CN115561531B - 一种相控阵天线多波束通道校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相控阵天线多波束通道校准系统，包括：固定探头，朝向待测天线设置且接收方向垂直于待测天线所在平面，用于接收待测天线发射信号并转换为校准信号；上位机，用于向矢量网络分析仪输出频率控制指令、向波控时序控制器输出波束控制指令、接收矢量网络分析仪发送的各组校准信号、对所有校准信号进行计算得到初始测试幅度和初始相位值、根据天线各通道坐标关系和频率大小对初始测试幅度和初始相位值进行补偿得到补偿后的幅度数据和相位数据。本发明保持探头静止不动，从而可以快速的完成每一频点、每一波束下的每一通道的快速校准测试，以保证相控阵天线的快速校准效率；无需扫描架控制及运动，大大节约传统测试过程中的扫描架成本。

Description

一种相控阵天线多波束通道校准系统

技术领域

本发明涉及天线测量领域，尤其涉及一种相控阵天线多波束通道校准系统。

背景技术

随着无线通信应用需求的不断发展，有源相控阵天线的大量广泛应用，特别是随着多波束相控阵天线的快速发展，批量化的相控阵天线生产测试，因此一台便捷高效的设备变得更加迫切，一种快速测试方法及算法将会大大提高测试效率，节约企业成本。

在现行业技术中，针对相控阵天线的通道校准测试，往往都采用传统的平面近场校准法，即通过扫描架等机械设备携带探头天线通过物理位置的运动采集当前通道的幅度、相位数据，从而完成校准。例如现有技术（申请号为CN202110902101.8的发明专利）公开了一种相控阵天线快速校准测试系统及方法，属于天线测量技术领域，涉及一种近场测试系统，尤其涉及相控阵天线的快速校准和方向图测试。本发明包括上位机模块、交换机模块、同步控制模块、信号源模块、功放模块、低噪放模块、待测相控阵天线、电源模块、校准控制模块、扫描模块、信号调理模块、矢网模块。其中，扫描模块通过以太网接口接收交换机模块输入的配置信息，移动扫描探头，再通过以太网接口将扫描探头的位置信息发送给交换机模块。

采用该种方式，具有如下缺点：针对多波束通道的校准将会花费更加大量的时间，例如被测天线为8波束、阵面大小为1024通道、共6频点的多波束相控阵天线，则每一个频点、每一个波束的1024通道均需要进行校准测试，则共需要进行6*8*1024=49152次校准测试，即每一频点下、每一波束下的每一个通道均需要进行通道校准测试。若采用常规的传统校准方式，通过扫描架携带扫描探头的物理运动而完成校准将会花费大量的时间以及精力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种相控阵天线多波束通道校准系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的第一方面，提供一种相控阵天线多波束通道校准系统，包括：

固定探头，朝向待测天线设置且接收方向垂直于待测天线所在平面，用于接收待测天线发射信号并转换为校准信号；

上位机，用于向矢量网络分析仪输出频率控制指令、向波控时序控制器输出波束控制指令、接收矢量网络分析仪发送的各组校准信号、对所有校准信号进行计算得到初始测试幅度和初始相位值、根据天线各通道坐标关系和频率大小对初始测试幅度和初始相位值进行补偿得到补偿后的幅度数据和相位数据；

矢量网络分析仪，用于根据接收到的频率控制指令产生指定频率信号输入至待测天线、在接收到触发采集信号后将固定探头输出的校准信号传输至上位机；

波控时序控制器，用于根据接收到的波束控制指令依序产生以“频点-波束-通道”为控制顺序的波束控制信号输入至待测天线、在输出波束控制信号后产生触发采集信号输出至矢量网络分析仪。

进一步地，所述校准信号包括信号实部数据和信号虚部数据。

进一步地，所述“频点-波束-通道”替换为“频点-波束-通道-相位”，其中每一个通道对应两个相位分别为p1和p1+180°，其中p1表示0-360°中的任何值；

对于同一频点同一波束同一通道的两个相位值对应的校准信号，分别将信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的校准信号。

进一步地，所述“频点-波束-通道”替换为“频点-波束-通道-相位”，其中每一个通道对应四个相位分别为p1、p2、p1+180°、p2+180°，其中p1表示0-360°中的任何值，p2表示0-360°中的任何除p1以外的值；

