道的空間傳輸參數(shù)，ai第i路通道的傳輸參數(shù)，包括陣面、TR等。

對天線進行K次測試，得到相應的方程組。對方程組按照反向旋轉的過程進行合成，即：如公式2所示。

在實際配相中，需選擇盡量小的配相精度。

1.2 遠場測量結合矢量平均算法校準

遠場測量技術發(fā)展成熟，可以直接測量方向圖。但是，當需要分析相控陣天線各通道間的差異時，需要獲得完整的三維方向圖。這對于遠場測量特別是大型天線的遠場測量，實現(xiàn)非常困難。與矢量平均算法結合，利用遠場測量技術的成熟，可以準確得到每個陣元通道的幅度相位分布。

遠場測試系統(tǒng)搭建如圖1所示。

圖1 實驗框

以陣列天線遠場方向圖為例，其方向圖函數(shù)為：

其中， E (θ ,φ)為陣列天線方向圖， f (θ , φ)為天線單元方向圖，陣列天線方向圖等于天線單元方向圖與陣因子的乘積[4-5]。

將式（3）中的天線方向簡化為一維方向圖函數(shù)，以線陣天線為例，簡化后天線方向圖函數(shù)為：

顯然，將簡化后天線方向圖函數(shù)帶入矢量平均結合算法易得天線單元方向圖：

將天線掃描角度設置為法向，得到天線單元法向方向圖[6]，即：

對得到的天線單元方向圖進行修正，即可得到理想方向圖。

2 實驗驗證

為了驗證本測試方法的正確性，進行了一次驗證實驗。具體地，以一個實際天線為例，給出了校準結果。圖2為理論方向圖，實線為和方向圖，虛線為差方向圖。

圖2 理論方向圖

圖3為校準前實測方向圖，實線為和方向圖，虛線為差方向圖。

圖3 校準前實測方向圖

圖4 為校準后方向圖，實線為和方向圖，虛線為差方向圖。

圖4 校準后方向圖

易見，校準有效修正了方向圖的對稱性、副瓣電平等指標。具體的誤差比較結果，如表1所示。

表1 天線遠場校正結果比較表

3 結 語

遠場測量結合矢量平均算法校準，簡單易行，校準結果精度高，可有效修正天線方向圖。

參考文獻：

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