CN113315589A - 带在线内监测功能的相控阵天线系统及内监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带在线内监测功能的相控阵天线系统及内监测方法。系统包括天线阵列、TR组件、射频开关网络、耦合网络、变频组件和信号处理机，所述天线阵列与所述TR组件互联，所述变频组件包括上变频器和下变频器，所述变频组件与所述信号处理机互联，所述耦合网络分别与所述天线阵列的各天线子阵连接；所述射频开关网络包括：所述TR组件与所述上变频器和所述下变频器间的射频链路，以及所述耦合网络与所述上变频器和所述下变频器间的射频链路。执行内监测时，分别导通或关断变频组件与TR组件、耦合网络间的射频链路，即可得到内监测数据。本发明可以实现相控阵天线和在线自监测网络的变频组件共用，实现系统的小型化和低成本化。

Description

带在线内监测功能的相控阵天线系统及内监测方法

技术领域

本发明涉及射频通信领域，尤其是一种便携的带在线内监测功能的相控阵天线系统，以及对应的在线内监测方法。

背景技术

由于具备微秒级的波束扫描能力、高效的功率口径积、灵活的波束赋形能力、更高的系统冗余度、不依赖伺服系统等诸多优点，有源相控阵天线近年来越发受到军民用雷达或通信系统设计师的青睐。但由于相控阵天线由成百上千个通道组成，每个通道包含处理、控制等多芯片多器件，结构较为复杂，在交付给最终用户前，会进行大量的校准及测试，确保性能的达标。但交付给最终用户后，在经历长时间的运输、使用或存储后，TR（Transmitter and Receiver，发送与接收）模块的通道幅度和相位特性可能会因器件老化、试验加严、意外发生等情况，导致有源相控阵天线的性能与出厂前不一致，甚至出现性能恶化或无法正常工作等。因此需要定期对相控阵天线的所有TR通道进行监测，当发生有幅度相位信息和出厂时存在偏差，需要通过判故准则进行校准、在线补偿或返厂维修等，确保其始终能够满足客户的应用需求。

关于相控阵天线通道校准的科技文献或专利文献，目前能查阅到的数量很多。通道校准一般需要借助远场或近场测试系统，需要配合复杂的软件系统，且交付给最终用户后，相控阵天线一般都是加载在卫星、飞行器等复杂载体上，进行近场或远场的通道校准需要非常复杂的流程，代价较大。因此，如果在原有载体上，对相控阵天线能够进行在线自监测、校准、补偿等，将大幅提升相控阵天线的可维修性和便捷性。如果在原有载体上，对相控阵天线能够进行在线自监测、校准、补偿等，将大幅提升相控阵天线的可维修性和便捷性。另外，关于在线自监测的文献较少，都是基于无源天线阵列和校准网络的，设计系统校准的设计思路鲜见报道。

现有文献如CN 105390814B公开的《具有内校准网络的有源相控阵天线》，采用在多层板内部集成耦合校准网络，结构简单、校准精度高，受外部环境影响小。但这种网络结构复杂，对于紧凑型相控阵天线而言，很难有多余的空间进行类似的设计，且该专利仅给出了监测网络和天线阵列的关系，而未包含有源部分的设计思路，只是相控阵监测网络的一部分。

又如CN201910487775.9公开的《基于层压PCB技术的集成内埋式小型化相控阵监测校准网络》，介绍了一种基于层压PCB技术的集成内埋式小型化相控阵监测校准网络，该网络紧凑尺寸小，易集成，成本低廉，加工难度低，具有宽带高效率特性，能够满足Ku波段有源相控阵系统的应用需求。但类似于专利CN 105390814B，也是只有天线阵列和耦合网络的部分，并未系统性的介绍监测网络的设计思路。

又如CN 112436281A公开的《一种天线阵列及其自校准网络结构》，采用串联耦合和并联馈电相结合的耦合网络方式，将监测网络与天线阵列一体化设计，实现耦合度可控的同时实现了小型化。但该专利与上述两篇专利类似，都只给出了监测网络和天线阵列的耦合关系，并不是自监测的系统解决方案。

