CN113777415B - 一种基于相位和-差法的天线罩测试电轴快速对准的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相位和‑差法的天线罩测试收发天线电轴对准的方法，属于测试技术领域。本发明方法可直接利用天线罩测试时使用的辅助和差天线进行电轴对准，不需要额外增加测试设备，测试方法简单易于实施；本发明利用的是辅助和差天线自身的特性，只需前期对辅助和差天线进行一次测量获取该特性，通过前期测量得到鉴角曲线后，后续进行电轴对准时只需要一次测量就可以得到电轴偏差，提高了天线罩测试电轴对准效率。

Description

一种基于相位和-差法的天线罩测试电轴快速对准的方法

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种基于相位和-差法的天线罩测试电轴快速对准的方法。

背景技术

对于天线罩测试，在测试之前进行收发天线之间的电轴对准是非常重要的一个步骤，只有电轴精确对准才能保证后续瞄准误差等天线罩参数测量的准确性。鉴于传统的机械校准方式存在许多无法消除的缺陷，现在进行天线罩测试之前进行收发天线电轴对准的主流方式是利用接收天线的差方向图零深位置进行收发天线的电轴对准。接收天线为和差天线，和差天线可进行和通道、水平差通道和垂直差通道三路信号同时接收，和差天线的工作原理如图1所示。

其基本流程是固定发射天线，接收天线在水平和垂直两个方向上分别进行一定角度范围的扫描，分析两个方向上的差方向图找到对应的零深位置，根据测量的零深位置调整接收天线的位置使收发天线电轴对准。

和差天线一般具有多个天线阵元，实际工作时和通道将所有阵元接收到的电磁波波信号进行加和操作后输出，水平差通道则是将左右两个半边的天线阵元接收到的信号进行差操作后输出，垂直差通道则是将上下两个半边的天线阵元接收到的信号进行差操作后输出。因此，当发射天线在水平或者垂直方向上运动一定的角度范围时，各个通道接收到的信号也会随收发天线相对角度的变化而变化，当收发天线的电轴对准时和通道信号幅度为最大值，差通道信号幅度为最小值，如图2所示。

由于差通道信号在收发天线电轴对准时信号变化更易辨识，因此实际工程中大多采用测量差方向图搜索零深位置的方法进行收发天线电轴对准。

传统的机械校准方式需要在收发辅助天线安装完成后使用激光等辅助瞄准设备对收发天线进行空间层次的校准，使收发天线口面的中心位置对准，机械校准的方式校准精度低，受瞄准设备测量和安装精度影响很大不容易控制；使用机械校准进行电轴校准首先是假设两个辅助天线的相位中心的连接线平行于两个天线口面中心位置的连接线，但在实际中这一假设极难满足，因此这一偏差无法通过机械校准的方式进行消除。

利用接收天线的差方向图零深位置进行收发天线的电轴对准的方法每次测量时需要都需要在水平和垂直方向上进行一定范围的扫描，需要等待扫描完成后对差通道信号进行分析搜索零深位置后才能进行电轴对准，测试效率较低。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于相位和-差法的天线罩测试电轴快速对准的方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于相位和-差法的天线罩测试收发天线电轴对准的方法，采用辅助和-差天线；具体包括如下步骤：

