超低副瓣天線測(cè)試中系統(tǒng)相位誤差的仿真分析

王 涵 陳玉林

(1.上海衛(wèi)星工程研究所上海 200240;2.華東電子工程研究所合肥 230031)

天饋線服控制系統(tǒng)

超低副瓣天線測(cè)試中系統(tǒng)相位誤差的仿真分析

王 涵1陳玉林2

(1.上海衛(wèi)星工程研究所上海 200240;2.華東電子工程研究所合肥 230031)

文章利用計(jì)算機(jī)仿真的方式分析了平面近場(chǎng)測(cè)試中系統(tǒng)相位誤差對(duì)超低副瓣天線副瓣的影響。通過建模分析，得到了系統(tǒng)相位誤差對(duì)－50dB副瓣影響的量級(jí)，為超低副瓣天線測(cè)試中誤差的分析提供一定的理論依據(jù)。

誤差分析;超低副瓣;系統(tǒng)相位誤差;仿真分析

0 引 言

在影響平面近場(chǎng)測(cè)量精度的各種因素中，系統(tǒng)相位誤差主要發(fā)生在接收系統(tǒng)中，例如接收機(jī)誤差、電纜的柔性誤差、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和溫度等的影響［4，5］。文獻(xiàn)［1］給出了相位誤差的理論表達(dá)式，并從實(shí)驗(yàn)的角度進(jìn)行了驗(yàn)證，但未給出對(duì)副瓣影響的量級(jí)。本文從理論仿真的角度對(duì)相位誤差進(jìn)行了分析，并給出系統(tǒng)相位誤差對(duì)－50dB副瓣影響的不確定度量級(jí)。

1 系統(tǒng)相位誤差的理論建模仿真分析

1.1 建立計(jì)算模型

如圖1所示，由半波陣子組成的陣列天線置于xoy平面上，在陣列天線前距離為d的地方進(jìn)行近場(chǎng)測(cè)試模擬平面近場(chǎng)測(cè)試。

圖1 計(jì)算模型示意圖

計(jì)算機(jī)模擬過程如下:

(1)不引入系統(tǒng)相位誤差，對(duì)距離d處的近場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行近遠(yuǎn)場(chǎng)變換，將近遠(yuǎn)場(chǎng)變換后得到的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖與理論遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖比較，以證明近遠(yuǎn)場(chǎng)變換的正確性;

(2)引入系統(tǒng)相位誤差，對(duì)距離d處的近場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行近遠(yuǎn)場(chǎng)變換，將引入誤差后近遠(yuǎn)場(chǎng)變換后得到的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖與理論遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖比較，觀察相位誤差對(duì)方向圖的影響;

(3)在第(2)步的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用統(tǒng)計(jì)的方法研究系統(tǒng)相位誤差對(duì)超低副瓣天線平面近場(chǎng)測(cè)量結(jié)果的影響。

應(yīng)當(dāng)指出，在實(shí)際計(jì)算中，第(2)步和第(3)步是結(jié)合在一起進(jìn)行的。

1.2 計(jì)算結(jié)果及討論

員工B在夜里夢(mèng)到公司多次，并多次在夢(mèng)話中吐露對(duì)公司的熱愛，一夜竟重復(fù)了40次；員工C則是長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷工作后累倒在了工作崗位，她望向會(huì)場(chǎng)黑壓壓的人群，擲地有聲的話語在大廳內(nèi)循環(huán)往復(fù)：我時(shí)刻接受公司的注視……

在以下的計(jì)算中，均取f=GHz，M=43，N= 31，dx=dy=0.7λ，d=4λ，M'=133，N'=115，Δx= Δy=0.45λ。所計(jì)算的E面和H面遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的角域范圍均為－60°～60°。所引入的系統(tǒng)相位誤差服從正態(tài)分布。

(1)不引入相位誤差，通過近遠(yuǎn)場(chǎng)變換計(jì)算遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖與理論遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖進(jìn)行比較，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 近遠(yuǎn)場(chǎng)變換遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖與理論遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖比較

