[发明专利]基于口径电流法的相控阵天线方向图预测方法及系统

说明书

本申请公开了一种基于口径电流法的相控阵天线方向图预测方法。步骤S10：通过测量得到相控阵天线端口的有源散射参数矩阵；所述相控阵天线端口的有源散射参数矩阵是指相控阵天线所有天线单元同时进行激励、在波束扫描状态下得到的散射参数矩阵，此时考虑了阵中单元间的耦合影响。步骤S20：计算得到相控阵天线工作状态下的真实口径电流分布；所述相控阵天线工作状态下的真实口径电流分布是指相控阵天线所有天线单元同时进行激励、在波束扫描状态下的真实口径电流分布，此时考虑了阵中单元间的耦合影响。步骤S30：预估相控阵天线的全阵方向图。本申请可以提高相控阵天线的方向图的预估精度和效率。

技术领域

本申请涉及一种微波测量（microwave measurement）技术，具体涉及一种基于口径电流法的相控阵天线（phased array antenna）的方向图（antenna pattern，也称辐射方向图radiation pattern或远场方向图far-field pattern）预测方法。

背景技术

目前，关于相控阵天线的校准算法研究比较多。

俄罗斯科学家在1980年代中后期提出了相控阵天线换相测量法（phase-shiftmeasurement method），并将该方法应用于相控阵天线的测量和诊断中。1999年，荷兰学者G.A.Hampson使用换相测量法结合FFT（fast Fourier transform，快速傅里叶变换）实现有源相控阵天线的快速校准。2010年，西安电子科技大学的尚军平教授的博士学位论文《相控阵天线快速测量与校准技术研究》从理论上详细地研究了换相测量方法，并把它应用在相控阵天线的快速校准中。据悉，以色列科学家也曾用类似方法对相控阵天线特性进行测量和诊断，但未见任何文献资料报道。

20世纪80年代，各国学者开始了相控阵天线校准技术的研究。1982年日本学者Kojima N和Shiramatsu K首先提出了旋转电矢量法（rotating-element electric-fieldvector method，REV method）测量单元的幅相激励并应用于相控阵天线的校准上。日本学者Nobuyasu等人在2001年提出了考虑移相器（phase shifter）相位误差的旋转电矢量法，该方法的基本思想是接收探头放置于被测天线阵面的前方，被测天线单元逐次换相，而其他天线单元相位不变；通过接收探头接收到信号能量的最大值和最小值的比值和信号能量最大值时所在的移相器状态，便可以确定被测天线单元的幅相特性和检测出故障。

美国学者Aumann M和Fenn J等人在1989年提出了利用相控阵单元间互耦（mutualcoupling）来快速校准相控阵天线的方法，中国学者高铁等人把互耦校准方法应用到大型的有源相控阵天线中。美国学者Silverstein D在1996年提出了用开关矩阵（switchmatrix）编码方法来测量和校准通讯卫星上相控阵天线的方法。

然而，关于相控阵天线的方向图预估目前主要还是根据方向图乘积定理（patternmultiplication theorem），理论计算出阵因子（array factor），实测阵中方向图作为单元因子，但是预估效果较差。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提出一种基于口径电流法的相控阵天线方向图预测方法，通过建立有源散射参数矩阵求解得到阵列天线（array antenna）的各个天线单元（antenna element）的真实口径电流分布（aperture current distribution），再通过场叠加预估相控阵天线的远场方向图。