CN113899956A - 一种相控阵天线阵元校准及方向图录取方法 - Google Patents
一种相控阵天线阵元校准及方向图录取方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113899956A CN113899956A CN202111103742.3A CN202111103742A CN113899956A CN 113899956 A CN113899956 A CN 113899956A CN 202111103742 A CN202111103742 A CN 202111103742A CN 113899956 A CN113899956 A CN 113899956A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mon
- dimensional
- antenna
- test surface
- array element
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000010586 diagram Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 86
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 52
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 45
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 36
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013479 data entry Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/10—Radiation diagrams of antennas
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
本发明提供了一种相控阵天线阵元校准及方向图录取方法，包括获取天线近场非振荡区域对应的垂直间距；根据指定截断电平对应的区域确定二维测试面和双一维测试面，并确定划分双一维测试面的栅格；并计算得到虚拟二维电场矢量；计算得到二维误差；计算等效二维近场；进行校准得到校准后的并生成补偿校准码；加入补偿校准码后再次使用上述方法测量天线中所有阵元的幅度和相位分布，完成所有阵元方向图的录取。本发明将单个阵元所对应的二维测试面等效为一个正交的一维列向量测试向量，在确保校准精度近似不变的情况下，大幅度降低了天线校准所需的测试量，进而几何级地提升了天线校准的效率，并有效降低一次校准后的剩余误差。
Description
技术领域
本发明属于雷达技术领域，涉及一种相控阵天线阵元校准及方向图录取方法。
背景技术
传统的相控阵校准方法主要包括口径场校准、近场反演口径场校准、单通道单开二维近场校准等方法。
口径场校准是最传统的校准方式，该方法能够在距离天线极近的区域内采集天线辐射出的所有能量。在保持其余通道工作在负载状态的情况下，依次激励特定通道，获取天线等效辐射功率或小信号增益(口径场)。通过单通道校准，能够快捷获取每个通道的相对幅度和相位分布。通过有限次数的迭代，可以实现相控阵天线的快速校准，实现可接受的剩余误差量级。然而，当探头较大时，由探头与待测天线之间相互反射引起的多径效应明显，常常对天线周围的电(磁)场产生较明显的扰动，引入测试误差；同时，当探头距天线口面距离较近时，天线辐射能量中往往同时包含平行于最大辐射方向矢量的波谱和垂直于最大辐射方向矢量的波谱，使用此类方法进行校准时，高次模将引入一定量级的误差，因此，在校准时往往需要反复调整间距并确认高次模的凋落特性；此外，口径场校准对于一次散射效应考虑不足，即仅考虑当前激励通道在对应阵元上的激励，未能考虑当前通道在其余阵元上激励出的感应电流对空间电磁场分布的影响；最后，口径场校准的基准通常为每个通道在阵元上激励电流对应所有辐射能量的总和，未能充分考虑单个阵元方向图的差异性，当相控阵阵元数量较少或各阵元周围电磁环境差异较大时，将引入误差。
近场反演口径场(又称为近场诊断)通过对空间内垂直于波矢量的平面进行矩形栅格采样获得近场电场的幅度和相位，进行快速逆傅里叶变换，从而获得针对天线测试面中心的远场复方向图(包含幅度和相位信息)，继而修正测试面中心到天线等效相位中心的位移与辐射方向点积所对应的相位，解析计算得到针对天线相位中心的远场复方向图，后通过快速傅里叶变换，在经过天线相位中心，且垂直于天线法向辐射方向的平面上，获得与近场采样栅格一致的幅度和相位分布，后通过插值获得所有阵元的复激励。此类方法的主要问题在于近远场反演的精度，现阶段影响反演精度的因素较多，主要涉及近场测试环境(主要体现在18项平面近场测试误差项上，包含探头，扫描架，场地，测量系统，仪表等多项因素，NIST-18[6])和数值算法误差上。现阶段各类反演的精度较难突破±0.3dB/±3°的精度，而在多数情况下，近场的残余误差多控制在优于±0.7dB/±15°的范围内，因此，反演精度的误差不能忽略。今年来，科研工作者使用了各种方法提高反演精度，但上述误差量级始终难以突破。
单通道二维单开近场校准方法在距离辐射单元3～5波长处依次录取单个天线激励时的不同位置近场的电场耦合结果，从而获取单个天线阵元的等效方向图。单个通道激励时，当距离大于3～10波长时，沿切向传播的分量已得以充分衰减，此组测试数据可视为单通道对应的天线近场测试数据(截断电平与测试区域相关)，通过此方法，配合波束控制链路和矢量网络分析仪的快速切换，实现天线的校准和阵中单元方向图的获取。但是，此方法的测试面为二维矩形，当天线通道数较多时，单次校准的时间与测试量较长。
因此，上述方法在大规模相控阵天线校准及天线高精度建模原始数据时均存在一定技术缺陷，如实施时间较长，建模原始数据录取精度有限，适用范围不足以覆盖所有工况等。
发明内容
为解决现有技术存在的难题，本发明提供了一种相控阵天线阵元校准及方向图录取方法，包括以下步骤：
获取天线近场非振荡区域对应的垂直间距，所述天线近场非振荡区域对应的垂直间距具体为，在平面近场暗室，当平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定时探头到天线的垂直间距；
在此垂直间距上，将探头对准天线的某一非边缘阵元的几何中心，记录其电平，随后分别沿方位向和距离向平移探头，根据指定截断电平对应的区域确定二维测试面和双一维测试面，并确定划分双一维测试面的栅格；
分别录取双一维测试面中每一栅格处非边缘阵元对应的电场矢量，并计算得到虚拟二维电场矢量；
录取二维测试面中的每一栅格处非边缘阵元对应的实测电场矢量，并计算得到二维误差；
录取指定截断电平对应的区域中的每一阵元在双一维测试面的栅格处的电场矢量，计算等效二维近场；
根据实测电场矢量与计算获取的等效二维近场，将天线阵元方向图的相位中心移至二维测试面中心或天线相位中心，进行校准得到校准后的并生成补偿校准码；
加入补偿校准码后再次使用上述方法测量天线中所有阵元的幅度和相位分布，完成所有阵元方向图的录取。
进一步地，若指定截断电平对应的区域为M*N个阵元，则所述二维测试面为(M+u)*(N+v)个阵元大小的测试面，将二维测试面均匀划分成若干个栅格，所述双一维测试面的栅格为二维测试面的栅格中选取出的方位向最中间的一列栅格和距离向最中间的一列栅格，其中，u为指定截断电平对应的区域比天线近场非振荡区域在方位向多出的阵元个数，v为指定截断电平对应的区域比天线近场非振荡区域在距离向多出的阵元个数。
进一步地，所述虚拟二维电场矢量所述的计算公式为：
E′(xmon，ymon)＝E(xmon，0)×E(0，ymon)
其中，xmon表示非边缘阵元(m，n)的二维测试面的栅格的横坐标，ymon表示非边缘阵元(m，n)的二维测试面的栅格的纵坐标，xmon和ymon所在坐标系的坐标原点为(m，n，d)，其中，(m，n)为某一非边缘阵元的坐标，d为当平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定时探头到天线的垂直间距；E′(xmon，ymon)表示栅格(xmon，ymon)处非边缘阵元(m，n)的虚拟二维电场矢量，E(xmon，0)表示栅格(xmon，0)处非边缘阵元(m，n)的电场矢量，E(0，ymon)表示栅格(0，ymon)处非边缘阵元(m，n)的电场矢量。
进一步地，所述二维误差的计算公式为：
Eerror(xmon，ymon)＝E(xmon，ymon)-E′(xmon，ymon)
其中，E(xmon，ymon)表示栅格(xmon，ymon)处非边缘阵元(m，n)的实测电场矢量，Eerror(xmon，ymon)表示栅格(xmon，ymon)处非边缘阵元(m，n)的实测电场矢量与虚拟二维电场矢量的二维误差。
进一步地，所述等效二维近场的计算公式为：
E(xm′on′，ym′on′)＝E(xm′on′，0)E(0，ym′on′)+Eerror(xmon，ymon)
其中，xm′on′表示阵元(m′，n′)的二维测试面的栅格的横坐标，ym′on′表示阵元(m′，n′)的二维测试面的栅格的纵坐标，xm′on′和ym′on′所在坐标系的坐标原点为(m′，n′，d)，其中，(m′，n′)为指定截断电平对应的区域中阵元的坐标，d为当平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定时探头到天线的垂直间距；E(xm′on′，0)表示栅格(xm′on′，0)处阵元(m′，n′)的电场矢量，E(0，ym′on′)表示栅格(0，ym′on′)处阵元(m′，n′)的电场矢量，E(xm′on′，ym′on′)表示栅格(xm′on′，ym′on′)处阵元(m′，n′)的等效二维近场。
进一步地，所述平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定是指在探头前进或后退0.1波长时变化量分别小于0.2dB和2°。
进一步地，当平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定时，探头到天线的垂直间距满足远场条件；如果该垂直间距不满足远场条件，则重新调整探头至天线的垂直间距，直到该垂直间距满足远场条件。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
(1)以双一维测试面代替传统的矩形测试面，并通过误差矩阵进行修正，在兼顾阵中方向图精度的同时，大幅度数量级地降低校准测试量。
(2)通过此校准方法充分考虑了阵中不同单元方向图的差异性，获取的数据能够与天线高精度模型无缝对接，提高建模的精度和效率。
附图说明
图1为实施例一的十字形双一维测试面示意图。
图2为实施例一的HFSS中阵元二维数据录取方法正确性验证的模型。
图3为实施例一的二维单开得到的预测方向图与全波仿真得到的远场方向图的对比。
图4为实施例一的十字形双一维测试面得出的等效二维近场方向图示意图。
图5为实施例一的直接录取的二维近场分布图。
图6为实施例一的直接录取和等效的二维近场分布图的差异图。
图7为实施例一的两典型阵元分布示意图。
图8为实施例一的阵元(7，16)的一维距离向幅度与二维等效距离向幅度的对比图。
图9为实施例一的阵元(3，4)的一维距离向幅度与二维等效距离向幅度的对比图。
图10为实施例一的典型阵元的一维距离向幅度与二维等效距离向幅度系统误差的对比图。
图11为实施例一的典型阵元的一维距离向相位与二维等效距离向相位系统误差的对比图。
图12为实施例一的校准前后的归一化幅度分布。
图13为实施例一的校准前后的归一化相位分布。
图14为阵元及其测试面的关系示意图。
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
本实施例的具体实施方法分为八个部分，其具体内容包括以下步骤：
1)通过电磁全波仿真软件，获取天线近场非振荡区域对应的垂直间距；
在平面近场暗室，沿天线垂直方向前进或后退探头，当平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定时的探头到天线的垂直间距即为天线近场非振荡区域对应的垂直间距；具体地，平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定是指在探头前进或后退0.1波长时变化量分别小于0.2dB和2°
以由384个阵元组成的某小型相控阵天线为例，在电磁全波仿真软件中仿真7×7＝49个天线阵列中单个正中天线阵元激励，其余阵元与吸收负载连接时的近场电场分布。经确认，当探头在垂直方向上与天线之间的间距差达到5波长时，天线近场归一化幅度和相位均不随该垂直间距的小幅度变化而产生显著变化，从而确认此垂直间距有效。在此基础上，导出天线在测试平面的电磁场分布，确认波矢量方向的能量远大于垂直波矢量方向的能量，可确认对于单个天线激励工况，该距垂直间距满足远场条件；如果该垂直间距不满足远场条件，则重新调整探头至天线的垂直间距，直到该垂直间距满足天线近场归一化幅度和相位均不随该垂直间距的小幅度变化而产生显著变化同时确认波矢量方向的能量远大于垂直波矢量方向的能量。
特别说明的是，为了确认二维方向图的准确性，如图2所示，本实施例在HFSS(HighFrequency Structure Simulator，高频结构仿真)中仿真建立一非理想波导缝隙阵天线的模型，并记录了探头位于不同位置时，矢量网络分析仪记录的幅度和相位，并计算得到天线的远场方向图。图3是使用上述方法计算得到的远场方向图和全波仿真得到的远场方向图和理想工况下远场方向图的对比，可见使用此方法预测的远场方向图比理论值更加接近天线的真实远场方向图，此方法正确有效。
2)预热测试系统后，在此距离上，将探头对准非边缘阵元的几何中心(本实施例选取的非边缘阵元为天线的几何中心的阵元)，记录其电平，随后分别沿方位向和距离向平移探头，根据指定截断电平对应的区域确定二维测试面和双一维测试面(如图1所示，整个矩形平面为原来的二维测试面，十字形为本实施例的双一维测试面)，并确定划分双一维测试面的栅格；若指定截断电平对应的区域为M*N个阵元，则所述二维测试面为(M+u)*(N+v)个阵元大小的测试面，将二维测试面均匀划分成若干个栅格，所述双一维测试面的栅格为二维测试面的栅格中选取出的方位向最中间的一列栅格和距离向最中间的一列栅格，其中，u为指定截断电平对应的区域比天线近场非振荡区域在方位向多出的阵元个数，v为指定截断电平对应的区域比天线近场非振荡区域在距离向多出的阵元个数。本实施例中，当探头沿方位向左右平移共14阵元间距，沿距离向上下平移共20阵元间距时，近场边缘截断电平低于-28dB，故对于M×N规模的阵元，可确定其方位向和距离向探头行进的长度分别为(M+14)和(N+20)个阵元间距。
阵元及其测试面的关系如图14所示，假设图中5*5的空格为天线近场非振荡区域对应的阵元，正中心的阵元对应的测试面为以该中心阵元为中心确定的3*3的测试面(假设探头沿方位向左右平移共2阵元间距，沿距离向上下平移共2阵元间距时)，测试面的中心点随着阵元的位置的变化而水平变化，在垂直方向保持与天线阵元平面一定垂直间距不变，本实施例所述的一定垂直间距为探头到天线的垂直间距。
3)分别录取双一维测试面中每一栅格非边缘阵元对应的电场矢量E(xmon，0)和E(0，ymon)，并计算得到虚拟二维电场矢量E′(xmon，ymon)＝E(xmon，0)×E(0，ymon)；其中，xmon表示非边缘阵元(m，n)的二维测试面的栅格的横坐标，ymon表示非边缘阵元(m，n)的二维测试面的栅格的纵坐标，xmon和ymon所在坐标系的坐标原点为(m，n，d)，其中，(m，n)为某一非边缘阵元的坐标，d为当平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定时探头到天线的垂直间距；E′(xmon，ymon)表示栅格(xmon，ymon)处非边缘阵元(m，n)的虚拟二维电场矢量，E(xmon，0)表示栅格(xmon，0)处非边缘阵元(m，n)的电场矢量，E(0，ymon)表示栅格(0，ymon)处非边缘阵元(m，n)的电场矢量。
图4为根据双一维近场幅度和相位分布直接相乘获得的等效二维近场分布(含误差)。
4)录取天线二维测试面中每一栅格处非边缘阵元对应的实测电场矢量E(xmon，ymon)，并获取二维误差Eerror(xmon，ymon)＝E(xmon，ymon)-E’(xmon，ymon)；其中，图5为直接录取的二维近场分布图，图6为直接录取和等效的二维近场分布图的差异。
5)多次测量非边缘阵元的二维误差，当二维误差对位置变化不敏感时，验证此方法有效(即确认该误差对于每一个阵元均存在且误差分布相似)，具体为：
为了验证二维误差的稳定性，如图7所示，选取了波束相对较窄，误差相对较大的两典型阵元距离向近场方向图进行分析；先后计算了非边缘阵元(7，16)和阵元(3，4)距离向一维近场和二维近场，并通过二维近场等效平均获得等效一维近场列向量。如图8和图9所示，图8阵元(7，16)的一维距离向幅度与二维等效距离向幅度的对比图，图9为阵元(3，4)的一维距离向幅度与二维等效距离向幅度的对比图，为了定性说明问题，测试面尺寸的选取较常规数据录取时有一定程度缩小。图8和图9表明，对于不同位置的阵元，此方法引入的系统误差几乎不变；根据两典型阵元提取的阵元级系统误差如图10和图11所示。
6)配合快速波控，以此录取指定截断电平对应的区域中的每一阵元(m′，n′)对应的方位向和距离向电场矢量，并最终使用E(xm′on′，ym′on′)＝E(xm′on′，0)E(0，ym′on′)+Eerror(xmon，ymon)，计算等效二维电场分布；
其中，xm′on′表示阵元(m′，n′)的二维测试面的栅格的横坐标，ym′on′表示阵元(m′，n′)的二维测试面的栅格的纵坐标，xm′on′和ym′on′所在坐标系的坐标原点为(m′，n′，d)，其中，(m′，n′)为指定截断电平对应的区域中阵元的坐标，d为当平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定时探头到天线的垂直间距；E(xm′on′，0)表示栅格(xm′on′，0)处阵元(m′，n′)的电场矢量，E(0，ym′on′)表示栅格(0，ym′on′)处阵元(m′，n′)的电场矢量，E(xm′on′，ym′on′)表示栅格(xm′on′，ym′on′)处阵元(m′，n′)的等效二维电场。
7)根据实测与计算获取的等效二维电场，将每个天线方向图的相位中心移至测试面中心或天线相位中心，按照+Z方向合成的能量进行校准，并生成补偿校准码。
8)视具体情况可选用以下技术手段对校准方法进行改进：
a)根据入射角修正天线斜入射时探头引起的极化失配；
b)根据探头到单通道相位中心的距离修正由传输距离引起的损耗不一致性；
c)充分考虑边缘辐射单元由周边电磁环境不对称引起的指向误差，并在校准过程中预处理。
8)最后，加入补偿校准码后再次使用上述方法测量天线每一个阵元的幅度和相位分布，图12和图13为单次校准前后阵元级幅度和相位误差的变化情况。由图12和图13可见，该校准方法效果显著，表1是校准前后误差的对比。
| 校准前 | 校准后 | |
| 幅度均方差(dB) | 0.92 | 0.27 |
| 相位均方差(°) | 18 | 2.4 |
表1校准前后幅度和相位的对比
此校准方法单通道的测试点数(即测试栅格数)由(M+14)×(N+20)降低至M+N+34个，测试量呈几何级下降，校准精度几乎不变，一次校准效果良好。同时，可在校准过程中，完成所有阵元方向图的录取。
同时，步骤5)是为了验证二维误差的稳定性，并不包括在本发明的方法之内。
本发明提出的相控阵天线阵元校准及方向图录取方法，将单个阵元所对应的二维测试面等效为一个正交的一维列向量测试向量，并提取了二维测试面和双一维测试面等效结果之间的误差函数，在确认误差函数对所有阵元近似适用后，根据此误差函数和双一维测试结果，等效计算得到了天线的二维拟合电场分布，具备以下优点：
1、在确保校准精度近似不变的情况下，大幅度降低了天线校准所需的测试量
2、几何级地提升了天线校准的效率
3、有效降低一次校准后的剩余误差。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种相控阵天线阵元校准及方向图录取方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取天线近场非振荡区域对应的垂直间距，所述天线近场非振荡区域对应的垂直间距具体为，在平面近场暗室，当平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定时探头到天线的垂直间距；
在此垂直间距上，将探头对准天线的某一非边缘阵元的几何中心，记录其电平，随后分别沿方位向和距离向平移探头，根据指定截断电平对应的区域确定二维测试面和双一维测试面，并确定划分双一维测试面的栅格；
分别录取双一维测试面中每一栅格处非边缘阵元对应的电场矢量，并计算得到虚拟二维电场矢量；
录取二维测试面中的每一栅格处非边缘阵元对应的实测电场矢量，并计算得到二维误差；
录取指定截断电平对应的区域中的每一阵元在双一维测试面的栅格处的电场矢量，计算等效二维近场；
根据实测电场矢量与计算获取的等效二维近场，将天线阵元方向图的相位中心移至二维测试面中心或天线相位中心，进行校准得到校准后的并生成补偿校准码；
加入补偿校准码后再次使用上述方法测量天线中所有阵元的幅度和相位分布，完成所有阵元方向图的录取。
2.根据权利要求1所述的相控阵天线阵元校准及方向图录取方法，其特征在于，
若指定截断电平对应的区域为M*N个阵元，则所述二维测试面为(M+u)*(N+v)个阵元大小的测试面，将二维测试面均匀划分成若干个栅格，所述双一维测试面的栅格为二维测试面的栅格中选取出的方位向最中间的一列栅格和距离向最中间的一列栅格，其中，u为指定截断电平对应的区域比天线近场非振荡区域在方位向多出的阵元个数，v为指定截断电平对应的区域比天线近场非振荡区域在距离向多出的阵元个数。
3.根据权利要求2所述的相控阵天线阵元校准及方向图录取方法，其特征在于，所述虚拟二维电场矢量所述的计算公式为：
E′(xmon，ymon)＝E(xmon，0)×E(0，ymon)
其中，xmon表示非边缘阵元(m，n)的二维测试面的栅格的横坐标，ymon表示非边缘阵元(m，n)的二维测试面的栅格的纵坐标，xmon和ymon所在坐标系的坐标原点为(m，n，d)，其中，(m，n)为某一非边缘阵元的坐标，d为当平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定时探头到天线的垂直间距；E′(xmon，ymon)表示栅格(xmon，ymon)处非边缘阵元(m，n)的虚拟二维电场矢量，E(xmon，0)表示栅格(xmon，0)处非边缘阵元(m，n)的电场矢量，E(0，ymon)表示栅格(0，ymon)处非边缘阵元(m，n)的电场矢量。
4.根据权利要求3所述的相控阵天线阵元校准及方向图录取方法，其特征在于，所述二维误差的计算公式为：
Eerror(xmon，ymon)＝E(xmon，ymon)-E’(xmon，ymon)
其中，E(xmon，ymon)表示栅格(xmon，ymon)处非边缘阵元(m，n)的实测电场矢量，Eerror(xmon，ymon)表示栅格(xmon，ymon)处非边缘阵元(m，n)的实测电场矢量与虚拟二维电场矢量的二维误差。
5.根据权利要求4所述的相控阵天线阵元校准及方向图录取方法，其特征在于，所述等效二维近场的计算公式为：
E(xm′on′，ym′on′)＝E(xm′on′，0)E(0，ym′on′)+Eerror(xmon，ymon)
其中，xm′on′表示阵元(m′，n′)的二维测试面的栅格的横坐标，ym′on′表示阵元(m′，n′)的二维测试面的栅格的纵坐标，xm′on′和ym′on′所在坐标系的坐标原点为(m′，n′，d)，其中，(m′，n′)为指定截断电平对应的区域中阵元的坐标，d为当平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定时探头到天线的垂直间距；E(xm′on′，0)表示栅格(xm′on′，0)处阵元(m′，n′)的电场矢量，E(0，ym′on′)表示栅格(0，ym′on′)处阵元(m′，n′)的电场矢量，E(xm′on′，ym′on′)表示栅格(xm′on′，ym′on′)处阵元(m′，n′)的等效二维近场。
6.根据权利要求5所述的相控阵天线阵元校准及方向图录取方法，其特征在于，所述平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定是指在探头前进或后退0.1波长时变化量分别小于0.2dB和2°。
7.根据权利要求6所述的相控阵天线阵元校准及方向图录取方法，其特征在于，当平面近场中心区域归一化幅度和相位趋于稳定时，探头到天线的垂直间距满足远场条件；如果该垂直间距不满足远场条件，则重新调整探头至天线的垂直间距，直到该垂直间距满足远场条件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111103742.3A CN113899956B (zh) | 2021-09-18 | 2021-09-18 | 一种相控阵天线阵元校准及方向图录取方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111103742.3A CN113899956B (zh) | 2021-09-18 | 2021-09-18 | 一种相控阵天线阵元校准及方向图录取方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113899956A true CN113899956A (zh) | 2022-01-07 |
| CN113899956B CN113899956B (zh) | 2023-10-24 |
Family
ID=79028916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111103742.3A Active CN113899956B (zh) | 2021-09-18 | 2021-09-18 | 一种相控阵天线阵元校准及方向图录取方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113899956B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10335921A (ja) * | 1997-05-30 | 1998-12-18 | Yuseisho Tsushin Sogo Kenkyusho | アレーアンテナの較正方法 |
