相控阵天线平面近场误差分析与校准方法研究

发布时间：2017-10-28 01:21

  本文关键词：相控阵天线平面近场误差分析与校准方法研究

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【摘要】：天线测试与校准是天线设计和验证的必要手段与方法。近场测试具有精度高、抗干扰能力强,计算分析能力强等特点,已广泛应用于天线测试中。本文从平面近场测试技术的基本理论出发,分析并总结了幅度、相位误差、阵元失效等对天线性能的影响,采用仿真的手段对天线校准方法与天线测试误差进行研究。首先,概述了平面近场测试所利用的平面波综合技术、对探头补偿理论,扫描面选取原则、测试系统工作流程进行介绍。重点分析了天线误差类型及幅相误差、阵元失效、移相器量化误差对天线副瓣电平、增益、波束指向等辐射特性的影响,指出了天线校准的必要性。其次,为实现对相控阵天线的校准,降低幅相误差和阵元失效对天线性能的影响,提出了一种考虑互耦效应的近场校准方法。在利用近场扫描法完成逐一通道校准的基础上,使用旋转矢量法进行二次校准。在应用旋转矢量法时,为使被测信号的变化明显,将大规模相控阵天线分为中间、边缘区域,进行分区校准。通过二次校准可判定阵元是否失效,提高相控阵天线的幅相一致性,通过分区校准减小阵元间互耦的影响,缩短校准时间。最后,分析平面近场测试主要误差源及误差上界分析,对截断误差、扫描面位置误差、环境误差等进行仿真,利用自比较法计算多次耦合误差对远场方向图的影响。在忽略衰减波的前提下,讨论基于平面波谱展开理论的天线近场诊断方法与基于方向图乘积原理的近场诊断方法。
【关键词】：平面近场测试 幅相误差 天线校准 误差分析
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN821.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 引言9
• 1.2 研究现状与发展9-12
• 1.3 本文主要工作与结构安排12-14
• 第二章 平面近场测试基本原理14-30
• 2.1 近场测试基本概念14-15
• 2.2 天线近场测量的基本原理15-19
• 2.2.1 综合平面波理论15-17
• 2.2.2 不考虑探头补偿计算远场方向图17-18
• 2.2.3 考虑探头补偿的近远场变化18-19
• 2.3 扫描面参数选择19-21
• 2.3.1 测量距离的确定19-20
• 2.3.2 测量平面的截断20
• 2.3.3 取样间隔20-21
• 2.4 平面近场测试系统组成21-23
• 2.5 半波振子阵列天线模型23-29
• 2.5.1 半波振子阵列天线的远场方向图24-25
• 2.5.2 半波振子的近场横向分量25-28
• 2.5.3 计算机仿真28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 幅相误差对天线性能影响分析30-44
• 3.1 幅相误差的来源分析30-31
• 3.1.1 系统误差分析30-31
• 3.1.2 缓变误差分析31
• 3.1.3 随机误差分析31
• 3.2 幅相误差对天线性能的影响31-37
• 3.2.1 幅相误差对副瓣电平的影响32-36
• 3.2.2 幅相误差对波束指向的影响36
• 3.2.3 幅相误差对方向性系数、增益的影响36-37
• 3.3 移相器的量化效应37-38
• 3.4 阵元失效38-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 天线平面近场校准44-59
• 4.1 有源相控阵天线发射通道近场校准44-50
• 4.1.1 近场幅相误差仿真数学模型44-45
• 4.1.2 近场扫描校准法45-47
• 4.1.3 旋转矢量校准法47-50
• 4.2 有源相控阵天线发射通道分区旋转矢量校准方法50-57
• 4.2.1 相控阵天线校准的分区方法50-52
• 4.2.2 相控阵天线分区校准52-57
• 4.3 相控阵天线接收通道校准57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 平面近场测试误差与近场诊断59-76
• 5.1 测量系统误差59-60
• 5.2 主要误差分析60-70
• 5.2.1 有限扫描面截断误差分析与仿真60-63
• 5.2.2 扫描面位置误差63-66
• 5.2.3 暗室环境误差66-68
• 5.2.4 多次耦合误差68-70
• 5.2.5 误差合成70
• 5.3 天线近场诊断70-75
• 5.3.1 基于方向图乘积原理的天线近场诊断70-72
• 5.3.2 基于平面波谱的近场诊断72-75
• 5.4 小结75-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-83
• 攻读学位期间研究成果83

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本文编号：1106050