CN113300107A - 一种有源天线、标准值采集方法、校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有源天线、标准值采集方法、校正方法，包括：天线阵面，天线阵面的线源中集成有校正耦合通道；若干个TR组件，若干个TR组件与天线阵面连接；若干个子阵馈线网络，子阵馈线网络分别与TR组件连接；开关馈线网络，开关馈线网络与子阵馈线网络相连接；开关校正网络，开关校正网络与开关馈线网络连接；接收通道、发射通道，发射通道与接收通道一起被设计为一体化收发通道；耦合校正网络，耦合校正网络的一端与天线阵面的线源连接，校正和网络，校正和网络的一端与耦合校正网络的另一端连接，校正和网络的另一端与开关馈线网络连接。本发明能够适用于不同工作体制雷达系统，并提高有源天线校正的准确性。

Description

一种有源天线、标准值采集方法、校正方法

技术领域

本发明涉及机载合成孔径雷达(SAR)微波技术领域，特别是涉及一种有源天线及校正该有源天线的系统设计方法。

背景技术

随着机载SAR雷达技术、微波技术和信号处理技术的不断发展，实现雷达系统的大带宽和多波束一直是雷达领域重要的研究方向。一方面，距离分辨率同雷达系统的工作带宽成反比,分辨率越高要求的发射信号带宽越大。例如，若要达到0.1m分辨率，则要求的发射信号的带宽为2GHz左右。另一方面，雷达系统一般具有多功能、多目标指示和多种工作方式的能力，这种能力与有源天线的多波束应用密切相关。然而，微波模拟器件的大带宽带来了宽带发射、宽带解调、宽带采样等一系列难题，当前器件水平较难满足大带宽系统要求。并且，若通过传统的模拟波束合成方法，有源天线的波束一般是比较固定的，无法灵活地满足雷达多功能的应用需求。

为了突破传统雷达的模拟波束形成(ABF)体制对天线工作带宽和波束应用的限制，研究人员提出了数字波束形成(DBF)、一发多收(MISO)、多发多收(MIMO)、和子带合成等新体制雷达。但在目前，考虑到器件发展水平、技术成熟度、研制成本和研制周期等限制，采用ABF体制的有源天线仍然是微波系统设计中的重要选项。然而，微波系统设计能否适用于新的工作体制、适应未来发展的需要、具备便于升级改造的能力是必须加以考虑的。

申请号为“CN201610422155.3”的发明专利公开了一种宽带有源多波束天线系统，包括宽带有源天线阵列和多波束网络。宽带有源天线阵列包含至少两个列线源和多功能射频前端以及一个控制单元，列线源接收多路射频信号并进行俯仰向合成，多功能射频前端对列线源输出的射频信号进行低噪声放大、滤波、幅度加权和移相处理；控制单元接收外部输入的控制指令，调整多功能射频前端内部的衰减、移相码值；多波束网络基于透镜网络实现，对各多功能射频前端输出的射频信号进行合成，在方位向同时输出多路波束。宽带有源多波束系统采用近场口径反演校正方法。但是该专利方案中，天线系统主要是使用微波暗室测量系统采集近场幅度及相位，然后运用FFT反演算法得到天线口径的幅度和相位分布值后进行校正，在离开微波暗室后的校正过程中，校正结果的准确性很大程度取决于微波器件本身的工作稳定性，并不能够有效保证有源天线波束形成的准确性。这也就导致了该有源天线在应用中有一定的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提高有源天线校正过程中的准确性。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种有源天线，包括：

天线阵面，所述天线阵面的线源中集成有校正耦合通道；

若干个TR组件，若干个所述TR组件与天线阵面连接；

若干个子阵馈线网络，所述子阵馈线网络分别与TR组件连接；

开关馈线网络，所述开关馈线网络与所述子阵馈线网络相连接；

开关校正网络，所述开关校正网络与开关馈线网络连接；

若干个接收通道，所述接收通道与开关校正网络相连，所述接收通道通过光纤接收控制信号，并发送回波采样信号和工作状态反馈信号；

若干个发射通道，所述发射通道与开关校正网络相连，所述发射通道通过光纤接收控制信号，并发送工作状态反馈信号，发射通道与接收通道一起被设计为一体化收发通道；

耦合校正网络，所述耦合校正网络的一端与天线阵面的耦合通道连接；

校正和网络，所述校正和网络的一端与所述耦合校正网络的另一端连接，所述校正和网络的另一端与开关馈线网络连接；

发射通道与接收通道一起被设计为一体化收发通道并与开关校正网络连接，在校正过程中建立起各个子阵收发通道之间的联系，对校正过程的有效性设定了判据，提高了有源天线的准确性。

