CN104702351B - 天线校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明为天线校准方法，解决现有的四单元相控阵天线的校准需要搬动测试设备，消耗大量人力物力资源的问题。单片机MCU和现场可编程门阵列FPGA共同完成发射天线的幅度/相位校准，发射天线的幅度/相位校准步骤如下：1）校准90，180，270度发射天线的幅度/相位：2）校准0，180，270度发射天线的幅度/相位。

Description

天线校准方法

技术领域：

本发明与四单元相控阵天线的校准方法有关。

背景技术：

某型机载二次雷达的机载天线为为四单元相控阵天线，使用四根同轴电缆与收发机相连。用来发射询问信号和接收应答信号。天线安装在飞机的顶部和底部。发射信号可在四个90º扇面扫描发射定向波波束，也可形成全向波束发射。天线4个单元发射信号要求相位和幅度一致。

现有的四单元相控阵天线的校准主要靠专用移相模块进行相位校准。设备出厂校准后，在飞机上安装后由于电缆走线及长度变化原因会导致相位的改变，需要重新进行校准。随时间增加器件设备老化或环境条件改变也会导致相位的改变需要重新校准。设备装机后在外场进行相位校准需要搬动测试设备，需要消耗加大的人力物力资源。

发明内容：

本发明的目的是提供一种成本低，效率高，可自动快速地实现四单元相控阵天线发射相位和幅度的校准的天线校准方法。

本发明是这样实现的：

收发机包含4个发射通道和4个接收通道，分别通过收发开关接四单元相控阵0º天线，90º天线，180º天线，270º天线，单片机MCU与现场可编程门阵列FPGA连接，现场可编程门阵列FPGA的四路输出分别依次经D/A转换器、中频放大器、上变频器、功率放大器接收发开关的输入，收发开关的四路输出分别依次经低噪声放大器、下变频器、中频放大器、A/D转换器接现场可编程门阵列FPGA的四路输入，第1锁相环分别接第1、2、3、4上变频器，第2锁相环分别接第1、2、3、4下变频器，单片机MCU和现场可编程门阵列FPGA共同完成发射天线的幅度/相位校准，发射天线的幅度/相位校准步骤如下：

1）校准90，180，270度发射天线的幅度/相位：

FPGA控制发射机顺序通过90，180，270度天线发射脉冲信号，接收机的

0度天线通道用于接收，发射完成后经接收机处理得到3个幅度：amp90、amp180、amp270，3个相位值：pha90、 pha 180、pha 270送给MCU处理，

MCU计算amp_x180 = amp180 * x，pha_x180 = pha180+y，x为幅度比例因子；y为相位修正因子，发射同样功率，180度天线发，0度天线收到的功率为x_180_0，相位为y_180_0；90度天线发，0度天线收到的功率为x_90_0, 相位为y_90_0；则x =x_90_0 / x_180_0；y= y_90_0 - y_180_0；x可用矢网分析仪测试得到，为天线的固有特性参数，MCU判断amp90，amp_x180，amp270三者是否相等，若不相等，MCU输出指令给FPGA，FPGA调整相应发射通道的幅度衰减值，MCU判断pha90，pha_x180，pha270三者是否相等，若不相等，MCU输出指令给FPGA，FPGA调整相应发射通道的相位偏移值，MCU修正了幅度衰减值和相位偏移值后，再按步骤1的开始进行FPGA发射控制及MCU计算，验证幅度amp90，amp_x180，amp270三者是否相等及pha90，pha_x180，pha270三者是否相等，若不相等重复步骤1，直到相等为止，

2）校准0，180，270度发射天线的幅度/相位，

FPGA控制发射机顺序通过0，180度天线发射脉冲信号，接收机的

90度天线通道用于接收，发射完成后经接收机处理得到2个幅度：amp0、amp180，2个相位值：pha0、pha 180送给MCU处理，

MCU判断amp0,amp180二者是否相等，若不相等，MCU输出指令给FPGA，FPGA调整0度发射通道的幅度衰减值，MCU判断pha0，pha180二者是否相等，若不相等，MCU输出指令给FPGA，FPGA调整0度发射通道的相位偏移值，

MCU修正了幅度衰减值和相位偏移值后，再按步骤2的开始进行FPGA发射控制及MCU判断，验证幅度amp0，amp180二者是否相等及pha0，pha180二者是否相等，若不相等重复步骤2，直到相等为止，到此发射天线的幅度/相位校准完成。

本发明对当前使用的收发机和天线系统接口不改变，不借助任何仪器设备，可自动快速地实现四单元相控阵天线发射相位和幅度的校准。保证单元天线端口的相位一致性±2.5º；幅度一致性±1dB。节省了人力物力资源，有利于技战术指标的提高。

附图说明：

图1是本发明的硬件原理框图。

具体实施方式：

如图1所示，收发机包含4个发射通道和4个接收通道，分别通过双工器接四单元相控阵0º天线，90º天线，180º天线， 270º天线。FPGA采用高速时钟，直接输出高发射数字中频，可到150MHz， 接收中频也为高中频170MHz，收发均采用一次变频，通道结构简单。整机采用同一个参考时钟，为20MHz的温补有源晶振，这保证了收发信号同源，有利于消除频差及相位校准。MCU和FPGA共同完成发射天线的幅度/相位校准。

