[發明專利]全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測量系統

有效

• 申請號: 201410294087.8
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104101786B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 馮林高;俄廣西;趙衛東;王文政;李兆虎;劉云閣
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十研究所
• 主分類號: G01R29/10
• 分類號: G01R29/10
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心51121
• 代理人: 郭純武

技術領域

本發明涉及一種全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測量系統結構。

背景技術

近年來，相控陣天線作為民用和軍用天線技術的一個重要發展方向備受關注。在相控陣天線中，有源多波束天線信號收發系統是指能夠產生2個或2個以上的獨立可控的波束,且每個波束能對準目標,獨立完成對每個目標的信號發射或接收。相控陣天線波束由計算機控制，在空間幾乎是無慣性掃描，具有很大的靈活性，其天線最大輻射方向隨著靈活的波束掃描而發生變化；除此之外，天線的陣元排列方式、陣元間距和加權函數等因素均對相控陣天線方向圖有很大影響。由于有源多波束天線系統波束作用空域很寬,要求單元天線的方向圖近似全向方向圖。在幾百陣元拼陣條件下,陣列法線方向產生波束的半功率波束寬度亦有4～6度左右。相控陣天線的方向圖由陣的結構決定，如果己知陣元結構，理論上天線方向圖可以精確計算的。由于相控陣天線陣面通常由幾千個陣元組成，因此計算量很大。同時，相控陣天線掃描角每變化一次就要重新解算一次增益，計算非常繁雜。通常相控陣天線的陣元結構并不一定完全已知，且工程實現也會使得方向圖與理論計算值有差異，而且在實際的相控陣天線系統中，由于存在著隨機的幅度與相位誤差，天線陣上各單元的激勵電流的幅度和相位不可能完全保持一致。引起這些隨機幅相誤差的原因很多，如天線單元方向圖的不一致，天線單元的安裝誤差，天線單元的損壞，天線單元間的互耦和射頻通道間的幅相誤差，天線旋轉半徑引起的距離變化帶來的空間衰減誤差等。但是不管是哪種原因引起的誤差，歸根結底都可以幅相誤差來表示。在進行波束成形時，由于這些隨機誤差的存在，使得陣列的輸出與理想情況下存在偏差。因此需要對相控陣天線進行實際測量以確認其指標達到設計預期。

在傳統測量中通過測量出天線增益及高功放饋給天線的凈功率二者的乘積，而在有源多波束天線系統中，每一個天線陣列單元有一個功放組件，一定數量的收發組件組成陣列的并行通道，其陣列天線增益與等效功放輸出功率不易直接測量獲得。在有源多波束天線方向圖的測試中，傳統天線方向圖測試一般采用二維的方法測量出天線方位面和俯仰面。波束方向的改變是依靠各陣元天線方向圖測試方法進行方向圖測試。傳統方向圖測試采用二維的方法測出天線方位面和俯仰面的方向圖,其基本點是波束指向的法線方向與天線口面是固定不變的,波束方向的改變依靠天線機械運動來實現。由于波束天線的波束數量多、波束指向要用三維空間特征來表示，因此有源多波束天線方向圖的測試要復雜的多。有源多波束天線方向圖測量不同于常規無源天線方向圖的測量,如果按照常規的天線方向圖測試方法，只能測試其某一切割面的方向圖，不能完成立體方向圖的測試。有源多波束天線立體方向圖測量，一般是在地面高架測試場完成有源多波束天線立體方向圖測試,這不僅收發天線之間的距離要滿足最小遠場測試距離條件,而且需要建立高精度的三軸測試轉臺。

在全空域有源多波束球面相控陣測控系統中，由于設計的等效口徑較大，且作用范圍要覆蓋到整個空域，天線的陣元數目、外型尺寸、重量必然很大。對于大型球面相控陣天線方向圖測量，常規的方向圖測試方法分為兩類：一是在微波暗室環境,利用天線近場測量系統來測量天線近場的幅度和相位分布,由近場測試數據推算天線的遠場性能完成天線方向圖的測量，建設微波暗室需和天線近場方向重合；搭建近場測量系統需要很高的成本。二是在自由空間測試環境，通過遠場標校塔架設輔助天線，配備三軸轉臺帶動待測天線機械勻速轉動，以機械掃描的方式獲得遠場方向圖數據。對大型全空域有源多波束球面相控陣天線而言，采用常規的方向圖測試方法會遇到以下問題：

1、在微波暗室環境的近場測量搭建測試環境成本高昂，對外型尺寸太大的天線甚至難以實現；

2、常規自由空間測試環境的遠場測量方法對大型球面相控陣天線也不太適用，因為天線重量能夠達到數噸，通過給天線配備三軸機械伺服轉臺，帶動天線方位俯仰的轉動實現要求很高，成本高昂。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有大型球面相控陣天線方向圖測量存在的問題，提供一種簡單實用、易于實現、控制靈活，成本低、波束指向精度高,采用電掃描取代機械掃描，避免機械轉動波束指向誤差的全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測量系統。