一種相控陣天線有源反射系數(shù)測試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種相控陣天線有源反射系數(shù)測試系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展，相控陣列天線以其饋電方式多樣、波束控制靈活、掃描速 度快等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。相控陣天線工作時(shí)，利用多個(gè)天線單元的不同幅度相位 饋電組合實(shí)現(xiàn)波束合成與指向控制。這種工作模式帶來如下問題：
[0003] (1)陣列前端的天線單元因?yàn)榫嚯x較近，相互間的電磁互耦效應(yīng)會(huì)對(duì)天線阻抗產(chǎn) 生影響，進(jìn)而降低整個(gè)天線陣列的性能；（2)相控陣天線實(shí)際工作狀態(tài)下，天線陣列存在多 種幅度相位組合的饋電方式，不同的饋電方式會(huì)在天線單元間產(chǎn)生不同的互耦影響，導(dǎo)致 天線單元呈現(xiàn)不同的阻抗特性，會(huì)對(duì)整個(gè)天線陣列性能產(chǎn)生不同影響。
[0004] 為獲取陣列天線實(shí)際工作狀態(tài)下各天線單元的饋電效率，以保證相控陣天線的整 體性能指標(biāo)，必須完成相控陣天線陣列在不同饋電方式下陣列中各單元天線的有源反射系 數(shù)測試。
[0005] 現(xiàn)有的相控陣天線有源反射系數(shù)測試方法為間接測試法，其測試原理如圖1所示， 通過被測天線單元自身反射信號(hào)與互耦單元耦合信號(hào)的測量，結(jié)合數(shù)學(xué)運(yùn)算計(jì)算得出。假 設(shè)陣列規(guī)模為ΜXN(M行N列），被測天線單元7(位于陣列的m行η列位置，m < Μ，n < N)，首先完 成矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀10的雙端口校準(zhǔn)，按圖1(a)所示將被測天線單元7與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀10 測試端口相連，陣列中其他天線單元連接匹配負(fù)載9,手動(dòng)或程控矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀10完成被 測天線單元7的自耦反射系數(shù)測試，記為S1U;然后按圖1(b)所示將天線單元8(位于陣列的 j行i列位置，j < M，i < N，j矣m，i矣η)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀10的另一測試端口相連，手動(dòng)或程 控矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀10完成被測天線單元7與天線單元8之間的互耦系數(shù)測試，記為S21。 1， 按圖1(b)所示，保持被測天線單元7連線方式不變，依次選取不同位置的天線單元作為互耦 測試對(duì)象(整個(gè)測試過程中除測試連線的天線單元外，其他天線單元連接匹配負(fù)載），遍歷 整個(gè)測試過程，完成Μ X Ν-1組互耦系數(shù)測試。
[0006] 利用公式(1)可以完成被測天線單元7的有源反射系數(shù)計(jì)算：
[0008] 依據(jù)上述被測天線單元7有源反射系數(shù)測試方法，按照圖1所示接線方式依次更換 被選天線單元接線，可完成整個(gè)天線陣列中所有天線單元有源反射系數(shù)的測試。
[0009] 上述間接測試方法在應(yīng)用中存在如下問題：
[0010] (1)測試不能反映相控陣天線實(shí)際工作狀態(tài)，測試時(shí)某一時(shí)刻只有一個(gè)天線單元 處于饋電狀態(tài)，與相控陣天線單元同時(shí)饋電狀態(tài)不符，測試結(jié)果不能如實(shí)反映天線陣列在 實(shí)際狀態(tài)下的有源反射系數(shù)指標(biāo)；（2)每個(gè)天線單元的有源反射系數(shù)獲取均需要完成大量 的互耦參數(shù)測試，測試連線工作繁瑣，工作量大，測試效率低，對(duì)于大規(guī)模相控陣來講，工程 實(shí)現(xiàn)性較差；（3)上述方法不能實(shí)現(xiàn)多路饋電激勵(lì)信號(hào)的幅度相位變換控制，不能有效反映 出相控陣天線在不同激勵(lì)饋電狀態(tài)下的有源反射系數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種相控陣天線有源反射系 數(shù)測試系統(tǒng)，其采用如下技術(shù)方案：
[0012] -種相控陣天線有源反射系數(shù)測試系統(tǒng)，包括矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、多通道幅相控制 分機(jī)、信號(hào)提取分機(jī)、主控計(jì)算機(jī)、校準(zhǔn)件及穩(wěn)幅穩(wěn)相電纜;其中，
[0013] 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀被配置為用于產(chǎn)生測試激勵(lì)信號(hào)，接收參考、反射和監(jiān)測信號(hào)；
[0014] 多通道幅相控制分機(jī)被配置為用于實(shí)現(xiàn)測試激勵(lì)信號(hào)由1路到Μ路的轉(zhuǎn)換、Μ路信 號(hào)的獨(dú)立幅度相位控制，最終實(shí)現(xiàn)Μ路幅相可控激勵(lì)信號(hào)的輸出；
[0015] 信號(hào)提取分機(jī)被配置為用于實(shí)現(xiàn)Μ路幅相可控激勵(lì)信號(hào)的直通輸出，Μ路幅相可控 激勵(lì)信號(hào)的參考耦合、監(jiān)測耦合、反射耦合提取，開關(guān)控制與選擇輸出；
[0016] 主控計(jì)算機(jī)被配置為用于實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)校準(zhǔn)與測試的自動(dòng)控制；
