CN109286451A - 多通道相控阵系统通道间的参数校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多通道相控阵系统通道间的参数校准方法，包括基准通道校准步骤和待校准通道校准步骤，基准通道校准步骤：选择任一路通道作为基准通道，对基准通道做全状态校准并生成全状态控制数据S(A)，存储所述全状态控制数据S(A)；所述述待校准通道校准步骤中，校准的参数值为相移量或者衰减量，当校准相移量时衰减量不变，当校准衰减量时相移量不变，所述待校准通道校准步骤包括至少一个指定参数组下的校准。相较于现有校准方法，不仅大幅缩短了校准时间、大幅减少了数据存储量，同时显著地提高了校准精度，能够精确、快速地完成上万个通道的参数一致性校准，具有广泛的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及射频通信领域，具体涉及多通道相控阵系统通道间的参数校准方法，特别是移相误差的校准方法和衰减误差的校准方法。
背景技术
在微波射频通信应用中，相控阵系统通常包括多个通道。例如5G通信系统中，相控阵系统少则需要集成数十个通道，多则需要上万个通道，相控阵系统同时要求各个通道间的相移和幅度保持一致，通道间移相误差尽可能小。为此，需要对相控阵中多通道的参数值进行校准。
相控阵系统的每个通道可以是一个发射单元或接收单元，也可以是一个集成发射和接收的相控阵收发单元，该相控阵收发单元包括发射通道和接收通道。发射通道和接收通道均设置有移相器和/或可调衰减器。其中，移相器可采用数字移相器或模拟移相器，用以控制发射通道或接收通道的相移量，可调衰减器可采用数控衰减器或模拟衰减器，用以控制发射通道或接收通道的衰减量。
在实际运行时，单个相控阵收发单元内移相器在相移量发生变化时，插入损耗会相应变化；每个发射通道或接收通道的移相器在相同控制条件下的相移量存在差异；可调衰减器的衰减量发生变化时，可调衰减器的相移量会发生变化；当系统控制单元给予相同的数字控制字时，各通道的移相器和可调衰减器产生的相移量和衰减量可能存在差异。
上述因素使得多通道相控阵系统不能简单复用单路基准通道的校准数据信息，而单路基准通道的全面校准过程需要很长的校准时间，在通道数很多，例如上万个，的情况下很难做到对所有通道做全面的校准。另外，即使不计时间成本对每个通道进行全面校准，当通道数量很多的情况下其产生的数据总量也是一般存储器容量无法满足的，同时，数据的读取速度也会大大下降。
发明内容
现有技术中相控阵系统包括多个通道，随着技术的不断发展，相控阵系统的通道数量不断增加，在5G测试系统中甚至提出了128x 128的阵列方案，使得单一相控阵系统中拥有上万个通道。相控阵系统的每一个通道可以是一个发射通道或接收通道，也可以是集成发射和接收的收发通道，即相控阵收发单元，如图1所示，每个相控阵收发单元均包括发射通道和接收通道。发射模式和接收模式由单刀双掷开关(SPDT)切换控制。接收和发射通道均包括用于控制通道相移量的移相器(PS)和用于控制通道衰减量的可调衰减器(ATT)。
在实际应用过程中，存在以下问题：
(1)单个通道内移相器在相移量发生变化时，插入损耗会相应变化；
(2)可调衰减器的衰减量发生变化时，可调衰减器的相移量会发生变化；
(3)系统控制单元给予相同的数字控制字时，各通道的移相器和可调衰减器产生的相移量和衰减量可能存在差异。
图2示出了同一批次的移相器由于个体差异，在控制电压Vt为14V、频率为3GHz的测试条件下，相移量的分布情况。从图2可以看出，移相器在相同的电压和频率条件下，相移量大致分布在391°±5°的区间范围。
对于高精度相控阵系统，其要求的移相精度通常要求为1°。所以，相控阵系统在校准各通道的相移量或者衰减量时，无法简单地将单个通道的校准数据直接复用到其他通道。在现有技术下，需要对每个通道都进行全面的校准。然而，单个通道的全面校准耗时长，数据量大。随着相控阵系统通道数量的不断增加，相控阵系统的通道间参数一致性校准所需的时间、存储器所需的容量都将显著增加。因此，现有的相控阵多通道校准方法无法满足相控阵日益增加的系统精度要求和通道数量要求。
为了解决上述问题，本发明提供了一种校准速度更快、数据存储量更小的相控阵系统通道间的参数校准方法。
本发明通过下述技术方案实现：
多通道相控阵系统通道间的参数校准方法，包括基准通道校准步骤和待校准通道校准步骤，其中：
