酉矩阵在相控阵天线监测中的应用.doc

3 酉矩阵在相控阵天线监测中的应用 伟 ,冯文文33 李 磊 ,汪 (华东电子工程研究所 ,合肥 230031) 摘 要 :给出了相控阵天线监测的数学模型 ,证明了当加权为酉矩阵时监测误差最小 。通过酉 矩阵将多种相控阵天线的监测方法有机地统一起来 ,并详细描述了单位矩阵 、离散傅里叶变换 的核矩阵、H adam a rd矩阵在相控阵天线监测中的具体应用。 关键词 :酉矩阵 ;相控阵天线 ;监测 中图分类号 : TN 821. 8 文献标识码 : A 文章编号 : 1009 20401 ( 2009 ) 04 - 0038 - 05 The app lication of unitary matrix in monito ring phased array antennas L I L ei, W AN G W ei, FEN G W en 2w en ( East C h ina R esea rch Institu te of E lectron ic Eng ineering, H efei 230031 ) A b stra c t: The m a them a tica l mode l fo r mon ito ring p ha sed a rray an tenna s is in troduced. It is ve rified tha t the lea st mon ito ring e rro r is ob ta ined when the we igh ting is a un ita ry m a trix, wh ich m ay un ify va riou s mon ito ring m e thod s. B e side s, the app lica tion s of the iden tity m a trix, the nuc lea r m a trix of the d isc re te Fou rie r tran sfo rm , and the H adam a rd m a trix in mon ito ring p ha sed a rray an tenna s a re e2 labo ra ted. Keyword s: un ita ry m a trix; p ha sed a rray an tenna; mon ito ring 1 引 言 通过监测 ,可以获得各通道的幅相特性 ,从而确定天线 的实际工作情况 ,并对天线的性能进行评估。当天线 特性不能满足系统要求时可采取相应的补偿措施 ,如 调整各通道的可调幅相器件、更换失效单元、对天线方 向图进行重新综合等 。 根据实际应用的不同 ,相控阵天线的监测可以采 相控阵天线是一种多通道的阵列天线 , 通过控制 各个通道的幅度和相位来形成所需要的波束形状和指 向。由于器件的不一致性、制造公差、装配误差等多种 原因 ,相控阵天线的各通道会存在幅度和相位误差 ,从 而使相控阵天线的增益下降、副瓣升高以及指向偏离 , 因此相控阵天线的幅相误差需要进行校正。校正的方 法有远场测量法、近场测量法、基于互耦的方法等 ,通 过校正得到各通道之间的幅度与相位误差 ,然后对相 控阵天线中的可调幅相器件进行相应的调整 ,即可实 现所需的天线特性。 校正完毕的天线在实际使用时其性能将受到温度 变化的影响 ,同时还存在老化、失效 、元器件的更换等 问题 ,多通道的传输特性将发生不同程度的变化。这 些问题将使天线的状态偏离校正状态 ,引起天线性能 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 用逐一法 、换相法 、旋转矢量法 等方法 。多种 方法在形式上虽然各不相同 ,但其基本的思想均是通 过多次改变各通道的加权获得多个输出信号 ,然后通 过反演得到各通道的幅相特性。 本文给出了相控阵天线监测的数学模型 ,通过数 学分析证明 : 当各通道的加权为酉矩阵 (或常数与酉 矩阵的乘积 ) 时 , 监测误差最小。文中通过酉矩阵将 多种相控阵天线的监测方法有机地统一起来 ,并详细 描述了单位矩阵 、离散傅里叶变换的核矩阵、H ad2 am a rd矩阵在相控阵天线监测中的具体应用 。  2 监测的模型及数学分析 2. 1 相控阵天线监测的数学模型 根据阵列单元信号采样或测试信号注入路径 (测 试信号源产生和放置位置 ) 的不同 , 监测方法可分为 内监测与外监测两大类 [ 1 ] 。 内监测的原理图如图 1 所示 ,这种方法的测试信 号的注入路径为天线单元后的定向耦合器。监测接收 通道时 , 激励信号经过监测网络至定向耦合器 , 经各 通道的幅度 、相位调整设备 ,通过波束形成网络合成 。 监测发射通道