相控阵天线快速校准方法

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1、2016年12月北京航空航天大学学报December2016第42卷第12期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．12http：／／bhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0828相控阵天线快速校准方法王焕菊1’2，孙厚军1’+(1．北京理工大学信息与电子学院，北京100081；2．中I$1电子科技集团公司第五十四研究所，石家庄050081)摘要

2、：相控阵天线的快速测量和校准一直是相控阵天线研究的热门问题。传统校准方法的测量速度较慢，不能满足大量工程需求的测量校准要求。针对实际工程应用需求，在对幅相求解算法研究的基础上，提出了一种基于幅度测量的快速校准方法——四相幅度校准法(FPC)。经理论分析，该方法的校准时间仅相当于采用6位数字移相器的旋转矢量法所花费校准时间的1／16。对四相幅度校准法、采用4位数字移相器的旋转矢量法和采用6位数字移相器的旋转矢量法的校准速度和校准精度做了对比试验，试验结果验证了四相幅度校准法的正确性和高效性。关键词：校准；校准算法；测量；天线

3、测量；相控阵天线中图分类号：TN806文献标识码：A文章编号：1001-5965(2016)12．2709-06相控阵天线的快速测量和校准一直是相控阵天线研究的热门问题¨剖。国内外相控阵天线的校准方法很多，目前主流的校准方法有以下几种：近场测量法∞。通过探头对围绕阵列闭合面上电场的采样，经过数值计算获得远场方向图和各单元通道的幅相分布。该方法测量精度高，可用于各种体制的阵列天线，但只能在微波暗室中进行，对测量仪器的同步性要求高、扫描时间长，数据量大，测量效率低。旋转矢量法"圳通过测量和信号幅度随单个天线单元相位变化的正弦曲

4、线，就可计算出每个单元通道的幅相值，而无需矢量测量仪器。但在实际应用中，若阵列单元数较多，则单个单元造成的曲线变化不明显，且需要校准的时间也较长。互耦校准法¨乱121是基于大型阵列的阵中相邻单元的互耦系数是相同的这一基本原理，通过对阵列中相邻单元进行收发测试，由测试数据计算出各有源通道的幅相信息，再根据理想分布进行阵列校准。互耦校准法虽然无需外场测量装置，测试过程简单，但其仅适用于收发共口面的相控阵天线，且辐射单元之间的隔离度不能太大。换相测量法¨””o的基本思想是在相控阵天线和测量探头均保持固定的情况下，测量相控阵天线不

5、同配相状态下探头的接收信号幅相，然后用数学算法对实验数据进行处理即可确定任意配相状态下各通道激励的幅相，进而根据试验结果复原所有的方向图。其不足之处在于，一般情况下系数矩阵不满秩，在解测量方程时，必须引入其他的先验知识，这样也会导致其测量时间较长，测试效率不高。以上测量方法的测量速度都不够快，一般用于相控阵天线研制阶段的验证校准工作，不能满足大量工程需求的测量校准。而针对大规模的工程应用，需要一种更快、更稳健的校准方法。1四相幅度校准法原理鉴于上述原因，本文提出了一种相控阵天线快速校准方法，该方法无需矢量测量仪器，仅仅测收

6、稿日期：2015．12-17；录用日期：2015—12-25；网络出版时间：2016-02·1516：30网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160215．1630．005．html{通讯作者：Tel．：010-68914199E-mail：sunhoujun@bit．edu．cn亨』用格式：王焕苟，孙厚军．扫控阵天线快速校准方法ⅣJ．北京航空航天大学学报，2016，42f12)：2709-2714-WANGHJ．SUNHj÷Fastcalibrationmethodfo

7、rphasedarrayantenna【nJournalofBeUingUniversityofAeronautiesandAstro。nauties，2016，42(12)：2709·2714(inChinese)．2710北京航空航天大学学报2016年量幅度值，即可快速、稳健地实现相控阵天线单元通道初始相位的校准。其校准原理如下。假设在相控阵天线的远场处有一频率为，的单载波信号，则相控阵天线的第n个天线单元接收到的信号为U。=A。sin(2形+垂。+日。)(1)式中，A。、多。和日。分别为第n个天线单元接收信号的未知幅

8、度、未知的固有相位以及已知的相位分布，n=1，2，⋯，Ⅳ，Ⅳ为天线单元的数量。假设rt=l的天线单元所在的通道为参考通道，参考通道的相位记为空。=0，则多。为在H。=0和H。=0条件下，第n(n≠1)个通道相对于参考通道的相位差。此时，相控阵天线接收到的信号功率和可表示为NI，P∑2I∑A辩p[j(多。