相控阵天线阵中单元波瓣快速测试及系统构成

罗林

摘 要：介绍了天线多通道近场测试系统的组成，分析了利用多通道快速测试技术对相控阵天线阵中天线单元进行快速测试的可行性，并对单通道天线测试与多通道天线测试进行了分析比较，论证了该方法的可靠性与高效性。

关键词：单元波瓣；快速测试；多通道

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.229

0 前言

近年来随着天线技术的发展，相控阵天线已经在各领域已经得到了广泛的应用，而近场测试技术也已经成为天线测试的重要手段。相控阵天线有多个阵中单元，测量每个阵中单元的波瓣通常需要分别进行多次测量，这种方法耗时较长。针对这个问题，本文探讨了多单元快速测试的可行性并介绍了多通道快速测试的系统构成。

1 平面近场测量

平面近場测量就是用一个特性已知的探头，采样天线辐射近场区某一表面上场的幅相分布，然后通过严格的数学变换来确定天线的远场特性分布。

根据平面近场测量原理[1][2]，我们通常选取在离天线一定距离的平面上，在有限范围内采集的幅相数据进行FFT变换，计算得到天线的远场方向图。而扫描范围的大小则与测试系统的动态范围以及被测天线方向图的角度范围和分辨率有关[3]。

其中，Lx、Ly为x、y方向扫描范围；θx、θy为x、y方向截断角；

d为探头离天线的距离；Dx、Dy为x、y方向天线大小。

2 多通道快速测试及系统构成

2.1 单通道天线测试

在平面近场测试中，采取矩形栅格扫描，即在垂直、水平两个方向分别进行步进和扫描，由采样探头测得平面上的幅相分布数据。在无特殊要求的情况下，通常采用常规的单通道测试。对天线1和天线2分别进行测试，其扫描面示意图、系统组成框图如下所示。

图2中天线1和天线2分别进行了两次测试，扫描面1和扫描面2是两次的测试平面，两个天线/单元测试总时间为两次的测试时间之和。

2.2 多通道天线测试

针对需要进行多个天线/单元进行测试的情况，我们可采用多通道快速测试的功能。而要进行多通道测试，必须额外配置多通道开关。多通道开关采用时分控制，在采样架移动的过程中在多个通道中快速切换，从而保证采样速度不变的情况下，同时获取多个通道的数据，完成多天线/单元的测试。其扫描面示意图及系统组成框图如下所示。

从图4中可以看出，采样架只进行了一次扫描，就完成了天线1和天线2的测试工作，两个天线/单元的测试总时间为一次扫描完成的时间。

3 测试结果的比较

对相控阵天线阵中两个单元分别进行单通道和多通道测试，得出以下测试结果。图6为单通道测试的近场幅度分布，图7为多通道测试的近场幅度分布。图8为单通道和多通道测试所得远场波瓣图的比较。

从图8中可以看出分别采用两种方法测试，得出的结果基本一致。

4 结论

从实测结果可以看出，多通道快速测试技术在保证测试精度的前提下能显著地提高测试效率。因此，多通道快速测试方法可广泛应用于各种具有多通道特性的天线系统。

参考文献：

[1]Stuart Gregson， John McCormick， Clive Parini.Principles of Planar Near-Field Antenna Measurements.London：The Institution of Engineering and Technology，2007.

[2]DanSlater， Near-Field Antenna Measurements. Boston.London

[3]潘宇虎.平面近场测量和诊断技术的研究[J].西北工业大学，2005（03）.