一種天線相位自動配對的設計方法

許放 趙學陽

摘?要：電子對抗系統的天線陣列對單元天線的相位一致性要求非常高，天線的相位一致性直接影響電子對抗系統對輻射源測向、定位的精度。本文提出了一種對多個單元天線相位自動配對的設計方法，并對相位自動配對實現要點進行重點闡述，基于已實現的自動配對軟件進行了示例設計。

關鍵詞：相位自動配對;電子對抗系統;單元天線;天線陣列;相位一致性;測向

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

電子對抗系統[6]的天線陣列[1][2]對單元天線[3]的相位一致性[4]要求非常高，單元天線之間的相位一致性直接影響電子對抗系統對輻射源測向、定位的精度。因此，在單元天線組陣之前，需要對多個單元天線進行相位配對，相位配對的難點在于：

（1）生產任務中需要配相的天線批次多，均需要人工將滿足相位一致性的天線進行配對，據相關數據統計，100個單元天線5個天線為一組且滿足相位一致性要求X°的條件下，人工配相的時間為5天，耗費時間太長。

（2）若僅依靠人工配相，無法將相位一致性最優的單元天線配為一組，且有大概率會在一個批次中剩余多個相位一致性不滿足指標要求的單元天線，導致批次中多個單元天線返工，增加天線生產成本。

本文提出了一種對多個單元天線相位自動配對的設計方法，極大地提升了生產中相位配對的效率，降低了生產成本。本文第二節對相位自動配對實現流程進行闡述，第三節基于已實現的天線相位自動配對軟件進行了示例展示，最后一節是結論和評述。

1 天線相位自動配對實現方法

天線相位自動配對主要基于對不同編號的單元天線在不同頻率下的相位作相位差的窮舉運算來實現，具體步驟如下，流程圖見圖1：

（1）對完成相位測試的單元天線進行編號，以單元天線編號為縱坐標，以單元天線的每個頻率值為橫坐標建立運算矩陣。

（2）提取每個單元天線在不同頻率下的相位值，以天線編號最小值為起點，迭代計算單元天線之間在不同頻率下的相位差，直至最后一個編號的單元天線計算完畢。

（3）比較相位差與相位一致性的指標值。

（4）輸出相位差不滿足指標要求的單元天線編號，滿足相位一致性要求的天線均可相位配對。

（5）重復步驟（2）（3）（4），并去掉之前組合出現過的天線編號，直至所有單元天線均進行運算。

（6）計算完成后，迭代選取各種組合中天線編號個數最多幾組值。

（7）輸出被選取幾組天線編號。

（8）運算完成。

2 應用舉例

天線相位自動配對的設計方法已運用在天線的工程研制及生產中，圖2是天線相位自動配對的軟件界面，根據單元天線相位測試數據，輸入需要配對的天線編號、頻率范圍、每組配對個數以及相位一致性要求，圖3為軟件運算后結果，軟件輸出達到相位一致性要求的天線配對編號，同時給出因相位超差而不能配對的天線編號。

任意選取一組配好對的單元天線相位數據進行驗證，天線的相位值見圖3，相位差見圖4，由圖可見，配對后的天線相位一致性符合指標要求。

3 結論及評述

通過天線相位自動配對設計方法可以獲得下列好處：

（1）極大地提高了天線相位配對效率：相較人工對100個單元天線5個天線為一組且滿足相位一致性要求X°的條件下需要5天的工時，使用天線相位自動配對方法在1分鐘內就能完成。

（2）降低了生產成本：人工配相有大概率會剩余多個相位一致性不滿足指標要求的單元天線，導致單元天線返工，提高了生產成本;由于天線相位自動配對方法采用了窮舉法，不會有相位一致性不滿足指標的剩余單元天線存在，降低了生產成本。

（3）提高了電子對抗系統天線陣性能：人工配相極難將天線相位一致性最優的單元天線配為一組，天線相位自動配對方法可將相位一致性最優的單元天線配為一組。

參考文獻：

[1]張承暢，余灑，羅元，徐余，陳銀鋒.基于Matlab的陣列天線方向圖仿真[J].實驗技術與管理，2020，08.

[2]張健，劉小倩，劉燕，李茹.平面結構陣列天線的仿真分析[J].微處理機，2019，03.

[3]劉克成，宋學誠.天線原理.國防科技大學出版社，1989.

[4]阮成禮.超寬帶天線理論與技術.哈爾濱工業大學出版社，2005.

[5]陳小娟，袁乃昌.平面螺旋天線的設計與實現[J].雷達與對抗，2004（04）.

[6]周一宇，安瑋，郭福成.電子對抗原理與技術.電子工業出版社，2014.

項目基金：國防科技重點實驗室基金（6142105190312）

作者簡介：許放（1988—），男，碩士，工程師，研究方向：電子對抗總體技術;趙學陽（1989—），男，碩士，工程師，研究方向：硬件開發。