[发明专利]一种相控阵天线有源反射系数测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相控阵天线有源反射系数测试系统及方法。

背景技术

随着相控阵雷达的发展，相控阵列天线以其馈电方式多样、波束控制灵活、扫描速度快等优点而得到了广泛的应用。相控阵天线工作时，利用多个天线单元的不同幅度相位馈电组合实现波束合成与指向控制。这种工作模式带来如下问题：

(1)阵列前端的天线单元因为距离较近，相互间的电磁互耦效应会对天线阻抗产生影响，进而降低整个天线阵列的性能；(2)相控阵天线实际工作状态下，天线阵列存在多种幅度相位组合的馈电方式，不同的馈电方式会在天线单元间产生不同的互耦影响，导致天线单元呈现不同的阻抗特性，会对整个天线阵列性能产生不同影响。

为获取阵列天线实际工作状态下各天线单元的馈电效率，以保证相控阵天线的整体性能指标，必须完成相控阵天线阵列在不同馈电方式下阵列中各单元天线的有源反射系数测试。

现有的相控阵天线有源反射系数测试方法为间接测试法，其测试原理如图1所示，通过被测天线单元自身反射信号与互耦单元耦合信号的测量，结合数学运算计算得出。假设阵列规模为M×N(M行N列)，被测天线单元7(位于阵列的m行n列位置，m≤M，n≤N)，首先完成矢量网络分析仪10的双端口校准，按图1(a)所示将被测天线单元7与矢量网络分析仪10测试端口相连，阵列中其他天线单元连接匹配负载9，手动或程控矢量网络分析仪10完成被测天线单元7的自耦反射系数测试，记为S11_mn；然后按图1(b)所示将天线单元8(位于阵列的j行i列位置，j≤M，i≤N，j≠m，i≠n)与矢量网络分析仪10的另一测试端口相连，手动或程控矢量网络分析仪10完成被测天线单元7与天线单元8之间的互耦系数测试，记为S21_mn^ji，按图1(b)所示，保持被测天线单元7连线方式不变，依次选取不同位置的天线单元作为互耦测试对象(整个测试过程中除测试连线的天线单元外，其他天线单元连接匹配负载)，遍历整个测试过程，完成M×N-1组互耦系数测试。

利用公式(1)可以完成被测天线单元7的有源反射系数计算：

依据上述被测天线单元7有源反射系数测试方法，按照图1所示接线方式依次更换被选天线单元接线，可完成整个天线阵列中所有天线单元有源反射系数的测试。

上述间接测试方法在应用中存在如下问题：

(1)测试不能反映相控阵天线实际工作状态，测试时某一时刻只有一个天线单元处于馈电状态，与相控阵天线单元同时馈电状态不符，测试结果不能如实反映天线阵列在实际状态下的有源反射系数指标；(2)每个天线单元的有源反射系数获取均需要完成大量的互耦参数测试，测试连线工作繁琐，工作量大，测试效率低，对于大规模相控阵来讲，工程实现性较差；(3)上述方法不能实现多路馈电激励信号的幅度相位变换控制，不能有效反映出相控阵天线在不同激励馈电状态下的有源反射系数。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种相控阵天线有源反射系数测试系统，其采用如下技术方案：

一种相控阵天线有源反射系数测试系统，包括矢量网络分析仪、多通道幅相控制分机、信号提取分机、主控计算机、校准件及稳幅稳相电缆；其中，

矢量网络分析仪被配置为用于产生测试激励信号，接收参考、反射和监测信号；

多通道幅相控制分机被配置为用于实现测试激励信号由1路到M路的转换、M路信号的独立幅度相位控制，最终实现M路幅相可控激励信号的输出；

信号提取分机被配置为用于实现M路幅相可控激励信号的直通输出，M路幅相可控激励信号的参考耦合、监测耦合、反射耦合提取，开关控制与选择输出；

主控计算机被配置为用于实现对整个系统校准与测试的自动控制；

校准件被配置为用于完成整个系统的校准；

稳幅稳相电缆被配置为用于实现系统中相应设备之间以及系统与被测天线阵列的连接。