從圖2可以看出，近遠(yuǎn)場(chǎng)變換得到的方向圖與理論遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖吻合的很好，證明了近遠(yuǎn)場(chǎng)變換的正確性。

(2)引入系統(tǒng)相位誤差，改變系統(tǒng)相位誤差的最大起伏度，利用統(tǒng)計(jì)的方法研究系統(tǒng)相位誤差對(duì)超低副瓣天線平面近場(chǎng)測(cè)量結(jié)果的影響

由已知條件計(jì)算出理論遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。引入系統(tǒng)相位誤差，設(shè)系統(tǒng)相位誤差的最大起伏度，比較引入相位誤差后近遠(yuǎn)場(chǎng)變換得到的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖與理論遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，即可得到誤差對(duì)方向圖的影響。

對(duì)兩者的誤差曲線進(jìn)行計(jì)算，即可得到誤差對(duì)副瓣影響的不確定度。表1給出了當(dāng)系統(tǒng)相位誤差的最大起伏度ah分別為5°、10°和20°時(shí)，所對(duì)應(yīng)誤差曲線的RMS值以及－50dB副瓣對(duì)應(yīng)的不確定度。

表1 取不同值時(shí)所對(duì)應(yīng)的RMS值和不確定度

從表1可以看出，隨著系統(tǒng)相位誤差的最大起伏度ah的增大，相應(yīng)的對(duì)－50 dB副瓣影響的不確定度也在增大。其中，當(dāng)ah=20°時(shí)，－50dB副瓣影響的不確定度值為0.48dB。

圖3(a)(b)(c)給出了在系統(tǒng)相位誤差的最大起伏度分別取為5°、10°和20°的情況下，近遠(yuǎn)場(chǎng)變換得到遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖與理論遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的比較及誤差曲線。

圖3 近遠(yuǎn)場(chǎng)變換遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖與理論遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖比較

從圖3的誤差曲線可以直接看出不同量級(jí)的相位誤差對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的影響，可以看到，隨著相位誤差量級(jí)的提高，其對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的影響也越來越大。

2 結(jié) 論

文章基于超低副瓣天線測(cè)試誤差分析的需求，對(duì)系統(tǒng)相位誤差的影響進(jìn)行了計(jì)算機(jī)建模仿真分析，得到了不同的相位誤差對(duì)－50dB副瓣影響的量級(jí)，為超低副瓣天線測(cè)試中誤差的分析提供一定的理論依據(jù)。另外，為保證超低副瓣天線精確測(cè)試，建議在測(cè)試中盡量采用高性能穩(wěn)幅穩(wěn)相電纜，以減小系統(tǒng)相位誤差的影響。

［1］李勇.平面近場(chǎng)天線測(cè)量誤差分析［J］.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2010，24(11):987－992.

［2］吳石林.誤差分析與數(shù)據(jù)處理［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2010.

［3］孫長(zhǎng)果，劉英等.近場(chǎng)測(cè)量中電纜擺動(dòng)引起的相位誤差的分析與補(bǔ)償［J］.西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，28(5):577－587.

［4］林洪樺.測(cè)量誤差與不確定度評(píng)估［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［5］倪育才.實(shí)用測(cè)量不確定評(píng)定［M］.北京:中國(guó)計(jì)量出版社，2012.

Simulation Analysis of System Phase Error in Ultra－low Sidelobe Antenna Test

Wang Han1，Chen Yulin2
(1.Shanghai Institute of Satellite Engineering，Shanghai 200240; 2.East China Research Institute of Electronic Engineering，Hefei 230031)

The effect of system phase error on sidelobe of ultralow sidelobe antenna in planar near－field test is analyzed by using computer simulation analysis;and order of effect on－50dB sidelobe of system phase error is obtained by modeling simulation analysis，which can provide some theoretic basis for analyzing error in testing ultra－low sidelobe antenna.

error analysis;ultra－low sidelobe;system phase error;simulation analysis

TN82

A

1008-8652(2016)04-078-03

2016-07-26

王 涵(1991－)，男，碩士研究生。研究方向?yàn)樘祓伨€技術(shù)。