扫描法测量有源相控阵天线方向图及误差分析

扫描法测量有源相控阵天线方向图及误差分析

摘要：本文从单元一致性、地面反射、测量天线相位中心误差和方向图等方面分析了波束扫描法的误差来源，讨论了减小误差的方法，给出了改进后的实测方向图，结果表明，该方法原理简单、实施有效，对外场测量大尺寸阵列天线方向图具有重要意义。

【关键词】有源相控阵扫描法误差分析地面反射

1 引言

随着大规模相控阵天线的应用，在外场不具备精确坐标测量条件时，仅有测量天线情况下，波束扫描法可以准确的测量大型有源相控阵天线方向图，其测量误差主要来自单元一致性、地面反射、测量天线、相位中心等。

2 扫描法测量方向图基本原理

被测天线有N个距离为d的单元组成，如图1所示。根据相控阵天线理论，天线方向图为：

天线方向图F（θ，φ0）是指固定波束指向φ=φ0，阵列天线对不同方向电磁波响应的集合；而扫描方向图F（θ0，φ）是指连续调整波束指向，阵列天线对固定方向θ=θ0电磁波响应的集合。可以证明，不考虑单元方向图、地面反射等影响，天线方向图F（θ，φ0）与扫描方向图F（θ0，φ）

相等。

3 波束扫描法测量方向图误差分析

单元一致性主要通过单元方向图Fi（θ，φ）对扫描法测量精度产生影响，这是由于天线单元一致性差别及阵列中互耦环境的变化引起的。

地面反射通过多径效应影响扫描法测量误差。架设测量天线应满足远场条件，有条件时，在阵面前方的合适位置摆放一定高度的“吸波墙”。

几何中心与相位中心的偏移造成最大电平的偏移，影响扫描法测量的精度，如图2所示。因此，若外场不具备坐标精确测量的条件，可以优先通过扫描法对准测量天线相位中心与被测天线相位中心。

测量天线的方向性及有限的波束宽度影响扫描法在多大的角度范围内有效。为减小这一误差，测量天线方向图不宜过窄，对整个阵面单元的最大张角须控制在一个较小的范围以内。

4 实验与结论

以测量现有的一个全数字有源相控阵方向图验证了波束扫描方法的有效性，该阵列为24×1的线阵，得到接收均匀加权方向图如图3所示。结果均表明，线阵接收扫描方向图与天线实际方向图吻合良好，表明该测试方法在外场测试有较高的精度。

综上所述，若被测阵列天线有良好的单元一致性，在外场用波束扫描法测量该阵列方向图时，测量天线与被测天线架设应满足远场条件，选择增益适中与波束宽度足够宽的天线作为测量天线。

参考文献

[1]束咸荣，何炳发，高铁著.相控阵雷达天线[M].北京：国防工业出版社，2007.

[2]Johansson，M. and Svensson，B，Array Antenna Diagnosis and Calibration [C]，Proceedings AMTA Symposium，Philadelphi，Pa，pp.1027-1032，1990

[3]李迪，王华.中场测量相控阵扫描方向图的方法研究[J].现代雷达，2005.

作者简介

张小刚（1984-），男，河南省林州市人。博士学位。现为中国电子科技集团第38研究所工程师，主要从事天线理论与技术、微波理论与技术研究。

作者单位

1.中国电子科技集团第38研究所安徽省合肥市230088

2.孔径阵列与空间探测安徽省重点实验室安徽省合肥

市230088