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1 引言

天線近場診斷的基本原理是通過測量天線近區(qū)場的分布逆推出天線口徑場的分布或天線各輻射單元的激勵電流，從而判斷出口徑場或激勵電流發(fā)生畸變的位置以及所對應的輻射單元，達到對天線進行“診斷”的目的［1］。由于平面近場測量技術是近場測量技術中研究最早、應用最多的測量方法，因而國內外學者對將平面近場測量技術用于天線口徑場的診斷這一問題進行了大量的研究，并取得了不少研究成果［10～12］。

但是，目前使用口徑場診斷主要是以切向電流來表征口徑場的幅相分布。而對于由振子型單元組成的陣列天線而言，其口徑面上切向磁場的抽樣值更能表征陣列單元間的相對幅相分布［2～3］。本文根據(jù)平面波耦合公式，由近場數(shù)據(jù)變換到以切向磁流表征的口徑場幅相分布，并通過實際測試的方式對結果進行了驗證。

2 以切向磁流表征的口徑場幅相

近場到口徑場變換過程是基于耦合公式，通過建立探頭和天線波譜之間的關系，最終得到進行探頭補償后天線的遠場方向圖。

由平面近場天線測量的耦合公式可知［3］

在探頭為水平線極化時，即式（1）所對應的情況下，探頭坐標系與天線坐標系的關系如圖1所示［4］。

圖1 探頭坐標系與天線坐標系的關系

由圖1可以看出：

在探頭為垂直線極化時，即式（2）所對應的情況下，探頭坐標系與天線坐標系的關系如圖2所示［9］。

圖2 探頭坐標系與天線坐標系的關系

由圖2可以看出：

將式（4）、式（6）代入式（1）、式（2），并注意到式（3）、式（4），可得

由z=h平面上的磁場為

若取h=0，則可得到陣列天線口徑面上的切向磁場，進而便可抽取出其在各輻射單元位置處的值，即可得到陣列天線各單元的幅相值。

3 診斷實驗驗證

為對上述近場-口徑場變換算法進行驗證，筆者進行了大量的計算機模擬仿真及實際測試結果驗證，在此限于篇幅，僅給出實驗驗證過程。實驗驗證天線為某波段陣列天線，測試場地為某大型進口微波暗室。被測天線架設在底車轉臺上，天線陣面面向采樣架。被測天線幾何尺寸為4m*2m，探頭與天線相距1m，天線陣面幾何中心離地高度3.5m。調節(jié)轉臺的水平與俯仰，以保證天線陣面與探頭垂直。通過變換算法得到天線的實際口徑分布，然后與理論幅相分布比對計算出偏差，即可對天線的口徑場幅相進行補償。

具體驗證過程為：1）以天線接收信號的方式將天線與測試系統(tǒng)進行互聯(lián)；2）對天線的初始態(tài)進行測量；3）對測試結果進行反演補償，第一次對口徑場相位進行補償，并再次進行測試；4）第二次對口徑場幅度進行補償，并再次進行測試，觀察補償效果。試驗得到的結果如圖3～5。

圖3 初始態(tài)口徑場幅相分布

從圖3與圖4的對比可以看出，通過口徑反演算法反演的幅相對原口徑場幅相進行補償后，達到了預期的效果，幅相的一致性得到了有效的改善；圖5給出了通過兩次反演補償遠場方向圖的變化?？梢钥闯?，通過兩次反演與補償，方向圖最大副瓣由初始態(tài)的-16.2dB降到了-23.3dB，證明了算法的工程適用性和有效性。

圖4 補償后口徑場幅相分布

圖5 反演補償遠場方向圖對比

4 結語

基于以切向磁流來表征口徑場的幅相特性，文章首先研究了由近場數(shù)據(jù)推導到陣列天線單元口徑場幅相的計算過程，然后進行反演補償實驗測試驗證。結果表明，以切向磁流表征的口徑場幅相反演結果可以有效對口徑場進行補償，證明了此種算法的正確性、有效性及工程實用性。另外，為完善國內近場測試系統(tǒng)，可以直接將其集成于國內近場測試系統(tǒng)中以實現(xiàn)其口徑場反演與診斷的功能。