[发明专利]球面相控阵天线坐标远近场比较修正方法

说明书

本发明提出的一种球面相控阵天线坐标远近场比较修正方法，耗费硬件资源小且简单易行的。本发明通过下述技术方案予以实现：以球面阵天线球心的垂直柱面划分三个等间隔水平切面，按每个切面布置远近场标校天线，在每个水平面上，在每个水平面上近场标校天线以切面上球心为原点等间隔,布置围绕球面阵天线形成六个近场标校覆盖区域测量场点的近场标校天线，以及三个远场标校覆盖区域远场标校天线；通过远场测试和近场测试，给出远、近场比较法修正阵元坐标；利用阵元和近场标校天线坐标修正算法和远、近场通道相位比较算法及判定策略，对阵元和近场标校天线坐标测试结果进行修正及验证对比，通过远、近场阵元通道标校比较，完成球面阵天线坐标修正。

技术领域

本发明涉及一种球面相控阵天线阵元及近场标校天线坐标的远、近场比较修正的方法。

背景技术

随着相控阵雷达技术的发展，不同形式、不同波段以及各种规模的相控阵天线不断开发并得到应用，相应地与之相适应的各种校正和测量方法也处在不断发展中。相控阵天线是由许多阵元通道构成的天线阵列，主要依靠对各个阵元的相位控制来实现天线波束指向的转动。目前最广泛应用的相控阵天线测试方法主要有三种：远场法、近场法和紧缩场法。每种测试方法都有各自的优缺点，如远场测量适用于低增益、低频天线的测量；近场测量适用于高增益、高频、口径全息测量等。近场扫描技术是通过探头对靠近天线表面的场分布进行抽样，从取得的幅度和相位数据，通过近远场变换再计算天线的远场方向图。中场校正技术应用的范围在辐射近场内，但测试距离大。远场测量技术在远场距离以外完成。天线沿着y轴方向的尺寸较小，容易满足远场条件，而x方向的尺寸较大，不满足远场条件。因此远场测量技术往往不能满足远场测试条件。在这种情况下测试结果与远场情况下的测试结果有较大差异。由于通道故障和单元失效情况时有发生，因而需要定期校正和维护。同时对校正系统提出更高的要求，一方面要求校正系统具备快速故障检测和校正功能，另一面要求校正系统能够对天线性能进行评估。这些新的要求是近场测量系统难以完成的。

在机载、舰载应用中,安装天线的附近往往存在有对电磁波有较强散射性的部件，如机翼、桅杆等,构成了影响天线工作特性的近场散射环境。远距离传播来的电磁信号除了直接达到天线阵部分外,还会通过这些近场环境中的散射体二次辐射后再次进入到天线阵列被接收机接收,产生近场散射效应。近场散射信号具有两个特点:第一,与直达天线阵列信号是相关甚至完全相干的；第二,由于散射体与天线阵列相距仅有数十米甚至数米,近场散射信号到达天线阵是以球面波方式传播的,而直达天线阵列部分信号是远场平面波。为实现对相控阵天线的校准，降低幅相误差和阵元失效对天线性能的影响，通常采用具有精度高、抗干扰能力强，计算分析能力强等特点的近场测试天线。利用近场扫描法完成逐一通道校准的基础上，使用旋转矢量法进行二次校准。在应用旋转矢量法时，为使被测信号的变化明显，将大规模相控阵天线分为中间、边缘区域，进行分区校准。通过二次校准可判定阵元是否失效，以提高相控阵天线的幅相一致性，通过分区校准减小阵元间互耦的影响，缩短校准时间。由于实际系统中存在的各种误差因素等,准远场测试结果(Comba FiniteField)与球面近场测试结果(Comba SG128)有较大差距，大扫描角度相控阵天线平面近场测试波束指向往往偏差大。一般情况下，相控阵天线近场测量系统，根据天线扫描面形状的不同，分为平面扫描、柱面扫描和球面扫描。测量出相控阵天线的阵元通道的初始相位是实现波束指向控制的先决条件。天线测量可分为：直接测量法和间接测量法，更细的分类法。直接测量法比较直观，测试方法简单，数据处理工作量较少。间接测量一般较复杂，测试数据量和处理数据量大。其通过近场阵元通道相位标校的方式得到阵元通道初始相位。而阵元通道初始相位的测量精度又与相控阵天线阵元坐标和近场标校天线坐标的精度密切相关。因此，球面相控阵天线的波束形成性能优劣与其阵元和标校天线的坐标的精度有密切的关联，球面相控阵天阵元或标校天线坐标精度不够会影响相控阵天线波束形成，严重时甚至无法形成波束。根据工程经验，对阵元和近场标校天线的坐标精度要求一般在工作频段波长的1/100以内，在S频段，对阵元或近场标校天线的坐标的精度要求一般在毫米量级。球面相控阵天线坐标一般都采用光学仪器测量的方式得到。