CN204287332U - 一种多频点天线阵标校设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于射频仿真系统天线阵列的标校技术领域，公开一种多频点天线阵标校设备，包括有标校控制管理模块、标校微波信号源、四喇叭接收天线、接收机模块和矢量网络分析仪，所述四喇叭接收天线通过接收机模块、矢量网络分析仪与标校控制管理模块相连，标校控制管理模块通过网线分别与本振微波信号源、标校微波信号源、射频控制电路、被标校天线阵系统的天线阵管理模块、辅助测量设备的转台控制模块相连等组成；本实用新型能够一次标校完成对多个预设频点和通道的标校工作，克服了在标校时的时间耗费随标校频率点的增加成指数级数增加，设备损耗代价极大的缺陷。其结构简单，可靠性高，制造成本低。

Description

一种多频点天线阵标校设备

技术领域

本实用新型属于射频仿真系统天线阵列的标校技术领域，涉及宽频带射频仿真系统天线阵标校设备，特别是一种多频点天线阵标校设备。

背景技术

射频仿真系统的作用为在辐射式仿真试验中提供一个真实的电磁信号环境。射频仿真系统通过对天线阵列中三元组子阵列所辐射信号的相对幅度和相位的控制，实现对雷达目标位置和信号强度的模拟，并根据对战情设计中规定信号的模拟，射频仿真系统完成被试装备电磁信号环境的构建。因此，射频仿真系统模拟目标位置合成的准确程度，对于被试装备的试验结论有重要影响。为了保证系统模拟目标位置合成具有足够的精度，在每一次辐射式仿真试验前均需要对射频仿真系统的天线阵列进行标校，以使天线阵各阵元满足幅相一致性要求，即通过标校使整个天线阵面上各个辐射单元的幅度和相位都具有相同的基准值，确保三元组天线辐射的三路射频信号的相位一致且幅度比例关系满足辐射信号的空间角度要求，保证仿真试验结果的可信性。而通用型射频仿真试验系统的天线阵列规模大，天线阵元多，当被试装备工作频点多时，需要研究一种快速天线阵标校设备，以节约标校时间。

    与本发明相关的现有的天线阵标校设备如图1所示。

标校系统由四喇叭接收天线、射频微波信号源、本振微波信号源、接收模块、矢量网络分析仪、标校控制管理模块等组成，该标校系统单次标校只能针对单个频点和单个射频通道进行；该标校系统完成整个天线阵的一个频点和一个通道的标校就需要一天左右的时间，而被试装备工作的频点数一般为十多个甚至更多，这样仅试验前的标校工作就需要相当长的时间，如15个频点的全部标校大概需要两个多月的时间，在当前射频仿真系统试验资源紧张的情况下，这种时间开销是需要尽量避免的。

发明内容

为解决现有标校系统标校时间过长的问题，缩短射频仿真系统天线阵标校时间，本实用新型提供一种多频点天线阵标校设备，能够实现单次多频点标校，大大提高标校效率。

为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种多频点天线阵标校设备，包括有标校控制管理模块、标校微波信号源、本振微波信号源、四喇叭接收天线、接收机模块、射频控制电路和矢量网络分析仪，

所述四喇叭接收天线通过接收机模块、矢量网络分析仪与标校控制管理模块相连，标校控制管理模块通过网线分别与本振微波信号源、标校微波信号源、射频控制电路、被标校天线阵系统的天线阵管理模块、辅助测量设备的转台控制模块相连，组成局域网式天线阵标校设备；

其中的本振微波信号源的输出端通过电缆与接收机模块相连；标校微波信号源的第一输出端与接收机模块相连，标校微波信号源的第二输出端与射频控制电路相连，射频控制电路输出端与被标校天线阵系统相连。

一种多频点天线阵标校设备，所述标校控制管理模块为用于天线阵标校控制和数据处理的模块。

一种多频点天线阵标校设备，所述标校微波信号源为用于产生标校时天线阵列微波信号的微波发射装置。

一种多频点天线阵标校设备，所述四喇叭接收天线为用于接收天线阵辐射射频信号的具有四个喇叭的接收天线。

一种多频点天线阵标校设备，所述接收机模块为用于对天线接收到的信号进行混频放大的微波接收装置。

一种多频点天线阵标校设备，所述射频控制电路为用于接收标校控制管理模块的端口控制信息，控制射频信号注入到标校的天线阵列射频通道的电路，包括有射频电子开关及开关控制电路，射频电子开关输入端与标校微波信号源相连，射频电子开关输出端与被标校天线阵系统相连；射频电子开关输入端与开关控制电路输出端相连；开关控制电路输入端通过局域网与标校控制管理模块相连；开关控制电路由集成芯片LAN91C111通过集成芯片EP2C35F484与集成芯片74FCT电连接组成。

一种多频点天线阵标校设备，所述矢量网络分析仪为用于对接收机模块放大后的中频信号进行幅度和相位比较的仪器。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下优越性：

一种多频点天线阵标校设备，能够一次标校完成对多个预设频点和通道的标校工作，克服了背景技术中使用的单频点标校方案，在标校时的时间耗费随标校频率点的增加成指数级数增加，设备损耗代价极大的缺陷。其结构简单，可靠性高，制造成本低。该多频点天线阵标校设备主要能够完成以下功能：

