CN105445555B - 一种相控阵天线单元有源驻波比计算方法 - Google Patents

一种相控阵天线单元有源驻波比计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105445555B
CN105445555B CN201510955876.6A CN201510955876A CN105445555B CN 105445555 B CN105445555 B CN 105445555B CN 201510955876 A CN201510955876 A CN 201510955876A CN 105445555 B CN105445555 B CN 105445555B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phased array
array antenna
tested
antenna unit
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510955876.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105445555A (zh
Inventor
韩国栋
高冲
张领飞
王焕菊
张宙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 54 Research Institute
Original Assignee
CETC 54 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 54 Research Institute filed Critical CETC 54 Research Institute
Priority to CN201510955876.6A priority Critical patent/CN105445555B/zh
Publication of CN105445555A publication Critical patent/CN105445555A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105445555B publication Critical patent/CN105445555B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/04—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant in circuits having distributed constants, e.g. having very long conductors or involving high frequencies
    • G01R27/06—Measuring reflection coefficients; Measuring standing-wave ratio

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明公开了一种相控阵天线单元有源驻波比的计算方法，在相控阵天线阵列设计和测试时，对天线单元的有源驻波比性能的评估。本发明特别适用于为相控阵天线单元在进行波束扫描时其阵中单元的有源驻波比的变化进行评估，评估后的驻波比性能为整体的天线系统提供技术支持，并指导后续性能的改进。

