一种分时数据合成的共形阵列测试方法与流程

本发明涉及共形阵列方向图测试领域，具体涉及一种分时数据合成的共形阵列测试方法。

背景技术：

共形天线指口径面与载体平台形状完全共形的天线，其载体平台往往是飞机、轮船、导弹及一些高速飞行的物体。与平面阵相比，共形天线扫描范围更大；由于与载体共形而具有低剖面特性，符合载体空气动力学设计；在节省载体有限空间的同时也降低了雷达散射截面积。

为验证天线辐射特性，需测试天线方向图。天线方向图是指离天线一定距离处，辐射场的相对场强随方向变化的图形，是对天线辐射特性的图形描述方法，天线方向图也称为远场方向图。从天线方向图中可观察到天线的各项参数；天线方向图通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。

平面近场测试方法伴随着天线产生而产生，亦随着天线发展而不断改进。相较于远场测试方法，平面近场测试方法因测试过程在微波暗室中进行而具有保密性好、可全天候工作的优点。其次，当天线阵面尺寸很大时，远场测试距离很远，地形对测试结果影响很大，进而导致测试结果不准确，近场测试首先获得被测天线辐射场的波谱接着通过波谱积分得到被测天线辐射区域任何一点的场值，因此测试信息丰富、结果准确。最后，远场测试时大型天线不宜拆卸且被测天线需转动对机械结构强度要求高，平面近场测试时被测天线固定不动因而更加高效便捷。

平面近场测试方法基于无源区麦克斯韦方程组在三维直角坐标系下解的谱域表达式，其物理意义在于无源区任意点的场值可认为是空间各个方向平面波叠加的结果。该方法为测量半空间辐射高增益笔形波束天线的主流方法，测试时首先采集被测天线口径面前的一个平面(采样面)上的切向电场分布，接着计算出波谱函数，最后根据近远场变换算出半空间任意点的场强。

无源方向图测试指不借助有源通道进行天线方向图测试。现有平面近场无源方向图测试方法获取扫描状态(波位)方向图时借助配相电缆，每个波位对应一组配相电缆。以一维扫描方向图测试为例，另一维单元通过功分器合成，因此电缆根数与扫描方向的单元个数相同。当该方法用于共形阵列无源方向图测试时，由于天线单元位置排布不存在明显规律，另一维单元无法通过功分器合成，因此电缆根数与全阵单元数相同，测试成本(包括电缆加工成本、人工成本和时间成本)很高，当阵列规模较大时测试成本更高。对于任意曲面共形天线，载体曲面呈现不规则形状，因此不存在两组关于法向完全对称的波位，且当扫描角逐渐增大时方向图特性(如波束宽度、副瓣电平)变化未呈现明显规律性，加密波位扫描间隔显得尤为重要，而现有平面近场测试方法无法满足测试需求。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现要素：

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种分时数据合成的共形阵列测试方法，包括步骤；

s1，对天线中的各个体单元进行编号，同时对多通道开关的各端口进行编号；

s2，确定所述个体单元编号与所述端口编号之间的对应关系；

s3，将所述多通道开关的所述端口与各电缆连接，各所述端口和所述电缆形成若干开关电缆链路；通过矢量网络分析仪测试各所述开关电缆链路的不一致性并保存不一致性的测试数据；

