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1. CN204144451 - 阵列天线近场标校装置

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阵列天线近场标校装置


技术领域
本实用新型涉及一种阵列天线近场标校装置,属于航天测控技术领域。
背景技术
测控系统和差跟踪链路相位差及差斜率的变化将导致测控系统跟踪性能恶化,因此需要对其进行角度标校。角度标校即利用信标检测微波统一测控系统远场条件下的和差跟踪链路相位差及差斜率,确保系统良好的跟踪性能。
目前微波统一测控系统广泛使用的标校方法有以下几种:施放信标球光跟加偏法、有线微波自检方法和远场对塔标校方法等,其中远场对塔角度标校是最准确的方法,是其他标校方法的基准。对塔标校方法在远场条件下可以比较方便的标校出跟踪系统的交叉耦合与定向灵敏度,能够反映包括馈源系统在内的所有设备影响。
但随着航天事业的迅速发展,对深空探测的距离越来越远,对天线增益要求也越来越高,孔径越来越大,频率越来越高,而任务前对塔进行角度标校是必经程序,不可避免。为了满足远场条件,标校测试所需的距离达到几十甚至上百公里,同时还会带来“多径”效应干扰等问题,在实际中无法实现。为了解决高频点任务带来的远场对塔角度标校难问题,本实用新型提出了一种利用阵列天线合成准平面波的装置解决高频段测控系统天线近场标校的问题,通过调整喇叭天线元的幅度和相位,以达到不同仰角的准平面波产生要求。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述不足,提供一种阵列天线近场标校装置,它解决了现有标校塔的塔距无法满足高频点远场角度标校的问题。
本实用新型的目的是这样实现的:一种阵列天线近场标校装置,它包括信号源、功分移相网络和阵列天线支架,所述阵列天线支架上设置有9个单喇叭天线,所述9个单喇叭天线呈3*3矩形阵列布置,所述信号源输出端通过射频电缆与功分移相网络输入端相连接,所述功分移相网络输出端分别与9个单喇叭天线相连接。
所述阵列天线支架材料采用铝制合金构成。
所述功分移相网络有1个输入,最大16路输出。
功分移相网络的开关分相位控制开关与增益控制开关,共上下2排;第1排24个为相位控制开关,组成四组2进制相位控制码,每组控制4个喇叭天线,相位控制精度为:360/64=5.6度;第2排24个为幅度控制开关,组成四组2进制幅度控制码,每一位控制精度0.5 dB,幅度控制范围32dB。
与现有技术相比,本实用新型具有以下有益效果:
1、本实用新型在近场条件下,通过架设阵列天线合成准平面波,解决了高频段天线远场角度标校的问题;
2、本实用新型无需在更远的地方重新架标,省去了人员往返的繁琐,同时也很好的避免了因为距离远而标校位置高度不够致使天线仰角较低带来的“多径”效应干扰;
3、本实用新型改变了塔上电磁波的形式,将弧面波变为准平面波,标校结果与测控设备自身无关,可以全面的反映出测控设备的跟踪性能;在无需其他目标配合的情况下,通过数据拟合方法得到高频段天线远场标校的数据关系曲线,实现了不同模式、不同频点、不同链路、不同极化方式及不同外部环境下的远场角度标校,适应于目前各种模式的统一测控系统标校工作;
4、本实用新型适用于不同频点的天线,具有极强的可拓展性,通过功分移相网络调节阵列天线各单喇叭信号的幅度和相位,使得该装置不仅适用于C、X等高频段天线,对于更高频段的天线也适用。采用本实用新型,可以很好的解决近场塔距条件下飞行器测控任务准备过程中的远场对塔标校问题,特别是可以解决目前测控任务繁多,任务前标校数据量大及未知频点、未知测控模式、故障检修后、应急测控需求下重新进行标校的问题,可以更好的为高密度、多模式的飞行器测控任务服务。
