CN117890690B - 一种利用差波束的无控幅相控阵校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用差波束的无控幅相控阵校准方法，包括：（1）相控阵天线法向正对标准喇叭，整机加电。（2）F0频点左半阵通道置为零态，右半阵通相位道置为180°，扫描方位向方向图。（3）计算方向图最大幅度与法向幅度差值（差值≤15dB）。（4）将左半阵通道置为零态，右半阵通道相位置为180°，用单通道换相方法进行校准，得到第i个被校准通道初始幅度mag_i和相位phase_i（1≤i≤N）。本发明提出的一种利用差波束的无控幅相控阵校准方法，该方法通过将阵面左右半阵设置180°相差，使得干扰天线合成方向图形成差波束，极大地降低干扰信号的幅度，从而降低干扰信号对被校准通道信号的影响。

Description

一种利用差波束的无控幅相控阵校准方法

技术领域

本发明属于天线测量领域，具体涉及一种适用于无控幅相控阵天线幅度和相位的快速校准。

背景技术

相控阵天线因为可以通过控制每个辐射单元的馈电相位实现灵活波束赋形和电扫描，被广泛应用于探测、搜索、识别、跟踪和制导等场景。然而天线设计完成后由于各种误差，导致相控阵天线每个单元的初始相位并不能保持一致，通常需要将每个单元的初始幅度和相位校准到同一水平才能实现更佳的性能。相控阵校准技术作为相控阵测试的热点问题，随着对相控阵天线性能要求的不断提高，相控阵校准技术也在不断发展。

借助远场校准可以一次性完成相控阵天线幅度、相位校准和远场指标测试，这对于批量化生产更具优势和实际应用价值，故远场校准被广泛用于批量化的相控阵天线测试中。目前主要的校准方法可分为两类，第一类是仅利用相控阵天线通道相位变化实现通道校准（例如：CN108226884B、CN108809447A、CN109459735A、CN115327495A）。第二类是利用相控阵天线通道幅度和相位变化来实现通道校准（CN110361705A、CN116170089A）。然而为了压缩成本和减小体积而取消了数控幅度衰减器（缺少幅度衰减功能）的相控阵天线，以上两类现有校准方法在用于相控阵天线校准时，存在校准精度差或者效率低问题。

专利CN108226884B根据相控阵天线单元编号顺序逐一加电，并设置其它单元为断电或极点状态，通过控制和更改通道相位，得到校准通道初始幅度和相位。该方法采用单一天线单元加电或干扰通道设置为极点的方式，虽然可以排除或降低相邻通道的辐射干扰，但不适用于全阵或需要多模块加电、无控幅相控阵天线的校准。

专利CN108809447A对传统旋转矢量法进行改进，通过拟合的方式提升相控阵天线幅度和相位校准精度。该方法和传统旋转矢量法一样，都需要遍历校准通道多个移相态，校准效率较低；该方法用于全阵或需要多模块加电、无控幅相控阵天线校准时，由于干扰信号大于被校准通道，即使通过拟合，也无法解决校准幅度和相位误差大问题。

发明内容

为解决现有校准方法在校准无控幅相控阵天线中存在校准精度差或者效率低的问题，本发明提出了一种利用差波束的无控幅相控阵校准方法。

传统单通道换相校准方法在校准无控幅相控阵天线时，一次只有一个单元的相位发生变化，当阵列单元数目很多的时候，单个单元的激励变化很难引起整个场的变化，甚至淹没在环境噪声中，这导致校准幅度和相位结果误差较大，甚至出现校准出错现象。针对此问题，本发明利用阵面校准前干扰信号合成方向图特性，通道设置左右半阵相位差180°，从而在方位相形成差波束，使被校准天线信号幅度大于干扰信号幅度，极大的降低干扰信号对被校准天线信号的影响，从而提升校准无控幅相控阵天线的校准精度。

