基于切向磁流的近场-口径场变换∗

（91404部队 秦皇岛 066000）

1 引言

天线近场诊断的基本原理是通过测量天线近区场的分布逆推出天线口径场的分布或天线各辐射单元的激励电流，从而判断出口径场或激励电流发生畸变的位置以及所对应的辐射单元，达到对天线进行“诊断”的目的［1］。由于平面近场测量技术是近场测量技术中研究最早、应用最多的测量方法，因而国内外学者对将平面近场测量技术用于天线口径场的诊断这一问题进行了大量的研究，并取得了不少研究成果［10～12］。

但是，目前使用口径场诊断主要是以切向电流来表征口径场的幅相分布。而对于由振子型单元组成的阵列天线而言，其口径面上切向磁场的抽样值更能表征阵列单元间的相对幅相分布［2～3］。本文根据平面波耦合公式，由近场数据变换到以切向磁流表征的口径场幅相分布，并通过实际测试的方式对结果进行了验证。

2 以切向磁流表征的口径场幅相

近场到口径场变换过程是基于耦合公式，通过建立探头和天线波谱之间的关系，最终得到进行探头补偿后天线的远场方向图。

由平面近场天线测量的耦合公式可知［3］

在探头为水平线极化时，即式（1）所对应的情况下，探头坐标系与天线坐标系的关系如图1所示［4］。

图1 探头坐标系与天线坐标系的关系

由图1可以看出：

在探头为垂直线极化时，即式（2）所对应的情况下，探头坐标系与天线坐标系的关系如图2所示［9］。

图2 探头坐标系与天线坐标系的关系

由图2可以看出：

将式（4）、式（6）代入式（1）、式（2），并注意到式（3）、式（4），可得

由z=h平面上的磁场为

若取h=0，则可得到阵列天线口径面上的切向磁场，进而便可抽取出其在各辐射单元位置处的值，即可得到阵列天线各单元的幅相值。

3 诊断实验验证

为对上述近场-口径场变换算法进行验证，笔者进行了大量的计算机模拟仿真及实际测试结果验证，在此限于篇幅，仅给出实验验证过程。实验验证天线为某波段阵列天线，测试场地为某大型进口微波暗室。被测天线架设在底车转台上，天线阵面面向采样架。被测天线几何尺寸为4m*2m，探头与天线相距1m，天线阵面几何中心离地高度3.5m。调节转台的水平与俯仰，以保证天线阵面与探头垂直。通过变换算法得到天线的实际口径分布，然后与理论幅相分布比对计算出偏差，即可对天线的口径场幅相进行补偿。

具体验证过程为：1）以天线接收信号的方式将天线与测试系统进行互联；2）对天线的初始态进行测量；3）对测试结果进行反演补偿，第一次对口径场相位进行补偿，并再次进行测试；4）第二次对口径场幅度进行补偿，并再次进行测试，观察补偿效果。试验得到的结果如图3～5。

图3 初始态口径场幅相分布

从图3与图4的对比可以看出，通过口径反演算法反演的幅相对原口径场幅相进行补偿后，达到了预期的效果，幅相的一致性得到了有效的改善；图5给出了通过两次反演补偿远场方向图的变化。可以看出，通过两次反演与补偿，方向图最大副瓣由初始态的-16.2dB降到了-23.3dB，证明了算法的工程适用性和有效性。

图4 补偿后口径场幅相分布

图5 反演补偿远场方向图对比

4 结语

基于以切向磁流来表征口径场的幅相特性，文章首先研究了由近场数据推导到阵列天线单元口径场幅相的计算过程，然后进行反演补偿实验测试验证。结果表明，以切向磁流表征的口径场幅相反演结果可以有效对口径场进行补偿，证明了此种算法的正确性、有效性及工程实用性。另外，为完善国内近场测试系统，可以直接将其集成于国内近场测试系统中以实现其口径场反演与诊断的功能。