[發(fā)明專利]近場測量天線遠(yuǎn)區(qū)場特性快速計(jì)算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410536441.3
• 申請日: 2014-10-11
• 公開（公告）號: CN104391183A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡永君;陳文俊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所
• 主分類號: G01R29/10
• 分類號: G01R29/10;G01S7/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線近場測量快速計(jì)算技術(shù)，主要是針對無源天線或有源相控陣天線基于近場測量數(shù)據(jù)獲取遠(yuǎn)場方向圖的近遠(yuǎn)場變換技術(shù)。?

背景技術(shù)

現(xiàn)代相控體制雷達(dá)天線主要技術(shù)指標(biāo)通常在微波暗室通過平面近場掃描測量獲得，可以避免遠(yuǎn)場測量中開放場地需求及復(fù)雜電磁環(huán)境對測量精度的影響，尤其適合具有低副瓣、超低副瓣等特殊性能天線的測試。?

平面近場測試主要依據(jù)為平面波譜展開理論，即無源區(qū)域任何單頻電磁波可以表示為沿不同方向傳播的一系列平面電磁波疊加，只要已知參與疊加的各個(gè)平面波的復(fù)振幅，就可以完全確定場的特性。?

平面近場測量通常做法是用一個(gè)輻射特性已知的開口波導(dǎo)探頭進(jìn)行極化相互正交（水平極化、垂直極化）的?兩次近場掃描測試獲得電場的x、y方向分量，之后進(jìn)行二維傅里葉變換（Fourier?Transform）確定譜函數(shù)，最后利用駐相法計(jì)算得到天線遠(yuǎn)區(qū)場特性。由于探頭通常具有一定方向性，探頭測試值是待測天線輻射場在探頭接收平面上的加權(quán)平均，還需經(jīng)過探頭修正考慮探頭本身特性的影響。?

近場掃描平面一般距待測天線口面3～5λ，此時(shí)可認(rèn)為平面波譜在k域是帶限的，只要平面柵格取樣間距滿足奈奎斯特(Nyquist)定理，近場掃描采樣后得到的離散場分布能夠代表所有場信息。此外，平面近場掃描范圍設(shè)置只需覆蓋主波束附近能量，-40db以下能量對遠(yuǎn)場貢獻(xiàn)幾乎可以忽略。因此可近似認(rèn)為場在空域也是范圍限定的，因此在譜域也可以進(jìn)行采樣處理。基于以上方法，空域及譜域均為離散采樣信號，可利用二維快速傅里葉變換(Fast?Fourier?Transform)進(jìn)行波譜的快速計(jì)算。遠(yuǎn)場方向圖其它感興趣的方位、俯仰(Az,El)方向上的波譜值可通過插值獲得，省去傳統(tǒng)方法中計(jì)算二重積分這種較耗時(shí)的處理過程。?

探頭方向圖可以通過預(yù)先校準(zhǔn)獲取，本專利提出的方法是直接在電磁仿真軟件中對開口波導(dǎo)建模，仿真結(jié)束后導(dǎo)出對應(yīng)各個(gè)測試頻點(diǎn)的三維遠(yuǎn)場數(shù)據(jù)，可以在近遠(yuǎn)場快速計(jì)算中直接導(dǎo)入，節(jié)省時(shí)間。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種天線近場測量獲取遠(yuǎn)區(qū)三維場特性的快速計(jì)算方法。?

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的解決方案是：探頭在掃描平面內(nèi)按照設(shè)定的掃描范圍及間距（）進(jìn)行兩次正交采樣，得到兩個(gè)場分量的復(fù)振幅信息。為二維矩陣，分別進(jìn)行二維快速傅里葉逆變換（點(diǎn)數(shù)應(yīng)取2的整數(shù)倍，點(diǎn)數(shù)不夠可以補(bǔ)零擴(kuò)充）得到對應(yīng)的波譜分量。然后根據(jù)方位角、俯仰角的取值（）計(jì)算與其對應(yīng)的坐標(biāo)（），并在K域?qū)M(jìn)行二維樣條插值，之后利用駐相法計(jì)算遠(yuǎn)區(qū)場分量（分量）。探頭的遠(yuǎn)區(qū)場分量通過電磁仿真軟件導(dǎo)出，利用該結(jié)果進(jìn)行探頭修正最終得到經(jīng)過補(bǔ)償后的真實(shí)的待測天線遠(yuǎn)區(qū)場特性，并繪制三維方向圖。整個(gè)流程見圖4。?

本技術(shù)方法的關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)是：直接對傅里葉變換得到的波譜進(jìn)行二維樣條插值，得到方位、俯仰目標(biāo)方向上的波譜未知值。具體的工作流程：?

首先尋找波譜取樣值與自變量（）離散值對應(yīng)關(guān)系，空域的采樣對應(yīng)譜域的周期延拓，延拓周期取決于空域的采樣間隔，采樣間隔對應(yīng)譜域波譜界限，。快速傅里葉變換方法同樣在譜域做采樣處理，采樣點(diǎn)數(shù)必須大于空域采樣點(diǎn)數(shù)，并且為2的整數(shù)次冪。采樣點(diǎn)數(shù)一旦選定，在波譜界限范圍內(nèi)對（）做等間隔離散化就可以得到（）。

其次，按照坐標(biāo)變換公式將方位、俯仰坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的kx、ky坐標(biāo)，并用二維插值方法確定未知波譜值。插值精度取決于傅里葉變換點(diǎn)數(shù)，只要點(diǎn)數(shù)取足夠大，就能保證插值后波譜精度。?

本發(fā)明中的快速計(jì)算方法用Matlab語言編程并提供GUI界面，目前已應(yīng)用于相控陣產(chǎn)品測試。?

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：?1.開口波導(dǎo)三維場特性通過仿真軟件仿真得到，不需要實(shí)際測試；2.利用二維傅里葉變換及二維插值快速計(jì)算目標(biāo)方向上波譜，不需要計(jì)算二重積分；3.可以直接計(jì)算直角坐標(biāo)、方位俯仰球坐標(biāo)、theta/phi球坐標(biāo)系下三維場特性，只需要進(jìn)行坐標(biāo)變換。4.可以對三維方向圖任意面切割，得到二維方向圖。?

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。?

附圖說明

圖1(a)水平極化開口波導(dǎo)立體方向，圖1(b)垂直極化開口波導(dǎo)立體方向圖?

圖2二維傅里葉逆變換計(jì)算的波譜分量A_y分布圖(等高線)?

圖3.經(jīng)過探頭修正后計(jì)算得到的天線(8×80陣列)三維方向圖?

圖4.近場測試快速計(jì)算天線遠(yuǎn)區(qū)三維場特性流程圖?

具體實(shí)施方式