張小剛 曹軍 金謀平 李佩

摘 要：本文從單元一致性、地面反射、測量天線相位中心誤差和方向圖等方面分析了波束掃描法的誤差來源，討論了減小誤差的方法，給出了改進(jìn)后的實(shí)測方向圖，結(jié)果表明，該方法原理簡單、實(shí)施有效，對外場測量大尺寸陣列天線方向圖具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】有源相控陣 掃描法 誤差分析 地面反射

1 引言

隨著大規(guī)模相控陣天線的應(yīng)用，在外場不具備精確坐標(biāo)測量條件時(shí)，僅有測量天線情況下，波束掃描法可以準(zhǔn)確的測量大型有源相控陣天線方向圖，其測量誤差主要來自單元一致性、地面反射、測量天線、相位中心等。

2 掃描法測量方向圖基本原理

被測天線有N個(gè)距離為d的單元組成，如圖1所示。根據(jù)相控陣天線理論，天線方向圖為：

天線方向圖F（θ，φ0）是指固定波束指向φ=φ0，陣列天線對不同方向電磁波響應(yīng)的集合；而掃描方向圖F（θ0，φ）是指連續(xù)調(diào)整波束指向，陣列天線對固定方向θ=θ0電磁波響應(yīng)的集合?？梢宰C明，不考慮單元方向圖、地面反射等影響，天線方向圖F（θ，φ0）與掃描方向圖F（θ0，φ）相等。

3 波束掃描法測量方向圖誤差分析

單元一致性主要通過單元方向圖Fi（θ，φ）對掃描法測量精度產(chǎn)生影響，這是由于天線單元一致性差別及陣列中互耦環(huán)境的變化引起的。

地面反射通過多徑效應(yīng)影響掃描法測量誤差。架設(shè)測量天線應(yīng)滿足遠(yuǎn)場條件，有條件時(shí)，在陣面前方的合適位置擺放一定高度的“吸波墻”。

幾何中心與相位中心的偏移造成最大電平的偏移，影響掃描法測量的精度，如圖2所示。因此，若外場不具備坐標(biāo)精確測量的條件，可以優(yōu)先通過掃描法對準(zhǔn)測量天線相位中心與被測天線相位中心。

測量天線的方向性及有限的波束寬度影響掃描法在多大的角度范圍內(nèi)有效。為減小這一誤差，測量天線方向圖不宜過窄，對整個(gè)陣面單元的最大張角須控制在一個(gè)較小的范圍以內(nèi)。

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

以測量現(xiàn)有的一個(gè)全數(shù)字有源相控陣方向圖驗(yàn)證了波束掃描方法的有效性，該陣列為24×1的線陣，得到接收均勻加權(quán)方向圖如圖3所示。結(jié)果均表明，線陣接收掃描方向圖與天線實(shí)際方向圖吻合良好，表明該測試方法在外場測試有較高的精度。

綜上所述，若被測陣列天線有良好的單元一致性，在外場用波束掃描法測量該陣列方向圖時(shí)，測量天線與被測天線架設(shè)應(yīng)滿足遠(yuǎn)場條件，選擇增益適中與波束寬度足夠?qū)挼奶炀€作為測量天線。

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作者簡介

張小剛（1984-），男，河南省林州市人。博士學(xué)位。現(xiàn)為中國電子科技集團(tuán)第38研究所工程師，主要從事天線理論與技術(shù)、微波理論與技術(shù)研究。

作者單位

1.中國電子科技集團(tuán)第38研究所 安徽省合肥市 230088

2.孔徑陣列與空間探測安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 安徽省合肥市 230088