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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft Techniken
zur Kalibrierung von phasengesteuerten Gruppenantennensystemen,
und insbesondere eine Technik zum Sammeln von Phasen- und/oder Amplituden-Kalibrierungsdaten
für ein
phasengesteuertes Gruppensystem ohne den Einsatz von externen Sensoren.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Ein bekannter Lösungsansatz zur Gruppenkalibrierung
ist ein Zweistufen-Verfahren. Zuerst wird die Phasen- und Amplituden-Kalibrierungsinformation
auf Untergruppen-Ebene gesammelt. Dann werden die Untergruppen zusammengesetzt,
die Einspeisungen angebracht und die Gruppe dann als gesamte Einheit
neu kalibriert. Der Neukalibrierungsvorgang erfordert die Benutzung
eines Hochleistungs-Nahfeld-Scanners und dessen zugehörige Hardware.
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Dieser bekannte Lösungsansatz für eine Gruppenkalibrierung
hat verschiedene Nachteile. Der Hochleistungs-Nahfeld-Scanner ist
ein sehr teurer Gegenstand. Der Kalibrierungs/Phaseneinstellungsvorgang
erfordert viele Teststunden mit diesem Gegenstand. Die Hochleistungs-Natur
des Scanners erfordert spezifische Sicherheitsüberlegungen. Der Kalibrierungsvorgang
kann nur in einem Labor unter Benutzung des Hochleistungsscanners
ausgeführt
werden. Eine Feldkaliubrierung der Sender/Empfänger(T/R)-Module des Systems ist
nicht möglich.
Ein Feldtest der T/R-Modul-Funktionalität erfordert die Verwendung
eines externen Sensors. Schließlich
erfordert die verteilte Ein-Impuls-Hybridkalibrierung das Einleiten
eines identischen Signals in jeden der Monoimpulshybride.
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Stand der Technik, der die Kalibrierung
betrifft, ist beispielsweise in
US
4,488,155 offenbart, das ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Selbstkalibrierung und Phaseneinstellung einer Gruppenantenne
betrifft, in
US 4,520,361 ,
das eine Kalibrierung eines Systems mit mehreren Signal tragenden
Kanälen
betrifft und beispielsweise in US 5,949,090, das ein Sende/Empfangs-Modul-Testsystem
betrifft.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein Gesichtspunkt der Erfindung ist
eine Technik zum Sammeln von Phasen- und Amplituden-Kalibrierungsdaten
für ein
aktives Gruppensystem ohne den Einsatz externer Sensoren, wie beispielsweise
einem planaren Nahfeld. Die relative Phase und Amplituden der T/R-Module
werden beim Betrachten des gesamten Gruppensystems festgelegt. Der
Kalibrierungsvorgang umfasst das Sammeln und Speichern dieser Phasen und
Amplituden für
die zukünftige
Verwendung. Ein Impuls-zu-Impuls-Phasen- oder Amplitudenmodulations-Modus
wird verwendet. Ein Element wird in diesen Modus geschaltet, um
dessen Signal (bezüglich
Frequenz) von konkurrierenden Signalen und Streuungen der umgebenden
Module zu trennen. Ein einzelnes Element wird in einen Sendezustand
geschaltet, während
die übrigen
der Gruppe im Empfangszustand sind. Dies liefert ein Referenzsignal
während
der Empfangskalibrierung und stellt einen Einzelmodul-Test während der Sendekalibrierung
bereit.
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Somit wird erfindungsgemäß ein Verfahren
zur Empfangs-Selbstkalibrierung
eines aktiven HF-Antennengruppensystems beschrieben, das die folgenden
Schritte aufweist:
- (a) Platzieren einer Radarstrahlung
absorbierenden Kappe über
die Gruppenöffnung;
- (b) Setzen einer Sendeansteuerung auf einen passenden Pegel,
um einen linearen Betrieb des Empfangsmoduls zu erhalten;
- (c) Setzen eines vorgegebenen T/R-Moduls, das sich im Test befindet,
in einen Empfangszustand;
- (d) Setzen eines Referenz-T/R-Moduls in einen Sendezustand;
- (e) Setzen aller anderen T/R-Module in der Gruppe mit Ausnahme
des im Test befindlichen Moduls und des Referenzmoduls in einen
sicheren Zustand, um nicht über
die anderen Module zu senden oder zu empfangen;
- (f) Empfangen von Impulsen einer HF-Energie an dem Modul, das
im Test ist, über
dessen entsprechendes Strahlerelement, welche Impulse durch das
Referenzmodul über
das entsprechende Strahlerelement gesendet wurden;
- (g) Wechseln des Zustands der Phasenschieber-Schaltung des Empfangsmoduls, das sich
im Test befindet, von Impuls zu Impuls oder zwischen Impuls-Gruppen,
um den empfangenen Energieimpulsen eine Phasenmodulation hinzuzufügen, um
Messdaten zu sammeln;
- (h) Analysieren der Messdaten, um die relative Phasendifferenz
zwischen dem Sendemodul und dem unter Test stehenden Empfangsmodul
zu bestimmen;
- (i) Wiederholen der Kalibrierung für andere Module in der Gruppe,
um einen Satz von Daten zu erhalten, der die relativen Phasendifferenzen
zwischen den Modulen in der Gruppe anzeigt, wobei nur ein Modul
sendet und nur ein Modul während
eines Tests eines sich im Test befindlichen Moduls empfängt; und
- (j) Speichern des Satzes von Daten zur Benutzung bei der Einstellung
der Phasenschieber für
eine genaue Empfangsstrahlformung.