附图说明
图1为本实用新型一种阵列天线近场标校装置的结构示意图。
其中:
信号源1
功分移相网络2
单喇叭天线3
阵列天线支架4。
具体实施方式
参见图1,本实用新型一种阵列天线近场标校装置,它包括信号源1、功分移相网络2和阵列天线支架4,所述阵列天线支架4上设置有9个单喇叭天线3,所述9个单喇叭天线3呈3*3矩形阵列布置,所述信号源1输出端通过射频电缆与功分移相网络2输入端相连接,所述功分移相网络2输出端分别与9个单喇叭天线3相连接。
所述阵列天线支架4材料采用铝制合金构成,具有防锈、受力性好、结构稳定等特点,保证了喇叭天线安装后位置的稳定。
所述功分移相网络2有1个输入,最大16路输出。功分移相网络2的开关分相位控制开关与增益控制开关,共上下2排。第1排24个为相位控制开关,组成四组(每组六位控制码,共64种状态)2进制相位控制码,每组控制4个喇叭天线,相位控制精度为:360/64=5.6度;第2排24个为幅度控制开关,组成四组(每组六位控制码,共64种状态)2进制幅度控制码,每一位控制精度0.5 dB,幅度控制范围32dB。
该装置工作原理包括以下步骤:
步骤1、阵列天线支架安装及信号连接
在近场距离条件下的标校塔上安装阵列天线支架、9个单喇叭天线、信号源和功分移相网络,使用射频电缆将信号源输出信号连接至功分移相网络输入口,经功分移相网络输出后分别连接9个单喇叭天线,阵列天线支架、9个单喇叭天线、信号源和功分移相网络形成3*3的阵列天线,能够对外发送电磁信号。
步骤2、功分移相网络参数获取
2.1、信号源开机,设置对应的频点和中强电平信号;
2.2、测控系统设备开机,测控系统天线对准标校塔上阵列天线;对准方式为:测控系统天线接收标校塔上阵列天线发射的信号后,通过转动天线使得伺服AGC电压最大时即已对准;接收塔上阵列天线辐射的电磁信号,测控天线馈源系统激励出和差信号送跟踪接收机,处理后送至MAC主机;
2.3、调整功分移相网络的幅度、相位控制开关,该网络的最大输出是16路,每一路幅度、相位都可以通过功分移相网络进行调整,首先任意设置一个开关状态作为初始状态;
2.4、设置完毕后,岗位人员分别对方位和俯仰进行拉线性测试(交叉耦合和定向灵敏度测试),同时记录下当前幅度、相位开关的设置状态                                               和线性范围大小
2.5、切换功分移相网络上四组幅度、相位的开关,设置为另一种状态,重复步骤2.4,直至线性测试时,方位、俯仰的线性大小基本满足远场条件下的测控设备对塔线性范围大小,得到功分移相网络幅度、相位的开关状态
步骤3、用调整好的阵列天线对测控设备跟踪链路进行角度标校
3.1、塔上功分移相网络、信号源开机,信号源、测控系统分别设置任务目标频点,测控天线对准标校塔,塔上阵列天线发送测控设备下行信号;
3.2、测控天线接收后经馈源系统激励出和差信号送跟踪接收机,跟踪接收机使用自动校相功能得出对塔环境下系统和差通道相位差及差斜率
3.3、更改信号源的频点,更改测控系统的频点,重复进行步骤3.1~3.2,得到不同频点下的对塔相位差数据及差斜率数据;以测控系统频点为横坐标、对塔相位差数据为纵坐标拟合相位差基准数据关系曲线;以测控系统频点为横坐标、差斜率数据为纵坐标拟合差斜率基准数据关系曲线。
本实用新型现在做的阵列天线只使用了3*3的天线阵,已经能够满足当前高频段天线的近场标校,实测数据较好。通过增加天线阵的单喇叭数目,扩大天线阵,能够得到更好的近场标校效果,也可适用于更高频段测控系统天线的近场标校。本实用新型设计的功分移相网络最大可满足4*4 16个单喇叭的天线阵,下一步根据标校需要,可以扩展功分移相网络的端口数来实现各频段测控天线的近场标校。