作为本发明进一步的方案：天线阵面，用于向外界空间发射或者接收电磁信号；

TR组件，将天线阵面从外界空间接收的电磁信号进行放大和移相处理后，再发送给子阵馈线网络，或者将子阵馈线网络馈入的信号进行饱和放大和移相处理后，再发送给天线阵面；

子阵馈线网络，用于合成天线的子阵波束；

开关馈线网络，用于构成天线子阵或全阵的和发射与和接收信号路径，以及通过开关切换实现有源天线校正；

开关校正网络，用于构成天线子阵或全阵的和发射与和接收信号路径，以及通过开关切换实现收发通道的自闭环校正；

接收通道，用于接收并处理一路或者同时多路由开关校正网络馈入的射频回波信号；

发射通道，用于产生一路或者同时多路射频激励信号并输出给开关校正网络；

耦合校正网络，用于在天线发射校正时从线源中的校正耦合通道接收射频信号，或者天线接收校正时向线源中的校正耦合通道馈入射频信号；

校正和网络，用于天线校正时，射频信号的传输。

作为本发明进一步的方案：还包括阵面电源、组合电源和频综模块，其中：

所述阵面电源，用于为TR组件提供工作电源；

所述组合电源，用于为子阵馈线网络、开关馈线网络、开关校正网络、发射通道、接收通道和频综模块提供工作电源；

所述频综模块，用于产生雷达系统的同步时钟、发射通道的波形产生时钟、接收通道的采样时钟、收发通道的本振信号。

作为本发明进一步的方案：TR组件中集成多个发射与接收通道，并且集成一级波束网络。

作为本发明进一步的方案：所述子阵馈线网络中包含功分网络和延迟线，所述功分网络与延迟线相连接，功分网络和延迟线功能分别为合成子阵波束以及对子阵波束进行时延补偿，且所述子阵馈线网络为可更换模块。

有源天线的发射通道与接收通道设计为ASAAC标准模块，通过更换模块可以满足不同雷达体制对有源天线的硬件要求，便于雷达的升级改造。

作为本发明进一步的方案：所述开关馈线网络包括：

开关M_I～M_VI、放大器FA_I～FA_VI，开关G1-G12、1：6功分器P和Q、开关K1～K7、低噪放LNA1和低噪放LNA2、以及I～VI、C、1～12共19个射频端口；

其中，所述开关M_I、开关M_II、开关M_III、开关M_IV、开关M_V、开关 M_VI的一端与开关馈线网络40的对外射频端口I-VI连接，所述开关M_I的 m1端、开关M_II的m3端、开关M_III的m5端、开关M_IV的m7端、开关 M_V的m9端、开关M_VI的m11端分别与放大器FA_I、放大器FA_II、放大器 FA_III、放大器FA_IV、放大器FA_V、放大器FA_VI的输出端连接；

所述开关M_I的m2端、开关M_II的m4端、开关M_III的m6端、开关 M_IV的m8端、开关M_V的m10端、开关M_VI的m12端分别与开关G2、开关G4、开关G6、开关G8、开关G10、开关G12的一端连接；

所述放大器FA_I、放大器FA_II、放大器FA_III、放大器FA_IV、放大器FA_V、放大器FA_VI的输入端分别与开关G1、开关G3、开关G5、开关G7、开关 G9、开关G11的一端连接；

所述开关G1的g2端、开关G3的g6端、开关G5的g10端、开关G7 的g14端、开关G9的g18端、开关G11的g22端分别与1：6功分器的分口连接，该功分器的和端口为P端；

所述开关G2的g4端、开关G4的g8端、开关G6的g12端、开关G8 的g16端、开关G10的g20端、开关G12的g24端分别与1：6功分器的分口连接，该功分器的和端口为Q端；

所述开关G4的g7端还与K1的c1端相连接，所述开关G5的g9端还与K3的c6端相连接，所述开关G8的g15端还与K4的c7端相连接，所述开关G9的g17端还与K5的c14端相连接；

所述开关K1的c2端与开关K2的c3端相连，所述开关K2的c4端与低噪放LNA1的输出端相连，所述低噪放LNA1的输入端与开关K3的c5 端相连，所述开关K4的c8端与开关K6的c9端相连，所述开关K6的c10 端与低噪放LNA2的输出端连接，所述低噪放LNA2的输入端与K5的c13 端相连接；所述开关K7的另一端与开关K6的另一端相连，且所述开关 K7的c12端与1：6功分器P端相连接，所述开关K7的c11端与另一1：6 功分器Q端相连。

所述开关G1的g1端、开关G2的g3端、开关G3的g5端、开关G6 的g11端、开关G7的g13端、开关G10的g19端、开关G11的g21端、开关G12的g23端、开关K1的一端、开关K3的一端、开关K4的一端、开关K5的一端与对外射频端口1-12连接；所述开关K2的一端与对外射频端口C连接。

一种标准值采集方法，应用于单发单收工作体制，包括：

第一步，雷达系统上电并进行自检；

第二步，在微波暗室中测试得到有源天线在不同工作模式下的各个TR 组件的幅度与相位工作码值；

第三步，在微波暗室或者相似的电磁环境中，逐个开启TR组件，发射通道产生校正信号，开关馈线网络分别采用发射副校正模式和接收副校正模式的信号路径，开关校正网络采用默认态的信号路径，利用校正网络输入接收校正信号或者输出发射校正信号，校正接收通道对信号进行采样和处理，得到有源天线的校正标准值。

一种标准值采集方法，应用于多发多收工作体制，包括：

第一步，雷达系统上电并进行自检，开关校正网络采用接收多通道校正模式和发射多通道校正模式的信号路径，收发通道进行上电后的自校正；

第二步，在微波暗室中通过测试得到有源天线在不同工作模式下的各个TR组件的幅度与相位工作码值；在微波暗室或者相似的电磁环境中，逐个开启TR组件，发射通道产生校正信号，开关馈线网络分别采用发射主校正模式和接收主校正模式的信号路径，开关校正网络采用默认态的信号路径，系统利用开关校正网络输入接收校正信号或者输出发射校正信号，校正接收通道对信号进行采样和处理，得到有源天线的校正主标准值；

第三步，开关馈线网络采用发射副校正模式和接收副校正模式的信号路径，开关校正网络采用默认态的信号路径，采用第二步的方法得到有源天线的校正副标准值；

第四步，计算主副标准值的差值，判断差值是否在正确的取值范围内；若差值满足要求则标准值采集有效，流程结束；若差值不满足要求则标准值采集无效，需要对系统的软硬件进行检查，再重新开始标准值采集流程。

