一種相控陣天線單元有源駐波比計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)計設(shè)及的技術(shù)領(lǐng)域為雷達、通信、測控、電子戰(zhàn)等應(yīng)用中，在相控陣天線 陣列設(shè)計和測試時，對天線單元的有源駐波比性能的評估。本發(fā)明特別適用于為相控陣天 線單元在進行波束掃描時其陣中單元的有源駐波比的變化進行評估，評估后的駐波比性能 為整體的天線系統(tǒng)提供技術(shù)支持，并指導(dǎo)后續(xù)性能的改進。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著相控陣天線波束的掃描，由于陣中單元的相位關(guān)系發(fā)生了變化，因此在不同 的掃描角度上，其陣中單元的駐波比性能也隨之發(fā)生變化，一般會發(fā)生惡化，為了得到其性 能變化的特性，一般采取如下方式：
[0003] 1、軟件法:利用現(xiàn)有的商業(yè)電磁軟件對整個相控陣天線進行全波仿真，運樣有利 于降低硬件成本，減少制作加工的反復(fù)性，但是受制于仿真軟件所在的仿真平臺，如計算 機、仿真軟件、設(shè)計人員的設(shè)計水平、軟件使用水平等。
[0004] 2、硬件法:將整個相控陣天線的系統(tǒng)設(shè)計并加工出來，通過禪合器將天線和有源 器件之間的連接處的信號禪合出來，進行整機測試，運種方法具有最真實的數(shù)據(jù)采集能力， 也是最具有說服力的方法。但運種方法的成本代價太高，特別是相控陣天線的陣面規(guī)模較 大時，一旦原始的設(shè)計不滿足指標(biāo)要求，將會造成不必要的成本投入。
[0005] 3、推演法:與第二種方法類似，只是在設(shè)計加工的天線陣列的規(guī)模遠小于整陣列 的規(guī)模，運樣所需的硬件成本將會大幅下降，即只要將一定規(guī)模的子陣、饋電網(wǎng)絡(luò)、射頻器 件、禪合器等關(guān)重件研制出來，對其進行逐一測試，并通過禪合器將信號禪合出來，通過儀 器儀表將數(shù)據(jù)測試出來，再根據(jù)子陣推算大型陣列，運種方式可W大幅降低加工的難度和 硬件成本，但仍然會增加對射頻器件和物理模塊的依賴，制作成本依然復(fù)雜，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于避免上述【背景技術(shù)】中的不足之處，提供一種只研制按照一定規(guī) 模的天線單元組成的小型陣列，不需要其他的射頻組件、無源網(wǎng)絡(luò)、禪合器等電子設(shè)備，只 測試單元的駐波比W及與周圍單元的互禪系數(shù)，并結(jié)合相控陣天線的所設(shè)計的掃描范圍， 通過理論推導(dǎo)的方式即可快速準(zhǔn)確得出該陣列在不同掃描角度、不同頻點的有源駐波比特 性。該方法具有成本低，高效率，不受優(yōu)點，具有很高的工程使用價值。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[000引一種相控陣天線單元有源駐波比的計算方法，其特征在于，包括W下步驟：
[0009] 步驟1、依據(jù)設(shè)計要求，在滿足相控陣天線的掃描角度的情況下，設(shè)計出相控陣天 線的單元排布方式、單元間距和單元結(jié)構(gòu)形式；
[0010] 步驟2、確定被測相控陣天線單元所在相控陣天線子陣的規(guī)模并進行加工得到子 陣；其中，相控陣天線子陣規(guī)模為nXm，n為子陣的行數(shù)，m為子陣的列數(shù)，n<相控陣天線的 行數(shù)N，m<相控陣天線的列數(shù)M;
[0011] 步驟3、在子陣中，確定被測相控陣天線單元的位置;通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行測 試，得到被測相控陣天線單元的電壓反射系數(shù)參數(shù)W及被測相控陣天線單元與子陣中其他 天線單元之間的互禪系數(shù)；
[0012] 步驟4、根據(jù)每一個天線單元的位置計算出對應(yīng)的掃描相位：
[0013]
[0014] 其中，dx為天線單元之間在X方向的間距，dy為天線單元之間在y方向的間距，λ為 測試頻率下的波長，θ〇和Φ〇在球坐標(biāo)系下的掃描角度；
[0015]步驟5、計算被測相控陣天線單元的有源駐波比VSWR(attive):
[0016]