对于同一频点同一波束同一通道的相位值为p1和p1+180°的校准信号，分别将信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的第一校准信号；

对于同一频点同一波束同一通道的相位值为p2和p2+180°的校准信号，分别将信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的第二校准信号；

利用所述第一校准信号进行计算得到第一初始测试幅度和第一初始相位值，利用第二校准信号进行计算得到第二初始测试幅度和第二初始相位值，取第一初始测试幅度和第二初始测试幅度的平均值作为初始测试幅度，取第一初始相位值和第二初始相位值的平均值作为初始相位值。

进一步地，所述矢量网络分析仪，在接收到触发采集信号后将固定探头输出的校准信号传输至上位机、并在传输完成后向波控时序控制器输出传输完成信号；所述波控时序控制器在接收到传输完成信号后生成下一个波束控制信号；或者：

所述波控时序控制器定时产生下一个波束控制信号。

进一步地，所述校准系统还包括：

交换机，连接在上位机和矢量网络分析仪、以及上位机和波控时序控制器之间，用于数据传输。

进一步地，所述根据天线各通道坐标关系和频率大小对初始测试幅度和初始相位值进行补偿得到补偿后的幅度数据和相位数据，具体包括：

利用通道坐标关系和波长，计算得到对应通道和物理距离差C之间的波程差△phase；

利用电磁波空间传输衰减公式、对应通道和固定探头的物理距离差C、电磁波传输频率f，计算得到对应通道的电磁波传输过程中的信号衰减差△mag；

将初始测试幅度叠加波程差△phase得到校准后的幅度数据，将初始相位值叠加信号衰减差△mag得到校准后的相位数据。

进一步地，所述利用通道坐标关系和波长，计算得到对应通道和物理距离差C之间的波程差△phase，包括：

以天线正面中心为原点，根据各通道坐标计算对应通道与原点之间的第一距离K；

根据测试距离h和第一距离k计算得到对应通道和固定探头之间的第二距离L；

根据第二距离L和测试距离h计算得到对应通道和固定探头的物理距离差C；

根据物理距离差C和波长λ，计算得到波程差△phase。

进一步地，所述利用电磁波空间传输衰减公式、对应通道和固定探头的物理距离差C、电磁波传输频率f，计算得到对应通道的电磁波传输过程中的信号衰减差△mag，包括：

以天线正面中心为原点，根据各通道坐标计算对应通道与原点之间的第一距离K；

根据测试距离h和第一距离k计算得到对应通道和固定探头之间的第二距离L；

根据第二距离L和测试距离h计算得到对应通道和固定探头的物理距离差C；

将物理距离差C和电磁波传输频率f带入电磁波空间传输衰减公式中，计算得到对应通道的电磁波传输过程中的信号衰减差△mag。

进一步地，所述校准系统还包括：

DC电源，用于向波控时序控制器和被测天线供电。

本发明的有益效果是：

（1）在本发明的一示例性实施例中，系统可以保持扫描探头静止不动，从而可以快速的完成每一频点、每一波束下的每一通道的快速校准测试，并通过数学算法分析数据处理完成最终的测试，以保证相控阵天线的快速校准效率（即在测试时，探头与被测天线均保持不动，通过波控时序控制器的快速波束状态切换，通道状态切换，以及与矢量网络分析仪之间采用触发式通信，从而完成快速的通道校准测试），其测试效率是传统校准测试方法的30-50倍，大大提升效率。

无需扫描架控制及运动，大大节约传统测试过程中的扫描架成本，节约人力、设备成本。同时测试环境搭建极其简单，要求较低，省略了传统测试方法中的高精度控制扫描架要求以及对扫描平面的要求。

可进行多波束相控阵天线测试也可进行常规相控阵天线测试（即波束取值为1即可），适用性广。

（2）在本发明的一示例性实施例中，对于同一通道，采集两个相位相差180°的校准信号，对两个校准信号的信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的校准信号。采用带耦合去除算法的测试模式，不仅可以满足可单通道开关的相控阵校准测试，也可测试天线全阵通道打开的测试模式，使得该设备可以使用天线不同开电状态下的校准测试。

（3）在本发明的一示例性实施例中，采通过相位相差180°的信号相减，因两组数据为反向信号，二者相减即可快速滤除相关无用信号，同时通过两次相关测试取平均值从而使最终结果更接近真实值。

（4）在本发明的一示例性实施例中，波控时序控制器和矢量网络分析仪之间全程采用外触发握手信号通信，使得整个校准测试更加快速。而在又一示例性实施例中，波控时序控制器定时产生下一个波束控制信号，采用该种方式使得数据采集过程稳定可控。

（5）在本发明的一示例性实施例中，交换机主要作用是用于网口通信，设置主要依赖上位机去设置，交换机起到数据转发和网络通信的作用。

（6）在本发明的一示例性实施例中，公开了校准数据的具体实现方式。

附图说明

图1为本发明一示例性实施例中提供的一种相控阵天线多波束通道校准系统的结构框图；

图2为本发明又一示例性实施例中提供的一种相控阵天线多波束通道校准系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明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。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参见图1，图1示出了本发明的一示例性实施例提供的一种相控阵天线多波束通道校准系统的结构框图，包括：

固定探头，朝向待测天线设置且接收方向垂直于待测天线所在平面，用于接收待测天线发射信号并转换为校准信号；

上位机，用于向矢量网络分析仪输出频率控制指令、向波控时序控制器输出波束控制指令、接收矢量网络分析仪发送的各组校准信号、对所有校准信号进行计算得到初始测试幅度和初始相位值、根据天线各通道坐标关系和频率大小对初始测试幅度和初始相位值进行补偿得到补偿后的幅度数据和相位数据；

矢量网络分析仪，用于根据接收到的频率控制指令产生指定频率信号输入至待测天线、在接收到触发采集信号后将固定探头输出的校准信号传输至上位机；

波控时序控制器，用于根据接收到的波束控制指令依序产生以“频点-波束-通道”为控制顺序的波束控制信号输入至待测天线、在输出波束控制信号后产生触发采集信号输出至矢量网络分析仪。

具体地，在本示例性实施例中，整个校准过程包括射频控制部分和校准控制部分，其中：

射频控制部分包括：上位机向矢量网络分析仪输出频率控制指令，矢量网络分析仪根据接收到的频率控制指令产生指定频率信号输入至待测天线，固定探头接收待测天线发射信号并转换为校准信号输入至矢量网络分析仪，从而完成射频链路的闭环。其中，固定探头朝向待测天线设置且接收方向垂直于待测天线所在平面，并且全程不移动。

校准控制部分包括：上位机向波控时序控制器输出波束控制指令，波控时序控制器根据接收到的波束控制指令依序产生以“频点-波束-通道”为控制顺序的波束控制信号输入至待测天线，从而改变天线的播控状态，即依次置天线于不同频点、不同波束、不同通道的状态，以满足快速校准测试；同时波控时序控制器在输出波束控制信号后产生触发采集信号输出至矢量网络分析仪，矢量网络分析仪在接收到触发采集信号后触发矢网采数、即将固定探头输出的校准信号传输至上位机，直到所有频点所有波束所有通道测试完成，此时波控时序控制器也停止波束控制信号的输出；最后上位机接收到所有的校准信号，根据天线各通道坐标关系和频率大小对初始测试幅度和初始相位值进行补偿得到补偿后的幅度数据和相位数据。

以被测天线为8波束、阵面大小为1024通道、共6频点的多波束相控阵天线为例，“频点-波束-通道”的波束控制信号，频点取值位1-6，波束取值为1-8，通道取值为1-1024，在其中一示例性实施例中，上述的依序产生“频点-波束-通道”可以为“1-1-1”、“1-1-2”、...、“3-2-248”、“3-2-249”、...“6-8-1023”、“6-8-1024”，即当同一频点同一波束的所有通道数据采集完成后进行同一频点下一波束的所有通道数据采集，当同一频点的所有波束的所有通道数据采集完成后进行下一频点的同一波束的所有通道数据采集；而在又一示例性实施例中，当同一频点同一波束的所有通道数据采集完成后进行下一频点同一波束的所有通道数据采集，等等，只要能实现将所有频点的所有波束的所有通道的数据采集即可。

