CN116208265A - 一种有源相控阵天线的校准方法、装置及介质 - Google Patents

一种有源相控阵天线的校准方法、装置及介质 Download PDF

Info

Publication number
CN116208265A
CN116208265A CN202310500412.0A CN202310500412A CN116208265A CN 116208265 A CN116208265 A CN 116208265A CN 202310500412 A CN202310500412 A CN 202310500412A CN 116208265 A CN116208265 A CN 116208265A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phased array
array antenna
active phased
electric field
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202310500412.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116208265B (zh
Inventor
王汝征
王涛
朱剑平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Zhongke Ruixin Technology Co ltd
Original Assignee
Beijing Zhongke Ruixin Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Zhongke Ruixin Technology Co ltd filed Critical Beijing Zhongke Ruixin Technology Co ltd
Priority to CN202310500412.0A priority Critical patent/CN116208265B/zh
Publication of CN116208265A publication Critical patent/CN116208265A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116208265B publication Critical patent/CN116208265B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/10—Radiation diagrams of antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/10—Monitoring; Testing of transmitters
    • H04B17/11—Monitoring; Testing of transmitters for calibration
    • H04B17/12—Monitoring; Testing of transmitters for calibration of transmit antennas, e.g. of the amplitude or phase
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本说明书实施例公开了一种有源相控阵天线的校准方法、装置及介质，涉及空馈测试技术领域，用于解决现有近场校准的校准时间长及远场校准的场地要求高导致时价性低的问题。方法包括：判断待测有源相控阵天线是否处于预设中场条件下；若是，则采样架上的接收天线获取待测有源相控阵天线的整阵电场矢量信号；控制采样架移动使接收信号获取各有源相控阵天线单元的单元电场矢量信号；基于移相器对有源相控阵天线单元进行相位调制，使相控阵天线单元的电场矢量信号在空间旋转，以将相移增量引入单元电场矢量信号；基于相移增量对整阵电场矢量信号与单元电场矢量信号求解，获得各有源相控阵天线单元的相位和幅度值，实现有源相控阵天线单元的校准。

Description

一种有源相控阵天线的校准方法、装置及介质
技术领域
本说明书涉及空馈测试技术领域，尤其涉及一种有源相控阵天线的校准方法、装置及介质。
背景技术
有源相控阵天线是由许多相控阵天线单元组成的，为了保证相控阵天线按设计的方向图形状和角度进行电子波束扫描，则需要在工作前保证每个相控阵天线单元的幅度和相位是一致的。因此对于有源相控阵天线的校准是阵列天线中的一项重要技术。
现有技术中对于相控阵天线校准的方法主要有近场校准方法和远场校准方法。有源相控阵天线近场校准方法虽然占用场地小，但是需要配套相关的高精度扫描架设备，且校准的时间长达数个小时，导致校准时间过长。而有源相控阵天线远场校准方法虽然解决了近场校验中校准速度慢的问题，但是占用场地大例如：如果有源相控阵天线在口径大、波长短的情况下，这个场地可能需要长30m
Figure SMS_1
宽15m/>
Figure SMS_2
高15m，甚至长度至百米或更大的场地，这种规格的场地在项目单位没有规划的情况下很难找到，且在该场地规模下建设相应大尺寸的微波暗室费用极高。
因此现需要一种性价比高的有源相控阵天线的校准方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本说明书一个或多个实施例提供了一种有源相控阵天线的校准方法、装置及介质。
本说明书一个或多个实施例采用下述技术方案：
本说明书一个或多个实施例提供一种有源相控阵天线的校准方法，方法包括：
判断待测有源相控阵天线是否处于预设中场条件下；其中，所述待测有源相控阵天线基于多个有源相控阵天线的子阵构成，所述子阵包括多个有源相控阵天线单元；
若是，则采样架上的接收天线获取所述待测有源相控阵天线的整阵电场矢量信号；
控制所述采样架移动，以使接收信号获取各有源相控阵天线单元的单元电场矢量信号；
根据各有源相控阵天线单元的移相器对所述有源相控阵天线单元进行空间电场矢量旋转，以将相移增量引入所述单元电场矢量信号；
基于所述相移增量对所述整阵电场矢量信号与所述单元电场矢量信号进行求解，以获得各有源相控阵天线单元的相位和幅度值，实现各有源相控阵天线单元的校准。
可选地，在本说明书一个或多个实施例中，判断待测有源相控阵天线是否处于预设中场条件下，具体包括：
通过所述待测有源相控阵天线的工作波长与各所述有源子阵的单元尺寸，获得远场收发距离与近场收发距离；
若确定所述待测有源相控阵天线和所述接收天线之间，处于中场收发距离，且所述待测子阵和所述接收天线之间，处于远场收发距离，则判断待测有源相控阵天线处于预设中场条件下。
可选地，在本说明书一个或多个实施例中，判断待测有源相控阵天线是否处于预设中场条件下之后，所述方法还包括：
若确定所述待测有源相控阵天线不处于预设中场条件，则控制移动滑轨转台移动所述有源相控阵天线到所述中场收发距离；其中，所述待测有源相控阵天线安装于所述移动滑轨转台，所述移动滑轨转台垂直于所述采样架；
基于预设测试软件对矢量网络分析仪进行初始化；其中，所述预设测试软件安装于测控计算机，所述矢量网络分析仪与所述测控计算机连接，用于根据所述测控计算机的控制指令采集整阵电场矢量信号与单元电场矢量信号；
若初始化完成，则通过软件预置各子阵的中心位置，以移动所述采样架使所述接收天线对准所述中心位置。
可选地，在本说明书一个或多个实施例中，根据各有源相控阵天线单元的移相器对所述有源相控阵天线单元进行空间电场矢量旋转，以将相移增量引入所述单元电场矢量信号，具体包括：
控制各有源相控阵天线单元的移相器基于预设相位移动范围进行旋转，以将额外相移引入所述单元电场矢量信号；其中，所述预设相位移动范围为
Figure SMS_3
；
合成所述整阵电场矢量信号与单元电场矢量信号获得矢量和信号，以获取所述矢量和信号功率；
记录各额外相移所对应的矢量和信号功率，确定矢量和信号功率最大值所对应的额外相移作为相移增量，以确定将所述相移增量引入所述单元电场矢量信号。
可选地，在本说明书一个或多个实施例中，基于所述相移增量对所述整阵电场矢量信号与所述单元电场矢量信号进行求解，具体包括：
获取矢量和信号功率所对应的预置功率公式；其中，所述预置功率公式为：
Figure SMS_4
；
其中，
Figure SMS_5
为矢量和信号功率，/>
Figure SMS_6
为所述整阵电场矢量信号的整阵幅度，/>
Figure SMS_7
为所述单元电场矢量信号的单元幅度，/>
Figure SMS_8
为所述有源相控阵天线单元移相后的相位，/>
Figure SMS_9
为所述有源相控阵天线单元移相前的相位；
将所述相移增量的值引入所述矢量和信号功率所对应的表达式，求解获得单元幅度、整阵幅度以及单元实际移相量。
可选地，在本说明书一个或多个实施例中，获得各有源相控阵天线单元的相位和幅度值，实现各有源相控阵天线单元的校准，具体包括：
对比所述有源相控阵天线单元的相位与预设相位，以及幅度值与预设幅度值是否一致；
若否，则基于各所述有源相控阵天线单元的移相器与衰减器，对所述相位和幅度值进行收敛，实现各有源相控阵天线单元的校准。
可选地，在本说明书一个或多个实施例中，实现各有源相控阵天线单元的校准之后，所述方法还包括：
若确定所述子阵中各所述有源相控阵天线单元完成校准，则移动所述采样架使所述接收天线对准下一所述子阵的中心位置，对所述下一所述子阵中各所述有源相控阵天线单元进行校准；
若确定各所述子阵完成校准，则确定所述有源相控阵天线完成校准，以使所述测控计算机中的测试软件，根据校准幅度值与校准相位值计算波控码值，并将所述波控码值发送给波控机。
可选地，在本说明书一个或多个实施例中，所述采样架、所述接收天线与所述有源相控阵天线位于预设暗箱中，所述暗箱的尺寸大于近场校准的暗箱尺寸且远小于远场校准的暗箱尺寸。
本说明书一个或多个实施例提供一种有源相控阵天线的校准装置，装置包括：位于预置暗箱内的采样架设备、有源相控阵天线，与位于预置暗箱外的测控计算机、矢量网络分析仪、控制器；其中，
所述测控计算机，用于判断待测有源相控阵天线是否处于预设中场条件下；其中，所述待测有源相控阵天线基于多个有源相控阵天线的子阵构成，所述子阵包括多个有源相控阵天线单元；
所述矢量网络分析仪与所述测控计算机连接，用于若是，则根据所述采样架上的接收天线获取所述待测有源相控阵天线的整阵电场矢量信号；
所述采样架控制器与所述测控计算机连接，用于控制所述采样架移动，以使所述矢量网络分析仪采集接收信号获取的各有源相控阵天线单元的单元电场矢量信号；
所述有源相控阵天线，用于根据各有源相控阵天线单元的移相器对所述有源相控阵天线单元进行旋转，以将相移增量引入所述单元电场矢量信号；
所述测控计算机，还用于基于所述相移增量对所述整阵电场矢量信号与所述单元电场矢量信号进行求解，以获得各有源相控阵天线单元的相位和幅度值，实现各有源相控阵天线单元的校准。
本说明书一个或多个实施例提供的一种非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为能够执行上述方法。
本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本说明书实施例中基于预设中场条件下进行有源相控阵天线的校准，使得待测有源相控阵天线和采样架接收天线之间符合相控阵天线单元远场条件，而待测有源相控阵天线单元和采样架接收天线之间符合相控阵天线单元的近场条件，使得校准过程的校验时间相比于近场校准得到有效提升，且占用场地小于远场校准，使得性价比得到了显著的提升。通过旋转后引入相移增量对有源相控阵天线单元的相位和幅度值进行求解，实现了不同位置相控阵天线单元的校准。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本说明书实施例提供的一种一种有源相控阵天线的校准方法流程示意图；
图2为本说明书实施例提供的一种有源相控阵天线近场校准原理示意图；
图3为本说明书实施例提供的一种有源相控阵天线远场校准的扫描架实物示意图；
图4为本说明书实施例提供的一种有源相控阵天线的校准装置的结构示意图；
图5为本说明书实施例提供的一种电场矢量信号的矢量旋转法原理示意图；
图6为本说明书实施例提供的一种非易失性存储介质的内部结构示意图。
具体实施方式
本说明书实施例提供一种有源相控阵天线的校准方法、装置及介质。
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，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，都应当属于本说明书保护的范围。
如图1所示，本说明书实施例提供了一种有源相控阵天线的校准方法的流程示意图。由图1可知，一种有源相控阵天线的校准方法，方法包括以下步骤：
S101：判断待测有源相控阵天线是否处于预设中场条件下；其中，所述待测有源相控阵天线基于多个有源相控阵天线的子阵构成，所述子阵包括多个有源相控阵天线单元。
当前进行有源相控阵天线的校准通常采用近场校准或者远场校准的方法进行，如图2所示为当前有源相控阵天线近场校准的原理示意图，即扫描架通过X轴和Y后运动，将探头天线逐点依次移动至每个待校准的相控阵天线单元的近场区，采样探头对准待校准相控阵天线单元，读取各个阵元的幅度、相位信息，并以此对阵元的幅相进行校准、求解探头天线与各个阵元的幅相关系矩阵，再置位波控控制电路修正单元幅度和相位，通过两至三次逐点扫描修正即可完成全部阵面单元的幅度相位校准。有源相控阵天线近场校准方法的优点是占用场地小，例如场地需要4m(长)
Figure SMS_10
4m(宽)/>
Figure SMS_11
3m(高)，仅需要一个小暗室即可，因此配套暗室的建设成本也低，缺点是需要配套相关的高精度扫描架设备，且校准的时间长达数个小时。
而如图3所示为当前有源相控阵天线远场校准的采样架示意图。有源相控阵天线远场属于传统的相控阵校准方式，只需要整个待测有源相控阵天线阵面和发射、接收天线之间的距离满足远场条件。然后通过控制波控分机依次打开相控阵天线辐射单元，即可得到每个辐射单元的发射或接收的幅度、相位信息，然后通过置位移相器、衰减器，使有源相控阵天线每个阵元收敛迭代幅度相位，再次测试确保得到最终收敛到需要要求的幅度相位数据和波控码值，即完成有源相控阵天线的远场校准。有源相控阵天线远场校准方法的优点是校准速度快，在十几分钟内基本可以完成整个相控阵天线的阵面校准；缺点是占用场地大，暗室建设成本高。如果有源相控阵天线在口径大、波长短的情况下，这个场地可能需要长30m(长)
Figure SMS_12
15m(宽)/>
Figure SMS_13
15m(高)，甚至长度至百米或更大，且在这么大的场地内建设相应尺寸的微波暗室。这种场地在项目单位没有规划的情况下很难找到，且建设相应大尺寸的暗室费用极高。
由上述可知，现有的近场校准与远场校准一是近场校准的校验时间长，设备要求高，二是远场校验所需的场地占地面积大，建设微波暗室的成本高，即现有的校准方式均存在性价比低的问题。因此，本说明书实施例为了解决该问题，将有源相控阵天线在预先设置的中场条件下进行校准，在校准过程中首先判断待测有源相控阵天线是否处于预设中场条件下。其中，需要说明的是待测有源相控阵天线由多个有源相控阵天线的子阵构成，而有源相控阵天线的子阵中包括多个有源相控阵天线单元。
具体地，在本说明书一个或多个实施例中，判断待测有源相控阵天线是否处于预设中场条件下，具体包括以下过程：
首先通过待测有源相控阵天线的工作波长与各有源子阵的单元尺寸，获得远场收发距离与近场收发距离。如果确定待测有源相控阵天线和接收天线之间，处于中场收发距离，并且待测子阵和所述接收天线之间，处于远场收发距离，则判断待测有源相控阵天线处于预设中场条件下。进一步地，如果确定待测有源相控阵天线不处于预设中场条件，由图4可知，待测有源相控阵天线安装于所述移动滑轨转台，移动滑轨转台垂直于所述采样架。因此通过控制移动滑轨转台移动该有源相控阵天线到所述中场收发距离。然后根据预先设置的测试软件对矢量网络分析仪进行初始化，其中，需要说明的是预设测试软件安装于测控计算机，由图4可知矢量网络分析仪与测控计算机连接，以根据测控计算机中预设测试软件的控制指令采集整阵电场矢量信号与单元电场矢量信号。如果确认初始化完成，那么就通过软件预置各子阵的中心位置，以便于进行校准时能够移动采样架使接收天线对准预置各子阵的中心位置。
S102：若是，则采样架上的接收天线获取所述待测有源相控阵天线的整阵电场矢量信号。
如果基于上述步骤S101确定待测有源相控阵天线满足预置中场条件，那么就通过采样架上的接收天线接收获取待测有源相控阵天线的整阵电场矢量信号。本说明书一个或多个实施例中，在测试软件中场校准的控制下，接收天线探头每移动到一个子阵相对位置点，此时待测有相控阵天线的通道打开，使得采样架上的接收天线接收整个相控阵天线的幅度相位的矢量信号。
S103：控制所述采样架移动，以使接收信号获取各有源相控阵天线单元的单元电场矢量信号。
因为有源相控阵天线阵元通道校准是测量相控阵各个天线阵元间的幅相差异，并在实际使用时将通道差异补偿，以形成较为理想的等相位面，满足波束指向和副瓣抑制的要求。所以本说明书实施例中在接收天线接收整个相控阵天线的幅度相位的矢量信号之后，还需要通过控制采样架移动，使得接收信号获取各有源相控阵天线单元的单元电场矢量信号，以便于后续对待测有源相控阵天线中各个有源相控阵天线单元的校准。
S104：根据各有源相控阵天线单元的移相器对所述有源相控阵天线单元进行电场矢量空间旋转，以将相移增量引入所述单元电场矢量信号。
本说明书实施例中为了可以根据待测有源相控阵天线整阵远程与有源相控阵天线单元中场，电场矢量的变化来解算出该阵元的幅相状态，本说明书实施例中，根据各个有源相控阵天线单元的移相器对有源相控阵天线单元进行相位调制，是的相控阵天线单元的电场矢量信号在空间旋转，从而将相应的相移增量引入到单元电场矢量信号中，以便于求解获得有源相控阵天线单元的幅相值。
