一种利用矢量网络仪实现天线发射时RCS的测试方法与流程

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种利用矢量网络仪实现天线发射时rcs的测试方法。

背景技术：

现代隐身装备用天线要求低rcs设计，该类天线在研制、生产过程中必须开展rcs测试验证工作。与常规目标体不同，由于天线本身是电磁信号空间转换的媒介，其rcs主要由结构散射项和模式散射项组成，其中结构散射项与天线外形相关，模式散射项与天线端口阻抗匹配有关，如果端口阻抗匹配较差，雷达电磁波被天线接收后经端口反射，该反射信号与结构散射回波叠加，增大天线rcs。因此对于天线类目标，为获得其实际工作状态的rcs，测试时需要尽可能模拟其实际工作状态，使其处于发射或接收状态。

目前已有的一种rcs测试系统如图1所示。测试基本原理为：网络仪的信号源向被测天线辐射电磁波，天线散射该电磁波，网络仪接收存储被测天线在不同方位角不同俯仰角下的散射回波信号(转台带动实现)，最后通过校准与数据处理实现被测天线不同姿态下rcs测试。对于单站角测试，实际测试过程中采用收发天线并排摆放的方式；对于双站角测试，实际测试过程中需要将收发天线分开规定的角度进行测试。

目前已有的另一种rcs测试系统如图2所示。测试基本原理为：网络仪的信号源向被测天线辐射电磁波，天线散射该电磁波，网络仪的一个接收机接收存储被测天线在不同方位角不同俯仰角下的散射回波信号(转台带动实现)，最后通过校准与数据处理实现被测天线不同姿态下rcs测试。对于单站角测试，实际测试过程中采用收发天线并排摆放的方式；对于双站角测试，实际测试过程中需要将收发天线分开规定的角度进行测试。网络仪的另一个接收机通过电缆与被测天线相连，接收存储被测天线在不同方位角不同俯仰角下的接收信号(转台带动实现)，可同步完成被测天线方向图测试。

利用图1所示rcs测试系统进行天线rcs测试时，被测天线端口开路，会反射rcs测试时的激励电磁波，因此测得的天线rcs包含模式散射项，测试结果与实际工作状态下rcs值差异较大。

利用图2所示rcs测试系统进行天线目标rcs测试时，由于被测天线端口与网络仪接收机相连，可做到较好的阻抗匹配，可大幅减小模式散射项的影响，测试结果与被测天线实际接收状态时相当。但是该方法仅提供了被测天线处于接收状态的测试方法，对于收发性能有差异的天线，该方法无法实现被测天线发射状态下端口阻抗特性的模拟，无法实现被测天线处于发射状态时rcs的测试。

综上所述，目前的rcs测试方法无法实现天线发射时rcs的测试。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种利用矢量网络仪实现天线发射时rcs的测试方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用矢量网络仪实现天线发射时rcs的测试方法，采用rcs测试技术实现测试平台，其包括多端口矢量网络分析仪、第一辅助天线、第二辅助天线、测试转台、校准件、第一极化转台、第二极化转台、吸波屏风、第三辅助天线、第三极化转台以及被测天线支架；

所述的利用矢量网络仪实现天线发射时rcs的测试方法，具体包括如下步骤：

步骤1：对测试场地干扰进行抑制处理；

对测试转台包括台体、台面缝隙在内的干扰通过吸波屏风进行遮挡，对被测天线支架，通过材料选型与外形设计实现低散射目的；

步骤2：搭建测试平台；

矢量网络分析仪的第一端口、第二端口和第四端口分别经微波电缆与第二辅助天线、第一辅助天线以及第三辅助天线三个辅助天线相连，第一辅助天线、第二辅助天线和第三辅助天线分别放置于第一极化转台、第二极化转台和第三极化转台上，其中，第一辅助天线和第二辅助天线两个辅助天线并排靠近放置，收发天线间距满足单站测试要求，第三辅助天线依据双站角测试要求放置；矢量网络分析仪的第三端口经微波电缆与被测天线相连，被测天线固定放置于被测天线支架上；依据被测天线的不同极化散射特性测试需求，选配第一极化转台、第二极化转台和第三极化转台，可完成各种极化rcs测试；

步骤3：控制与测试；具体包括如下步骤：

步骤3.1：进行矢量网络分析仪的端口配置；

将第一端口、第三端口配置为输出端口，将第二端口、第四端口配置为接收端口，设置第一端口的输出频率为f1，输出功率为p1，第三端口的输出频率为f2，输出功率为p2，接收中频带宽为b，f1≠f2，且f1与f2之差的绝对值大于中频带宽b；

步骤3.2：控制测试转台带动被测天线支架与被测天线运动并定位于某固定姿态角；

步骤3.3：矢量网络分析仪的第三端口发射信号至被测天线，经过被测天线输出，被测天线工作于发射状态；第一端口发射信号经矢量网络分析仪的内部信号分离装置分离后，一部分送至其内部参考信号接收机，另一部分经第二辅助天线向被测天线辐射；

步骤3.4：经过被测天线反射的单站散射信号由第一辅助天线接收并送至矢量网络分析仪的第二端口，经过被测天线反射的双站散射信号由第三辅助天线接收后送至矢量网络分析仪的第四端口，矢量网络分析仪的内部参考接收通道、第二端口、第四端口同时接收内部参考信号、单站散射信号和双站散射信号，通过矢量网络分析仪的内部处理器进行运算，得到被测天线该姿态角下散射信号的幅度和相位信息；

