弹载相控阵前端天线方向图仿真与实测对比实验

对有限阵列的嵌入式阵元进行仿真，在仿真过程中忽略由于每一阵元带来的边缘效应，当独立阵元放置在阵元中时，阵元的发射方向图会发生变化，导致阵面方向图误差，因此将单一的阵元替换为嵌入式阵元的模式进行方向图模拟。相控阵天线阵面包含96个阵元，每一阵元之间间隔均为半波长，则发射波束方向图如图5-7所示。

利用仿真软件实现的相控阵方向图能够实现方位向的波束扫描，利用嵌入式天线模式进行的方向图仿真更加接近理想的相控阵方向图。如图5-7（e）、（f）所示，相控阵阵元规模越大，得到的方向图越接近理想方向图。

但是在相控阵波束扫描过程中，在边缘处的方向图会受到限制。与探测器实际探测过程中的方向图幅度规律相符，由于前视天线罩的遮挡以及材料的波束损耗，前视探测方向图边缘存在幅度急剧下降的现象。

利用实验室现有条件对相控阵探测器样机的前端天线方向图进行验证，以说明仿真天线方向图的可行性，在暗室中测量相控阵探测器的水平方向与俯仰方向的和、差通道方向图，35 GHz载频条件下的部分方向图数据如表5-1、表5-2所示。

图5-7　弹载相控阵探测器仿真方向图结果

（a）不同阵元模式下垂直阵列方向图；（b）不同阵元模式下水平阵列方向图

图5-7　弹载相控阵探测器仿真方向图结果（续）

（c）归一化不同阵元模式下垂直阵列方向图；（d）归一化不同阵元模式下水平阵列方向图

图5-7　弹载相控阵探测器仿真方向图结果（续）

（e）归一化不同规模下垂直平面方向图；（f）归一化不同规模下水平平面方向图

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图5-7　弹载相控阵探测器仿真方向图结果（续）

（g）水平相控阵平面扫描方向图

表5-1　探测器前端天线和方向图数据

表5-2　探测器前端天线差方向图数据

如表5-1与表5-2所示，利用实验室现有条件结合微波暗室，获取弹载相控阵探测器前端发射天线的和、差方向图数据，将其与仿真方向图相比用以验证和、差方向图仿真方法的可行性。探测器实测方向图数据结果如图5-8所示。

图5-8　探测器实测方向图数据结果（书后附彩插）

（a）不同频率下的方位差通道方向图

图5-8　探测器实测方向图数据结果（续）（书后附彩插）

（b）不同频率下的俯仰差通道方向图；
（c）不同频率下的和通道方向图

实测三通道的方向图由于受到了实际测量过程中的试验条件的限制，出现了如图5-8中和、差方向图中心偏移的情况，实测方向图的中心位置约位于-0.5°，与理想条件下的仿真方向图（中心位置为0°）结果存在误差，会造成方位向与俯仰向测角结果存在误差。本章节利用理想条件下的三通道方向图进行仿真实验，验证算法的可行性与优越性。