Г.А. Верба¹, Е.В. Коротецкий², А.М. Шитиков³

1,3 МФТИ (национальный исследовательский университет) (г. Долгопрудный, Россия) 

2,3 ПАО «Радиофизика» (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Управление фазированной антенной решеткой (ФАР) требует учета индивидуальных характеристик каналов, идентичность которых сложно обеспечить при изготовлении. Перед началом работы они должны быть определены с помощью операции калибровки, которая является неотъемлемой частью жизненного цикла большинства современных ФАР.  К настоящему времени не все проблемы калибровки рассмотрены достаточно подробно, например, специфические проблемы, возникающие при калибровке крупных стационарных ФАР. Если для малых антенных решеток хотя бы первичная калибровка после сборки может быть проведена в безэховой камере, то для крупноапертурной стационарной решетки основным вариантом выбора является использование источника калибровочного сигнала на специальной вышке, расположенной неподалеку. При этом положение источника может быть нестабильным из-за ветровых нагрузок, а кроме того, практически невозможно исключить переотражения контрольного сигнала от подстилающей поверхности и элементов окружения. 

Цель работы. Исследовать влияние переотражений контрольного сигнала в более общем виде и предложить способ уменьшения этого влияния.

Результаты. Рассмотрена задача калибровки крупноапертурной стационарной ФАР вне безэховой камеры с использованием источника сигнала на близко расположенной вышке. Показано, что из-за переотражения сигнала от подстилающей поверхности возникают ошибки калибровки, которые при формировании луча приводят к искажению его формы. Проведены оценки искажения формы диаграммы направленности. Рассмотрены варианты уменьшения ошибок. Предложен способ корректировки ошибок, основанный на калибровке в нескольких угловых положениях с последующим усреднением.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть полезны для повышения качества калибровки крупных стационарных антенных решеток.

Верба Г.А., Коротецкий Е.В., Шитиков А.М. Особенности калибровки антенных решеток в условиях переотражения контрольного сигнала // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 4. С. 34−44. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202104-05

1. Бубнов Г.Г. и др. Коммутационный метод измерения характеристик ФАР. М.: Радио и связь. 1988. 120 с.
2. Mano S., Katagi T. A method for measuring amplitude and phase of each radiating element of a phased array antenna // Electronics and Communications in Japan (Part I: Communications). 1982. V. 65. № 5. P. 58−64.
3. Sorace R. Phased array calibration // IEEE Transactions on antennas and propagation. 2001. V. 49. № 4. P. 517−525. 
4. Lee K.M., Chu R.S., Liu S.C. A built-in performance-monitoring/fault isolation and correction (PM/FIC) system for active phasedarray antennas // IEEE transactions on antennas and propagation. 1993. V. 41. № 11. P. 1530−1540.
5. Takahshi T., et al. A simple on-board calibration method and its accuracy for mechanical distortions of satellite phased array antennas // 2009 3rd European Conference on Antennas and Propagation. IEEE. 2009. P. 1573−1577.
6. Aumann H.M., Fenn A.J., Willwerth F.G. Phased array antenna calibration and pattern prediction using mutual coupling measurements // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1989. V. 37. № 7. P. 844−850.
7. Takahashi T., et al. Fast measurement technique for phased array calibration // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2008. V. 56. № 7. P. 1888−1899.
8. Li R., et al. An accurate mid-field calibration technique for large phased array antenna // 2017 Sixth Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP). IEEE. 2017. P. 1−3.
9. Long R., et al. Fast amplitude-only measurement method for phased array calibration // IEEE transactions on antennas and propagation. 2016. V. 65. № 4. P. 1815−1822.
10. He G., Gao X., Zhou H. Fast phased array calibration by power-only measurements twice for each antenna element // International Journal of Antennas and Propagation. 2019. 
11. Shitikov A.M., Bondarik A.V. Multi-element PAA calibration with REV method // 4th International Conference on Antenna Theory and Techniques (Cat. No. 03EX699). IEEE, 2003. V. 2. P. 761−764.
12. Fan X., Li C., Chen Z. The application of REV method for missile-borne phased array antenna calibration // 2012 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT). IEEE. 2012. V. 1. P. 1−4.
13. Korotetskiy Y.V., Shitikov A.M., Denisenko V.V. Phased Array Antenna Calibration with Probe Positioning Errors [Measurements Corner] // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2016. V. 58. № 3. P. 65−80.
14. Шитиков А.М. Сравнение методов обработки сигнала при калибровке цифровых приемных ФАР // Радиотехника. 2019.  Т. 83. № 4. С. 40−46.
15. Шитиков А.М., Саблин А.В., Дурандин С.П. Особенности калибровки фазированных антенных решеток методом REV по движущемуся источнику сигнала // Радиотехника. 2017. № 4. С. 20−27.
16. Афанасенков Ю.М., Шитиков А.М. Калибровка фазированных антенных решеток в условиях помех // Радиотехника. 2010. № 4. С. 46−51.
17. Шитиков А.М., Коротецкий Е.В. Калибровка многоканальных ФАР по перекрывающимся группам каналов // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 10. С. 9−17.