基准通道校准步骤：选择任一路通道作为基准通道A，对基准通道A做全状态校准并生成全状态控制数据S(A)，S(A)中包含多个状态控制数据Sijk(A)，存储所述状态控制数据Sijk(A)，其中，i标识第i个指定参数组，j标识第j个移相状态，k标识第k个衰减状态。
基准通道校准为现有技术中的单通道校准。根据系统要求，基准通道校准过程可以通过对衰减器的控制，以及通过数模转换器对模拟移相器的控制，对基准通道在不同控制状态下的相移量、相移步进、衰减量进行全状态完全校准。基准通道校准过程是一个对系统各个状态下相位、衰减幅度不断调节的循环收敛过程，例如采用回归算法，当基准通道相移步进精度和衰减量误差小于设定的范围时，校准结束。完成基准通道校准后，将校准所得到的全状态控制数据S(A)存储在系统的存储器内，以用于待校准通道校准。
本发明中对待校准通道的校准方法进行改进。
具体地，所述待校准通道校准步骤包括对至少一个指定参数组下的校准。
所述指定参数组是指在进行校准时所选择的一组指定参数，每组指定参数包含至少一个指定参数，所述指定参数包括温度、频率和输入功率中的一种或者多种。本领域技术人员应当知晓，指定参数还可以是相控阵系统校准领域中的其他参数。
在进行校准时，所述待校准通道校准步骤中每个指定参数组下的校准步骤中，指定参数组中的参数的取值应该为恒定的，如果其中某一个指定参数取值发生变化时或者需要对某个指定参数的取值进行变化状态下的校准时，可以设定多个指定参数组，指定参数组的个数应等于不同种类指定参数的取值个数的乘积。例如，指定参数采用3种参数：温度、频率和输入功率时，当温度和输入功率取值不变，需要对2个不同频率下的状态控制数据校准时，应设置2个指定参数组，分别取不同的频率值；当输入功率取值不变，需要对2个不同频率下以及2个不同温度下的状态控制数据校准时，应设置4个指定参数组，分别取不同的2个频率值、2个温度值的4个组合，依次类推。
每个指定参数组中的各指定参数确定后，在待校准通道校准步骤之前选择待校准参数，所需校准的参数为相移量或者衰减量，校准参数选择步骤中选择其中一种作为待校准参数，另一种作为恒定参数，例如将相移量作为待校准参数，将衰减量作为恒定参数。
本申请中同一指定参数组下的待校准通道校准步骤包括两种方式。一种是指定衰减状态下的相位校准，另一种是指定相移下的衰减量校准。因此，待校准通道校准步骤包括至少一个指定参数组下以及一个指定衰减状态下的相位校准，或者至少一个指定参数组下以及一个指定相移下的衰减量校准。
下面将详细阐述待校准参数为相移量或衰减量时的校准步骤。
具体地，每个指定参数组下，衰减状态恒定的相位校准包括以下步骤：
S01：选择全状态控制数据S(A)中任一状态控制数据对应的指定参数组，选定一衰减状态作为工作衰减状态，即选定状态控制数据Sijk(A)中第i个指定参数组和第k个工作衰减状态。此时，在选定指定参数组后，指定参数组中各指定参数的取值固定，恒定参数为衰减量，待校准参数为各个移相状态下的相移量；
S02：从基准通道A以外的通道中选择一路未经校准的通道作为待校准通道X，从S(A)中选择n组移相状态控制数据作为待校准通道X的移相状态控制数据，其中n≥1；所述n组状态控制数据对应的指定参数的取值与步骤S01中选择的指定参数的取值相等，且所述n组状态控制数据对应的衰减量的取值与步骤S01中选择的衰减量的取值相等；
令待校准通道X工作时指定参数的取值等于步骤S01中确定的指定参数组中各指定参数的取值，且其衰减量的取值等于步骤S01选择的衰减量的取值；将选择的n组移相状态控制数据分别控制相位待校准通道X的相移量，分别读取相位待校准通道X在n组移相状态控制数据控制下的相移量PX1,PX2…PXn；
S03：读取基准通道A在指定参数的取值等于步骤S01中确定的指定参数组中各指定参数的取值，以及衰减量取值等于选择的衰减量取值的情况下，在n组移相状态控制数据控制下的相移量PA1,PA2…PAn；步骤S02与S03顺序不分先后；
S04：计算PAq和PXq的移相偏差量DAqXq＝PXq-PAq，q＝1,2，…，n；得到n个移相偏差量DA1X1、DA2X2…DAnXn；
S05：拟合原点、DA1X1、DA2X2…DAnXn值中的至少两个值得到相位校准函数F(D)；
S06：计算待校准通道X的全状态控制数据Sijk(X)：基准通道A和待校准通道X的状态控制数据存在以下关系，Sijk(X)＝Sijk(A)+Fijk，其中，Sijk(X)为待校准通道X工作在第i个指定参数组，第j个相移量，第k个衰减量下的状态控制数据，Sijk(A)为基准通道A工作在第i个指定参数组，第j个相移量，第k个衰减量下的状态控制数据；Fijk为待校准通道X工作在第i个指定参数组，第j个相移量，第k个衰减量下由相位校准函数F(D)生成的相位校准数据；根据待校准通道X所需的指定参数组和工作衰减状态对其对应的移相状态控制数据进行校准，得到移相全状态控制数据Sijk(X)；
S07：多次重复步骤S02-S06，直到所有的通道都得到移相全状态控制数据，结束校准。
每个指定参数组下，移相状态恒定的衰减量校准包括以下步骤：
S01：选择全状态控制数据S(A)中任一状态控制数据对应的指定参数组，选定一移相状态作为工作移相状态，即选定状态控制数据Sijk(A)中第i个指定参数组和第j个工作移相状态。此时，在选定指定参数组后，指定参数组中各指定参数的取值固定，恒定参数为相移量，待校准参数为各个衰减状态下的衰减量。
S02：从基准通道A以外的通道中选择一路未经校准的通道作为待校准通道X，从S(A)中选择n组衰减量状态控制数据作为待校准通道X的衰减量状态控制数据，其中n≥1；所述n组状态控制数据对应的指定参数的取值与步骤S01中选择的指定参数的取值相等，且所述n组状态控制数据对应的相移量的取值与步骤S01中选择的相移量的取值相等；
令待校准通道X工作时指定参数的取值等于步骤S01中确定的指定参数组中各指定参数的取值，且其相移量的取值等于步骤S01选择的相移量的取值；将选择的n组衰减量状态控制数据分别控制衰减量待校准通道X的衰减量，分别读取衰减量待校准通道X在n组衰减量状态控制数据控制下的衰减量PX1,PX2…PXn；
S03：读取基准通道A在指定参数的取值等于步骤S01中确定的指定参数组中各指定参数的取值，以及相移量取值等于选择的相移量取值的情况下，在n组衰减量状态控制数据控制下的衰减量PA1,PA2…PAn；步骤S02与S03顺序不分先后；
S04：计算PAq和PXq的衰减偏差量DAqXq＝PXq-PAq，q＝1,2，…，n；得到n个衰减偏差量DA1X1、DA2X2…DAnXn；
S05：拟合原点、DA1X1、DA2X2…DAnXn值中的至少两个值得到衰减量校准函数F(D)；
S06：计算待校准通道X的全状态控制数据Sijk(X)：基准通道A和待校准通道X的状态控制数据存在以下关系，Sijk(X)＝Sijk(A)+Fijk，其中，Sijk(X)为待校准通道X工作第i个指定参数组，第j个相移量，第k个衰减量下的状态控制数据，Sijk(A)为基准通道A工作在第i个指定参数组，第j个相移量，第k个衰减量下的状态控制数据；Fijk为待校准通道X工作在第i个指定参数组，第j个相移量，第k个衰减量下由衰减量校准函数F(D)生成的衰减量校准数据；根据待校准通道X所需的指定参数组和工作移相状态对其对应的衰减量状态控制数据进行校准，得到衰减量全状态控制数据Sijk(X)；
S07：多次重复步骤S02-S06，直到所有的通道都得到衰减量全状态控制数据，结束校准。
本领域技术人员应当理解，在不考虑温度和输入功率对相移量或衰减量的影响时，既可以设置一个指定参数组在单一频率下对相移量或衰减量进行校准，也可以设置多个指定参数组在多个频率下对相移量或衰减量进行校准。这主要取决于通道所使用的移相器是模拟移相器还是数字移相器，所使用的衰减器是模拟衰减器还是数字衰减器。
对于本发明采用的模拟移相器单片，其构成移相器的核心器件如变容二极管均集成在一个单片上，由工艺偏差造成单片中的各个变容二极管尺寸要么同时偏大，要么同时偏小，其结果是相移偏移量在不同工作频率下要么同时偏大，要么同时偏小，因此不同模拟移相器个体间的相移量偏差几乎不受频率变化的影响，所以如果待校准的相控阵系统各通道所应用的移相器为模拟移相器时，可仅对同一工作频率，例如4.5GHz进行校准。对于数字移相器，不同数字移相器个体间的相移量偏差会受一定程度的频率变化的影响，因此可以在多个工作频率下对待校准通道进行校准。同样，对于模拟衰减器，可仅对同一工作频率进行校准，对于数字衰减器，则需要选择多个工作频率进行校准。
当控制的参数值为模拟移相器的相移量时，由相控阵系统的微控制单元向数模转换器输送控制字，数模转换器根据控制字产生控制电压，并将控制电压发送至模拟转换器以产生相移量。当控制的参数值为衰减量时，由相控阵系统的微控制单元对可调衰减器进行控制。
由于移相器或衰减器存在个体差异，PXn与PAn之间存在偏差，即PXn＝PAn+DAnXn。n组状态控制数据可产生n个相移偏差量或者衰减偏差量，再加上原点值，即相移偏差量或者衰减偏差量为0，则共计有n+1个偏差量。随后通过线性拟合或者非线性拟合原点、DA1X1、DA2X2…DAnXn，可以得到校准函数F(D)。拟合方式为现有的拟合方式，例如通过两个点拟合成直线，通过三个不在同一条之间上的点拟合成曲线等等，本发明不对拟合方式或公式做进一步限定。值得注意的是，本发明中对多个偏差量的拟合也可以采用多个不同的校准函数组合的方式，例如DA1X1与原点采用线性拟合，DA1X1、DA2X2和DA3X3采用非线性拟合，其目的在于进一步提高拟合精度，降低校准误差。
除了上述单一频率或多个频率下的校准以外，还可以设置多个指定参数组，并考虑不同温度、不同输入功率下的相移量或衰减量校准。例如，通过在相控阵系统中设置温度监测模块，可以校准不同温度条件对相移偏差量或者衰减偏差量产生的影响，其校准结果同样体现在校准函数F(D)和校准数据F中。同样的，可以对相控阵系统中不同输入功率状态对相移偏差量或者衰减偏差量的影响进行校准，其校准结果同样体现在校准函数F(D)和校准数据F中。
在多个指定参数组下的校准过程中，校准完一个指定参数组下的所有通道的全状态控制数据后，可根据具体校准的移相器、可调衰减器的种类，以及所要考虑的温度、输入功率等相控阵系统中常见的能够影响相移量或衰减量的指定参数的校准时，再以相同的方式在其他多个指定参数组下进行全通道校准。
上述校准方式对任一路基准通道做一次完整的全状态校准并生成全状态控制数据S(A)后，在检测同一个指定参数组下任一待校准通道X时，最少仅需要两次读取操作：一次为读取全状态控制数据S(A)，另一次为读取待校准通道X的一次参数值，即可通过一个参数值偏差量和原点值拟合校准函数F(D)，进而得到待校准通道X的全状态控制数据S(X)。校准过程无需对待校准通道X在不同控制状态下的相移量、衰减量进行全状态完整校准，不仅大幅缩短了校准时间、大幅减少了数据存储量，同时显著地提高了校准精度，能够精确、快速地完成上万个通道的参数一致性校准，具有广泛的推广价值。
作为本发明的一个优选的实施方式，所述步骤S04中，获得DA1X1、DA2X2…DAnXn后还包括存储DA1X1、DA2X2…DAnXn的步骤，所存储的DA1X1、DA2X2…DAnXn可直接用于S05中进行拟合以获得拟合函数F(D)。在第一次得到待校准通道X的偏差量DA1X1、DA2X2…DAnXn后，可将该偏差量存储在系统的存储器内，虽然一定程度上稍许增加了存储器的存储量，但所存储的偏差量DA1X1、DA2X2…DAnXn能够为后续获取其他通道完整状态的控制数据S(X)的获取省去步骤S02-S03中的两次读取操作，进一步缩短系统响应时间。
作为本发明的另一个优选实施方式，所述待校准通道校准步骤仅对指定参数组进行校准。即，在温度恒定、输入功率恒定的情况下，仅在一个频率下对衰减量或者相移量进行校准。例如，对于相移量偏差几乎不受频率变化影响的模拟移相器，可仅对一个工作频率进行校准，并将该工作频率下校准得到的状态数据复用到其他工作频率，进一步提高校准速度并减小数据存储量。优选地，所述模拟移相器为发明人设计的《一种高精度移相装置》(公开号：CN108631754A)中所公开的模拟移相器，该模拟移相器在各个移相状态下的相移量偏差不受频率变化的影响，能够有效地提升校准精度。
进一步地，所述全状态控制数据S(A)为通道内移相器的状态控制数据和/或可调衰减器的状态控制数据。
进一步地，所述移相器的状态控制数据用于控制数模转换器，以生成模拟移相器的控制电压。
进一步地，所述步骤S04中n＝1，通过拟合DA1X1与原点值得到校准函数F(D)＝tD，其中t为常数。原点值表示移相器的初始化状态(通常为控制电压等于0V时)，即参数值为0的点。
作为本发明的又一个优选实施方式，所述待校准通道校准步骤包括多个指定参数组下的校准，在校准过程中，每完成一个指定参数组下的校准后，重复步骤S01-S07，且在步骤S01中选择未校准过的指定参数组作为新一轮校准的指定参数组进行校准，直到预先设定的所有指定参数组都进行了校准，以获得所有指定参数组下所有通道的全状态控制数据。