Description

一种相控阵天线单元有源驻波比计算方法
技术领域
本发明设计涉及的技术领域为雷达、通信、测控、电子战等应用中，在相控阵天线阵列设计和测试时，对天线单元的有源驻波比性能的评估。本发明特别适用于为相控阵天线单元在进行波束扫描时其阵中单元的有源驻波比的变化进行评估，评估后的驻波比性能为整体的天线系统提供技术支持，并指导后续性能的改进。
背景技术
随着相控阵天线波束的扫描，由于阵中单元的相位关系发生了变化，因此在不同的扫描角度上，其阵中单元的驻波比性能也随之发生变化，一般会发生恶化，为了得到其性能变化的特性，一般采取如下方式：
1、软件法：利用现有的商业电磁软件对整个相控阵天线进行全波仿真，这样有利于降低硬件成本，减少制作加工的反复性，但是受制于仿真软件所在的仿真平台，如计算机、仿真软件、设计人员的设计水平、软件使用水平等。
2、硬件法：将整个相控阵天线的系统设计并加工出来，通过耦合器将天线和有源器件之间的连接处的信号耦合出来，进行整机测试，这种方法具有最真实的数据采集能力，也是最具有说服力的方法。但这种方法的成本代价太高，特别是相控阵天线的阵面规模较大时，一旦原始的设计不满足指标要求，将会造成不必要的成本投入。
3、推演法：与第二种方法类似，只是在设计加工的天线阵列的规模远小于整阵列的规模，这样所需的硬件成本将会大幅下降，即只要将一定规模的子阵、馈电网络、射频器件、耦合器等关重件研制出来，对其进行逐一测试，并通过耦合器将信号耦合出来，通过仪器仪表将数据测试出来，再根据子阵推算大型阵列，这种方式可以大幅降低加工的难度和硬件成本，但仍然会增加对射频器件和物理模块的依赖，制作成本依然复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处，提供一种只研制按照一定规模的天线单元组成的小型阵列，不需要其他的射频组件、无源网络、耦合器等电子设备，只测试单元的驻波比以及与周围单元的互耦系数，并结合相控阵天线的所设计的扫描范围，通过理论推导的方式即可快速准确得出该阵列在不同扫描角度、不同频点的有源驻波比特性。该方法具有成本低，高效率，不受优点，具有很高的工程使用价值。
本发明所采用的技术方案为：
一种相控阵天线单元有源驻波比的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、依据设计要求，在满足相控阵天线的扫描角度的情况下，设计出相控阵天线的单元排布方式、单元间距和单元结构形式；
步骤2、确定被测相控阵天线单元所在相控阵天线子阵的规模并进行加工得到子阵；其中，相控阵天线子阵规模为n×m，n为子阵的行数，m为子阵的列数，n≤相控阵天线的行数N，m≤相控阵天线的列数M；
步骤3、在子阵中，确定被测相控阵天线单元的位置；通过矢量网络分析仪进行测试，得到被测相控阵天线单元的电压反射系数参数以及被测相控阵天线单元与子阵中其他天线单元之间的互耦系数；
步骤4、根据每一个天线单元的位置计算出对应的扫描相位：
其中，dx为天线单元之间在x方向的间距，dy为天线单元之间在y方向的间距，λ为测试频率下的波长，θ0和Φ0在球坐标系下的扫描角度；
步骤5、计算被测相控阵天线单元的有源驻波比VSWR(active)：
其中，S11(active)为被测相控阵天线单元的有源反射系数。
其中，步骤2中，通过矢量网络分析仪进行测试，得到被测相控阵天线单元的电压反射系数，具体过程为：在暗室环境下，被测相控阵天线单元通过测试电缆连接至矢量网络分析仪的输出口上，矢量网络分析仪发送设定频率的信号，在矢量网络分析仪上读出电压反射系数的幅度和相位值。
其中，步骤2中，通过矢量网络分析仪进行测试，得到被测相控阵天线单元与子阵中其他天线单元之间的互耦系数，具体过程为：在暗室环境下，被测相控阵天线单元通过测试电缆连接至矢量网络分析仪的输出口上，选择其他天线单元中的一个天线单元作为互耦单元并标记互耦单元的位置，互耦单元通过测试电缆连接在矢量网络分析仪的输入口，除互耦单元之外的其他天线单元连接匹配负载，从矢量网络分析仪读出的互藕系数；将其他天线单元中每一个天线单元作为互耦单元分别进行测试，得到被测相控阵天线单元与子阵中其他天线单元之间的互耦系数。
其中，步骤5中，被测相控阵天线单元的有源反射系数S11(active)为：
其中，S11为被测相控阵天线单元的电压反射系数，S21为被测相控阵天线单元的电压反射系数参数以及被测相控阵天线单元与子阵中其他天线单元之间的互耦系数，i0，j0为被测相控阵天线单元的行列数，i，j为互耦天线单元的行列数。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、本发明利用子阵实物测试与理论仿真相结合的技术，避免了纯粹理论仿真与实际测试存在偏差的缺点。
2、本发明利用子阵实物测试与理论仿真相结合的技术，避免了加工大型相控阵天线的难度，降低了设计成本。
3、本发明利用子阵实物测试与理论仿真相结合的技术，不需要引入有关有源器件、馈电网络等附属设备。
4、本发明的相控阵天线子阵性能评估方法简单可行，效率高。
附图说明
图1是本发明相控阵天线子阵的示意图。
图2是本发明相控阵天线子阵阵中单元的电压反射系数测试示意图。
图3是本发明相控阵天线子阵阵中单元与其他待测单元之间的互耦系数测试示意图。
具体实施方式
下面结合图1-3对本发明的技术方案进行详细说明：
传统大型相控阵天线单元个数众多，全阵面波束测试量大和阵面设备复杂，利用一种单元形式和单元排布、间距与大型阵面相同的子阵，测试子阵中单元的电压发射系数和其他单元之间的互耦系数，利用阵因子原理对测试所得的反射系数进行合成，通过评估子阵的有源反射系数推算大型阵面的电压反射系数特性。进行测试时，不需要测试在扫描状态下的互耦系数，因为只要用上述数据就能计算出单元的有效阻抗随扫描角变化的规律。该方法在显著减少测试复杂度的同时，提高了相控阵天线整机验证的速度，在小样本情况下可获得很好的有源反射系数测评效果。
一种相控阵天线单元有源驻波比的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、依据设计要求，在满足相控阵天线的扫描角度的情况下，设计出相控阵天线的单元排布方式、单元间距和单元结构形式；
步骤2、确定被测相控阵天线单元1所在相控阵天线子阵3的规模并进行加工得到子阵；其中，相控阵天线子阵规模为n×m，n为子阵的行数，m为子阵的列数，n≤相控阵天线的行数N，m≤相控阵天线的列数M；
其中，步骤2中，通过矢量网络分析仪5进行测试，得到被测相控阵天线单元2的电压反射系数，具体过程为：在暗室环境下，被测相控阵天线单元通过测试电缆6连接至矢量网络分析仪的输出口上，矢量网络分析仪发送设定频率的信号，在矢量网络分析仪上读出电压反射系数的幅度和相位值。
其中，步骤2中，通过矢量网络分析仪进行测试，得到被测相控阵天线单元与子阵中其他天线单元之间的互耦系数，具体过程为：在暗室环境下，被测相控阵天线单元通过测试电缆连接至矢量网络分析仪的输出口上，选择其他天线单元中的一个天线单元作为互耦单元7并标记互耦单元的位置，互耦单元通过测试电缆连接在矢量网络分析仪的输入口，除互耦单元之外的其他天线单元连接匹配负载4，从矢量网络分析仪读出的互耦系数；将其他天线单元中每一个天线单元作为互耦单元分别进行测试，得到被测相控阵天线单元与子阵中其他天线单元之间的互耦系数。
步骤3、在子阵中，确定被测相控阵天线单元的位置；通过矢量网络分析仪进行测试，得到被测相控阵天线单元的电压反射系数参数以及被测相控阵天线单元与子阵中其他天线单元之间的互耦系数；
步骤4、根据每一个天线单元的位置(i，j)计算出对应的扫描相位：
其中，dx为天线单元之间在x方向的间距，dy为天线单元之间在y方向的间距，λ为测试频率下的波长，，θ0和Φ0在球坐标系下的扫描角度；
步骤5、计算被测相控阵天线单元的有源驻波比VSWR(active)：
其中，S11(active)为被测相控阵天线单元的有源反射系数。
步骤5中，被测相控阵天线单元的有源反射系数S11(active)的计算方法如下：
计算反射和耦合系数时，用电场表示。设阵中单元的入射电压为Et，反射电压为Er，与其他同极化单元的互耦电压为Ecm,则有：
Er＝Et·S11
其余单元与阵中单元的互耦造成的电场叠加后为：
则总的反射系数，即阵中单元的有源反射系数即为：
其中，S11为被测相控阵天线单元的电压反射系数，S21为被测相控阵天线单元的电压反射系数参数以及被测相控阵天线单元与子阵中其他天线单元之间的互耦系数，i0，j0为被测相控阵天线单元的行列数，i，j为互耦天线单元的行列数。
综上，为获取大型相控阵天线的在扫描状态下的有源驻波比特性，通常需要在大型测试场，并辅以大量的设备以及电磁兼容性较好的外部条件，这对于成本开销具有较高的要求。为了降低其测试成本，并获得较高的数据参考性，本发明提出了一种利用子阵的有源驻波比特性获得大型阵面有源驻波比的方法，对于实际工程应用具有较高的参考价值。

