CN117330851A - 一种测量有源相控阵天线接收总增益的方法 - Google Patents

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李振生
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Abstract

本发明公开了一种测量有源相控阵天线接收总增益的方法，涉及有源相控阵天线测量技术领域。本发明首先用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向射电源时系统输出的归一化噪声功率的大小；然后保持有源相控阵天线俯仰角不变，方位偏离射电源，指向射电源附近的晴空，用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向晴空时系统输出的归一化噪声功率的大小。由测量的有源相控阵天线指向射电源及其附近晴空的归一化噪声功率，计算有源相控阵天线接收总增益。本发明的方法简单可行，具有推广和应用价值。

Description

一种测量有源相控阵天线接收总增益的方法
技术领域
本发明涉及有源相控阵天线测量技术领域，特别适用于有源相控阵天线接收总增益的测量。
背景技术
有源相控阵天线因具有体积小、重量轻、剖面低、易共形、可形成一个或多个波束、可控制波束指向、可实现波束扫描等特点，在各种相控阵雷达、卫星通信有效载荷、动中通卫星通信和5G移动通信等领域的应用日益广泛。有源相控阵天线发射/接收(T/R)组件与天线单元集成在一起，在发射和接收上具有增益的T/R组件与天线单元不可分离，传统的天线测量方法无法测量出天线的增益，因此常用总增益的概念表征有源相控阵天线增益性能。有源相控阵天线发射总增益等于T/R组件的功率放大器等效增益与天线发射增益的乘积，而接收总增益等于T/R组件低噪声放大器等效增益与天线接收增益的乘积。因此测量有源相控阵天线总增益是非常重要的。有源相控阵天线接收总增益测量的传统方法有比较法和链路计算法。比较法测量原理是通过待测有源相控阵天线接收总增益与标准天线增益进行比较，从而确定有源相控阵天线接收总增益的方法；链路计算法基本思想是利用功率传输方程，通过链路计算确定有源相控阵天线接收总增益。利用传统方法测量有源相控阵天线接收总增益存在以下局限性：
1、在传统的比较法中，又可细分为远场比较法、近场比较法和紧缩场比较法。远场比较法测量有源相控阵天线接收总增益，首先要满足远场测试距离条件，对于大型有源相控阵天线很难满足远场测试距离条件；其次，由于天线架设高度和测试距离的限制，地面和测试环境的多重反射影响测量精度；近场比较法和紧缩场比较法虽然可以克服场地环境的多重反射影响，但是建立近场和紧缩场测试系统是非常复杂的，测试系统成本非常昂贵；
2、在传统的链路计算法中，又可细分为远场链路计算法和紧缩场链路计算法。远场链路计算法测量有源相控阵天线接收总增益，首先要满足远场测试距离条件，对于大型有源相控阵天线很难满足远场测试距离条件；其次，由于天线架设高度和测试距离的限制，地面和测试环境的多重反射影响测量精度；紧缩场链路计算法测量有源相控阵天线接收总增益，建立紧缩场测试系统不仅复杂、昂贵，而且紧缩场静区性能影响总增益测试精度。
3、在传统测量方法中，测量原理比较复杂，测量参数很多，测量精度低。
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而提出一种测量有源相控阵天线接收总增益的方法。该方法简便易行，能够准确计算有源相控阵天线接收总增益。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种测量有源相控阵天线接收总增益的方法，包括以下步骤：
(1)用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向射电源时系统输出的归一化噪声功率，用Nsource表示，单位为dBm/Hz；
(2)完成有源相控阵天线指向射电源的归一化噪声功率测量后，保持有源相控阵天线的俯仰角不变，将方位偏离射电源并指向射电源附近的晴空，用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向晴空时系统输出的归一化噪声功率，用Nsky表示，单位为dBm/Hz；
(3)由测量的有源相控阵天线指向射电源及其附近晴空的归一化噪声功率，利用下式计算有源相控阵天线接收总增益：
式中：
GRX∑——有源相控阵天线接收总增益，dB；
f——工作频率，GHz；
Nsource——有源相控阵天线指向射电源时用频谱分析仪测量的系统输出的归一化噪声功率，dBm/Hz；
Nsky——有源相控阵天线指向射电源附近的晴空时用频谱分析仪测量的系统输出的归一化噪声功率，dBm/Hz；
K1——大气衰减因子，dB；
K2——展源修正因子，dB；
S——射电源的通量密度，W/m2Hz；
完成有源相控阵天线接收总增益的测量。
进一步地，步骤(1)的具体方式为：
在室外天线测试转台上，安装待测有源相控阵天线，依据有源相控阵天线地理位置参数和射电源参数，计算待测有源相控阵天线指向射电源的方位角和俯仰角；
依据计算的射电源轨道预置天线测试转台的方位和俯仰，调整待测有源相控阵天线的方位和俯仰，使有源相控阵天线对准射电源；
用频谱分析仪的噪声功率测量功能，测量系统输出的归一化噪声功率的大小，用Nsource表示，单位为dBm/Hz。
进一步地，步骤(2)的具体方式为：
完成步骤(1)的测量后，保持有源相控阵天线的俯仰角不变，驱动待测有源相控阵天线的方位，使有源相控阵天线的方位偏离射电源，指向射电源附近的晴空；
用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向晴空时系统输出的归一化噪声功率，用Nsky表示，单位为dBm/Hz。
进一步地，用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向射电源及其附近晴空时，系统输出的归一化噪声功率，保持有源相控阵天线俯仰角不变。
进一步地，有源相控阵天线指向射电源及其附近晴空时，用频谱分析仪测量系统输出的归一化噪声功率应在晴天、无障碍物和电磁干扰的环境中进行。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1、该方法测量有源相控阵天线接收总增益，无需满足天线远场测试距离条件，可有效抑制地面和环境的多重反射的影响；
2、该方法测量有源相控阵天线接收总增益，测量方法简单，测量精度高，测试系统成本低；
3、该方法不仅可测量有源相控阵天线接收总增益，其测量原理也可用于无源相控阵天线测量，因此本发明具有较好的推广和应用价值。
附图说明
图1是本发明的测量原理图。
具体实施方式
一种测量有源相控阵天线接收总增益的方法，该方法首先用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向射电源时系统输出的归一化噪声功率的大小；然后保持有源相控阵天线俯仰角不变，方位偏离射电源，指向射电源附近的晴空，用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向晴空时系统输出的归一化噪声功率的大小。由测量的有源相控阵天线指向射电源及其附近晴空的归一化噪声功率，计算有源相控阵天线接收总增益。
具体来说，该方法包括以下步骤：
(1)有源相控阵天线指向射电源的归一化噪声功率测量。用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向射电源时系统输出的归一化噪声功率，用Nsource表示，单位为dBm/Hz；
(2)有源相控阵天线指向晴空的归一化噪声功率测量。完成有源相控阵天线指向射电源的归一化噪声功率测量后，保持有源相控阵天线的俯仰角不变，方位偏离射电源指向射电源附近的晴空，用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向晴空时系统输出的归一化噪声功率，用Nsky表示，单位为dBm/Hz；
(3)有源相控阵天线接收总增益的计算。由测量的有源相控阵天线指向射电源及其附近晴空的归一化噪声功率，利用下式计算有源相控阵天线接收总增益：
式中：
GRX∑—有源相控阵天线接收总增益，dB；
f—工作频率，GHz；
Nsource—有源相控阵天线指向射电源时用频谱分析仪测量的系统输出的归一化噪声功率，dBm/Hz；
Nsky—有源相控阵天线指向射电源附近的晴空时用频谱分析仪测量的系统输出的归一化噪声功率，dBm/Hz；
K1—大气衰减因子，dB；
K2—展源修正因子，dB；
S—射电源的通量密度，W/m2Hz。
其中，步骤(1)中有源相控阵天线指向射电源的归一化噪声功率测量方法为：在室外天线测试转台上，安装待测有源相控阵天线，依据有源相控阵天线地理位置参数和射电源参数，计算待测有源相控阵天线指向射电源的方位角和俯仰角；依据计算的射电源轨道预置天线测试转台的方位和俯仰，调整待测有源相控阵天线的方位和俯仰，使有源相控阵天线对准射电源，用频谱分析仪的噪声功率测量功能，测量系统输出的归一化噪声功率的大小，用Nsource表示，单位为dBm/Hz。
步骤(2)中有源相控阵天线指向晴空的归一化噪声功率测量方法为：完成步骤(1)测量后，保持有源相控阵天线的俯仰角不变，驱动待测有源相控阵天线的方位，使有源相控阵天线的方位偏离射电源，指向射电源附近的晴空，用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向晴空时系统输出的归一化噪声功率，用Nsky表示，单位为dBm/Hz。
用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向射电源及其附近晴空时，系统输出的归一化噪声功率，保持有源相控阵天线俯仰角不变。
有源相控阵天线指向射电源及其附近晴空时，用频谱分析仪测量系统输出的归一化噪声功率应在晴天、无障碍物和电磁干扰的环境中进行。
参照图1，该方法的测试系统由测试转台、频谱分析仪、有源相控阵天线和射频测试电缆组成。通过测量有源相控阵天线指向射电源及其附近晴空的系统输出归一化噪声功率，由此计算有源相控阵天线接收总增益。
具体实施例当中，待测有源相控阵天线为有源波导阵列天线，工作频率为7GHz～9GHz，极化为线极化，测试频率为8GHz。待测有源相控阵天线接收总增益测量方法的步骤如下：
第1步：有源相控阵天线指向射电源的归一化噪声功率测量。用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向射电源时系统输出的归一化噪声功率，用Nsource表示，单位为dBm/Hz。
实施例当中，选择的射电源为太阳，待测有源相控阵天线指向太阳时用频谱分析仪测量的系统输出的归一化噪声功率电平为-130.2dBm/Hz。
第2步：有源相控阵天线指向晴空的归一化噪声功率测量。完成有源相控阵天线指向射电源的归一化噪声功率测量后，保持有源相控阵天线的俯仰角不变，方位偏离射电源指向射电源附近的晴空，用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向晴空时系统输出的归一化噪声功率，用Nsky表示，单位为dBm/Hz。
实施例当中，当有源相控阵天线方位偏离太阳，用频谱分析仪测量待测有源相控阵天线指向太阳附近晴空时系统输出的归一化噪声功率电平为-138.6dBm/Hz。
第3步：有源相控阵天线接收总增益的计算。由测量的有源相控阵天线指向射电源及其附近晴空的归一化噪声功率。利用下式计算有源相控阵天线接收总增益。
实施例当中，测试频率f＝8GHz，大气衰减因子K1＝0.08dB，展源修正因子K2＝0.65dB，太阳的通量密度S＝205×10-22W/m2Hz。则有源相控阵天线接收总增益为：
总之，本发明测量方法简单，测量精度高，测试系统成本低，无需满足天线远场测试距离条件，可有效抑制地面和环境的多重反射的影响，具有较好的推广和应用价值。

Claims (5)

1.一种测量有源相控阵天线接收总增益的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向射电源时系统输出的归一化噪声功率，用Nsource表示，单位为dBm/Hz；
(2)完成有源相控阵天线指向射电源的归一化噪声功率测量后，保持有源相控阵天线的俯仰角不变，将方位偏离射电源并指向射电源附近的晴空，用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向晴空时系统输出的归一化噪声功率，用Nsky表示，单位为dBm/Hz；
(3)由测量的有源相控阵天线指向射电源及其附近晴空的归一化噪声功率，利用下式计算有源相控阵天线接收总增益：
式中：
GRX∑——有源相控阵天线接收总增益，dB；
f——工作频率，GHz；
Nsource——有源相控阵天线指向射电源时用频谱分析仪测量的系统输出的归一化噪声功率，dBm/Hz；
Nsky——有源相控阵天线指向射电源附近的晴空时用频谱分析仪测量的系统输出的归一化噪声功率，dBm/Hz；
K1——大气衰减因子，dB；
K2——展源修正因子，dB；
S——射电源的通量密度，W/m2Hz；
完成有源相控阵天线接收总增益的测量。
2.根据权利要求1所述的一种测量有源相控阵天线接收总增益的方法，其特征在于，步骤(1)的具体方式为：
在室外天线测试转台上，安装待测有源相控阵天线，依据有源相控阵天线地理位置参数和射电源参数，计算待测有源相控阵天线指向射电源的方位角和俯仰角；
依据计算的射电源轨道预置天线测试转台的方位和俯仰，调整待测有源相控阵天线的方位和俯仰，使有源相控阵天线对准射电源；
用频谱分析仪的噪声功率测量功能，测量系统输出的归一化噪声功率的大小，用Nsource表示，单位为dBm/Hz。
3.根据权利要求1所述的一种测量有源相控阵天线接收总增益的方法，其特征在于，步骤(2)的具体方式为：
完成步骤(1)的测量后，保持有源相控阵天线的俯仰角不变，驱动待测有源相控阵天线的方位，使有源相控阵天线的方位偏离射电源，指向射电源附近的晴空；
用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向晴空时系统输出的归一化噪声功率，用Nsky表示，单位为dBm/Hz。
4.根据权利要求1所述的一种测量有源相控阵天线接收总增益的方法，其特征在于，用频谱分析仪测量有源相控阵天线指向射电源及其附近晴空时，系统输出的归一化噪声功率，保持有源相控阵天线俯仰角不变。
5.根据权利要求1所述的一种测量有源相控阵天线接收总增益的方法，其特征在于，有源相控阵天线指向射电源及其附近晴空时，用频谱分析仪测量系统输出的归一化噪声功率应在晴天、无障碍物和电磁干扰的环境中进行。
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