天线相位中心的精确测量方法研究

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1、２００８年８月西安电子科技大学学报（自然科学版）Ａｕｇ．２００８第３５卷第４期犑犗犝犚犖犃犔犗犉犡犐犇犐犃犖犝犖犐犞犈犚犛犐犜犢Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．４天线相位中心的精确测量方法研究尚军平，傅德民，邓颖波（西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室，陕西西安７１００７１）摘要：以天线相位方向图实测数据为基础，通过改变参考点，建立相位偏差与相位中心位置偏差的关系式，并利用最小二乘法估算天线相位中心偏差．研制了一套实际测试系统，通过实际测试和理论误差分析表明，该方法能够精确测量天线相位中心，测量精度小于１ｍｍ．关键

2、词：天线相位中心；相位偏差；位置偏差；精确测量中图分类号：ＴＮ８２１文献标识码：Ａ文章编号：１００１２４００（２００８）０４０６７３０５犚犲狊犲犪狉犮犺狅狀狋犺犲犪犮犮狌狉犪狋犲犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犿犲狋犺狅犱犳狅狉狋犺犲犪狀狋犲狀狀犪狆犺犪狊犲犮犲狀狋犲狉犛犎犃犖犌犑狌狀狆犻狀犵，犉犝犇犲犿犻狀，犇犈犖犌犢犻狀犵犫狅（ＫｅｙＬａｂ．ｏｆＡｎｔｅｎｎａｓａｎｄＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖ．，Ｘｉａｎ７１００７１，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｂａｓｅｄｏｎｔ

3、ｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｄａｔａｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａ，ａｒａｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｐｈａｓｅｏｆｆｓｅｔａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｈａｓｅｃｅｎｔｅｒｉｓｆｏｕｎｄｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｐｏｉｎｔ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｍｅｔｈｏｄ，ｗｅｃａｎｃｏｍｐｕｔｅｔｈｅｐｈａｓｅｃｅｎｔｅｒｄｅｖｉａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅａｎｔｅｎｎａ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｓｕｉｔｏｆｔｅｓｔｓｙｓｔｅ

4、ｍｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｒｅｓｕｌｔａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｐｈａｓｅｃｅｎｔｅｒｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａ，ｗｉｔｈｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｌｅｓｓｔｈａｎ１ｍｍ．犓犲狔犠狅狉犱狊：ａｎｔｅｎｎａｐｈａｓｅｃｅｎｔｅｒ；ｐｈａｓｅｏｆｆｓｅｔ；ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｄｅｖｉａｔｉｏｎ；ａｃｃｕｒａｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ随着通信、雷达、人造卫星和宇航

5、技术的发展，对天线的跟踪、定位精确度要求越来越高，单靠幅度波束来搜索定位已不能满足要求，必须以天线的相位中心为基准进行精确定位或测量．而天线的相位中心问题无论在其相位测量应用、形成波束侦收应用、作为干涉仪阵列单元还是作为抛物面天线的馈源使用都很重要．笔者根据天线远区辐射场理论，通过改变参考点法来精确测定天线的相位中心，研制了一套天线相位中心测试系统．１测量原理对任意天线，其远区辐射场的某个分量在球坐标系可写为犈＝＾狌犉狌（θ，）ｅｘｐ（ｊφ（θ，））（ｅｘｐ（－ｊ犽狉）／狉），（１）式（１）中的犉（θ

6、，）为幅度方向图，函数（θ，）为相位方向图函数，狌φ犽＝２π／λ．相位中心定义为：在天线上或邻近若有一参考点，在给定频率下，使（θ，）等于常数，则这个使（θ，）为常数的点称为天线的相φφ位中心．对绝大多数天线来说没有这样一个相位中心，但是许多天线可以找到这样一个参考点，使得在主瓣某一范围内场的相位保持相对恒定，则这个参考点称为“视在相位中心”．有的天线可能在不同截面图１移动参考点示意图收稿日期：２００７１０１２基金项目：国家重点实验室基金资助（Ｊ１４３０３２６００６８）作者简介：尚军平（１９６

7、４），男，副教授，西安电子科技大学博士研究生，Ｅｍａｉｌ：ｊｐｓｈａｎｇ＠ｍａｉｌ．ｘｉｄｉａｎ．ｅｄｕ．ｃｎ．６７４西安电子科技大学学报（自然科学版）第３５卷［１～３］有不同相位中心，而且它们可能不重合，因此测量的相位中心是指某个截面上的相位中心．天线在进行相位中心测量时或在使用时，它的相位中心可能偏离了旋转中心（几何中心），如图１所示，［２，４］即天线的参考点移动到犗′，根据远场近似，得到以犗′为参考点的远场表达式为ｅｘｐ（－ｊ犽（狉－狉′＋狉′·狉））犈＝＾狌犉狌（θ，）ｅｘｐ（ｊφ（θ，）

8、）＝狉－狉′（２）（－ｊ犽狉－狉′）＾狌ｅｘｐ犉狌（θ，）ｅｘｐ（ｊ［φ（θ，）－犽狉′·狉］），狉－狉′令（θ，）＝（θ，）－犽狉′·＾狉，天线的相位中心与转动中心的偏差用小矢量狉′表示为ψφ狉′＝Δ狓＾狓＋Δ狔＾狔＋Δ狕＾狕，（３）而单位矢＾狉可表示为＾狉＝ｓｉｎθｃｏｓ＾狓＋ｓｉｎθｓｉｎ＾狔＋ｃｏｓθ＾狕，（４）所以（θ，）＝（θ，）－犽（Δ狓ｓｉｎθｃｏｓ＋Δ狔ｓｉｎθｓｉｎ＋Δ狕ｃｏｓθ）．（５