本发明采用如下技术方案：

一种利用差波束的无控幅相控阵校准方法，包括步骤：

步骤1.在机械臂上架设待校准天线，共包含N个待校准通道，对面扫描架上安装标准喇叭，待校准天线与标准喇叭满足远场测试距离，使待校准天线正对标准喇叭。

步骤2.待校准天线加电，接通控制链路和射频链路，使待校准天线工作于被测频率F0。

步骤3.待校准天线左半阵所有通道移相器置为零态，右半阵所有通道相位置为180°，扫描方位面phi=0°、离轴角theta=±45°范围内方向图。

步骤4.计算扫描方向图最大幅度和法向幅度差值d0。

步骤5.判断最大幅度和法向幅度差值d0是否小于等于15dB。

步骤6.当最大幅度和法向幅度差值d0≤15dB时，利用Phase-toggle方法对待校准天线进行第一次校准；由于左半阵与右半阵相位差180°形成的差波束最大幅度和法向幅度差值d0不够大，导致除待校准单元天线通道外，其余通道形成的差波束幅度作为干扰信号对待校准单元天线通道信号的干扰仍然无法消除，这会影响待校准单元天线的校准幅度和校准相位精度。为此，需要利用Phase-toggle方法对待校准天线进行第一次校准，第一次校准的目的是为了获取待校准天线所有通道的粗略校准幅度和校准相位。当将第一次校准相位phase0_i补偿至待校准天线后，可以保证除待校准天线通道外左半阵与右半阵相位差180°形成的差波束最大幅度和法向幅度差值d0＞15dB，从而保证利用差波束的校准方法对待校准单元天线进行校准时的校准幅度和校准相位精度。

步骤601.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制待校准天线所有通道相位置为零态，记录待校准天线合成辐射场总信号为（该信号可以直接从矢网读取），其中A表示信号幅度、e表示自然常数、j表示虚数、/>表示第1个通道校准信号相位。

步骤602.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制第i个单元天线,改变一次通道移相值180°，记录待校准天线合成辐射场总功率为，其中N为待校准天线通道数，1≤i≤N，其中A表示信号幅度、e表示自然常数、j表示虚数、/>表示第i个通道校准信号相位。

步骤603.根据和/>值计算第i个单元天线的第一次校准幅度和第一次校准相位值/>，由第一次校准得到第i个单元天线需要补偿的相位值为-phase0_i。

步骤7.重复步骤6，测量待校准天线的每个单元天线得到每个通道的第一次校准幅度mag0_i和第一次校准相位值phase0_i。

步骤8.将第一次校准相位值phase0_i补偿至待校准天线，再进行第二次校准；由于此时除待校准天线通道外左半阵与右半阵相位差180°形成的差波束最大幅度和法向幅度差值d0＞15dB，干扰信号幅度远低于待校准单元天线幅度，通过将左半阵通道干扰信号与右半阵通道干扰信号形成差波束进行校准，即能降低干扰信号对待校准单元天线通道信号的影响。

步骤801.根据第一次校准幅度mag0_i和第一次校准相位值phase0_i，对所有通道进行初始相位补偿，待校准天线所有通道相位置为零态，再将右半阵相位反转180°，记录待校准天线合成辐射场总信号为（该信号可以直接从矢网读取），其中A表示信号幅度、e表示自然常数、j表示虚数、/>表示第1个通道校准信号相位。

步骤802.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制第i个单元天线,改变一次通道移相值180°，记录待校准天线合成辐射场总功率为（该信号可以直接从矢网读取），N为待校准天线通道数，1≤i≤N，其中A表示信号幅度、e表示自然常数、j表示虚数、/>表示第i个通道校准信号相位。

步骤803.根据和/>值计算第i个单元天线的第二次校准幅度和第二次校准相位值/>。

步骤9.重复步骤8，测量待校准天线的每个单元天线得到每个通道需要补偿的第二次校准幅度mag_i和第二次校准相位值phase1_i。

步骤10.根据第二次校准幅度mag_i以及第一次校准相位值phase0_i和第二次校准相位值phase1_i，计算得到所有通道真实校准相位值phase_i，由于第二次校准是在第一次校准获得的第一次校准相位值phase0_i补偿下完成的，故该待校准天线真实校准相位值需要累积第一次校准相位值phase0_i和第二次校准相位值phase1_i，所以待校准天线真实校准相位值phase_i为phase_i=phase0_i+phase1_i。

步骤11.当最大幅度和法向幅度差值d0＞15dB，利用除待校准天线通道外左半阵与右半阵相位差180°形成差波束进行第一次校准；由于此时除待校准天线通道外左半阵与右半阵相位差180°形成的差波束最大幅度和法向幅度差值d0＞15dB，干扰信号幅度远低于待校准单元天线幅度，故通过将左半阵通道干扰信号与右半阵通道干扰信号形成差波束进行校准，即能降低干扰信号对待校准单元天线通道信号的影响。

步骤1101.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制待测天线左半阵通道置为零态，右半阵通道相位置为180°，记录待校准天线合成辐射场总信号为（该信号可以直接从矢网读取），其中A表示信号幅度、e表示自然常数、j表示虚数、/>表示第1个通道校准信号相位。

步骤1102.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制第i个单元天线，改变一次通道移相值180°，记录待校准天线合成辐射场总功率为（该信号可以直接从矢网读取），N为待校准天线通道数，1≤i≤N，其中A表示信号幅度、e表示自然常数、j表示虚数/>表示第i个通道校准信号相位。

步骤1103.根据和/>值计算第i个单元天线的第二次校准幅度和真实校准相位/>。

步骤12.重复步骤11，测量待校准天线的每个单元天线得到每个通道的第二次校准幅度mag_i和真实校准相位值phase_i。

搭建的校准测试平台结构为：相控阵天线校准场地为微波暗室，暗室两端转台分别架设被校准天线和标准喇叭，被校准天线与标准喇叭距离满足远场测试条件，被校准天线和标准喇叭通过射频线缆连接至矢量网络分析仪两个端口，被校准天线通过外接电源进行供电，此外，通过控制计算机完成转台伺服控制，矢量网络分析仪测量设置和被校准天线加电和信号设置。

本发明的有益效果：

1.由校准方法原理可知，所述方法特别适用于无控幅相控阵天线的幅度和相位校准，使用该校准方法进行阵面某通道幅度和相位校准时，即使阵面其他通道不进行幅度衰减，也不会受阵面其他通道影响。

2该校准方法效率极高，所需采样点少，占用系统开销少。

3.本发明的校准方法过程简单，易于操作、校准成本低，无需复杂的理论求解。

4.该方法用于干扰信号明显强于被校准通道信号的相控阵天线时，校准精度和效率明显高于已知其它校准方法。

5.该方法考虑了全阵天线单元间的互耦问题，不仅适用于无控幅相控阵天线校准，亦适用于普通相控阵天线的全阵高效、高精度校准。

附图说明

图1为本发明校准流程图；

图2为远场校准平台；

图3为无控幅相控阵干扰信号和校准通道信号方向图对比；

图4为Ku频段256阵元相控阵天线射频架构；

图5为Ku频段256阵元相控阵利用参考方法和本方法校准方向图对比；

图6为Ka频段2304阵元相控阵天线射频架构；

图7为2304阵元校准方向图对比。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中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作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。

在使用本发明所述方法进行相控阵天线远场校准时，按照图2搭建远场校准平台。该相控阵天线校准场地为微波暗室，暗室两端转台分别架设被校准天线和标准喇叭，被校准天线与标准喇叭距离满足远场条件，被校准天线和标准喇叭通过射频线缆连接至矢量网络分析仪两个端口。被校准天线通过外接电源进行供电。此外，通过控制计算机完成转台伺服控制，矢量网络分析仪测量设置和被校准天线加电和信号设置。

如图3所示，利用单通道换相校准方法进行相控阵天线法向（Theta=0°）幅度和相位校准时，由于干扰信号明显强于校准通道信号，单个校准通道的激励变化很难引起整个场的变化，该变化甚至淹没在环境噪声中，这导致校准幅度和相位结果误差较大，甚至出现校准出错现象。而利用本发明方法进行校准时，由于干扰信号会形成差波束，在法向校准通道信号明显强于干扰信号幅度，此时利用单通道换相校准方法进行相控阵天线幅度和相位校准时，单个校准通道的激励变化会明显反应在合成信号上，这可以有效保证无控幅相控阵天线的校准精度。

实施例1：为了验证本发明方法的有效性，在某Ku频段256阵元相控阵天线（下文简述为：Ku相控阵天线）上进行测试验证。该Ku相控阵天线射频架构如图4所示，为16×16矩形阵。接收状态下，Ku相控阵天线接收外部空间中的电磁波，电磁波信号进入天线之后，经过低噪放放大、移相器移相和衰减器衰减后在馈电网络合成，最终送至信号处理机。

该Ku相控阵天线最小加电单元为4通道，将Ku相控阵天线架设于远场，分别利用幅度可控状态下，最小四通道加电的单通道换相校准方法（下文称为传统方法，该方法用于常规可局部加电或幅度可衰减相控阵天线校准成熟可靠，此处将传统方法校准结果作为其它两种校准方法校准结果精度的参考标准）、幅度不可控（对应不衰减）状态下，全阵加电的单通道换相校准方法（下文称为参考方法）、本发明所述方法（下文称为本方法）进行远场校准对比。

传统方法应用在实施例中，校准步骤如下：

步骤1：在机械臂上架设待校准天线，对面扫描架上安装标准喇叭，待校准天线与标准喇叭满足远场测试距离，使待校准天线正对标准喇叭。

步骤2：接通控制链路和射频链路，待校准天线工作于被测频率16GHz。

步骤3：对第i（1≤i≤256）个待校准天线进行第1次校准，此时只有第i个校准天线单元对应最小加电单元（4通道）进行加电，其它加电天线单元幅度全部设为最大衰减-30dB状态，设置第i个待校准天线幅度衰减为0dB，相位为0°，记录此时第i个待校准天线单元的幅度和相位信息。

步骤4：对第i个待校准天线进行第2次校准，此时只有第i个校准天线单元对应最小加电单元（4通道）进行加电，其它加电天线单元幅度全部设为最大衰减-30dB状态，设置第i个待校准天线幅度衰减为0dB，相位为180°，记录此时第i个待校准天线单元的幅度和相位信息。

步骤5：根据步骤3和步骤4计算第i个通道真实校准幅度和相位。

步骤6：重复步骤3至步骤5，测量待校准天线的每个单元天线。

参考方法应用在实施例中，校准步骤如下：

步骤1：步骤1：在机械臂上架设待校准天线，对面扫描架上安装标准喇叭，待校准天线与标准喇叭满足远场测试距离，使待校准天线正对标准喇叭。

步骤2：接通控制链路和射频链路，待校准天线工作于被测频率16GHz。

步骤3：对第i（1≤i≤256）个待校准天线进行第1次校准，此时全阵（256个通道）进行加电，所有天线单元的衰减器衰减值设为0dB且移相器设为0°，设置第i个待校准天线幅度衰减为0dB，相位为0°，记录此时第i个待校准天线单元的幅度和相位信息。

步骤4：对第i个待校准天线进行第2次校准，此时全阵（256个通道）进行加电，所有天线单元的衰减器衰减值设为0dB且移相器设为0°，设置第i个待校准天线幅度衰减为0dB，相位为180°，记录此时第i个待校准天线单元的幅度和相位信息。

