[發明專利]一種相控陣天線陣元校準及方向圖錄取方法

有效

• 申請號: 202111103742.3
• 申請日: 2021-09-18
• 公開（公告）號: CN113899956B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 虞舜華;梁志偉;趙旭昊;邢英;汪智;程巖
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十四研究所
• 主分類號: G01R29/10
• 分類號: G01R29/10
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 嚴夢婷;高嬌陽

本發明提供了一種相控陣天線陣元校準及方向圖錄取方法，包括獲取天線近場非振蕩區域對應的垂直間距；根據指定截斷電平對應的區域確定二維測試面和雙一維測試面，并確定劃分雙一維測試面的柵格；并計算得到虛擬二維電場矢量；計算得到二維誤差；計算等效二維近場；進行校準得到校準后的并生成補償校準碼；加入補償校準碼后再次使用上述方法測量天線中所有陣元的幅度和相位分布，完成所有陣元方向圖的錄取。本發明將單個陣元所對應的二維測試面等效為一個正交的一維列向量測試向量，在確保校準精度近似不變的情況下，大幅度降低了天線校準所需的測試量，進而幾何級地提升了天線校準的效率，并有效降低一次校準后的剩余誤差。

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，涉及一種相控陣天線陣元校準及方向圖錄取方法。

背景技術

傳統的相控陣校準方法主要包括口徑場校準、近場反演口徑場校準、單通道單開二維近場校準等方法。

口徑場校準是最傳統的校準方式，該方法能夠在距離天線極近的區域內采集天線輻射出的所有能量。在保持其余通道工作在負載狀態的情況下，依次激勵特定通道，獲取天線等效輻射功率或小信號增益(口徑場)。通過單通道校準，能夠快捷獲取每個通道的相對幅度和相位分布。通過有限次數的迭代，可以實現相控陣天線的快速校準，實現可接受的剩余誤差量級。然而，當探頭較大時，由探頭與待測天線之間相互反射引起的多徑效應明顯，常常對天線周圍的電(磁)場產生較明顯的擾動，引入測試誤差；同時，當探頭距天線口面距離較近時，天線輻射能量中往往同時包含平行于最大輻射方向矢量的波譜和垂直于最大輻射方向矢量的波譜，使用此類方法進行校準時，高次模將引入一定量級的誤差，因此，在校準時往往需要反復調整間距并確認高次模的凋落特性；此外，口徑場校準對于一次散射效應考慮不足，即僅考慮當前激勵通道在對應陣元上的激勵，未能考慮當前通道在其余陣元上激勵出的感應電流對空間電磁場分布的影響；最后，口徑場校準的基準通常為每個通道在陣元上激勵電流對應所有輻射能量的總和，未能充分考慮單個陣元方向圖的差異性，當相控陣陣元數量較少或各陣元周圍電磁環境差異較大時，將引入誤差。

近場反演口徑場(又稱為近場診斷)通過對空間內垂直于波矢量的平面進行矩形柵格采樣獲得近場電場的幅度和相位，進行快速逆傅里葉變換，從而獲得針對天線測試面中心的遠場復方向圖(包含幅度和相位信息)，繼而修正測試面中心到天線等效相位中心的位移與輻射方向點積所對應的相位，解析計算得到針對天線相位中心的遠場復方向圖，后通過快速傅里葉變換，在經過天線相位中心，且垂直于天線法向輻射方向的平面上，獲得與近場采樣柵格一致的幅度和相位分布，后通過插值獲得所有陣元的復激勵。此類方法的主要問題在于近遠場反演的精度，現階段影響反演精度的因素較多，主要涉及近場測試環境(主要體現在18項平面近場測試誤差項上，包含探頭，掃描架，場地，測量系統，儀表等多項因素，NIST-18[6])和數值算法誤差上?，F階段各類反演的精度較難突破±0.3dB/±3°的精度，而在多數情況下，近場的殘余誤差多控制在優于±0.7dB/±15°的范圍內，因此，反演精度的誤差不能忽略。今年來，科研工作者使用了各種方法提高反演精度，但上述誤差量級始終難以突破。

單通道二維單開近場校準方法在距離輻射單元3～5波長處依次錄取單個天線激勵時的不同位置近場的電場耦合結果，從而獲取單個天線陣元的等效方向圖。單個通道激勵時，當距離大于3～10波長時，沿切向傳播的分量已得以充分衰減，此組測試數據可視為單通道對應的天線近場測試數據(截斷電平與測試區域相關)，通過此方法，配合波束控制鏈路和矢量網絡分析儀的快速切換，實現天線的校準和陣中單元方向圖的獲取。但是，此方法的測試面為二維矩形，當天線通道數較多時，單次校準的時間與測試量較長。

因此，上述方法在大規模相控陣天線校準及天線高精度建模原始數據時均存在一定技術缺陷，如實施時間較長，建模原始數據錄取精度有限，適用范圍不足以覆蓋所有工況等。

發明內容

為解決現有技術存在的難題，本發明提供了一種相控陣天線陣元校準及方向圖錄取方法，包括以下步驟：