一种恒电长度干涉仪分析的新方法

　　1　引言

　　恒电长度干涉仪的特点是基线和波长之比为一常数,即两天线间的电长度恒定且与频率无关,在很宽的频带范围内只需鉴别出两天线间的相位差就可以给出信号的精确入射角信息。对于典型的固定基线干涉仪则需要多基线来消除宽频带范围内的测角模糊,且解模糊计算时需要频率信息。因此,恒电长度干涉仪的相应设备量可以大为减少,并且恒电长度干涉仪的测向精度在整个频带范围内分布比较均匀。在恒电长度干涉仪研制过程中,通常是采用对数周期天线组成天线阵,此时主要面临的问题是如何精确地测量天线相位中心随频率的变化情况,并以此数据来调整两个天线的空间相对位置,以形成恒电长度干涉仪。本文从恒电长度干涉仪的原理出发,提出一种相位扫频的测试分析方法,既能对天线阵进行精确调整,又能避开单个天线的繁杂相位中心定位测量。

　　2　恒电长度干涉仪原理

　　用倾斜的2个对数周期天线可以组成2元干涉仪阵。理论上可以通过2天线的间距与轴向谐振区的关系来导出1个数学关系式。该式从理论上表明干涉仪测向可以不随频率变化。

　　对数周期天线的电性能对频率的对数呈周期性,在频率f时具有的特性,将在频率为τnf时重复出现。在1个周期内,天线的方向特性是波动的。如果间隔比例因子τ很接近1,实际上可看作非频变的天线。图1为一个对数周期天线的尺寸示意图,两列振子顶端连线相交于轴线延长线上的1点,该点称为虚顶点。对数周期天线所有的结构尺寸变化,均与到该虚顶点的距离成比例:

式中,Rn是顶点到第n个臂的距离,各频率点的谐振区域的关系为:

　　各频率点的有效区对应于对数周期天线振子臂长为半波长谐振区域,即长度为x的振子和对应的工作波长之间的关系为:

　　该振子到虚顶点的距离为:

式中θ为对数周期天线的半顶角。

　　图2为两个对数周期天线组成的恒电长度干涉仪阵顶视图。两个天线虚顶点重合位置为o点,2个天线之间的夹角为2γ,天线顶端距离虚顶点的距离为R。

　　2个天线的夹角2γ可由所需要的电长度得到,即随频率变化的所需要的电长度为De=D/λ,从侧视图可以得到:

　　电长度为:

　　将上式代入到干涉仪的方程中可以得到两天线的相位差:

　　因此,两天线间的相位差和信号频率无关,只与对数周期天线的半顶角θ、两天线夹角2γ以及信号的入射角AOA3个变量有关,这说明2个对数周期天线恰当安装,可以形成恒电长度干涉仪。

　　3　天线相位中心的测试