进一步地，所述指定参数组包含频率，所述待校准通道校准步骤包括一个或多个工作频率下的校准。优选地，低工作频率为3GHz，中心工作频率为4.5GHz，高工作频率为6GHz。需要对多个频率分别校准的实施方式主要针对数字移相器和数字衰减器。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明在检测同一工作频率下任一待校准通道X时，最少仅需要两次读取操作：一次为读取全状态控制数据S(A)，另一次为读取待校准通道X的一次参数值，即可通过一个参数值偏差量和原点值拟合校准函数F(D)，进而得到待校准通道X的全状态控制数据S(X)，校准过程无需对待校准通道X在不同控制状态下的相移量、衰减量进行全状态完整校准，不仅大幅缩短了校准时间、大幅减少了数据存储量，同时显著地提高了校准精度，能够精确、快速地完成上万个通道的参数一致性校准，具有广泛的推广价值；
2、本发明在第一次得到待校准通道X的偏差量DA1X1、DA2X2…DAnXn后，可将该偏差量存储在系统的存储器内，虽然一定程度上稍许增加了存储器的存储量，但所存储的偏差量DA1X1、DA2X2…DAnXn能够为后续获取其他通道完整状态的控制数据S(X)的获取省去步骤S02-S03中的两次读取操作，可进一步缩短系统响应时间；
3、本发明所使用的模拟移相器的相移量偏差几乎不受频率变化影响，故其他通道校准可在同一工作频率下进行，进一步提高了校准速度，降低了数据存储量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为现有技术中相控阵系统中的相控阵收发单元构架；
图2为现有技术中同一批次的模拟移相器由于个体差异在控制电压Vt为14V、频率为3GHz的测试条件下相移量的分布情况；
图3为本发明具体实施例中待校准通道B、C相对于基准通道A的移相误差图；
图4为本发明一个实施例中待校准通道B、C经校准后的移相误差图；
图5为本发明具体实施例中不同通道的模拟移相器的相移量随频率的变化趋势图；
图6为本发明一个实施例中待校准通道B、C经校准后不同频率下的移相误差图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
【实施例1】
本实施例对相控阵系统的相移量进行校准。具体校准步骤包括基准通道校准步骤和待校准通道校准步骤，其中：
基准通道校准步骤：选择任一路通道作为基准通道A，对基准通道A做全状态校准并生成全状态控制数据S(A)，S(A)中包含多个状态控制数据Sijk(A)，存储所述状态控制数据Sijk(A)，其中，i标识第i个指定参数组，j标识第j个移相状态，k标识第k个衰减状态。
本实施例中待校准通道校准步骤包括至少一个指定参数组下，以及一个指定衰减状态下的相位校准。
具体地，每个指定参数组下，衰减状态恒定的相位校准包括以下步骤：
S01：选择全状态控制数据S(A)中任一状态控制数据对应的指定参数组，选定一衰减状态作为工作衰减状态，即选定状态控制数据Sijk(A)中第i个指定参数组和第k个工作衰减状态。此时，在选定指定参数组后，指定参数组中各指定参数的取值固定，恒定参数为衰减量，待校准参数为各个移相状态下的相移量。
S02：从基准通道A以外的通道中选择一路未经校准的通道作为待校准通道X，从S(A)中选择n组移相状态控制数据作为待校准通道X的移相状态控制数据，其中n≥1；所述n组状态控制数据对应的指定参数的取值与步骤S01中选择的指定参数的取值相等，且所述n组状态控制数据对应的衰减量的取值与步骤S01中选择的衰减量的取值相等；
令待校准通道X工作时指定参数的取值等于步骤S01中确定的指定参数组中各指定参数的取值，且其衰减量的取值等于步骤S01选择的衰减量的取值；将选择的n组移相状态控制数据分别控制相位待校准通道X的相移量，分别读取相位待校准通道X在n组移相状态控制数据控制下的相移量PX1,PX2…PXn；
S03：读取基准通道A在指定参数的取值等于步骤S01中确定的指定参数组中各指定参数的取值，以及衰减量取值等于选择的恒定衰减状态参数取值的情况下，在n组移相状态控制数据控制下的相移量PA1,PA2…PAn；步骤S02与S03顺序不分先后；
S04：计算PAq和PXq的移相偏差量DAqXq＝PXq-PAq，q＝1,2，…，n；得到n个移相偏差量DA1X1、DA2X2…DAnXn；
S05：拟合原点、DA1X1、DA2X2…DAnXn值中的至少两个值得到相位校准函数F(D)；