[0017] 校準(zhǔn)件被配置為用于完成整個(gè)系統(tǒng)的校準(zhǔn)；
[0018] 穩(wěn)幅穩(wěn)相電纜被配置為用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中相應(yīng)設(shè)備之間以及系統(tǒng)與被測天線陣列 的連接。
[0019] 優(yōu)選地，多通道幅相控制分機(jī)包括一個(gè)Μ路功分網(wǎng)絡(luò)、Μ路幅相控制通道、一個(gè)多通 道幅相控制分機(jī)接口轉(zhuǎn)換電路、一個(gè)多通道幅相控制分機(jī)電源、一個(gè)多通道幅相控制分機(jī) 輸入接口和Μ個(gè)多通道幅相控制分機(jī)輸出接口；其中，每路幅相控制通道由一個(gè)數(shù)控移相 器、一個(gè)數(shù)控衰減器和一個(gè)功率放大器組成;數(shù)控移相器和數(shù)控衰減器通過數(shù)控命令分別 實(shí)現(xiàn)相位、幅度的調(diào)節(jié)控制，其控制接口通過控制電纜與多通道幅相控制分機(jī)接口轉(zhuǎn)換電 路相連;多通道幅相控制分機(jī)接口轉(zhuǎn)換電路用于實(shí)現(xiàn)外部程控命令到數(shù)控微波件控制命令 的接口轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)分配;多通道幅相控制分機(jī)電源用于為Μ路幅相控制通道中微波件供電； 多通道幅相控制分機(jī)輸入接口用于實(shí)現(xiàn)測試激勵(lì)信號(hào)的接入，該多通道幅相控制分機(jī)輸入 接口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的源輸出端口連接;多通道幅相控制分機(jī)輸出接口用于實(shí)現(xiàn)Μ路幅 相可控激勵(lì)信號(hào)的輸出，該多通道幅相控制分機(jī)輸出接口與信號(hào)提取分機(jī)對(duì)應(yīng)的輸入端口 相連;信號(hào)提取分機(jī)包括Μ路親合網(wǎng)絡(luò)、三個(gè)Μ選1開關(guān)、一個(gè)信號(hào)提取分機(jī)接口轉(zhuǎn)換電路、一 個(gè)信號(hào)提取分機(jī)電源、Μ個(gè)信號(hào)提取分機(jī)輸入接口、Μ個(gè)信號(hào)提取分機(jī)輸出接口、一個(gè)參考輸 出接口、一個(gè)監(jiān)測輸出接口和一個(gè)反射輸出接口；其中，每路耦合網(wǎng)絡(luò)均由三個(gè)耦合器組 成，分別用于實(shí)現(xiàn)激勵(lì)直通輸出與參考信號(hào)的耦合輸出、激勵(lì)直通輸出與監(jiān)測信號(hào)的耦合 輸出以及激勵(lì)直通輸出與被測天線反射回波信號(hào)的耦合輸出；三個(gè)Μ選1開關(guān)分別用于實(shí)現(xiàn) Μ路參考耦合信號(hào)的切換選擇輸出、Μ路監(jiān)測耦合信號(hào)的切換選擇輸出以及Μ路反射耦合信 號(hào)的切換選擇輸出；信號(hào)提取分機(jī)接口轉(zhuǎn)換電路用于實(shí)現(xiàn)外部程控命令到三個(gè)Μ選1開關(guān)控 制命令的接口轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)分配;信號(hào)提取分機(jī)電源用于為三個(gè)Μ選1開關(guān)供電；信號(hào)提取分 機(jī)輸入接口用于實(shí)現(xiàn)激勵(lì)信號(hào)的接入，該信號(hào)提取分機(jī)輸入接口與多通道幅相控制分機(jī)的 輸出接口連接;信號(hào)提取分機(jī)輸出接口用于幅相控制后的激勵(lì)信號(hào)的輸出，該信號(hào)提取分 機(jī)輸出接口被配置為用于與被測天線陣列的天線單元饋電接口相連;參考輸出接口用于實(shí) 現(xiàn)幅相控制后激勵(lì)信號(hào)的參考提取輸出，該參考輸出接口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收機(jī)一個(gè) 輸入端口相連;監(jiān)測輸出接口用于實(shí)現(xiàn)幅相控制后激勵(lì)信號(hào)的監(jiān)測提取輸出，該監(jiān)測輸出 接口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收機(jī)一個(gè)輸入端口相連;反射輸出接口用于實(shí)現(xiàn)被測天線單元 反射回波的提取輸出，該反射輸出接口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收機(jī)一個(gè)輸入端口相連。
[0020] 此外，本發(fā)明還提出了一種相控陣天線有源反射系數(shù)測試方法，其采用如下技術(shù) 方案：
[0021] -種相控陣天線有源反射系數(shù)測試方法，采用上述相控陣天線有源反射系數(shù)測試 系統(tǒng)，該方法包括如下步驟：
[0022]矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口輸出設(shè)定頻率與功率的激勵(lì)信號(hào)，該激勵(lì)信號(hào)進(jìn)入幅相控制 分機(jī)的輸入接口，經(jīng)Μ路功分網(wǎng)絡(luò)功分后，每路信號(hào)經(jīng)幅度相位調(diào)整與功率放大，進(jìn)入信號(hào) 提取分機(jī)，獨(dú)立幅相調(diào)整后的Μ路信號(hào)經(jīng)耦合網(wǎng)絡(luò)后，直通信號(hào)向被測天線陣列饋電，此時(shí)， Μ個(gè)天線單元同時(shí)處于饋電狀態(tài)，且每個(gè)天線單元接收的饋電信號(hào)的幅度相位是獨(dú)立可控 的，因此，天線單元間存在的互耦效應(yīng)與陣列實(shí)際工作狀態(tài)相同，此時(shí)，測量得到的天線單 元的反射系數(shù)與其