0前言
有源相控阵雷达具有波束指向和波束形状快速变化的本领，易于形成多个波束，能在空间实现信号功率的合成[1]。有源相控阵天线在幅相控制精度能够得到保证的情况下，可以形成十分接近理论的波束形状[2]。但是在实际应用过程中，相控阵雷达各通道受到低噪声放大、功率放大、变频处理等电路的影响，以及不同通道间馈电网络存在差异性。任一环节存在偏差都会引起通道间的不一致，具体变现为各通道间的幅度、相位存在一定的偏差。
相控阵雷达各通道间幅相不一致的情况下，在数字波束形成(DBF)时，形成的波束会发生畸变，如副瓣电平提高、主瓣波束展宽、波束指向错误等，所以幅相一致性校正是相控阵雷达在工程应用中必须解决的问题。而获取正确的校正功分网络参数，是各通道进行校正补偿的前提。
1收/发通道校正
通道的校正分为通道的有源校正和天线、馈线等无源校正，对有源器件来说，由于环境参数、电压波动、批次间存在差异性等因素，导致每次开机时信号产生的幅度和相位偏差是不一致的，必须在每次开机后进行校正，而这个校正可以通过雷达内部测试信号来校正，即用内场校正来实现。对无源器件来说，每次开机对信号产生幅度和相位的偏差是一致的或者说偏差是可忽略的。因此在天线完成之后，在暗室给校正功分网络做一次完整的参数测试，之后再利用外场测试信号做一次完整的外场校正测试，通常只需进行一次测试。经过这两次的测试，就可以为雷达收/发通道校正提供足够的通道参数支撑。某型相控阵雷达的收/发校正通道的组成如图1所示。
雷达正常工作时，从回波经过的路径上看，回波信号从天线进入，经过馈线进入接收通道。天线和馈线等无源器件的校准可通过外场来校正，接收通道中有源器件的校准可通过内场校正来校正。
雷达进行发射校正时，从射频信号经过的路径看，放大后的射频信号经过耦合校正网络，此时大部分能量通过天线向空间辐射，只有少量耦合信号通过耦合校正网络进入到校正功分网络。
图1 收/发通道校正组成框图
2校正功分网络测试
从第一节中可知，校正功分网络的实际参数是收/发通道校正补偿的必备参数。因此该参数的测试结果正确与否也就决定了各收/发通道能否得到正确的校正补偿。下文以某型相控阵雷达的校正功分网络为例进行说明。该校正网络由2560个天线单元、256个耦合校正网络、4个1/16功分器、1个1/4功分器、64个吸收负载和若干射频连接电缆组成，如图2所示。
图2 校正功分网络组成及测试图
在对每个通道进行校正网络参数测试时，网络分析仪两个端口一端固定连接在校正功分网络最终的合成口（本文的合成口为1/4功分器的合成口），另一端则轮流连接天线阵面的所有2560个天线端口。在测试时采用两种不同的方法进行测试。方法一：测试时，将正在测的天线以外的天线单元端口全部接上负载(50欧姆匹配吸收负载)。方法二：测试时所有天线端口均不接负载，测试时仅变换测试端口。随机抽取一个天线端口，按照方法以一测试后，用Matlab处理测试结果如图3所示
图4 方法二相位测试结果
方法一测试的通道相位变化曲线连续和顺滑，通道插损带内起伏3.3dB；方法二测试的通道相位变化曲线不连续不顺滑，通道插损带内起伏10.5dB。最后，将这两种测试方法所获得的参数数据带入雷达系统进行补偿后，使用方法一的测试参数获得了良好的效果，使用方法二的测试数据则使得雷达根本无法正常工作。
3天线耦合对内校正影响分析
将天线阵面看作一个，N×N的天线阵列，有N×N端口网络，当被测天线单元连接上网络分析仪port2口时，其可看作一个激励源通过天线向空间辐射能量。为抓住主要矛盾、简化模型，仅考虑Sij受激励天线的耦合影响，暂不考虑其他端口在接收到激励单元耦合的电磁波后对Sij产生的综合作用。利用S参数可以很好地描述单元之间的耦合，天线阵列的S参数矩阵为
（1）
式中，Sij表示第i行j列天线单元，受被测天线互耦影作用影响下的S参数。
为了验证天线单元之间存在互耦效应，利用网络分析仪进行不同间隔距离的端口之间的隔离度/耦合度测试。经过测试发现，距离被测天线最近的天线单元（间隔在1个波长左右），它们之间的耦合强度在-15dB左右；选取天线阵面上距离最远的天线单元（间隔在30个波长左右），耦合强度在-50dB左右。天线单元之间的耦合强度随天线单元间距的加大而迅速减小。
方法二测试时，被测天线端口向空间辐射出绝大部分的能量，由于天线单元之间的互耦作用，相当一部分的能量会进入临近的天线单元，进入的信号能量又由于没有负载来吸收，呈断路状态，则又出现全反射，从该天线再向外辐射，能量来回通过耦合校正网络时，又会通过其各自的校正功分通道将一部分能量传送到接收端口（port1）。此时网络分析仪的接收端口（port1），除了收到了被测天线单元通过校正功分网络传输过来的测试信号，还接收到了其余端口因天线之间的耦合等作用因素进入的干扰信号，这些干扰信号的能量相较于被测天线单元通过校正功分网络传输过来的能量来说是不可忽略的。这就导致了方法二测试的结果无论是插损还是相位都与正确结果大相径庭。
4结束语
在进行校正通道的测试时切不可忽视天线互耦所带来的影响，更不要因为测试麻烦而不将被测天线单元以外端口接上吸收负载。另外，T/R组件在未上电时处于负载态，即可以利用T/R组件来作为吸收负载从而减小吸收负载的使用数量。只有使用正确的测试方法才能得到正确的测试结果，才能真正的节省时间提高效率。
参考文献：
[1]张光义.相控阵雷达原理[D].国防工业出版社.2009.
[2] Bassem R.Mahafza ．雷达系统设计仿真［M］．北京：电子工业出版社，2009.
[3] 丁鹭飞 耿富录 .雷达原理（第三版）[M].西安电子科技大学出版社.
