杜 艷

（中國西南電子技術(shù)研究所，四川 成都 610036）

0 引 言

隨著相控陣天線技術(shù)的發(fā)展，不同形式、不同波段以及各種規(guī)模的相控陣天線不斷開發(fā)與應(yīng)用，與之相適應(yīng)的各種校準和測量方法也在不斷發(fā)展。對于校準精度要求特別高的天線，通常采用內(nèi)校準方式或是近場測量方式進行校準[1]。但是，內(nèi)校準方式大多只能測到TR校準系數(shù)，無法做到陣面補償[2-3]，而近場測量對測試系統(tǒng)要求較高，對大型天線的測試建設(shè)成本高，計算時間也較長。通常認為，陣面等部件屬于無源器件，具有一致性好、性能穩(wěn)定等特點，一般不進行校準。而在天線裝配、測試和使用等實際使用過程中，因生產(chǎn)工藝及裝配連接器等的差異，未作校準將會影響天線陣面的一致性，從而影響天線性能。對于遠場測量技術(shù)，當(dāng)前已經(jīng)發(fā)展得相對成熟，可以直接測量方向圖。但是，當(dāng)需要分析相控陣天線各通道間的差異時，需要獲得完整的三維方向圖。這對于遠場測量特別是大型天線的遠場測量，實現(xiàn)非常困難。因此，本文提出一種新的測試方法，可以通過遠場測量的方式得到每個陣元通道的幅度相位分布，進而實現(xiàn)天線陣面校正。

1 基本理論

1.1 矢量平均算法

矢量平均算法是通過改變各個饋電支路的相位構(gòu)成方程，計算得到被測支路的幅度相位分布。在對饋電支路配相時，除被測支路外，其他支路相位保持不變，旋轉(zhuǎn)被測支路的相位，如式（1）所示：

其中，K為測試次數(shù)，Ak為第k次測量和端口得到的幅相分布，i為通道編號，N為通道總數(shù)量，k為第k次測量，Si為第i路通道的空間傳輸參數(shù)，ai第i路通道的傳輸參數(shù)，包括陣面、TR等。

對天線進行K次測試，得到相應(yīng)的方程組。對方程組按照反向旋轉(zhuǎn)的過程進行合成，即：如公式2所示。

在實際配相中，需選擇盡量小的配相精度。

1.2 遠場測量結(jié)合矢量平均算法校準

遠場測量技術(shù)發(fā)展成熟，可以直接測量方向圖。但是，當(dāng)需要分析相控陣天線各通道間的差異時，需要獲得完整的三維方向圖。這對于遠場測量特別是大型天線的遠場測量，實現(xiàn)非常困難。與矢量平均算法結(jié)合，利用遠場測量技術(shù)的成熟，可以準確得到每個陣元通道的幅度相位分布。

遠場測試系統(tǒng)搭建如圖1所示。

圖1 實驗框

以陣列天線遠場方向圖為例，其方向圖函數(shù)為：

其中， E (θ ,φ)為陣列天線方向圖， f (θ , φ)為天線單元方向圖，陣列天線方向圖等于天線單元方向圖與陣因子的乘積[4-5]。

將式（3）中的天線方向簡化為一維方向圖函數(shù)，以線陣天線為例，簡化后天線方向圖函數(shù)為：

顯然，將簡化后天線方向圖函數(shù)帶入矢量平均結(jié)合算法易得天線單元方向圖：

將天線掃描角度設(shè)置為法向，得到天線單元法向方向圖[6]，即：

對得到的天線單元方向圖進行修正，即可得到理想方向圖。

2 實驗驗證

為了驗證本測試方法的正確性，進行了一次驗證實驗。具體地，以一個實際天線為例，給出了校準結(jié)果。圖2為理論方向圖，實線為和方向圖，虛線為差方向圖。

圖2 理論方向圖

圖3為校準前實測方向圖，實線為和方向圖，虛線為差方向圖。

圖3 校準前實測方向圖

圖4 為校準后方向圖，實線為和方向圖，虛線為差方向圖。

圖4 校準后方向圖

易見，校準有效修正了方向圖的對稱性、副瓣電平等指標。具體的誤差比較結(jié)果，如表1所示。

表1 天線遠場校正結(jié)果比較表

3 結(jié) 語

遠場測量結(jié)合矢量平均算法校準，簡單易行，校準結(jié)果精度高，可有效修正天線方向圖。

參考文獻：

[1] 楊雷明,李強,孫廣俊.陣列天線近場校準方法及在波束形成中的應(yīng)用[J].火控雷達技術(shù),2014,43(02)：92-103.YANG Lei-ming,LI Qiang,SUN Guang-jun.The Near Field Calibration of Array Antenna and Its Application to Beamforming[J].Earthquake Control Technology,2014,43(02)：92-103.

[2] Charles S,Don W.Mutual Coupling Based Calibration of Phased Array Antennas[C].IEEE International Conference on Phased Array System &Technology,2000：529-532.

[3] Benjamin R,Alexander S,Esam H,et al.A Circularly Polarized Antenna Array with Integrated Calibration Probes[C].Proceeding of Asia-Pacific Microwave Confer ence,2014(TH1E-2)：462-464.

[4] 郭崇賢.相控陣雷達接收機技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社,2009：17-40.GUO Chong-xian.Phased Array Radar Receiver Technology[M].Beijing：National Defense Industry Press,2009：17-40．

[5] 董樹義.近代微波測量技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社 ,1995：121-128.DONG Shu-yi.Modern Microwave Measurement Technique[M].Beijing：Publishing House of Electronics Industry,1995：121-128.

[6] 高鐵,王金元.大型有源相控陣校準的MCM法及其誤差分析[J].微波學(xué)報,2002(18)：1,6-10.GAO Tie,WANG Jin-yuan.MCM of Large Active Phased Array Calibrationand Tolerance Analysis[J].Journal of Microwares,2002(18)：1,6-10.