相位中心测试

SATIMO系统升级相位中心测试

随着通信、雷达、人造卫星和宇航技术的发展，对天线的跟踪、定位精确度要求越来越高，单靠幅度波束来搜索定位已不能满足要求，必须以天线的相位中心为基准进行精确定位或测量．而天线的相位中心问题无论在其相位测量应用、形成波束侦收应用、作为干涉仪阵列单元还是作为抛物面天线的馈源使用都很重要．新益根据天线远场辐射场理论，通过改变参考点法来精确测定天线的相位中心，研制了一套基于SATIMO系统上天线相位中心测试模块，使得传统的SATIMO暗室适用范围更广、更能服务客户多元化的需求。

１测量原理

对任意天线，其远区辐射场的某个分量在球坐标系可写为E＝＾uFu（θ，）exp（j φ（θ，））（exp（－jkr）／r），（１）图１移动参考点示意图式（１）中的Fu（θ，）为幅度方向图，函数φ（θ，）为相位方向图函数，k＝２π／λ．相位中心定义为：在天线上或邻近若有一参考点，在给定频率下，使φ（θ，）等于常数，则这个使φ（θ，）为常数的点称为天线的相位中心．对绝大多数天线来说没有这样一个相位中心，但是许多天线可以找到这样一个参考点，使得在主瓣某一范围内场的相位保持相对恒定，则这个参考点称为“视在相位中心”．有的天线可能在不同截面有不同相位中心，而且它们可能不重合，因此测量的相位中心是指某个截面上的相位中心［１～３］．天线在进行相位中心测量时或在使用时，它的相位中心可能偏离了旋转中心（几何中心），如图１所示，即天线的参考点移动到O′，根据远场近似，得到以O′为参考点的远场表达式为［２，４］

令ψ（θ，）＝φ（θ，）－kr′・＾r，天线的相位中心与转动中心的偏差用小矢量r′表示为

而单位矢＾r可表示为

所以

此式为以O′为参考点的相位中心方向图函数，而φ（θ，）为参考中心与旋转中心重合时的相位方向图函数．相位中心测定就是通过改变Δx，Δy，Δz（即移动参考点O′），使ψ（θ，）－φ（θ，）的变化率最小，从而来寻找相位中心［５］．该式表明测量的相位ψ（θ，）只对该测量面内的相位中心偏移比较敏感，也就是说当＝０，测量的相位ψ（θ，０°）只受Δx，Δz变化的影响，而＝９０°的测量面的相位ψ（θ，９０°）只受Δy，Δz的影响，基于这个关系可用来测定Δx，Δy，Δz

２相位中心的测定

当被测天线是理想的球面波源时，则φ（θ，）等于常数，而实际天线多数不是理想的球面波源，而是有相散的．但可以认为在某一截面内，在主瓣某范围内φ（θ，）等于常数，来测量视在相位中心［５］．现假设相位方向图测量是在＝０°和＝９０°面进行，则式（５）化为

式中Δt代表Δx或Δy（当＝０°代表Δx；当＝９０°代表Δy）．可得到某截面Δt，Δz 与相位偏差的关系（相位偏差是指某方向上的远场相位与最大辐射方向上远场相位之差）：

对该式应用最小二乘法，可求出相位中心偏差Δt，Δz．可是在＝０°和＝９０°分别测得Δz值，但它们不相同，实践表明选择Δz＝（Δz（０°）＋Δz（９０°））／２可获得较高的精度．

2新益基于MATLAB开发了计算相位中心的算法与程序,并将程序成功集成至SATENV软件

基于SATIMO系统升级相位中心测试与其他老式转台暗室相比，测试速度更快（多探头布局，被测物不需要多次转动不同角度来采集数据）、测试准确度高（测试探头固定，不存在转台暗室每次转动可能的误差）、升级成本低（不需要另外增加设备）、使用方便（软件高度集成，方便操作）。相位中心测试将给众多企业、研发中心带来相位中心测量上的便捷。