（1）对各馈电通路的电气特性，相位延迟和功率损失进行测量，建立通道长度和损耗的校准表格，即天线阵列的初始值标校；

（2）射频目标仿真系统角模拟精度的测试与标校值的校验，诊断阵列故障。

附图说明

 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是目前在用的天线阵标校设备示意图；

图 2是多频点标校系统设备组成框图；

图3是射频控制电路组成框图；

图4是比相法测量原理图；

图5是多频点标校设备部署一图；

图6是多频点标校设备部署二图；

具体实施方式

如图2至图6所示，一种多频点天线阵标校设备，包括有标校控制管理模块、标校微波信号源、本振微波信号源、四喇叭接收天线、接收机模块、射频控制电路和矢量网络分析仪，所述四喇叭接收天线通过接收机模块、矢量网络分析仪与标校控制管理模块相连，标校控制管理模块通过网线分别与本振微波信号源、标校微波信号源、射频控制电路、被标校天线阵系统的天线阵管理模块、辅助测量设备的转台控制模块相连，组成局域网式天线阵标校设备；其中的本振微波信号源的输出端通过电缆与接收机模块相连；标校微波信号源的第一输出端与接收机模块相连，标校微波信号源的第二输出端与射频控制电路相连，射频控制电路输出端与被标校天线阵系统相连。

该设备需要射频仿真系统中转台和转台控制计算机辅助完成标校工作。多频点标校设备主要完成以下功能：

（1）对各馈电通路的电气特性，相位延迟和功率损失进行测量，建立通道长度和损耗的校准表格，即天线阵列的初始值标校；

（2）射频目标仿真系统角模拟精度的测试与标校值的校验，诊断阵列故障。系统组成框图如图3所示。

    所述标校控制管理模块为用于天线阵标校控制和数据处理的模块。

所述标校微波信号源为用于产生标校时天线阵列微波信号的微波发射装置。

所述四喇叭接收天线为用于接收天线阵辐射射频信号的具有四个喇叭的接收天线。

所述接收机模块为用于对天线接收到的信号进行混频放大的微波接收装置。

所述射频控制电路为用于接收标校控制管理模块的端口控制信息，控制射频信号注入到标校的天线阵列射频通道的电路，包括有射频电子开关及开关控制电路，射频电子开关输入端与标校微波信号源相连，射频电子开关输出端与被标校天线阵系统相连；射频电子开关输入端与开关控制电路输出端相连；开关控制电路输入端通过局域网与标校控制管理模块相连；开关控制电路由集成芯片LAN91C111、集成芯片EP2C35F484、集成芯片74FCT电连接组成。电路组成框图如图4所示。

    所述矢量网络分析仪为用于对接收机模块放大后的中频信号进行幅度和相位比较的仪器。

该多频点天线阵标校设备需要射频仿真系统中转台和转台控制计算机辅助完成标校工作。其本振微波信号源：用于产生标校时所需的本振参考信号。

    本实用新型中标校控制管理模块通过网络设备与转台控制模块、天线阵管理模块、标校微波信号源、本振微波信号源以及矢量网络分析仪组成局域网，标校微波信号源、本振微波信号源以及接收天线通过电缆与天线阵及接收机模块连接，接收机模块通过电缆连接矢量网络分析仪，四喇叭接收天线置于转台上，根据转台的转动改变天线指向。

    工作时本实用新型中的标校控制管理模块通过局域网连接2向天线阵管理计算机发送需要标校的通道和频率点信息，天线阵管理模块依据接收到的控制信息完成天线阵的控制；标校控制管理模块通过局域网连接3向射频控制电路发送通道选择的控制信息，标校控制管理模块通过局域网连接4向标校微波信号源发送信号功率、频率等控制信息，控制射频信号源按规定的信号功率、频率产生射频信号，标校微波信号源产生的控制信号经电缆连接6进入射频控制电路，射频控制电路通过电缆连接12将控制信号注入天线阵，控制天线阵产生所需的射频信号，同时标校微波信号源产生的射频信号可以通过电缆连接7进入接收机模块，作为参考信号完成幅度与相位比较；标校控制管理模块通过局域网连接5向本振微波信号源发送信号功率、频率等控制信息，控制本振信号源产生规定功率和频率的本振信号，本振信号通过电缆连接8进入接收机模块，参与混频，将天线接收到的信号实现下变频；标校控制管理模块通过局域网连接10向矢量网络分析仪发送仪表控制信息；标校控制管理模块通过局域网连接1向转台控制计算机发送转台位置控制信息，转台控制计算机根据目标位置信息转动转台，转台通过物理连接13带动四喇叭接收天线，使天线指向到达预定位置；四喇叭接收天线接收来自天线阵的辐射信号，通过电缆连接9进入接收机模块，在进行精度测试时，接收机接收的两路信号均来自四喇叭接收天线，进行初始值标校时，接收机只从天线接收一路信号，标校微波信号源产生的信号耦合出一部分能量作为参考信号，通过电缆连接7进入接收机模块；在接收机模块中两路信号被混频放大，然后通过电缆连接11注入矢量网络分析仪，矢量网络分析仪测量两路信号的幅度和相位差，测量结果经过局域网连接10发送给标校控制管理模块，最终由标校控制管理模块完成标校数据处理，给出标校结果。

天线阵的多频点标校包括两个阶段：天线阵列初始值的校准，及角模拟精度测量与初始值校验；

1）、天线阵列初始值的校准，

在天线阵列初始值的标校阶段，标校设备的部署一，如图5所示。将标校控制管理模块、标校管理计算机、转台控制计算机、标校射频信号源、微波本振信号源以及矢量网络分析仪通过网络设备组成局域网，微波射频信号通过电缆与馈电控制与天线阵连接，四喇叭天线、标校射频信号源和微波本振信号源通过电缆与接收机模块连接，接收机模块通过电缆与矢量网络分析仪连接。

天线阵列初始值校准的作用是对天线阵每一阵元辐射信号的幅度与相位进行测量，根据阵元辐射信号与参考信号幅度和相位的差值生成初始值校准表格，首先是系统状态确定，将接收天线固定于天线转台上，联接设备各部分，确认标校设备各部分连接正常，工作正常。

2）、角模拟精度测量与标校数据的校验

在角模拟精度的测量与初始值的校验阶段，标校设备的部署二，如图6所示。将标校控制管理模块、天线阵管理计算机、转台控制计算机、标校射频信号源、微波本振信号源以及矢量网络分析仪通过网络设备组成局域网，微波射频信号通过电缆与馈电控制与天线阵连接，四喇叭天线和微波本振信号源通过电缆与接收机模块连接，接收机模块通过电缆与矢量网络分析仪连接。

天线阵角模拟精度的校验的功能是通过测量标校设备天线位置的三元组天线信号合成的相位，依据其相位模拟精度来校准三元组的幅相一致性，同时校验天线阵模拟位置的精度，即天线阵角模拟精度的测量是通过测量三元组天线合成信号的相位差来确定目标到达的方向，得到目标位置模拟的误差值，并依据测量得到的目标位置模拟误差完成初始值的校验，首先进行系统状态确定，将接收天线固定于天线转台上，联接设备各部分，确认标校设备各部分连接正常，工作正常。

本实用新型采用天线阵列的辐射信号与参考信号直接比幅和比相，得到每一路天线辐射信号与参考信号的幅度与相位差值，即得到信号之间的幅度与相位相对差值，通过补偿测量得到的差值，完成天线阵列初始值的校准；天线阵列精度的测量依据相位干涉仪原理的比相法完成，基于测量的精度值完成初始值的校验；阵列控制角精度测量的原理见图4所示。

其中，四喇叭天线中接收喇叭A、B之间的距离为d，θ为阵列辐射方向与接收喇叭轴线方向的夹角，射频信号波长为λ。

Claims (7)

1.一种多频点天线阵标校设备，其特征是：包括有标校控制管理模块、标校微波信号源、本振微波信号源、四喇叭接收天线、接收机模块、射频控制电路和矢量网络分析仪，所述四喇叭接收天线通过接收机模块、矢量网络分析仪与标校控制管理模块相连，标校控制管理模块通过网线分别与本振微波信号源、标校微波信号源、射频控制电路、被标校天线阵系统的天线阵管理模块、辅助测量设备的转台控制模块相连，组成局域网式天线阵标校设备；

其中的本振微波信号源的输出端通过电缆与接收机模块相连；标校微波信号源的第一输出端与接收机模块相连，标校微波信号源的第二输出端与射频控制电路相连，射频控制电路输出端与被标校天线阵系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种多频点天线阵标校设备，其特征是：所述标校控制管理模块为用于天线阵标校控制和数据处理的模块。

3.根据权利要求1所述的一种多频点天线阵标校设备，其特征是：所述标校微波信号源为用于产生标校时天线阵列微波信号的微波发射装置。

4.根据权利要求1所述的一种多频点天线阵标校设备，其特征是：所述四喇叭接收天线为用于接收天线阵辐射射频信号的具有四个喇叭的接收天线。

5. 根据权利要求1所述的一种多频点天线阵标校设备，其特征是：所述接收机模块为用于对天线接收到的信号进行混频放大的微波接收装置。

6. 根据权利要求1所述的一种多频点天线阵标校设备，其特征是：所述射频控制电路为用于接收标校控制管理模块的端口控制信息，控制射频信号注入到标校的天线阵列射频通道的电路，包括有射频电子开关及开关控制电路，射频电子开关输入端与标校微波信号源相连，射频电子开关输出端与被标校天线阵系统相连；射频电子开关输入端与开关控制电路输出端相连；开关控制电路输入端通过局域网与标校控制管理模块相连；开关控制电路由集成芯片LAN91C111通过集成芯片EP2C35F484与集成芯片74FCT电连接组成。

7. 根据权利要求1所述的一种多频点天线阵标校设备，其特征是：所述矢量网络分析仪为用于对接收机模块放大后的中频信号进行幅度和相位比较的仪器。