（91404部隊 秦皇島 066000）

1 引言

天線近場診斷的基本原理是通過測量天線近區(qū)場的分布逆推出天線口徑場的分布或天線各輻射單元的激勵電流，從而判斷出口徑場或激勵電流發(fā)生畸變的位置以及所對應(yīng)的輻射單元，達(dá)到對天線進(jìn)行“診斷”的目的［1］。由于平面近場測量技術(shù)是近場測量技術(shù)中研究最早、應(yīng)用最多的測量方法，因而國內(nèi)外學(xué)者對將平面近場測量技術(shù)用于天線口徑場的診斷這一問題進(jìn)行了大量的研究，并取得了不少研究成果［10～12］。

但是，目前使用口徑場診斷主要是以切向電流來表征口徑場的幅相分布。而對于由振子型單元組成的陣列天線而言，其口徑面上切向磁場的抽樣值更能表征陣列單元間的相對幅相分布［2～3］。本文根據(jù)平面波耦合公式，由近場數(shù)據(jù)變換到以切向磁流表征的口徑場幅相分布，并通過實際測試的方式對結(jié)果進(jìn)行了驗證。

2 以切向磁流表征的口徑場幅相

近場到口徑場變換過程是基于耦合公式，通過建立探頭和天線波譜之間的關(guān)系，最終得到進(jìn)行探頭補償后天線的遠(yuǎn)場方向圖。

由平面近場天線測量的耦合公式可知［3］

在探頭為水平線極化時，即式（1）所對應(yīng)的情況下，探頭坐標(biāo)系與天線坐標(biāo)系的關(guān)系如圖1所示［4］。

圖1 探頭坐標(biāo)系與天線坐標(biāo)系的關(guān)系

由圖1可以看出：

在探頭為垂直線極化時，即式（2）所對應(yīng)的情況下，探頭坐標(biāo)系與天線坐標(biāo)系的關(guān)系如圖2所示［9］。

圖2 探頭坐標(biāo)系與天線坐標(biāo)系的關(guān)系

由圖2可以看出：

將式（4）、式（6）代入式（1）、式（2），并注意到式（3）、式（4），可得

由z=h平面上的磁場為

若取h=0，則可得到陣列天線口徑面上的切向磁場，進(jìn)而便可抽取出其在各輻射單元位置處的值，即可得到陣列天線各單元的幅相值。

3 診斷實驗驗證

為對上述近場-口徑場變換算法進(jìn)行驗證，筆者進(jìn)行了大量的計算機模擬仿真及實際測試結(jié)果驗證，在此限于篇幅，僅給出實驗驗證過程。實驗驗證天線為某波段陣列天線，測試場地為某大型進(jìn)口微波暗室。被測天線架設(shè)在底車轉(zhuǎn)臺上，天線陣面面向采樣架。被測天線幾何尺寸為4m*2m，探頭與天線相距1m，天線陣面幾何中心離地高度3.5m。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺的水平與俯仰，以保證天線陣面與探頭垂直。通過變換算法得到天線的實際口徑分布，然后與理論幅相分布比對計算出偏差，即可對天線的口徑場幅相進(jìn)行補償。

具體驗證過程為：1）以天線接收信號的方式將天線與測試系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)；2）對天線的初始態(tài)進(jìn)行測量；3）對測試結(jié)果進(jìn)行反演補償，第一次對口徑場相位進(jìn)行補償，并再次進(jìn)行測試；4）第二次對口徑場幅度進(jìn)行補償，并再次進(jìn)行測試，觀察補償效果。試驗得到的結(jié)果如圖3～5。

圖3 初始態(tài)口徑場幅相分布

從圖3與圖4的對比可以看出，通過口徑反演算法反演的幅相對原口徑場幅相進(jìn)行補償后，達(dá)到了預(yù)期的效果，幅相的一致性得到了有效的改善；圖5給出了通過兩次反演補償遠(yuǎn)場方向圖的變化?？梢钥闯?，通過兩次反演與補償，方向圖最大副瓣由初始態(tài)的-16.2dB降到了-23.3dB，證明了算法的工程適用性和有效性。

圖4 補償后口徑場幅相分布

圖5 反演補償遠(yuǎn)場方向圖對比

4 結(jié)語

基于以切向磁流來表征口徑場的幅相特性，文章首先研究了由近場數(shù)據(jù)推導(dǎo)到陣列天線單元口徑場幅相的計算過程，然后進(jìn)行反演補償實驗測試驗證。結(jié)果表明，以切向磁流表征的口徑場幅相反演結(jié)果可以有效對口徑場進(jìn)行補償，證明了此種算法的正確性、有效性及工程實用性。另外，為完善國內(nèi)近場測試系統(tǒng)，可以直接將其集成于國內(nèi)近場測試系統(tǒng)中以實現(xiàn)其口徑場反演與診斷的功能。