综上，在本示例性实施例的优点如下：

（1）采用本示例性实施例的系统可以保持扫描探头静止不动，从而可以快速的完成每一频点、每一波束下的每一通道的快速校准测试，并通过数学算法分析数据处理完成最终的测试，以保证相控阵天线的快速校准效率（即在测试时，探头与被测天线均保持不动，通过波控时序控制器的快速波束状态切换，通道状态切换，以及与矢量网络分析仪之间采用触发式通信，从而完成快速的通道校准测试），其测试效率是传统校准测试方法的30-50倍，大大提升效率。

（2）采用本示例性实施例的系统无需扫描架控制及运动，大大节约传统测试过程中的扫描架成本，节约人力、设备成本。同时测试环境搭建极其简单，要求较低，省略了传统测试方法中的高精度控制扫描架要求以及对扫描平面的要求。更为具体地，不采用高精度扫描架建设成本可降低三分之一。

（3）采用本示例性实施例的系统可进行多波束相控阵天线测试也可进行常规相控阵天线测试（即波束取值为1即可），适用性广。

需要说明的是，当上位机获取到的校准数据/补偿后的幅度数据和相位数据，与通道数量一致（或者如后述优选示例性实施例的相应倍数），即可判断完成校准。

同时，固定探头距离天线的距离可以为近场距离、中场距离和远场距离，其中中场距离的效果最佳。而对于中场距离，其属于近场距离和远场距离之间。在其中一示例性实施例中，近场距离可以定义为从天线开始到1个波长(λ)的距离；远场距离为2 λ或3 λ或10 λ以外，还有一种说法是5λ/2π；而在又一示例性实施例中，中场距离、近场距离和远场距离应该根据天线的最大尺寸D进行计算，例如远场距离为≥2D²/λ，近场距离为λ/2π，中场距离位于两者之间，可优选为（2D²/λ）/2。根据实际需求进行选择即可。

更优地，在一示例性实施例中，所述校准信号包括信号实部数据和信号虚部数据。

具体地，在该示例性实施例中，通过波控时序控制器触发采集信号输出至矢量网络分析仪，对于某一频点、某一波束、某一通道，矢量网络分析仪采集的校准信号为复数rA+iA，其中r表示信号实部数据、i表示信号虚部数据，A表示通道序号。其中，复数的原因为其具有方向性。

更优地，在一示例性实施例中，所述“频点-波束-通道”替换为“频点-波束-通道-相位”，其中每一个通道对应两个相位分别为p1和p1+180°，其中p1表示0-360°中的任何值；

对于同一频点同一波束同一通道的两个相位值对应的校准信号，分别将信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的校准信号。

具体地，在该示例性实施例中，控制通道cn的相位为p1状态，其中p1为常数，p1可以为（0-360°）中的任何值，可以将所有相控阵天线的通道相位状态均设为p1值。

对于某一频点、某一波束、某一通道，通过波控时序控制器依次触发两次采集信号输出至矢量网络分析仪，两个“频点-波束-通道-相位”波束控制信号中的相位分别为p1和p1+180°，此时矢量网络分析仪采集的两个校准信号分别为复数rA1+iA1和复数rA2+iA2，“复数rA1+iA1”中的“1”代表该通道的第一次数据采集，“复数rA2+iA2”中的“2”代表该通道的第二次数据采集。

其中，rA1、rA2、iA1、iA2均表示为不同状态的信号，为矢量数据，每一个数据均表示为真实信号与干扰信号的和，由于两次采集间隔时间很短，因此可以认定在测试过程中干扰信号均保持不变为一固定信号。而rA1与rA2相差180°具有反向关系，iA1与iA2相差180°同理也具有反向关系，因此在rA1与rA2、 iA1与iA2进行相减时可以将等向的干扰信号减掉，由于其反向性，因此相减之后的结果则为真实信号的两倍关系，因此通过该方法计算之后的校准信号（即复数）则为同向的真实信号的信号实部数据与信号虚部数据。具体为：rA1=(rA1-rA2)/2，iA1=(iA1-iA2)/2。

因此，采用该种方式，可以滤除掉干扰信号，使得数据采集更加准确。

并且，采用数学算法去除耦合信号，待测天线所有通道全开电也可进行校准测试。具体地，若被测天线为全阵开电的状态，则测试数据将不具有较大的可靠性。若被测天线全开电，无去耦合噪声技术，则采集的信号不纯粹，该信号涵盖了空间噪声，以及其他通道辐射出的信号，最终采集结果不是真实信号。

