| | | | | | | The Active VSWR Measurements of Phased-Array Antenna | | | | | |
| | | | 摘 要 天線在實(shí)際工作時(shí)，除了輻射信號(hào)，由于自身的原因會(huì)在其端口存在駐波，而相控陣天線的天線單元間還存在互耦效應(yīng)，使得天線的駐波增大，會(huì)對(duì)發(fā)射機(jī)功放組件造成一定損壞。因此在設(shè)計(jì)相控陣天線時(shí)，必須考慮此駐波及其影響。針對(duì)相控陣天線有源駐波測(cè)試的需求，提出利用多通道相參信號(hào)源模擬相控陣實(shí)際掃描狀態(tài)，從而進(jìn)行相控陣輻射狀態(tài)下的有源駐波測(cè)試。 關(guān)鍵詞 相控陣天線，多通道信號(hào)源，有源駐波 | | | | |
| | | | Abstract: Antenna has standing wave when radiating signals, and there is mutual coupling between units of phased-array antenna, which increased the standing wave and does great harm to the power amplifiers of the transmitter. Therefore, the effects of standing wave need to be taken into consideration when designing a phased-array antenna. According to the requirements of active VSWR test of phased array antenna, a multi-channel coherent signal source is proposed to simulate the actual scanning state of phased array antenna to test the active VSWR under the radiation state of phased array. Keywords: Phased-Array Antenna, Multi-channel Signal Generator, Active VSWR | | | | |
中星聯(lián)華科技 市場(chǎng)總監(jiān) | |
相控陣天線處于工作狀態(tài)（發(fā)射或者接收）時(shí)，天線單元之間存在一定的電磁能量耦合，即互耦效應(yīng)?；ヱ钚?yīng)的存在改變了天線單元的阻抗特性，影響了陣列天線的波束形狀和增益。互耦效應(yīng)引起天線單元失配，從而產(chǎn)生的駐波在降低了天線輻射功率的同時(shí)卻增加了T/R設(shè)備組件的承受功率，對(duì)T/R組件的安全性也是一大隱患。 因此，相控陣天線的有源駐波參數(shù)是相控陣天線性能的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。考慮到陣列天線的多樣性和缺乏統(tǒng)一有效的理論模型，想通過理論精確計(jì)算得到有源駐波參數(shù)非常困難。傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)又不具備多通道有源駐波測(cè)試能力，本文建議的相控陣天線有源駐波測(cè)試，利用多路相參信號(hào)源的幅度相位變化，重現(xiàn)相控陣天線掃描時(shí)的實(shí)際工作狀態(tài)，通過計(jì)算機(jī)控制完成對(duì)相控陣天線有源駐波參數(shù)的快速準(zhǔn)確測(cè)量。 互耦效應(yīng)引起的有源駐波參數(shù)可以采用單元間耦合系數(shù)的散射矩陣法進(jìn)行分析，它對(duì)任何形式的陣列單元結(jié)構(gòu)都適用。具有n個(gè)陣元的陣列可以看成是n端口網(wǎng)絡(luò)，設(shè)n個(gè)端口上進(jìn)波和出波分別為a1,a2,…,an 和b1,b2,…,bn ，它們之間的散射關(guān)系可表示為 Sij就表示第i單元和第j單元之間的耦合系數(shù)，該方程全面考慮了n個(gè)進(jìn)波對(duì)n個(gè)出波的所有可能的影響，具有一般性。
若用矩陣方式，方程（1）可寫為 式中a=[a1a2…an]T表示進(jìn)波矩陣，b=[b1b2…bn]T 表示出波矩陣，S是散射矩陣（或S矩陣）。存在互耦效應(yīng)時(shí)，在有源S參數(shù)矩陣?yán)?，第i單元的反射系數(shù)Ri定義為為陣列中所有單元在第i單元上的總出波除以第i單元的進(jìn)波，因此，有 表達(dá)式（4）給出了第i個(gè)單元的有源駐波參數(shù)（i=1,2,…n）。陣列天線中單元的阻抗包括自阻抗和互阻抗，表達(dá)式（3）中當(dāng)j=i 時(shí)，反映了單元的自阻抗特性，時(shí)，反映了單元的互阻抗性能，即互耦效應(yīng)引起的單元反射量的大小。如果沒有互耦效應(yīng)，Ri僅表示自阻抗，方程（4）的駐波比也僅表示無源狀態(tài)下的陣列天線單元的駐波性能。 | |
3 測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) | |
根據(jù)有源駐波測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試要求，系統(tǒng)組成如下圖所示： 測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的核心為多路相參信號(hào)源，此信號(hào)源中每路輸出信號(hào)的幅度/相位可以精確調(diào)節(jié)，這樣各路激勵(lì)信號(hào)可以加到被測(cè)相控陣單元的各端口，從而模擬相控陣天線在實(shí)際工作時(shí)的掃描狀態(tài)。
通過雙定向耦合器分別將各端口的入射信號(hào)和反射信號(hào)提取出來，通過多通道幅相接收機(jī)分別測(cè)試得到相控陣天線各端口在不同掃描狀態(tài)下的端口駐波，也就是有源駐波。 為了精確測(cè)試，在測(cè)試之前可以利用校準(zhǔn)件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行矢量校準(zhǔn)，利用誤差修正算法得到系統(tǒng)誤差，保證整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度。 相控陣天線有源駐波系統(tǒng)測(cè)試可以模擬相控陣天線動(dòng)態(tài)掃描時(shí)陣列各單元上在加有真實(shí)激勵(lì)情況下的有源參數(shù)，其主要功能特點(diǎn)如下： 產(chǎn)生多通道相參激勵(lì)信號(hào)的功能，且能通過幅度相位控制分別對(duì)每一路激勵(lì)信號(hào)的幅度/相位進(jìn)行精確控制，模擬相控陣天線實(shí)際動(dòng)態(tài)掃描的場(chǎng)景； 多通道陣列天線有源端口參數(shù)、靜態(tài)端口參數(shù)、各單元駐波參數(shù)的測(cè)試功能； 相控陣天線端口駐波調(diào)試功能，可以對(duì)天線陣中的互耦特性進(jìn)行調(diào)試優(yōu)化； 通道一致性校準(zhǔn)功能，系統(tǒng)幅度和相位自動(dòng)校準(zhǔn)功能； 實(shí)時(shí)誤差修正功能，可以對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行矢量校準(zhǔn)，同時(shí)可以在測(cè)試過程中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)誤差修正； 自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、校準(zhǔn)功能； 測(cè)試報(bào)告定制化和自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告功能。
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有源駐波測(cè)試系統(tǒng)利用多路相參信號(hào)源精確的幅度相位調(diào)整功能，模擬相控陣天線實(shí)際波束掃描狀態(tài)，可以精確的測(cè)試出相控陣天線工作狀態(tài)下的駐波、互耦等有源參數(shù)，為相控陣的調(diào)試、優(yōu)化提供便利。 | |
1 學(xué)術(shù)著作：張光義，相控陣?yán)走_(dá)原理．出版地：國防工業(yè)出版社，2009.12．134-147 2 產(chǎn)品手冊(cè)： 中星聯(lián)華科技（北京）有限公司．多通道微波信號(hào)源，2021
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