超低副瓣天线测试中系统相位误差的仿真分析

王 涵 陈玉林

(1.上海卫星工程研究所上海 200240;2.华东电子工程研究所合肥 230031)

天馈线服控制系统

超低副瓣天线测试中系统相位误差的仿真分析

王 涵1陈玉林2

(1.上海卫星工程研究所上海 200240;2.华东电子工程研究所合肥 230031)

文章利用计算机仿真的方式分析了平面近场测试中系统相位误差对超低副瓣天线副瓣的影响。通过建模分析，得到了系统相位误差对－50dB副瓣影响的量级，为超低副瓣天线测试中误差的分析提供一定的理论依据。

误差分析;超低副瓣;系统相位误差;仿真分析

0 引 言

在影响平面近场测量精度的各种因素中，系统相位误差主要发生在接收系统中，例如接收机误差、电缆的柔性误差、旋转关节和温度等的影响［4，5］。文献［1］给出了相位误差的理论表达式，并从实验的角度进行了验证，但未给出对副瓣影响的量级。本文从理论仿真的角度对相位误差进行了分析，并给出系统相位误差对－50dB副瓣影响的不确定度量级。

1 系统相位误差的理论建模仿真分析

1.1 建立计算模型

如图1所示，由半波阵子组成的阵列天线置于xoy平面上，在阵列天线前距离为d的地方进行近场测试模拟平面近场测试。

图1 计算模型示意图

计算机模拟过程如下:

(1)不引入系统相位误差，对距离d处的近场数据进行近远场变换，将近远场变换后得到的远场方向图与理论远场方向图比较，以证明近远场变换的正确性;

(2)引入系统相位误差，对距离d处的近场数据进行近远场变换，将引入误差后近远场变换后得到的远场方向图与理论远场方向图比较，观察相位误差对方向图的影响;

(3)在第(2)步的基础上，进一步利用统计的方法研究系统相位误差对超低副瓣天线平面近场测量结果的影响。

应当指出，在实际计算中，第(2)步和第(3)步是结合在一起进行的。

1.2 计算结果及讨论

员工B在夜里梦到公司多次，并多次在梦话中吐露对公司的热爱，一夜竟重复了40次；员工C则是长时间超负荷工作后累倒在了工作岗位，她望向会场黑压压的人群，掷地有声的话语在大厅内循环往复：我时刻接受公司的注视……

在以下的计算中，均取f=GHz，M=43，N= 31，dx=dy=0.7λ，d=4λ，M'=133，N'=115，Δx= Δy=0.45λ。所计算的E面和H面远场方向图的角域范围均为－60°～60°。所引入的系统相位误差服从正态分布。

(1)不引入相位误差，通过近远场变换计算远场方向图与理论远场方向图进行比较，计算结果如图2所示。

图2 近远场变换远场方向图与理论远场方向图比较

从图2可以看出，近远场变换得到的方向图与理论远场方向图吻合的很好，证明了近远场变换的正确性。

(2)引入系统相位误差，改变系统相位误差的最大起伏度，利用统计的方法研究系统相位误差对超低副瓣天线平面近场测量结果的影响

由已知条件计算出理论远场方向图。引入系统相位误差，设系统相位误差的最大起伏度，比较引入相位误差后近远场变换得到的远场方向图与理论远场方向图，即可得到误差对方向图的影响。

对两者的误差曲线进行计算，即可得到误差对副瓣影响的不确定度。表1给出了当系统相位误差的最大起伏度ah分别为5°、10°和20°时，所对应误差曲线的RMS值以及－50dB副瓣对应的不确定度。

表1 取不同值时所对应的RMS值和不确定度

从表1可以看出，随着系统相位误差的最大起伏度ah的增大，相应的对－50 dB副瓣影响的不确定度也在增大。其中，当ah=20°时，－50dB副瓣影响的不确定度值为0.48dB。

图3(a)(b)(c)给出了在系统相位误差的最大起伏度分别取为5°、10°和20°的情况下，近远场变换得到远场方向图与理论远场方向图的比较及误差曲线。

图3 近远场变换远场方向图与理论远场方向图比较

从图3的误差曲线可以直接看出不同量级的相位误差对远场方向图的影响，可以看到，随着相位误差量级的提高，其对远场方向图的影响也越来越大。

2 结 论

文章基于超低副瓣天线测试误差分析的需求，对系统相位误差的影响进行了计算机建模仿真分析，得到了不同的相位误差对－50dB副瓣影响的量级，为超低副瓣天线测试中误差的分析提供一定的理论依据。另外，为保证超低副瓣天线精确测试，建议在测试中尽量采用高性能稳幅稳相电缆，以减小系统相位误差的影响。

［1］李勇.平面近场天线测量误差分析［J］.电子测量与仪器学报，2010，24(11):987－992.

［2］吴石林.误差分析与数据处理［M］.北京:清华大学出版社，2010.

［3］孙长果，刘英等.近场测量中电缆摆动引起的相位误差的分析与补偿［J］.西安电子科技大学学报，2001，28(5):577－587.

［4］林洪桦.测量误差与不确定度评估［M］.北京:机械工业出版社，2009.

［5］倪育才.实用测量不确定评定［M］.北京:中国计量出版社，2012.

Simulation Analysis of System Phase Error in Ultra－low Sidelobe Antenna Test

Wang Han1，Chen Yulin2
(1.Shanghai Institute of Satellite Engineering，Shanghai 200240; 2.East China Research Institute of Electronic Engineering，Hefei 230031)

The effect of system phase error on sidelobe of ultralow sidelobe antenna in planar near－field test is analyzed by using computer simulation analysis;and order of effect on－50dB sidelobe of system phase error is obtained by modeling simulation analysis，which can provide some theoretic basis for analyzing error in testing ultra－low sidelobe antenna.

error analysis;ultra－low sidelobe;system phase error;simulation analysis

TN82

A

1008-8652(2016)04-078-03

2016-07-26

王 涵(1991－)，男，硕士研究生。研究方向为天馈线技术。