一種用于相控陣天線現(xiàn)場校準(zhǔn)的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于微波近場測量領(lǐng)域，具體涉及一種用于相控陣天線現(xiàn)場校準(zhǔn)的裝置，包括光學(xué)探針陣列和信號處理系統(tǒng)；所述光學(xué)探針陣列通過固定機架架設(shè)在相控陣天線陣面上,陣列中的每個光學(xué)探針對應(yīng)一個天線單元,并精確控制各個光學(xué)探針與天線單元之間的距離及其一致性,光學(xué)探針陣列通過保偏光纖與信號處理系統(tǒng)相連，天線陣面的激勵由信號處理系統(tǒng)中的激勵信號源經(jīng)過定向耦合器的直通端提供。光學(xué)探針陣列不含金屬器件，不會影響雷達(dá)天線的近場輻射場，保證了測量的真實性；同時探針與天線單元的距離靠的很近，使其不受電磁場在地面及物體反射等產(chǎn)生的多路徑效應(yīng)以及天線單元之間存在的耦合效應(yīng)等干擾的影響，保障了測試的準(zhǔn)確性。
【專利說明】
一種用于相控陣天線現(xiàn)場校準(zhǔn)的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微波近場測量領(lǐng)域，具體涉及一種用于相控陣天線現(xiàn)場校準(zhǔn)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]相控陣?yán)走_(dá)以擁有相控陣天線而得名，其在國土防空、導(dǎo)彈防御系統(tǒng)及艦載、機載和星載火控、預(yù)警系統(tǒng)等軍事領(lǐng)域，乃至在射電天文、衛(wèi)星通信、氣象水文、空中交通管制、地球勘探和生物醫(yī)學(xué)等國民經(jīng)濟諸部門的廣泛應(yīng)用，日益受世人的關(guān)注和重視。相控陣天線陣面一般較大，其中許多器件的制造和組裝都有公差，以及天線單元間互耦的影響，常常使各通道呈現(xiàn)出相當(dāng)大的幅相誤差，從而引起相控陣天線增益的下降、副瓣的升高甚至波束傾斜。在現(xiàn)代相控陣?yán)走_(dá)中，如何能快速準(zhǔn)確地確定天線單元的幅相激勵，并能診斷出單元的故障，是保證相控陣?yán)走_(dá)性能的重要環(huán)節(jié)，具有重要的意義。
[0003]通常相控陣?yán)走_(dá)天線在設(shè)計生產(chǎn)完成后需要在微波暗室中進(jìn)行檢測，但一方面微波暗室室內(nèi)檢測與天線實際使用環(huán)境存在較大差異，因此在雷達(dá)的工作環(huán)境中對雷達(dá)天線進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)對掌握雷達(dá)的實際性能參數(shù)是十分必要的；另一方面，相控陣?yán)走_(dá)天線在實際使用中需要面臨雷達(dá)快速拆撤、轉(zhuǎn)移后快速布設(shè)的情況，必須進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)的情況;此夕卜，服役狀態(tài)的天線在長期工作后將產(chǎn)生器件老化、熱變形以及機械形變等問題，引起天線的幅相誤差，因此在天線的整個服役生命周期中，都需要對天線進(jìn)行定期的檢測與校準(zhǔn)。
[0004]相控陣?yán)走_(dá)天線現(xiàn)場檢測及校準(zhǔn)方法大致分為遠(yuǎn)場校準(zhǔn)和近場校準(zhǔn)兩種方式，遠(yuǎn)場校準(zhǔn)時，需要特定的測試環(huán)境(遠(yuǎn)距離測試場)，并在幾個預(yù)定角度上測出天線輻射場幅相信息，再計算獲得天線口徑場的幅相分布。這種方法受限于測試場地要求，并且測試過程中容易受到環(huán)境散射及多路徑效應(yīng)的影響，往往具有較大的誤差，實際環(huán)境中使用難度較大;通常的近場校準(zhǔn)采用開口波導(dǎo)、偶極子天線、喇叭天線作為接收天線，但對相控陣?yán)走_(dá)天線單元輻射場進(jìn)行測量時，這些接收天線尺寸較大，既不能滿足與發(fā)射天線單元一一對應(yīng)，也不能解決相鄰天線單元的耦合場問題。專利CN 102472785和專利CN 103105541B均公開了一種用于電磁場近場測量的方法和裝置，通過近場探頭測量電磁場變化引起的光強變化得到天線單元近場輻射電磁場的信息，該技術(shù)結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定、系統(tǒng)兼容性強，但這些技術(shù)只能測得電磁場的幅度信息，無法滿足相控陣天線陣面幅度和相位同時校準(zhǔn)的需求，同時上述兩個專利公開的方法探針個數(shù)有限且每個探針均需一條微波信號處理鏈路來實現(xiàn)電磁信號的輸出，不適合相控陣天線陣面大量天線單元的輻射場的校準(zhǔn)和測量，因此十分需要一種更為精確快捷的現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置來對相控陣?yán)走_(dá)天線進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于光學(xué)探針陣列的相控陣?yán)走_(dá)天線現(xiàn)場校準(zhǔn)的裝置，利用光學(xué)探針對被測場干擾小、測量精度高、空間分辨率高等優(yōu)點，通過對相控陣天線單元的近場輻射特性的準(zhǔn)確測量，實現(xiàn)對工作模式下相控陣天線的幅相校準(zhǔn)和功效評估。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:一種用于相控陣天線現(xiàn)場校準(zhǔn)的裝置，包括光學(xué)探針陣列和信號處理系統(tǒng);所述光學(xué)探針陣列通過固定機架架設(shè)在相控陣天線陣面上，陣列中的每個光學(xué)探針對應(yīng)一個天線單元，并精確控制各個光學(xué)探針與天線單元之間的距離及其一致性，光學(xué)探針陣列通過保偏光纖與信號處理系統(tǒng)相連；
[0007]優(yōu)選的，所述信號處理系統(tǒng)包括激光器、光環(huán)行器、光開關(guān)、光電轉(zhuǎn)換器、混頻器、射頻信號源、鎖相放大器;相控陣天線陣面的激勵信號源輸出分為兩部分，一部分直接輸送給天線陣面作為天線陣面激勵信號；另一部分信號與另一混頻信號源的輸出信號通過混頻器進(jìn)行混頻后產(chǎn)生中頻信號輸送給鎖相放大器作為參考信號；自探針返回的光信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后與混頻信號源的另一輸出信號經(jīng)過混頻器下變頻后產(chǎn)生的中頻信號進(jìn)入到鎖相放大器信號輸入端，上述兩個中頻信號進(jìn)行鎖相積分放大后，便可獲得天線單元近場輻射的振幅和相位信息；
[0008]優(yōu)選的，裝置中所用的傳輸光纖和光無源器件均采用保偏結(jié)構(gòu)；
[0009]優(yōu)選的，所述光學(xué)探針的外壁為玻璃管，入射激光通過光學(xué)探針中的準(zhǔn)直透鏡聚焦準(zhǔn)之后，再經(jīng)過起偏器和波片入射到電光晶體，電光晶體在天線單元的近場輻射電場的作用下產(chǎn)生電光效應(yīng)，其光學(xué)折射率分布發(fā)生變化，從而導(dǎo)致在其中傳輸?shù)募す獾钠裉匦噪S著天線單元的輻射場變化，從而將天線單元的輻射近場信號調(diào)制到激光光束上，光束在入射到高反射率介質(zhì)片后被反射，從而使得載有輻射電場幅相信息的激光光束經(jīng)過保偏光纖進(jìn)入到信號處理系統(tǒng)中；
[0010]優(yōu)選的，所述光源發(fā)射的激光信號通過保偏光環(huán)行器進(jìn)入到光開關(guān)，在系統(tǒng)軟件的控制下，光開關(guān)進(jìn)行快速切換將光束導(dǎo)入到與之相連的光學(xué)探針陣列中的任一探針單元，從而可實現(xiàn)對待測陣面的天線單元的依次測量；
[0011]優(yōu)選的，經(jīng)過探針反射回來的載有天線單元近場信息的激光光束經(jīng)過保偏光環(huán)行器進(jìn)入到光電探測器后被轉(zhuǎn)換為微波信號并進(jìn)入到混頻器的射頻端，混頻信號源輸出的射頻信號經(jīng)過功分器一分為二，一路輸出連接到混頻器的本振端，另一路連接到混頻器的本振端，混頻器的中頻信號輸出端連接到鎖相放大器的信號輸入端；
