CN112511187B - 一种阵列天线相位实时监测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种阵列天线相位实时监测方法和系统，通过第一控制模块控制第一信号发生器或第二信号发生器发出天线工作频段以外的检测信号，并通过第二相位检测器读取第一信号发生器发出的下行检测信号的相位信息，通过第一相位检测器读取第二信号发生器发出的上行检测信号，来检测阵列天线工作过程中相位信息，在检测过程中，通过滤波器抑制工作频段的信号，避免工作频段的信号对检测过程的影响，通过工作频段以外的信号检测相位变化，检测过程不影响阵列天线的正常工作，通过实际相位差值和标准相位差值的大小来监测实际相位变化，消除的其他无关变量，实现过程简单，易于操作，天线相位变化的监测的结果更加准确、可靠。

Description

一种阵列天线相位实时监测方法和系统

技术领域

本发明涉及阵列天线领域，具体是一种阵列天线相位实时监测方法和系统。

背景技术

阵列天线的研究和应用一直是天线领域的研究热点，对比于传统单个天线，阵列天线通过控制阵列天线每个天线模块的馈电相位能够快速灵活的实现天线方向图的波束赋形，所以被广泛应用于卫星导航、通信、军事、遥感等多个领域。有源阵列天线作为未来的天线技术，是今后阵列天线设计发展的一个重要趋势，是后续天线系统小型化，智能覆盖，绿色基站的重要发展方向。

近年来，模拟、数字混合波速赋形的技术逐渐流行，这种技术技能实现复杂的波速赋形，又能实现低功耗低成本。阵列天线中的天线数量众多，比如64模块阵列天线，128阵列天线，256阵列天线，每一个天线模块都对应一个射频模块，射频模块包含射频增益控制和相位控制功能，为了使阵列天线能够实现波束赋形的功能，所有的射频模块中的增益控制和相位控制都必须精确。

现有技术方案是在阵列天线出厂前进行相位校准，但是现有技术无法监测阵列天线再实际使用中因为环境变化、器件老化或器件损坏等原因导致的相位变化。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种阵列天线相位实时监测方法和系统，以频率在天线的工作频段外的检测信号的来进行相位监测，监测过程简单可靠，不影响天线正常的工作，能够准确地、实时地监测天线的相位变化。

为实现上述目的，本发明提供了一种阵列天线相位实时监测方法，适用于一种阵列天线相位实时监测系统，所述系统包括射频端口、第一耦合器、第一检测模块、功分器、n个收发模块、n个第二耦合器、n个第二检测模块、阵列天线、第一控制模块和第二控制模块；所述射频端口通过所述第一耦合器与所述功分器连接，所述第一耦合器与第一检测模块的第一端连接，所述第一检测模块的第二端与所述第一控制模块连接，所述功分器分别与n个所述收发模块的第一端连接，每一个所述收发模块的第二端均通过一个对应的所述第二耦合器与所述阵列天线连接，每一个所述第二耦合器均与一个对应的所述第二检测模块的第一端连接，每一个所述第二检测模块的第二端均与所述第一控制模块连接，每一个所述收发模块均通所述第二控制模块与所述第一控制模块连接，n>0；

所述方法由所述第一控制模块执行，所述方法包括：

当所述系统通过第i个所述收发模块和所述阵列天线发送信号时，通过所述第二控制模块获取第i个所述收发模块的下行相位变化值，i＝1，2，…，n；

控制所述第一检测模块发出频率为第一预设频率的下行检测信号，所述第一预设频率处于所述阵列天线的工作频率范围之外；

控制第i个所述第二检测模块以所述第一预设频率读取所述下行检测信号的下行相位信息；

根据预先建立的标准相位数据库获取下行基准相位信息以及与所述下行相位变化值对应的下行相位控制信息，并获取与所述下行相位控制信息对应的下行标准相位差值；

计算所述下行相位信息与所述下行基准相位信息的差值，记为下行实际相位差值；

计算所述下行实际相位差值与所述下行标准相位差值的差值，记为所述下行相位变化值的下行相位偏差值；

通过所述下行相位变化值对应的下行相位偏差值监测所述阵列天线工作时的相位变化。

作为一种优选方式，所述第一检测模块包括第一滤波器、第一射频开关、第一相位检测器和第一信号发生器；

所述第二检测模块包括第二滤波器、第二射频开关、第二相位检测器和第二信号发生器；

所述第一滤波器的第一端与所述第一检测模块的第一端连接，所述第一滤波器的第二端与所述第一射频开关的输入端连接，所述第一射频开关的两个输出端分别与所述第一相位检测器的第一端和所述第一信号发生器的第一端连接，所述第一射频开关的控制端、所述第一相位检测器的第二端和所述第一信号发生器的第二端与所述第一检测模块的第二端连接；

所述第二滤波器的第一端与所述第二检测模块的第一端连接，所述第二滤波器的第二端与所述第二射频开关的输入端连接，所述第二射频开关的两个输出端分别与所述第二相位检测器的第一端和所述第二信号发生器的第一端连接，所述第二射频开关的控制端、所述第二相位检测器的第二端和所述第二信号发生器的第二端与所述第二检测模块的第二端连接。

作为一种优选方式，所述第一滤波器和所述第二滤波器均为带阻滤波器，用于抑制所述阵列天线工作频率的范围的信号的功率。

作为一种优选方式，所述收发模块包括下行射频开关、下行相位控制器、下行增益控制器、下行增益放大器和下行功率放大器、上行低噪声放大器、上行功率放大器、上行增益控制器、上行相位控制器和上行射频开关；

所述下行射频开关与所述收发模块的第一端连接，所述下行射频开关、所述下行相位控制器、所述下行增益控制器、所述下行增益放大器、所述下行功率放大器、所述上行射频开关、所述上行低噪声放大器、所述上行功率放大器、所述上行增益控制器和所述上行相位控制器依次串联连接，所述上行相位控制器与所述下行射频开关连接，所述上行射频开关与所述收发模块的第二端连接。

优选地，所述控制所述第一检测模块发出频率为第一预设频率的下行检测信号，具体包括：

控制所述第一射频开关的输出端切换到所述第一检测模块的第一信号发生器，并控制所述第一信号发生器发出所述下行检测信号.

