[发明专利]一种基于紧缩场的阵中单元天线相位中心测量方法

说明书

本发明提供一种天线阵列中单元天线相位中心的测量方法，所述方法推导了紧缩场中相位中心位置与阵中单元间相位差的转换关系以及通过紧缩场直接测量的阵列输出功率与阵中单元间相位差关系，并利用紧缩场直接测量阵列天线合成输出功率，根据测量结果推导阵列中单元天线间相位差并进一步推导为阵中单元相位中心位置。通过本发明的测量方法，可以测量阵列中单元天线相位中心的位置。

技术领域

本发明涉及阵中单元天线相位中心测量，具体的说，是一种基于紧缩场的阵中单元天线相位中心测量方法。

背景技术

阵列天线主要用于波束形成或综合孔径成像，满足快速高精度的成像需求。确定阵中单元天线的相位中心，则是实现高精度阵列波束聚焦的必要条件。通常，天线相位中心不在天线口面上，并且会随着天线方向角增加发生改变。对于阵列天线来说，由于天线在阵中受到周围其他单元的互藕影响其相位中心位置会进一步发生变化。在阵列近场的波束聚焦或成像时，为了进行准确的相位补偿需要获得天线位置和聚焦点位置间距离，而天线位置指的就是单元天线相位中心。如果该位置不能有效测量或估计不准，则会造成相位补偿误差使聚焦波束散焦，影响波束效率和波束宽度，进而降低系统的温度灵敏度和空间分辨率。因此，如何有效的获得阵列中单元天线的相位中心位置是阵列聚焦中重要的研究课题。

通常，天线的相位中心可通过仿真计算和实际测量获得。如参考文献(参见王建,谢渊,李欣.角锥喇叭相位中心的移动参考点计算法[J].电子科技大学学报,2008,37(4):538-540.)中报道的角锥喇叭相位中心的移动参考点计算法，是在仿真基础上结合理论计算对天线相位中心进行估计。在现有仿真软件的仿真精度上，仿真计算估计的相位中心具有较高精度，但是由于实际加工中的不一致性和阵中天线间互藕影响，仿真计算估计的相位中心与实际被测天线的阵中单元相位中心位置存在偏差。为了更精确获得天线相位中心，实际测量中通常采用远场相位比较法和近场移动参考点法。其中，远场相位比较法是将被测天线放置在位于测量远场区的测量转台上，通过旋转测量转台观测天线接收相位变化，并根据变化趋势调节被测天线位置最终使被测天线相位中心与测量转台转轴中心重合，得到被测天线相位中心的具体位置。该方法远场测量环境和场地，且要求被测天线相位直接可测，在测量过程中需要较长时间反复移动被测天线以确定相位中心，尤其对于频率较高的毫米波天线来说微小的移动量都会对测量结果有较大影响。近场移动参考点法在文献(参见尚军平,傅德民,邓颖波.天线相位中心的精确测量方法研究[J].西安电子科技大学学报(自然科学版),2008,35(4):673-677.)中进行了报道，该方法也是相位中心的常用测量方法之一。该方法可在近场范围实现测量，其基本原理与远场相位比较法类似。与远场相位比较法相比，近场移动参考点法无需远场测量环境和场地，但是依然要求且要求被测天线相位直接可测，并在测量过程中需要反复平移、转动被测天线。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，供一种基于紧缩场的阵中单元天线相位中心测量方法，确定被测天线的阵中单元天线相位中心位置。测量过程中，通过调节被测天线的阵中单元天线相位实现单元天线相位对齐的方法，计算出被测天线的阵中单元天线的相位中心位置。该方法获得的相位中心位置的测量结果为被测天线在波束聚焦时的补偿相位计算提供了准确参数，可以提高波束聚焦性能。

本发明的技术解决方案：一种基于紧缩场的阵中单元天线相位中心测量方法，如图3所示，具体实现步骤如下：

第一步，在紧缩场中安装被测天线和信号发射馈源。被测天线(阵列天线)固定在紧缩场中的被测天线转台上，并确保被测天线口面中心垂线与被测天线转台中心重合且被测天线的天线口面与紧缩场静区来波方向垂直；信号发射馈源固定在紧缩场发射馈源安装处，信号发射馈源波导口接噪声源。安装结束后被测天线和信号发射馈源位置如图1所示。

第二步，采用旋转电矢量校准法对被测天线进行相位对齐。保持其余接收通道不变，对第1通道在0～360°以1°步进依次改变相位增量Δ，则加入相位增量后第1通道接收到的信号为：