[0012]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:光學(xué)探針陣列不含金屬器件，不會影響雷達(dá)天線的近場輻射場，保證了測量的真實性；同時探針與天線單元的距離靠的很近，使其不受電磁場在地面及物體反射等產(chǎn)生的多路徑效應(yīng)以及天線單元之間存在的耦合效應(yīng)等干擾的影響，保障了測試的準(zhǔn)確性;并且裝置架設(shè)安裝方便，采用陣列式探針測量，可實現(xiàn)天線單元得幅度和相位的同時測量，十分適合相控陣?yán)走_(dá)陣面的現(xiàn)場快速校準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明中光學(xué)探針的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1所示，一種用于相控陣天線現(xiàn)場校準(zhǔn)的裝置包括光學(xué)探針陣列2和信號處理系統(tǒng)15;所述光學(xué)探針陣列2通過固定機架架設(shè)在相控陣天線陣面I上，光學(xué)探針陣列2中的每個光學(xué)探針對應(yīng)一個天線單元，并精確控制各個探針與天線單元之間的距離及其一致性，光學(xué)探針陣列通過保偏光纖3與信號處理系統(tǒng)15相連。
[0016]為防止天線陣面過強的電磁干擾信號進(jìn)入信號處理系統(tǒng)而影響其內(nèi)部其他電子器件的正常工作，系統(tǒng)采用一段較長的保偏光纖用以連接光學(xué)探針陣列和信號處理系統(tǒng)，使得信號處理系統(tǒng)遠(yuǎn)離雷達(dá)發(fā)射陣面，減小雷達(dá)信號干擾測量的準(zhǔn)確性。同時為防止激光的偏振態(tài)在光纖和光器件的傳輸過程中由于外界擾動等因素發(fā)生變化影響測量結(jié)果的精度，系統(tǒng)中所用的傳輸光纖和光無源器件均采用保偏結(jié)構(gòu)。
[0017]圖2為所述光學(xué)探針陣列2中單個光學(xué)探針的結(jié)構(gòu)示意圖，探針的外壁為玻璃管21，入射激光通過光學(xué)探針中的準(zhǔn)直透鏡聚焦準(zhǔn)之后，再經(jīng)過起偏器和波片入射到電光晶體19，電光晶體19在天線單元得近場輻射電場的作用下產(chǎn)生電光效應(yīng)，其光學(xué)折射率分布發(fā)生變化，從而導(dǎo)致在其中傳輸?shù)募す獾钠裉匦噪S著天線單元的輻射場變化，從而將天線單元的輻射近場信號調(diào)制到激光光束上，光束在入射到高反射率介質(zhì)片20后被反射，從而使得載有輻射電場幅相信息的激光光束經(jīng)過保偏光纖3進(jìn)入到信號處理系統(tǒng)15中。
[0018]光學(xué)探針通過利用電光晶體在天線單元近場輻射場作用下的泡科爾斯效應(yīng)，使得在晶體中傳輸?shù)墓馐钠駪B(tài)發(fā)生改變，從而天線單元發(fā)射的電場對光信號進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的光信號反射回到后端信號處理系統(tǒng)中進(jìn)行光電變換、外差檢測、信號處理等功能來獲得天線單元的幅相信息。由于相控陣的天線單元一般較多，為了能夠快速、便捷的對天線陣面進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)，將多個探針組成探針陣列近距離架設(shè)在天線陣面上，通過信號處理系統(tǒng)中光開關(guān)進(jìn)行切換用以節(jié)省測量時間，實現(xiàn)天線陣面快速校準(zhǔn)，同時多路光學(xué)探針共用一條微波信號處理鏈路，有利于減小測量裝置的復(fù)雜度和體積。
[0019]優(yōu)選的，所述信號處理系統(tǒng)15可提供光路選擇、光電變換、外差檢測以及信號處理等功能。光源6發(fā)射的激光信號通過保偏光環(huán)行器5進(jìn)入到光開關(guān)4，在系統(tǒng)軟件的控制下，光開關(guān)可以進(jìn)行快速切換將光束導(dǎo)入到與之相連的光學(xué)探針陣列中的任一探針單元，從而可實現(xiàn)對待測陣面的天線單元的依次測量。