Claims (4)

1.一种相控阵天线单元有源驻波比的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、依据设计要求，在满足相控阵天线的扫描角度的情况下，设计出相控阵天线的单元排布方式、单元间距和单元结构形式；
步骤2、确定被测相控阵天线单元所在相控阵天线子阵的规模并进行加工得到子阵；其中，相控阵天线子阵规模为n×m，n为子阵的行数，m为子阵的列数，n≤相控阵天线的行数N，m≤相控阵天线的列数M；
步骤3、在子阵中，确定被测相控阵天线单元的位置；通过矢量网络分析仪进行测试，得到被测相控阵天线单元的电压反射系数参数以及被测相控阵天线单元与子阵中其他天线单元之间的互耦系数；
步骤4、根据每一个天线单元的位置计算出对应的扫描相位：
其中，dx为天线单元之间在x方向的间距，dy为天线单元之间在y方向的间距，λ为测试频率下的波长，θ0和在球坐标系下的扫描角度；
步骤5、计算被测相控阵天线单元的有源驻波比VSWR(active)：
其中，S11(active)为被测相控阵天线单元的有源反射系数。
2.根据权利要求1所述的一种相控阵天线单元有源驻波比的计算方法，其特征在于：步骤2中，通过矢量网络分析仪进行测试，得到被测相控阵天线单元的电压反射系数，具体过程为：在暗室环境下，被测相控阵天线单元通过测试电缆连接至矢量网络分析仪的输出口上，矢量网络分析仪发送设定频率的信号，在矢量网络分析仪上读出电压反射系数的幅度和相位值。
3.根据权利要求1所述的一种相控阵天线单元有源驻波比的计算方法，其特征在于：步骤2中，通过矢量网络分析仪进行测试，得到被测相控阵天线单元与子阵中其他天线单元之间的互耦系数，具体过程为：在暗室环境下，被测相控阵天线单元通过测试电缆连接至矢量网络分析仪的输出口上，选择其他天线单元中的一个天线单元作为互耦单元并标记互耦单元的位置，互耦单元通过测试电缆连接在矢量网络分析仪的输入口，除互耦单元之外的其他天线单元连接匹配负载，从矢量网络分析仪读出的互藕系数；将其他天线单元中每一个天线单元作为互耦单元分别进行测试，得到被测相控阵天线单元与子阵中其他天线单元之间的互耦系数。
4.根据权利要求1所述的一种相控阵天线单元有源驻波比的计算方法，其特征在于：步骤5中，被测相控阵天线单元的有源反射系数S11(active)为：
其中，S11为被测相控阵天线单元的电压反射系数，S21为被测相控阵天线单元的电压反射系数参数以及被测相控阵天线单元与子阵中其他天线单元之间的互耦系数，i0，j0为被测相控阵天线单元的行列数，i，j为互耦天线单元的行列数。
CN201510955876.6A 2015-12-17 2015-12-17 一种相控阵天线单元有源驻波比计算方法 Active CN105445555B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510955876.6A CN105445555B (zh) 2015-12-17 2015-12-17 一种相控阵天线单元有源驻波比计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510955876.6A CN105445555B (zh) 2015-12-17 2015-12-17 一种相控阵天线单元有源驻波比计算方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105445555A CN105445555A (zh) 2016-03-30
CN105445555B true CN105445555B (zh) 2018-09-14

