天线发射方向图、接收方向图以及波束方向图测试方法技术

本发明专利技术公开的一种天线发射方向图、接收方向图以及波束方向图测试方法，在雷达架设外场设有辅助收发机、辅助天线以及反射体，辅助收发机分别与雷达、辅助天线连接，反射体悬浮于空中且用于将来自于辅助天线或雷达天线的电磁波信号后向散射给雷达天线或辅助天线，将辅助天线主波束和雷达天线主波束均对准反射体，利用辅助收发机接收到的回波强度或雷达接收到的回波强度进行发射方向图或接收方向图测试。本发明专利技术发射电磁波和接收后向散射功率的雷达天线和辅助天线在同一物理位置，灵活性高且成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
天线发射方向图、接收方向图以及波束方向图测试方法


[0001]本专利技术属于雷达测试
，尤其涉及一种远场测量雷达天线发射方向图、接收方向图以及波束方向图的方法。

技术介绍

[0002]天线方向图是用来表示天线的方向性的图，所谓的“天线方向性”，就是指在远区相同距离R的条件下，天线辐射场的相对值与空间方向的关系。
[0003]天线波束指向、波束宽度和副瓣抑制等性能是雷达性能优良的重要基础和要求，这些性能参数可通过波束方向图直观体现。目前，雷达方向图或天线方向图测量主要有几种方法：近场暗室法、远场法和紧缩场等。近场暗室法和紧缩场法测量的方向图准确可靠，其劣势在于需用探头采集天线近场的幅度和相位分布，测试耗时较长；近场暗室建设成本高、投入大，且受场地限制，雷达一旦出厂就不能再用近场暗室测量波束方向图；远场法测量较为快捷，投入相对近场暗室较低，但是仍然需要建设专用的场地进行测试。这些方法在雷达外场架设好之后都很难再使用，或者每台雷达配备一个远场测试平台花费太高。
[0004]为了克服这些问题，为了能够在测试场地或者外场较为方便、快捷、灵活的测试波束方向图在不断努力。如申请公开号为CN113281576A，名称为一种基于内定标多波位测试的天线方向图测试方法的中国专利文献，其中结合暗室测试的法向波束和幅相分布数据等，利用雷达内标定测试可计算出多波位的波束方向图，大大提高测试效率。该方法在大型多波束相控阵雷达的波束天线方向图测试方面优势明显，在收发通道数量较少的雷达波束测试时，将因空间采样点数不够而使得计算误差过大；而只有一个收发通道的雷达（如机械扫描抛物面天线雷达）更是完全无法采用该方法。
[0005]如申请公开号为CN113341238A，名称为一种利用太阳辐射测量天线方向图的方法的中国专利文献，其中提出利用太阳辐射的方法，可在外场测试天线方向图，解决了在微波暗室测试天线方向图具有局限性的问题，且只需在晴天条件下利用系统自身观测太阳辐射强度，无需其他测试仪器仪表和特殊测试环境就可实现天线方向图测量。但是该方法也有明显的局限性，一是该方法只能利用高灵敏度接收机通过太阳辐射测试亮温，显然是只能测试接收波束方向图而无法测试发射波束方向图，二是当天线口径尺寸不够或者接收机灵敏度不够高时，无法有效利用该方法，也就是该方法适用性不高。
[0006]由此可知，传统远场法测试方向图，不同天线口径尺寸、不同工作频率条件下远场条件各有不同，这就要求收发天线位于不同的物理位置，测试平台的适应性较差。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种天线发射方向图、接收方向图以及波束方向图测试方法，以解决雷达架设在外场后，无法方便、低成本的测试发射和接收方向图的问题。
[0008]本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种天线发射方向图测试方法，在雷达架设外场设有辅助收发机、辅助天线以及反射体，所述辅助收发机分别与雷
达、辅助天线连接，所述反射体悬浮于空中且用于将来自于辅助天线或雷达天线的电磁波信号后向散射给雷达天线或辅助天线，在所述反射体上设有定位装置；所述发射方向图测试方法包括以下步骤：步骤S11：所述辅助收发机处于脉冲收发工作状态，调整辅助天线的方位和俯仰朝向，使所述辅助天线主波束对准所述反射体；步骤S12：获取所述反射体和雷达的地理位置信息，并根据所述地理位置信息计算出反射体与雷达天线之间连线的方位角和俯仰角；步骤S13：根据所述连线的方位角和俯仰角调整雷达天线，使雷达天线阵面对准所述反射体；步骤S14：雷达在依次发射不同频率不同波束的电磁波信号的同时将同步脉冲信号和触发信号发送给所述辅助收发机；设频率为f
n
的电磁波信号的序号为m的待测波束为b
m
；所述辅助收发机接收、测量和记录经所述反射体反射的信号所在距离库的回波强度P
tnm
，以及雷达天线阵面法线与所述步骤S12连线之间的夹角，并将所述回波强度传输给雷达；其中P
tnm
表示频率为f
n
、波束为b
m
的电磁波信号所对应的回波强度；步骤S15：保持所述步骤S14的工作状态，以所述反射体与雷达天线之间的连线为中心，控制雷达伺服电机转动并遍历所需测试的方位角和俯仰角，记录不同方位角和俯仰角对应的电磁波信号频率、电磁波信号的波束序号以及回波强度；步骤S16：基于所述步骤S15得到的不同方位角和俯仰角对应的电磁波信号频率、电磁波信号的波束序号以及回波强度确定最大回波强度所对应的方位角和俯仰角；步骤S17：根据所述回波强度以及方位角和俯仰角对应关系绘制出发射方向图。
[0009]进一步地，所述反射体的位置满足以下条件：R≥2D2/λ其中，R为反射体与雷达天线之间的距离或反射体与辅助天线之间的距离，D为d与l之和，d为雷达天线口径尺寸、辅助天线口径尺寸中较大者，l为辅助天线与雷达天线阵面中心的间距，λ为雷达工作波长。
[0010]进一步地，所述反射体为金属球，且所述金属球满足以下条件：2πr/λ≥20，σ＝2πr其中，r为金属球半径，σ为金属球的反射截面面积且对雷达工作波长不敏感，λ为雷达工作波长。
[0011]进一步地，所述辅助天线接收到的最大电磁波功率大于辅助收发机接收灵敏度、雷达天线最大副瓣抑制绝对值以及辅助天线与辅助收发机之间系统损耗之和。
[0012]进一步地，所述辅助天线接收到的电磁波功率的计算公式为：P
r1
＝P
t1
*G
t1
*G
r1
*σ*λ2/(4π)3*R4其中，P
r1
为辅助天线接收的电磁波功率，P
t1
为雷达发射功率，G
t1
为雷达天线的发射增益，G
r1
为辅助天线的接收增益，R为反射体与雷达天线之间的距离，σ为反射体的反射截面面积，λ为雷达工作波长。
[0013]本专利技术还提供一种天线接收方向图测试方法，在雷达架设外场设有辅助收发机、辅助天线以及反射体，所述辅助收发机分别与雷达、辅助天线连接，所述反射体悬浮于空中
且用于将来自于辅助天线或雷达天线的电磁波信号后向散射给雷达天线或辅助天线，在所述反射体上设有定位装置；所述接收方向图测试方法包括以下步骤：步骤S21：所述辅助收发机处于脉冲收发工作状态，调整辅助天线的方位和俯仰朝向，使所述辅助天线主波束对准所述反射体；步骤S22：获取所述反射体和雷达的地理位置信息，并根据所述地理位置信息计算出反射体与雷达天线之间连线的方位角和俯仰角；步骤S23：根据所述连线的方位角和俯仰角调整雷达天线，使雷达天线阵面对准所述反射体；步骤S24：雷达向所述辅助收发机发送同步脉冲信号和触发信号，所述辅助收发机根据所述同步脉冲信号和触发信号依次发射不同频率不同波束的电磁波信号；设雷达接收到的频率为f
i
的电磁波信号的波束为b
j