| CN101483273A (zh) * | 2009-02-24 | 2009-07-15 | 中国航天科技集团公司第五研究院第五○四研究所 | 一种幅度和相位可变的阵列天线的校准方法 |
| CN103916168A (zh) * | 2013-01-04 | 2014-07-09 | 中国移动通信集团公司 | 一种天线校准方法及装置 |
| CN105301564A (zh) * | 2015-09-14 | 2016-02-03 | 上海无线电设备研究所 | 一种基于双线性拟合的相控阵天线波束指向误差补偿方法 |
| CN105354351A (zh) * | 2015-09-25 | 2016-02-24 | 浙江大学 | 一种基于改进模拟退火算法的极限稀疏阵列优化方法 |
| CN106443572A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-02-22 | 西北工业大学 | 基于十字型阵列的空间目标二维角度快速估计方法 |
| CA2946011A1 (en) * | 2016-10-21 | 2018-04-21 | C-Com Satellite Systems Inc. | Method and apparatus for phased antenna array calibration |
| CN109765437A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-05-17 | 鹰视云(深圳)科技有限公司 | 一种全空域相控阵天线的模拟曲面校准系统及方法 |
| CN111077378A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-04-28 | 北京遥测技术研究所 | 波导缝隙发射相控阵天线实时监测网络和自校准方法 |
| CN113030855A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-06-25 | 深圳市迈诺电子有限公司 | 基于天线阵列的二维平面定位方法 |
-
2021
- 2021-09-18 CN CN202111103742.3A patent/CN113899956B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10335921A (ja) * | 1997-05-30 | 1998-12-18 | Yuseisho Tsushin Sogo Kenkyusho | アレーアンテナの較正方法 |
| CN101483273A (zh) * | 2009-02-24 | 2009-07-15 | 中国航天科技集团公司第五研究院第五○四研究所 | 一种幅度和相位可变的阵列天线的校准方法 |
| CN103916168A (zh) * | 2013-01-04 | 2014-07-09 | 中国移动通信集团公司 | 一种天线校准方法及装置 |
| CN105301564A (zh) * | 2015-09-14 | 2016-02-03 | 上海无线电设备研究所 | 一种基于双线性拟合的相控阵天线波束指向误差补偿方法 |
| CN105354351A (zh) * | 2015-09-25 | 2016-02-24 | 浙江大学 | 一种基于改进模拟退火算法的极限稀疏阵列优化方法 |
| CN106443572A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-02-22 | 西北工业大学 | 基于十字型阵列的空间目标二维角度快速估计方法 |
| CA2946011A1 (en) * | 2016-10-21 | 2018-04-21 | C-Com Satellite Systems Inc. | Method and apparatus for phased antenna array calibration |
| CN109765437A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-05-17 | 鹰视云(深圳)科技有限公司 | 一种全空域相控阵天线的模拟曲面校准系统及方法 |
| CN111077378A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-04-28 | 北京遥测技术研究所 | 波导缝隙发射相控阵天线实时监测网络和自校准方法 |
| CN113030855A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-06-25 | 深圳市迈诺电子有限公司 | 基于天线阵列的二维平面定位方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 夏琛海等: "基于小型阵列试验的相控阵单元互耦特性研究", 《微波学报》, pages 87 - 91 * |