Family

ID=55555985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510955876.6A Active CN105445555B (zh) 2015-12-17 2015-12-17 一种相控阵天线单元有源驻波比计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105445555B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107796991A (zh) * 2017-10-24 2018-03-13 中国电子科技集团公司第三十八研究所 相控阵天线有源驻波自动测试装置和方法
CN108020729A (zh) * 2017-11-29 2018-05-11 南京捷希科技有限公司 一种大规模天线的有源驻波测试系统及测试方法
CN110988552A (zh) * 2019-12-18 2020-04-10 北京无线电测量研究所 一种组件数据采集和处理系统及方法
CN113676265B (zh) * 2021-08-11 2023-06-23 中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所） 一种确定有源单极天线功率增益的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8736504B1 (en) * 2010-09-29 2014-05-27 Rockwell Collins, Inc. Phase center coincident, dual-polarization BAVA radiating elements for UWB ESA apertures
CN103646144B (zh) * 2013-12-19 2017-03-08 西安电子科技大学 非周期阵列天线设计方法
CN103972658B (zh) * 2014-04-25 2016-04-06 中国电子科技集团公司第三十八研究所 宽带宽角扫描的双圆极化微带天线

Also Published As

Publication number Publication date
CN105445555A (zh) 2016-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8502546B2 (en) Multichannel absorberless near field measurement system
Henault et al. A methodology for mutual coupling estimation and compensation in antennas
CN105445555B (zh) 一种相控阵天线单元有源驻波比计算方法
US7672640B2 (en) Multichannel absorberless near field measurement system
US7876276B1 (en) Antenna near-field probe station scanner
CN101652667B (zh) 多通道无吸收体近场测量系统
CN111987462B (zh) 一种相控阵天线相位校准测量系统及方法
CN105606906B (zh) 一种毫米波相控阵测试标定方法
Sarabandi et al. Pattern and gain characterization using nonintrusive very-near-field electro-optical measurements over arbitrary closed surfaces
CN107783086B (zh) 用于诊断天线阵口径幅相场的畸变位置的方法
CN102386983A (zh) 船舶大型阵列天线间电磁耦合反衍预测方法
CN103364645A (zh) 虚拟馈电网络的天线阵列近场测量方法
CN111539143A (zh) 一种基于应变电磁耦合的有源相控阵天线电性能补偿方法
CN109444561B (zh) 一种用于阵列天线校准的天线面测量方法
CN104852775A (zh) 一种大型相控阵天线波束性能的快速评估方法
CN111431636A (zh) 一种大型相控阵天线的在线校准方法
Grundmann et al. Evaluation Method and Design Guidance for Direction Finding Antenna Systems
CN109344456A (zh) 一种高集成度子阵的相位补偿及验证方法
Emin et al. A low cost measurement system for antenna radiation patterns with logarithmic RF detector
CN114527439A (zh) 基于复阻抗计算目标雷达散射截面的方法
Dang et al. A simple method for calculating the output voltage at receive antenna terminals using the complex antenna factor
Chen et al. Use of Computational Electromagnetics to Enhance the Accuracy and Efficiency of Antenna Pattern Measurements
CN106769132B (zh) 用于整星条件下基于二维正交干涉仪的无源测向测试方法
CN110531176A (zh) 一种有源天线trp快速测量方法
Fiorelli et al. On the simulation and validation of the Intrinsic Cross-Polarization Ratio for antenna arrays devoted to low frequency radio astronomy

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant