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相控阵天线通道差错对波束构成的影响

相控阵天线的数字波束形成技术具有多波束、灵活的波束控制和波束重构等优点,但是阵列通道误 差的存在使得这些优越性受到影响。相控阵天线系统的误差可以分为两类,即固定误差和随机误差。固定误差在制造安装时产生

导言

相控阵天线的数字波束构成技能具有多波束、灵敏的波束操控和波束重构等长处,可是阵列通道误 差的存在使得这些优越性受到影响。相控阵天线体系的差错能够分为两类,即固定差错和随机差错。固定差错在制作装置时发生,体系测验时能够精确测出并校对, 本文不考虑这种差错。随机差错又能够分为时刻短差错和长时刻差错,时刻短差错由体系的稳定性决议。本文仅对由温度、时刻等引起的长时刻存在的随机差错进行剖析。这 种差错包含因为热胀冷缩等引起的阵元方位差错,阵元老化等导致的阵元增益差错,各通道内器材参数的不一致引起的幅相差错等。

1、差错建模

首要给出阵元方位差错的模型。恣意阵列的阵列流形矢量能够表明为:

假定每个阵元存在方位差错Δpn = [Δpxn,Δpyn]T,n = 0,1,-,N – 1,则存在方位差错时阵列流形矢量为:

由式(3)得出关于每一个入射信号,阵元方位差错将导致每个阵元接收到的信号呈现相位差错,而这种相位差错与信号频率和入射方向有关。

下面给出阵列通道间幅相差错的模型。由阵元增益差错和各通道内器材参数不一致导致的幅相差错与信号入射视点无关,假定各通道幅相差错是彼此独立的,则存在幅相差错时的阵列流形矢量能够表明为:

式中:δi 表明第i 个通道的起伏增益差错;Φi 表明第i 个通道的相位差错。

由式(3),(4)能够看出,不管是阵元方位差错仍是阵列通道差错,终究都表现为对阵列流形矢量的影响。

2、幅相差错对数字波束构成的影响

不存在幅相差错时,阵列的方向图为:

式中N 为阵元个数,k 为波数函数,pn 为第n 个阵元的坐标,Wn 为各阵元加权,In 表明起伏加权值,Bn 表明相位加权值,θ 表明入射波的俯仰角,φ 为方位角。

2.1、幅相差错对主瓣增益的影响

当存在幅相差错时天线的远场辐射方向图为:

可见,阵列通道的起伏差错和相位差错都会影响方向图的主瓣增益,而当阵列阵元数较大时,阵列天线主瓣增益的损耗首要取决于其相位差错。

2.2、幅相差错对波束指向的影响

下面剖析阵列通道间幅相差错对波束指向的影响。均匀分布的阵列(相邻阵元的距离持平)指向差错的方差可由式(10)得到:

式中σ2Φ 为通道相位差错的方差;Ii 为第i 个阵元的起伏加权;xi 为第i 个阵元的坐标除以阵元距离d。

由上式可得阵列天线的波束指向差错首要取决于相位差错,而且与阵元数成反比,当阵元数较大时,幅相差错对波束指向差错的影响较小。

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