[0020]經(jīng)過探針反射回來的載有天線單元近場信息的激光光束經(jīng)過保偏光環(huán)行器5進(jìn)入到光電探測器7后被轉(zhuǎn)換為微波信號并進(jìn)入到混頻器8的射頻端，混頻信號源11輸出的射頻信號經(jīng)過功分器10—分為二，一路輸出連接到混頻器8的本振端，另一路連接到混頻器12的本振端，混頻器8的中頻信號輸出端連接到鎖相放大器9的信號輸入端。由于鎖相放大器對輸入信號的頻率要求兩百兆赫茲以下，所以混頻信號源11和激勵信號源13的輸出微波信號頻率相近，頻率間隔低于兩百兆赫茲。在鎖相放大器9中，混頻器8的中頻輸出信號和混頻器12提供的中頻輸出參考信號進(jìn)行比相和放大，最后得到被測天線單元電磁場的相對幅度和相對相位信息數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對天線陣面各個天線單元的近場測量校準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種用于相控陣天線現(xiàn)場校準(zhǔn)的裝置，其特征在于:包括光學(xué)探針陣列和信號處理系統(tǒng);所述光學(xué)探針陣列通過固定機架架設(shè)在相控陣天線陣面上，陣列中的每個光學(xué)探針對應(yīng)一個天線單元，并精確控制各個光學(xué)探針與天線單元之間的距離及其一致性，光學(xué)探針陣列通過保偏光纖與信號處理系統(tǒng)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于相控陣天線現(xiàn)場校準(zhǔn)的裝置，其特征在于:所述信號處理系統(tǒng)包括激光器、光環(huán)行器、光開關(guān)、光電轉(zhuǎn)換器、混頻器、射頻信號源、鎖相放大器;相控陣天線陣面的激勵信號源輸出分為兩部分，一部分直接輸送給天線陣面作為天線陣面激勵信號；另一部分信號與另一混頻信號源的輸出信號通過混頻器進(jìn)行混頻后產(chǎn)生中頻信號輸送給鎖相放大器作為參考信號；自探針返回的光信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后與混頻信號源的另一輸出信號經(jīng)過混頻器下變頻后產(chǎn)生的中頻信號進(jìn)入到鎖相放大器信號輸入端，上述兩個中頻信號進(jìn)行鎖相積分放大后，便可獲得天線單元近場輻射的振幅和相位信息。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于相控陣天線現(xiàn)場校準(zhǔn)的裝置，其特征在于:裝置中所用的傳輸光纖和光無源器件均采用保偏結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于相控陣天線現(xiàn)場校準(zhǔn)的裝置，其特征在于:所述光學(xué)探針的外壁為玻璃管，入射激光通過光學(xué)探針中的準(zhǔn)直透鏡聚焦準(zhǔn)之后，再經(jīng)過起偏器和波片入射到電光晶體，電光晶體在天線單元的近場輻射電場的作用下產(chǎn)生電光效應(yīng)，其光學(xué)折射率分布發(fā)生變化，從而導(dǎo)致在其中傳輸?shù)募す獾钠裉匦噪S著天線單元的輻射場變化，從而將天線單元的輻射近場信號調(diào)制到激光光束上，光束在入射到高反射率介質(zhì)片后被反射，從而使得載有輻射電場幅相信息的激光光束經(jīng)過保偏光纖進(jìn)入到信號處理系統(tǒng)中。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于相控陣天線現(xiàn)場校準(zhǔn)的裝置，其特征在于:所述光源發(fā)射的激光信號通過保偏光環(huán)行器進(jìn)入到光開關(guān)，在系統(tǒng)軟件的控制下，光開關(guān)進(jìn)行快速切換將光束導(dǎo)入到與之相連的光學(xué)探針陣列中的任一探針單元，從而可實現(xiàn)對待測陣面的天線單元的依次測量。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于相控陣天線現(xiàn)場校準(zhǔn)的裝置，其特征在于:經(jīng)過探針反射回來的載有天線單元近場信息的激光光束經(jīng)過保偏光環(huán)行器進(jìn)入到光電探測器后被轉(zhuǎn)換為微波信號并進(jìn)入到混頻器的射頻端，混頻信號源輸出的射頻信號經(jīng)過功分器一分為二，一路輸出連接到混頻器的本振端，另一路連接到混頻器的本振端，混頻器的中頻信號輸出端連接到鎖相放大器的信號輸入端。
【文檔編號】G01S7/40GK105911531SQ201610220715
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】張業(yè)斌, 田曉光, 王昌雷, 武帥, 張思敏, 盛永鑫
【申請人】中國電子科技集團公司第三十八研究所