优选地，所述控制第i个所述第二检测模块以所述第一预设频率读取所述下行检测信号的下行相位信息，具体包括：

控制第i个所述第二检测模块的第二射频开关的输出端切换到第i个所述第二检测模块的第二相位检测器，并由第i个第二检测模块的第二相位检测器检测所述下行相位信息。

优选地，所述标准相位数据库预先通过以下步骤建立：

通过所述第二控制模块控制第i个所述收发模块的下行射频开关导通，控制第i个所述收发模块的上行射频开关断开，并通过所述第二控制模块控制第i个所述收发模块的下行相位控制器的下行相位控制信息为0；

控制所述第一检测模块的第一信号发生器发射所述第一预设频率的下行检测信号；

控制第i个所述第二检测模块的第二相位检测器以所述第一预设频率读取下行相位控制信息为0的下行检测信号的相位信息，记为下行基准相位信息；

通过所述第二控制模块控制第i个所述收发模块的下行相位控制器的下行相位控制信息为P1；

控制第i个所述第二检测模块的第二相位检测器以所述第一预设频率读取下行相位控制信息为P1的下行检测信号的下行相位信息Pd1；

计算所述下行相位信息Pd1和所述下行基准相位信息的差值，记为下行标准相位差值Pd1-z；

依照下行标准相位差值Pd1-z的获取方法，依次控制第i个所述收发模块的下行相位控制器的下行相位控制信息分别为P1～Pn，读取对应的下行相位信息Pd1～Pdn，计算出所有下行标准相位差值Pd1-z～Pdn-z；

将所述下行基准相位信息、下行相位控制信息P1～Pn以及与下行相位控制信息P1～Pn对应的下行标准相位差值Pd1-z～Pdn-z存储到预设的标准相位数据库中。

优选地，所述通过所述下行相位变化值对应的下行相位偏差值监测所述阵列天线工作时的相位变化，具体包括：

将所述下行相位变化值对应的下行相位偏差值与预设的下行相位变化值对应的下行相位偏差规定值进行比较；

当所述下行相位偏差值不大于所述下行相位偏差规定值时，说明所述阵列天线的相位变化正常；

当所述下行相位偏差值大于所述下行相位偏差规定值时，说明所述阵列天线的相位变化异常，所述第一控制模块发出报警信号。

本发明实施例还提供一种阵列天线相位实时监测方法，适用于一种阵列天线相位实时监测系统，所述系统包括射频端口、第一耦合器、第一检测模块、功分器、m个收发模块、m个第二耦合器、m个第二检测模块、阵列天线、第一控制模块和第二控制模块；所述射频端口通过所述第一耦合器与所述功分器连接，所述第一耦合器与第一检测模块的第一端连接，所述第一检测模块的第二端与所述第一控制模块连接，所述功分器分别与m个所述收发模块的第一端连接，每一个所述收发模块的第二端均通过一个对应的所述第二耦合器与所述阵列天线连接，每一个所述第二耦合器均与一个对应的所述第二检测模块的第一端连接，每一个所述第二检测模块的第二端均与所述第一控制模块连接，每一个所述收发模块均通所述第二控制模块与所述第一控制模块连接，m>0；

所述方法由所述第一控制模块执行，所述方法包括：

当所述系统通过第j个所述收发模块和所述阵列天线发送信号时，通过所述第二控制模块获取第j个所述收发模块的上行相位变化值，j＝1，2，…，m；

控制第j个所述第二检测模块发出频率为第二预设频率的上行检测信号，所述第二预设频率处于所述阵列天线的工作频率范围之外；

控制所述第一检测模块以所述第二预设频率读取所述上行检测信号的上行相位信息；

根据预先建立的标准相位数据库获取上行基准相位信息以及与所述上行相位变化值对应的上行相位控制信息，并获取与所述上行相位控制信息对应的上行标准相位差值；

计算所述上行相位信息与所述上行基准相位信息的差值，记为上行实际相位差值；

计算所述上行实际相位差值与所述上行标准相位差值的差值，记为所述上行相位变化值的上行相位偏差值；

通过所述上行相位变化值对应的上行相位偏差值监测所述阵列天线工作时的相位变化。

优选地，所述控制第j个所述第二检测模块发出频率为第二预设频率的上行检测信号，具体为包括：

控制第j个所述第二检测模块的第二射频开关的输出端切换到第j个所述第二检测模块的第二信号发生器，并由所述第二信号发生器发出所述上行检测信号。

优选地，所述控制所述第一检测模块以所述第二预设频率读取所述上行检测信号的上行相位信息，具体包括：

控制所述第一检测模块的第一射频开关的输出端切换到所述第一检测模块的第一相位检测器，并由第一检测模块的第一相位检测器检测所述上行相位信息。

作为一种优选方式，所述标准相位数据库预先通过以下步骤建立：

通过所述第二控制模块控制第j个所述收发模块的上行射频开关导通，控制第j个所述收发模块的下行射频开关断开，并通过所述第二控制模块控制第j个所述收发模块的上行相位控制器的上行相位控制信息为0；

控制第j个所述第二检测模块的第二信号发生器发射所述第二预设频率的上行检测信号；

控制所述第一检测模块的第一相位检测器以所述第二预设频率读取上行相位控制信息为0的上行检测信号的相位信息，记为上行基准相位信息；

通过所述第二控制模块控制第j个所述收发模块的上行相位控制器的上行相位控制信息为P1’；

控制所述第一相位检测器以所述第二预设频率读取上行相位控制信息为P1’的上行检测信号的上行相位信息Pu1；

计算所述上行相位信息Pu1和所述上行基准相位信息的差值，记为上行标准相位差值Pu1-z；

依照上行标准相位差值Pu1-z的获取方法，依次控制第j个所述收发模块的上行相位控制器的上行相位控制信息分别为P1’～Pn’，读取对应的上行相位信息Pu1～Pun，计算出所有上行标准相位差值Pu1-z～Pun-z；

将所述上行基准相位信息、上行相位控制信息P1’～Pn’以及与上行相位控制信息P1’～Pn’对应的上行标准相位差值Pu1-z～Pun-z存储到预设的标准相位数据库中。

优选地，所述通过所述上行相位变化值对应的上行相位偏差值监测所述阵列天线工作时的相位变化，具体包括：

将所述上行相位变化值对应的上行相位偏差值与预设的上行相位变化值对应的上行相位偏差规定值进行比较；

当所述上行相位偏差值不大于所述上行相位偏差规定值时，说明所述阵列天线的相位变化正常；

当所述上行相位偏差值大于所述上行相位偏差规定值时，说明有所述阵列天线的相位变化异常，所述第一控制模块发出报警信号。

本发明提供的一种阵列天线相位实时监测方法，采用一种阵列天线相位实时监测系统，所述系统包括射频端口、第一耦合器、第一检测模块、功分器、n个收发模块、n个第二耦合器、n个第二检测模块、阵列天线、第一控制模块和第二控制模块，通过第一控制模块控制上行链路的第一信号发生器出频率在天线工作频段以外的下行检测信号，或通过下行链路的第二信号发生器发出频率在天线工作频段以外的上行检测信号，并通过下行链路的第二相位检测器读取第一信号发生器发出的上行检测信号的相位信息，通过上行链路的第一相位检测器读取第二信号发生器发出的上行检测信号的上行相位信息，来检测阵列天线工作过程中相位信息；在检测过程中，通过滤波器抑制工作频段的信号，避免工作频段的信号对检测过程的影响，通过工作频段以外的信号检测相位变化，检测过程不影响阵列天线的正常工作，通过计算检测相位信息与基准相位信息的差值，消除的其他无关变量，实现过程简单，易于操作，测量结果更加准确，对天线相位的测量的结果更加可靠，从而能实时判断有源阵列天线的性能指标，保证了有源阵列天线的覆盖效果。

本发明实施例还提供了一种阵列天线相位实时监测系统，适用于一种阵列天线相位实时监测系统，所述系统包括射频端口、第一耦合器、第一检测模块、功分器、k个收发模块、k个第二耦合器、k个第二检测模块、阵列天线、第一控制模块和第二控制模块；所述射频端口通过所述第一耦合器与所述功分器连接，所述第一耦合器与第一检测模块的第一端连接，所述第一检测模块的第二端与所述第一控制模块连接，所述功分器分别与k个所述收发模块的第一端连接，每一个所述收发模块的第二端均通过一个对应的所述第二耦合器与所述阵列天线连接，每一个所述第二耦合器均与一个对应的所述第二检测模块的第一端连接，每一个所述第二检测模块的第二端均与所述第一控制模块连接，每一个所述收发模块均通所述第二控制模块与所述第一控制模块连接，k>0；所述系统适用于如上述任一实施例提供的一种阵列天线相位实时监测方法。

作为一种优选方式，所述第一检测模块包括第一滤波器、第一射频开关、第一相位检测器和第一信号发生器；

所述第二检测模块包括第二滤波器、第二射频开关、第二相位检测器和第二信号发生器；

所述第一滤波器的第一端与所述第一检测模块的第一端连接，所述第一滤波器的第二端与所述第一射频开关的输入端连接，所述第一射频开关的两个输出端分别与所述第一相位检测器的第一端和所述第一信号发生器的第一端连接，所述第一射频开关的控制端、所述第一相位检测器的第二端和所述第一信号发生器的第二端与所述第一检测模块的第二端连接；

所述第二滤波器的第一端与所述第二检测模块的第一端连接，所述第二滤波器的第二端与所述第二射频开关的输入端连接，所述第二射频开关的两个输出端分别与所述第二相位检测器的第一端和所述第二信号发生器的第一端连接，所述第二射频开关的控制端、所述第二相位检测器的第二端和所述第二信号发生器的第二端与所述第二检测模块的第二端连接。

作为一种优选方式，所述第一滤波器和所述第二滤波器均为带阻滤波器，用于抑制所述阵列天线工作频率的范围的信号的功率。

作为一种优选方式，所述收发模块包括下行射频开关、下行相位控制器、下行增益控制器、下行增益放大器和下行功率放大器、上行低噪声放大器、上行功率放大器、上行增益控制器、上行相位控制器和上行射频开关；

所述下行射频开关与所述收发模块的第一端连接，所述下行射频开关、所述下行相位控制器、所述下行增益控制器、所述下行增益放大器、所述下行功率放大器、所述上行射频开关、所述上行低噪声放大器、所述上行功率放大器、所述上行增益控制器和所述上行相位控制器依次串联连接，所述上行相位控制器与所述下行射频开关连接，所述上行射频开关与所述收发模块的第二端连接。

本发明实施例提出的一种天线实时相位检测系统，该系统包括射频端口、第一耦合器、第一检测模块、功分器、n个收发模块、n个第二耦合器、n个第二检测模块、阵列天线、第一控制模块和第二控制模块，第一控制模块控制第一检测模块和第二检测模块的射频开关状态和检测射频信号的发生，第二控制模块控制收发模块的相位控制信息，第一检测模块和第二检测模块能够读取射频信号的上行射频链路和下行射频链路的相位信息，完成对经过收发模块的上行射频链路和下行射频链路的相位检测，在检测过程中，通过滤波器抑制工作频段的信号，避免工作频段的信号对检测过程的影响，通过工作频段以外的信号检测相位变化，检测过程不影响阵列天线的正常工作，在第一控制模块的控制下能够准确、实时监测天线的相位变化，从而能实时判断有源阵列天线的性能指标，保证了有源阵列天线的覆盖效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的又一种阵列天线相位实时监测系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测系统的收发模块的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测方法中的读取下行基准相位信息Pd0和下行标准相位差值Pd1-z～Pdn-z的步骤流程图；

图5是本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测方法中获取上行基准相位信息Pu0以及上行标准相位差Pu1-z～Pun-z的步骤流程图；

图6是本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测方法的步骤流程图；

图7是本发明实施例提供的又一种阵列天线相位实时监测方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测系统的结构示意图，如图一所示，本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测系统包括射频端口、第一耦合器、第一检测模块、功分器、n个收发模块、n个第二耦合器、n个第二检测模块、阵列天线、第一控制模块和第二控制模块；射频端口通过第一耦合器与功分器连接，第一耦合器与第一检测模块的第一端连接，第一检测模块的第二端与第一控制模块连接，功分器分别与n个收发模块的第一端连接，每一个收发模块的第二端均通过一个对应的第二耦合器与天线阵列连接，每一个第二耦合器均与一个对应的第二检测模块的第一端连接，每一个第二检测模块的第二端均与第一控制模块连接，每一个收发模块均通第二控制模块与第一控制模块连接，n>0；具体的，所述功分器与第1个收发模块的第一端和第n个收发模块的第一端连接，第1个收发模块通过第1个第二耦合器与阵列天线连接，第1个第二耦合器通过第1个第二检测模块与第一控制模块连接，第n个收发模块通过第n个第二耦合器与阵列天线连接，第n个第二耦合器通过第n个第二检测模块与第一控制模块连接，第1个收发模块通过与第n个收发模块均通过第二控制模块与第一控制模块连接。

参见图2，是本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测系统的结构示意图，如图2所示，本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测系统具体包括射频端口、第一耦合器、功分器、收发模块、第二耦合器、阵列天线、第一检测模块、第一控制模块、第二检测模块和第二控制模块；

在本实施例中，第一检测模块包括第一滤波器、第一射频开关、第一相位检测器和第一信号发生器；

第二检测模块包括第二滤波器、第二射频开关、第二相位检测器和第二信号发生器；

其中，射频端口通过第一耦合器与功分器的输入端连接，功分器的输出端与收发模块的第一端连接，收发模块的第二端通过第二耦合器与阵列天线连接；

第一耦合器通过第一检测模块与第一控制模块连接，第二耦合器通过第二检测模块与第一控制模块连接，收发模块通过第二控制模块与第一控制模块。

第一耦合器与第一滤波器连接，第一滤波器与第一射频开关的输入端连接，第一射频开关的两个输出端分别与第一相位检测器和第一信号发生器连接，第一射频开关的控制端与第一控制模块连接，第一相位检测器和所述第一信号发生器与第一控制模块连接；

第二耦合器与第二滤波器连接，第二滤波器与第二射频开关的输入端连接，所述第二射频开关的两个输出端分别与第二相位检测器和第二信号发生器连接，第二射频开关的控制端与第一控制模块连接，第二相位检测器和第二信号发生器与第一控制模块连接。

参见图3，是本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测系统的收发模块的结构示意图，如图3所示，一种阵列天线相位实时监测系统的收发模块包括下行射频开关301、下行相位控制器302、下行增益控制器303、下行增益放大器304、下行功率放大器305、上行射频开关306、上行低噪声放大器307、上行功率放大器308、上行增益控制器309和上行相位控制器310。

下行相位控制器302、下行增益控制器303、下行增益放大器304和下行功率放大器305构成收发模块的下行射频链路；

上行低噪声放大器307、上行功率放大器308、上行增益控制器309和上行相位控制器310构成收发模块的上行射频链路；

下行射频开关301、下行相位控制器302、下行增益控制器303、下行增益放大器304、下行功率放大器305、上行射频开关306、上行低噪声放大器307、上行功率放大器308、上行增益控制器309和上行相位控制器310依次串联连接，上行相位控制器310还与下行射频开关301连接；下行射频开关301还连接收发模块第一端311，上行射频开关306还连接收发模块第二端312。

本发明实施例提出的一种天线实时相位检测系统，该系统包括射频端口、第一耦合器、第一检测模块、功分器、n个收发模块、n个第二耦合器、n个第二检测模块、阵列天线、第一控制模块和第二控制模块，第一控制模块控制第一检测模块和第二检测模块的射频开关状态和检测射频信号的发生，第二控制模块控制收发模块的相位控制信息，第一检测模块和第二检测模块能够读取射频信号的上行射频链路和下行射频链路的相位信息，完成对经过收发模块的上行射频链路和下行射频链路的相位检测，在第一控制模块的控制下能够准确、实时监测天线的相位变化。

本发明提供的一种阵列天线的相位实时监测方法具体实施时包括两部分：建立的标准相位数据库和相位监测。建立标准相位数据库需要获取上下行基准相位信息Pd0和Pu0以及上下行标准相位差Pd1-z～Pdn-z和Pd1-z～Pdn-z，具体过程如下：

参见图4，是本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测方法中读取下行基准相位信息Pd0和下行标准相位差值Pd1-z～Pdn-z的步骤流程图，如图4所示，第一控制模块读取下行基准相位信息Pd0和下行标准相位差值Pd1-z～Pdn-z的过程包括S401～S408：

S401，通过所述第二控制模块控制第i个所述收发模块的下行射频开关导通，控制第i个所述收发模块的上行射频开关断开，并通过所述第二控制模块控制第i个所述收发模块的下行相位控制器的下行相位控制信息为0；

S402，控制所述第一检测模块的第一信号发生器发射所述第一预设频率的下行检测信号；

S403，控制第i个所述第二检测模块的第二相位检测器以所述第一预设频率读取下行相位控制信息为0的下行检测信号的相位信息，记为下行基准相位信息；

S404，通过所述第二控制模块控制第i个所述收发模块的下行相位控制器的下行相位控制信息为P1；

S405，控制第i个所述第二检测模块的第二相位检测器以所述第一预设频率读取下行相位控制信息为P1的下行检测信号的下行相位信息Pd1；

S406，计算所述下行相位信息Pd1和所述下行基准相位信息的差值，记为下行标准相位差值Pd1-z；

S407，依照下行标准相位差值Pd1-z的获取方法，依次控制第i个所述收发模块的下行相位控制器的下行相位控制信息分别为P1～Pn，读取对应的下行相位信息Pd1～Pdn，计算出所有下行标准相位差值Pd1-z～Pdn-z；

S408，将所述下行基准相位信息、下行相位控制信息P1～Pn以及与下行相位控制信息P1～Pn对应的下行标准相位差值Pd1-z～Pdn-z存储到预设的标准相位数据库中。

参见图5，是本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测方法中获取上行基准相位信息Pu0以及上行标准相位差Pu1-z～Pun-z的步骤流程图，如图5所示，第一控制模块获取上行基准相位信息Pu0以及上行标准相位差Pu1-z～Pun-z的过程包括步骤S501～S502：

S501，通过所述第二控制模块控制第j个所述收发模块的上行射频开关导通，控制第j个所述收发模块的下行射频开关断开，并通过所述第二控制模块控制第j个所述收发模块的上行相位控制器的上行相位控制信息为0；

S502，控制第j个所述第二检测模块的第二信号发生器发射所述第二预设频率的上行检测信号；

S503，控制所述第一检测模块的第一相位检测器以所述第二预设频率读取上行相位控制信息为0的上行检测信号的相位信息，记为上行基准相位信息；

S504，通过所述第二控制模块控制第j个所述收发模块的上行相位控制器的上行相位控制信息为P1’；

S505，控制所述第一相位检测器以所述第二预设频率读取上行相位控制信息为P1’的上行检测信号的上行相位信息Pu1；

S506，计算所述上行相位信息Pu1和所述上行基准相位信息的差值，记为上行标准相位差值Pu1-z；

S507，依照上行标准相位差值Pu1-z的获取方法，依次控制第j个所述收发模块的上行相位控制器的上行相位控制信息分别为P1’～Pn’，读取对应的上行相位信息Pu1～Pun，计算出所有上行标准相位差值Pu1-z～Pun-z；

S508，将所述上行基准相位信息、上行相位控制信息P1’～Pn’以及与上行相位控制信息P1’～Pn’对应的上行标准相位差值Pu1-z～Pun-z存储到预设的标准相位数据库中。

第一控制模块在获取上下行基准相位信息Pd0和Pu0以及上下行标准相位差Pd1-z～Pdn-z和Pu1-z～Pun-z之后，将其储存到标准相位数据库中，完成标准相位数据库的建立，之后即可进行阵列天线的相位监测，具体过程如下：

参见图6，是本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测方法的步骤流程图，其过程包括S601～S607：

S601，当所述系统通过第i个所述收发模块和所述阵列天线发送信号时，通过所述第二控制模块获取第i个所述收发模块的下行相位变化值，i＝1，2，…，n；

S602，控制所述第一检测模块发出频率为第一预设频率的下行检测信号，所述第一预设频率处于所述阵列天线的工作频率范围之外；

S603，控制第i个所述第二检测模块以所述第一预设频率读取所述下行检测信号的下行相位信息；

S604，根据预先建立的标准相位数据库获取下行基准相位信息以及与所述下行相位变化值对应的下行相位控制信息，并获取与所述下行相位控制信息对应的下行标准相位差值；

S605，计算所述下行相位信息与所述下行基准相位信息的差值，记为下行实际相位差值；

S606，计算所述下行实际相位差值与所述下行标准相位差值的差值，记为所述下行相位变化值的下行相位偏差值；

S607，通过所述下行相位变化值对应的下行相位偏差值监测所述阵列天线工作时的相位变化。

在本实施例中，第一信号发生器发出的下行检测信号经过第一射频开关和第一滤波器传输到第一耦合器，由第二耦合器传输给功分器，功分器将下行检测信号传输到收发模块的第一端，第一控制模块控制收发模块的下行射频开关导通，上行射频开关断开使得收发模块的下行射频链路导通，下行检测信号经过下行射频链路时，由下行射频链路中的下行相位控制器控制相位步进为Pn，再经下行射频链路的增益和功率放大由第二端传输给第二耦合器，第二耦合器能够将下行检测信号传递给第二滤波器，再经第二射频开关，第二相位检测器检测下行检测信号的下行相位信息Pdn，传输给第一控制模块，第一控制模块进行步骤S405～S407得到下行相位偏差值ΔPn，将所述下行相位偏差值ΔPn与预设的下行相位偏差规定值ΔPn_T进行比较；

当所述下行相位偏差值ΔPn不大于所述下行相位偏差规定值ΔPn_T时，说明阵列天线的相位变化正常；

当所述下行相位偏差值ΔPn大于所述下行相位偏差规定值ΔPn_T时，说明阵列天线的相位变化异常，所述第一控制模块发出报警信号。

参见图7，是本发明实施例提供的又一种阵列天线相位实时监测方法的步骤流程图，其过程包括S701～S707

S701，当所述系统通过第j个所述收发模块和所述阵列天线发送信号时，通过所述第二控制模块获取第j个所述收发模块的上行相位变化值，j＝1，2，…，m；

S702，控制第j个所述第二检测模块发出频率为第二预设频率的上行检测信号，所述第二预设频率处于所述阵列天线的工作频率范围之外；

S703，控制所述第一检测模块以所述第二预设频率读取所述上行检测信号的上行相位信息；

S704，根据预先建立的标准相位数据库获取上行基准相位信息以及与所述上行相位变化值对应的上行相位控制信息，并获取与所述上行相位控制信息对应的上行标准相位差值；

S705，计算所述上行相位信息与所述上行基准相位信息的差值，记为上行实际相位差值；

S706，计算所述上行实际相位差值与所述上行标准相位差值的差值，记为所述上行相位变化值的上行相位偏差值；

S707，通过所述上行相位变化值对应的上行相位偏差值监测所述阵列天线工作时的相位变化。

在本实施例中，第二信号发生器发出的上行检测信号经过第二射频开关和第二滤波器传输到第二耦合器，由第二耦合器传输到收发模块的第二端，第一控制模块控制收发模块的上行射频开关导通，下行射频开关断开使得收发模块的上行射频链路导通，上行检测信号经过上行射频链路时，由上行射频链路中的上行相位控制器控制相位变化，再经上行射频链路的增益和功率放大由第一端传输给功分器，由功分器传输给第一耦合器，第一耦合器能够将上行检测信号传递给第一滤波器，再经第一射频开关，第一相位检测器检测上行检测信号的上行相位信息Pun，传输给第一控制模块，第一控制模块进行步骤S704～S706得到上行相位偏差值ΔPn’，将所述上行相位偏差值ΔPn’与预设的上行相位偏差规定值ΔPn_T’进行比较；

当所述上行相位偏差值ΔPn’不大于所述上行相位偏差规定值ΔPn_T’时，说明阵列天线的相位变化正常；

当所述上行相位偏差值ΔPn’大于所述上行相位偏差规定值ΔPn_T’时，说明阵列天线的相位变化异常，第一控制模块发出报警信号。

本发明实施例提供的一种阵列天线相位实时监测方法，通过第一控制模块控制第一检测模块和第二检测模块的射频开关状态和检测信号的发生，第二控制模块读取和控制收发模块的上行射频链路、下行射频链路相位控制信息，第一检测模块和第二检测模块能够读取射频信号的上行射频链路和下行射频链路的相位信息，完成对经过收发模块的上行射频链路和下行射频链路的相位检测，在控制系统的控制下能够准确、实时检测天线的相位变化。

本发明实施例在测试部分通过相位控制信息和检测信号的相位变化信息得到标准相位差值，在实际应用中比较相位控制信息和检测信号的相位变化信息得到实际相位差值，通过实际相位差值和标准相位差值的大小来监测实际相位变化，通过同系统的数据作差值，能够消除的其他无关变量，实现过程简单，易于操作，测量结果更加准确，采用了阵列天线工作频段外的一个f频率的检测信号的相位变化来监测有源阵列天线的实际相位变化，不影响有源阵列天线的正常工作，这种方法对原设备硬件及软件改动较小，从而具有简单可靠，对天线相位的测量的结果更加可靠，从而能实时判断有源阵列天线的性能指标，保证了有源阵列天线的覆盖效果。

在具体实施时以anokiwave公司的AWMF-0116为例，下行相位控制步进为5.625°，其下行相位变化值依次为Pd1(5.625°)，Pd2(10.5°)～Pdn(360°)。当相位控制器件的相位变化为P1(5.625°)时，实际的相位信息为Pd1-x(5.754°)。

在实际应用中，因为射频链路的其他有源器件或相位控制器件的原因相位变化有和标准相位差值有一些偏差，每个相位变化值(P1(5.625°)～Pn(360°))都有相对应的相位偏差规定值(ΔP1_T～ΔPn_T)。

当下行相位偏差值大于阵列天线相位偏差规定值时，说明有源阵列天线的相位控制功能已经失效了，此时需要输出报警提示。

本发明提供的一种阵列天线相位实时监测方法和系统，所述系统包括射频端口、第一耦合器、第一检测模块、功分器、n个收发模块、n个第二耦合器、n个第二检测模块、阵列天线、第一控制模块和第二控制模块。通过第一控制模块控制上行链路的第一信号发生器出频率在天线工作频段以外的下行检测信号，或通过下行链路的第二信号发生器发出频率在天线工作频段以外的上行检测信号，并通过下行链路的第二相位检测器读取第一信号发生器发出的上行检测信号的相位信息，通过上行链路的第一相位检测器读取第二信号发生器发出的上行检测信号的上行相位信息，来检测阵列天线工作过程中相位信息；在检测过程中，通过滤波器抑制工作频段的信号，避免工作频段的信号对检测过程的影响，通过工作频段以外的信号检测相位变化，检测过程不影响阵列天线的正常工作，通过计算检测相位信息与基准相位信息的差值，消除的其他无关变量，实现过程简单，易于操作，测量结果更加准确，对天线相位的测量的结果更加可靠，从而能实时判断有源阵列天线的性能指标，保证了有源阵列天线的覆盖效果。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种阵列天线相位实时监测方法，其特征在于，适用于一种阵列天线相位实时监测系统，所述系统包括射频端口、第一耦合器、第一检测模块、功分器、n个收发模块、n个第二耦合器、n个第二检测模块、阵列天线、第一控制模块和第二控制模块；所述射频端口通过所述第一耦合器与所述功分器连接，所述第一耦合器与第一检测模块的第一端连接，所述第一检测模块的第二端与所述第一控制模块连接，所述功分器分别与n个所述收发模块的第一端连接，每一个所述收发模块的第二端均通过一个对应的所述第二耦合器与所述阵列天线连接，每一个所述第二耦合器均与一个对应的所述第二检测模块的第一端连接，每一个所述第二检测模块的第二端均与所述第一控制模块连接，每一个所述收发模块均通所述第二控制模块与所述第一控制模块连接，n>0；

所述方法由所述第一控制模块执行，所述方法包括：

当所述系统通过第i个所述收发模块和所述阵列天线发送信号时，通过所述第二控制模块获取第i个所述收发模块的下行相位变化值，i＝1，2，…，n；

控制所述第一检测模块发出频率为第一预设频率的下行检测信号，所述第一预设频率处于所述阵列天线的工作频率范围之外；

控制第i个所述第二检测模块以所述第一预设频率读取所述下行检测信号的下行相位信息；

根据预先建立的标准相位数据库获取下行基准相位信息以及与所述下行相位变化值对应的下行相位控制信息，并获取与所述下行相位控制信息对应的下行标准相位差值；

计算所述下行相位信息与所述下行基准相位信息的差值，记为下行实际相位差值；

计算所述下行实际相位差值与所述下行标准相位差值的差值，记为所述下行相位变化值的下行相位偏差值；

通过所述下行相位变化值对应的下行相位偏差值监测所述阵列天线工作时的相位变化。

2.根据权利要求1所述的一种阵列天线相位实时监测方法，其特征在于，所述第一检测模块包括第一滤波器、第一射频开关、第一相位检测器和第一信号发生器；

所述第二检测模块包括第二滤波器、第二射频开关、第二相位检测器和第二信号发生器；

所述第一滤波器的第一端与所述第一检测模块的第一端连接，所述第一滤波器的第二端与所述第一射频开关的输入端连接，所述第一射频开关的两个输出端分别与所述第一相位检测器的第一端和所述第一信号发生器的第一端连接，所述第一射频开关的控制端、所述第一相位检测器的第二端和所述第一信号发生器的第二端与所述第一检测模块的第二端连接；

所述第二滤波器的第一端与所述第二检测模块的第一端连接，所述第二滤波器的第二端与所述第二射频开关的输入端连接，所述第二射频开关的两个输出端分别与所述第二相位检测器的第一端和所述第二信号发生器的第一端连接，所述第二射频开关的控制端、所述第二相位检测器的第二端和所述第二信号发生器的第二端与所述第二检测模块的第二端连接。

3.根据权利要求2所述的一种阵列天线相位实时监测方法，其特征在于，所述第一滤波器和所述第二滤波器均为带阻滤波器，用于抑制所述阵列天线工作频率的范围的信号的功率。

4.根据权利要求1所述的一种阵列天线相位实时监测方法，其特征在于，所述收发模块包括下行射频开关、下行相位控制器、下行增益控制器、下行增益放大器和下行功率放大器、上行低噪声放大器、上行功率放大器、上行增益控制器、上行相位控制器和上行射频开关；

所述下行射频开关与所述收发模块的第一端连接，所述下行射频开关、所述下行相位控制器、所述下行增益控制器、所述下行增益放大器、所述下行功率放大器、所述上行射频开关、所述上行低噪声放大器、所述上行功率放大器、所述上行增益控制器和所述上行相位控制器依次串联连接，所述上行相位控制器与所述下行射频开关连接，所述上行射频开关与所述收发模块的第二端连接。

5.根据权利要求2所述的一种阵列天线相位实时监测方法，其特征在于，所述控制所述第一检测模块发出频率为第一预设频率的下行检测信号，具体包括：

控制所述第一射频开关的输出端切换到所述第一检测模块的第一信号发生器，并控制所述第一信号发生器发出所述下行检测信号。

6.根据权利要求1所述的一种阵列天线相位实时监测方法，其特征在于，所述控制第i个所述第二检测模块以所述第一预设频率读取所述下行检测信号的下行相位信息，具体包括：

控制第i个所述第二检测模块的第二射频开关的输出端切换到第i个所述第二检测模块的第二相位检测器，并由第i个第二检测模块的第二相位检测器检测所述下行相位信息。

7.根据权利要求1所述的一种阵列天线相位实时监测方法，其特征在于，所述标准相位数据库预先通过以下步骤建立：

通过所述第二控制模块控制第i个所述收发模块的下行射频导通，控制第i个所述收发模块的上行射频断开，并通过所述第二控制模块控制第i个所述收发模块的下行相位控制器的下行相位控制信息为0；

控制所述第一检测模块的第一信号发生器发射所述第一预设频率的下行检测信号；

控制第i个所述第二检测模块的第二相位检测器以所述第一预设频率读取下行相位控制信息为0的下行检测信号的相位信息，记为下行基准相位信息；

通过所述第二控制模块控制第i个所述收发模块的下行相位控制器的下行相位控制信息为P1；

控制第i个所述第二检测模块的第二相位检测器以所述第一预设频率读取下行相位控制信息为P1的下行检测信号的下行相位信息Pd1；

计算所述下行相位信息Pd1和所述下行基准相位信息的差值，记为下行标准相位差值Pd1-z；

依照下行标准相位差值Pd1-z的获取方法，依次控制第i个所述收发模块的下行相位控制器的下行相位控制信息分别为P1～Pn，读取对应的下行相位信息Pd1～Pdn，计算出所有下行标准相位差值Pd1-z～Pdn-z；