s4，将所述端口通过所述电缆与对应编号的所述个体单元连接，所述多通道开关的总口与测试系统连接；

s5，设置平面近场测试参数，并确定近场采集平面；

s6，固定所述天线不动，控制所述多通道开关逐一打开各所述端口，并同时通过所述测试系统采集单元平面近场数据；

s7，重复步骤s6，直到根据所述对应关系采集所有所述个体单元的单元平面近场数据；

s8，对所述单元平面近场数据进行去除不一致性操作；

s9，所述去除不一致性操作后，对所述单元平面近场数据进行相位加权合成，获得所述天线在采集平面处的天线平面近场数据；

s10，对所述天线平面近场数据进行近远场变换获得测量波位下的天线方向图。

较佳的，所述步骤s2中，当所述个体单元的数目大于所述端口的数目时，通过将多个所述个体单元对应同一个所述端口以实现所述个体单元和所述端口之间的对应关系。

较佳的，所述步骤s3中，所述端口和所述电缆数目相同；单个所述端口对应连接单个所述电缆；所述开关电缆链路数量和所述端口、所述电缆根数相同。

较佳的，所述电缆设置为等长电缆。

较佳的，所述平面近场测试参数包括位置信息、波位信息、测试设置、天线属性。

较佳的，根据所述对应关系和步骤s3中所述不一致性的测试数据，将步骤s7中采集到的所有所述单元平面近场数据去除各所述开关电缆链路的不一致性。

较佳的，根据所述位置信息和所述波位信息将所有个体单元的单元平面近场数据进行相位加权合成。

较佳的，根据所述测试设置和所述天线属性对所述天线平面近场数据进行近远场变换获得测量波位下的天线方向图。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：1，本发明无需根据不同波位反复设置有源通道和电缆，大幅度降低共形阵列方向图测试成本；2，可得到天线任意波位的方向图，大幅度提高现有资源配置下天线测试能力；3，由于开关切换时间很短，和现有平面近场测试方法相比效率更高；4，节省微波暗室测试资源，将大量微波暗室测试工作转化为后期数据处理。

附图说明

图1为本发明分时数据合成的共形阵列测试方法的测试设备组成示意图；

图2为本发明分时数据合成的共形阵列测试方法的流程示意图；

图3为实施例二中两种测试方法获得的8ghz方位面结果对比方向图；

图4为实施例二中两种测试方法获得的8ghz俯仰面结果对比方向图；

图5为本发明分时数据合成的共形阵列测试方法实施例三的3ghz法向方位面方向图；

图6为本发明分时数据合成的共形阵列测试方法实施例三的3ghz方位扫描30°时方位面方向图；

图7为本发明分时数据合成的共形阵列测试方法实施例三的3ghz方位扫描60°时方位面方向图；

图8为本发明分时数据合成的共形阵列测试方法实施例三的3ghz俯仰扫描20°时俯仰面方向图。

图中数字表示：

1-天线；2-微波暗室；3-矢量网络分析仪；4-多通道开关；5-探头；6-采样架；7-调试计算机。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

如图1所示，图1为本发明分时数据合成的共形阵列测试方法的测试设备组成示意图；本发明采用的测试设备包括天线1、微波暗室2、测试系统、矢量网络分析仪3、多通道开关4和等长电缆，所述等长电缆根数与所述多通道开关4的端口数相同。所述天线1、所述矢量网络分析仪3、所述多通道开关4和所述等长电缆均设置在所述微波暗室2内。所述多通道开关4通过所述等长电缆与所述天线1连接。所述测试系统包括探头5、采样架6和调试计算机7，所述探头5固定在所述采样架6上，所述探头5和所述天线1设置一定的距离，所述探头5和所述天线1之间的设置距离为测试距离。所述调试计算机7控制所述多通道开关4并收集由所述矢量网络分析仪3测试的不一致性测试数据。

如图2所示，图2为本发明分时数据合成的共形阵列测试方法的流程示意图；本发明分时数据合成的共形阵列测试方法包括步骤；

s1，按确定顺序对所述天线1中的各个体单元进行编号，同时按确定顺序对所述多通道开关4的各端口进行编号。

s2，确定所述天线1中个体单元编号与所述多通道开关4中端口编号的对应关系。当所述个体单元的数目大于所述端口的数目时，可通过将多个所述个体单元对应同一个所述端口以实现个体单元和端口之间的对应关系。