步骤1：测试辅助和-差天线的和通道、水平差通道和垂直差通道的鉴角曲线；

辅助和差天线能够进行和通道、水平差通道和垂直差通道三路信号的同时接收；通过和通道、水平差通道和垂直差通道三路信号，计算得到差和比，并据此得到鉴角曲线；

步骤2：利用鉴角曲线查表，得到收发天线电轴之间的偏差；

步骤3：根据收发天线电轴之间的偏差，调整收发天线的空间位置即完成电轴对准。

优选地，在步骤1中，具体包括如下步骤：

假设远场窄带信号入射到两个天线阵元的角度为θ，两个天线之间的间距为D，根据几何关系，得到目标到达两个天线阵元时的波程差P，如公式(1)所示：

P＝D sin θ (1)；

根据目标入射的速度c及角频率得到天线阵元的时延τ，如公式(2)所示：

则目标到达两天线阵元之间的相位差Δφ，如公式(3)所示：

设两个天线阵元接收的信号分别为x₁和x₂，则有关系：

根据公式(4)，得到两天线阵元的差波束Δ(θ)与和波束Σ(θ)分别如公式(5)和(6)所示：

根据公式(5)和(6)，计算得到差和比G(θ)，如公式(7)所示：

通过对相位和-差法测角的原理分析结果看出，目标与天线阵元的角度关系能够使用差和比的虚部进行表示；

根据此对应关系画出一条角度随差和比虚部变化的曲线，即鉴角曲线。

优选地，在步骤2中，具体包括如下步骤：

步骤2.1：在一个位置采集一组和差通道的数据即和通道、水平差通道和垂直差通道三路信号的数据，根据公式(1)-(7)，计算得到水平差和比与垂直差和比；

步骤2.2：将步骤2.1中的水平差和比与垂直差和比，带入相应的鉴角曲线，进行查表即得到收发天线电轴在水平方向和垂直方向上偏离的角度，根据此角度调整收发天线的空间位置即完成电轴对准。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明方法可直接利用天线罩测试时使用的辅助和差天线进行电轴对准，不需要额外增加测试设备，测试方法简单易于实施；本发明利用的是辅助和差天线自身的特性，只需前期对辅助和差天线进行一次测量获取该特性，通过前期测量得到鉴角曲线后，后续进行电轴对准时只需要一次测量就可以得到电轴偏差，提高了天线罩测试电轴对准效率。

附图说明

图1为和差天线的工作原理图。

图2为和方向图(*)与差方向图(实线)。

图3为鉴角曲线图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明提供一种基于相位和-差法的天线罩测试收发天线电轴对准的方法。

相位和-差法是对和通道信号和差通道信号进行联合处理的一种方法。参照图1，远场窄带信号入射到两个天线的角度为θ，两个天线之间的间距为D，则目标到达两个天线时的波程差可以从图中几何关系中得到为：

P＝D sin θ

又由目标入射的速度c及角频率可得到达天线的时延为：

所以目标到达两天线之间的相位差可得为：

设两个天线接收的信号分别为x₁和x₂，则有关系：

由上式可得两天线的差波束与和波束分别为：

计算得到差和比：

以上所述就是相位和-差法测角的基本原理。

通过对相位和-差法测角的原理分析结果可以看出，目标与天线的角度关系可以使用差和比的虚部进行表示，根据此对应关系可以画出一条角度随差和比虚部变化的曲线，这就是鉴角曲线，如图3所示。鉴角曲线可通过前期的测量获得，在进行角度测量时通过测量得到的差和比虚部进行查表即可得到角度信息。

在使用相位和-差法进行天线罩收发天线电轴对准前要先测的辅助和-差天线的水平差通道和垂直差通道的鉴角曲线，实际电轴对准时只需在一个位置采集一组和差通道的数据计算得到水平差和比与垂直差和比，再将其带入相应的鉴角曲线即可得到收发天线电轴在水平方向和垂直方向上偏离的角度，根据此角度调整收发天线的空间位置即可完成电轴对准。

本发明的关键点有如下：

本发明通过和差通道信号计算得到差和比并据此得到鉴角曲线；

本发明利用鉴角曲线查表得到收发天线电轴之间的偏差；

本发明的保护点有如下：

利用鉴角曲线查表获取收发天线电轴偏离角度的思想和方法。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于相位和-差法的天线罩测试收发天线电轴对准的方法，其特征在于：采用辅助和-差天线；具体包括如下步骤：

步骤1：测试辅助和-差天线的和通道、水平差通道和垂直差通道的鉴角曲线；

辅助和差天线能够进行和通道、水平差通道和垂直差通道三路信号的同时接收；通过和通道、水平差通道和垂直差通道三路信号，计算得到差和比，并据此得到鉴角曲线；

步骤2：利用鉴角曲线查表，得到收发天线电轴之间的偏差；

步骤3：根据收发天线电轴之间的偏差，调整收发天线的空间位置即完成电轴对准；

在步骤1中，具体包括如下步骤：

假设远场窄带信号入射到两个天线阵元的角度为θ，两个天线之间的间距为D，根据几何关系，得到目标到达两个天线阵元时的波程差P，如公式(1)所示：

P＝D sinθ (1)；

根据目标入射的速度c及角频率得到天线阵元的时延τ，如公式(2)所示：

则目标到达两天线阵元之间的相位差Δφ，如公式(3)所示：

设两个天线阵元接收的信号分别为x₁和x₂，则有关系：

根据公式(4)，得到两天线阵元的差波束Δ(θ)与和波束Σ(θ)分别如公式(5)和(6)所示：

根据公式(5)和(6)，计算得到差和比G(θ)，如公式(7)所示：

通过对相位和-差法测角的原理分析结果看出，目标与天线阵元的角度关系能够使用差和比的虚部进行表示；

根据此对应关系画出一条角度随差和比虚部变化的曲线，即鉴角曲线；

在步骤2中，具体包括如下步骤：

步骤2.1：在一个位置采集一组和差通道的数据即和通道、水平差通道和垂直差通道三路信号的数据，根据公式(1)-(7)，计算得到水平差和比与垂直差和比；

步骤2.2：将步骤2.1中的水平差和比与垂直差和比，带入相应的鉴角曲线，进行查表即得到收发天线电轴在水平方向和垂直方向上偏离的角度，根据此角度调整收发天线的空间位置即完成电轴对准。