《相控阵天线快速测量研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《相控阵天线快速测量研究（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、面簧雹手料校虫孥 硕士学位论文 题忡耳担蛰监垂线捷堡测b 巫究 作者挂名兰苯置指导教师姓名、职务 尚至f 剁热燕 学科门类王学学科、专业 皂麟两皇徽诚萎盎 提交论文日期 一 兰Q Q 年i 凋 摘要 摘要 当今，相控阵天线在军用雷达和民用雷达等各种不同的无线电系统中获得了 越来越广泛的应用，从而使相控阵天线测量备受关注。本文主要介绍了对相控阵 天线特性进行快速测量的新方法。采用印刷振子作为阵列基本辐射单元，并对其 进行结构优化，达到了低驻波，宽频带的效果；在此基础上组成阵列，利用矩量 法计算单元在阵中方向图。进而在一个线性数学模型基础上，表示出移相器在任 何配相状态下的方向图及增益特性。该方法
2、中相控阵天线和测量探头均保持固定， 测量相控阵天线不同配相状态下探头接收信号的幅相，用数学算法对实验数据进 行处理即可确定任意配相状态下各通道的激励幅相，进而所有的方向图根据一次 实验结果就能复原。在相控阵天线的全部可能配相中寻找某些特殊的配相控制， 就能够简化线性模型的求解，进而提高天线测量的效率。由于这种新技术能大大 减少检测时间，而其环境要求也低，因而具有很强的实用性。 关键字：相控阵天线天线测量阵列天线配相 A b s t r a c t 一 一 A b s t r a c t R e c e n t l yp h a s e da 玎a y 锄t e n n a s a r em o
3、 r ea n dm o r ew i d e l ya p p l i e di nm a n y 蛐r e n t w i r e l e s ss v s t e m ss u C h a sc i v i l i a n a n dm i l i t a r yr a d a r S op h a s e d 唧a ya n t e n n a m e a S u r e m e n ti sc o n c e m e d I nt h i sp a p e r ， an e wm e t h o di nm e a s u r i n gp h a S e d 锄y a n t e
4、n n aq u i c k l yi sm a i n l yd e s c r i b e d T h i sp a p e ri n c l u d e st h a tp r i n t e dd l p o l ea m e m 嬲 W a sd e s i g n e da St h ee l e m e n to fp l a n a ra n t e n n aa r r a ya n di t ss t r u c t u r ew a s o p t l m l z e dt 0 g e t1 0 ws t a l l d i n gw a v ea n dw i d eb
5、 a n d w i d t h B a s e do n t h i se l e m e n tap l a l l a ra 1 1 t e m l a 撇yw a sd e s i g n e da n d t h ep a t t e r no ft h ec e n t r ee l e m e n ti nt h ea r r a yw a s c a l c l l l a t e db y M o M mp 砒帆觚dg 也i na n yd i s p o s i n g - p h a s e s t a t u sc a nb ee x p 托s S e d b y 恤s
6、 m o d e l W i t ht h i sm e 舢d ，t h er e c e i v i n gs i g n a lo f t h ep r o b ei sm e a s u r e dw i t haf i x e d d i S 伽c eo fp 妇删a n t e I l I l aa n dt h ep r o b e E x p e r i m e n t a l d a t ai sd i s p o s e db y m a t h e m a t i ca l g o ，t h u sa m p l i t u d ea n dp h a s ei ne a
7、c h c h a n n e li sd e t e r m m e dma n y d i s p o s i n 分p h a S e ss t a _ t l l S A l lt h ep a t t e mC a nb er e c o v e r e d o l l l ym r o u 曲a t e s tr e 姒 S o m es p e c i a lc o 咖l sC a nb ef o u n di na l lt h ep o s s i b l ed i s p o s i n g 。p h a s e t 0s 吼p 1 1 坶也e s o l u t i o
8、no ft h el i n e a rm o d e l ，t h u si n c r e a s i n gt h er e s e a r c he f f i c i e n c y W i t h t h i sn 删 t e c h n o l o 姒t h e r e s e a r c ht i m e h a sb e e ng r e a t l yr e d u c e d ，a n d t h ee n o 删 r e q u i r e m e n t sa r en o t S Os t r i c t ，t h u sm a k i n gt h i sm e
9、t h o dq u i t ep r a c t i c 2 L l a n du s e t 眦m e 髋c t 酗嗍r d s ：p h a s e da t r a y a n t e n n a a n t e n 曲m e a s u r e m e n ta t r a y 舳t e n 的 d i s p o s i n g - p h a s e 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育
10、机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人签名：兰走至 日期矽8 岁亨 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以允许采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。( 保密的论文在 解密号遵守此规定) 本人签名： 导师签名： 绪论 第一章绪论弟一早珀T 匕 1 1 研究目的及研究状况 相控阵雷达在上世纪6 0 年代末问世，当时的目的是为了实现对洲际导弹的预 警，7 0 年代，由于火热的军备竞
11、赛，美国推出了多种战略和战术相控阵雷达，欧 洲国家也推出了少量战术相控阵雷达。我们国家也在7 0 年代末，研制了一台二维 相扫的战略相控阵雷达。但由于当时相控阵雷达的成本很高，所以国际上也只是 以掌握相控阵体制和相关技术为主要目的。 当今，随着电子计算机及微电子技术的发展，超大规模集成电路、各个波段 的固态功率器件及数字移相器等技术的日趋成熟和成本幅度的降低，以及数字波 束的形成、自适应理论和技术、低副瓣技术及智能化理论和技术的不断发展，使 得相控阵雷达在性价比上具有了很大的吸引力。因而近年来在各种军用战略雷达 ( 如超远程预警雷达、机载预警雷达、超视距雷达、星载预警雷达) 和战术雷达 ( 如
12、搜索雷达、引导雷达、火控雷达、制导雷达) 及民用雷达( 如微波着陆雷达、 气象雷达) 等各种不同的无线电系统中获得了愈来愈广泛的应用。 由于相控阵天线能够迅速改变波束指向，形成特种方向图并且一部相控阵天 线兼有多部其它品种的天线才能完成的功能，因而使得相控阵雷达备受关注。要 使相控阵天线的这些功能付诸实现，在它的研制和试验过程中还必须进行大量的 工作。这些工作包括对相控阵天线各通道幅、相的检测与调整，阵内故障或失效 单元的排除以，及测定相控阵天线及其所属系统在各种工作状态下相对应的发射或 接收方向图。 测量辐射单元达数万个的现代相控阵天线的辐射特性是一个复杂的技术课 题。相控阵天线的特点是存在
13、一个与主波束扫描相对应的许许多多方向图构成的 集合，对其测试包括在不同的工作方式下、在工作频段内及波束扫描区域内，测 量所有的方向图。以直接测量天线远场空间分布为基础的传统远场测量法由于测 量时间长又无检测功能而无法满足要求。以探头扫描获取近场数据并经软件计算 天线特性的近场测量法对相控阵天线的研究工作和测试起了积极的作用，但测试 效率仍然较低，这是因为对天线的每一组配相都要重新进行一次扫描测量。另外 该方法需要造价昂贵的大型扫描架且对环境的要求较高，而且难于实现对相控阵 天线的现场检测。 近年来相控阵天线的快速测量和校准特别是有源相控阵天线校准成为研究的 热点问题。1 9 8 2 年日本学者
14、S M a n o 和T K a t a g i 首先提出了旋转电矢量法测量单 元的幅相激励并应用于相控阵天线的校准上。日本学者N o b u y a s u 等人在2 0 0 1 年 2 拥挖I 咋天线伙速测量研究 提出了考虑移相器相位误差的旋转电矢量法，该方法的基本思想是接收探头位置 于被测天线阵面的前方，被测天线单元逐次换相，而其它天线单元相位不变。通 过接收探头接收到信号能量的最大值和最小值的比值和信号能量最大值时所在的 移相器状态，便可以确定被测天线单元的幅相特性和检测出故障。该方法在概念 上很简单，但是在测量过程中由于仅有一个天线单元换相，所以探头的接收信号 变化很不敏感，测量误差
15、较大，测量时间也比较长。 美国学者A u m a n nM 和F e n nJ 等人在1 9 8 9 年提出了利用相控阵单元互耦来 快速校准相控阵天线的方法，中国学者高铁等人把互耦校准方法应用到大型的有 源相控阵天线中。美国学者S i l v e r s t e i nD 在1 9 9 6 年提出了用开关矩阵编码方法来 测量和校准通讯卫星上相控阵天线的方法，该方法的基本思想是当相控阵天线在 通讯卫星上工作时，用开关矩阵对相控阵天线的各单元幅相激励进行编码，地球 基站在接收到信号后对接收信号进行解码，便可复原出被测天线的幅相激励。 俄罗斯科学家在上世纪8 0 年代中后期提出了相控阵天线换相测量法
16、【l 】，并将该 方法应用于相控阵天线的测量和诊断中，上世纪9 0 年代末换相测量法在国内也有 所研究。该方法的基本思想是在相控阵天线和测量探头均保持固定的情况下，测 量相控阵天线不同配相状态下探头的接收信号幅相，然后用数学算法对实验数据 进行处理进而确定出任意配相状态下各通道的激励幅相，便可以计算出任意配相 情况下单元的幅相激励，同时可进行故障鉴别，并最终得到各种波束指向时的方 向图。该方法充分利用了相控阵天线相位可控的特点，利用了相控阵天线本身的 结构信息和特点，能大大减小相控阵天线测量和诊断时间，对测试环境的要求比 较低，具有很强的实用性。 目前国内相控阵天线的研究任务十分繁重，迫切需要对相控阵天线特性进行 测量诊断的新技术。本文研究目标是在俄罗斯学者提出的换相测量法的基础上， 对一种新型的相控阵天线快速测量的技术进行理论分析。 1 2 研究内容及工作安排 本文的主要目标是提出一种相控阵天线快速测量的关键技术，实现对相控阵