步骤3.5：提取并存储步骤3.4中的单站散射信号和双站散射信号的矢量数据；

步骤3.6：控制测试转台带动被测天线定位于下一固定姿态角，重复步骤3.3-步骤3.5，直至完成一定运动范围内被测天线单站与双站散射回波数据的采集存储；

步骤4：校准定标；具体包括如下步骤：

步骤4.1：保持参数不变，移除被测天线，根据步骤3完成背景散射回波矢量数据的采集存储；

步骤4.2：将校准件放置于被测天线支架上，且其位置与被测天线的放置位置相同，根据步骤3完成校准件散射回波矢量数据的采集存储；

步骤4.3：对背景、校准件、被测天线三组散射回波数据分别进行处理，完成校准定标，得出被测天线发射状态下的rcs值。

优选地，在步骤1中，材料选用聚苯乙烯；外形选用一定倾角的圆锥外形。

优选地，在步骤2中，单站测试要求为天线间距相对目标距离所成张角＜3°；双站角测试要求为天线间距相对目标距离所成张角≥3°。

优选地，各种极化rcs测试包括hh、vv、hv、vh极化rcs测试，其中，h代表水平，v代表垂直。

优选地，在步骤3.1中，f1与f2之差的绝对值为中频带宽b的1000倍。

本发明所带来的有益技术效果：

1、本发明利用多端口矢量网络分析仪的其中一路信号源作为被测天线激励，另一路信号源作为rcs测试激励，从而实现被测天线在发射状态下rcs的测试，为发射状态下天线rcs测试提供了解决方案。

2、测试方法实用性强：在传统rcs测试场的基础上，只需换用多端口网络仪，即可完成测试，无需对原有测试设备与场地进行大的改动，方法实用性较强。

3、测试结果真实度更高：与传统测试技术相比，该方法测试时模拟了被测天线实际工作状态，测试状态与实际工作状态相似度极高，因此测试rcs更接近被测天线实际工作状态下的结果，测试结果参考价值更强。

附图说明

图1为常规天线rcs测试方法示意图。

图2为另一种常规天线rcs测试方法示意图。

图3为天线发射状态下rcs测试技术实现平台示意图。

其中，1-矢量网络分析仪；101-第一端口1；102-第二端口；103-第三端口；104-第四端口；2-第一辅助天线；3-第二辅助天线；4-被测天线；5-测试转台；6-校准件；7-第一极化转台；8-第二极化转台；9-吸波屏风；10-第三辅助天线；11-第三极化转台；12-被测天线支架。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

一种利用矢量网络仪实现天线发射时rcs的测试方法，采用rcs测试技术实现测试平台，如图3所示，其包括多端口矢量网络分析仪1、第一辅助天线2、第二辅助天线3、测试转台5、校准件6、第一极化转台7、第二极化转台8、吸波屏风9、第三辅助天线10、第三极化转台11以及被测天线支架12；

所述的利用矢量网络仪实现天线发射时rcs的测试方法，具体包括如下步骤：

(一)测试场地干扰抑制处理：对于低rcs天线测试来讲，场地干扰是影响测试精度的重要因素，因此必须进行场地干扰分析与抑制处理，针对测试转台5的转台台体、台面缝隙等干扰采取吸波屏风9遮挡措施，针对被测天线支架12，通过材料(聚苯乙烯)选型与外形(一定倾角圆锥外形)设计实现低散射目的。

(二)搭建测试平台：矢量网络分析仪1的第一端口101、第二端口102、第四端口104分别经微波电缆与第二辅助天线3、第一辅助天线2和第三辅助天线10三个辅助天线相连，其中第一辅助天线2、第二辅助天线3两个辅助天线并排靠近放置，天线间距满足单站角测试要求，第三辅助天线10依据双站角测试要求放置。矢量网络分析仪1的第三端口103经微波电缆与被测天线4相连，被测天线4固定放置于被测天线支架12上，视测试需求可选配第一极化转台7、第二极化转台8以及第三极化转台11，将辅助天线放置于极化转台上，可完成各种极化rcs测试。

(三)系统控制与测试：启动测试程序，系统软件完成矢量网络分析仪1的端口配置，其中第一端口101、第三端口103配置为输出，第二端口102、第四端口104配置为接收，设置第一端口101输出频率为f1，输出功率p1，第三端口103输出频率为f2，输出功率p2，接收中频带宽为b，特别注意，f1与f2必须为不同数值，且差值应大于中频带宽b，推荐为中频带宽b的1000倍。系统软件控制测试转台5带动被测天线支架12与被测天线4运动并定位于某固定姿态角(方位、俯仰)，矢量网络分析仪1的第三端口103发射信号送至被测天线4，经过被测天线4输出，被测天线4工作于发射状态，第一端口101发射信号经矢量网络分析仪1的内部信号分离装置分离后，一部分送至其内部参考信号接收机，另一部分经第二辅助天线3向被测天线4辐射，经过被测天线4反射后的散射信号由第一辅助天线2接收后送至第二端口102，经过被测天线4反射后的双站散射信号由第三辅助天线10接收后送至第四端口104，矢量网络分析仪1的内部参考接收通道、第二端口102、第四端口104同时接收微波信号，处理并提取幅度、相位信息后存储，控制软件提取并存储被测天线该姿态角下单站、双站散射信号矢量数据，系统软件控制测试转台5带动被测天线4定位于下一固定姿态角(方位、俯仰)，重复上面的测试过程，依据该流程，最终完成一定运动范围内被测天线单站与双站散射回波数据的采集存储。

(四)校准定标：保持系统设备参数不变，移除被测天线4，依据步骤(三)流程完成背景散射回波矢量数据采集存储；将校准件6放置于被测天线支架12上，且位置与被测天线4的放置位置相同，依据步骤(三)流程完成校准件6散射回波矢量数据采集存储。将背景、校准件、被测天线三组散射回波数据带入校准软件处理，完成校准定标，得出被测天线发射状态下的rcs值。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。