CN102983411A - 一种自动极化调整天线系统的极化校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动极化调整天线系统的极化校准方法，涉及通信领域中的极化校准方法，自动极化调整天线系统由水平极化天线、垂直极化天线、自动极化调整模块、极化控制电路等部件组成，所述的自动极化调整模块由第一、第二放大器及其匹配电路、第一、第二数控移相器、第一、第二数控衰减器、合路器/分路器组成，它采用自动调整正交双线极化单元幅度比例的方法完成自动极化调整功能，并采用自动校准方法完成极化校准过程。该方法具有调整速度快可实现时时调整、调整效果好、不改变天线的轮廓等优点。本发明适用于制造卫星通信或其它通信系统中具有极化调整功能的天线，特别适用于移动载体的低轮廓卫星通信天线。

Description

一种自动极化调整天线系统的极化校准方法

技术领域

本发明涉及通信领域中的一种天线技术，适用于制造卫星通信或其它通信系统中具有极化调整功能的天线系统及其极化校准方法。

背景技术

目前在通信系统中使用的可进行极化调整的天线有以下几种形式，在性能上虽各有特点，但均存在某种不足。

1、利用机械转动天线或天线馈源的方式，可实现手动或电动极化调整，但主要缺点有：采用机械转动的方式，调整速度慢；如果天线为阵列形式，则需要把整个天线进行旋转，增加天线结构的复杂度，并且当天线的绕极化轴转动时，可能引起天线高度的增加。

2、利用转动馈电波导方向的方式，可实现手动或电动极化调整，但主要缺点有：该方法还是采用机械转动的方式，调整速度慢；这种方法只适合波导形式馈电的圆口径喇叭天线和用圆口径喇叭作为馈源的反射面天线，其它形式的天线无法采用该方式。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种自动极化调整天线系统的极化校准方法。本发明采用自动调整正交双线极化单元幅度比例的方法完成自动极化调整功能，并采用自动校准方法完成极化校准过程。该方法具有调整速度快可实现时时调整、调整效果好、不改变天线的轮廓等优点，适用于制造卫星通信或其它通信系统中具有极化调整功能的天线，特别适用于移动载体的低轮廓卫星通信天线。

一种自动极化调整天线系统的极化校准方法，所述天线为接收天线，由水平极化天线和垂直极化天线组成，主要借助于自动极化校准系统来实现的，所述自动极化校准系统包括待极化校准的天线、测试转台、频谱分析仪、接口转换器、计算机、信标天线、极化旋转装置、信号源和信标塔，计算机通过接口转换器控制待极化校准的天线中的第一、第二数控移相器和第一、第二数控衰减器，同时通过接口转换器读取频谱分析仪的功率电平值，实现自动极化调整，包括步骤：

1、将信标天线旋转至某一角度θ，将待极化校准的天线法向对准信标天线接收信号，信号源发射信号并通过信标天线发出；

2、自动极化调整模块中的移相器和衰减器均设置在0°或0dB状态，分别用频谱分析仪测定并用计算机记录单独水平极化天线和单独使用垂直极化天线作为接收天线时，自动极化调整模块输出端口的接收电平值；

3、调整第一、第二数控衰减器，将水平极化天线和垂直极化天线的接收信号的电平调整一致，调整后第一、第二数控衰减器的值分别为A1和A2；

4、改变第二数控移相器的值，测量自动极化调整模块输出端口的接收电平值，记录接收电平值达到最大值时的相位值φ0；

5、第二数控移相器的相位值设置成φ＝φ0+180°，记录自动极化调整模块输出端口的电平值C(单位dBm)，该值为极化角在θ±90°(当θ＞0时取负号，当θ＜0时取正号)时的交叉极化电平；

6、将信标天线旋转90°，即转到θ±90°位置，第二数控移相器的相位值仍为φ＝φ0+180°，记录自动极化调整模块(3)输出端口的电平值，此时为主极化电平M(单位dBm)；

7、记录得到的极化角为θ±90°时，第一、第二数控衰减器以及第二数控移相器对应值A1、A2和φ，即此时自动极化调整模块中的这些器件调整到此状态，待极化校准的天线10就形成θ±90°方向的极化状态，此时该天线的交叉极化隔离度为：M-C(dB)。

一种自动极化调整天线系统的极化校准方法，所述天线为发射天线，由水平极化天线和垂直极化天线组成，主要借助于自动极化校准系统来实现的，所述自动极化校准系统包括待极化校准的天线、测试转台、频谱分析仪、接口转换器、计算机、信标天线、极化旋转装置、信号源和信标塔，计算机通过接口转换器控制待极化校准的天线中的第一、第二数控移相器和第一、第二数控衰减器，同时通过接口转换器读取频谱分析仪的功率电平值，实现自动极化调整，包括步骤：

1、将信标天线旋转至某一角度θ，将待极化校准的天线法向对准信标天线发射信号，信标天线接收信号并传送给频谱分析仪；

2、自动极化调整模块中的移相器和衰减器均设置在0°或0dB状态，分别用频谱分析仪测定并用计算机记录单独水平极化天线和单独使用垂直极化天线作为发射天线时，信标天线传送给频谱分析仪的接收电平值；

3、调整第一、第二数控衰减器，将水平极化天线和垂直极化天线的发射信号的电平调整一致，调整后第一、第二数控衰减器的值分别为A1和A2；

4、改变第二数控移相器的值，测量信标天线传送给频谱分析仪的接收电平值，记录接收电平值达到最大值时的相位值φ0；

5、第二数控移相器的相位值设置成φ＝φ0+180°，记录信标天线传送给频谱分析仪的接收电平值C(单位dBm)，该值为极化角在θ±90°(当θ＞0时取负号，当θ＜0时取正号)时的交叉极化电平；

6、将信标天线旋转90°，即转到θ±90°位置，第二数控移相器的相位值仍为φ＝φ0+180°，记录信标天线传送给频谱分析仪的接收电平值，此时为主极化电平M(单位dBm)；

7、记录得到的极化角为θ±90°时，第一、第二数控衰减器以及第二数控移相器对应值A1、A2和φ，即此时自动极化调整模块中的这些器件调整到此状态，待极化校准的天线10就形成θ±90°方向的极化状态，此时该天线的交叉极化隔离度为：M-C(dB)。

本发明相比背景技术有如下优点：

1、本发明利用自动调整正交双线极化单元幅度比例的方法完成自动极化调整功能，具有调整速度快、调整效果好、不改变天线的轮廓等优点。

2、本发明的自动极化调整模块3采用模块化设计，不仅可实现极化调整功能，并且具有很小的尺寸和重量，可方便用于小型化天线中。

3、本发明采用自动校准方法完成极化校准过程，校准过程快、精度高。

4、本发明不需要机械转动，极化调整时不会引起天线高度增加；本发明可实现自动极化调整，调整速度快；本发明可适用于各种形式的天线。

附图说明

图1是本发明的电原理组成框图。

图2是本发明自动极化调整模块3的电原理组成框图。

图3是本发明的天线系统作为接收天线时的校准系统组成框图。

图4是本发明的天线系统作为发射天线时的校准系统组成框图。

图5是本发明的天线系统作为接收天线时的极化校准方法流程图。

具体实施方式

参照图1至图2，本发明包括水平极化天线1、垂直极化天线2、自动极化调整模块3、极化控制电路4，所述的水平极化天线1或垂直极化天线2为各种形式的天线或天线阵列，其极化形式分别为水平极化和垂直极化。图1是本发明的电原理组成框图，实施例按图1连接线路。其中水平极化天线1、垂直极化天线2分别是水平极化形式和垂直极化形式的天线或天线阵列，作用是分别接收来自空间或向空间发送电磁波的水平极化分量和垂直极化分量，实施例采用4×32的天线阵列。对于接收天线而言，自动极化调整模块3的两个输入端分别用射频电缆与水平极化天线1和垂直极化天线2连接，自动极化调整模块3的输出端通过射频电缆与外接的接收设备或发射设备连接，其作用是自动调整水平极化信号和垂直极化信号之间的幅度相位关系、实现自动极化调整的功能，实施例采用专用的极化调整模块；极化控制电路4通过通信电缆与自动极化调整模块3连接，其作用是根据控制指令控制极化调整模块3的幅度和相位，实施例采用移相器和衰减器的控制电路。极化控制电路4通过通信电缆与外接的监控设备连接。对于发射天线而言，上述连接关系中，输入端与输出端全部交换即可。

所述的自动极化调整模块3由第一、第二放大器及其匹配电路5-1、5-2、第一、第二数控移相器6-1、6-2、第一、第二数控衰减器7-1、7-2、合路器8-1或分路器8-2组成。对于接收天线而言，所述的第一、第二放大器及其匹配电路5-1、5-2的输入端分别接水平极化天线1和垂直极化天线2，第一、第二放大器及其匹配电路5-1、5-2的输出端分别串接第一、第二数控移相器6-1、6-2的输入端，其作用是放大信号，实施例采用市售放大器集成电路；第一、第二数控移相器6-1、6-2的输出端分别串接第一、第二数控衰减器7-1、7-2的输入端，其作用是对信号进行移相，实施例采用市售数控移相器集成电路；第一、第二数控衰减器7-1、7-2的输出端串接合路器8-1的输入端，其作用是对信号进行衰减，实施例采用市售数控衰减器集成电路；合路器8-1的输出端通过射频电缆连接外接的接收或发射设备，其作用是合成信号，实施例采用市售功分器或专用功分器制作。对于发射天线而言，上述连接关系中，合路器8-1改为分路器8-2，其他部件的输入端与输出端全部交换即可。

本发明的极化校准方法采用自动极化校准方法，自动极化校准系统组成框图如图3所示，其中图3为待极化校准的天线10作为接收天线时的校准系统组成框图，自动极化校准系统由待极化校准的天线10、测试转台11、频谱分析仪12、接口转换器13-1、13-2、计算机14、信标天线15、极化旋转装置16、信号源17、信标塔18组成，待极化校准的天线10即为本发明的自动极化调整天线，测试转台11、频谱分析仪12、接口转换器13-1、13-2、计算机14、信标天线15、极化旋转装置16、信号源17、信标塔18均为市售的仪器或设备。其自动极化校准方法，包括步骤：

1、将信标天线15旋转至某一角度θ，将待极化校准的天线10法向对准信标天线15接收信号，信号源17发射信号并通过信标天线15发出；

2、自动极化调整模块3中的移相器和衰减器均设置在0°或0dB状态，分别用频谱分析仪12测定并用计算机14记录单独水平极化天线1和单独使用垂直极化天线2作为接收天线时，自动极化调整模块3输出端口的接收电平值；

3、调整第一、第二数控衰减器7-1、7-2，将水平极化天线1和垂直极化天线2接收信号的电平调整一致，调整后数控衰减器7-1、7-2的值分别为A1和A2；

4、改变第二数控移相器6-2的值，测量自动极化调整模块3输出端口的接收电平值，记录接收电平值达到最大值时的相位值φ0；

5、第二数控移相器6-2的相位值设置成φ＝φ0+180°，记录自动极化调整模块3输出端口的电平值C(单位dBm)，该值为极化角在θ±90°(当θ＞0时取负号，当θ＜0时取正号)时的交叉极化电平；

6、将信标天线15旋转90°，即转到θ±90°位置，第二数控移相器6-2的相位值仍为φ＝φ0+180°，记录自动极化调整模块3输出端口的电平值，此时为主极化电平M(单位dBm)；

7、记录得到的极化角为θ±90°时，第一、第二数控衰减器7-1、7-2以及第二数控移相器6-2对应值A1、A2和φ，即此时自动极化调整模块3中的这些器件调整到此状态，待极化校准的天线10就形成θ±90°方向的极化状态。此时该天线的交叉极化隔离度为：M-C(dB)。

对于接收天线，本发明的极化调整工作过程如下：

1、水平极化天线1、垂直极化天线2分别接收来空间信号的水平极化分量和垂直极化分量，送入自动极化调整模块3。

2、极化控制电路4根据外接通信电缆传送来的控制指令，控制自动极化调整模块3中的第一、第二数控移相器6-1、6-2和第一、第二数控衰减器7-1、7-2的值。

3、自动极化调整模块3外接的射频电缆上即形成经过极化调整后的信号。

4、在天线使用过程中，根据天线姿态变化或目标状态变化时时接收外接通信电缆传来的控制指令，时时控制自动极化调整模块3中的第一、第二数控移相器6-1、6-2和第一、第二数控衰减器7-1、7-2的值，自动极化调整模块3外接的射频电缆上始终是经过极化调整后的信号。

图4为待极化校准的天线10作为发射天线时的校准系统组成框图。对于发射天线而言，自动极化校准方法的步骤与以上待极化校准的天线10作为接收天线的校准方法基本相同，只是校准系统中信号源17与频谱分析仪12及其相连接的接口转换器13-2、计算机14的位置互换，待极化校准的天线10作为发射天线、信标天线15作为接收天线即可。

对于发射天线，本发明的极化调整工作过程如下：

1、自动极化调整模块3外接的射频电缆上的信号发送到自动极化调整模块3。

2、极化控制电路4根据外接通信电缆传送来的控制指令，控制自动极化调整模块3中的第一、第二数控移相器6-1、6-2和第一、第二数控衰减器7-1、7-2的值。

3、自动极化调整模块3把调整好的信号分别发送给水平极化天线1、垂直极化天线2，水平极化天线1、垂直极化天线2发出的信号在空间形成经过极化调整的信号。

4、在天线使用过程中，根据天线姿态变化或目标状态变化时时接收外接通信电缆传来的控制指令，时时控制自动极化调整模块3中的第一、第二数控移相器6-1、6-2和第一、第二数控衰减器7-1、7-2的值，水平极化天线1、垂直极化天线2发出的信号在空间始终形成经过极化调整的信号。

Claims (2)

