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阵列天线相位中心的测量方法研究

陈曦傅光龚书喜刘海风阎亚丽

(西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室,西安710071)

摘要:提出了一种测量阵列天线相位中心的方法。首先,根据阵列天线的基本原理,推导出了阵列天线相
位方向图与相位中心偏移量的关系式;再结合相位中心的定义和实际测量的步骤,运用最小二乘法及其矩阵解形式
计算出了相位中心的精确值;最后对提出的测量方法进行了模拟实验验证。实验证明,该测量方法可以精确地计算
出相位中心的位置,并发现计算结果与测量时的读数精度有很大关系。当读数精度达到百分位时,校准误差仅为
0.168%。
关键词:阵列天线,相位中心,视在相心,测量方法,测试精度

StudyonMeasurementofPhaseCenterofArrayAntenna

CHENXi,FUGuang,GONGShu2xi,LIUHai2feng,YANYa2li
(NationalKeyLab.ofAntennasandMicrowaveTechnology,XidianUniv.,Xi’an710071,China)

Abstract:Ameasurementmethodofthephasecenterofarrayantennaisproposedinthispaper.First,basedonthe
basicprincipleofarrayantenna,therelationshipbetweenthephaseradiationpatternandthephasecentershiftisderived.
Secondly,combiningthedefinitionofphasecenterandthestepsofmeasurement,theprecisevalueofphasecenteriscalcu2
latedbyusingleastsquaremethodanditsmatrixsolutionsform.Lastly,theproposedmethodisverifiedbysimulatedexperi2
ment.Theresultsprovethat,phasecentercanbecalculatedpreciselybythismethod,andthecalculatedvalueisrelatedto
themeasurementaccuracy.Whenthemeasurementaccuracyarrivesatpercentile,theerrorisjust0.168%.
Keywords:arrayantennas,phasecenter,apparentphasecenter,measurement,measuredaccuracy

但大多数都是针对单天线的研究[326],如喇叭天线、
引言
对数周期天线等。文献[6]中,作者通过多次尝试、
对于大多数的阵列天线,科研工作者主要关心反复测量的实验方法确定相位中心,这对于小体积
的是它在远场的幅度方向图、增益、副瓣电平和极化
天线是可行的,但对于物理尺寸巨大的阵列天线,该
形式等电参数[1],而对它的远场相位方向图关注较
法费时费力。而关于阵列天线相位中心的研究甚
少。但在有些情况下,例如在关注阵列天线的相位
中心特性时,天线的相位方向图就成为我们必须加少,只有在文献[7]中稍有提及,作者在研究对数周
以研究和分析的特性。期天线的相位中心时,对直线阵相位中心存在的条
目前,相控阵天线已经被广泛应用于各种雷达件进行了研究,得出了一些有意义的结论。
系统,随着对雷达系统的跟踪及定位性能要求的提本文对阵列天线的相位方向图与相位中心的关
高,在某些情况下,仅靠方向图主瓣波束的幅度特性系进行研究,对其二者进行严格的数学推导,并应用
来搜索定位已不能满足精度要求,必须以阵列天线基于最小二乘法的求解方法,得出一套寻找阵列天
线相位中心的简便方法并通过数值模拟实验对该
的相位中心为参考基准进行精确定位和测量[2]。,
对于寻找天线相位中心,前人已得出一些有效结论,方法进行验证,证明了该法的有效性和实用性。

3收稿日期:2010206216;修回日期:2010211210
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第27卷第1期陈曦等:阵列天线相位中心的测量方法研究

式为:
1基本原理
e-jkr∑n
E=C〃F`(r)〃A(q)〃
下面从实际测试调整的角度进行建模和理论分2or
q=1
j[k(ρ+M)〃r+φ(q)]jkM〃r
析。eqou=eo〃E(6)
o1
比较(4)式和(6)式,则E可表示为:
2
Ψj
2(ro)
E=|E|〃eu=
22o
j[Ψ(r)+kM〃r]
|E|〃e1oou(7)
1o
所以,阵列天线在位