一种基于低频柱面源天线阵列的电磁散射测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种低频柱面源天线阵列的电磁散射测试系统及方法，该系统由一个发射天线阵列、一个接收天线阵列、近场测量雷达、一个天线转台及低散射支架组成，发射天线阵列和接收天线阵列均采用到线性阵列天线作为柱面源，且发射天线阵列和接收天线阵列的天线单元和阵列排布是相同的。发射天线阵列和接收天线阵列以及转台均布置于同一个暗室空间内。以及转台均布置于同一个暗室空间内。以及转台均布置于同一个暗室空间内。

【技术实现步骤摘要】
一种基于低频柱面源天线阵列的电磁散射测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及微波测量领域，具体涉及一种基于低频柱面源天线阵列的电磁散射测试系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，目标的雷达散射截面是反映电磁散射特性的重要参数，对于形状规则、结构简单的目标，可以根据电磁场的基本理论，计算出目标的雷达散射截面。但是对于那些结构材料复杂的目标，通过理论计算的方法往往难以实现，因此需要采用测量的方法快速准确的得到复杂目标的雷达散射截面数据。
[0003]一般来说有三种测试方法，远场，近场，紧缩场。传统的远场测试条件要求在待测目标上的最大偏差相位不超过22.5
°
，要想满足条件则需要增加测试距离，所以测量需要的场地就比较大，因此大多数采用室外测量，而在室外受到的环境和天气影响较大，而且对目标的保密性差。而采用紧缩场进行电磁散射测量，不用在室外测量，在微波暗室中测量，从从而减少天气和周围环境的影响，紧缩场利用反射面将球面波转化为局部的平面波，这种方法能够缩小测试距离，但是对紧缩场反射面的加工精度要求高，且对于测量尺寸越大的目标就需要越大的紧缩场反射面，一般来说紧缩场的工作频率2GHz 以上，在对2GHz以下的目标测量准确度较低，且同时使用紧缩场进行电磁散射测量时，其对测量设备的运行以及对设备的维护成本较高，且对空间的利用率也较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于低频柱面源天线阵列的电磁散射测试系统及方法，在室内进行电磁散射测量，且能够完成对2GHz以下的目标进行电磁散射测量系统，且设备的加工成本低，空间利用率较高，且使用设备成本要求低。
[0005]本专利技术的构思如下：通过在线性阵列的固定距离位置放置相同标准的天线单元，然后通过幅相调控网络改变幅度相位从而对每个天线单元实施不同的激励，且系统的工作频率是按照天线单元的工作频率，而天线单元的可以设计的很低的工作频率，因此就可以使得系统在低频率时也可以工作，这样就可以克服使用紧缩场对目标进行电磁散射测量不能测量较低频率的缺点。由于电磁散射测量是在暗室中进行，信号的发射接收间隔将很短，这样会使的测量出的结果误差较大，因此可以基于小角度单双站等效定理，采用双站的方式取代传统单发单收的单站测试，一个线性阵列作为发射天线，一个线性阵列作为接收天线，这样将大大提高信号之间的隔离度，在发射提现与接收天线之间增加吸波材料的扼流槽结构，降低收发天线阵列在低频的互耦，提高系统测量动态范围本系统指的低频是2GHz以下，0.1GHz以上，为了照顾高频的采样率以及低频的辐射特性，天线单元采用阻性加载的超宽带天线，可以采用Vivaldi天线在靠近顶端位置在PCB上蚀刻V形槽，在V形槽加载电阻结构，改善电流分布，拓展带宽。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：一种低频柱面源天线阵列的电磁散射测试系统，所述
低频指工作频率在2GHz以下，0.1GHz以上的频段；
[0007]所述电磁散射测试系统采用两个线性阵列天线分别作为接收天线阵列和发射天线阵列，发射天线阵列产生柱面波，作为整个测试系统的柱面源；发射天线阵列与接收天线阵列之间加入扼流槽结构，抑制收发天线阵列之间的耦合，特别是最低工作频率附近的阵列间互耦，相比于自发自收能够有效提高隔离度，提高系统测量的测量动态范围；发射天线阵列和接收天线阵列长度为L，且均由N个天线单元组成，天线单元之间的距离为d；同时发射天线阵列以1～4个天线单元为一组通过功分器连接组成一个天线子阵列，每个天线子阵列连接至幅相调控网络，再连接至近场测量雷达系统的发射端；接收天线阵列通过功分器连接到近场测量雷达系统的接收端。
[0008]所述扼流槽结构由一个槽状结构，底部铺设吸波材料构成。
[0009]所述发射天线阵列和接收天线阵列长度的L为测量静区大小的1.3倍以上，静区中心距离发射阵列天线距离大于等于1.5倍L；天线单元之间的距离d小于最高工作频率的1.3倍波长，天线单元距离的设计有助于降低高频时的收发天线阵列之间的耦合以及天线单元之间的耦合。
[0010]所述发射天线阵列以1～4个天线单元通过功分器组成天线子阵列，天线子阵列连接到幅相调控网络；天线子阵列的引入用于减少幅度相位调控网络的通道数量，降低整个系统的成本和调试校准难度；通过电缆、功分器及幅相调控网络组成的阵列馈电网络调控发射天线阵列天线单元的幅度和相位，调整整个发射天线阵列的幅度和相位。
[0011]所述发射天线阵列同时连接到适用不同频段的幅相调控网络，根据测量频段，通过开关选择合适的幅相调控网络，能够提高系统的测量频率范围，节约系统成本，提高空间利用率。
[0012]所述天线单元采用双极化阻性加载超宽带天线，单个天线单元口面小于最低频率波长的1/8；天线单元的结构是在传统的Vivaldi天线靠近顶部的PCB上蚀刻一个V形槽，在V形槽边缘加上电阻结构，从而改变电流分布，拓展带宽。用两片上述Vivaldi天线十字垂直组合，成为线性阵列的天线单元。
[0013]本专利技术的一种低频柱面源天线阵列的散射测试方法，包括以下步骤：
[0014](1)确定测量频段，选择近场测量雷达并校准；
[0015](2)将开关连接到相应频段的幅相调控网络处；
[0016](3)通过测试电脑调节幅相调控网络，赋予各天线单元不同的激励，使得矢量网络分析的S
21
最小；
[0017](4)放置定标球，确保发射天线和接收天线极化对齐；
[0018](5)调整转台到起始位置，设置扫描角度，开始测量定标球回波信号S
21_sphere
,并记录；
[0019](6)将定标球换位待测目标；
[0020](7)测量被测目标的回波信号S
21_target
,并记录；
[0021]通过上面步骤采用下面公式计算目标的散射：
[0022]σ
target
＝S
21_target
‑
S
21_sp here
+σ
sp here
[0023]其中σ
target
为待测目标的散射，σ
sp here
为定标球的散射，定标球的散射通过理论测出。
[0024]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0025](1)相对于现有的远场电磁散射测量，本专利技术可以通过调节幅相调控网络对发射天线阵列单元赋不同的激励，使得在较短的距离里产生平面波，从而大大的缩减测试距离，因此可以大大的缩减测试场地面积，使得测试场地的空间利用率变高。
[0026](2)本专利技术可以测量紧缩场测试测量不了的低频测试，可以完成2GHz以下的目标电磁散射测量。
[0027](3)本专利技术对测试设备的生产要求低于紧缩场的生产要求，且测试设备的生产成本低于紧缩场设备成本。
[0028](4)本专利技术可以在低频通过开关切换不同频段的幅相调控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低频柱面源天线阵列的电磁散射测试系统，其特征在于：所述低频指工作频率在2GHz以下，0.1GHz以上的频段；所述电磁散射测试系统采用两个线性阵列天线分别作为接收天线阵列和发射天线阵列，发射天线阵列产生柱面波，作为整个测试系统的柱面源；发射天线阵列与接收天线阵列之间加入扼流槽结构，抑制收发天线阵列之间的耦合；发射天线阵列和接收天线阵列长度为L，且均由N个天线单元组成，天线单元之间的距离为d；同时发射天线阵列以1～4个天线单元为一组通过功分器连接组成一个天线子阵列，每个天线子阵列连接至幅相调控网络，幅相调控网络再连接至近场测量雷达系统的发射端；接收天线阵列通过功分器连接到近场测量雷达系统的接收端。2.根据权利要求1所述低频柱面源天线阵列的电磁散射测试系统，其特征在于：所述扼流槽结构由吸波材料构成。3.根据权利要求1所述低频柱面源天线阵列的电磁散射测试系统，其特征在于：所述发射天线阵列和接收天线阵列长度的L为测量静区大小的1.3倍以上，静区中心距离发射阵列天线距离大于等于1.5倍L；天线单元之间的距离d小于最高工作频率的1.3倍波长，天线单元距离的设计有助于降低高频时的收发天线阵列之间的耦合以及天线单元之间的耦合。4.根据权利要求1所述低频柱面源天线阵列的电磁散射测试系统，其特征在于：所述发射天线阵列以1～4个天线单元通过功分器组成天线子阵列，天线子阵列连接到幅相调控网络；天线子阵列的引入用于减少幅度相位调控网络的通道数量，降低整个系统的成本和调试校准难度；通过电缆、功分器及幅相调控网络组成的阵列馈电网络调控发射天线阵列天线单元的幅度和相位，调整整个发射天线阵列的幅度和相位。5.根据权利要求1所述低频柱面源天线阵列的电磁散射测试系统，其特征在于：所述发...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正鹏，苏瑞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：