相控阵天线（十三）：天线校准技术仿真介绍之换相法

简介

传统方法按照测试区域分&＃xff0c;可分为远场、中场和近场测量。远场测量发展成熟&＃xff0c;可直接测量方向图&＃xff0c;但对条件要求较高&＃xff0c;且没有发挥相控阵天线可配相扫描的特点&＃xff0c;已不是发展的主流。阵列天线的近场扫描技术也广泛用于相控阵&＃xff0c;需要微波暗室和探头、夹具和机械运动装置等专用仪器&＃xff0c;精度高但操作复杂。80年代以后旋转电矢量法(&＃xff32;EV) 、换相测量法和互耦校准等新方法得到快速发展&＃xff0c;编码理论、快速算法的应用增加了可行性&＃xff0c;近场扫描技术也得到改进&＃xff0c;测量精度和效率大大提高。

换相法算法简介

20世纪80年代中期由俄罗斯科研机构提出&＃xff0c;国内很多学者作了理论上的改进。与REV 法不同&＃xff0c;换相法校准每个移相状态下的激励值&＃xff0c;通过一次遍历所有单元的所有移相状态&＃xff0c;通过解测量矩阵方程求得激励的幅相值&＃xff1a;

获得每个状态下的通道激励&＃xff0c;进而判别故障和计算远场方向图。Y为接收复信号&＃xff0c;A为已知的通道传输系数&＃xff0c;ε为误差向量&＃xff0c;W为待求换相步骤矩阵。但一般情况下系数矩阵A不满秩&＃xff0c;需补充先验信息&＃xff0c;增加了求解难度和复原误差。

换相法校准对方向图的影响

一个32阵元的阵列&＃xff0c;期望幅度分布为30dB副瓣电平的切比雪夫分布&＃xff0c;期望相位分布为等相位分布&＃xff0c;实际相位分布在[-50°,50°]间&＃xff0c;时间幅度分布为切比分布加上[0dB&＃xff0c;0.5dB]的随机误差&＃xff0c;通过旋转矢量法校准得到的方向图如下所示&＃xff1a;

其中幅度校准如下所示&＃xff1a;

其中相位校准如下所示&＃xff1a;

Hadamard控制矩阵的换相法仿真

一个32阵元的阵列&＃xff0c;幅度分布为[0.25dB&＃xff0c;1dB]间&＃xff0c;相位分布为[-60°,60°]&＃xff0c;考虑到实际移相器和衰减器存在一定的误差&＃xff0c;给每个阵元增加0.1dB的随机幅度误差&＃xff0c;5度的随机相位差&＃xff0c;同时考虑矢量网络分析仪测试的时候&＃xff0c;存在误差&＃xff0c;设置最终的信号强度的SNR为20dB。
控阵相控阵天线换相布阵的矩阵为hadamard矩阵&＃xff0c;其中幅度仿真如下所示&＃xff1a;

相位仿真如下所示&＃xff1a;

循环移相控制矩阵的换相法仿真

一个32阵元的阵列&＃xff0c;幅度分布为[0.25dB&＃xff0c;1dB]间&＃xff0c;相位分布为[-60°,60°]&＃xff0c;考虑到实际移相器和衰减器存在一定的误差&＃xff0c;给每个阵元增加0.1dB的随机幅度误差&＃xff0c;5度的随机相位差&＃xff0c;同时考虑矢量网络分析仪测试的时候&＃xff0c;存在误差&＃xff0c;设置最终的信号强度的SNR为20dB。
控阵相控阵天线换相布阵的矩阵为循环移相矩阵&＃xff0c;其中幅度仿真如下所示&＃xff1a;

相位仿真如下所示&＃xff1a;