[0017] 其中，Sll(aEtive)為被測相控陣天線單元的有源反射系數(shù)。
[0018] 其中，步驟2中，通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行測試，得到被測相控陣天線單元的電壓 反射系數(shù)，具體過程為:在暗室環(huán)境下，被測相控陣天線單元通過測試電纜連接至矢量網(wǎng)絡(luò) 分析儀的輸出口上，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)送設(shè)定頻率的信號，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上讀出電壓 反射系數(shù)的幅度和相位值。
[0019] 其中，步驟2中，通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行測試，得到被測相控陣天線單元與子陣 中其他天線單元之間的互禪系數(shù)，具體過程為:在暗室環(huán)境下，被測相控陣天線單元通過測 試電纜連接至矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出口上，選擇其他天線單元中的一個天線單元作為互禪 單元并標(biāo)記互禪單元的位置，互禪單元通過測試電纜連接在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入口，除 互禪單元之外的其他天線單元連接匹配負載，從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀讀出的互截系數(shù);將其他 天線單元中每一個天線單元作為互禪單元分別進行測試，得到被測相控陣天線單元與子陣 中其他天線單元之間的互禪系數(shù)。
[0020] 其中，步驟5中，被測相控陣天線單元的有源反射系數(shù)Sll(active)為：
[0021]
[0022] 其中，Sii為被測相控陣天線單元的電壓反射系數(shù)，S21為被測相控陣天線單元的電 壓反射系數(shù)參數(shù)W及被測相控陣天線單元與子陣中其他天線單元之間的互禪系數(shù)，io,jo為 被測相控陣天線單元的行列數(shù)，i，j為互禪天線單元的行列數(shù)。
[0023]本發(fā)明相比【背景技術(shù)】具有如下優(yōu)點：
[0024] 1、本發(fā)明利用子陣實物測試與理論仿真相結(jié)合的技術(shù)，避免了純粹理論仿真與實 際測試存在偏差的缺點。
[0025] 2、本發(fā)明利用子陣實物測試與理論仿真相結(jié)合的技術(shù)，避免了加工大型相控陣天 線的難度，降低了設(shè)計成本。
[0026] 3、本發(fā)明利用子陣實物測試與理論仿真相結(jié)合的技術(shù)，不需要引入有關(guān)有源器 件、饋電網(wǎng)絡(luò)等附屬設(shè)備。
[0027] 4、本發(fā)明的相控陣天線子陣性能評估方法簡單可行，效率高。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明相控陣天線子陣的示意圖。
[0029] 圖2是本發(fā)明相控陣天線子陣陣中單元的電壓反射系數(shù)測試示意圖。
[0030] 圖3是本發(fā)明相控陣天線子陣陣中單元與其他待測單元之間的互禪系數(shù)測試示意 圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合圖1-3對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明：
[0032] 傳統(tǒng)大型相控陣天線單元個數(shù)眾多，全陣面波束測試量大和陣面設(shè)備復(fù)雜，利用 一種單元形式和單元排布、間距與大型陣面相同的子陣，測試子陣中單元的電壓發(fā)射系數(shù) 和其他單元之間的互禪系數(shù)，利用陣因子原理對測試所得的反射系數(shù)進行合成，通過評估 子陣的有源反射系數(shù)推算大型陣面的電壓反射系數(shù)特性。進行測試時，不需要測試在掃描 狀態(tài)下的互禪系數(shù)，因為只要用上述數(shù)據(jù)就能計算出單元的有效阻抗隨掃描角變化的規(guī) 律。該方法在顯著減少測試復(fù)雜度的同時，提高了相控陣天線整機驗證的速度，在小樣本情 況下可獲得很好的有源反射系數(shù)測評效果。
[0033] -種相控陣天線單元有源駐波比的