CN112635995B - 一种天线互耦校准配置系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线互耦校准配置系统，第一矢量网络分析模块用于获取互耦校准治具内各个天线的幅度和相位值并测算得到幅度补偿值、相位补偿值；主控模块用于控制第一矢量网络分析模块、自校准模块；开关单元受控于主控模块，开关单元用于接收第一矢量网络分析模块的射频信号并进行信号分配；第二矢量网络分析模块受控于主控模块，第二矢量网络分析模块用于接收开关单元的射频信号作为输入信号，第二矢量网络分析模块用于获取经若干移项耦合单元的外部待测天线的幅度和相位值，并测算幅度补偿值、相位补偿值。技术效果。本发明实现校准过程中的变化进行实时补偿，从而减少校准治具的使用，并有效地提高校准效率和速度。

Description

一种天线互耦校准配置系统及方法

技术领域

本发明属于毫米波控制领域，尤其涉及一种天线互耦校准配置系统及方法。

背景技术

自二十世纪八十年代以来，无线通信经历了从简单语音系统到宽带多媒体数据业务的快速发展。几乎每十年就会出现新一代的无线通信技术，每一代通信技术对人们的日常生活和人类社会的发展产生深远的影响。今年来，消费者的需求对移动宽带服务的发展影响力逐步提升，预计到2025年，移动设备连接数量将达500亿。为了满足世界范围内爆炸式提升的通信需求，第五代移动通信(5G)在通信业和学术领域引起了极大的关注。相较于第四代通信技术，5G具有传输速率快、传输容量大、传输延时低、能量利用率高等特点。

5G可通过毫米波实现，然而随着5G毫米波的不断发展，毫米波天线阵列的各个单元的幅度和相位不均衡性限制了天线阵列的辐射范围和辐射角度。现有技术中通信用毫米波天线阵列的校准方法有：硬件通道校准、天线互耦校准等，由于天线和前端相结合的趋势导致天线互耦校准应用更加广泛，天线互耦校准的优点是可以实时校准，缺点是由于链路引入的因素较多导致校准误差较大，影响天线阵列的辐射范围和辐射角度。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种天线互耦校准配置系统及方法，以解决毫米波天线校准误差大的技术问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种天线互耦校准配置系统包括：主控模块、第一矢量网络分析模块、自校准模块、互耦校准治具；

第一矢量网络分析模块用于获取互耦校准治具内各个天线的幅度和相位值并测算得到幅度补偿值、相位补偿值；

主控模块用于控制第一矢量网络分析模块、自校准模块；

自校准模块包括第二矢量网络分析模块、开关单元和若干移项耦合单元；

开关单元受控于主控模块，开关单元用于接收第一矢量网络分析模块的射频信号并进行信号分配；

第二矢量网络分析模块受控于主控模块，第二矢量网络分析模块用于接收开关单元的射频信号作为输入信号，第二矢量网络分析模块用于获取经若干移项耦合单元的外部待测天线的幅度和相位值，并测算幅度补偿值、相位补偿值。

进一步优选地，还包括开关矩阵模块，开关矩阵模块用于配置第一矢量网络分析模块与互耦校准治具之间的信号链路。

其中，开关单元包括第一定向耦合器和射频开关；

第一定向耦合器用于接收第一矢量网络分析模块的射频信号并进行功率分配处理；

射频开关用于接收主控模块的控制信号以配置经开关单元与移项耦合单元之间的链路。

进一步优选地，主控模块还用于接收第一矢量网络分析模块、第二矢量网络分析模块的幅度补偿值、相位补偿值并转化为数字信号。

其中，移项耦合单元包括数控衰减器、数控移项器和第二定向耦合器；

数控衰减器分别用于接收射频开关的相对应端口出射的射频信号和主控模块的数字信号进行信号调和处理；

数控移项器分别用于接收移项耦合单元的射频信号和主控模块的数字信号并进行相位移动处理；

第二定向耦合器用于接收数控移项器的信号进行功率分配处理，并分配至外部待测天线。

一种基于天线互耦校准配置系统的方法，应用满足任意一项的天线互耦校准配置系统，包括如下步骤：

S1:获取若干组外部待测天线内各个天线的第一幅度值和第一相位值，以其中一组第一幅度值和第一相位值作为基准，作差得到其余组的第一幅度补偿值和第一相位补偿值，基于其余组的第一幅度补偿值和第一相位补偿值对外部待测天线实现幅度、相位改变；

S2:获取若干组互耦校准治具内各个天线的第二幅度值和第二相位值，以其中一组的第二幅度值和第二相位值作为基准，作差得到其余组的第二校准幅度补偿值和第二校准相位补偿值；