s3，将所述多通道开关4的端口与各所述等长电缆连接，且单个所述端口对应连接单个所述等长电缆；各所述端口和所述等长电缆形成若干开关电缆链路；所述开关电缆链路数量和所述端口、所述等长电缆根数相同；通过所述矢量网络分析仪3测试各所述开关电缆链路的不一致性并保存不一致性的测试数据。

s4，将所述多通道开关4的端口通过所述等长电缆与对应编号的个体单元连接，所述多通道开关4的总口与所述测试系统连接。

s5，设置平面近场测试参数，并确定近场采集平面。

所述平面近场测试参数包括位置信息、波位信息、测试设置、天线属性。

所述位置信息为各所述个体单元的位置状态信息；所述波位信息为共形阵列的最大扫描方向信息，所述最大扫描方向可提供各所述个体单元的加权相位信息。所述测试设置包括测试距离和近场采集点数等。所述天线属性包括天线阵面尺寸等。

s6，固定所述天线1不动，控制所述多通道开关4逐一打开各所述端口，并同时通过所述测试系统采集单元平面近场数据。

s7，重复步骤s6，直到根据所述对应关系采集所有所述个体单元的单元平面近场数据。

s8，根据所述个体单元和所述端口的对应关系和步骤s3中所述不一致性的测试数据，将步骤s7中采集到的所有所述单元平面近场数据去除各所述开关电缆链路的不一致性。

s9，根据所述位置信息和所述波位信息将所有个体单元的单元平面近场数据进行相位加权合成，获得所述天线1在采集平面处的天线平面近场数据。

s10，根据所述测试设置和所述天线属性对所述天线平面近场数据进行近远场变换获得测量波位下的天线方向图。

本发明所述分时数据合成的共形阵列测试方法突破现有平面近场测试方法在共形阵列无源方向图测试时的局限；利用可快速切换的多通道开关4采集每个单元单独激励时的平面近场信息，接着根据波位和每个单元的位置信息对所采集近场信息进行加权并合成整个阵面的平面近场值，最后进行近远场变换算出半空间任意点的场强。

本发明提出的方法大幅度降低共形阵列方向图测试成本，提高现有资源配置下天线1测试能力及测试效率，同时节省微波暗室2测试资源，将大量微波暗室2测试工作转化为后期数据处理。该方法亦适用于平面阵无源方向图测试，可大幅度提高测试效率。

实施例二

为验证本发明分时数据合成的共形阵列测试方法的精确性，本实施例根据实施例一中的测试方法步骤，对x波段的平面阵天线1进行测试验证，测试内容为天线1方位扫描45°时方向图。

测试方法一为现有技术中采用配相电缆直接采集天线近场数据，并进行近远场变换获取天线方向图；测试方法二为采用本发明分时数据合成的共形阵列测试方法：首先采集各个体单元的所述单元平面近场数据，然后对所述单元平面近场数据进行加权获得天线1平面近场数据，最后进行近远场变换获取天线方向图。

天线方向图一般呈花瓣状，称之为波瓣或波束。其中包含最大辐射方向的波瓣称之为主瓣，其它的称为副瓣或旁瓣，并分为第一副瓣、第二副瓣等，与主瓣方向相反的波束称为后瓣。

如图3、图4所示，图3和图4分别为两种测试方法获得的8ghz方位面天线方向图的结果对比图和8ghz俯仰面天线方向图的结果对比图，从图3和图4中可得出主瓣和近副瓣吻合度高，方位面远副瓣略有偏差。

实施例三

本实施例中使用本发明分时数据合成的共形阵列测试方法对共形天线1进行测试。所述天线1的极化为水平极化，所述天线1的个体单元数为144个，所述多通道开关4的端口数为16个，每个所述端口编号对应9个所述个体单元编号，因此共需测试9次完成单元平面近场数据的采集。所述天线方向图的波位包括法向、方位扫描30°、方位扫描60°和俯仰扫描20°。

图5、图6、图7和图8分别为上述四种波位的3ghz方向图测试结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。