步骤5：根据步骤3和步骤4计算第i个通道真实校准幅度和相位。

步骤6：重复步骤3至步骤5，测量待校准天线的每个单元天线。

如图1所示，本发明在实施例1中的校准步骤如下：

步骤1.在机械臂上架设待校准天线（共包含256个待校准通道），对面扫描架上安装标准喇叭，待校准天线与标准喇叭满足远场测试距离，使待校准天线正对标准喇叭。

步骤2.待校准天线加电，接通控制链路和射频链路，待校准天线工作于被测频率16GHz。

步骤3.待校准天线左半阵所有通道移相器置为零态，右半阵所有通道相位置为180°，扫描方位面phi=0°、离轴角theta=±45°范围内方向图。

步骤4.计算扫描方向图最大幅度和法向幅度差值d0。

步骤5.判断最大幅度和法向幅度差值d0是否小于等于15dB。

步骤6.当最大幅度和法向幅度差值d0≤15dB时，由于左半阵与右半阵相位差180°形成的差波束最大幅度与法向幅度差值d0不够大。这导致除待校准单元天线通道外，其余通道形成的差波束幅度作为干扰信号对待校准单元天线通道信号的干扰仍然无法消除，这会影响待校准单元天线的校准幅度和校准相位精度。为此，需要先利用传统校准方法（Phase-toggle方法）对待校准天线进行第一次校准。第一次校准的目的是为了获取待校准天线所有通道的粗略校准幅度和校准相位。当将第一次校准相位phase0_i补偿至待校准天线后，可以保证除待校准天线通道外左半阵与右半阵相位差180°形成的差波束最大幅度和法向幅度差值d0＞15dB，从而保证利用差波束的校准方法对待校准单元天线进行校准时的校准幅度和校准相位精度。

步骤601.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制待校准天线所有通道相位置为零态，记录待校准天线合成辐射场总信号为（该信号可以直接从矢网读取）。

步骤602.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制第i个单元天线（1≤i≤256）改变一次通道移相值180°，记录待校准天线合成辐射场总功率为（该信号可以直接从矢网读取）。

步骤603.根据和/>值计算第i个单元天线的第一次校准幅度和第一次校准相位/>，由第一次校准得到第i个单元天线需要补偿的相位为-phase0_i。

步骤7.重复步骤601到步骤603，测量待校准天线的每个单元天线可得到每个通道需要补偿的校准幅度和相位值。

步骤8.进行第二次校准：

步骤801.根据第一次校准幅度mag0_i和相位phase0_i，对所有通道进行初始相位补偿，再将右半阵相位反转180°，记录待校准天线合成辐射场总信号为。

步骤803.根据和/>值计算第i个单元天线的初始幅度和第二次校准相位/>。

步骤9.重复步骤801到步骤803，测量待校准天线的每个单元天线可得到每个通道需要补偿的校准幅度和相位值。

步骤10.根据第一次校准相位phase0_i和第二次校准相位phase1_i，计算得到所有通道真实校准相位phase_i。

步骤11.由于此时除待校准天线通道外左半阵与右半阵相位差180°形成的差波束最大幅度与法向幅度差值d0＞15dB，干扰信号幅度远低于待校准单元天线幅度，故通过将左右半阵通道干扰信号形成差波束进行校准可以显著降低干扰信号对待校准单元天线通道信号的影响,利用除待校准天线通道外左半阵与右半阵相位差180°形成差波束进行第一次校准。

步骤1101.步骤1101.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制待测天线左半阵通道置为零态，右半阵通道相位置为180°，记录待校准天线合成辐射场总信号为（该信号可以直接从矢网读取）。

步骤1102.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制第i个单元天线（1≤i≤256）改变一次通道移相值180°，记录待校准天线合成辐射场总功率为（该信号可以直接从矢网读取）。

步骤1103.根据和/>值计算第i个单元天线的第二次校准幅度和真实校准相位/>。

步骤12.重复步骤1101到步骤1103，测量待校准天线的每个单元天线可得到每个通道的第二次校准幅度mag_i和真实校准相位值phase_i。

下表1-表4给出了四分之一阵面天线利用参考方法、本方法进行全阵无控幅校准时，天线的校准幅度和相位相比于传统方法的误差情况。可以看到：利用参考方法进行Ku相控阵天线校准时，阵面幅度和相位最大误差分别达到2.5dB，64°；利用本方法进行Ku相控阵天线校准时，阵面幅度和相位最大误差分别达到0.9dB，3°。本方法相比于参考方法校准误差明显改善，且四分之一阵面幅度和相位校准误差普遍小于参考方法。

表1 参考方法校准幅度误差表（四分之一阵面）

表2参考方法校准相位误差表（四分之一阵面）

表3 本发明方法校准幅度误差表（四分之一阵面）

表4 本发明方法校准相位误差表（四分之一阵面）

图5给出了Ku相控阵天线利用参考方法、本方法进行全阵无控幅校准时，天线F0方向图扫描结果。可以看到：利用本方法校准结果补偿方向图扫描副瓣电平明显优于参考方法。

实施例2 ：如下图6所示，某 Ka频段相控阵天线（下文简称Ka相控阵天线），共包含2304个阵元，该Ka相控阵天线由于成本较低、结构紧凑，取消了每个通道的可控衰减器。分别采用实施例1中的参考方法和本方法对Ka相控阵天线进行校准。

参考方法的校准步骤如下：

步骤1：在机械臂上架设待校准天线，对面扫描架上安装标准喇叭，待校准天线与标准喇叭满足远场测试距离，使待校准天线正对标准喇叭。

步骤2：接通控制链路和射频链路，待校准天线工作于被测频率31GHz。

步骤3：对第i（1≤i≤2304）个待校准天线进行第1次校准，此时全阵（2304个通道）进行加电，加电天线单元全部设为最大发射状态且相位都为0°，设置第i个待校准天线相位为0°，记录此时第i个待校准天线单元的幅度和相位信息。

步骤4：对第i个待校准天线进行第2次校准，此时全阵（2304个通道）进行加电，加电天线单元全部设为最大发射状态且相位都为0°，设置第i个待校准天线相位为180°，记录此时第i个待校准天线单元的幅度和相位信息。

步骤5：根据步骤3和步骤4计算第i个通道真实校准幅度和相位。

步骤6：重复步骤3和步骤5，测量待校准天线的每个单元天线。

本发明方法的校准步骤如下：

步骤1.在机械臂上架设待校准天线（共包含2304个待校准通道），对面扫描架上安装标准喇叭，待校准天线与标准喇叭满足远场测试距离，使待校准天线正对标准喇叭。

步骤2.待校准天线加电，接通控制链路和射频链路，待校准天线工作于被测频率31GHz。

步骤3.待校准天线左半阵所有通道移相器置为零态，右半阵所有通道相位置为180°，扫描方位面phi=0°、离轴角theta=±45°范围内方向图。

步骤4.计算扫描方向图最大幅度和法向幅度差值d0。

步骤5.判断最大幅度和法向幅度差值d0是否小于等于15dB。

步骤6.当最大幅度和法向幅度差值d0≤15dB时，由于左半阵与右半阵相位差180°形成的差波束最大幅度与法向幅度差值d0不够大。这导致除待校准单元天线通道外，其余通道形成的差波束幅度作为干扰信号对待校准单元天线通道信号的干扰仍然无法消除，这会影响待校准单元天线的校准幅度和校准相位精度。为此，需要先利用传统校准方法（Phase-toggle方法）对待校准天线进行第一次校准。第一次校准的目的是为了获取待校准天线所有通道的粗略校准幅度和校准相位。当将第一次校准相位phase0_i补偿至待校准天线后，可以保证除待校准天线通道外左半阵与右半阵相位差180°形成的差波束最大幅度和法向幅度差值d0＞15dB，从而保证利用差波束的校准方法对待校准单元天线进行校准时的校准幅度和校准相位精度。

步骤601.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制待校准天线所有通道相位置为零态，记录待校准天线合成辐射场总信号为（该信号可以直接从矢网读取）。

利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制第i个单元天线（1≤i≤2304）改变一次通道移相值180°，记录待校准天线合成辐射场总功率为（该信号可以直接从矢网读取）。

步骤603.根据和/>值计算第i个单元天线的第一次校准幅度和第一次校准相位/>，由第一次校准得到第i个单元天线需要补偿的相位为-phase0_i。

步骤7.重复步骤601到步骤603，测量待校准天线的每个单元天线可得到每个通道需要补偿的校准幅度和相位值。

步骤8.将第一次校准相位phase0_i补偿至待校准天线，进行第二次校准，由于此时除待校准天线通道外左半阵与右半阵相位差180°形成的差波束最大幅度与法向幅度差值d0＞15dB，干扰信号幅度远低于待校准单元天线幅度，故通过将左右半阵通道干扰信号形成差波束进行校准可以显著降低干扰信号对待校准单元天线通道信号的影响。

步骤801.根据第一次校准幅度mag0_i和第一次校准相位phase0_i，对所有通道进行初始相位补偿，待校准天线所有通道相位置为零态，再将右半阵相位反转180°，记录待校准天线合成辐射场总信号为（该信号可以直接从矢网读取）。

步骤802.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制第i个单元天线（1≤i≤2304）改变一次通道移相值180°，记录待校准天线合成辐射场总功率为（该信号可以直接从矢网读取）。

步骤803.根据和/>值计算第i个单元天线的第二次校准幅度和第二次校准相位/>。

步骤9.重复步骤801到步骤803，测量待校准天线的每个单元天线可得到每个通道需要补偿的校准幅度和相位值。

步骤10.根据第一次校准相位phase0_i和第二次校准相位phase1_i，计算得到所有通道真实校准相位phase_i。

步骤11.由于此时除待校准天线通道外左半阵与右半阵相位差180°形成的差波束最大幅度与法向幅度差值d0＞15dB，干扰信号幅度远低于待校准单元天线幅度，故通过将左右半阵通道干扰信号形成差波束进行校准可以显著降低干扰信号对待校准单元天线通道信号的影响,利用除待校准天线通道外左半阵与右半阵相位差180°形成差波束进行第一次校准。

步骤1101.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制待测天线左半阵通道置为零态，右半阵通道相位置为180°，记录待校准天线合成辐射场总信号为（该信号可以直接从矢网读取）。

步骤1102.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制第i个单元天线（1≤i≤2304）改变一次通道移相值180°，记录待校准天线合成辐射场总功率为（该信号可以直接从矢网读取）。

步骤1103.根据和/>值计算第i个单元天线的第二次校准幅度和真实校准相位/>。

重复步骤1101到步骤1103，测量待校准天线的每个单元天线可得到每个通道的第二次校准幅度mag_i和真实校准相位值phase_i。

如图7所示，给出了利用参考方法与本方法校准Ka相控阵天线F0频点得到初始幅度和相位进行补偿后扫描方向图结果，可以看到：利用本方法校准所得方向图副瓣明显由于参考方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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 (4)

1.一种利用差波束的无控幅相控阵校准方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1.在机械臂上架设待校准天线，共包含N个待校准通道，对面扫描架上安装标准喇叭，待校准天线与标准喇叭满足远场测试距离，使待校准天线正对标准喇叭；

步骤2.待校准天线加电，接通控制链路和射频链路，使待校准天线工作于被测频率F0；

步骤3.待校准天线左半阵所有通道移相器置为零态，右半阵所有通道相位置为180°，扫描方位面phi=0°、离轴角theta=±45°范围内方向图；

步骤4.计算扫描方向图最大幅度和法向幅度差值d0；

步骤5.判断最大幅度和法向幅度差值d0是否小于等于15dB；

步骤6.当最大幅度和法向幅度差值d0≤15dB时，利用Phase-toggle方法对待校准天线进行第一次校准；

步骤7.重复步骤6，测量待校准天线的每个单元天线得到每个通道的第一次校准幅度mag0_i和第一次校准相位值phase0_i；

步骤8.将第一次校准相位值phase0_i补偿至待校准天线，再进行第二次校准；

步骤9.重复步骤8，测量待校准天线的每个单元天线得到每个通道需要补偿的第二次校准幅度mag_i和第二次校准相位值phase1_i；

步骤10.根据第二次校准幅度mag_i以及第一次校准相位值phase0_i和第二次校准相位值phase1_i，计算得到所有通道真实校准相位值phase_i，由于第二次校准是在第一次校准获得的第一次校准相位值phase0_i补偿下完成的，故该待校准天线真实校准相位值需要累积第一次校准相位值phase0_i和第二次校准相位值phase1_i，所以待校准天线真实校准相位值phase_i为phase_i=phase0_i+phase1_i；

步骤11.当最大幅度和法向幅度差值d0＞15dB，利用除待校准天线通道外左半阵与右半阵相位差180°形成差波束进行第一次校准；

步骤12.重复步骤11，测量待校准天线的每个单元天线得到每个通道的第二次校准幅度mag_i和真实校准相位值phase_i。

2.根据权利要求1所述的利用差波束的无控幅相控阵校准方法，其特征在于，步骤6利用Phase-toggle方法对待校准天线进行第一次校准具体包括：

步骤601.利用步骤1-步骤3搭建的校准测试平台，通过计算机控制待校准天线所有通道相位置为零态，记录待校准天线合成辐射场总信号为；

步骤602.利用步骤1-步骤3搭建的校准测试平台，通过计算机控制第i个单元天线,改变一次通道移相值180°，记录待校准天线合成辐射场总功率为，其中N为待校准天线通道数，1≤i≤N，其中A表示信号幅度、e表示自然常数、j表示虚数、/>表示第i个通道校准信号相位；

步骤603.根据和/>值计算第i个单元天线的第一次校准幅度和第一次校准相位值，由第一次校准得到第i个单元天线需要补偿的相位值为-phase0_i。

3.根据权利要求1所述的利用差波束的无控幅相控阵校准方法，其特征在于，步骤8第二次校准具体包括：

步骤801.根据第一次校准幅度mag0_i和第一次校准相位值phase0_i，对所有通道进行初始相位补偿，待校准天线所有通道相位置为零态，再将右半阵相位反转180°，记录待校准天线合成辐射场总信号为其中A表示信号幅度、e表示自然常数、j表示虚数、/>表示第1个通道校准信号相位；

步骤802.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制第i个单元天线,改变一次通道移相值180°，记录待校准天线合成辐射场总功率为，N为待校准天线通道数，1≤i≤N，其中A表示信号幅度、e表示自然常数、j表示虚数、/>表示第i个通道校准信号相位；

步骤803.根据和/>值计算第i个单元天线的第二次校准幅度和第二次校准相位值/>。

4.根据权利要求1所述的利用差波束的无控幅相控阵校准方法，其特征在于，步骤11具体包括：

步骤1101.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制待测天线左半阵通道置为零态，右半阵通道相位置为180°，记录待校准天线合成辐射场总信号为，其中A表示信号幅度、e表示自然常数、j表示虚数、/>表示第1个通道校准信号相位；

步骤1102.利用搭建的校准测试平台，通过计算机控制第i个单元天线，改变一次通道移相值180°，记录待校准天线合成辐射场总功率为，N为待校准天线通道数，1≤i≤N，其中A表示信号幅度、e表示自然常数、j表示虚数、/>表示第i个通道校准信号相位；

步骤1103.根据和/>值计算第i个单元天线的第二次校准幅度和真实校准相位/>。