S3:获取若干组外部待测天线内各个天线的第三幅度值和第三相位值，以其中一组第三幅度值和第三相位值作为基准，作差得到其余组的第三幅度补偿值和第三相位补偿值；

S4:基于第二校准幅度补偿值和相对应的第三幅度补偿值得到最终幅度补偿值，基于第二校准相位补偿值和相对应的第三相位补偿值得到最终相位补偿值；

S5:基于最终幅度补偿值和最终相位补偿值对外部待测天线内相对应的各个天线实现幅度、相位改变。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明设置在现有技术基础上增加自校准模块，在对受控天线进行链路相位、幅度校准前执行自校准，具体通过主控模块对开关单元和移相耦合单元进行控制实现校准过程中的变化进行实时补偿，从而减少校准治具的使用，并有效地提高校准效率和速度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的一种天线互耦校准配置系统的结构示意图；

图2为本发明的一种自校准模块的结构示意图；

图3为本发明的一种移项耦合单元的结构示意图；

图4为本发明的一种开关单元的结构示意图；

图5为本发明的一种基于天线互耦校准配置系统的方法流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种天线互耦校准配置系统及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例

本实施例提供一种天线互耦校准配置系统，包括：主控模块、第一矢量网络分析模块、自校准模块、互耦校准治具；第一矢量网络分析模块用于获取互耦校准治具内各个天线的幅度和相位值，并测算幅度补偿值、相位补偿值；主控模块用于控制第一矢量网络分析模块、自校准模块；自校准模块包括第二矢量网络分析模块、开关单元和若干移项耦合单元；开关单元受控于主控模块，开关单元用于接收第一矢量网络分析模块的射频信号并进行信号分配；第二矢量网络分析模块受控于主控计算机，第二矢量网络分析模块用于接收开关单元的射频信号作为输入信号，第二矢量网络分析模块用于获取经若干移项耦合单元的外部待测天线的幅度和相位值，并测算幅度补偿值、相位补偿值。

参看图1和图5，从本实施例具体实施方式和信号走向进行详细说明：

首先，参看图2，当需要对待测天线阵列进行链路相位、幅度进行指定调整时，自校准模块首先开始工作。具体地，主控模块对第二矢量网络分析模块的控制端口发送控制指令，第二矢量网络分析模块开始工作。第二矢量网络分析模块其设有若干个端口，其端口数量不做限定，在本实施例中为四个端口。其中一个端口用于获取开关单元的输出耦合端所输出的信号，并将接收该信号的端口作为输入信号端；现结合附图进行说明，其余端口包括端口2、端口3、端口4，并分别与相对应的移相耦合单元信号连接，端口2经移相耦合单元1接收待测天线阵列中单个天线的幅度和链路相位具体数值为[A(2),φ(2)]，并将该数值作为基准；同理，端口3经移相耦合单元2接收待测天线阵列中相对应的单个天线的幅度和链路相位具体数值为[A(3),φ(3)]，端口4经移相耦合单元3接收待测天线阵列中相对应的单个天线的幅度和链路相位具体数值为[A(4),φ(4)]。将上述[A(3),φ(3)]、[A(4),φ(4)和[A(2),φ(2)]进行作差计算，得到各自端口对应天线的幅度补偿值和相位补偿值,在这统称为偏差值，端口3的偏差值为[offset(3)＝A(3)-A(2),offsetφ(3)＝φ(3)-φ(2)],端口4的偏差值为[offset(4)＝A(4)-A(2),offsetφ(4)＝φ(4)-φ(2)]。将得到的两个偏差值经控制端口上传至主控模块，主控模块将得到的偏差值转化为数字信号并输送至各个移相耦合单元并对待测天线内的各个天线进行相位偏移和幅度改变，从而实现自校准。

其中，参看图3，移项耦合单元包括数控衰减器、数控移项器和第二定向耦合器；数控衰减器分别用于接收射频开关的相对应端口出射的射频信号和主控模块的数字信号进行信号调和处理；数控移项器分别用于接收移项耦合单元的射频信号和主控模块的数字信号并进行相位移动处理；第二定向耦合器用于接收数控移项器的信号进行功率分配处理，并分配至外部待测天线。

接着，参看图1，主控单元发送控制指令至第一矢量网络分析模块，第一矢量网络分析模块经开关矩阵模块获取互耦校准治具的幅度和链路相位[A1(2),φ1(2)]、[A1(3),φ1(3)]、[A1(4),φ1(4)]。其中，开关矩阵模块用于配置第一矢量网络分析模块与互耦校准治具之间的信号链路；互耦校准治具相当于模板，即使得待测天线阵列内的各个天线的幅度和链路相位与互耦校准治具内相同。以[A1(2),φ1(2)]为基准，进行做差计算得到补偿值[A(set3)＝A1(3)-A1(2),φ(set3)＝φ1(3)-φ1(2)],[A(set4)＝A1(4)-A1(2),φ(set4)＝φ1(4)-φ1(2)]。另外，第一矢量网络分析模块还发射射频信号至自校准模块的开关单元。具体地，参看图4，开关单元包括第一定向耦合器和射频开关；第一定向耦合器用于接收第一矢量网络分析模块的射频信号并进行功率分配处理；射频开关用于接收主控模块的控制信号以配置经开关单元与移项耦合单元之间的链路，即分配信号给移相耦合单元1、移相耦合单元2和移相耦合单元3。