1.一种自动极化调整天线系统的极化校准方法，所述天线为接收天线，由水平极化天线(1)和垂直极化天线(2)组成，主要借助于自动极化校准系统来实现的，所述自动极化校准系统包括待极化校准的天线(10)、测试转台(11)、频谱分析仪(12)、第一、第二接口转换器(13-1、13-2)、计算机(14)、信标天线(15)、极化旋转装置(16)、信号源(17)和信标塔(18)，计算机(14)通过接口转换器(13-1)控制待极化校准的天线(10)中的第一、第二数控移相器(6-1、6-2)和第一、第二数控衰减器(7-1、7-2)，同时通过接口转换器(13-2)读取频谱分析仪(12)的功率电平值，其特征在于包括步骤：

1)将信标天线(15)旋转至某一角度θ，将待极化校准的天线(10)法向对准信标天线(15)接收信号，信号源(17)发射信号并通过信标天线(15)发出；

2)自动极化调整模块(3)中的移相器和衰减器均设置在0°或0dB状态，分别用频谱分析仪(12)测定并用计算机(14)记录单独水平极化天线(1)和单独使用垂直极化天线(2)作为接收天线时，自动极化调整模块(3)输出端口的接收电平值；

3)调整第一、第二数控衰减器(7-1)、(7-2)，将水平极化天线(1)和垂直极化天线(2)接收信号的电平调整一致，调整后数控衰减器(7-1)、(7-2)的值分别为A1和A2；

4)改变第二数控移相器(6-2)的值，测量自动极化调整模块(3)输出端口的接收电平值，记录接收电平值达到最大值时的相位值φ0；

5)第二数控移相器(6-2)的相位值设置成φ＝φ0+180°，记录自动极化调整模块(3)输出端口的电平值C(单位dBm)，该值为极化角在θ±90°(当θ＞0时取负号，当θ＜0时取正号)时的交叉极化电平；

6)将信标天线(15)旋转90°，即转到θ±90°位置，第二数控移相器(6-2)的相位值仍为φ＝φ0+180°，记录自动极化调整模块(3)输出端口的电平值，此时为主极化电平M(单位dBm)；

7)记录得到的极化角为θ±90°时，第一、第二数控衰减器(7-1、7-2)以及第二数控移相器(6-2)对应值A1、A2和φ，即此时自动极化调整模块(3)中的这些器件调整到此状态，待极化校准的天线(10)就形成θ±90°方向的极化状态，此时该天线的交叉极化隔离度为：M-C(dB)。

2.一种自动极化调整天线系统的极化校准方法，所述天线为发射天线，由水平极化天线(1)和垂直极化天线(2)组成，主要借助于自动极化校准系统来实现的，所述自动极化校准系统包括待极化校准的天线(10)、测试转台(11)、频谱分析仪(12)、第一、第二接口转换器(13-1、13-2)、计算机(14)、信标天线(15)、极化旋转装置(16)、信号源(17)和信标塔(18)，计算机(14)通过接口转换器(13-1)控制待极化校准的天线(10)中的第一、第二数控移相器(6-1、6-2)和第一、第二数控衰减器(7-1、7-2)，同时通过接口转换器(13-2)读取频谱分析仪(12)的功率电平值，其特征在于包括步骤：

1)将信标天线(15)旋转至某一角度θ，将待极化校准的天线(10)法向对准信标天线(15)并将信号源(17)发送来的信号发射出去，信标天线(15)接收信号并传送给频谱分析仪(12)；

2)自动极化调整模块(3)中的移相器和衰减器均设置在0°或0dB状态，分别用频谱分析仪(12)测定并用计算机(14)记录单独水平极化天线(1)和单独使用垂直极化天线(2)作为发射天线时，信标天线(15)传送给频谱分析仪(12)的接收电平值；

3)调整第一、第二数控衰减器(7-1)、(7-2)，将水平极化天线(1)和垂直极化天线(2)发射信号的电平调整一致，调整后数控衰减器(7-1)、(7-2)的值分别为A1和A2；

4)改变第二数控移相器(6-2)的值，测量信标天线(15)传送给频谱分析仪(12)的接收电平值，记录接收电平值达到最大值时的相位值φ0；

5)第二数控移相器(6-2)的相位值设置成φ＝φ0+180°，记录信标天线(15)传送给频谱分析仪(12)的电平值C(单位dBm)，该值为极化角在θ±90°(当θ＞0时取负号，当θ＜0时取正号)时的交叉极化电平；

6)将信标天线(15)旋转90°，即转到θ±90°位置，第二数控移相器(6-2)的相位值仍为φ＝φ0+180°，记录信标天线(15)传送给频谱分析仪(12)的电平值，此时为主极化电平M(单位dBm)；

7)记录得到的极化角为θ±90°时，第一、第二数控衰减器(7-1、7-2)以及第二数控移相器(6-2)对应值A1、A2和φ，即此时自动极化调整模块(3)中的这些器件调整到此状态，待极化校准的天线(10)就形成θ±90°方向的极化状态，此时该天线的交叉极化隔离度为：M-C(dB)。

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