[發明專利]一種用于相控陣天線現場校準的裝置

有效

• 申請號: 201610220715.7
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN105911531B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 張業斌;田曉光;王昌雷;武帥;張思敏;盛永鑫
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙)34124
• 代理人: 張景云

技術領域

本發明屬于微波近場測量領域，具體涉及一種用于相控陣天線現場校準的裝置。

背景技術

相控陣雷達以擁有相控陣天線而得名，其在國土防空、導彈防御系統及艦載、機載和星載火控、預警系統等軍事領域，乃至在射電天文、衛星通信、氣象水文、空中交通管制、地球勘探和生物醫學等國民經濟諸部門的廣泛應用，日益受世人的關注和重視。相控陣天線陣面一般較大，其中許多器件的制造和組裝都有公差,以及天線單元間互耦的影響,常常使各通道呈現出相當大的幅相誤差,從而引起相控陣天線增益的下降、副瓣的升高甚至波束傾斜。在現代相控陣雷達中，如何能快速準確地確定天線單元的幅相激勵，并能診斷出單元的故障，是保證相控陣雷達性能的重要環節，具有重要的意義。

通常相控陣雷達天線在設計生產完成后需要在微波暗室中進行檢測，但一方面微波暗室室內檢測與天線實際使用環境存在較大差異，因此在雷達的工作環境中對雷達天線進行現場校準對掌握雷達的實際性能參數是十分必要的；另一方面，相控陣雷達天線在實際使用中需要面臨雷達快速拆撤、轉移后快速布設的情況，必須進行現場校準的情況；此外，服役狀態的天線在長期工作后將產生器件老化、熱變形以及機械形變等問題，引起天線的幅相誤差，因此在天線的整個服役生命周期中，都需要對天線進行定期的檢測與校準。

相控陣雷達天線現場檢測及校準方法大致分為遠場校準和近場校準兩種方式，遠場校準時，需要特定的測試環境(遠距離測試場)，并在幾個預定角度上測出天線輻射場幅相信息，再計算獲得天線口徑場的幅相分布。這種方法受限于測試場地要求，并且測試過程中容易受到環境散射及多路徑效應的影響，往往具有較大的誤差，實際環境中使用難度較大；通常的近場校準采用開口波導、偶極子天線、喇叭天線作為接收天線，但對相控陣雷達天線單元輻射場進行測量時，這些接收天線尺寸較大，既不能滿足與發射天線單元一一對應，也不能解決相鄰天線單元的耦合場問題。專利CN 102472785和專利CN 103105541B均公開了一種用于電磁場近場測量的方法和裝置，通過近場探頭測量電磁場變化引起的光強變化得到天線單元近場輻射電磁場的信息，該技術結構緊湊、工作穩定、系統兼容性強，但這些技術只能測得電磁場的幅度信息，無法滿足相控陣天線陣面幅度和相位同時校準的需求，同時上述兩個專利公開的方法探針個數有限且每個探針均需一條微波信號處理鏈路來實現電磁信號的輸出，不適合相控陣天線陣面大量天線單元的輻射場的校準和測量，因此十分需要一種更為精確快捷的現場校準裝置來對相控陣雷達天線進行現場校準

發明內容

本發明的目的是提供一種基于光學探針陣列的相控陣雷達天線現場校準的裝置，利用光學探針對被測場干擾小、測量精度高、空間分辨率高等優點，通過對相控陣天線單元的近場輻射特性的準確測量，實現對工作模式下相控陣天線的幅相校準和功效評估。

為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：一種用于相控陣天線現場校準的裝置，包括光學探針陣列和信號處理系統；所述光學探針陣列通過固定機架架設在相控陣天線陣面上,陣列中的每個光學探針對應一個天線單元,并精確控制各個光學探針與天線單元之間的距離及其一致性,光學探針陣列通過保偏光纖與信號處理系統相連；

所述信號處理系統包括激光器、光環行器、光開關、光電探測器、第一混頻器和第二混頻器、射頻信號源、鎖相放大器；相控陣天線陣面的激勵信號源輸出分為兩部分，一部分直接輸送給天線陣面作為天線陣面激勵信號；另一部分信號與另一混頻信號源的輸出信號通過第一混頻器進行混頻后產生中頻信號輸送給鎖相放大器作為參考信號；自探針返回的光信號經光電轉換后與混頻信號源的另一輸出信號經過第二混頻器下變頻后產生的中頻信號進入到鎖相放大器信號輸入端，上述兩個中頻信號進行鎖相積分放大后，便可獲得天線單元近場輻射的振幅和相位信息光電探測器光電探測器；

優選的，裝置中所用的傳輸光纖和光無源器件均采用保偏結構；

優選的，所述光學探針的外壁為玻璃管，入射激光通過光學探針中的準直透鏡聚焦準直后，再經過起偏器和波片入射到電光晶體，電光晶體在天線單元的近場輻射電場的作用下產生電光效應，其光學折射率分布發生變化，從而導致在其中傳輸的激光的偏振特性隨著天線單元的輻射場變化，從而將天線單元的輻射近場信號調制到激光光束上，光束在入射到高反射率介質片后被反射，從而使得載有輻射電場幅相信息的激光光束經過保偏光纖進入到信號處理系統中；