接着，参看图1，与最开始的自校准相同，第二矢量网络分析模块的端口2、端口3和端口4再次分别获取待测天线阵列的幅度和链路相位[A2(2),φ2(2)]、[A2(3),φ2(3)]、[A2(3),φ2(3)]上传至主控模块并进行偏差值计算，具体地，[offset1(3)＝[A(set3)+A2(3)-A2(2),offsetφ(3)＝φ(set3)+φ2(3)-φ2(2)]；

[offset1(4)＝[A(set4)+A2(4)-A2(2),offsetφ(4)＝φ(set4)+φ2(4)-φ2(4)]。主控模块将这一步的偏差值转化为数字信号传输至各个移相耦合单元，从而改变待测天线阵列内各个天线的相位和幅度至预定目标。此外，主控模块需将偏差值[offset1(4)、offsetφ(4)]和读到的相位和幅度[A2(2),φ2(2)]、[A2(3),φ2(3)]、[A2(3),φ2(3)]进行储存。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种天线互耦校准配置系统，其特征在于，包括：主控模块、第一矢量网络分析模块、自校准模块、互耦校准治具；

所述第一矢量网络分析模块用于获取所述互耦校准治具内各个天线的幅度和相位值并测算得到幅度补偿值、相位补偿值；

所述主控模块用于控制所述第一矢量网络分析模块、所述自校准模块；

所述自校准模块包括第二矢量网络分析模块、开关单元和若干移项耦合单元；

所述开关单元受控于所述主控模块，所述开关单元用于接收所述第一矢量网络分析模块的射频信号并进行信号分配；

所述第二矢量网络分析模块受控于所述主控模块，所述第二矢量网络分析模块用于接收所述开关单元的射频信号作为输入信号，所述第二矢量网络分析模块用于获取经若干所述移项耦合单元的外部待测天线的幅度和相位值，并测算幅度补偿值、相位补偿值；

还包括开关矩阵模块，所述开关矩阵模块用于配置所述第一矢量网络分析模块与所述互耦校准治具之间的信号链路。

2.根据权利要求1所述的天线互耦校准配置系统，其特征在于，所述开关单元包括第一定向耦合器和射频开关；

所述第一定向耦合器用于接收所述第一矢量网络分析模块的射频信号并进行功率分配处理；

所述射频开关用于接收所述主控模块的控制信号以配置经所述开关单元与所述移项耦合单元之间的链路。

3.根据权利要求1所述的天线互耦校准配置系统，其特征在于，所述主控模块还用于接收所述第一矢量网络分析模块、所述第二矢量网络分析模块的幅度补偿值、相位补偿值并转化为数字信号。

4.根据权利要求3所述的天线互耦校准配置系统，其特征在于，所述移项耦合单元包括数控衰减器、数控移项器和第二定向耦合器；

所述数控衰减器分别用于接收所述射频开关的相对应端口出射的射频信号和所述主控模块的数字信号进行信号调和处理；

所述数控移项器分别用于接收所述移项耦合单元的射频信号和所述主控模块的数字信号并进行相位移动处理；

所述第二定向耦合器用于接收所述数控移项器的信号进行功率分配处理，并分配至外部待测天线。

5.一种基于天线互耦校准配置系统的方法，其特征在于，应用如权利要求1至4任意一项所述的天线互耦校准配置系统，包括如下步骤：

S1:获取若干组外部待测天线内各个天线的第一幅度值和第一相位值，以其中一组的第一幅度值和第一相位值作为基准，作差得到其余组的第一幅度补偿值和第一相位补偿值，基于其余组的所述第一幅度补偿值和所述第一相位补偿值对外部待测天线实现幅度、相位改变;

S2: 获取若干组互耦校准治具内各个天线的第二幅度值和第二相位值，以其中一组的第二幅度值和第二相位值作为基准，作差得到其余组的第二校准幅度补偿值和第二校准相位补偿值;

S3:获取若干组外部待测天线内各个天线的第三幅度值和第三相位值，以其中一组第三幅度值和第三相位值作为基准，作差得到其余组的第三幅度补偿值和第三相位补偿值;

S4:基于所述第二校准幅度补偿值和相对应的所述第三幅度补偿值得到最终幅度补偿值，基于所述第二校准相位补偿值和相对应的所述第三相位补偿值得到最终相位补偿值;

S5:基于所述最终幅度补偿值和所述最终相位补偿值对外部待测天线内相对应的各个天线实现幅度、相位改变。

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