CN115720118A - 一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，涉及阵列天线发射通道间相位差测量领域，该阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，包括以下步骤：S1.选择待测阵列天线的某个通道为参考通道，剩余通道为测量通道，S2.矢量网络分析仪端口1和端口2发出的频率分别为IF和IF+Δf的信号经过合路器同时进入端口1的参考接收机，S3.矢量网络分析仪端口的测量接收机同时测量计算，S4.测量通道与参考通道的传输相位差为(φRF‑φIF)‑(φRF+Δf‑φIF+Δf)＝(φRF‑φRF+Δf)‑(φIF‑φIF+Δf)。本发明中，能够测量内置混频与本振的阵列天线的发射通道间相位差，且测量结果不受待测件内置本振的相位漂移和相位噪声的影响，测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及阵列天线发射通道间相位差测量领域，具体为一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置。
背景技术
目前的阵列天线发射通道间相位差测试一般使用矢量网络分析仪进行测量。矢量网络分析仪一端连接待测阵列天线的某个通道，另一端连接参考接收天线，依次测量待测阵列天线每个通道的相位，就可以计算出待测阵列天线各通道之间的相位差。
这种测试方法的缺点是：只能测试不含混频的阵列天线，无法测量包含混频的阵列天线。
为了测量包含混频的阵列天线，可以使用矢量网络分析仪和参考混频器进行测量。矢量网络分析仪一端连接待测阵列天线的某个通道，发射中频信号，中频信号经过包含混频的阵列天线后频率改变为射频。矢量网络分析仪另一端连接参考接收天线和参考混频器，参考混频器将射频信号混频为中频信号。矢量网络分析仪通过测量发射中频信号与接收中频信号的相位差，确定此通道的相位。矢量网络分析仪依次测量待测阵列天线每个通道的相位，就可以计算出待测阵列天线各通道之间的相位差。
这种使用参考混频器的测试方法的缺点是：待测阵列天线的混频电路必须使用外部本振，测试时需要由同一个外部本振通过功分器同时为待测阵列天线和参考混频器提供本振，此方法无法测量包含混频和内置本振的阵列天线。因此，本领域技术人员提供了一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，能够测量内置混频与本振的阵列天线的发射通道间相位差，且测量结果不受待测件内置本振的相位漂移和相位噪声的影响，测量精度高，解决了现有技术中的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1.选择待测阵列天线的某个通道为参考通道，剩余通道为测量通道；
S2.矢量网络分析仪端口1连接待测阵列天线的参考通道，发射中频信号频率为IF+Δf，中频信号经过包含混频与内置本振的阵列天线后频率改变为射频RF+Δf；
矢量网络分析仪端口2连接待测阵列天线的某一测量通道，发射中频信号频率为IF，中频信号经过包含混频与内置本振的阵列天线后频率改变为射频RF；
矢量网络分析仪端口3连接参考接收天线，端口3的测量接收机同时接收两路频率分别为RF和RF+Δf的信号；
矢量网络分析仪端口1和端口2发出的频率分别为IF和IF+Δf的信号经过合路器同时进入端口1的参考接收机；
S3.矢量网络分析仪端口3的测量接收机同时测量RF和RF+Δf的相位，并计算，矢量网络分析仪端口1的测量接收机同时测量IF和IF+Δf的相位，并计算；
S4.由于测量通道的传输相位为：
φRF-φIF
参考通道的传输相位为：
φRF+Δf-φIF+Δf
测量通道与参考通道的传输相位差为：
(φRF-φIF)-(φRF+Δf-φIF+Δf)＝(φRF-φRF+Δf)-(φIF-φIF+Δf)；
S5.需要获得参考通道与其他通道之间的相位差，可以选择任一其他通道作为参考通道，重复上述过程。
优选的，所述矢量网络分析仪包括有合路器、参考接收机、测量接收机，所述矢量网络分析仪具有两个激励源，所述矢量网络分析仪至少具有3个测试端口。
优选的，为了矢量网络分析仪能够从空间接收到的信号中区分参考通道与其他被测通道，将参考通道的输入频率与其他被测通道的输入频率保持一个固定的频率差Δf，频率差Δf应小于矢量网络分析仪接收机的中频带宽，使得矢量网络分析仪接收机可以同时接收两种频率的信号。
优选的，测量通道与参考通道的传输相位差测量结果中存在固定的测量误差ε，但是此测量误差在测试过程中保持不变，因此使用两次测量的差值即可消除此测量误差，测量过程中保持参考通道固定不变，矢量网络分析仪依次测量待测阵列天线每个测量通道与参考通道的传输相位差，就可以计算出待测阵列天线各测量通道之间的相位差。
优选的，矢量网络分析仪端口1连接至待测阵列天线端口1，产生频率为IF+Δf的激励信号；
矢量网络分析仪端口2连接至待测阵列天线端口2，产生频率为IF的激励信号；
矢量网络分析仪端口1和端口2的激励信号经过定向耦合器、合路器进入参考接收机，参考接收机收到频率为IF+Δf、IF的双音信号；
进入待测阵列天线端口1的频率为IF+Δf的激励信号经过混频后频率改变为RF+Δf，并由待测阵列天线的天线1辐射至空中；
进入待测阵列天线端口2的频率为IF的激励信号经过混频后频率改变为RF f，并由待测阵列天线的天线2辐射至空中；
连接矢量网络分析仪端口3的接收天线同时从空中接收频率为RF+Δf、RF的双音信号。此信号经过定向耦合器进入测量接收机。测量接收机收到频率为RF+Δf、RF的双音信号；
参考接收机测量频率为IF+Δf、IF的双音信号之间的相位差：
测量接收机收到频率为RF+Δf、RF的双音信号之间的相位差：
由上述两个相位差结果，可以计算出待测阵列天线端口1至天线1(简称通道1)的传输相位与端口2至天线2(简称通道2)的传输相位的差异，计算公式为：
将矢量网络分析仪端口2与待测阵列天线端口2的连接断开，连接至待测阵列天线端口3，可以用同样的方法测试待测阵列天线通道1与通道3的差异，由通道1与通道2差异结果、通道1与通道3差异结果相减可以得到通道2与通道3差异结果。而且由于此结果为差分结果，可以有效排查各种固定测量误差的影响，具有更高的测量准确度。
优选的，对于S3，接收机接收到频率间隔为Δf的双音信号，经过下变频和AD采样后，在数字域得到数字化的双音信号，设此数字化双音信号的频率为f、f+Δf；
数字化双音信号拷贝为两份，同时经过两路不同的数字信号处理。
优选的，第一路双音信号与频率为LO的数字本振信号数字混频，得到f-LO、f+Δf-LO的双音信号，再经过窄带数字滤波器，此滤波器只允许频率为f-LO信号通过，将f+Δf-LO信号滤除，滤除的单音信号可以通过传统方法测量幅度与相位。此路测量的是数字化双音信号中频率为f的分量；
第二路双音信号与频率为LO+Δf的数字本振信号数字混频，得到f-LO-Δf、f+Δf-(LO+Δf)＝f-LO的双音信号，再经过窄带数字滤波器，此滤波器只允许频率为f-LO信号通过，将f-LO-Δf信号滤除，滤除的单音信号可以通过传统方法测量幅度与相位，此路测量的是数字化双音信号中频率为f+Δf的分量。由于两路数字信号处理是同时进行的，这样就同时测量了两个频率信号的幅度与相位。
优选的，参考通道与其他被测通道的输出频率存在频率差Δf，以便矢量网络分析仪的接收机能够从空间接收到的信号中区分参考通道与其他被测通道。
(三)有益效果
本发明提供了一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置。具备以下有益效果：
1、本发明提供了一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，采用将一个通道作为参考通道，测量其他通道的传输相位与参考通道传输相位的差值的方式进行测试，可测量内置混频与本振的阵列天线的发射通道间相位差。
2、本发明提供了一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，由于两个通道同时激励，待测件内置本振的相位漂移和相位噪声会同时影响两个通道，不会影响两个通道之间相位差，因此测量结果不受待测件内置本振的相位漂移和相位噪声的影响，测量精度高。
附图说明
图1为本发明的测试连接图；
图2为本发明的接收机同时测量双音信号相位的原理图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例：
如图1-2所示，本发明实施例提供一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，包括以下步骤：
S1.选择待测阵列天线的某个通道为参考通道，剩余通道为测量通道；
S2.矢量网络分析仪端口1连接待测阵列天线的参考通道，发射中频信号频率为IF+Δf，中频信号经过包含混频与内置本振的阵列天线后频率改变为射频RF+Δf；
矢量网络分析仪端口2连接待测阵列天线的某一测量通道，发射中频信号频率为IF，中频信号经过包含混频与内置本振的阵列天线后频率改变为射频RF；
矢量网络分析仪端口3连接参考接收天线，端口3的测量接收机同时接收两路频率分别为RF和RF+Δf的信号；
矢量网络分析仪端口1和端口2发出的频率分别为IF和IF+Δf的信号经过合路器同时进入端口1的参考接收机；
矢量网络分析仪的数字接收机使用两路NCO下变频同时对两个频率的信号进行相位测试，由于两个通道同时激励，待测件内置本振的相位漂移和相位噪声会同时影响两个通道，不会影响两个通道之间相位差，因此测量结果不受待测件内置本振的相位漂移和相位噪声的影响，测量精度高
S3.矢量网络分析仪端口3的测量接收机同时测量RF和RF+Δf的相位，并计算，矢量网络分析仪端口1的测量接收机同时测量IF和IF+Δf的相位，并计算；
S4.由于测量通道的传输相位为：
φRF-φIF
参考通道的传输相位为：
φRF+Δf-φIF+Δf
测量通道与参考通道的传输相位差为：
(φRF-φIF)-(φRF+Δf-φIF+Δf)＝(φRF-φRF+Δf)-(φIF-φIF+Δf)；
S5.需要获得参考通道与其他通道之间的相位差，可以选择任一其他通道作为参考通道，重复上述过程。
测量通道与参考通道的传输相位差测量结果中存在固定的测量误差ε，但是此测量误差在测试过程中保持不变，因此使用两次测量的差值即可消除此测量误差。
测量过程中保持参考通道固定不变，矢量网络分析仪依次测量待测阵列天线每个测量通道与参考通道的传输相位差，就可以计算出待测阵列天线各测量通道之间的相位差。
如待测阵列天线有4个通道，以通道1为参考通道，通道2和通道4为测量通道。矢量网络分析仪首先连接通道1和通道2，测量通道2与通道1的相位差，记为φ21+ε；然后，通道1的连接保持不变，通道2的连接切换至通道3，测量通道3与通道1的相位差φ31+ε；再将通道3的连接切换至通道4，测量通道4与通道1的相位差φ41+ε。
通道4与通道2之间的相位差为：φ41-φ21＝(φ41+ε)-(φ21+ε)
通道3与通道2之间的相位差为：φ31-φ21＝(φ31+ε)-(φ21+ε)
为了准确测量通道1与通道2之间的相位差，可以将通道4改为参考通道，将通道1、通道2作为测量通道。重复上述步骤，测量得到测量通道2与通道4的相位差φ24+ε和通道1与通道4的相位差φ14+ε。
通道1与通道2之间的相位差为：φ14-φ24＝(φ14+ε)-(φ24+ε)
所述矢量网络分析仪包括有合路器、参考接收机、测量接收机，所述矢量网络分析仪具有两个激励源，所述矢量网络分析仪至少具有3个测试端口。
为了矢量网络分析仪能够从空间接收到的信号中区分参考通道与其他被测通道，将参考通道的输入频率与其他被测通道的输入频率保持一个固定的频率差Δf，频率差Δf应小于矢量网络分析仪接收机的中频带宽，使得矢量网络分析仪接收机可以同时接收两种频率的信号。
测量通道与参考通道的传输相位差测量结果中存在固定的测量误差ε，但是此测量误差在测试过程中保持不变，因此使用两次测量的差值即可消除此测量误差，测量过程中保持参考通道固定不变，矢量网络分析仪依次测量待测阵列天线每个测量通道与参考通道的传输相位差，就可以计算出待测阵列天线各测量通道之间的相位差。
矢量网络分析仪端口1连接至待测阵列天线端口1，产生频率为IF+Δf的激励信号；
矢量网络分析仪端口2连接至待测阵列天线端口2，产生频率为IF的激励信号；
矢量网络分析仪端口1和端口2的激励信号经过定向耦合器、合路器进入参考接收机，参考接收机收到频率为IF+Δf、IF的双音信号；
