x波段阵面校准技术分析

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1、绪论工程硕士学位论文我国也开展了X波段半导体器件的跟踪研究，可以预计X波段相控阵雷达必将在军民两个方面获得广泛应用。1．2研究的目的相控阵天线的调试和测试过程中，为了保证天线性能能够达到设计要求，必须进行阵面测试对口径的幅相分布作大量的测量和校准。这个工作通常在出厂之前通过暗室中近场测量n‘51实现，暗室和近场测量系统建立的成本相当的高，即便如此，仍然存在某些大型阵面根本无法放进暗室进行测量、校准，只有通过外场的一些测量手段来完成此项工作。另外雷达装备后随着时间的推移，有源器件_T／R组件的性能

2、变化和失效会导致天线性能退化，在此过程中不能给予发现并修复和校正，将会对相控阵天线带来灾难性的影响，天线返厂重新测试校准费时、费力而且不经济。二十世纪，为了解决现代大型相控阵雷达系统口径分布误差校准和故障诊断的重要问题，确保相控阵雷达的性能，国内外专家提出多种方法。K．M．Lee在文献[6]提出利用传输耦合线校准单极阵子组成的阵列，并利用相位调制法解调每个单元相位和幅度初值；Humann在文献[7]针对机载和空载相控阵列，具有等边三角形分布的单极阵子组成的阵列，提出互耦法校准阵面，测试过程中要求

3、单元具有同时收发能力；ShipleyC．，WoodsD在文献[8]扩展了这一应用，可在等腰三角形分布阵列上进行校准；TieGao等在文献[9]对使用互耦法校准阵面的误差进行详细分析；Kojima等人在文献[10]提出利用，并利用矢量旋转法仅通过幅度测试得到单元的幅相值，并与标准值比较得到校准幅相值；DavisD在文献[11]提出矩阵求逆法测试阵面幅相，要求阵面安装在一个精密转台上，通过N个预定位置测试阵面端口响应，进行矩阵求逆得到阵面孔径分布；wuC．在文献[12]提出FFT校准法；PeterS

4、imth在文献[13]提出一种利用弱耦合器串行耦合所有单元信号，并利用通过控制T／R相位实现二维阵列的校准；牛宝君、郑雪飞、李迪等人在文献[14-16]中提出在中场区(对阵面不满足远场条件，对单个单元满足远场条件的区域)使用一个或多个探头进行阵面校准的原理及方法；RonSorace在文献[17]提出一种改变单元四个移相状态，使用时域滤波的方法得到单元幅相的方法；AmirLeshem在文献[18]中对校准中多路径问题进行了研究；Mulcahey，D．K．和Sarcione，在文献[19]中提出一种

5、利用阵面中的4个特定位置的监测天线耦合单元信号，先通过平面近场校准阵面，测量此时的幅相分布得到“黄金标准”，需要校准时再次测量，得到和“黄余标准”的差，实现多达2力．个单元阵面幅相校准；M．G．Steyskal、B．K．Yeo、R．J．Mailloux在文献[20—21]对数字阵校准问题进行了研究。总之，相控阵天线校准技术应该包含两个方面的内容，一是根据阵面特点确定测试信号馈入或提取方法：二是，为提高测试准确性和测试速度，研究某种适用的2工程硕士学位论文X波段阵面校准技术研究算法。同时相控阵校准

6、需要两个主要功能：1．故障隔离、诊断技术。故障隔离和诊断是相控阵天线监测技术基本要求。在相控阵调整的初期可以快速诊断出故障单元位置，指导工作人员检查更换故障单元，分析故障原因。2．系统校准技术。在所有单元可以受到控制并可以正常工作后，相控阵天线仍然不能很好的工作，这是因为安装到系统后设备将产生较大的变化，如单元间的互阻抗影响单元正常工作，使阵中单元波瓣不同于自由空间；复杂的馈电系统也将产生幅相变化，这需要重新修正各单元的初始幅相，使单元间幅相关系恢复预定值。通常这项工作需要反复进行。在校准方法研

7、究中，都针对相控阵的不同结构形式，如文献[6]中辐射单元为单极振子天线，每列使用一条耦合线；文献[7]辐射单元工作1．2-1．4GHz，每个T／R单元能够收发独立控制，辐射单元为单极振子；文献[13]提出校准方法必须是弱耦合的，对接收系统提出严格要求；文献[19]中阵面工作在X波段，每个监测天线可测量阵面的1／4的单元，要求的测量动态将很大，重复精度的达0．1dB、0．1。；可见，校准技术必须和系统相结合，不同频段的雷达、不同阵面结构，将有不同的校准方法。本文在X波段试验平台上，为节约成本，采用

8、单点中场校准法，对阵面结构形式具有较强的适应性；针对X波段信号测试而言，组成相控阵的器件损耗相对低频段器件显著增加：校准用开关隔离度校差；波长较短，周围障碍物散射噪声增强等因素；这些特征使测试困难大大增加，为此有必要进一步研究校准中～些影响阵面校准的关键因素，释放项目技术风险。1．3论文的结构本论文分为五个部分，第一部分为绪论，介绍了研究的背景资料，简单阐述了相控阵天线发展，也表述相控阵天线校准技术的目的和意义。第二部分简单介绍了相控阵天线的相关理论，和相控阵常规测试方法。第三部分介绍了典型相控