将所述下行基准相位信息、下行相位控制信息P1～Pn以及与下行相位控制信息P1～Pn对应的下行标准相位差值Pd1-z～Pdn-z存储到预设的标准相位数据库中。

8.根据权利要求1所述的一种阵列天线相位实时监测方法，其特征在于，所述通过所述下行相位变化值对应的下行相位偏差值监测所述阵列天线工作时的相位变化，具体包括：

将所述下行相位变化值对应的下行相位偏差值与预设的下行相位变化值对应的下行相位偏差规定值进行比较；

当所述下行相位偏差值不大于所述下行相位偏差值规定值时，说明所述阵列天线的相位变化正常；

当所述下行相位偏差值大于所述下行相位偏差规定值时，说明所述阵列天线的相位变化异常，所述第一控制模块发出报警信号。

9.一种阵列天线相位实时监测方法，其特征在于，适用于一种阵列天线相位实时监测系统，所述系统包括射频端口、第一耦合器、第一检测模块、功分器、m个收发模块、m个第二耦合器、m个第二检测模块、阵列天线、第一控制模块和第二控制模块；所述射频端口通过所述第一耦合器与所述功分器连接，所述第一耦合器与第一检测模块的第一端连接，所述第一检测模块的第二端与所述第一控制模块连接，所述功分器分别与m个所述收发模块的第一端连接，每一个所述收发模块的第二端均通过一个对应的所述第二耦合器与所述阵列天线连接，每一个所述第二耦合器均与一个对应的所述第二检测模块的第一端连接，每一个所述第二检测模块的第二端均与所述第一控制模块连接，每一个所述收发模块均通所述第二控制模块与所述第一控制模块连接，m>0；

所述方法由所述第一控制模块执行，所述方法包括：

当所述系统通过第j个所述收发模块和所述阵列天线发送信号时，通过所述第二控制模块获取第j个所述收发模块的上行相位变化值，j＝1，2，…，m；

控制第j个所述第二检测模块发出频率为第二预设频率的上行检测信号，所述第二预设频率处于所述阵列天线的工作频率范围之外；

控制所述第一检测模块以所述第二预设频率读取所述上行检测信号的上行相位信息；

根据预先建立的标准相位数据库获取上行基准相位信息以及与所述上行相位变化值对应的上行相位控制信息，并获取与所述上行相位控制信息对应的上行标准相位差值；

计算所述上行相位信息与所述上行基准相位信息的差值，记为上行实际相位差值；

计算所述上行实际相位差值与所述上行标准相位差值的差值，记为所述上行相位变化值的上行相位偏差值；

通过所述上行相位变化值对应的上行相位偏差值监测所述阵列天线工作时的相位变化。

10.根据权利要求9所述的一种阵列天线相位实时监测方法，其特征在于，所述控制第j个所述第二检测模块发出频率为第二预设频率的上行检测信号，具体为包括：

控制第j个所述第二检测模块的第二射频开关的输出端切换到第j个所述第二检测模块的第二信号发生器，并由所述第二信号发生器发出所述上行检测信号。

11.根据权利要求9所述的一种阵列天线相位实时监测方法，其特征在于，所述控制所述第一检测模块以所述第二预设频率读取所述上行检测信号的上行相位信息，具体包括：

控制所述第一检测模块的第一射频开关的输出端切换到所述第一检测模块的第一相位检测器，并由第一检测模块的第一相位检测器检测所述上行相位信息。

12.根据权利要求9所述的一种阵列天线相位实时监测方法，其特征在于，所述标准相位数据库预先通过以下步骤建立：

通过所述第二控制模块控制第j个所述收发模块的上行射频导通，控制第j个所述收发模块的下行射频断开，并通过所述第二控制模块控制第j个所述收发模块的上行相位控制器的上行相位控制信息为0；

控制第j个所述第二检测模块的第二信号发生器发射所述第二预设频率的上行检测信号；

控制所述第一检测模块的第一相位检测器以所述第二预设频率读取上行相位控制信息为0的上行检测信号的相位信息，记为上行基准相位信息；

通过所述第二控制模块控制第j个所述收发模块的上行相位控制器的上行相位控制信息为P1’；

控制所述第一相位检测器以所述第二预设频率读取上行相位控制信息为P1’的上行检测信号的上行相位信息Pu1；

计算所述上行相位信息Pu1和所述上行基准相位信息的差值，记为上行标准相位差值Pu1-z；

依照上行标准相位差值Pu1-z的获取方法，依次控制第j个所述收发模块的上行相位控制器的上行相位控制信息分别为P1’～Pn’，读取对应的上行相位信息Pu1～Pun，计算出所有上行标准相位差值Pu1-z～Pun-z；

将所述上行基准相位信息、上行相位控制信息P1’～Pn’以及与上行相位控制信息P1’～Pn’对应的上行标准相位差值Pu1-z～Pun-z存储到预设的标准相位数据库中。

13.根据权利要求9所述的一种阵列天线相位实时监测方法，其特征在于，所述通过所述上行相位变化值对应的上行相位偏差值监测所述阵列天线工作时的相位变化，具体包括：

将所述上行相位变化值对应的上行相位偏差值与预设的上行相位变化值对应的上行相位偏差规定值进行比较；

当所述上行相位偏差值不大于所述上行相位偏差规定值时，说明所述阵列天线的相位变化正常；

当所述上行相位偏差值大于所述上行相位偏差规定值时，说明有所述阵列天线的相位变化异常，所述第一控制模块发出报警信号。

14.一种阵列天线相位实时监测系统，其特征在于，所述系统包括射频端口、第一耦合器、第一检测模块、功分器、k个收发模块、k个第二耦合器、k个第二检测模块、阵列天线、第一控制模块和第二控制模块；所述射频端口通过所述第一耦合器与所述功分器连接，所述第一耦合器与第一检测模块的第一端连接，所述第一检测模块的第二端与所述第一控制模块连接，所述功分器分别与k个所述收发模块的第一端连接，每一个所述收发模块的第二端均通过一个对应的所述第二耦合器与所述阵列天线连接，每一个所述第二耦合器均与一个对应的所述第二检测模块的第一端连接，每一个所述第二检测模块的第二端均与所述第一控制模块连接，每一个所述收发模块均通所述第二控制模块与所述第一控制模块连接，k>0；所述系统适用于如权利要求1-8任一项所述的一种阵列天线相位实时监测方法或如权利要求9-13任一项所述的一种阵列天线相位实时监测方法。

Images