进入待测阵列天线端口1的频率为IF+Δf的激励信号经过混频后频率改变为RF+Δf，并由待测阵列天线的天线1辐射至空中；
进入待测阵列天线端口2的频率为IF的激励信号经过混频后频率改变为RF f，并由待测阵列天线的天线2辐射至空中；
连接矢量网络分析仪端口3的接收天线同时从空中接收频率为RF+Δf、RF的双音信号。此信号经过定向耦合器进入测量接收机。测量接收机收到频率为RF+Δf、RF的双音信号；
参考接收机测量频率为IF+Δf、IF的双音信号之间的相位差：
测量接收机收到频率为RF+Δf、RF的双音信号之间的相位差：
由上述两个相位差结果，可以计算出待测阵列天线端口1至天线1(简称通道1)的传输相位与端口2至天线2(简称通道2)的传输相位的差异，计算公式为：
将矢量网络分析仪端口2与待测阵列天线端口2的连接断开，连接至待测阵列天线端口3，可以用同样的方法测试待测阵列天线通道1与通道3的差异，由通道1与通道2差异结果、通道1与通道3差异结果相减可以得到通道2与通道3差异结果。而且由于此结果为差分结果，可以有效排查各种固定测量误差的影响，具有更高的测量准确度。
对于S3，接收机接收到频率间隔为Δf的双音信号，经过下变频和AD采样后，在数字域得到数字化的双音信号，设此数字化双音信号的频率为f、f+Δf；
数字化双音信号拷贝为两份，同时经过两路不同的数字信号处理。
第一路双音信号与频率为LO的数字本振信号数字混频，得到f-LO、f+Δf-LO的双音信号，再经过窄带数字滤波器，此滤波器只允许频率为f-LO信号通过，将f+Δf-LO信号滤除，滤除的单音信号可以通过传统方法测量幅度与相位。此路测量的是数字化双音信号中频率为f的分量；
第二路双音信号与频率为LO+Δf的数字本振信号数字混频，得到f-LO-Δf、f+Δf-(LO+Δf)＝f-LO的双音信号，再经过窄带数字滤波器，此滤波器只允许频率为f-LO信号通过，将f-LO-Δf信号滤除，滤除的单音信号可以通过传统方法测量幅度与相位，此路测量的是数字化双音信号中频率为f+Δf的分量。由于两路数字信号处理是同时进行的，这样就同时测量了两个频率信号的幅度与相位。
参考通道与其他被测通道的输出频率存在频率差Δf，以便矢量网络分析仪的接收机能够从空间接收到的信号中区分参考通道与其他被测通道。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1.选择待测阵列天线的某个通道为参考通道，剩余通道为测量通道；
S2.矢量网络分析仪端口1连接待测阵列天线的参考通道，发射中频信号频率为IF+Δf，中频信号经过包含混频与内置本振的阵列天线后频率改变为射频RF+Δf；
矢量网络分析仪端口2连接待测阵列天线的某一测量通道，发射中频信号频率为IF，中频信号经过包含混频与内置本振的阵列天线后频率改变为射频RF；
矢量网络分析仪端口3连接参考接收天线，端口3的测量接收机同时接收两路频率分别为RF和RF+Δf的信号；
矢量网络分析仪端口1和端口2发出的频率分别为IF和IF+Δf的信号经过合路器同时进入端口1的参考接收机；
S3.矢量网络分析仪端口3的测量接收机同时测量RF和RF+Δf的相位，并计算，矢量网络分析仪端口1的测量接收机同时测量IF和IF+Δf的相位，并计算；
S4.由于测量通道的传输相位为：
φRF-φIF
参考通道的传输相位为：
φRF+Δf-φIF+Δf
测量通道与参考通道的传输相位差为：
(φRF-φIF)-(φRF+Δf-φIF+Δf)＝(φRF-φRF+Δf)-(φIF-φIF+Δf)；
S5.需要获得参考通道与其他通道之间的相位差，可以选择任一其他通道作为参考通道，重复上述过程。
2.根据权利要求1所述的一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，其特征在于：所述矢量网络分析仪包括有合路器、参考接收机、测量接收机，所述矢量网络分析仪具有两个激励源，所述矢量网络分析仪至少具有3个测试端口。
3.根据权利要求1所述的一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，其特征在于：为了矢量网络分析仪能够从空间接收到的信号中区分参考通道与其他被测通道，将参考通道的输入频率与其他被测通道的输入频率保持一个固定的频率差Δf，频率差Δf应小于矢量网络分析仪接收机的中频带宽，使得矢量网络分析仪接收机可以同时接收两种频率的信号。
4.根据权利要求1所述的一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，其特征在于：测量通道与参考通道的传输相位差测量结果中存在固定的测量误差ε，但是此测量误差在测试过程中保持不变，因此使用两次测量的差值即可消除此测量误差，测量过程中保持参考通道固定不变，矢量网络分析仪依次测量待测阵列天线每个测量通道与参考通道的传输相位差，就可以计算出待测阵列天线各测量通道之间的相位差。
5.根据权利要求1所述的一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，其特征在于：矢量网络分析仪端口1连接至待测阵列天线端口1，产生频率为IF+Δf的激励信号；
矢量网络分析仪端口2连接至待测阵列天线端口2，产生频率为IF的激励信号；
矢量网络分析仪端口1和端口2的激励信号经过定向耦合器、合路器进入参考接收机，参考接收机收到频率为IF+Δf、IF的双音信号；
进入待测阵列天线端口1的频率为IF+Δf的激励信号经过混频后频率改变为RF+Δf，并由待测阵列天线的天线1辐射至空中；
进入待测阵列天线端口2的频率为IF的激励信号经过混频后频率改变为RF f，并由待测阵列天线的天线2辐射至空中；
连接矢量网络分析仪端口3的接收天线同时从空中接收频率为RF+Δf、RF的双音信号。此信号经过定向耦合器进入测量接收机。测量接收机收到频率为RF+Δf、RF的双音信号；
参考接收机测量频率为IF+Δf、IF的双音信号之间的相位差：
测量接收机收到频率为RF+Δf、RF的双音信号之间的相位差：
由上述两个相位差结果，可以计算出待测阵列天线端口1至天线1(简称通道1)的传输相位与端口2至天线2(简称通道2)的传输相位的差异，计算公式为：
将矢量网络分析仪端口2与待测阵列天线端口2的连接断开，连接至待测阵列天线端口3，可以用同样的方法测试待测阵列天线通道1与通道3的差异，由通道1与通道2差异结果、通道1与通道3差异结果相减可以得到通道2与通道3差异结果。而且由于此结果为差分结果，可以有效排查各种固定测量误差的影响，具有更高的测量准确度。
6.根据权利要求1所述的一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，其特征在于：对于S3，接收机接收到频率间隔为Δf的双音信号，经过下变频和AD采样后，在数字域得到数字化的双音信号，设此数字化双音信号的频率为f、f+Δf；
数字化双音信号拷贝为两份，同时经过两路不同的数字信号处理。
7.根据权利要求6所述的一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，其特征在于：第一路双音信号与频率为LO的数字本振信号数字混频，得到f-LO、f+Δf-LO的双音信号，再经过窄带数字滤波器，此滤波器只允许频率为f-LO信号通过，将f+Δf-LO信号滤除，滤除的单音信号可以通过传统方法测量幅度与相位。此路测量的是数字化双音信号中频率为f的分量；
第二路双音信号与频率为LO+Δf的数字本振信号数字混频，得到f-LO-Δf、f+Δf-(LO+Δf)＝f-LO的双音信号，再经过窄带数字滤波器，此滤波器只允许频率为f-LO信号通过，将f-LO-Δf信号滤除，滤除的单音信号可以通过传统方法测量幅度与相位，此路测量的是数字化双音信号中频率为f+Δf的分量。由于两路数字信号处理是同时进行的，这样就同时测量了两个频率信号的幅度与相位。
8.根据权利要求1所述的一种阵列天线的发射通道间相位差测量方法与装置，其特征在于：参考通道与其他被测通道的输出频率存在频率差Δf，频率差Δf应小于矢量网络分析仪接收机的中频带宽，以便矢量网络分析仪的接收机能够从空间接收到的信号中区分参考通道与其他被测通道。
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