[發(fā)明專利]一種相控陣多維高效率遠場校準測試方法

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• 申請日: 2022-08-11
• 公開（公告）號: CN115327495A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設計）人: 楊海寧;蔡銀基;李廷軍;徐潛;李阿雅;李娜;程鈺間
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發(fā)明公開了一種相控陣多維高效率遠場校準測試方法，發(fā)射通道校準包括：S1、初始化m＝1；S2、將測試天線放置到測試角度β_m上；S3、打開通道1，測量遠場輻射功率；S4、初始化n＝2；S5、校準通道n；S6、n＝n+1，若n≤N則返回S5；S7、對相控陣天線的各通道進行校準；S8、m＝m+1，若m≤M則返回S2，否則結(jié)束校準。接收通道校準包括：S9、打開通道1，測量采樣信號幅度的最大值；S10、初始化n＝2；S11、校準通道n；S12、n＝n+1，若n≤N則返回S11；S13、對相控陣天線的接收通道進行校準。本發(fā)明實現(xiàn)了相控陣天線校準過程的自動化，減小了人員操作的難度以及操作誤差，提高了測試精度和測試效率。

技術領域

本發(fā)明屬于相控陣天線校準技術領域，涉及實現(xiàn)相控陣天線快速校準的理論和方法，特別是相控陣多維高效率遠場校準測試方法。

背景技術

相控陣天線是由許多天線單元按一定排列規(guī)律組成的陣列天線，通過特定的饋電方式改變每個單元的激勵信號從而達到波束掃描的功能，隨著相控陣雷達技術的發(fā)展，不同形式及規(guī)模的相控陣天線不斷發(fā)展與應用。

然而，在實際應用中，如圖1所示，由于人員操作誤差、天線制造公差、傳輸路徑誤差、通道長度誤差和天線單元排列位置的誤差會改變天線的相位分布，從而影響方向圖的形成。相控陣天線采用電子控制和移相器實現(xiàn)波束掃描，陣列通道的相位是波束掃描最重要的因素。因此，校準相控陣天線各通道的激勵相位是至關重要的。

目前相控陣天線的校準方法主要有以下四種：

方法一是旋轉(zhuǎn)電矢量法，該方法基于遠場疊加原理，首先測量陣列在初始相位分布時遠區(qū)的輻射場的幅度和相位，接著改變其中一個天線單元的激勵相位，使其從0～2π依次改變，改變一次相位就測量一次陣列的總功率，最后得到一條功率曲線，由功率曲線反推出該單元的初始激勵幅度和相位。該方法只需要測量輻射場的幅度，對設備要求不高，但使用該方法測量時每個天線單元的激勵相位都需要從0～2π依次測量，測量的次數(shù)和時間會增加，同時根據(jù)測量結(jié)果反推陣列單元的初始激勵幅度和相位的解具有二義性，降低了測量精度。

方法二是換相測量法，該方法通過測量陣列在不同配相狀態(tài)下探頭的接收信號、相控陣天線和探頭之間的傳輸系數(shù)來確定陣列各通道的復振幅，接著根據(jù)復振幅來復原相控陣天線的輻射特性。該方法能根據(jù)一次試驗結(jié)果確定相控陣天線在所有配相下的遠場輻射方向圖，相對于遠場、近場的掃描測試能大大提高效率。但該方法測量方程階數(shù)大，通常為非滿秩，由于測量方程的系數(shù)矩陣的秩總不充分，必須求解其偽逆矩陣，又由于偽逆矩陣和測量矢量相乘求得的系數(shù)和真值差一個任意固定數(shù)，造成了解的多值性，求解時必須求出多值性的特性，并找出消除多值性所必須的補充信息。

方法三是互耦校準法，這種方法利用陣列單元之間的互耦來實現(xiàn)通道校準，該方法主要適用于有源相控陣，需要各陣列通道能夠?qū)崿F(xiàn)獨立的收發(fā)功能。使用該方法時不需要額外的天線探頭和遠場測試環(huán)境，只需利用陣列本身即可實現(xiàn)陣列的校準和測量。但該方法需要同時測量電場的幅度和相位，對于陣列天線的校準非常不方便，同時該方法要求被測相控陣天線具有圓極化方向圖，且發(fā)射通道與周圍的校準通道之間的距離相同以保證獲得相同的耦合系數(shù)，限制了其使用范圍。

方法四是近場校準技術，這種方法通過探頭對靠近天線表面的場分布進行采樣，從而取得幅度和相位數(shù)據(jù)，再通過遠近場變換計算遠場方向圖，該方法可以連續(xù)全天候測量且不受來自外部環(huán)境的影響，測量精度高，可用于各種體制陣列天線的測量。但該方法的測試系統(tǒng)復雜，只能在微波暗室進行測量，對測量儀器同步性要求高，掃描時間長，數(shù)據(jù)量大，適用于相控陣天線研制階段的工廠級測試，不適用于相控陣天線的校準階段。另外，該方法對采樣的精度和和采樣數(shù)據(jù)的實時性要求很高。

綜上所述，目前國內(nèi)與國際上研究相控陣天線校準的技術存在效率低、難度大、復雜度高、求解困難的問題，使得在實際應用中使用以上方法時存在困難。

發(fā)明內(nèi)容