一种相控阵天线收发双测系统的制作方法

1.本发明涉及天线微波领域，尤其涉及一种相控阵天线收发双测系统。


背景技术：

2.自雷达发明以来，雷达天线的性能对整个雷达系统的影响至关重要。相控阵天线由于威力大，波束灵活成为雷达发展最重要的方向。相控阵天线的波束测量直接关系到雷达性能，其波束指向、波束宽度、副瓣等性能优化与测试一直是科研人员研究方向。为提高研制效率，相控阵天线的测试方法也在不断优化，其中以平面近场测试方法最为普及。
3.对于副瓣、波束指向、展宽精度要求较高的相控阵天线必须开展针对性测试，对不同的波位均进行测试与修正，这是提升雷达性能的要求。这对测试效率提出了较高的要求，为提高测试效率，通常采用多波位测试方法，这对大口径天线的尤其重要。
4.天线的测试效率一直是测试人员研究的重要内容，雷达天线口径的增大使得天线的高效测试成为一个迫切的研究对象。以常规的10m2的x频段天线为例，采用平面近场法测试时，发射、接收各约需近6个小时，整个天线测试完成约需12个小时。若天线具有1000个波位5个频点，若采用多波位测试，每次测试16个波位，则天线的共需1个月完成接收测试，1个月完成发射测试。这给雷达研制周期以及测试人员都带来了巨大的压力。
5.目前全世界的相控阵天线均采用接收与发射分开测试的方法，首先进行接收波束测试，完成之后进行发射测试。接收测试时，天线不发射，天线接收态，探头发射电磁信号；发射测试时，天线处于发射态，天线以较低占空比发射，探头接收电磁信号。该测试方法缺点是接收测试时，天线处于纯接收态，该状态与大多数雷达真实工作状态不一致。绝大多数雷达工作时，天线是发射接收交替进行，因此雷达实际接收态时，天线的温度分布、热效应是与发射态类似。而测试时，雷达并不发射，因此该测试方法无法反映天线的温度效应以及温度分布规律对天线接收状态的影响。


