CN110320413A - 一种相控阵外场幅相快速校准系统及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于天线技术领域，特别涉及一种相控阵外场幅相快速校准系统及其安装方法。包括测试探头支架，测试探头支架包括支架基座、安装底座、测试探头、激光测距仪、旋臂轨道及天线安装组件。支架基座包括圆环状本体，以及设置在本体边缘的第一连接部；安装底座通过脚螺旋可调节的设置在支架基座的本体上，安装底座的中心具有安装孔，边缘设置有第二连接部；测试探头上设置有的法兰盘，测试探头通过第一螺钉安装到安装底座的安装孔中；激光测距仪通过第二螺钉固定在安装底座的第二连接部上；旋臂轨道的一端通过第一轴承设置在支架基座的第一连接部上，另一端通过滑竿压紧螺钉安装有旋臂滑竿；天线安装组件设置在旋臂滑竿上，用于可调的安装天线。

Description

一种相控阵外场幅相快速校准系统及其安装方法

技术领域

本申请属于天线技术领域，特别涉及一种相控阵外场幅相快速校准系统及其安装方法。

背景技术

相控阵天线将多个天线单元按一定规律布置，各单元接收信号，经过对应通道后在相控阵天线内部合成，或相控阵天线在内部产生激励信号，经过各通道传送至各单元辐射。相控阵天线可以精确地控制各通道接收/发射信号的幅度、相位，以产生选定的天线波束形状，满足相应的功能应用需求。同时，各通道的相位按一定规律变化时，能使波束指向发生偏移。相控阵天线就是根据这个原理，用电子控制的方法改变相控阵天线中各通道的信号相位，使波束指向不断地发生偏移而实现扫描的。

为了使相控阵天线性能达到技术要求或最佳状态，需要对其进行校准，消除各通道之间的幅度、相位误差，之后选取整个天线的幅相基准，调整各通道幅相控制码，使各通道信号幅相满足给定的分布状态，从而形成合适的天线波束形状，同时达到最优的波束指向性能。

现有技术中，校准方法一般有闭环校准、近场校准、中场校准、远场校准、内部校准等。闭环校准、近场校准、远场校准基本针对实验室相控阵天线校准，难以应用至外场环境；中场校准尽管对测试场地要求不高，但是该方法对相控阵天线单元排布有特殊要求，同时也会引入额外的误差。内部校准技术需要额外的电路设计或是复杂的收发分置通道，不能满足大部分天线。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种相控阵外场幅相快速校准系统及其安装方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种相控阵外场幅相快速校准系统，包括天线、矢量网络分析仪、计算机、测试探头、测试探头支架，所述天线和所述测试探头设置在所述测试探头支架上，所述矢量网络分析仪的第一接口与测试探头连接，第二接口与所述天线的合成端口连接，所述计算机与所述天线的控制端口连接，所述测试探头支架包括：

支架基座，所述支架基座包括圆环状本体，以及设置在所述本体边缘的多个第一连接部；

安装底座，所述安装底座通过脚螺旋可调节的设置在所述支架基座的本体上，所述安装底座的中心具有安装孔，边缘设置有多个第二连接部；

测试探头，所述测试探头上设置有的法兰盘，所述测试探头通过第一螺钉安装到所述安装底座的安装孔中；

激光测距仪，所述激光测距仪通过第二螺钉固定在所述安装底座的第二连接部上；

旋臂轨道，所述旋臂轨道的一端通过第一轴承设置在所述支架基座的第一连接部上，另一端通过滑竿压紧螺钉安装有旋臂滑竿；

天线安装组件，所述天线安装组件设置在所述旋臂滑竿上，用于可调的安装所述天线。

可选地，所述旋臂滑竿上设置有刻度。

可选地，所述旋臂滑竿还设置有滑竿限位块，用于与所述旋臂轨道上设置的轨道限位块相匹配。

可选地，所述天线安装组件包括可旋转紧固夹、第二轴承、压紧螺钉，其中，所述旋臂滑竿上开设有安装槽，所述第二轴承设置在所述安装槽中，所述可旋转紧固夹与所述第二轴承连接，所述可旋转紧固夹配合所述压紧螺钉实现所述天线的安装。

可选地，还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩包括屏蔽罩骨架以及设置在所述屏蔽罩骨架上的柔性吸波材料，所述屏蔽罩骨架的顶部设置有屏蔽罩基座开孔，所述屏蔽罩通过屏蔽罩安装螺钉与所述安装底座的第二连接部连接，所述测试探头从所述屏蔽罩基座开孔中穿出。