具体地，在本说明书一个或多个实施例中，根据各有源相控阵天线单元的移相器对有源相控阵天线单元进行电场矢量空间旋转，以将相移增量引入到单元电场矢量信号，具体包括以下过程：
首先控制各有源相控阵天线单元的移相器根据预先设置的相位移动范围在
Figure SMS_15
中进行旋转，从而将额外相移引入到单元电场矢量信号中。然后合成整阵电场矢量信号与单元电场矢量信号获得矢量和信号，从而计算获取到的矢量和信号功率。然后记录旋转过程中各个额外相移所对应的矢量和信号功率，确定出矢量和信号功率的最大值所对应的额外相移作为相移增量，从而确定将相移增量引入到单元电场矢量信号。为了便于理解，结合图5所示的一种矢量旋转法原理示意图可知，有源相控阵天线整阵全开时收到的电场矢量信号/>
Figure SMS_18
，有源相控阵天线单元通过移相器相位变化时产生的电场矢量信号为
Figure SMS_21
，其和信号为有源相控阵天线和有源相控阵天线的合成信号记为/>
Figure SMS_16
。利用移相器对/>
Figure SMS_19
引入额外相移/>
Figure SMS_20
。额外相移/>
Figure SMS_22
在旋转过程中从0变化到/>
Figure SMS_14
，在此过程中记录矢量和信号功率的最大值和最小值，以及使矢量和信号功率达到最大时移相器所引入的相位增量
Figure SMS_17
。
S105：基于所述相移增量对所述整阵电场矢量信号与所述单元电场矢量信号进行求解，以获得各有源相控阵天线单元的相位和幅度值，实现各有源相控阵天线单元的校准。
根据上述过程确定出相移增量
Figure SMS_23
之后，根据相移增量对整阵电场矢量信号与单元电场矢量信号进行求解，从而获得各个有源相控阵天线单元的相位和幅度值，进而实现各个有源相控阵天线单元的校准。具体地，在本说明书一个或多个实施例中，基于相移增量对整阵电场矢量信号与单元电场矢量信号进行求解，具体包括以下过程：
首先，获取矢量和信号功率所对应的预置功率公式；其中，需要说明的是预置功率公式为：
Figure SMS_24
；
其中，
Figure SMS_27
为矢量和信号功率，/>
Figure SMS_29
为整阵电场矢量信号的整阵幅度，/>
Figure SMS_30
为单元电场矢量信号的单元幅度，/>
Figure SMS_26
为有源相控阵天线单元移相后的相位，/>
Figure SMS_28
为有源相控阵天线单元移相前的相位。将相移增量的值引入矢量和信号功率所对应的表达式后，可以计算出/>
Figure SMS_31
，
Figure SMS_32
和/>
Figure SMS_25
，即求解出了单元幅度、整阵幅度以及单元实际移相量。
进一步地，在本说明书一个或多个实施例中，获得各有源相控阵天线单元的相位和幅度值，实现各有源相控阵天线单元的校准，具体包括以下过程：
首先对比有源相控阵天线单元的相位与预设相位，以及幅度值与预设幅度值是否一致。若否，则基于各有源相控阵天线单元的移相器与衰减器，对相位和幅度值进行收敛，实现各有源相控阵天线单元的校准。
进一步地，在本说明书一个或多个实施例中，实现各有源相控阵天线单元的校准之后，方法还包括：
若确定子阵中各有源相控阵天线单元完成校准，则移动采样架使接收天线对准下一子阵的中心位置，对下一所述子阵中各有源相控阵天线单元进行校准。如果确定各子阵完成校准，那么确定待测有源相控阵天线完成校准，以使测控计算机中的测试软件，根据校准幅度值与校准相位值计算波控码值，并将波控码值发送给波控机。
在本说明书一个实施例中，有源相控阵天线的中场校准的测试流程包括以下过程：
S201：将待测有源相控阵天线安装在天线转台上，调整待测有源相控阵天线平面平行于扫描平面。
S202：保证证待测有源相控阵天线整阵为中场条件，通过计算工作波长与单元尺寸得到需要收发距离，控制一维滑轨使待测有源相控阵天线远离扫描架至该距离了，使待测有源相控阵天线单元满足远场条件。
S203：通过软件预置待测子阵中心位置，例如待测有源相控阵天线有8个子阵，则需要告知软件每个子阵校准结束后，运动之下一个子阵的中心坐标。
S204：启动测控计算机的测试软件，首先对矢量网络分析仪等仪表进行初始化，此时在测试软件中场校准的控制下，探头每移动到一个子阵相对位置点，相控阵天线打开，通知波控机打开相子阵中对应的天线单元，并控制单元移相器进行全量程移项，然后自动矢量网络分析仪进行数据采集，并记录该单元位置矢量电场IQ数据。
S205：通过中场矢量旋转校准原理，通过计算子阵各个待测有源相控阵天线单元相位和幅度值，完成幅度、相位校准。
S206：移动至下一个子阵中心位置，完成S204-S205步骤，直至所有子阵完成中场校准。
S207：测试结束后，测试软件脚本根据幅相数据，计算波控码值，并发送给波控机。
如图4所示，本说明书一个或多个实施例中提供了一种有源相控阵天线的校准装置，装置包括：在满足中场空间尺寸的暗箱内放置采样架和待测有源相控阵天线，与位于预置暗箱外的测控计算机、矢量网络分析仪、控制器；其中，有源相控阵天线和采样架接收天线之间符合相控阵天线单元远场条件，但是对于整个有源相控天线而言数据中场条件。
测控计算机，用于判断待测有源相控阵天线是否处于预设中场条件下，用于控制采样架运动，满足采样接收天线对准有源相控阵天线子阵中心用于控制有源相控阵天线进行单元切换、单元移相器移项和单元衰减器衰减。其中，需要说明的是：待测有源相控阵天线基于多个有源相控阵天线的子阵构成，源相控阵天线的子阵包括多个有源相控阵天线单元。
矢量网络分析仪与测控计算机连接，用于在待测有源相控阵天线处于预设中场条件时，根据采样架上的接收天线获取待测有源相控阵天线的整阵电场矢量信号。
采样架控制器与测控计算机连接，用于基于测控计算机的测试软件移动采样架，以使矢量网络分析仪采集接收信号获取的各有源相控阵天线单元的单元电场矢量信号。
有源相控阵天线，用于根据各有源相控阵天线单元的移相器对有源相控阵天线单元进行空间电场矢量旋转，以将相移增量引入所述单元电场矢量信号。
测控计算机，还用于基于相移增量对所述整阵电场矢量信号与单元电场矢量信号进行求解，以获得各有源相控阵天线单元的相位和幅度值，实现各有源相控阵天线单元的校准。
如图6所示，本说明书一个或多个实施例提供了一种非易失性存储介质的内部结构示意图。由图6可知，一种非易失性存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令能够执行上述方法。
本说明书实施例在预设中场条件下通过矢量旋转进行待测有源相控阵天线的校准。需要的场地适中，一般实验室可以满足，暗室建设费用比近场高一些，但是比远场暗室要低很多。且仅需要低精度（0.3mm定位精度）的采样架设备即可，成本比高精度（0.05mm）近场扫描架低1/3。且于中场矢量旋转法的校准测试效率仅比远场测试时间多，但是远比近场测试时数个小时的时间短很多，相比与近场校准与远场校准具有更高的性价比。为了更加直观地能看出来的效果来表明发明效果，本说明书实施例假设待测有源相控阵天线工作频率为15GHz，天线单元数量为
Figure SMS_33
个单元为例进行说明。
首先，基于上述假设本说明书实施例所提供的基于预设中场条件下进行校准时所需要的场地尺寸为：暗室屏蔽内尺寸：4m(长)
Figure SMS_34
4m(宽)/>
Figure SMS_35
3m(高)；而中场占用场地尺寸：暗室屏蔽内尺寸：8m(长)/>
Figure SMS_36
4m(宽)/>
Figure SMS_37
3m(高)，远场占用场地尺寸：暗室屏蔽内尺寸：30m(长)/>
Figure SMS_38
15m(宽)/>
Figure SMS_39
15m(高)。可见本说明书实施例中进行校准是的场地占用和暗室建设成本与近场校准和远场校准对比均适中。
此外，对于校验时间来说，设待校准相控阵天线单元数量为
Figure SMS_40
，频点×波位数量为
Figure SMS_41
，波位切换时间为/>
Figure SMS_42
，矢网采集时间为/>
Figure SMS_43
，扫描架移动时间为/>
Figure SMS_44
，矢网读数时间为/>
Figure SMS_45
。则近场校准时校准一遍所需要的时间为：
Figure SMS_46
；
设待测天线为
Figure SMS_47
个单元，频点×波位数量为100，波位切换时间为1ms，矢网采集时间为0.01ms，扫描架移动时间为1000ms，矢网读数时间为10ms。则
Figure SMS_48
。既如果采用近场测试，6144个相控阵天线单元的校准时间约为113.7分钟。
设待校准相控阵天线单元数量为
Figure SMS_50
，频点×波位数量为/>
Figure SMS_53
，波位切换时间为/>
Figure SMS_55
，矢网采集时间为/>
Figure SMS_51
，扫描架移动时间为/>
Figure SMS_54
，矢网读数时间为/>
Figure SMS_56
，单元移项一个周期时间为
Figure SMS_57
。天线子阵数量为/>
Figure SMS_49
。设待测天线为/>
Figure SMS_52
个单元，频点×波位数量为100，波位切换时间为1ms，矢网采集时间为0.01ms，单元移相器移动一个周期时间为100ms,扫描架移动时间为2000ms，矢网读数时间为10ms，相控阵天线为24个子阵。
用中场校准一遍所需时间为：
Figure SMS_58
；
其中，
Figure SMS_59
为子阵数量，假设子阵数量为24，扫描架移动子阵时间为2000ms，
则
Figure SMS_60
。可见采用中场测试，6144个相控阵天线单元的校准时间约为22.4分钟。
设待校准相控阵天线单元数量为
Figure SMS_61
，频点×波位数量为/>
Figure SMS_62
，波位切换时间为/>
Figure SMS_63
，矢网采集时间为/>
Figure SMS_64
，矢网读数时间为/>
Figure SMS_65
。设待测天线为/>
Figure SMS_66
个单元，频点×波位数量为100，波位切换时间为1ms，矢网采集时间为0.01ms，扫描架移动时间为1000ms，矢网读数时间为10ms。
远场校准一遍所需时间为：
Figure SMS_67
，
则
Figure SMS_68
。即如果采用远场测试，6144个相控阵天线单元的校准时间约为11.4分钟。
综上所述，中场校准的时间虽然比远场时间多一倍，但是仍然远小于近场校准时间，且占用场地资源、暗室建设费用确远小于远场，综合性价比非常高。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备、非易失性计算机存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
以上所述仅为本说明书的一个或多个实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书的一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书的一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种有源相控阵天线的校准方法，其特征在于，所述方法包括：
判断待测有源相控阵天线是否处于预设中场条件下；其中，所述待测有源相控阵天线基于多个有源相控阵天线的子阵构成，所述子阵包括多个有源相控阵天线单元；
若是，则采样架上的接收天线获取所述待测有源相控阵天线的整阵电场矢量信号；
控制所述采样架移动，以使接收信号获取各有源相控阵天线单元的单元电场矢量信号；
根据各有源相控阵天线单元的移相器对所述有源相控阵天线单元进行电场矢量空间旋转，以将相移增量引入所述单元电场矢量信号；
基于所述相移增量对所述整阵电场矢量信号与所述单元电场矢量信号进行求解，以获得各有源相控阵天线单元的相位和幅度值，实现各有源相控阵天线单元的校准。
2.根据权利要求1所述的一种有源相控阵天线的校准方法，其特征在于，判断待测有源相控阵天线是否处于预设中场条件下，具体包括：
通过所述待测有源相控阵天线的工作波长与各所述有源子阵的单元尺寸，获得远场收发距离与近场收发距离；
若确定所述待测有源相控阵天线和所述接收天线之间，处于中场收发距离，且所述待测子阵和所述接收天线之间，处于远场收发距离，则判断待测有源相控阵天线处于预设中场条件下。
3.根据权利要求2所述的一种有源相控阵天线的校准方法，其特征在于，判断待测有源相控阵天线是否处于预设中场条件下之后，所述方法还包括：
若确定所述待测有源相控阵天线不处于预设中场条件，则控制移动滑轨转台移动所述有源相控阵天线到所述中场收发距离；其中，所述待测有源相控阵天线安装于所述移动滑轨转台，所述移动滑轨转台垂直于所述采样架；
基于预设测试软件对矢量网络分析仪进行初始化；其中，所述预设测试软件安装于测控计算机，所述矢量网络分析仪与所述测控计算机连接，用于根据所述测控计算机的控制指令采集整阵电场矢量信号与单元电场矢量信号；
若初始化完成，则通过软件预置各子阵的中心位置，以移动所述采样架使所述接收天线对准所述中心位置。
4.根据权利要求1所述的一种有源相控阵天线的校准方法，其特征在于，根据各有源相控阵天线单元的移相器对所述有源相控阵天线单元进行空间电场矢量旋转，以将相移增量引入所述单元电场矢量信号，具体包括：
控制各有源相控阵天线单元的移相器基于预设相位移动范围进行旋转，以将额外相移引入所述单元电场矢量信号；其中，所述预设相位移动范围为
Figure QLYQS_1
；
合成所述整阵电场矢量信号与单元电场矢量信号获得矢量和信号，以获取所述矢量和信号功率；
记录各额外相移所对应的矢量和信号功率，确定矢量和信号功率最大值所对应的额外相移作为相移增量，以确定将所述相移增量引入所述单元电场矢量信号。
5.根据权利要求3所述的一种有源相控阵天线的校准方法，其特征在于，基于所述相移增量对所述整阵电场矢量信号与所述单元电场矢量信号进行求解，具体包括：
获取矢量和信号功率所对应的预置功率公式；其中，所述预置功率公式为：
Figure QLYQS_2
；
其中，
Figure QLYQS_3
为矢量和信号功率，/>
Figure QLYQS_4
为所述整阵电场矢量信号的整阵幅度，/>
Figure QLYQS_5
为所述单元电场矢量信号的单元幅度，/>
Figure QLYQS_6
为所述有源相控阵天线单元移相后的相位，/>
Figure QLYQS_7
为所述有源相控阵天线单元移相前的相位；
将所述相移增量的值引入所述矢量和信号功率所对应的表达式，求解获得单元幅度、整阵幅度以及单元实际移相量。
6.根据权利要求5所述的一种有源相控阵天线的校准方法，其特征在于，获得各有源相控阵天线单元的相位和幅度值，实现各有源相控阵天线单元的校准，具体包括：
对比所述有源相控阵天线单元的相位与预设相位，以及幅度值与预设幅度值是否一致；
若否，则基于各所述有源相控阵天线单元的移相器与衰减器，对所述相位和幅度值进行收敛，实现各有源相控阵天线单元的校准。
7.根据权利要求6所述的一种有源相控阵天线的校准方法，其特征在于，实现各有源相控阵天线单元的校准之后，所述方法还包括：
若确定所述子阵中各所述有源相控阵天线单元完成校准，则移动所述采样架使所述接收天线对准下一所述子阵的中心位置，对所述下一所述子阵中各所述有源相控阵天线单元进行校准；
若确定各所述子阵完成校准，则确定所述有源相控阵天线完成校准，以使所述测控计算机中的测试软件，根据校准幅度值与校准相位值计算波控码值，并将所述波控码值发送给波控机。
8.根据权利要求1所述的一种有源相控阵天线的校准方法，其特征在于，所述采样架、所述接收天线与所述有源相控阵天线位于预设暗箱中，所述暗箱的尺寸大于近场校准的暗箱尺寸且远小于远场校准的暗箱尺寸。
9.一种有源相控阵天线的校准装置，其特征在于，所述装置包括：位于预置暗箱内的采样架设备、有源相控阵天线，与位于预置暗箱外的测控计算机、矢量网络分析仪、控制器；其中，
所述测控计算机，用于判断待测有源相控阵天线是否处于预设中场条件下；其中，所述待测有源相控阵天线基于多个有源相控阵天线的子阵构成，所述子阵包括多个有源相控阵天线单元；
所述矢量网络分析仪与所述测控计算机连接，用于若是，则根据所述采样架上的接收天线获取所述待测有源相控阵天线的整阵电场矢量信号；
所述采样架控制器与所述测控计算机连接，用于控制所述采样架移动，以使所述矢量网络分析仪采集接收信号获取的各有源相控阵天线单元的单元电场矢量信号；
所述有源相控阵天线，用于根据各有源相控阵天线单元的移相器对所述有源相控阵天线单元进行电场矢量空间旋转，以将相移增量引入所述单元电场矢量信号；
所述测控计算机，还用于基于所述相移增量对所述整阵电场矢量信号与所述单元电场矢量信号进行求解，以获得各有源相控阵天线单元的相位和幅度值，实现各有源相控阵天线单元的校准。
10.一种非易失性存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令能够执行上述权利要求1-8任一所述的方法。
CN202310500412.0A 2023-05-06 2023-05-06 一种有源相控阵天线的校准方法、装置及介质 Active CN116208265B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310500412.0A CN116208265B (zh) 2023-05-06 2023-05-06 一种有源相控阵天线的校准方法、装置及介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310500412.0A CN116208265B (zh) 2023-05-06 2023-05-06 一种有源相控阵天线的校准方法、装置及介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116208265A true CN116208265A (zh) 2023-06-02
CN116208265B CN116208265B (zh) 2023-07-07

Family

ID=86517711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310500412.0A Active CN116208265B (zh) 2023-05-06 2023-05-06 一种有源相控阵天线的校准方法、装置及介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116208265B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116626628A (zh) * 2023-07-20 2023-08-22 北京中科睿信科技有限公司 一种dbf相控阵雷达天线空馈近场测试方法、设备及介质
CN116827453A (zh) * 2023-08-29 2023-09-29 成都智芯雷通微系统技术有限公司 一种相控阵天线实时自校准补偿系统及方法
CN117394929A (zh) * 2023-12-12 2024-01-12 南京纳特通信电子有限公司 相控阵天线校准方法、装置、介质、设备及校准测试方法
CN117424655A (zh) * 2023-12-19 2024-01-19 成都天成电科科技有限公司 基于矢量网络的相控阵天线通道反打测试方法及设备

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110122016A1 (en) * 2007-12-31 2011-05-26 Elta Systems Ltd. Phased array antenna having integral calibration network and method for measuring calibration ratio thereof
EP3110048A1 (en) * 2015-06-23 2016-12-28 Elta Systems Ltd. Calibration network for a phased array antenna
CN107765104A (zh) * 2017-09-04 2018-03-06 华为技术有限公司 一种相控阵校测的方法以及校测装置
CN109150325A (zh) * 2018-07-26 2019-01-04 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种相控阵天线中场校准方法
CN110708127A (zh) * 2019-09-19 2020-01-17 上海卫星工程研究所 相控阵天线的并行幅相校准方法及系统
CN115561531A (zh) * 2022-11-10 2023-01-03 成都华芯天微科技有限公司 一种相控阵天线多波束通道校准系统
WO2023010707A1 (zh) * 2021-08-06 2023-02-09 北京航天长征飞行器研究所 一种相控阵天线快速校准测试系统及方法
US20230081094A1 (en) * 2021-09-14 2023-03-16 Hughes Network Systems, Llc Amplitude and phase calibration for phased array antennas
CN116008677A (zh) * 2022-12-28 2023-04-25 北京天地一格科技有限公司 一种相控阵天线中场校准装置及中场校准方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110122016A1 (en) * 2007-12-31 2011-05-26 Elta Systems Ltd. Phased array antenna having integral calibration network and method for measuring calibration ratio thereof
EP3110048A1 (en) * 2015-06-23 2016-12-28 Elta Systems Ltd. Calibration network for a phased array antenna
CN107765104A (zh) * 2017-09-04 2018-03-06 华为技术有限公司 一种相控阵校测的方法以及校测装置
CN109150325A (zh) * 2018-07-26 2019-01-04 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种相控阵天线中场校准方法
CN110708127A (zh) * 2019-09-19 2020-01-17 上海卫星工程研究所 相控阵天线的并行幅相校准方法及系统
WO2023010707A1 (zh) * 2021-08-06 2023-02-09 北京航天长征飞行器研究所 一种相控阵天线快速校准测试系统及方法
US20230081094A1 (en) * 2021-09-14 2023-03-16 Hughes Network Systems, Llc Amplitude and phase calibration for phased array antennas
CN115561531A (zh) * 2022-11-10 2023-01-03 成都华芯天微科技有限公司 一种相控阵天线多波束通道校准系统
CN116008677A (zh) * 2022-12-28 2023-04-25 北京天地一格科技有限公司 一种相控阵天线中场校准装置及中场校准方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李迪,王华: "中场测量相控阵扫描方向图的方法研究", 现代雷达, no. 07 *
魏鹏;刘洛琨;菅春晓;: "一种相控阵天线网络相差中场校准新方法", 雷达科学与技术, no. 01 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116626628A (zh) * 2023-07-20 2023-08-22 北京中科睿信科技有限公司 一种dbf相控阵雷达天线空馈近场测试方法、设备及介质
CN116626628B (zh) * 2023-07-20 2023-09-15 北京中科睿信科技有限公司 一种dbf相控阵雷达天线空馈近场测试方法、设备及介质
CN116827453A (zh) * 2023-08-29 2023-09-29 成都智芯雷通微系统技术有限公司 一种相控阵天线实时自校准补偿系统及方法
CN116827453B (zh) * 2023-08-29 2023-11-10 成都智芯雷通微系统技术有限公司 一种相控阵天线实时自校准补偿系统及方法
CN117394929A (zh) * 2023-12-12 2024-01-12 南京纳特通信电子有限公司 相控阵天线校准方法、装置、介质、设备及校准测试方法
CN117394929B (zh) * 2023-12-12 2024-02-09 南京纳特通信电子有限公司 相控阵天线校准方法、装置、介质、设备及校准测试方法
CN117424655A (zh) * 2023-12-19 2024-01-19 成都天成电科科技有限公司 基于矢量网络的相控阵天线通道反打测试方法及设备
CN117424655B (zh) * 2023-12-19 2024-03-01 成都天成电科科技有限公司 基于矢量网络的相控阵天线通道反打测试方法及设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN116208265B (zh) 2023-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN116208265B (zh) 一种有源相控阵天线的校准方法、装置及介质
US10075249B2 (en) Massive-MIMO antenna measurement device and method of measuring directivity thereof
CN109581279B (zh) 一种超宽带多波束系统测向精度的校正方法及装置
EP3447940B1 (en) Test arrangement and test method
CN113447730B (zh) 一种球面天线近场校准与扫描方法、系统及终端
US11879926B2 (en) Method, device, system and terminal for measuring total radiation power of array antenna and computer storage medium
CN102445599B (zh) 一种阵列天线方向图的频域测量方法
CN110418364A (zh) Ota测试系统及校准、测试方法和装置
CN113225147A (zh) 一种阵列天线总辐射功率的测量方法、装置和系统
CN112505435B (zh) 大型圆柱形相控阵天线等效远场测试装置和方法
CN111965438A (zh) 基于机械臂的多任务天线测试系统、方法及装置
CN109541324B (zh) 一种基于紧缩场的阵中单元天线相位中心测量方法
CN116047436A (zh) 有源相控阵雷达天线的近场幅相校准方法、系统、设备
CN115356697A (zh) 一种相控阵雷达天线方向图的测试方法
CN111929651A (zh) 一种综合孔径辐射计系统相位残差标定方法
CN116520035A (zh) 一种采用平面近场快速反演方法的二维方向图测试方法
CN209841969U (zh) 紧缩场天线测试系统
CN115047256A (zh) 一种阵列天线多通道并行测试装置、测试方法及校准方法
CN115542268A (zh) 一种大口径相控阵天线分块测试方法及测试系统
CN115629240B (zh) 相控阵天线方向图在轨测试方法、装置、电子设备及介质
CN113252999B (zh) 天线平面近场测试方法
CN117031418A (zh) Sar卫星方位敏捷观测模式扫描指向检测方法及系统
CN113917241B (zh) 一种天线方向图快速测量和预估方法、系统、设备及终端
CN115389825A (zh) 一种有源阵列天线方向图的近场空口快速测量系统及方法
CN114252707B (zh) 一种阵列天线校准装置、方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: A calibration method, device, and medium for an active phased array antenna

Granted publication date: 20230707

Pledgee: Zhongguancun Branch of Bank of Beijing Co.,Ltd.

Pledgor: Beijing Zhongke Ruixin Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980008679

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right