| 王晓鹏等: "基于近场测试的相控阵天线自动化校准与阵面监测方法", 《微波学报》, pages 229 - 232 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113899956B (zh) | 2023-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Joy et al. | Applications of probe-compensated near-field measurements | |
| CN107329003B (zh) | 优化sar天线方向图测试的方法 | |
| Black et al. | Test zone field compensation | |
| CN107783086B (zh) | 用于诊断天线阵口径幅相场的畸变位置的方法 | |
| TWI540792B (zh) | 天線系統的遠場調校系統 | |
| CN111366793B (zh) | 一种减小截断误差的平面天线近场测量方法及系统 | |
| CN116047436A (zh) | 有源相控阵雷达天线的近场幅相校准方法、系统、设备 | |
| CN113381187B (zh) | 球面相控阵天线坐标远近场比较修正方法 | |
| CN104614714B (zh) | 一种基于加权均方误差最小化的双重定标处理方法 | |
| Norrdine et al. | Radar wave based positioning of spatially distributed MIMO radar antenna systems for near-field nondestructive testing | |
| Qureshi et al. | Near-field error analysis for arbitrary scanning grids using fast irregular antenna field transformation algorithm | |
| RU130089U1 (ru) | Устройство калибровки сверхвысокочастотного антенного измерительного комплекса ближней зоны | |
| Varela et al. | Fast spherical near-field to far-field transformation for offset-mounted antenna measurements | |
| CN117214841A (zh) | 一种相控阵雷达天线平面标校方法 | |
| CN113899956B (zh) | 一种相控阵天线阵元校准及方向图录取方法 | |
| CN111505394A (zh) | 基于探头天线位置误差修正的天线球面近场测量方法 | |
| CN108872722B (zh) | 一种三维矢量方向图获取方法以及平面近场天线测量方法 | |
| Wang et al. | An improved method of reducing SWE order for phaseless spherical near-field antenna measurement | |
| Saporetti et al. | Experimental validation of minimum redundancy scanning schemes in PNF measurements at V band | |
| Yaccarino et al. | A comparison of conventional and phaseless planar near-field antenna measurements: the effect of probe position errors | |
| Vaupel | Simulation procedures for a cylindrical near-field to far-field transformation with probe compensation and gain determination | |
| Ge et al. | Improvement on in-situ radiated emission measurement method | |
| Foged et al. | Error calculation techniques and their application to the Antenna Measurement Facility Comparison within the European Antenna Centre of Excellence | |
| Burgos et al. | Error Estimations In Cylindrical Near Field System For Large RADAR Antennas | |
| Gemmer | Generalised test-zone field compensation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |