[发明专利]用于诊断天线阵口径幅相场的畸变位置的方法

权利要求书

1.用于诊断天线阵口径幅相场的畸变位置的方法，所述天线阵包含4个以上的辐射单元，所述辐射单元分别产生并发射激励电流，由所述激励电流共同构成口径幅相场；其特征在于，该方法包括如下步骤：

初始步骤：

获取所述天线阵的平面近场测试数据；

校正步骤：

对所述平面近场测试数据进行探头方向图校正的近场-平面波谱变换，得到进行探头校正后的k空间的平面波谱分量，获得校正后的k空间的平面波谱方向图；

校正步骤具体包括：

设探头主电场极化沿x方向取向、在z＝d平面上扫描，获得探头为水平极化时采得的近场数据与天线波谱之间关系的函数：

其中，参数的含义分别为k为波数；B_x为探头为水平极化时在z＝d平面上测得的信号；F[B_x]是B_x的二维Fourier反变换；为天线的平面波谱，且有为探头为水平极化时的平面波谱，有

将上述函数进行归一化处理，转换为a₁₁A_x+a₁₂A_y＝I_x，该式即为关于平面波谱分量的一个方程式；

设探头主电场极化沿y方向取向、在z＝d平面上扫描，获得探头为垂直极化时采得的近场数据与天线波谱之间关系的函数：

其中，参数的含义分别为B_y为探头为垂直极化时在z＝d平面上测得的信号；F[B_y]是B_y的二维Fourier反变换；为探头为垂直极化时的平面波谱，有

将上述函数进行归一化处理，转换为a₂₁A_x+a₂₂A_y＝I_y，该式即为关于平面波谱分量的另一个方程式；

联立平面波谱分量的2个方程式，得到的方程组如下：

由上式即可解得A_x和A_y，进而求得A_z，从而得到进行探头方向图校正后的平面波谱的切向分量进一步得到的值；

校正步骤进一步包括：

设探头主电场极化沿x方向取向、在z＝d平面上扫描时测得的信号为B_x(x,y,d)，则由平面近场天线测量的耦合公式可得

式中，k为波数；k_z为k在z方向的分量；为k方向的矢量；为天线的平面波谱；为探头为水平极化时的平面波谱；F[B_x(x,y,d)]是B_x(x,y,d)的二维Fourier反变换，即有：

式中，π＝3.14159；k_x和k_y分别为k的x和y分量；

探头坐标系与天线坐标系的关系为：

矢量在空间坐标系的关系为：

这里，为的单位矢；

而

则由式303、式304与式305可得，

由上式可得：

即有：

则(式301)式中的可化为如下形式：

式中，A′_θ′为在方向的分量，为在方向的分量；

将式309代入式301，并根据式303，可得

因为测试时，天线位于无源区，则有：

又因为电场与波谱的关系式为：

式中，a₀表示入射波的复振幅；

将式312代入式311可得

即

即

则可得到

将代入式310，则有：

由式309可得A′_x′，A′_y′，A′_z′与A′_θ′，的关系为：

A′_z′＝-A′_θ′sinθ′ (式320)

因为探头的远场方向图可由下式逼近：

而且我们知道，归一化远场方向图函数与平面波谱之间的关系为：

所以：

上面两式中，为远场方向图在θ^′的分量；为远场方向图在的分量，f_E(θ′)和f_H(θ′)分别为探头的E面和H面归一化远场方向图函数；则有

将以上两式代入式318、式319、式320，则有

令

则式317可化为如下形式：

a₁₁A_x+a₁₂A_y＝I_x (式333)

上式即为关于平面波谱分量的一个方程式；

所述校正步骤进一步包括：

设探头主电场极化沿y方向取向、在z＝d平面上扫描时测得的信号为B_y(x,y,d)，则由平面近场天线测量的耦合公式可得：

式中，为探头为垂直极化时的平面波谱；F[B_y(x,y,d)]是B_y(x,y,d)的二维Fourier反变换，即有

在该情况，即式401所对应的情况下，探头坐标系与天线坐标系的关系为：

矢量在空间坐标系下：

则

而在当前坐标系下，

则由式403、式404与式405可得，

由上式可得

即有

则式401中的可化为如下形式：

式中，A″_θ″为在方向的分量，为在方向的分量；

将式409代入式401，并根据式403，可得

将代入上式，则有：

由式409可得A″_x″，A″_y″，A″_z″与A″_θ″，的关系为

A″_z″＝-A″_θ″sinθ″ (式414)

又因为探头的远场方向图可由下式逼近：

而且我们知道，归一化远场方向图函数与平面波谱之间的关系为：

所以

上面两式中，为远场方向图在θ″的分量；为远场方向图在的分量，f_E(θ″)和f_H(θ″)分别为探头的E面和H面归一化远场方向图函数；所以有

将以上两式代入式412、式413、414，则有

令

则式411可化为如下形式：a₂₁A_x+a₂₂A_y＝I_y (式427)；

反演步骤：

对所述校正后的k空间的平面波谱方向图进行平面波谱-口径场逆变换，获得反演后的口径幅相场分布图；

比对步骤：

测量所述天线阵的每个辐射单元的实际物理位置，将每个辐射单元的实际物理位置与所述反演后的口径幅相场分布图中的位置进行比对，从而得出天线阵各辐射单元的幅相分布，进而判断出发生畸变的位置以及所对应的辐射单元。