技术实现要素：

6.为解决现有的技术问题，本发明提供了一种相控阵天线收发双测系统，使得天线发射、接收测试同时进行。
7.本发明的具体内容如下：一种相控阵天线收发双测系统，控制终端、信号控制器、矢量网络分析仪a、矢量网络分析仪b、环形器，制终端编写编译调制控制指令，信号控制器产生控制天线工作的tr调制信号、矢量网络分析仪a/b采样的定时信号，天线阵面设置输入输出口，天线与两个矢网的连接链路上设置环形器，矢网与波导探头之间设置环形器；
8.信号控制器产生定时信号给天线阵面，tr调制信号控制天线进行发射或接收，发送采样定时信号至矢量网络分析仪a/b；使用环形器将天线收发链路分置，将射频信号分别送到两个矢量网络分析仪，发射接收各自采样。
9.进一步的，雷达天线在正常发射接收交替工作的状态下进行发射/接收交替采样，高电平将天线阵面置于发射态、低电平将天线阵面置于接收态。
10.进一步的，高电平时间小于50us，低电平时间为高电平时间的10～100倍。
11.进一步的，信号控制器使用单个脉冲进行发射接收采样触发：矢量网络分析仪a的p2端口发射射频信号，p1端口接收射频信号，信号控制器发送至矢量网络分析仪a的tr信号为高电平时天线处于发射状态，此时信号控制器发送采样定时，上升沿触发矢量网络分析仪采样测试并记录，此采样为发射采样；矢量网络分析仪b输出s21信号，其p1端口发射射频信号，p2端口接收射频信号，信号控制器发送至矢量网络分析仪b的tr使能信号为低电平时天线处于接收状态，信号控制器设置采样定时为下降沿触发矢量网络分析仪采样测试并记录，此采样为接收采样。
12.进一步的，天线发射测试时，天线的工作方式受tr信号的控制，当tr信号高电平时，天线阵面处于发射模式，天线发射的信号被波导探头送到矢量网络分析仪并记录；当tr信号低电平时，矢量网络分析仪不记录数据，处于空闲状态。
13.进一步的，天线近场接收测试时，tr信号处于常低状态，除矢量网络分析仪测试记录时间，其余时间均处于空闲状态。
14.进一步的，收发双测近场测试时，tr信号高电平进行发射测试，tr信号低电平进行接收测试，矢量网络分析仪a在上升沿触发发射采样，矢量网络分析仪b在下降沿触发接收采样。
15.进一步的，系统适用于远场测试、平面近场测试、紧缩场测试、柱面场测试等各种环境下的测试。
16.本发明的有益效果：发射接收同时测试，天线的测试效率提高一倍；该测试系统与多波位测试方法兼容；该系统使得测试的环境与工况更接近真实情况，使得测试结果更贴近真实工作情况。
附图说明
17.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
18.图1为本发明的相控阵天线收发双测系统的示意图；
19.图2为本发明的相控阵天线收发双测系统的定时示意图。
具体实施方式
20.结合图1和图2，本发明的天线收发双测系统包括控制终端、信号控制器、矢量网络分析仪a、矢量网络分析仪b以及环形器、电缆等附件。其中，控制终端是人机交互界面，用于显示测试数据、编写编译调制控制指令等，是控制程序、记录数据的界面；信号控制器用于产生定时信号，信号控制器产生控制天线工作的tr调制信号、矢量网络分析仪a/b采样的定时信号；使用环形器将天线收发链路分置，将信号分别送到两个矢网(矢量网络分析仪的简称)，发射接收各自采样。
21.矢量网络分析仪a输出s12信号，矢网p2端口发射射频信号，p1端口接收射频信号。信号控制器发送的tr信号，当tr信号为高电平时天线处于发射状态，此时信号控制器发送采样定时，上升沿触发矢网采样测试并记录s12，此采样为发射采样。
22.矢量网络分析仪b输出s21信号，矢网p1端口发射射频信号，p2端口接收射频信号。信号控制器发送的tr使能信号为低电平时天线处于接收状态，信号控制器设置采样定时为
下降沿触发矢网采样测试并记录s12，此采样为接收采样。
23.如图1所示，以有源相控阵天线阵面为例分析收发双测系统的工作过程，但是该测试系统并不仅限于有源相控阵天线使用，其它形式的天线都适用使用该测试系统。
24.天线阵面具有1个输入输出口，天线与两个矢网的连接链路上有环形器，用于将发射与接收信号分配至不同链路；探头用于采集或者发射电磁信号，探头后端具有环形器，用于将发射接收信号分至不同链路。
25.信号控制器产生定时信号给天线阵面，tr信号用于控制天线进行发射或者接收，采样定时信号发送至两个矢网，上升沿触发矢网a采样，下降沿触发矢网b采样。
26.发射测试时，矢网a的p2端口信号输出，射频信号经环行器、相控阵天线、探头、环形器后回到矢网a的p1端口，矢网在定时控制下进行s
12
测试并记录数据。
27.接收测试时，矢网b的p1端口输出射频信号依次经过环形器、波导探头、相控阵天线、环形器后到达矢网端口p2，矢网在定时控制下进行s
12
测试并记录数据。
28.如图2所示，第一行是天线发射测试的定时模式。天线的工作方式受tr信号的控制，当tr信号高电平时，天线阵面处于发射模式,天线发射的信号被探头送到矢网并记录；当tr信号低电平时，矢网不记录数据，处于空闲状态。
29.第二行是天线近场接收测试的定时模式。此时tr信号处于常低状态，除矢网测试记录时间，其余时间均处于空闲状态。
30.第三行是收发双测近场测试系统的定时模式。定时和发射测试状态一样，不同的是tr信号高电平进行发射测试，tr信号低电平进行接收测试，矢量网络分析仪a在上升沿触发发射采样，矢量网络分析仪b在下降沿触发接收采样。
31.本技术的有源相控阵天线收发双测近场测试系统包括如下设计：
32.1)雷达天线在正常发射接收交替工作的状态下进行发射/接收交替采样。其高电平将天线阵面置于发射态、低电平将天线阵面置于接收态；发射/接收的时间长度可调，为保护雷达天线，一般高电平时间不宜过长，建议小于50us，低电平时间相比高电平时间较长，约是高电平的10～100倍，具体多少视天线频率与探头采样间隔。
33.2)采用两个矢网分别进行发射/接收采样。一个矢网负责相控阵天线发射测试，一个矢网负责相控阵天线接收测试；两个矢网各自独立，互补干扰，各自独立采样。
34.3)信号控制器使用单个脉冲进行发射接收采样触发，高(低)电平进行发射(接收)采样，低(高)电平进行接收(发射)采样。只使用1个脉冲进行发射、接收采样切换，降低了系统复杂度。
35.4)采用环形器进行发射接收测试链路分置。通过环形器将相控阵天线发射接收链路分为四路，2个未发射测试链路，2个为接收链路。
36.5)适用于各种形式各种体制的天线与天线阵列。形式不局限于相控阵天线，各种具有收发功能的天线均可使用该测试方法。
37.6)适用于各种频段的天线与天线阵列。该测试方法不受频段限制，各种频段的天线与天线阵列均可以使用该方法。
38.7)适用于各种测试环境。远场测试、平面近场测试、紧缩场测试、柱面场测试等各种环境下的测试均可使用该方法。
39.本技术的收发双测系统，测试效率高，压缩一半测试时间。发射接收同时测试，整
体测试时间缩短一半。测试准确。天线发射接收交替工作更接近实际工作状态，因此其测试结果更符合真实情况。通用性强。该系统构建后，适用于不同类型雷达，而且是用于不同类型的测试场地。平面近场、紧缩场、柱面场、远场等均适用。
40.在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。