可选地，所述第一连接部和所述第二连接部均包括三个。

一种相控阵外场幅相快速校准系统安装方法，基于如上所述的相控阵外场幅相快速校准系统，包括：

步骤一：在天线上选取安装点，通过天线安装组件将天线可调地安装到测试探头支架的旋臂滑竿上；

步骤二：粗调整旋臂滑竿及天线安装组件，使激光测距仪读数相近；

步骤三：精调脚螺旋使激光测距仪读数相等，锁紧天线安装组件、锁紧滑竿压紧螺钉以及第一轴承；

步骤四：连接天线、矢量网络分析仪、计算机、测试探头。

可选地，步骤二具体为：

首先粗调整旋臂滑竿及天线安装组件使激光测距仪在天线口面上的照射激光点处于阵面中心；

再次调整旋臂滑竿使激光测距仪读数相近。

可选地，步骤二中，激光测距仪的读数大于其中，D为天线最大口径，θ为天线辐射单元3dB波束宽度。

可选地，在步骤四之前还包括：记录旋臂滑竿位置、天线安装组件在天线上的固定位置以及激光测距仪读数作为测试探头安装基准数据。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的相控阵外场幅相快速校准系统，通过设计一种兼容性高、定位精度高、易于安装的测试探头支架，能够适配一定口径内任意外形轮廓的相控阵天线，通过在外场实现测试探头与相控阵天线相对坐标精确定位及其固定，以及探头平面与阵面平行度校准，从而保证相控阵天线各通道幅相测试精度。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的适用于外场的相控阵幅相快速校准系统示意图；

图2是本申请一个实施方式的测试探头支架示意图；

图3是本申请一个实施方式的测试探头支架俯视图；

图4是本申请一个实施方式的测试探头支架主视图；

图5是本申请一个实施方式的测试探头支架局部示意图；

图6是本申请一个实施方式的测试探头支架的安装底座示意图；

图7是本申请一个实施方式的测试探头支架的支架基座示意图；

图8是本申请一个实施方式的测试探头支架的屏蔽罩示意图；

图9是图8的局部放大图；

图10是本申请一个实施方式的测试探头支架屏蔽罩与支架基座的连接示意图。

其中：

1、测试探头；2、安装底座；3、支架基座；4、脚螺旋；5、旋臂轨道；6、轨道限位块；7、旋臂滑竿；8、滑竿限位块；9、滑竿压紧螺钉；10、可旋转紧固夹；11、第二轴承；12、压紧螺钉；13、法兰盘；14、第一螺钉；15、第一轴承；16、激光测距仪；17、第二螺钉；18、屏蔽罩装螺钉；19、屏蔽罩骨架；20、柔性吸波材料；21、屏蔽罩基座开孔。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图10对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种相控阵外场幅相快速校准系统，包括天线、矢量网络分析仪、计算机、测试探头、测试探头支架，天线和测试探头设置在测试探头支架上，矢量网络分析仪的第一接口与测试探头连接，第二接口与天线的合成端口连接，计算机与天线的控制端口连接，测试探头支架包括：支架基座3、安装底座2、测试探头1、激光测距仪16、旋臂轨道5以及天线安装组件。

具体的，支架基座3包括圆环状本体，以及设置在本体边缘的多个第一连接部，本实施例中，第一连接部沿周向均匀设置三个；安装底座2通过脚螺旋4可调节的设置在支架基座3的本体上，安装底座2的中心具有安装孔，边缘设置有多个第二连接部，本实施例中，第二连接部沿周向均匀设置三个；测试探头1上设置有的法兰盘13，测试探头1通过第一螺钉14安装到安装底座2的安装孔中；激光测距仪16通过第二螺钉17固定在安装底座2的第二连接部上；旋臂轨道5的一端通过带旋转限位的第一轴承15设置在支架基座3的第一连接部上，另一端通过滑竿压紧螺钉9安装有旋臂滑竿7；天线安装组件设置在旋臂滑竿7上，用于可调的安装天线。

在本申请的一个实施方式中，旋臂滑竿7上设置有刻度。本实施例中，旋臂滑竿7还设置有滑竿限位块8，用于与旋臂轨道5上设置的轨道限位块6相匹配。

在本申请的一个实施方式中，天线安装组件包括可旋转紧固夹10、第二轴承11、压紧螺钉12，其中，旋臂滑竿7上开设有安装槽，第二轴承11设置在安装槽中，可旋转紧固夹10与第二轴承11连接，可旋转紧固夹10配合压紧螺钉12实现天线的安装。

在本申请的一个实施方式中，还包括屏蔽罩，屏蔽罩包括屏蔽罩骨架19以及设置在屏蔽罩骨架19上的柔性吸波材料20，屏蔽罩骨架19的顶部设置有屏蔽罩基座开孔21，屏蔽罩通过屏蔽罩安装螺钉18与安装底座2的第二连接部连接，测试探头1从屏蔽罩基座开孔21中穿出。

本申请的相控阵外场幅相快速校准系统，支架基座3作为旋臂轨道5和安装底座2的安装基座，脚螺旋4连接安装底座2与支架基座3，并提供安装底座2的平面度调整功能，通过第一螺钉14将测试探头1的法兰盘13固定至安装底座2上，第二螺钉17将激光测距仪16固定至安装底座2上，3个激光测距仪16读数作为平面度校准数据，当3个读数一致时测试探头口面即与天线口面平行，带旋转限位的第一轴承15连接支架基座3与旋臂轨道5，使旋臂轨道5能够绕轴转动，并提供某个旋转角度下旋臂轨道5的固定功能，旋臂轨道5内安装旋臂滑竿7，旋臂轨道5与旋臂滑竿7提供旋臂长度可调功能，通过旋臂滑竿7上的刻度来记录旋臂长度调整量，旋臂轨道5下端为轨道限位块6，旋臂滑竿7上端为滑竿限位块8，轨道限位块6与滑竿限位块8提供旋臂滑竿7的限位功能，通过滑竿压紧螺钉9固定旋臂滑竿7，旋臂滑竿7下端挖槽，通过槽内安装的第二轴承11连接可旋转紧固夹10使其可绕轴转动，与带压板的压紧螺钉12配合可将可旋转紧固夹10固定在天线框架上。

本申请还提供了一种相控阵外场幅相快速校准系统安装方法，基于上述的相控阵外场幅相快速校准系统，方法包括：

步骤一：在天线上选取安装点，通过天线安装组件将天线可调地安装到测试探头支架的旋臂滑竿7上；

步骤二：粗调整旋臂滑竿7及天线安装组件，使激光测距仪16读数相近；

步骤三：精调脚螺旋4使激光测距仪16读数相等，锁紧天线安装组件、锁紧滑竿压紧螺钉9以及第一轴承15；

步骤四：连接天线、矢量网络分析仪、计算机、测试探头。

在本申请的一个实施方式中，在天线上选取安装点后，调整旋臂滑竿7将可旋转紧固夹10紧固至天线框架上；粗调整可旋转紧固夹10固定位置、3条旋臂滑竿7，使3个激光测距仪16在天线口面上的照射激光点大致处于阵面中心，再次调整旋臂滑竿7，保证激光测距仪16读数相近，且大于其中，D为相控阵天线最大口径，θ为相控阵天线辐射单元3dB波束宽度；精调脚螺旋4使3个激光测距仪16读数相等，锁紧滑竿压紧螺钉9、带压板的压紧螺钉12、带旋转限位的第一轴承15；记录旋臂滑竿7刻度尺读数、可旋转紧固夹10在相控阵天线上的固定位置、激光测距仪16读数，作为测试探头安装基准数据，将屏蔽罩安装至安装底座2；连接天线、矢量网络分析仪、计算机、测试探头。

本申请的相控阵外场幅相快速校准系统安装方法，通过测试探头支架的旋臂滑竿7伸缩长度、固定位置来适配一定口径内的任意外形轮廓的相控阵天线，同时可调整、校准测试探头与相控阵天线的相对坐标，并粗调测试探头平面与相控阵天线口面平行度；通过脚螺旋4精调整、校准探头平面与相控阵天线口面平行度。

进一步，通过本申请的相控阵外场幅相快速校准系统进行快速校准时，包括：

S100：获取相控阵天线接收标准控制码数据库、接收标准幅相分布数据库、发射标准控制码数据库、发射标准幅相分布数据库；

S200：在实验室中，安装相控阵外场幅相快速校准系统，获取测试探头安装基准数据，并通过相控阵外场幅相快速校准系统进行接收状态测试和发射状态测试，获取单探头标准接收幅相分布数据库和单探头标准发射幅相分布数据库；

S300：在外场中，按照步骤二中测试探头安装基准数据安装相控阵外场幅相快速校准系统，并通过相控阵外场幅相快速校准系统进行接收状态测试和发射状态测试，获取单探头测试接收实时幅相分布数据库和单探头测试发射实时幅相分布数据库；

S400：通过计算单探头测试接收实时幅相分布数据库与单探头标准接收幅相分布数据库的差值，得到接收幅相分布实时变化量，通过计算单探头测试发射实时幅相分布数据库与单探头标准发射幅相分布数据库的差值，得到发射幅相分布实时变化量；

S500：将接收幅相分布实时变化量与接收标准幅相分布数据库加和，得到接收实时幅相分布数据库，将发射幅相分布实时变化量与发射标准幅相分布数据库加和，得到发射实时幅相分布数据库；

S600：基于接收实时幅相分布数据库获取接收幅相控制码数据库，基于发射实时幅相分布数据库获取发射幅相控制码数据库。

在步骤S200和S300中，接收状态测试具体为：矢量网络分析仪第一接口连接测试探头，矢量网络分析仪第二接口连接相控阵天线合成端口，控制矢量网络分析仪第一接口作为激励源；控制计算机发送指令，控制相控阵天线处于接收状态；控制计算机根据天线接收标准控制码数据库发送相控阵天线当前测试频点各通道幅相控制码，打开当前测试通道，其它通道处于待机态，采集幅度、相位值；切换通道，重复上一步骤直至各通道数据采集完毕；切换测试频点，重复以上两步骤直至所有测试频点数据采集完毕。采集的数据作为单探头标准接收幅相分布数据库。发射状态测试具体为：矢量网络分析仪第一接口连接测试探头，矢量网络分析仪第二接口连接相控阵天线合成端口，控制矢量网络分析仪第二接口作为激励源；控制计算机发送指令，控制相控阵天线处于发射状态；控制计算机根据发射标准控制码数据库发送相控阵天线当前测试频点各通道幅相控制码，打开当前测试通道，其它通道处于待机态，采集幅度、相位值；切换通道，重复上一步骤直至各通道数据采集完毕；切换测试频点，重复以上两步骤直至所有测试频点数据采集完毕。采集的数据作为单探头标准发射幅相分布数据库。

在步骤S600中，基于接收实时幅相分布数据库获取接收幅相控制码，基于发射实时幅相分布数据库获取发射幅相控制码包括：

S601：通过相控阵天线校准方法分别从接收实时幅相分布数据库和发射实时幅相分布数据库中获取接收/发射状态幅相基准值；

S602：将接收/发射状态幅相基准值与厂家给出的理论幅相分布数据库加和，得到目标幅相分布数据库；

S603：通过计算得到接收/发射实时幅相分布数据库与目标幅相分布数据库的差值，差值按照幅相控制步进进行规整后与接收标准控制码数据库和发射标准控制码数据库加和，得到接收\发射幅相控制码数据库。

本申请的相控阵外场幅相快速校准系统的校准方法，在实验室按照公知的相控阵校准方法完成相控阵天线校准后，获得相控阵天线标准控制码数据库与标准幅相分布数据库，基于以上标准数据库，通过固定单探头测试各通道幅相，测得的幅相分布作为单探头标准幅相分布数据库，同时记录此时的探头支架安装数据作为安装基准数据，在外场按照安装基准数据完成探头支架安装，重复单探头测试方法，获得单探头测得的相控阵天线实时幅相分布，其与单探头标准幅相分布数据库的差值即为相控阵天线幅相分布实时变化量，实时变化量与标准幅相分布数据库相加即得到相控阵天线的实时幅相分布，此时采用公知的相控阵天线校准算法重新选取基准进行校准后即可得到新的幅相控制码。本申请的相控阵外场幅相快速校准系统的校准方法，在外场有限条件下不需拆卸任何部件来逐个通道连接射频电缆或移动测试探头对准各通道，而是采用固定单探头测试，基于比较法获取相控阵天线幅相实时分布，据此实现相控阵天线校准与幅相修调。

本申请的测试探头支架兼容性高、定位精度高、易于安装，能够适配一定口径内任意外形轮廓的相控阵天线，在外场能够实现测试探头与相控阵天线相对坐标精确定位及其固定，以及探头平面与阵面平行度校准。校准系统和校准方法在失效通道数目较少的情况下，可在外场有限条件下消除天线由于振动、湿度、高低气压、温度漂移等引入的电性能变化而导致的幅相分布误差，完成相控阵天线幅相实时校准，可达到实验室级校准精度；本申请在外场进行相控阵天线周期性快速实时校准，贯穿于相控阵天线的全寿命周期，大大提高了产品使用中的电性能与可靠性，节省了产品返厂维修的时间，降低了产品维护成本。本申请设计简单、兼容性高、易于移植，可广泛应用于天线、微波领域，如天线监测、诊断、校准等方面。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种相控阵外场幅相快速校准系统，包括天线、矢量网络分析仪、计算机、测试探头、测试探头支架，所述天线和所述测试探头设置在所述测试探头支架上，所述矢量网络分析仪的第一接口与测试探头连接，第二接口与所述天线的合成端口连接，所述计算机与所述天线的控制端口连接，其特征在于，所述测试探头支架包括：

支架基座(3)，所述支架基座(3)包括圆环状本体，以及设置在所述本体边缘的多个第一连接部；

安装底座(2)，所述安装底座(2)通过脚螺旋(4)可调节的设置在所述支架基座(3)的本体上，所述安装底座(2)的中心具有安装孔，边缘设置有多个第二连接部；

测试探头(1)，所述测试探头(1)上设置有的法兰盘(13)，所述测试探头(1)通过第一螺钉(14)安装到所述安装底座(2)的安装孔中；

激光测距仪(16)，所述激光测距仪(16)通过第二螺钉(17)固定在所述安装底座(2)的第二连接部上；

旋臂轨道(5)，所述旋臂轨道(5)的一端通过第一轴承(15)设置在所述支架基座(3)的第一连接部上，另一端通过滑竿压紧螺钉(9)安装有旋臂滑竿(7)；

天线安装组件，所述天线安装组件设置在所述旋臂滑竿(7)上，用于可调的安装所述天线。

2.根据权利要求1所述的相控阵外场幅相快速校准系统，其特征在于，所述旋臂滑竿(7)上设置有刻度。

3.根据权利要求2所述的相控阵外场幅相快速校准系统，其特征在于，所述旋臂滑竿(7)还设置有滑竿限位块(8)，用于与所述旋臂轨道(5)上设置的轨道限位块(6)相匹配。

4.根据权利要求1所述的相控阵外场幅相快速校准系统，其特征在于，所述天线安装组件包括可旋转紧固夹(10)、第二轴承(11)、压紧螺钉(12)，其中，所述旋臂滑竿(7)上开设有安装槽，所述第二轴承(11)设置在所述安装槽中，所述可旋转紧固夹(10)与所述第二轴承(11)连接，所述可旋转紧固夹(10)配合所述压紧螺钉(12)实现所述天线的安装。

5.根据权利要求1所述的相控阵外场幅相快速校准系统，其特征在于，还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩包括屏蔽罩骨架(19)以及设置在所述屏蔽罩骨架(19)上的柔性吸波材料(20)，所述屏蔽罩骨架(19)的顶部设置有屏蔽罩基座开孔(21)，所述屏蔽罩通过屏蔽罩安装螺钉(18)与所述安装底座(2)的第二连接部连接，所述测试探头(1)从所述屏蔽罩基座开孔(21)中穿出。

6.根据权利要求1所述的相控阵外场幅相快速校准系统，其特征在于，所述第一连接部和所述第二连接部均包括三个。

7.一种相控阵外场幅相快速校准系统安装方法，基于权利要求1至权利要求6任意一项所述的相控阵外场幅相快速校准系统，其特征在于，包括：

步骤一：在天线上选取安装点，通过天线安装组件将天线可调地安装到测试探头支架的旋臂滑竿(7)上；

步骤二：粗调整旋臂滑竿(7)及天线安装组件，使激光测距仪(16)读数相近；

步骤三：精调脚螺旋(4)使激光测距仪(16)读数相等，锁紧天线安装组件、锁紧滑竿压紧螺钉(9)以及第一轴承(15)；

步骤四：连接天线、矢量网络分析仪、计算机、测试探头。

8.根据权利要求7所述的相控阵外场幅相快速校准系统安装方法，其特征在于，步骤二具体为：

首先粗调整旋臂滑竿(7)及天线安装组件使激光测距仪(16)在天线口面上的照射激光点处于阵面中心；

再次调整旋臂滑竿(7)使激光测距仪(16)读数相近。

9.根据权利要求8所述的相控阵外场幅相快速校准系统安装方法，其特征在于，步骤二中，激光测距仪(16)的读数大于其中，D为天线最大口径，θ为天线辐射单元3dB波束宽度。

10.根据权利要求7所述的相控阵外场幅相快速校准系统安装方法，其特征在于，在步骤四之前还包括：记录旋臂滑竿(7)位置、天线安装组件在天线上的固定位置以及激光测距仪(16)读数作为测试探头安装基准数据。