更为具体地，在本示例性实施例中，通过对矢量数据的采集，能够得到反向的数据A与数据B，且A与B为等能量信号，设C为耦合噪声以及空间干扰信息，则有如下关系式：

A=A1+C；且B=B1+C；

其中A1,B1为真实的两个反向信号，则有A-B=2A1，因此C通过算法的实现已经被消除，因此测得的数据将会更加准确真实，提高系统测试准确率。

因此采用带耦合去除算法的测试模式，不仅可以满足可单通道开关的相控阵校准测试，也可测试天线全阵通道打开的测试模式。因此该设备可以使用天线不同开电状态下的校准测试。

更优地，在一示例性实施例中，所述“频点-波束-通道”替换为“频点-波束-通道-相位”，其中每一个通道对应四个相位分别为p1、p2、p1+180°、p2+180°，其中p1表示0-360°中的任何值，p2表示0-360°中的任何除p1以外的值；

对于同一频点同一波束同一通道的相位值为p1和p1+180°的校准信号，分别将信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的第一校准信号；

对于同一频点同一波束同一通道的相位值为p2和p2+180°的校准信号，分别将信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的第二校准信号；

利用所述第一校准信号进行计算得到第一初始测试幅度和第一初始相位值，利用第二校准信号进行计算得到第二初始测试幅度和第二初始相位值，取第一初始测试幅度和第二初始测试幅度的平均值作为初始测试幅度，取第一初始相位值和第二初始相位值的平均值作为初始相位值。

具体地，与上述示例性实施例相同的，通过180°对向数据相减可以滤除掉干扰信号，使得数据采集更加准确；而在该示例性实施例中，还利用两组校准数据分别计算得到初始测试幅度和初始相位值并取平均值，取平均值的目的主要为避免某一次测试过程中空间干扰信号未被完全滤除，通过两次平均值来实现若出现意外对数据结果的影响最小。

例如，若通道坏了则最终结果是一个噪声信号结果为无穷小，若是因为噪声影响大导致结果不准确则为一个比正常理论值小很多的值，一是可以快速观察最终结果确认是被测通道已经被损坏，二是快速确认该通道未被损坏，只是耦合或噪声信号太大。

对于所述对所有校准信号进行计算得到初始测试幅度和初始相位值：

（1）以只采集一组校准信号的示例性实施例或仅滤除掉干扰信号的示例性实施例为例，校准信号或去除干扰的校准信号为rA1+iA1，则计算得到初始测试幅度和初始相位值的方式为：

初始测试幅度mag={Log10[(rA1^2)+iA1^2)]^0.5}*20,初始相位值phase=tan(rA1/iA1)。

（2）对于具有两组校准信号的示例性实施例，第一校准信号为rA1+iA1，第二校准信号为rA2+iA2，则计算得到初始测试幅度和初始相位值的方式为：

利用所述第一校准信号进行计算得到第一初始测试幅度和第一初始相位值：

第一初始测试幅度mag1={Log10[(rA1^2)+iA1^2)]^0.5}*20,初始相位值phase1=tan(rA1/iA1)；

利用第二校准信号进行计算得到第二初始测试幅度和第二初始相位值：

第二初始测试幅度mag2={Log10[(rA2^2)+iA2^2)]^0.5}*20,初始相位值phase2=tan(rA2/iA2)；

取第一初始测试幅度和第二初始测试幅度的平均值作为初始测试幅度：

初始测试幅度mag=（mag1+mag2）/2；

取第一初始相位值和第二初始相位值的平均值作为初始相位值：

初始相位值phase=（phase1+phase2）/2。

更优地，在一示例性实施例中，所述矢量网络分析仪，在接收到触发采集信号后将固定探头输出的校准信号传输至上位机、并在传输完成后向波控时序控制器输出传输完成信号；所述波控时序控制器在接收到传输完成信号后生成下一个波束控制信号；或者：

所述波控时序控制器定时产生下一个波束控制信号。

具体地，在该示例性实施例中的其中一种方式，波控时序控制器和矢量网络分析仪之间全程采用外触发握手信号通信：在信号发送过程中，波控时序控制器在输出波束控制信号后产生触发采集信号输出至矢量网络分析仪，矢量网络分析仪在接收到触发采集信号后将固定探头输出的校准信号传输至上位机；在信号接收过程中，矢量网络分析仪，在接收到触发采集信号后将固定探头输出的校准信号传输至上位机、并在传输完成后向波控时序控制器输出传输完成信号，波控时序控制器在接收到传输完成信号后生成下一个波束控制信号。采用该方式，使得整个校准测试更加快速。

更为具体地，如图2所示，波控时序控制器的TCP/IP模块与上位机连接（在一优选示例性实施例中通过交换机连接上位机）获取上位机的波束控制指令并传输至波控时序控制器的FPGA；FPGA根据波束控制指令产生波束控制信号并通过J30J连接器发送至待测天线，当波束控制信号发出后（即待测天线对应状态被控制后）FPGA产生触发采集信号并通过BNC OUT接口输出至矢量网络分析仪的TrrigerIn接口，触发矢量网络分析仪采集信号；矢量网络分析仪采集校准信号完成后，矢量网络分析仪的ReadyForTrigger则会输出高电平信号（即传输完成信号）至波控时序控制器的BNC IN接口，波控时序控制器的FPGA接收到传输完成信号之后生成下一个波束控制信号。

而在该示例性实施例的另外一种方式，波控时序控制器定时产生下一个波束控制信号，采用该种方式使得数据采集过程稳定可控。

更优地，在一示例性实施例中，如图2所示，所述校准系统还包括：

交换机，连接在上位机和矢量网络分析仪、以及上位机和波控时序控制器之间，用于数据传输。

具体地，在该示例性实施例中，交换机主要作用是用于网口通信，设置主要依赖上位机去设置，交换机起到数据转发和网络通信的作用。

另外，可选地，在一示例性实施例中，上位机还可以通过交换机与待测天线连接（图中未示出），主要是上位机要控制待测天线，通过交换机转发协议并进行网络通信。

更优地，在一示例性实施例中，所述根据天线各通道坐标关系和频率大小对初始测试幅度和初始相位值进行补偿得到补偿后的幅度数据和相位数据，具体包括：

利用通道坐标关系和波长，计算得到对应通道和物理距离差C之间的波程差△phase；

利用电磁波空间传输衰减公式、对应通道和固定探头的物理距离差C、电磁波传输频率f，计算得到对应通道的电磁波传输过程中的信号衰减差△mag；

将初始测试幅度叠加波程差△phase得到校准后的幅度数据，将初始相位值叠加信号衰减差△mag得到校准后的相位数据。

具体地，在该示例性实施例中，公开了校准数据的具体实现方式。

其中，所述将初始测试幅度叠加波程差△phase得到校准后的幅度数据，将初始相位值叠加信号衰减差△mag得到校准后的相位数据，可以具体为：

校准后的幅度数据Mag=初始测试幅度mag+信号衰减差△mag；

校准后的相位数据Phase=初始相位值phase+波程差△phase。

更优地，在一示例性实施例中，所述利用通道坐标关系和波长，计算得到对应通道和物理距离差C之间的波程差△phase，包括：

以天线正面中心为原点，根据各通道坐标计算对应通道与原点之间的第一距离K；

根据测试距离h和第一距离k计算得到对应通道和固定探头之间的第二距离L；

根据第二距离L和测试距离h计算得到对应通道和固定探头的物理距离差C；

根据物理距离差C和波长λ，计算得到波程差△phase。

具体地，在该示例性实施例中，同传统的近场校准测试不同，由于不存在扫描架的运动控制，从而被测相控阵天线的每一个通道离固定探头的物理距离均不一样，因此在电磁波传输过程中，由于传输距离不同，所以从被测相控阵通道（对应通道）发出的电磁波到达接收信号的探头所经历的周期也不相同。

可获得的已知数据包括：波长λ=V/f，其中V为光速为3*10^8m/s，f为电磁波传输频率，h为测试距离（即固定探头垂直于被测天线所在平面的距离）；以固定探头垂直于被测天线所在平面的直射点为原点，或者以被测天线所在平面的任意一个点为原点；在其中一示例性实施例中，对于被测天线为平面天线的大部分情况，（dx，dy）为各通道坐标，而在又一示例性实施例中，对于被测天线为共形天线的小部分情况，（dx，dy，dz）为各通道坐标。下述内容以被测天线为平面天线的情况为例，对于共形天线，对应加入dz进行计算即可。

对于计算波程差△phase的流程可以包括：

（1）如上有（dx，dy）为相对参考点的相对坐标，根据勾股定理得出，其斜边为K=(dx^2+dy^2)^0.5，该斜边也为对应通道与原点之间的第一距离K。

（2）h为测试距离，根据勾股定理可知，被测相控阵通道（对应通道）离固定探头的第二距离L=(K^2+h^2)^0.5。

（3）已知测试距离为h，则被测相控阵通道（对应通道）离固定探头的距离与测试距离的差值即物理距离差C=L-h，则C即为物理距离差。

（4）由于该测试频率的波长为λ，则该频率通道之间的波程差为是△phase=C %λ,其中C为物理距离差，λ为波长，则C与λ取余即为被测相控阵通道与测试距离之间的波程差△phase。

更优地，在一示例性实施例中，所述利用电磁波空间传输衰减公式、对应通道和固定探头的物理距离差C、电磁波传输频率f，计算得到对应通道的电磁波传输过程中的信号衰减差△mag，包括：

以天线正面中心为原点，根据各通道坐标计算对应通道与原点之间的第一距离K；

根据测试距离h和第一距离k计算得到对应通道和固定探头之间的第二距离L；

根据第二距离L和测试距离h计算得到对应通道和固定探头的物理距离差C；

将物理距离差C和电磁波传输频率f带入电磁波空间传输衰减公式中，计算得到对应通道的电磁波传输过程中的信号衰减差△mag。

具体地，在该示例性实施例中，同传统的近场校准测试不同，由于不存在扫描架的运动控制，从而被测相控阵天线的每一个通道离固定探头的物理距离均不一样，因此在电磁波传输过程中，由于传输距离不同，所以从被测通道（对应通道）发出的电磁波到达接收信号的固定探头所经历大气衰减也不相同。已知电磁波空间传输衰减公式为：S=32.45+20*LOG(f)+20*LOG(L)，其中32.45为自由空间耗散公式即弗里斯公式常数-32.44dB,f为电磁波传输频率，L为传输距离。

波程差△phase对于计算信号衰减差△mag的流程可以包括（其中，与计算波程差△phase相同的可获得的已知数据不进行赘述）：

（1）如上有（dx，dy）为相对参考点的相对坐标，根据勾股定理得出，其斜边为K=(dx^2+dy^2)^0.5，该斜边也为对应通道与原点之间的第一距离K。

（2）h为测试距离，根据勾股定理可知，被测相控阵通道（对应通道）离固定探头的距离为L=(K^2+h^2)^0.5。

（3）已知测试距离为h，则被测相控阵通道（对应通道）离固定探头的距离与测试距离的差值C=L-h，即物理距离差C。

（4）对应相控阵通道的电磁波传输过程中的信号衰减差为：△mag=32.45+20*LOG(f)+20*LOG(C)。

更优地，在一示例性实施例中，如图2所示，所述校准系统还包括：

DC电源，用于向波控时序控制器和被测天线供电。

其中，所述波控时序控制器内部具有DC-DC模块，从而完成电源转换。而对于矢量网络分析仪，可直接通过220V交流进行供电。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种相控阵天线多波束通道校准系统，其特征在于：包括：

固定探头，朝向待测天线设置且接收方向垂直于待测天线所在平面，用于接收待测天线发射信号并转换为校准信号；

上位机，用于向矢量网络分析仪输出频率控制指令、向波控时序控制器输出波束控制指令、接收矢量网络分析仪发送的各组校准信号、对所有校准信号进行计算得到初始测试幅度和初始相位值、根据天线各通道坐标关系和频率大小对初始测试幅度和初始相位值进行补偿得到补偿后的幅度数据和相位数据；

矢量网络分析仪，用于根据接收到的频率控制指令产生指定频率信号输入至待测天线、在接收到触发采集信号后将固定探头输出的校准信号传输至上位机；

波控时序控制器，用于根据接收到的波束控制指令依序产生以“频点-波束-通道”为控制顺序的波束控制信号输入至待测天线、在输出波束控制信号后产生触发采集信号输出至矢量网络分析仪；

所述根据天线各通道坐标关系和频率大小对初始测试幅度和初始相位值进行补偿得到补偿后的幅度数据和相位数据，具体包括：

利用通道坐标关系和波长，计算得到对应通道和物理距离差C之间的波程差△phase；

利用电磁波空间传输衰减公式、对应通道和固定探头的物理距离差C、电磁波传输频率f，计算得到对应通道的电磁波传输过程中的信号衰减差△mag；

将初始测试幅度叠加波程差△phase得到校准后的幅度数据，将初始相位值叠加信号衰减差△mag得到校准后的相位数据。

2.根据权利要求1所述的一种相控阵天线多波束通道校准系统，其特征在于：所述校准信号包括信号实部数据和信号虚部数据。

3.根据权利要求2所述的一种相控阵天线多波束通道校准系统，其特征在于：所述“频点-波束-通道”替换为“频点-波束-通道-相位”，其中每一个通道对应两个相位分别为p1和p1+180°，其中p1表示0-360°中的任何值；

对于同一频点同一波束同一通道的两个相位值对应的校准信号，分别将信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的校准信号。

4.根据权利要求2所述的一种相控阵天线多波束通道校准系统，其特征在于：所述“频点-波束-通道”替换为“频点-波束-通道-相位”，其中每一个通道对应四个相位分别为p1、p2、p1+180°、p2+180°，其中p1表示0-360°中的任何值，p2表示0-360°中的任何除p1以外的值；

对于同一频点同一波束同一通道的相位值为p1和p1+180°的校准信号，分别将信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的第一校准信号；

对于同一频点同一波束同一通道的相位值为p2和p2+180°的校准信号，分别将信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的第二校准信号；

利用所述第一校准信号进行计算得到第一初始测试幅度和第一初始相位值，利用第二校准信号进行计算得到第二初始测试幅度和第二初始相位值，取第一初始测试幅度和第二初始测试幅度的平均值作为初始测试幅度，取第一初始相位值和第二初始相位值的平均值作为初始相位值。

5.根据权利要求1所述的一种相控阵天线多波束通道校准系统，其特征在于：所述矢量网络分析仪，在接收到触发采集信号后将固定探头输出的校准信号传输至上位机、并在传输完成后向波控时序控制器输出传输完成信号；所述波控时序控制器在接收到传输完成信号后生成下一个波束控制信号；或者：

所述波控时序控制器定时产生下一个波束控制信号。

6.根据权利要求1所述的一种相控阵天线多波束通道校准系统，其特征在于：所述校准系统还包括：

交换机，连接在上位机和矢量网络分析仪、以及上位机和波控时序控制器之间，用于数据传输。

7.根据权利要求1所述的一种相控阵天线多波束通道校准系统，其特征在于：所述利用通道坐标关系和波长，计算得到对应通道和物理距离差C之间的波程差△phase，包括：

以天线正面中心为原点，根据各通道坐标计算对应通道与原点之间的第一距离K；

根据测试距离h和第一距离k计算得到对应通道和固定探头之间的第二距离L；

根据第二距离L和测试距离h计算得到对应通道和固定探头的物理距离差C；

根据物理距离差C和波长λ，计算得到波程差△phase。

8.根据权利要求1所述的一种相控阵天线多波束通道校准系统，其特征在于：所述利用电磁波空间传输衰减公式、对应通道和固定探头的物理距离差C、电磁波传输频率f，计算得到对应通道的电磁波传输过程中的信号衰减差△mag，包括：

以天线正面中心为原点，根据各通道坐标计算对应通道与原点之间的第一距离K；

根据测试距离h和第一距离k计算得到对应通道和固定探头之间的第二距离L；

根据第二距离L和测试距离h计算得到对应通道和固定探头的物理距离差C；

将物理距离差C和电磁波传输频率f带入电磁波空间传输衰减公式中，计算得到对应通道的电磁波传输过程中的信号衰减差△mag。

9.根据权利要求1所述的一种相控阵天线多波束通道校准系统，其特征在于：所述校准系统还包括：

DC电源，用于向波控时序控制器和被测天线供电。

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