随着相控阵天线的应用越来越广泛，在不影响相控阵天线性能的前提下，将在线内监测系统融入到相控阵天线中的迫切性逐渐增加。另外，不大幅增加系统成本也是一个重要的系统设计要素。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种带在线内监测功能的相控阵天线系统，以解决相控阵天线交付后能够实现在原有载体上在线进行内部的高精度幅度相位监测，且尽可能低的增加体积和重量成本。

本发明采用的技术方案如下：

一种带在线内监测功能的相控阵天线系统，包括天线阵列、TR组件、射频开关网络、耦合网络、变频组件和信号处理机，所述天线阵列与所述TR组件互联，所述变频组件包括上变频器和下变频器，所述变频组件与所述信号处理机互联，所述耦合网络分别与所述天线阵列的各天线子阵连接；所述射频开关网络包括：所述TR组件与所述上变频器和所述下变频器间的射频链路，以及所述耦合网络与所述上变频器和所述下变频器间的射频链路。

上述设计的相控阵天线系统，相控阵天线和监测网络共用一套变频组件，可以有效节省体积和重量成本，达到便携效果。监测系统可在相控阵天线正常工作时执行监测操作，可实现对信号幅度相位的在线监测。

进一步的，射频开关网络还包括：所述耦合网络与吸收负载（36）间的射频链路。吸收负载的设计，是为了相控阵天线在工作状态时，将耦合网络连接到吸收负载上，降低耦合信号的串扰对相控阵天线的影响。

进一步的，所述射频开关网络包括功分器，所述功分器连接于所述TR组件与所述变频组件之间。

进一步的，所述射频开关网络还包括环形器，所述功分器连接所述环形器，所述环形器配置有与所述上变频器和所述下变频器间的射频链路。

进一步的，所述射频开关网络还包括射频开关组；所述环形器与所述上变频器的射频链路、所述环形器与所述下变频器的射频链路、所述耦合网络与所述上变频器的射频链路、所述耦合网络与所述下变频器的射频链路上，均至少设置有一个射频开关。

进一步的，所述射频开关组至少包括第一射频开关、第三射频开关和第四射频开关，所述第一射频开关、第三射频开关和第四射频开关均为单刀双掷开关；所述上变频器连接所述第一射频开关的动端，第一射频开关的一个不动端连接所述环形器，第一射频开关的另一不动端连接所述第三射频开关的一个不动端，所述第三射频开关的动端连接所述耦合网络，所述第三射频开关的另一不动端连接所述第四射频开关的一个不动端，所述第四射频开关的另一不动端连接所述环形器，所述第四射频开关的动端连接所述下变频器。

进一步的，所述射频开关组还包括第二射频开关，所述第二射频开关为单刀双掷开关；所述第二射频开关的动端连接所述耦合网络，所述第二射频开关的一个不动端连接所述第三射频开关的动端，所述第二射频开关的另一不动端连接有吸收负载。

进一步的，所述变频组件还包括频率源，所述频率源分别与所述上变频器和所述下变频器连接。上变频器和下变频器共用一频率源，可以确保相控阵天线射频链路和内监测射频链路的信号同步。

本发明还提供了一种对相控阵天线系统的在线内监测方法，该在线内监测方法对上述的带在线内监测功能的相控阵天线系统进行监测内监测，所述对相控阵天线系统的在线内监测方法包括对相控阵天线进行发射内监测的方法，所述对相控阵天线进行发射内监测的方法包括：

接通上变频器与TR组件之间的射频链路，关断下变频器与TR组件之间的射频链路；接通耦合网络与下变频器之间的射频链路，关断耦合网络与上变频器之间的射频链路；

对于TR组件的每一通道，依次执行以下操作：

控制TR组件的单一通道处于发射状态；信号处理机将信号输入变频组件，通过上变频器将信号由中频频率转换到射频频率，经过射频开关网络的射频链路进入TR组件的发射通道处理；再经过天线阵列和耦合网络，将信号传递到下变频器，将信号由射频频率转换到中频频率，由信号处理机记录幅度相位信息，关闭打开的通道的发射状态。

进一步的，所述对相控阵天线系统的在线内监测方法还包括对相控阵天线进行接收内监测的方法，所述对相控阵天线进行接收内监测的方法包括：

关断上变频器与TR组件之间的射频链路，接通下变频器与TR组件之间的射频链路；关断耦合网络与下变频器之间的射频链路，接通耦合网络与上变频器之间的射频链路；

对于TR组件的每一通道，依次执行以下操作：

控制TR组件的单一通道处于接收状态；信号处理机将信号输入变频组件，通过上变频器将信号由中频频率转换到射频频率，经过射频开关网络的射频链路进入耦合网络和天线阵列；信号再经过TR组件的接收通道处理后进入下变频器，将信号由射频频率转换到中频频率，由信号处理机记录幅度相位信息，关闭打开的通道的接收状态。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所设计的相控阵天线系统，可以将相控阵天线的射频通道和在线自监测网络的射频链路桥接起来，同时可以实现相控阵天线和在线自监测网络（即耦合网络链路）的变频组件共用，实现系统的小型化和低成本化。

2、本发明的相控阵天线系统可以随意切换正常工作模式和自监测模式，在相控阵天线工作模式下，监测网络开关处于匹配连接吸收负载状态，可以有效降低监测网络对相控阵天线系统性能的影响。

3、本发明提出的自监测网络与相控阵天线一体化集成，可以使相控阵天线交付使用后，能够按需要进行在线自监测，而不用拆离装载载体，也不用额外增加设备，便于用户随时监控相控阵天线系统的工作状态。当出现部分通道老化异常时，可以对异常通道进行幅度相位的在线修复刷新，提高产品的可维修性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是相控阵天线处于发射状态下相控阵天线系统的电路结构图。

图2是相控阵天线处于接收状态下相控阵天线系统的电路结构图。

图中，1为天线阵列，2为TR组件，3为射频开关网络，4为变频组件，5为信号处理机，11为第一天线子阵，12为第二天线子阵，13为第三天线子阵，14为第四天线子阵，15为耦合网络，21为第一TR模块，22为第二TR模块，23为第三TR模块，24为第四TR模块，31为环形器，32为第一射频开关，33为第二射频开关，34为第三射频开关，35为第四射频开关，36为吸收负载，37为功分器，41为上变频器，42为频率源，43为下变频器，51为处理器本体，52为供电接口，53为控制接口。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

一种带在线内监测功能的相控阵天线系统，参见附图1、图2，包括天线阵列1、TR组件2、射频开关网络3、变频组件4、信号处理机5和耦合网络15。

天线阵列1是信号的收发装置，负责按约定的规律转换TR组件中的“被束缚”的电磁场信号和空间中“自由”的电磁波信号。

耦合网络15作为在线内监测网络链路，原则上可设置在相控阵天线系统的任意位置，但为了在线监测的全面性和系统性，所述耦合网络15与所述天线阵列1进行一体化设计，即监测网络直接采集天线阵列1中每个天线单元的耦合信号，耦合网络15采用串并联结合的方式，确保耦合网络15和阵列天线1中的每个天线单元都存在唯一的耦合关系，这种耦合关系不受发射或接收的影响。耦合网络15与天线阵列1的关系，可以是串联关系，也可以是并联关系，但其耦合度需要根据系统的动态范围进行设计上的调整，确保耦合能量的信噪比能够满足系统指标要求；同时，所述耦合网络对所述天线阵列1性能的影响要尽可能小。为了最全面的监测相控阵天线通道的幅度相位特性，可将耦合网络15集成到天线阵列1中。耦合网络15的合成端与射频开关网络3相连，以通过射频开关网络3与上变频器41或者下变频器43相连。

TR组件2集成了功放、低噪放、开关、移相、衰减、功分等功能，TR组件2根据应用场景和指标要求，可以是砖式，瓦式或砖瓦式。为了便于工程化应用，TR组件2一般设计成标准模块，通过射频互联技术，如SMP、SMA、射频绝缘子等和天线阵列1进行信号的高效率交换。TR组件2也可以与所述天线阵列1通过一体化成型为瓦片式结构，通过内部互联结构进行射频信号的传递。TR组件2通过开关切换，实现发射和接收状态的控制，确保同一时间只能存在发射或者接收，发射和接收的时间占比由系统性能决定。所述TR组件2包含若干个射频通道，每个通道的接收和发射、通断等均可以独立控制，便于在与所述天线阵列1和所述耦合网络15配合时，能确保一个时刻只有单个射频有源通道和所述耦合网络15处于正常工作状态，其余通道均处于关断状态。

变频组件4包括上变频器41、频率源42和下变频器43，频率源42分别与上变频器41和下变频器43连接，即上变频器41和下变频器43使用同一频率源，以确保相控阵天线射频路和内监测射频路的信号同步。上变频器41用于发射信号，对中频信号按一定要求将信号的频率从中频调整到需要的射频频率；相反，下变频器43用于接收信号，对射频信号按一定要求将信号的频率从射频调整到需要的中频频率。对于现有常规设计，相控阵天线的变频组件和监测网络的变频组件是独立设计的，这会增加系统成本和增加系统体积和重量。

射频开关网络3配合TR组件2的发射和接收状态切换，实现相控阵系统的射频通道的发射和接收的内监测状态。射频开关网络3作为变频组件4与TR组件2、耦合网络15的链路切换网络，其至少包括：TR组件2与上变频器41的射频链路、TR组件2和下变频器43的射频链路，以及耦合网络15与上变频器41的射频链路、耦合网络15与下变频器43的射频链路。需要说明的是，此处的射频链路是相控阵天线系统设计有的链路，在相控阵天线系统处于不同状态（工作状态、内监测状态等）时，相应射频链路的通断状态需要进行对应的设计。例如对应相控阵天线系统处于发射状态、耦合网络15处于接收状态，对应的，TR组件2与上变频器41的射频链路导通，与下变频器43的射频链路关断；耦合网络15与上变频器41的射频链路关断，与下变频器43的射频链路导通。或者对应相控阵天线系统处于接收状态、耦合网络15处于发射状态，对应的，TR组件2与上变频器41的射频链路关断，与下变频器43的射频链路导通；耦合网络15与上变频器41的射频链路导通，与下变频器43的射频链路关断。也正因为射频开关网络3的设计，使得相控阵天线和监测网络可以使用同一套变频组件，从而有效节省系统的空间和重量成本，提高其便携性和集成度。进一步的，基于该设计思路，射频开关网路3还可集成到变频组件4上，以进一步压缩系统体积。

信号处理机5设计有处理器本体51、供电接口52和控制接口53。信号处理机5是接收到雷达/通信系统的指令，进行相控阵天线波束扫描的控制、收发控制等信息。在内监测应用方面，当系统下发自监测信号时，所述信号处理机5控制射频开关网络3的通断状态，实现相控阵天线发射、内监测网络接收的状态，或者内监测网络发射、相控阵天线接收的状态，从而实现相控阵天线所有通道的收发自监测。

当信号处理机5执行相控阵天线发射内监测指令后，信号处理机5的控制信号从上变频器41输入，经过射频开关网路3后，控制TR组件2的单一通道处于发射状态，并通过耦合网络15、射频开关网络3，闭环回到下变频器43，得到发射通道监测数据，并关闭该发射通道，完成一个通道的发射幅度相位监测。TR组件2的各发射通道依次进行，直到所有发射通道监测完毕，即完成相控阵天线所有通道的发射在线监测。

当信号处理机5执行相控阵天线接收内监测指令后，信号处理机5的控制信号从上变频器41输入，经过射频开关网络后，经过耦合网络15控制TR组件2的单一通道处于接收状态，信号再经过射频开关网络3，闭环回到下变频器43，得到接收通道监测数据，并关闭该接收通道，完成一个通道的接收幅度相位监测。TR组件2的各接收通道依次进行，直到所有接收通道监测完毕，即完成相控阵天线所有通道的接收在线监测。

实施例二

本实施例公开了一种带在线内监测功能的相控阵天线系统，该相控阵天线系统与实施例一中的相控阵天线系统类似，唯一区别之处在于，参见附图1或附图2，本实施例中，射频开关网络3还包括：耦合网络15与吸收负载36的射频链路。当相控阵天线处于工作状态而非自监测状态时，为了降低耦合网络对相控阵天线本身的影响，将耦合网络15切换到连接吸收负载36的状态，降低耦合信号的串扰对相控阵天线的影响。

实施例三

本实施例公开了上述实施例中的射频开关网络3的一种结构，如图1、图2所示。

射频开关网络3包括功分器37，该功分器37连接TR组件2，同时，功分器37也与变频组件4相连，以将变频组件4处理的上变频信号传递给TR组件2，或者将TR组件2接收的信号传递给变频组件4进行下变频。TR组件2划分为若干TR子阵，功分器37分别与各TR子阵相连，起到功分或合束的效果。

功分器37与TR组件2连接，其另一端需要与上变频器41和下变频器43相连（非同时连通），对此，射频开关网络3还设计有环形器31，功分器37的合束端连接该环形器31，环形器31配置了与上变频器41和下变频器43间的射频链路，上变频器41连接在流向功分器37的方向，下变频器43连接在流出功分器37的方向。

前文说道，射频开关网络3中的各射频链路，为根据信号处理机5所接收到的内监测指令决定通断状态，对应于通断状态的切换，则射频开关网路3中设计了射频开关组，在所述环形器31与上变频器41的射频链路、环形器31与下变频器43的射频链路、耦合网路15与上变频器41的射频链路，以及耦合网络15与下变频器43的射频链路上，均至少设置有一个射频开关，以应对于内监测指令，导通或者关断对应的射频链路。

在一些实施例中，上述的射频开关组包括第一射频开关32、第三射频开关34和第四射频开关35，第一射频开关32、第三射频开关34和第四射频开关35均为单刀双掷开关；上变频器41连接第一射频开关32的动端，第一射频开关32的一个不动端连接环形器31，第一射频开关32的另一不动端连接第三射频开关34的一个不动端，第三射频开关34的动端连接耦合网络15，第三射频开关34的另一不动端连接第四射频开关35的一个不动端，第四射频开关的另一不动端连接环形器31，第四射频开关35的动端连接下变频器43。

在另一些实施例中，射频开关组还包括第二射频开关33，该第二射频开关33同样为单刀双掷开关，第二射频开关33的动端连接耦合网络15，第二射频开关33的一个不动端连接第三射频开关34的动端，第二射频开关33的另一不动端连接有吸收负载36。该第二射频开关33和吸收负载36的设计是为了应对相控阵天线处于工作模式时，内监测网络对其性能的影响。

实施例四

本实施例公开了一种带在线内监测功能的相控阵天线系统，如图1、图2所示，包括天线阵列1、TR组件2、射频开关网络3、变频组件4、信号处理机5和耦合网络15。

天线阵列1是信号的收发装置，负责按约定的规律转换TR组件中的“被束缚”的电磁场信号和空间中“自由”的电磁波信号。天线阵列1包括4个天线子阵：第一天线子阵11、第二天线子阵12、第三天线子阵13和第四天线子阵14，天线阵列1也可设计为其他数量的天线子阵，此处仅以4个为例。

耦合网络15作为在线内监测网络链路，原则上可设置在相控阵天线系统的任意位置，但为了在线监测的全面性和系统性，所述耦合网络15与所述天线阵列1进行一体化设计，耦合网络15采用串并联结合的方式，确保耦合网络15和阵列天线1中的第一天线子阵11、第二天线子阵12、第三天线子阵13和第四天线子阵14均存在唯一的耦合关系，这种耦合关系不受发射或接收的影响。耦合网络15与天线阵列1的关系，可以是串联关系，也可以是并联关系，但其耦合度需要根据系统的动态范围进行设计上的调整，确保耦合能量的信噪比能够满足系统指标要求；同时，所述耦合网络对所述天线阵列1性能的影响要尽可能小。为了最全面的监测相控阵天线通道的幅度相位特性，可将耦合网络15集成到天线阵列1中。耦合网络15的合成端与射频开关网络3的第三射频开关33的动端相连。

TR组件2集成了功放、低噪放、开关、移相、衰减、功分等功能，TR组件2根据应用场景和指标要求，可以是砖式，瓦式或砖瓦式。为了便于工程化应用，TR组件2一般设计成标准模块，通过射频互联技术，如SMP、SMA、射频绝缘子等和天线阵列1进行信号的高效率交换。TR组件2也可以与所述天线阵列1通过一体化成型为瓦片式结构，通过内部互联结构进行射频信号的传递。TR组件2通过开关切换，实现发射和接收状态的控制，确保同一时间只能存在发射或者接收，发射和接收的时间占比由系统性能决定。TR组件2包括4个TR子阵：第一TR模块21、第二TR模块22、第三TR模块23和第四TR模块24，对应的各TR子阵与各天线子阵一一相连。所述TR组件2包含若干个射频通道，每个通道的接收和发射、通断等均可以独立控制，便于在与所述天线阵列1和所述耦合网络15配合时，能确保一个时刻只有单个射频有源通道和所述耦合网络15处于正常工作状态，其余通道均处于关断状态。

变频组件4包括上变频器41、频率源42和下变频器43，频率源42分别与上变频器41和下变频器43连接，即上变频器41和下变频器43使用同一频率源，以确保相控阵天线射频路和内监测射频路的信号同步。上变频器41用于发射信号，对中频信号按一定要求将信号的频率从中频调整到需要的射频频率；相反，下变频器43用于接收信号，对射频信号按一定要求将信号的频率从射频调整到需要的中频频率。对于现有常规设计，相控阵天线的变频组件和监测网络的变频组件是独立设计的，这会增加系统成本和增加系统体积和重量。

射频开关网络3包括功分器37、环形器31、第一射频开关32、第二射频开关33、第三射频开关34和第四射频开关35，第一射频开关32、第二射频开关33、第三射频开关34和第四射频开关35均为单刀双掷开关。功分器37分别连接TR组件2的各TR模块，合束端连接环形器31。上变频器41连接第一射频开关32的动端，第一射频开关32的一个不动端连接环形器31，第一射频开关32的另一不动端连接第三射频开关34的一个不动端，第三射频开关34的动端连接第二射频开关33的一个不动端，第三射频开关34的另一不动端连接第四射频开关35的一个不动端，第四射频开关的另一不动端连接环形器31，第四射频开关35的动端连接下变频器43，第二射频开关33的动端连接耦合网络15，第二射频开关33的另一不动端连接有吸收负载36。射频开关网络3配合TR组件2的发射和接收状态切换，实现相控阵系统的射频通道的发射和接收的内监测状态。各射频开关在相控阵天线系统处于不同状态（工作状态、内监测状态等）时，切换到相应的不动端。例如对应相控阵天线系统处于发射状态、耦合网络15处于接收状态，对应的，环形器31与上变频器41的射频链路导通，与下变频器43的射频链路关断；耦合网络15与上变频器41的射频链路关断，与下变频器43的射频链路导通。或者对应相控阵天线系统处于接收状态、耦合网络15处于发射状态，对应的环形器31与上变频器41的射频链路关断，与下变频器43的射频链路导通；耦合网络15与上变频器41的射频链路导通，与下变频器43的射频链路关断。

信号处理机5设计有处理器本体51、供电接口52和控制接口53。信号处理机5是接收到雷达/通信系统的指令，进行相控阵天线波束扫描的控制、收发控制等信息。在内监测应用方面，当系统下发自监测信号时，所述信号处理机5控制射频开关网络3的通断状态，实现相控阵天线发射、内监测网络接收的状态，或者内监测网络发射、相控阵天线接收的状态，从而实现相控阵天线所有通道的收发自监测。

当信号处理机5执行相控阵天线发射内监测指令后，信号处理机5的控制信号从上变频器41输入，经过射频开关网路3后，控制TR组件2的单一通道处于发射状态，并通过耦合网络15、射频开关网络3，闭环回到下变频器43，得到发射通道监测数据，并关闭该发射通道，完成一个通道的发射幅度相位监测。TR组件2的各发射通道依次进行，直到所有发射通道监测完毕，即完成相控阵天线所有通道的发射在线监测。

当信号处理机5执行相控阵天线接收内监测指令后，信号处理机5的控制信号从上变频器41输入，经过射频开关网络后，经过耦合网络15控制TR组件2的单一通道处于接收状态，信号再经过射频开关网络3，闭环回到下变频器43，得到接收通道监测数据，并关闭该接收通道，完成一个通道的接收幅度相位监测。TR组件2的各接收通道依次进行，直到所有接收通道监测完毕，即完成相控阵天线所有通道的接收在线监测。

实施例五

本实施例公开了一种对带在线内监测功能的相控阵天线系统的在线内监测方法，该方法基于上述实施例中的带在线内监测功能的相控阵天线系统执行，方法包括对相控阵天线发射内监测，和对相控阵天线接收内监测。

对相控阵天线发射内监测包括：

接通上变频器41与TR组件2之间的射频链路，关断下变频器43与TR组件2之间的射频链路；接通耦合网络15与下变频器43之间的射频链路，关断耦合网络15与上变频器41之间的射频链路；

对于TR组件的每一通道，依次执行以下操作：

控制TR组件的单一通道处于发射状态；信号处理机5将信号输入变频组件4，通过上变频器41将信号由中频频率转换到射频频率，经过射频开关网络3的射频链路进入TR组件的发射通道处理；再经过天线阵列1和耦合网络15，将信号传递到下变频器43，将信号由射频频率转换到中频频率，由信号处理机5记录幅度相位信息，关闭打开的通道的发射状态。

对相控阵天线接收内监测包括：

关断上变频器41与TR组件2之间的射频链路，接通下变频器43与TR组件2之间的射频链路；关断耦合网络15与下变频器43之间的射频链路，接通耦合网络15与上变频器41之间的射频链路；

对于TR组件的每一通道，依次执行以下操作：

控制TR组件的单一通道处于接收状态；信号处理机5将信号输入变频组件4，通过上变频器41将信号由中频频率转换到射频频率，经过射频开关网络3的射频链路进入耦合网络15和天线阵列1；信号再经过TR组件的接收通道处理后进入下变频器43，将信号由射频频率转换到中频频率，由信号处理机5记录幅度相位信息，关闭打开的通道的接收状态。

对相控阵天线无内监测需求时，如相控阵天线处于工作状态而非内监测状态时，接通耦合网络15与吸收负载36间的射频链路。对应于实施例四的系统结构，即为将耦合网络15通过第二射频开关33接通吸收负载36，以降低耦合信号的串扰对相控阵天线的影响。

以实施例四的系统结构为例，对于射频链路的接通，例如接通TR组件2与上变频器41，则为接通环形器31、第一射频开关32、上变频器41的链路。又如接通耦合网络15与下变频器43，则为接通耦合网络15、第二射频开关33、第三射频开关34、第四射频开关35、下变频器43的链路。其余射频链路的接通方式同理调整。而对于射频链路的关断，由于采用了单刀双掷开关作为射频开关，则在接通某射频链路时，即会相应关断一些射频链路。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种带在线内监测功能的相控阵天线系统，包括天线阵列（1）、TR组件（2）、变频组件（4）和信号处理机（5），所述天线阵列（1）与所述TR组件（2）互联，所述变频组件（4）包括上变频器（41）和下变频器（43），所述变频组件（4）与所述信号处理机（5）互联，其特征在于，还包括射频开关网络（3）和耦合网络（15），所述耦合网络（15）分别与所述天线阵列（1）的各天线子阵连接；所述射频开关网络（3）包括：所述TR组件（2）与所述上变频器（41）和所述下变频器（43）间的射频链路，以及所述耦合网络（15）与所述上变频器（41）和所述下变频器（43）间的射频链路。

2.如权利要求1所述的带在线内监测功能的相控阵天线系统，其特征在于，所述射频开关网络（3）还包括：所述耦合网络（15）与吸收负载（36）间的射频链路。

3.如权利要求1或2所述的带在线内监测功能的相控阵天线系统，其特征在于，所述射频开关网络（3）包括功分器（37），所述功分器（37）连接于所述TR组件（2）与所述变频组件（4）之间。

4.如权利要求3所述的带在线内监测功能的相控阵天线系统，其特征在于，所述射频开关网络（3）还包括环形器（31），所述功分器（37）连接所述环形器（31），所述环形器（31）配置有与所述上变频器（41）和所述下变频器（43）间的射频链路。

5.如权利要求4所述的带在线内监测功能的相控阵天线系统，其特征在于，所述射频开关网络（3）还包括射频开关组；所述环形器（31）与所述上变频器（41）的射频链路、所述环形器（31）与所述下变频器（43）的射频链路、所述耦合网络（15）与所述上变频器（41）的射频链路、所述耦合网络（15）与所述下变频器（43）的射频链路上，均至少设置有一个射频开关。

6.如权利要求5所述的带在线内监测功能的相控阵天线系统，其特征在于，所述射频开关组至少包括第一射频开关（32）、第三射频开关（34）和第四射频开关（35），所述第一射频开关（32）、第三射频开关（34）和第四射频开关（35）均为单刀双掷开关；所述上变频器（41）连接所述第一射频开关（32）的动端，第一射频开关（32）的一个不动端连接所述环形器（31），第一射频开关（32）的另一不动端连接所述第三射频开关（34）的一个不动端，所述第三射频开关（34）的动端连接所述耦合网络（15），所述第三射频开关（34）的另一不动端连接所述第四射频开关（35）的一个不动端，所述第四射频开关的另一不动端连接所述环形器（31），所述第四射频开关（35）的动端连接所述下变频器（43）。

7.如权利要求6所述的带在线内监测功能的相控阵天线系统，其特征在于，所述射频开关组还包括第二射频开关（33），所述第二射频开关（33）为单刀双掷开关；所述第二射频开关（33）的动端连接所述耦合网络（15），所述第二射频开关（33）的一个不动端连接所述第三射频开关（34）的动端，所述第二射频开关（33）的另一不动端连接有吸收负载（36）。

8.如权利要求1所述的带在线内监测功能的相控阵天线系统，其特征在于，所述变频组件（4）还包括频率源（42），所述频率源（42）分别与所述上变频器（41）和所述下变频器（42）连接。

9.一种对相控阵天线系统的在线内监测方法，所述对相控阵天线系统的在线内监测方法对权利要求1~8任一所述的带在线内监测功能的相控阵天线系统进行监测，其特征在于，所述对相控阵天线系统的在线内监测方法包括对相控阵天线进行发射内监测的方法，所述对相控阵天线进行发射内监测的方法包括：

接通上变频器（41）与TR组件（2）之间的射频链路，关断下变频器（43）与TR组件（2）之间的射频链路；接通耦合网络（15）与下变频器（43）之间的射频链路，关断耦合网络（15）与上变频器（41）之间的射频链路；

对于TR组件的每一通道，依次执行以下操作：

控制TR组件的单一通道处于发射状态；信号处理机（5）将信号输入变频组件（4），通过上变频器（41）将信号由中频频率转换到射频频率，经过射频开关网络（3）的射频链路进入TR组件的发射通道处理；再经过天线阵列（1）和耦合网络（15），将信号传递到下变频器（43），将信号由射频频率转换到中频频率，由信号处理机（5）记录幅度相位信息，关闭打开的通道的发射状态。

10.如权利要求9所述的对相控阵天线系统的在线内监测方法，其特征在于，所述对相控阵天线系统的在线内监测方法还包括对相控阵天线进行接收内监测的方法，所述对相控阵天线进行接收内监测的方法包括：

关断上变频器（41）与TR组件（2）之间的射频链路，接通下变频器（43）与TR组件（2）之间的射频链路；关断耦合网络（15）与下变频器（43）之间的射频链路，接通耦合网络（15）与上变频器（41）之间的射频链路；

对于TR组件的每一通道，依次执行以下操作：

控制TR组件的单一通道处于接收状态；信号处理机（5）将信号输入变频组件（4），通过上变频器（41）将信号由中频频率转换到射频频率，经过射频开关网络（3）的射频链路进入耦合网络（15）和天线阵列（1）；信号再经过TR组件的接收通道处理后进入下变频器（43），将信号由射频频率转换到中频频率，由信号处理机（5）记录幅度相位信息，关闭打开的通道的接收状态。

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