一种有源天线校正方法，应用于单发单收工作模式，包括：

第一步，雷达系统上电并进行自检；

第二步，在微波暗室或者相似的电磁环境中，逐个开启TR组件并打入初始的幅度和相位码值，发射通道产生校正信号，开关馈线网络分别采用发射副校正模式和接收副校正模式的信号路径，开关校正网络采用默认态的信号路径，系统利用校正网络输入接收校正信号或者输出发射校正信号，校正接收通道对信号进行采样和处理，得到有源天线校正的测试值；

第三步，将校正测试值与标准值进行归一化对比，获得新一轮的测试码后进行新一轮校正，直到所有通道的校正测试值与标准值一致或者校正次数达到上限；

第四步，系统获得新的工作码，并输出校正结果，在校正过程中，校正有效性的判据是标准值与测试值的差值，差值的选择需要满足一定要求，如果取值较大则无法满足校正精度要求，如果取值较小则校正次数增加而造成较长的耗时，可以通过校正后的方向图测试来确定合理的取值。

一种有源天线校正方法，应用于多发多收工作模式，包括：

第一步，雷达系统上电并进行自检，开关校正网络分别采用表中接收多通道校正模式和发射多通道校正模式的信号路径，收发通道进行上电后的自校正；

第二步，在微波暗室或者相似的电磁环境中，逐个开启TR组件并打入初始的幅度和相位码值，发射通道产生校正信号，开关馈线网络分别采用发射主校正模式和接收主校正模式的信号路径，开关校正网络采用表中默认态的信号路径，系统利用校正网络输入接收校正信号或者输出发射校正信号，校正接收通道对信号进行采样和处理，得到有源天线校正的主测试值；

第三步，将校正主测试值与主标准值进行归一化对比，获得新一轮的测试码后进行新一轮校正，直到所有通道的校正测试值与标准值一致或者校正次数达到上限；

第四步，逐个开启TR组件并打入初始的幅度和相位码值，发射通道产生校正信号，开关馈线网络分别采用发射副校正模式和接收副校正模式的信号路径，开关校正网络采用默认态的信号路径，系统利用开关校正网络输入接收校正信号或者输出发射校正信号，校正接收通道对信号进行采样和处理，得到有源天线校正的副测试值；

第五步，将校正副测试值与副标准值进行归一化对比，获得新一轮的测试码后进行新一轮校正，直到所有通道的校正测试值与标准值一致或者校正次数达到上限；

第六步，计算主副工作码的差值，判断差值是否在正确的取值范围内。若差值满足要求则校正有效，获得新的工作码，流程结束；若差值不满足要求则校正无效，需要对系统的软硬件进行检查，再返回第一步重新开始校正流程。

本发明的优点在于：

1、本发明中，发射通道与接收通道一起被设计为一体化收发通道并与开关校正网络连接，在校正过程中建立起各个子阵收发通道之间的联系，对校正过程的有效性设定了判据，提高了有源天线的准确性。

2、本发明中，有源天线的子阵馈线网络设计为可更换模块，发射通道与接收通道设计为ASAAC标准模块，通过更换模块可以实现不同雷达体制的转换，有源天线的馈线开关网络和校正开关网络能够同时满足不同雷达体制的要求，解决应用中存在的通用性较差的问题。

3、本发明针对多体制有源天线的标准值采样流程设计，主要包括：暗室测试得到天线的标准码后，系统分别进行所有通道主标准值和副标准值的采集，对主标准值、副标准值的差值设定了有效范围，提高了标准值采集过程的准确性。

4、本发明针对多体制有源天线的校正流程设计，主要包括：在内校正时，系统将所有通道的测试值与标准值进行比较后，进一步将主校正和副校正的测试值进行差值比较并设定了有效范围，从而提高了校正过程的准确性。

5、本发明能够满足ABF、DBF、MISO、MIMO和子带合成等不同体制雷达对有源天线微波系统的要求，采用可更换模块或ASAAC标准模块结构设计，降低了系统升级改造的难度，同时针对该系统的特点提出了新的校正流程，提高了标准值采集和校正过程的准确性。同时，系统改造后不会对已经采样的主标准值和副标准值造成影响，校正流程依然有效。

附图说明

图1是本发明一种有源天线实施例的微波系统原理图。

图2a)是图1实施例的适用于单发单收体制有源天线的子阵馈线网络原理图。

图2b)是图1实施例的适用于多发多收体制有源天线的子阵馈线网络原理图。

图3是图1实施例的一种有源天线的馈线开关网络原理图。

图4是图1实施例的一种有源天线的校正开关网络原理图。

图5是图1实施例的发射通道与接收通道原理图。

图6a)是本发明实施例的适用于单发单收体制有源天线的标准值采集流程图。

图6b)是本发明实施例的适用于多发多收体制有源天线的标准值采集流程图。

图7a)是本发明实施例的适用于单发单收体制有源天线的校正处理流程图。

图7b)是本发明实施例的适用于多发多收体制有源天线的校正处理流程图。

图8是本发明实施例的不同工作模式下馈线开关网络的信号路径表。

图9是本发明实施例的不同工作模式下校正开关网络的信号路径表。图中，10、天线阵面；20、TR组件；30、子阵馈线网络；40、开关馈线网络；50、开关校正网络；60、接收通道；70、发射通道；80、耦合校正网络；90、校正和网络；100、阵面电源；110、组合电源；120、频综模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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。

实施例1

参阅图1，图1为实施例有源天线的微波系统原理框图，包括：

天线阵面10，所述天线阵面10的线源中集成有校正耦合通道；

若干个TR组件20，若干个所述TR组件20与天线阵面10连接；

若干个子阵馈线网络30，所述子阵馈线网络30分别与TR组件20连接；

开关馈线网络40，所述开关馈线网络40与所述子阵馈线网络30相连接；

开关校正网络50，所述开关校正网络50与开关馈线网络40连接；

若干个接收通道60，所述接收通道60与开关校正网络50相连，所述接收通道60通过光纤接收控制信号，并发送回波采样信号和工作状态反馈信号；

若干个发射通道70，所述发射通道70与开关校正网络50通信相连，所述发射通道70通过光纤接收控制信号，并发送工作状态反馈信号；

耦合校正网络80，所述耦合校正网络80的一端与天线阵面10的耦合通道连接；

校正和网络90，所述校正和网络90的一端与所述耦合校正网络80的另一端连接，所述校正和网络90的另一端与开关馈线网络40连接；

发射通道70与接收通道60一起被设计为一体化收发通道并与开关校正网络50连接，在校正过程中建立起各个子阵收发通道之间的联系，对校正过程的有效性设定了判据，提高了有源天线的准确性。

具体的，参阅图1，本公开的实施例方案中，所述子阵馈线网络30分别与开关馈线网络40的射频端口I-VI连接，所述校正和网络90与开关馈线网络40的射频端口C连接，所述开关馈线网络40的射频端口1-12与开关校正网络50的1-12射频端口相连接，所述开关校正网络50的射频端口 I-XII分别与收发通道连接。

为了更好地理解本发明，对各个部分进行详细的说明其作用，其中：

天线阵面10，由阵列天线组成，能够向外界空间发射或者接收电磁信号，天线阵面10的线源中集成有校正耦合通道，用于天线内校正。

TR组件20，用于对天线阵面发射或接收的电磁信号进行放大和移相处理，较佳的方式是一个TR组件20内部集成多个发射通道与接收通道，并且集成一级波束网络，通道的排列方式可以根据天线阵面天线阵元的排布特点确定。

TR组件用于将馈线网络发送的电磁信号进行饱和放大和移相处理后，再发送给天线阵面10；将天线阵面10从外界空间接收到的电磁信号进行放大和移相处理后，再发送给子阵馈线网络30。

子阵馈线网络30，用于合成天线的子阵波束，在合成全阵和波束时，能够对子阵波束进行时延补偿。

开关馈线网络40，用于构成天线子阵或全阵的和发射与和接收信号路径，以及通过开关切换实现有源天线的校正。

开关校正网络50，用于构成天线子阵或全阵的和发射与和接收信号路径，以及通过开关切换实现收发通道的自闭环校正。

接收通道60，用于接收并处理1路或者同时多路由开关校正网络50馈入的回波信号，回波信号处理方式为：回波信号经模拟变频电路接收至固定中频信号后送入数字接收机，通过数字采样、解调和数据融合，产生基带I/Q信号，并通过开窗数据缓存和光接口送给信号处理。

发射通道70，用于产生1路或者同时多路射频激励信号并输出给开关校正网络50，激励信号产生方式为：波形产生功能电路根据控制的时序和参数产生要求的带宽、脉宽和调制方式的信号，通过激励变频通道输出要求中心频率的射频信号。

优选的，发射通道与接收通道设计为ASAAC标准模块，通过更换模块可以满足不同雷达体制对有源天线的硬件要求，便于雷达的升级改造。有源天线的开关馈线网络和开关校正网络能够同时满足不同雷达体制的要求。

此外，实施例中发射通道60与接收通道70一起被设计为一体化收发通道，其中集成了1对收发通道，也可以在一体化收发通道中集成多对收发通道，或者将多个纯发射或者纯接收的通道进行集成。收发通道所需的本振信号、采样时钟、波形时钟和同步时钟来自频综模块120。

耦合校正网络80，用于在天线发射校正时从线源中的校正耦合通道接收射频信号，或者天线接收校正时向线源中的校正耦合通道馈入射频信号。

校正和网络90，用于天线发射校正与接收校正时，射频信号的传输。

更进一步的，本公开的实施例方案中，还包括阵面电源100、组合电源 110和频综模块120；

阵面电源100，用于为TR组件提供工作电源。

组合电源110，用于为子阵馈线网络、开关馈线网络、开关校正网络、发射通道、接收通道和频综模块提供工作电源。

频综模块120，用于产生雷达系统的同步时钟、发射通道的波形产生时钟、接收通道的数字采样时钟、和发射通道及接收通道的变频本振信号。

可以理解的是，频综模块120，既能够产生发射通道70的波形产生时钟、接收通道60的采样时钟、收发通道的本振信号，也能够产生TR组件 20内部集成多个发射通道的波形产生时钟与接收通道采样时钟。

作为本公开的一个实施例，参阅图2，图2所示为本发明实施例中子阵馈线网络的方案示意图，图2a)所示的子阵馈线网络30中包含功分网络 31和延迟线32，所述功分网络31与延迟线32相连接，功分网络31和延迟线32功能分别为合成子阵波束并且对子阵波束进行时延补偿以克服全阵和波束孔径渡越效应，这种子阵馈线网络30设计可适用于单发单收(ABF) 或者单发多收(MISO)的雷达体制。

作为本公开的另一个实施例，若雷达采用多发多收(DBF、MIMO或子带合成)体制，则子阵波束时延补偿的功能可以通过信号处理和数字产生波形来实现，子阵馈线网络30的方案示意图如图2b)所示，即所述子阵馈线网络30仅包括功分网络31。

实际运用的时候，考虑到不同雷达体制对子阵馈线网络30的不同需求，该模块一般设计为可更换模块。

如图3所示为本发明实施例中开关馈线网络40的方案示意图，其中主要包含：开关Mi(i取I～VI)、放大器FA_i(i取I～VI)、开关Gj(j取1～12)、1：6功分器P和Q、开关K1～K7、低噪放LNA1和低噪放LNA2、以及I～VI、 C、1～12共19个射频端口。

其中，所述开关M_I、开关M_II、开关M_III、开关M_IV、开关M_V、开关 M_VI的一端与开关馈线网络40的对外射频端口I-射频端口VI连接，所述开关M_I的m1端、开关M_II的m3端、开关M_III的m5端、开关M_IV的m7端、开关M_V的m9端、开关M_VI的m11端分别与放大器FA_I、放大器FA_II、放大器FA_III、放大器FA_IV、放大器FA_V、放大器FA_VI的输出端连接；

所述开关M_I的m2端、开关M_II的m4端、开关M_III的m6端、开关 M_IV的m8端、开关M_V的m10端、开关M_VI的m12端分别与开关G2、开关G4、开关G6、开关G8、开关G10、开关G12的一端连接；

所述放大器FA_I、放大器FA_II、放大器FA_III、放大器FA_IV、放大器FA_V、放大器FA_VI的输入端分别与开关G1、开关G3、开关G5、开关G7、开关 G9、开关G11的一端连接；

所述开关G1的g2端、开关G3的g6端、开关G5的g10端、开关G7 的g14端、开关G9的g18端、开关G11的g22端分别与1：6功分器P的分口连接，该功分器的和口为P端；

所述开关G2的g4端、开关G4的g8端、开关G6的g12端、开关G8 的g16端、开关G10的g20端、开关G12的g24端分别与1：6功分器Q 的分口连接，该功分器的和口为Q端；

所述开关G4的g7端还与K1的c1端相连接，所述开关G5的g9端还与K3的c6端相连接，所述开关G8的g15端还与K4的c7端相连接，所述开关G9的g17端还与K5的c14端相连接；

所述开关K1的c2端与开关K2的c3端相连，所述开关K2的c4端与低噪放LNA1的输出端相连，所述低噪放LNA1的输入端与开关K3的c5 端相连，所述开关K4的c8端与开关K6的c9端相连，所述开关K6的c10 端与低噪放LNA2的输出端连接，所述低噪放LNA2的输入端与K5的c13 端相连接；所述开关K7的另一端与开关K6的另一端相连，且所述开关 K7的c12端与1：6功分器P端相连接，所述开关K7的c11端与另一1：6 功分器Q端相连。

所述开关G1的g1端、开关G2的g3端、开关G3的g5端、开关G6 的g11端、开关G7的g13端、开关G10的g19端、开关G11的g21端、开关G12的g23端、开关K1的一端、开关K3的一端、开关K4的一端、开关K5的一端与开关馈线网络40的对外射频端口1-12连接。所述开关 K2的一端与对外射频端口C连接。

其中开关Mi(i取I～VI)、Gj(j取1～12)、K6、K7可受控于雷达系统的发射时序信号(TRT)与接收时序信号(TRR)，以实现收发的切换。模块中的低噪放与放大器根据不同工作模式的需要进行通电工作，以降低系统的功耗。开关馈线网络在不同工作模式下，射频信号的路径选择见图8 所示。

如图4所示为本发明实施例中开关校正网络的方案示意图，其中主要包含：单刀七掷开关K1和K12、单刀双掷开关K2～K11、衰减器51、对外射频端口I～XII和1～12，衰减器51包括衰减器S1-S11。开关校正网络在不同工作模式下，射频信号的路径选择见图9所示。

参阅图4，其中，所述开关K1的A1端、A端、B端、C端、D端、E 端、F端分别与开关校正网络50的射频端口1、衰减器S6、衰减器S5、衰减器S4、衰减器S3、衰减器S2、衰减器S1的一端连接；

所述开关K2的A2端、a端分别与开关校正网络50的射频端口2、衰减器S6的另一端连接；

所述开关K3的A3端、G端分别与开关校正网络50的射频端口3、衰变器S11的一端连接；

所述开关K4的A4端、b端分别与开关校正网络50的射频端口4、衰减器S5的另一端连接；

所述开关K5的A5端、H端分别与开关校正网络50的射频端口5、衰减器S10的一端连接；

所述开关K6的A6端、c端分别与开关校正网络50的射频端口6、衰减器S4的另一端连接；

所述开关K7的A7端、I端分别与开关校正网络50的射频端口7、衰减器S9的一端连接；

所述开关K8的A8端、d端分别与开关校正网络50的射频端口8、衰减器S3的另一端连接；

所述开关K9的A9端、J端分别与开关校正网络50的射频端口9、衰减器S8的一端连接；

所述开关K10的A10端、e端分别与开关校正网络50的射频端口10、衰减器S2的另一端连接；

所述开关K11的A11端、K端分别与开关校正网络50的射频端口11、衰减器器S7的一端连接；

所述开关K12的A12端、f端、g端、h端、i端、j端、k端分别与开关校正网络50的射频端口12、衰减器S1的另一端、衰减器S11的另一端、衰减器S10的另一端、衰减器S9的另一端、衰减器S8的另一端、衰减器 S7的另一端连接。

所述开关K1-开关K12的一端分别与开关校正网络50的I～XII射频端口连接。

如图5所示为本发明实施例中发射通道和接收通道的方案示意图，其中主要包含：变频接收61、模数转换器(ADC)62、数字波形采样(DDC) 63、变频激励71、数模转换器(DAC)72、数字波形产生(DDS)73和高速接口64。

