一种天线相位自动配对的设计方法

    许放 赵学阳

    

    

    

    摘?要：电子对抗系统的天线阵列对单元天线的相位一致性要求非常高，天线的相位一致性直接影响电子对抗系统对辐射源测向、定位的精度。本文提出了一种对多个单元天线相位自动配对的设计方法，并对相位自动配对实现要点进行重点阐述，基于已實现的自动配对软件进行了示例设计。

    关键词：相位自动配对;电子对抗系统;单元天线;天线阵列;相位一致性;测向

    Abstract：The antenna array of ECM system requires high phase consistecy of the antenna elements due to the fact that the phase consistency directly affects the accruracy of the system for emitter DF and location.This paper presents a method for designing automatic phase match of multiple antenna elements，specially explains the key points for realizing such match，and introduces an example designed based on the realized aotomatic match software.

    Key words：Automatic phase match of multiple antenna;Electronic countermeasures system;Unit antenna;Antenna array;Phase consistency;Direction finding

    电子对抗系统[6]的天线阵列[1][2]对单元天线[3]的相位一致性[4]要求非常高，单元天线之间的相位一致性直接影响电子对抗系统对辐射源测向、定位的精度。因此，在单元天线组阵之前，需要对多个单元天线进行相位配对，相位配对的难点在于：

    （1）生产任务中需要配相的天线批次多，均需要人工将满足相位一致性的天线进行配对，据相关数据统计，100个单元天线5个天线为一组且满足相位一致性要求X°的条件下，人工配相的时间为5天，耗费时间太长。

    （2）若仅依靠人工配相，无法将相位一致性最优的单元天线配为一组，且有大概率会在一个批次中剩余多个相位一致性不满足指标要求的单元天线，导致批次中多个单元天线返工，增加天线生产成本。

    本文提出了一种对多个单元天线相位自动配对的设计方法，极大地提升了生产中相位配对的效率，降低了生产成本。本文第二节对相位自动配对实现流程进行阐述，第三节基于已实现的天线相位自动配对软件进行了示例展示，最后一节是结论和评述。

    1 天线相位自动配对实现方法

    天线相位自动配对主要基于对不同编号的单元天线在不同频率下的相位作相位差的穷举运算来实现，具体步骤如下，流程图见图1：

    （1）对完成相位测试的单元天线进行编号，以单元天线编号为纵坐标，以单元天线的每个频率值为横坐标建立运算矩阵。

    （2）提取每个单元天线在不同频率下的相位值，以天线编号最小值为起点，迭代计算单元天线之间在不同频率下的相位差，直至最后一个编号的单元天线计算完毕。

    （3）比较相位差与相位一致性的指标值。

    （4）输出相位差不满足指标要求的单元天线编号，满足相位一致性要求的天线均可相位配对。

    （5）重复步骤（2）（3）（4），并去掉之前组合出现过的天线编号，直至所有单元天线均进行运算。

    （6）计算完成后，迭代选取各种组合中天线编号个数最多几组值。

    （7）输出被选取几组天线编号。

    （8）运算完成。

    2 应用举例

    天线相位自动配对的设计方法已运用在天线的工程研制及生产中，图2是天线相位自动配对的软件界面，根据单元天线相位测试数据，输入需要配对的天线编号、频率范围、每组配对个数以及相位一致性要求，图3为软件运算后结果，软件输出达到相位一致性要求的天线配对编号，同时给出因相位超差而不能配对的天线编号。

    任意选取一组配好对的单元天线相位数据进行验证，天线的相位值见图3，相位差见图4，由图可见，配对后的天线相位一致性符合指标要求。

    3 结论及评述

    通过天线相位自动配对设计方法可以获得下列好处：

    （1）极大地提高了天线相位配对效率：相较人工对100个单元天线5个天线为一组且满足相位一致性要求X°的条件下需要5天的工时，使用天线相位自动配对方法在1分钟内就能完成。

    （2）降低了生产成本：人工配相有大概率会剩余多个相位一致性不满足指标要求的单元天线，导致单元天线返工，提高了生产成本;由于天线相位自动配对方法采用了穷举法，不会有相位一致性不满足指标的剩余单元天线存在，降低了生产成本。

    （3）提高了电子对抗系统天线阵性能：人工配相极难将天线相位一致性最优的单元天线配为一组，天线相位自动配对方法可将相位一致性最优的单元天线配为一组。

    参考文献：

    [1]张承畅，余洒，罗元，徐余，陈银锋.基于Matlab的阵列天线方向图仿真[J].实验技术与管理，2020，08.

    [2]张健，刘小倩，刘燕，李茹.平面结构阵列天线的仿真分析[J].微处理机，2019，03.

    [3]刘克成，宋学诚.天线原理.国防科技大学出版社，1989.

    [4]阮成礼.超宽带天线理论与技术.哈尔滨工业大学出版社，2005.

    [5]陈小娟，袁乃昌.平面螺旋天线的设计与实现[J].雷达与对抗，2004（04）.

    [6]周一宇，安玮，郭福成.电子对抗原理与技术.电子工业出版社，2014.

    项目基金：国防科技重点实验室基金（6142105190312）

    作者简介：许放（1988—），男，硕士，工程师，研究方向：电子对抗总体技术;赵学阳（1989—），男，硕士，工程师，研究方向：硬件开发。