S06：计算待校准通道X的全状态控制数据Sijk(X)：基准通道A和待校准通道X的状态控制数据存在以下关系，Sijk(X)＝Sijk(A)+Fijk，其中，Sijk(X)为待校准通道X工作在第i个指定参数组，第j个相移量，第k个衰减量下的状态控制数据，Sijk(A)为基准通道A工作在第i个指定参数组，第j个相移量，第k个衰减量下的状态控制数据；Fijk为待校准通道X工作在第i个指定参数组，第j个相移量，第k个衰减量下由相位校准函数F(D)生成的相位校准数据；根据待校准通道X所需的指定参数组和工作衰减状态对其对应的移相状态控制数据进行校准，得到移相全状态控制数据Sijk(X)；
S07：多次重复步骤S02-S06，直到所有的通道都得到移相全状态控制数据，结束校准。
在部分实施例中，所述步骤S04中，获得DA1X1、DA2X2…DAnXn后还包括存储DA1X1、DA2X2…DAnXn的步骤，所存储的DA1X1、DA2X2…DAnXn可直接用于S05中进行拟合以获得拟合函数F(D)。
在部分实施例中，根据校准的是模拟移相器或是数字移相器，是模拟衰减器或是数字衰减器，所述待校准通道校准步骤既可以仅对一个指定参数组进行校准，也可以对多个指定参数组进行校准，且多个指定参数组中频率发生变化，温度和输入功率可以发生变化，也可以不发生变化。
【实施例2】
为了便于理解，实施例2带入具体数值，校准的指定参数组中频率为4.5GHz、温度为25℃、输入功率为0dBm下，恒定参数衰减量设置为0dB时，对待校准通道B和待校准通道C中的相移量进行校准。
具体地，包括基准通道校准步骤和待校准通道校准步骤，其中：
基准通道校准：选择任一路通道作为基准通道A，对基准通道A做全状态校准并生成全状态控制数据S(A)，S(A)中具有多个状态控制数据Sijk(A)，存储所述状态控制数据Sijk(A)，其中，i标识第i个指定参数组，j标识第j个移相状态，k标识第k个衰减状态；
所述待校准通道校准包括在频率为4.5GHz、温度为25℃、输入功率为0dBm下对待校准通道B和待校准通道C的相移量进行校准。
对待校准通道B和待校准通道C的相移量校准包括以下步骤：
S01：选择全状态控制数据Sijk(A)中状态控制数据对应的指定参数组，指定参数组中频率为4.5GHz、温度为25℃、输入功率为0dBm，恒定参数为衰减量0dB。选择该指定参数组、恒定衰减状态对应的一组状态控制数据作为待校准通道B的相移量状态控制数据，所述状态控制数据为频率4.5GHz时模拟移相器的模数转换器的状态控制数据，其使得输送给待校准通道B中的控制电压Vt为13V；
S02：令待校准通道B工作在频率4.5GHz、温度25℃、输入功率0dBm，恒定衰减状态0dB上，将上述一组状态控制数据分别控制待校准通道B，以产生在该组状态控制数据控制下的对应于控制电压13V的相移量PB。
S03：读取基准通道A在该指定参数组和恒定衰减状态下，在该组状态控制数据控制下的对应于控制电压13V的相移量PA；
S04：根据PA、PB计算移相偏差量，也即移相误差DAB，从图3可以看出，移相误差DAB为5°；
S05：当控制电压Vt为0V时，移相误差为0°，如图3所示，可利用原点值(0，0)与(13，DAB)拟合得到图3中虚线所示的拟合相位校准函数F(DAB)；
S06：待校准通道B工作在该指定参数组和恒定衰减状态下，由相位校准函数F(DAB)生成相位校准数据Fijk。待校准通道B的全状态控制数据Sijk(B)可通过公式Sijk(B)＝Sijk(A)+Fijk求得。
S07：校准完待校准通道B后，重复步骤S02-S06在该工作频率和工作衰减状态下继续校准待校准通道C。
如图4所示，待校准通道B和待校准通道C校准后的移相误差基本控制在1°以内，从而能够满足高精度相控阵的需求。
可以看出，校准过程无需对待校准通道B和待校准通道C进行全状态完整校准，仅需两次读取步骤和函数拟合即可实时完成校准，不仅大幅缩短了校准时间，同时大幅减少了数据存储量，能够快速地完成上万个通道的参数一致性校准，校准精度基本在1°以内。
【实施例3】
在实施例2的基础上，该多通道相控阵系统的各通道所使用的移相器为中国专利CN108631754A中公开的模拟移相器，图5示出了不同通道所使用的移相器的相移量随频率的变化趋势，从图5可以看出，不同通道中所使用的模拟移相器的相移量偏差几乎不受频率变化的影响，故其他通道校准可在同一工作频率下进行，进一步提高了校准速度，降低了数据存储量。如图6所示，将实施例2校准工作频率为4.5GHz下得到的校准数据复用到其他工作频率，如3GHz和6GHz，待校准通道B和待校准通道C校准后的移相误差仍然控制在1°以内。
【实施例4】
与实施例2不同的是，本实施例在三个不同的指定参数组下校准待校准通道B和待校准通道C。其中，三个指定参数组中的温度均为25℃，输入功率均为0dBm，频率分别为3GHz，4.5GHz和6GHz。
在校准过程中，首先按照步骤S01-S07多次校准3GHz频率下各待校准通道，获得3GHz下所有待校准通道的全状态控制数据后，切换至4.5GHz频率，再次按照步骤S01-S07多次校准4.5GHz频率下各待校准通道以直到获得所有待校准通道在4.5GHz频率下的全状态控制数据。之后，切换工作频率值6GHz，按照步骤S01-S07多次校准6GHz频率下各待校准通道以直到获得所有待校准通道在6GHz频率下的全状态控制数据。
该校准方法适用于相移量偏差受工作频率变化影响的数字移相器或者衰减量受工作频率变化影响的数字衰减器。
【实施例5】
与实施例2不同的是，本实施例在同一指定参数组下，测试待测通道B在控制电压Vt为3V、5V和13V下共3组移相状态控制数据，并得到对应的移相偏差量DA1B1、DA2B2、DA3B3，通过拟合原点，(3，DA1B1)，(5，DA2B2)和(13，DA3B3)的校准函数F(D)生成移相校准数据，进一步提高待校准通道的移相校准精度。
【实施例6】
本实施例对相控阵系统的衰减量进行校准。具体校准步骤包括基准通道校准步骤和待校准通道校准步骤，其中：
基准通道校准步骤：选择任一路通道作为基准通道A，对基准通道A做全状态校准并生成全状态控制数据S(A)，S(A)中包含多个状态控制数据Sijk(A)，存储所述状态控制数据Sijk(A)，其中，i标识第i个指定参数组，j标识第j个移相状态，k标识第k个衰减状态。
本实施例中待校准通道校准步骤包括至少一个指定参数组下，以及一个恒定移相状态下的衰减量校准。
具体地，每个指定参数组下，移相状态恒定的衰减量校准包括以下步骤：
S01：选择全状态控制数据S(A)中任一状态控制数据对应的指定参数组，选定一移相状态作为工作移相状态，即选定状态控制数据Sijk(A)中第i个指定参数组和第j个恒定移相状态。此时，在选定指定参数组后，指定参数组中各指定参数的取值固定，恒定参数为相移量，待校准参数为各个衰减状态下的衰减量。
S02：从基准通道A以外的通道中选择一路未经校准的通道作为待校准通道X，从S(A)中选择n组衰减量状态控制数据作为待校准通道X的衰减量状态控制数据，其中n≥1；所述n组状态控制数据对应的指定参数的取值与步骤S01中选择的指定参数的取值相等，且所述n组状态控制数据对应的相移量的取值与步骤S01中选择的相移量的取值相等；
令待校准通道X工作时指定参数的取值等于步骤S01中确定的指定参数组中各指定参数的取值，且其相移量的取值等于步骤S01选择的相移量的取值；将选择的n组衰减量状态控制数据分别控制衰减量待校准通道X的衰减量，分别读取衰减量待校准通道X在n组衰减量状态控制数据控制下的衰减量PX1,PX2…PXn；
S03：读取基准通道A在指定参数的取值等于步骤S01中确定的指定参数组中各指定参数的取值，以及相移量取值等于选择的恒定移相状态参数取值的情况下，在n组衰减量状态控制数据控制下的衰减量PA1,PA2…PAn；步骤S02与S03顺序不分先后；
S04：计算PAq和PXq的衰减偏差量DAqXq＝PXq-PAq，q＝1,2，…，n；得到n个衰减偏差量DA1X1、DA2X2…DAnXn；
S05：拟合原点、DA1X1、DA2X2…DAnXn值中的至少两个值得到衰减量校准函数F(D)；
S06：计算待校准通道X的全状态控制数据Sijk(X)：基准通道A和待校准通道X的状态控制数据存在以下关系，Sijk(X)＝Sijk(A)+Fijk，其中，Sijk(X)为待校准通道X工作第i个指定参数组，第j个相移量，第k个衰减量下的状态控制数据，Sijk(A)为基准通道A工作在第i个指定参数组，第j个相移量，第k个衰减量下的状态控制数据；Fijk为待校准通道X工作在第i个指定参数组，第j个相移量，第k个衰减量下由衰减量校准函数F(D)生成的衰减量校准数据；根据待校准通道X所需的指定参数组和恒定移相状态对其对应的衰减量状态控制数据进行校准，得到衰减量全状态控制数据Sijk(X)；
S07：多次重复步骤S02-S06，直到所有的通道都得到衰减量全状态控制数据，结束校准。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.多通道相控阵系统通道间的参数校准方法，包括基准通道校准步骤和待校准通道校准步骤，其中：
