一种相控阵天线单元有源驻波比计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明设计设及的技术领域为雷达、通信、测控、电子战等应用中，在相控阵天线 阵列设计和测试时，对天线单元的有源驻波比性能的评估。本发明特别适用于为相控阵天 线单元在进行波束扫描时其阵中单元的有源驻波比的变化进行评估，评估后的驻波比性能 为整体的天线系统提供技术支持，并指导后续性能的改进。
【背景技术】
[0002] 随着相控阵天线波束的扫描，由于阵中单元的相位关系发生了变化，因此在不同 的扫描角度上，其阵中单元的驻波比性能也随之发生变化，一般会发生恶化，为了得到其性 能变化的特性，一般采取如下方式：
[0003] 1、软件法:利用现有的商业电磁软件对整个相控阵天线进行全波仿真，运样有利 于降低硬件成本，减少制作加工的反复性，但是受制于仿真软件所在的仿真平台，如计算 机、仿真软件、设计人员的设计水平、软件使用水平等。
[0004] 2、硬件法:将整个相控阵天线的系统设计并加工出来，通过禪合器将天线和有源 器件之间的连接处的信号禪合出来，进行整机测试，运种方法具有最真实的数据采集能力， 也是最具有说服力的方法。但运种方法的成本代价太高，特别是相控阵天线的阵面规模较 大时，一旦原始的设计不满足指标要求，将会造成不必要的成本投入。
[0005] 3、推演法:与第二种方法类似，只是在设计加工的天线阵列的规模远小于整阵列 的规模，运样所需的硬件成本将会大幅下降，即只要将一定规模的子阵、馈电网络、射频器 件、禪合器等关重件研制出来，对其进行逐一测试，并通过禪合器将信号禪合出来，通过仪 器仪表将数据测试出来，再根据子阵推算大型阵列，运种方式可W大幅降低加工的难度和 硬件成本，但仍然会增加对射频器件和物理模块的依赖，制作成本依然复杂，成本较高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于避免上述【背景技术】中的不足之处，提供一种只研制按照一定规 模的天线单元组成的小型阵列，不需要其他的射频组件、无源网络、禪合器等电子设备，只 测试单元的驻波比W及与周围单元的互禪系数，并结合相控阵天线的所设计的扫描范围， 通过理论推导的方式即可快速准确得出该阵列在不同扫描角度、不同频点的有源驻波比特 性。该方法具有成本低，高效率，不受优点，具有很高的工程使用价值。
[0007]本发明所采用的技术方案为：
[000引一种相控阵天线单元有源驻波比的计算方法，其特征在于，包括W下步骤：
[0009] 步骤1、依据设计要求，在满足相控阵天线的扫描角度的情况下，设计出相控阵天 线的单元排布方式、单元间距和单元结构形式；
[0010] 步骤2、确定被测相控阵天线单元所在相控阵天线子阵的规模并进行加工得到子 阵；其中，相控阵天线子阵规模为nXm，n为子阵的行数，m为子阵的列数，n<相控阵天线的 行数N，m<相控阵天线的列数M;
[0011] 步骤3、在子阵中，确定被测相控阵天线单元的位置;通过矢量网络分析仪进行测 试，得到被测相控阵天线单元的电压反射系数参数W及被测相控阵天线单元与子阵中其他 天线单元之间的互禪系数；
[0012] 步骤4、根据每一个天线单元的位置计算出对应的扫描相位：
[0013]
[0014] 其中，dx为天线单元之间在X方向的间距，dy为天线单元之间在y方向的间距，λ为 测试频率下的波长，θ〇和Φ〇在球坐标系下的扫描角度；
[0015]步骤5、计算被测相控阵天线单元的有源驻波比VSWR(attive):
[0016]
[0017] 其中，Sll(aEtive)为被测相控阵天线单元的有源反射系数。
[0018] 其中，步骤2中，通过矢量网络分析仪进行测试，得到被测相控阵天线单元的电压 反射系数，具体过程为:在暗室环境下，被测相控阵天线单元通过测试电缆连接至矢量网络 分析仪的输出口上，矢量网络分析仪发送设定频率的信号，在矢量网络分析仪上读出电压 反射系数的幅度和相位值。
[0019] 其中，步骤2中，通过矢量网络分析仪进行测试，得到被测相控阵天线单元与子阵 中其他天线单元之间的互禪系数，具体过程为:在暗室环境下，被测相控阵天线单元通过测 试电缆连接至矢量网络分析仪的输出口上，选择其他天线单元中的一个天线单元作为互禪 单元并标记互禪单元的位置，互禪单元通过测试电缆连接在矢量网络分析仪的输入口，除 互禪单元之外的其他天线单元连接匹配负载，从矢量网络分析仪读出的互截系数;将其他 天线单元中每一个天线单元作为互禪单元分别进行测试，得到被测相控阵天线单元与子阵 中其他天线单元之间的互禪系数。
[0020] 其中，步骤5中，被测相控阵天线单元的有源反射系数Sll(active)为：
[0021]
[0022] 其中，Sii为被测相控阵天线单元的电压反射系数，S21为被测相控阵天线单元的电 压反射系数参数W及被测相控阵天线单元与子阵中其他天线单元之间的互禪系数，io,jo为 被测相控阵天线单元的行列数，i，j为互禪天线单元的行列数。
[0023]本发明相比【背景技术】具有如下优点：
[0024] 1、本发明利用子阵实物测试与理论仿真相结合的技术，避免了纯粹理论仿真与实 际测试存在偏差的缺点。
[0025] 2、本发明利用子阵实物测试与理论仿真相结合的技术，避免了加工大型相控阵天 线的难度，降低了设计成本。
[0026] 3、本发明利用子阵实物测试与理论仿真相结合的技术，不需要引入有关有源器 件、馈电网络等附属设备。
[0027] 4、本发明的相控阵天线子阵性能评估方法简单可行，效率高。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明相控阵天线子阵的示意图。
[0029] 图2是本发明相控阵天线子阵阵中单元的电压反射系数测试示意图。
[0030] 图3是本发明相控阵天线子阵阵中单元与其他待测单元之间的互禪系数测试示意 图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合图1-3对本发明的技术方案进行详细说明：
[0032] 传统大型相控阵天线单元个数众多，全阵面波束测试量大和阵面设备复杂，利用 一种单元形式和单元排布、间距与大型阵面相同的子阵，测试子阵中单元的电压发射系数 和其他单元之间的互禪系数，利用阵因子原理对测试所得的反射系数进行合成，通过评估 子阵的有源反射系数推算大型阵面的电压反射系数特性。进行测试时，不需要测试在扫描 状态下的互禪系数，因为只要用上述数据就能计算出单元的有效阻抗随扫描角变化的规 律。该方法在显著减少测试复杂度的同时，提高了相控阵天线整机验证的速度，在小样本情 况下可获得很好的有源反射系数测评效果。
[0033] -种相控阵天线单元有源驻波比的