发射天线的幅度/相位校准步骤如下：

1）校准90，180，270度发射天线的幅度/相位。

FPGA控制发射机顺序通过90,180,270度天线发射脉冲信号，接收机的

0度天线通道用于接收，发射完成后经接收机处理得到3个幅度（amp90，amp180，amp270）和3个相位值（pha90, pha 180, pha 270）送给MCU处理。

MCU计算amp_x180 = amp180 * x；pha_x180 = pha180+y（x为幅度比例因子;y为相位修正因子；若发射同样功率，180度天线发，0度天线收到的功率为x_180_0，相位为y_180_0；90度天线发，0度天线收到的功率为x_90_0, 相位为y_90_0；则x = x_90_0 / x_180_0；y = y_90_0 - y_180_0；x可用矢网分析仪测试得到，为天线的固有特性参数）。MCU判断amp90，amp_x180，amp270三者是否相等，若不相等，可调整相应发射通道的幅度衰减值（幅度衰减值由FPGA内寄存器控制，影响数字中频的幅度）； MCU判断pha90，pha_x180，pha270三者是否相等，若不相等，可调整相应发射通道的相位偏移值（相位偏移值由FPGA内寄存器控制，影响数字中频的相位）

MCU修正了幅度衰减值和相位偏移值后，再按步骤1的开始进行FPGA发射控制及MCU计算，验证幅度amp90，amp_x180，amp270三者是否相等及pha90，pha_x180，pha270三者是否相等。若不相等重复步骤1，直到相等为止。

2）校准0，180，270度发射天线的幅度/相位。

FPGA控制发射机顺序通过0，180度天线发射脉冲信号，接收机的

90度天线通道用于接收，发射完成后经接收机处理得到2个幅度（amp0,amp180）和2个相位值（pha0, pha 180）送给MCU处理。

MCU判断amp0,amp180二者是否相等，若不相等，可调整0度发射通道的幅度衰减值（幅度衰减值由FPGA内寄存器控制，影响数字中频的幅度）；MCU判断pha0，pha180二者是否相等，若不相等，可调整0度发射通道的相位偏移值（相位偏移值由FPGA内寄存器控制，影响数字中频的相位）。

MCU修正了幅度衰减值和相位偏移值后，再按步骤2的开始进行FPGA发射控制及MCU判断，验证幅度amp0,amp180二者是否相等及pha0，pha

180二者是否相等。若不相等重复步骤2，直到相等为止。到此发射天线的幅度/相位校准完成。

表1是本发明的硬件所涉及的主要元器件。

表1(a)硬件电路主要元器件表：

Claims (1)

1.天线校准方法，收发机包含4个发射通道和4个接收通道，分别通过收发开关接四单元相控阵0º天线，90º天线，180º天线，270º天线，单片机MCU与现场可编程门阵列FPGA连接，现场可编程门阵列FPGA的四路输出分别依次经D/A转换器、中频放大器、上变频器、功率放大器接收发开关的输入，收发开关的四路输出分别依次经低噪声放大器、下变频器、中频放大器、A/D转换器接现场可编程门阵列FPGA的四路输入，第1锁相环分别接第1、2、3、4上变频器，第2锁相环分别接第1、2、3、4下变频器，其特征在于单片机MCU和现场可编程门阵列FPGA共同完成发射天线的幅度/相位校准，发射天线的幅度/相位校准步骤如下：

1）校准90，180，270度发射天线的幅度/相位：

FPGA控制发射机顺序通过90，180，270度天线发射脉冲信号，接收机的

0度天线通道用于接收，发射完成后经接收机处理得到3个幅度：amp90、amp180、amp270，3个相位值：pha90、pha 180、pha 270送给MCU处理，

MCU计算amp_x180 = amp180 * x，pha_x180 = pha180+y，x为幅度比例因子；y为相位修正因子，发射同样功率，180度天线发，0度天线收到的功率为x_180_0，相位为y_180_0；90度天线发，0度天线收到的功率为x_90_0, 相位为y_90_0;则x =x_90_0 / x_180_0；y = y_90_0 - y_180_0；x可用矢网分析仪测试得到，为天线的固有特性参数，MCU判断amp90，amp_x180，amp270三者是否相等，若不相等，MCU输出指令给FPGA，FPGA调整相应发射通道的幅度衰减值，MCU判断pha90，pha_x180，pha270三者是否相等，若不相等，MCU输出指令给FPGA，FPGA调整相应发射通道的相位偏移值，MCU修正了幅度衰减值和相位偏移值后，再按步骤1的开始进行FPGA发射控制及MCU计算，验证幅度amp90，amp_x180，amp270三者是否相等及pha90，pha_x180，pha270三者是否相等，若不相等重复步骤1，直到相等为止，

2）校准0，180，270度发射天线的幅度/相位，

FPGA控制发射机顺序通过0，180度天线发射脉冲信号，接收机的

90度天线通道用于接收，发射完成后经接收机处理得到2个幅度：amp0、amp180，2个相位值：pha0、pha 180送给MCU处理，

MCU判断amp0，amp180二者是否相等，若不相等，MCU输出指令给FPGA，FPGA调整0度发射通道的幅度衰减值，MCU判断pha0，pha180二者是否相等，若不相等，MCU输出指令给FPGA，FPGA调整0度发射通道的相位偏移值，

MCU修正了幅度衰减值和相位偏移值后，再按步骤2的开始进行FPGA发射控制及MCU判断，验证幅度amp0，amp180二者是否相等及pha0，pha180二者是否相等，若不相等重复步骤2，直到相等为止，到此发射天线的幅度/相位校准完成。