基准通道校准步骤：选择任一路通道作为基准通道，对基准通道做全状态校准并生成全状态控制数据S(A)，存储所述全状态控制数据S(A)；
其特征在于，待校准通道校准步骤之前还设置有校准参数选择步骤：所需校准的参数为相移量或者衰减量，选择其中一种作为待校准参数，另一种作为恒定参数；
所述待校准通道校准步骤包括至少一个指定参数组下的校准，每个指定参数组下的校准包括以下步骤：
S01：选择全状态控制数据S(A)中任一状态控制数据对应的指定参数组，确定指定参数组中各指定参数的取值，选择该状态控制数据对应的恒定参数的参数值作为恒定参数值；
S02：从基准通道以外的通道中选择一路未经校准的通道作为待校准通道X，从S(A)中选择n组状态控制数据作为待校准通道X的状态控制数据，其中n≥1，所述n组状态控制数据对应的指定参数的取值与步骤S01中选择的指定参数的取值相等，且所述n组状态控制数据对应的恒定参数的取值与步骤S01中选择的恒定参数值相等；
令待校准通道X工作时指定参数的取值等于步骤S01中确定的指定参数组中各指定参数的取值，且其恒定参数取值等于步骤S01选择的恒定参数值；将选择的n组状态控制数据分别控制待校准通道X的参数值，分别读取待校准通道X在n组状态控制数据控制下的参数值PX1,PX2…PXn；
S03：读取基准通道在指定参数的取值等于步骤S01中确定的指定参数组中各指定参数的取值，以及恒定参数取值等于选择的恒定参数值的情况下，在n组状态控制数据控制下的参数值PA1,PA2…PAn；步骤S02与S03顺序不分先后；
S04：计算PAq和PXq的偏差量DAqXq＝PXq-PAq，q＝1,2，…，n；得到n个偏差量DA1X1、DA2X2…DAnXn；
S05：拟合原点、DA1X1、DA2X2…DAnXn值中的至少两个值得到校准函数F(D)；
S06：计算待校准通道X的待校准参数全状态控制数据S(X)：基准通道和待校准通道X的状态控制数据存在关系S(X)＝S(A)+F，其中F为校准函数F(D)基于指定参数的取值和恒定参数值，针对待校准通道X生成的校准数据；
S07：多次重复步骤S02-S06，直到所有的通道都得到待校准参数的全状态控制数据，结束校准。
2.根据权利要求1所述的多通道相控阵系统通道间的参数校准方法，其特征在于，所述步骤S04中，获得DA1X1、DA2X2…DAnXn后还包括存储DA1X1、DA2X2…DAnXn的步骤，所存储的DA1X1、DA2X2…DAnXn可直接用于S05中进行拟合以获得拟合函数F(D)。
3.根据权利要求1所述的多通道相控阵系统通道间的参数校准方法，其特征在于，所述指定参数组内的指定参数包括温度、频率和输入功率中的一种或多种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的多通道相控阵系统通道间的参数校准方法，其特征在于，所述全状态控制数据S(A)为通道内移相器的状态控制数据和/或可调衰减器的状态控制数据。
5.根据权利要求4所述的多通道相控阵系统通道间的参数校准方法，其特征在于，所述移相器为模拟移相器。
6.根据权利要求5所述的多通道相控阵系统通道间的参数校准方法，其特征在于，所述移相器的状态控制数据用于控制数模转换器，以生成模拟移相器的控制电压。
7.根据权利要求4所述的多通道相控阵系统通道间的参数校准方法，其特征在于，所述步骤S04中n＝1，通过拟合DA1X1与原点值得到校准函数F(D)＝tD，其中t为常数。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的多通道相控阵系统通道间的参数校准方法，其特征在于，所述待校准通道校准步骤包括多个指定参数组下的校准，在校准过程中，每完成一个指定参数组下的校准后，重复步骤S01-S07，且在步骤S01中选择未校准过的指定参数组作为新一轮校准的指定参数组进行校准，直到预先设定的所有指定参数组都进行了校准，以获得所有指定参数组下所有通道的全状态控制数据。
9.根据权利要求8所述的多通道相控阵系统通道间的参数校准方法，其特征在于，所述指定参数组包含频率，所述待校准通道校准步骤包括一个或多个工作频率下的校准。
10.根据权利要求8所述的多通道相控阵系统通道间的参数校准方法，其特征在于，所述全状态控制数据S(A)为通道内移相器的数模转换器状态控制数据和/或可调衰减器的状态控制数据。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |