CN115267664A - 一种平面射频仿真阵列校准设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及平面射频仿真阵列校准设备领域，特别涉及一种平面射频仿真阵列校准设备和方法，包括天线分机、接收机、发射机、频率源和信号处理分机，所述接收机与信号处理分机电性连接，所述频率源分别与信号处理分机和发射机电性连接；本发明通过开线分机、接收机、发射机、频率源和信号处理分机的配合，增加一个或多个天线，采用多个天线接收测量目标信号的相位，通过解模糊，计算出天线实际角位置，从而得到与理论位置的差值，来检验阵列天线位置校准效果，一定程度上提高阵列天线位置的校准精度；通过多个天线的配合，可进行多天线测量天线的方位角和俯仰角，得到阵列天线实际位置，使用便捷，结果直观。

Description

一种平面射频仿真阵列校准设备和方法

技术领域

本发明属于平面射频仿真阵列校准设备技术领域，特别涉及一种平面射频仿真阵列校准设备和方法。

背景技术

为了保证平面射频仿真阵列的使用效果，全使用阵列校准设备，传统的阵列校准设备采用间距为r的两接收天线测量的阵列天线输出信号相位差，与阵列天线的理论位置相位差相比，来验证阵列天线位置的校准精度。此方法不能确定阵列天线的实际位置，只能得到阵列天线相对理论位置的误差值，因此我们需要提出一种平面射频仿真阵列校准设备和方法来解决上述存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种平面射频仿真阵列校准设备，包括天线分机、接收机、发射机、频率源和信号处理分机，所述天线分机与接收机电性连接，所述接收机与信号处理分机电性连接，所述频率源分别与信号处理分机和发射机电性连接，所述发射机分别与天线分机和接收机电性连接；

所述天线分机包括多个天线，所述接收机设置有三组，多个所述天线分别与三组接收机电性连接，三组所述接收机均与信号处理分机电性连接；

多组所述天线分别设置为A0、A1、A2、B0、B1、和B2，三组所述接收机分别为接收机一、接收机二和接收机三，所述A1和B1均与接收机一连接，所述A2和B2均与接收机三连接，所述A0和B0均与接收机二连接。

进一步的，多个所述天线呈阵列设置，所述发射机发出模拟信号给接收机和天线，接收机将接收的模拟信号传输至信号处理分机，通过信号处理分机进行解模糊，计算出天线实际角位置。

进一步的，所述A0设置为校准天线，所述A1、A2、B0、B1和B2均设置为角度测量天线，所述A1、A2、B0、B1和B2测量目标信号的相位信息，所述A0用于检验阵列天线位置校准效果。

进一步的，所述信号处理分机包括FPGA芯片、模数转换器ADC和数模转换器DAC，所述模数转换器ADC设置有四组，四组所述模数转换器ADC的一端均与FPGA芯片连接，四组所述模数转换器ADC的另一端分别与三组接收机和发射机连接，所述FPGA芯片与数模转换器DAC的一端连接，所述数模转换器DAC的另一端分别与发射机和频率源连接。

进一步的，所述发射机包括基带信号处理电路、载波发生器、调制器、高频功率放大器和发射天线，所述载波发生器和基带信号处理电路均与调制器电性连接，所述调制器与高频功率放大器电性连接，所述高频功率放大器与发射天线电性连接。

进一步的，所述基带信号处理电路包括基带信号的放大器和滤波器，所述放大器用于对音频信号处理和放大，所述滤波器用于将频率限制在0-100kHz，所述调制器用于将处理过的基带信号调制到高频载波上。

进一步的，所述频率源包括基带单元、倍频单元和滤波放大单元，所述基带单元与倍频单元电性连接，所述倍频单元与滤波放大单元电性连接。

进一步的，所述倍频单元主要由倍频电路与混频电路构成；所述倍频单元将基准信号进行倍频，使信号搬移至8-40 GHz的频段。

进一步的，所述滤波放大单元用于滤除或抑制基带和谐波等杂散信号电平；由于是宽带信号，需要对信号成分进行分析判断，从而划分滤波频段和确定相应滤波器指标需求。

基于以上叙述的一种平面射频仿真阵列校准设备，本发明还提供一种平面射频仿真阵列校准方法，包括如下步骤：

S1、通过多个天线接收测量目标信号的相位，并将信号通过接收机传输至信号处理分机；

S2、通过信号处理分机解模糊，计算出天线实际角位置，得到与理论位置的差值；

S3、信号处理分机根据与理论位置的差值来检验阵列天线位置校准效果。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过开线分机、接收机、发射机、频率源和信号处理分机的配合，增加一个或多个天线，采用多个天线接收测量目标信号的相位，通过解模糊，计算出天线实际角位置，从而得到与理论位置的差值，来检验阵列天线位置校准效果，一定程度上提高阵列天线位置的校准精度。

2、本发明通过多个天线的配合，可进行多天线测量天线的方位角和俯仰角，得到阵列天线实际位置，使用便捷，结果直观。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

图1示出了根据本发明实施例的一种平面射频仿真阵列校准设备的系统框图；

图2示出了根据本发明实施例的一种平面射频仿真阵列校准方法的流程框图；

图3示出了根据本发明实施例的一种平面射频仿真阵列校准方法的提取示意图；

图4示出了根据传统的阵列校准设备的系统框图；

图5示出了根据传统的阵列校准方法的提取示意图。

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中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，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做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。

本发明实施例提供了一种平面射频仿真阵列校准设备，如图1和图2所示，包括天线分机、接收机、发射机、频率源和信号处理分机，所述天线分机与接收机电性连接，所述接收机与信号处理分机电性连接，所述频率源分别与信号处理分机和发射机电性连接，所述发射机分别与天线分机和接收机电性连接。

所述天线分机包括多个天线，所述接收机设置有三组，多个所述天线分别与三组接收机电性连接，三组所述接收机均与信号处理分机电性连接，通过天线来测量目标信号的相位。

多组所述天线分别设置为A0、A1、A2、B0、B1、和B2，三组所述接收机分别为接收机一、接收机二和接收机三，所述A1和B1均与接收机一连接，所述A2和B2均与接收机三连接，所述A0和B0均与接收机二连接，通过增加一个或多个天线，采用多个天线接收测量目标信号的相位，通过解模糊，计算出天线实际角位置，从而得到与理论位置的差值，来检验阵列天线位置校准效果。

多个所述天线呈阵列设置，所述发射机发出模拟信号给接收机和天线，接收机将接收的模拟信号传输至信号处理分机，通过信号处理分机进行解模糊，计算出天线实际角位置。

所述A0设置为校准天线，所述A1、A2、B0、B1和B2均设置为角度测量天线，通过A1、A2、B0、B1和B2测量目标信号的相位信息，通过A0用于检验阵列天线位置校准效果。

所述信号处理分机包括FPGA芯片、模数转换器ADC和数模转换器DAC，所述模数转换器ADC设置有四组，四组所述模数转换器ADC的一端均与FPGA芯片连接，四组所述模数转换器ADC的另一端分别与三组接收机和发射机连接，所述FPGA芯片与数模转换器DAC的一端连接，所述数模转换器DAC的另一端分别与发射机和频率源连接，通过模数转换器便于将多个接收机和频率源接收的模拟信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号传输至FPGA芯片处理，数模转换器DAC用于将FPGA芯片处理后的数字信号转换为模拟信号，并将转换后的模拟信号传输至发射机。

所述发射机包括基带信号处理电路、载波发生器、调制器、高频功率放大器和发射天线，所述载波发生器和基带信号处理电路均与调制器电性连接，所述调制器与高频功率放大器电性连接，所述高频功率放大器与发射天线电性连接。

所述基带信号处理电路包括音频信号的放大器和滤波器，所述放大器用于对基带信号处理和放大，所述滤波器用于将频率限制在0-100kHz，所述调制器用于将处理过的基带信号调制到高频载波上，不同的调制方式采用不同的调制器，在直接调频中，调制器与载波发生器合二为一，所述高频功率放大器将高频已调波进行功率放大，使发射机的输出功率满足要求。

所述频率源包括基带单元、倍频单元和滤波放大单元，所述基带单元与倍频单元电性连接，所述倍频单元与滤波放大单元电性连接，所述倍频单元主要由倍频电路与混频电路构成，倍频单元将基准信号进行倍频，使信号搬移至8-40 GHz的频段。由于倍频单元为非线性电路，将基带信号倍频的同时也会携带基带信号，并产生大量谐波等杂散信号。

所述滤波放大单元用于滤除或抑制基带和谐波等杂散信号电平；由于是宽带信号，需要对信号成分进行分析判断，从而划分滤波频段和确定相应滤波器指标需求；滤波器频段划分要综合考虑滤波器实现方式、信号布局和体积尺寸限制等各方面因素；频段划分越多，滤波器种类越多，所需占用面积尺寸越大。通过分析计算，最终采用两段滤波方式8-18GHz和18-40 GHz；在此两个滤波频段内，均可对各自基带信号和谐波信号进行有效抑制，同时占用面积尺寸也最小。

基于以上叙述的一种平面射频仿真阵列校准设备，本发明还提供一种平面射频仿真阵列校准方法，包括如下步骤：

S1、通过多个天线接收测量目标信号的相位，并将信号通过接收机传输至信号处理分机；

S2、通过信号处理分机解模糊，计算出天线实际角位置，得到与理论位置的差值；

S3、信号处理分机根据与理论位置的差值来检验阵列天线位置校准效果。

如图3所示，A1、A2和A0天线，T为目标天线，通过A1与A0之间的间距r1、A0与A2之间的间距r2来接收测量目标信号的相位，并测量的相位信息传输至信号处理分机解模糊，计算出天线实际角位置，从而得到与理论位置的差值，来检验阵列天线位置校准结果。

如图4所示，传统的阵列校准设备包括四个天线、两个开关和一个功分器，每个开关的一端连接有两个天线，开关的另一端连接有混顿器，混顿器的一端连接有窄带放大器，窄带放大器的一端中频输出信号，开关的其中一端进行参考输入，功分器的一端进行本振输入，功分器的另一端连接有隔离器，隔离器的一端与混顿器的一端连接。

如图5所示，传统的阵列校准设备采用间距为r的两接收天线测量的阵列天线输出信号相位差，与阵列天线的理论位置相位差相比，来验证阵列天线位置的校准精度。

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)

1.一种平面射频仿真阵列校准设备，其特征在于：包括天线分机、接收机、发射机、频率源和信号处理分机，所述天线分机与接收机电性连接，所述接收机与信号处理分机电性连接，所述频率源分别与信号处理分机和发射机电性连接，所述发射机分别与天线分机和接收机电性连接；

所述天线分机包括多个天线，所述接收机设置有三组，多个所述天线分别与三组接收机电性连接，三组所述接收机均与信号处理分机电性连接；

多组所述天线分别设置为A0、A1、A2、B0、B1、和B2，三组所述接收机分别为接收机一、接收机二和接收机三，所述A1和B1均与接收机一连接，所述A2和B2均与接收机三连接，所述A0和B0均与接收机二连接。

2.根据权利要求1所述的一种平面射频仿真阵列校准设备，其特征在于：多个所述天线呈阵列设置，所述发射机发出模拟信号给接收机和天线，接收机将接收的模拟信号传输至信号处理分机，通过信号处理分机进行解模糊，计算出天线实际角位置。

3.根据权利要求2所述的一种平面射频仿真阵列校准设备，其特征在于：所述A0设置为校准天线，所述A1、A2、B0、B1和B2均设置为角度测量天线，所述A1、A2、B0、B1和B2测量目标信号的相位信息，所述A0用于检验阵列天线位置校准效果。

4.根据权利要求3所述的一种平面射频仿真阵列校准设备，其特征在于：所述信号处理分机包括FPGA芯片、模数转换器ADC和数模转换器DAC，所述模数转换器ADC设置有四组，四组所述模数转换器ADC的一端均与FPGA芯片连接，四组所述模数转换器ADC的另一端分别与三组接收机和发射机连接，所述FPGA芯片与数模转换器DAC的一端连接，所述数模转换器DAC的另一端分别与发射机和频率源连接。

5.根据权利要求4所述的一种平面射频仿真阵列校准设备，其特征在于：所述发射机包括基带信号处理电路、载波发生器、调制器、高频功率放大器和发射天线，所述载波发生器和基带信号处理电路均与调制器电性连接，所述调制器与高频功率放大器电性连接，所述高频功率放大器与发射天线电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种平面射频仿真阵列校准设备，其特征在于：所述基带信号处理电路包括基带信号的放大器和滤波器，所述放大器用于对基带信号处理和放大，所述滤波器用于将频率限制在0-100kHz，所述调制器用于将处理过的基带信号调制到高频载波上。

7.根据权利要求6所述的一种平面射频仿真阵列校准设备，其特征在于：所述频率源包括基带单元、倍频单元和滤波放大单元，所述基带单元与倍频单元电性连接，所述倍频单元与滤波放大单元电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种平面射频仿真阵列校准设备，其特征在于：所述倍频单元主要由倍频电路与混频电路构成；所述倍频单元将基准信号进行倍频，使信号搬移至8-40GHz的频段。

9.根据权利要求8所述的一种平面射频仿真阵列校准设备，其特征在于：所述滤波放大单元用于滤除或抑制基带和谐波等杂散信号电平；由于是宽带信号，需要对信号成分进行分析判断，从而划分滤波频段和确定相应滤波器指标需求。

10.一种平面射频仿真阵列校准方法，基于权利要求1-9任意一项所述的一种平面射频仿真阵列校准设备，其特征在于：包括如下步骤：

S1、通过多个天线接收测量目标信号的相位，并将信号通过接收机传输至信号处理分机；

S2、通过信号处理分机解模糊，计算出天线实际角位置，得到与理论位置的差值；

S3、信号处理分机根据与理论位置的差值来检验阵列天线位置校准效果。

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