所述变频接收61、模数转换器(ADC)62、数字波形采样(DDC)63、高速接口64依次连接；

所述变频激励71、数模转换器(DAC)72、数字波形产生(DDS)73 和高速接口64依次连接。

接收通道60、发射通道70采用ASAAC标准模块，通过模块的更换可以实现系统工作体制的变更，采用发射通道与接收通道对外射频端口独立设计，可满足收发通道自校正的需求；发射通道具有对电磁信号调整幅度与时间延迟功能，可以克服发射模式下天线孔径渡越效应对波束指向的影响。

实施例2

如图6a)所示为本发明实施例中针对单发单收工作体制的标准值采集流程图，一种校正值采集方法，其具体过程为：第一步，雷达系统上电并进行自检；第二步，在微波暗室中测试得到有源天线在不同工作模式下的各个TR组件20的幅度与相位工作码值；第三步，在微波暗室或者相似的电磁环境中，逐个开启TR组件20，发射通道70产生校正信号，开关馈线网络40分别采用图8中的发射副校正模式和接收副校正模式的信号路径，开关校正网络50采用图9中默认态的信号路径，系统利用开关校正网络50 输入接收校正信号或者输出发射校正信号，接收通道60对信号进行采样和处理，得到有源天线的校正标准值。

实施例3

如图6b)所示为本发明实施例中针对多发多收工作体制的标准值采集流程图，一种标准值采集方法，其具体过程为：第一步，雷达系统上电并进行自检，开关校正网络50分别采用图9中接收多通道校正模式和发射多通道校正模式的信号路径，收发通道进行上电后的自校正；第二步，在微波暗室中测试得到有源天线在不同工作模式下的各个TR组件20的幅度与相位工作码值；第三步，在微波暗室或者相似的电磁环境中，逐个开启TR 组件20，发射通道70产生校正信号，开关馈线网络40分别采用图8中的发射主校正模式和接收主校正模式的信号路径，开关校正网络50采用图9 中默认态的信号路径，系统利用校正网络输入接收校正信号或者输出发射校正信号，接收通道60对信号进行采样和处理，得到有源天线的校正主标准值；第四步，开关馈线网络40分别采用图8中的发射副校正模式和接收副校正模式的信号路径，开关校正网络50采用图9中默认态的信号路径，采用第二步的方法得到有源天线的校正副标准值；第五步，计算主副标准值的差值，判断差值是否在正确的取值范围内。若差值满足要求则标准值采集有效，流程结束；若差值不满足要求则标准值采集无效，需要对系统的软硬件进行检查，再重新开始标准值采集流程。作为判据的差值的大小，取决于微波系统硬件的指标水平。

实施例4

如图7a)所示为本发明实施例中针对单发单收工作模式的校正流程图，一种有源天线校正方法，其具体过程为：第一步，雷达系统上电并进行自检；第二步，在微波暗室或者相似的电磁环境中，逐个开启TR组件20并打入初始的幅度和相位码值，发射通道70产生校正信号，开关馈线网络40 分别采用图8中的发射副校正模式和接收副校正模式的信号路径，开关校正网络50采用图9中默认态的信号路径，系统利用校正网络输入接收校正信号或者输出发射校正信号，接收通道60对信号进行采样和处理，得到有源天线的校正测试值；第三步，将校正测试值与标准值进行归一化对比，获得新一轮的测试码后进行新一轮校正，直到所有通道的校正测试值与标准值一致或者校正次数达到上限；第四步，系统获得新的工作码，并输出校正结果。在校正过程中，校正有效性的判据是标准值与测试值的差值，对于差值的选择，如果取值较大则无法满足校正精度要求，如果取值较小则校正次数增加而造成较长的耗时，可以通过校正后的方向图测试来确定合理的取值。

实施例5

如图7b)所示为本发明实施例中针对多发多收工作模式的校正流程图，一种有源天线校正方法，其具体过程为：

第一步，雷达系统上电并进行自检，开关校正网络50分别采用图9中接收多通道校正模式和发射多通道校正模式的信号路径，收发通道进行上电后的自校正。

第二步，在微波暗室或者相似的电磁环境中，逐个开启TR组件20的并打入初始的幅度和相位码值，发射通道70产生校正信号，开关馈线网络 40分别采用图8中的发射主校正模式和接收主校正模式的信号路径，开关校正网络50采用图9中默认态的信号路径，系统利用开关校正网络50输入接收校正信号或者输出发射校正信号，接收通道60对信号进行采样和处理，得到有源天线校正的主测试值。

第三步，将校正主测试值与主标准值进行归一化对比，获得新一轮的测试码后进行新一轮校正，直到所有通道的校正测试值与标准值一致或者校正次数达到上限。

第四步，逐个开启TR组件20并打入初始的幅度和相位码值，发射通道70产生校正信号，开关馈线网络40分别采用图8中的发射副校正模式和接收副校正模式的信号路径，开关校正网络50采用图9中默认态的信号路径，系统利用开关校正网络50输入接收校正信号或者输出发射校正信号，接收通道60对信号进行采样和处理，得到有源天线校正的副测试值。

第五步，将校正副测试值与副标准值进行归一化对比，获得新一轮的测试码后进行新一轮校正，直到所有通道的校正测试值与标准值一致或者校正次数达到上限。

第六步，计算主副工作码的差值，判断差值是否在正确的取值范围内。若差值满足要求则校正有效，获得新的工作码，流程结束；若差值不满足要求则校正无效，需要对系统的软硬件进行检查，再返回第一步重新开始校正流程。作为判据的差值，取决于微波系统硬件的指标水平。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种有源天线，其特征在于，包括：

天线阵面(10)，所述天线阵面(10)的线源中集成有校正耦合通道；

若干个TR组件(20)，若干个所述TR组件(20)与天线阵面(10)连接；

若干个子阵馈线网络(30)，所述子阵馈线网络(30)分别与TR组件(20)连接；

开关馈线网络(40)，所述开关馈线网络(40)与所述子阵馈线网络(30)相连接；

开关校正网络(50)，所述开关校正网络(50)与开关馈线网络(40)连接；

若干个接收通道(60)，所述接收通道(60)与开关校正网络(50)相连，所述接收通道(60)通过光纤接收控制信号，并发送回波采样信号和工作状态反馈信号；

若干个发射通道(70)，所述发射通道(70)与开关校正网络(50)相连，所述发射通道(70)通过光纤接收控制信号，并发送工作状态反馈信号，发射通道60与接收通道70一起被设计为一体化收发通道；

耦合校正网络(80)，所述耦合校正网络(80)的一端与天线阵面(10)的耦合通道连接，

校正和网络(90)，所述校正和网络(90)的一端与所述耦合校正网络(80)的另一端连接，所述校正和网络(90)的另一端与开关馈线网络(40)连接。

2.根据权利要求1所述的有源天线，其特征在于，

天线阵面(10)，用于向外界空间发射或者接收电磁信号；

TR组件(20)，将天线阵面(10)从外界空间接收到的电磁信号进行放大和移相处理后，再发送给子阵馈线网络(30)。或者将子阵馈线网络(30)馈入的信号进行饱和放大和移相处理后，再发送给天线阵面(10)；

子阵馈线网络(30)，用于合成天线的子阵波束；

开关馈线网络(40)，用于构成天线子阵或全阵的和发射与和接收信号路径，以及通过开关切换实现对有源天线的校正；

开关校正网络(50)，用于构成天线子阵或全阵的和发射与和接收信号路径，以及通过开关切换实现收发通道的自闭环校正；

接收通道(60)，用于接收并处理一路或者同时多路由开关校正网络(50)网络馈入的射频回波信号；

发射通道(70)，用于产生一路或者同时多路射频激励信号并输出给开关校正网络(50)；

耦合校正网络(80)，用于在天线发射校正时从线源中的校正耦合通道接收射频信号，或者天线接收校正时向线源中的校正耦合通道馈入射频信号；

校正和网络(90)，用于天线发射校正与接收校正时，射频信号的传输。

3.根据权利要求2所述的有源天线，其特征在于，

还包括阵面电源(100)、组合电源(110)和频综模块(120)，其中，

所述阵面电源(100)，用于为TR组件(20)提供工作电源；

所述组合电源(110)，用于为子阵馈线网络(30)、开关馈线网络(40)、开关校正网络(50)、发射通道(60)、接收通道(70)和频综模块(120)提供工作电源；

所述频综模块(120)，用于产生雷达系统的同步时钟、发射通道的波形产生时钟、接收通道的采样时钟、收发通道的本振信号。

4.根据权利要求2所述的有源天线，其特征在于，TR组件(20)内部集成多个发射通道与接收通道，并且集成一级波束网络。

5.根据权利要求3所述的有源天线，其特征在于，所述子阵馈线网络(30)中包含功分网络(31)和延迟线(32)，所述功分网络(31)与延迟线(32)相连接，功分网络(31)和延迟线(32)功能分别为合成子阵波束并且对子阵波束进行时延补偿，且所述子阵馈线网络(30)为可更换模块。

6.根据权利要求4所述的有源天线，其特征在于，所述开关馈线网络(40)包括：

开关Mi，i取I～VI；放大器FA_i，i取I～VI；开关G1-G12、1：6功分器P和1：6功分器Q、开关K1～K7、低噪放LNA1和低噪放LNA2、以及I～VI、C、1～12共19个射频端口。

其中，所述开关M_I、开关M_II、开关M_III、开关M_IV、开关M_V、开关M_VI的一端与开关馈线网络40的射频端口I-射频端口VI连接，所述开关M_I的m1端、开关M_II的m3端、开关M_III的m5端、开关M_IV的m7端、开关M_V的m9端、开关M_VI的m11端分别与放大器FA_I、放大器FA_II、放大器FA_III、放大器FA_IV、放大器FA_V、放大器FA_VI的输出端连接。

所述开关M_I的m2端、开关M_II的m4端、开关M_III的m6端、开关M_IV的m8端、开关M_V的m10端、开关M_VI的m12端分别与开关G2、开关G4、开关G6、开关G8、开关G10、开关G12的一端连接；

所述放大器FA_I、放大器FA_II、放大器FA_III、放大器FA_IV、放大器FA_V、放大器FA_VI的输入端分别与开关G1、开关G3、开关G5、开关G7、开关G9、开关G11的一端连接；

所述开关G1的g2端、开关G3的g6端、开关G5的g10端、开关G7的g14端、开关G9的g18端、开关G11的g22端分别与1：6功分器P的分口连接；

所述开关G2的g4端、开关G4的g8端、开关G6的g12端、开关G8的g16端、开关G10的g20端、开关G12的g24端分别与1：6功分器Q的分口连接；

所述开关G4的g7端还与K1的c1端相连接，所述开关G5的g9端还与K3的c6端相连接，所述开关G8的g15端还与K4的c7端相连接，所述开关G9的g17端还与K5的c14端相连接；

所述开关K1的c2端与开关K2的c3端相连，所述开关K2的c4端与低噪放LNA1的输出端相连，所述低噪放LNA1的输入端与开关K3的c5端相连，所述开关K4的c8端与开关K6的c9端相连，所述开关K6的c10端与低噪放LNA2的输出端连接，所述低噪放LNA2的输入端与K5的c13端相连接；所述开关K7的另一端与开关K6的另一端相连，且所述开关K7的c12端与1：6功分器的和口P相连接，所述开关K7的c11端与1：6功分器的和口Q相连。

所述开关G1的g1端、开关G2的g3端、开关G3的g5端、开关G6 的g11端、开关G7的g13端、开关G10的g9端、开关G11的g21端、开关G12的g23端、开关K1的一端、开关K3的一端、开关K4的一端、开关K5的一端与开关馈线网络(40)的对外射频端口1-12连接；所述开关K2的一端与对外射频端口C连接。

7.一种标准值采集方法，其特征在于，应用于单发单收工作体制，包括以下步骤：

第一步，雷达系统上电并进行自检；

第二步，在微波暗室中测试得到有源天线在不同工作模式下的各个TR组件(20)的幅度与相位工作码值；

第三步，在微波暗室或者相似的电磁环境中，逐个开启TR组件(20)，发射通道(70)产生校正信号，开关馈线网络(40)分别采用发射副校正模式和接收副校正模式的信号路径，开关校正网络(50)采用默认态的信号路径，利用校正网络输入接收校正信号或者输出发射校正信号，接收通道(60)对信号进行采样和处理，得到有源天线的校正标准值。

8.一种标准值采集方法，其特征在于，应用于多发多收工作体制，包括：

第一步，雷达系统上电并进行自检，开关校正网络(50)采用接收多通道校正模式和发射多通道校正模式的信号路径，收发通道进行上电后的自校正；

第二步，在微波暗室中通过测试得到有源天线在不同工作模式下的各个TR组件(20)的幅度与相位工作码值；在微波暗室或者相似的电磁环境中，逐个开启TR组件(20)，发射通道(70)产生校正信号，开关馈线网络(40)分别采用发射主校正模式和接收主校正模式的信号路径，开关校正网络(50)采用默认态的信号路径，系统利用开关校正网络(50)输入接收校正信号或者输出发射校正信号，接收通道(60)对信号进行采样和处理，得到有源天线的校正主标准值；

第三步，开关馈线网络(40)采用发射副校正模式和接收副校正模式的信号路径，开关校正网络(50)采用默认态的信号路径，采用第二步的方法得到有源天线的校正副标准值；

第四步，计算主副标准值的差值，判断差值是否在正确的取值范围内；若差值满足要求则标准值采集有效，流程结束；若差值不满足要求则标准值采集无效，需要对系统的软硬件进行检查，再重新开始标准值采集流程。

9.一种有源天线校正方法，其特征在于，应用于单发单收工作模式，包括：

第一步，雷达系统上电并进行自检；

第二步，在微波暗室或者相似的电磁环境中，逐个开启TR组件(20)并打入初始的幅度和相位码值，发射通道(70)产生校正信号，开关馈线网络(40)分别采用发射副校正模式和接收副校正模式的信号路径，开关校正网络(50)采用默认态的信号路径，系统利用校正网络输入接收校正信号或者输出发射校正信号，接收通道(60)对信号进行采样和处理，得到有源天线校正的测试值；

第三步，将校正测试值与标准值进行归一化对比，获得新一轮的测试码后进行新一轮校正，直到所有通道的校正测试值与标准值一致或者校正次数达到上限；

第四步，系统获得新的工作码，并输出校正结果，在校正过程中，校正有效性的判据是标准值与测试值的差值，差值的选择需要满足一定要求，如果取值较大则无法满足校正精度要求，如果取值较小则校正次数增加而造成较长的耗时，可以通过校正后的方向图测试来确定合理的取值。

10.一种有源天线校正方法，其特征在于，应用于多发多收工作模式，包括：

第一步，雷达系统上电并进行自检，开关校正网络50分别采用图9中接收多通道校正模式和发射多通道校正模式的信号路径，收发通道进行上电后的自校正；

第二步，在微波暗室或者相似的电磁环境中，逐个开启TR组件(20)并打入初始的幅度和相位码值，发射通道(70)产生校正信号，开关馈线网络(40)分别采用发射主校正模式和接收主校正模式的信号路径，开关校正网络(50)采用图9中默认态的信号路径，系统利用校正网络输入接收校正信号或者输出发射校正信号，接收通道(60)对信号进行采样和处理，得到有源天线校正的主测试值；

第三步，将校正主测试值与主标准值进行归一化对比，获得新一轮的测试码后进行新一轮校正，直到所有通道的校正测试值与标准值一致或者校正次数达到上限；

第四步，逐个开启TR组件(20)并打入初始的幅度和相位码值，发射通道(70)产生校正信号，开关馈线网络(40)分别采用的发射副校正模式和接收副校正模式的信号路径，开关校正网络(50)采用默认态的信号路径，系统利用开关校正网络(50)馈入接收校正信号或者接收发射校正信号，接收通道(60)对信号进行采样和处理，得到有源天线校正的副测试值；

第五步，将校正副测试值与副标准值进行归一化对比，获得新一轮的测试码后进行新一轮校正，直到所有通道的校正测试值与标准值一致或者校正次数达到上限；

第六步，计算主副工作码的差值，判断差值是否在正确的取值范围内。若差值满足要求则校正有效，获得新的工作码，流程结束；若差值不满足要求则校正无效，需要对系统的软硬件进行检查，再返回第一步重新开始校正流程。

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