；所述雷达接收、测量和记录经所述反射体反射的信号所在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天线发射方向图测试方法，其特征在于，在雷达架设外场设有辅助收发机、辅助天线以及反射体，所述辅助收发机分别与雷达、辅助天线连接，所述反射体悬浮于空中且用于将来自于辅助天线或雷达天线的电磁波信号后向散射给雷达天线或辅助天线，在所述反射体上设有定位装置；所述发射方向图测试方法包括以下步骤：步骤S11：所述辅助收发机处于脉冲收发工作状态，调整辅助天线的方位和俯仰朝向，使所述辅助天线主波束对准所述反射体；步骤S12：获取所述反射体和雷达的地理位置信息，并根据所述地理位置信息计算出反射体与雷达天线之间连线的方位角和俯仰角；步骤S13：根据所述连线的方位角和俯仰角调整雷达天线，使雷达天线阵面对准所述反射体；步骤S14：雷达在依次发射不同频率不同波束的电磁波信号的同时将同步脉冲信号和触发信号发送给所述辅助收发机；设频率为f
n
的电磁波信号的序号为m的待测波束为b
m
；所述辅助收发机接收、测量和记录经所述反射体反射的信号所在距离库的回波强度P
tnm
，以及雷达天线阵面法线与所述步骤S12连线之间的夹角，并将所述回波强度传输给雷达；其中P
tnm
表示频率为f
n
、波束为b
m
的电磁波信号所对应的回波强度；步骤S15：保持所述步骤S14的工作状态，以所述反射体与雷达天线之间的连线为中心，控制雷达伺服电机转动并遍历所需测试的方位角和俯仰角，记录不同方位角和俯仰角对应的电磁波信号频率、电磁波信号的波束序号以及回波强度；步骤S16：基于所述步骤S15得到的不同方位角和俯仰角对应的电磁波信号频率、电磁波信号的波束序号以及回波强度确定最大回波强度所对应的方位角和俯仰角；步骤S17：根据所述回波强度以及方位角和俯仰角对应关系绘制出发射方向图。2. 如权利要求1所述的天线发射方向图测试方法，其特征在于，所述反射体的位置满足以下条件：R≥2D2/λ其中，R为反射体与雷达天线之间的距离或反射体与辅助天线之间的距离，D为d与l之和，d为雷达天线口径尺寸、辅助天线口径尺寸中较大者，l为辅助天线与雷达天线阵面中心的间距，λ为雷达工作波长。3. 如权利要求1所述的天线发射方向图测试方法，其特征在于，所述反射体为金属球，且所述金属球满足以下条件：2πr/λ≥20，σ＝2πr其中，r为金属球半径，σ为金属球的反射截面面积，λ为雷达工作波长。4.如权利要求1所述的天线发射方向图测试方法，其特征在于，所述辅助天线接收到的最大电磁波功率大于辅助收发机接收灵敏度、雷达天线最大副瓣抑制绝对值以及辅助天线与辅助收发机之间系统损耗之和。5. 如权利要求1~4中任一项所述的天线发射方向图测试方法，其特征在于，所述辅助天线接收到的电磁波功率的计算公式为：P
r1
＝P
t1
*G
t1
*G
r1
*σ*λ2/(4π)3*R4其中，P
r1
为辅助天线接收的电磁波功率，P
t1
为雷达发射功率，G
t1
为雷达天线的发射增益，G
r1
为辅助天线的接收增益，R为反射体与雷达天线之间的距离，σ为反射体的反射截面面
积，λ为雷达工作波长。6.一种天线接收方向图测试方法，其特征在于，在雷达架设外场设有辅助收发机、辅助天线以及反射体，所述辅助收发机分别与雷达、辅助天线连接，所述反射体悬浮于空中且用于将来自于辅助天线或雷达天线的电磁波信号后向散射给雷达天线或辅助天线，在所述反射体上设有定位装置；所述接收方向图测试方法包括以下步骤：步骤S21：所述辅助收发机处于脉冲收发工作状态，调整辅助天线的方位和俯仰朝向，使所述辅助天线主波束对准所述反射体；步骤S22：获取所述反射体和雷达的地理位置信息，并根据所述地理位置信息计算出反射体与雷达天线之间连线的方位角和俯仰角；步骤S23：根据所述连线的方位角和俯仰角调整雷达天线，使雷达天线阵面对准所述反射体；步骤S24：雷达向所述辅助收发机发送同步脉冲信号和触发信号，所述辅助收发机根据所述同步脉冲信号和触发信号依次发射不同频率不同波束的电磁波...

【专利技术属性】
技术研发人员：李赛，寸怀诚，王振，
申请(专利权)人：湖南宜通华盛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：