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Ein Empfangs-Amplituden-Kalibrierungsverfahren
ist ferner beschrieben, wobei eine Amplitudenmodulation auf das
Signal durch das unter Test stehende Modul angewendet wird, indem
die Verstärkungs-Steuerungsschaltung
des Moduls inkrementiert wird, um die Amplitude von Impuls zu Impuls
zu verkleinern. Eine Fourier-Transformation wird mit den gemessenen
Daten ausgeführt
und das transformierte Spektrum wird analysiert, um eine Funktionalitätsprüfung der
Verstärkungs-Steuerungsschaltung
vorzunehmen und um die relativen Amplituden zwischen dem Referenzmodul
und dem unter Test stehenden Modul zu messen.
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Ähnliche
Phasen- und Amplituden-Sende-Kalibrierungsverfahren sind beschrieben,
die ähnlich
zu den Empfangs-Kalibrie rungsverfahren sind mit Ausnahme, dass das
unter Test stehende Modul auf Senden gesetzt wird und das Referenzmodul
auf Empfangen gesetzt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Diese und andere Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform, wie sie in den
begleitenden Zeichnungen dargestellt ist, in denen:
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1 typische
Daten zeigt, die für
eine 180-Grad-Phasenmodulation in der erfindungsgemäßen Empfangs-Phasenprozedur
gesammelt wurden;
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2 die
Fourier-Transformation der 180-Grad-Phasenmodulationsdaten von 1 zeigt;
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3 typische
Daten zeigt, die für
eine 90-Grad-Phasenmodulation in der erfindungsgemäßen Empfangs-Phasenprozedur
gesammelt wurden;
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4 die
Fourier-Transformation der gesammelten Daten von 3 zeigt;
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5 eine
typische Amplitudenmodulation zeigt, die für den 0,5-Dämpfungspegel in der erfindungsgemäßen Empfangs-Amplitudenprozedur
gesammelt wurde;
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6 die
Fourier-Transformation der 0,5-Amplitudenmodulationsdaten von 5 zeigt;
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7 eine
typische Amplitudenmodulation zeigt, die für den 0,25-Dämpfungspegel
in der erfindungsgemäßen Empfangs-Amplitudenprozedur
gesammelt wurde;
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8 die
Fourier-Transformation der 0,25-Amplitudenmodulationsdaten von 7 zeigt;
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9 und 10 eine "Clumping"(Ballungs-)-Technik zeigen, um die Ausbreitung
von Fehlerwirkungen für rhombische
bzw. rechteckige Gitter zu minimieren;
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11 ein
Flussdiagramm ist, das eine beispielhafte erfindungsgemäße Empfangs-Kalibrierungstechnik
darstellt;
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12 ein
Systemblockdiagramm eines Gruppensystems ist, das die Erfindung
verkörpert;
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13 ein
Blockdiagramm eines Sende/Empfangsmoduls ist, das die Erfindung
verkörpert;
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14 ein
Flussdiagramm ist, das eine beispielhafte Sende-Kalibrierungstechnik
entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Der Zweck dieser Erfindung besteht
darin, einen Weg zum Sammeln von Kalibrierungsdaten einer aktiven
Gruppe ohne die Verwendung eines externen Sensorsystems anzugeben,
wie beispielsweise eines planaren Nahfelds. Die Technik stellt einen
Weg bereit, eine Selbstkalibrierung einer Gruppe auszuführen, und erfordert
lediglich die Benutzung einer externen Radarstrahlung absorbierenden
Kappe. Der Gruppen-Selbstkalibrierungsprozess wird in die nachfolgenden
Komponenten heruntergebrochen: 1) Empfangs-Kalibrierungs-, Empfangs-Phasenkalibrierungs-
und Empfangs-Amplitudenkalibrierungs-Prozeduren, 2) Sende-Kalibrierungsprozedur,
Sende-Phasenkalibrierungsprozedur, Sende-Amplitudenkalibrierungsprozedur,
und Sende-Kalibrierungsbeschränkungen,
3) Ausbreitung von Fehlerwirkungen (Ballungen), 4) Systemerfordernisse, und
5) Testerfordernisse. Diese Komponenten werden der Reihe nach diskutiert.
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1(A). Empfangskalibrierungsprozedur
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Die nachfolgenden Modulbefehle bzw.
-anweisungen und Testsetups werden für alle Empfangskalibrierungstests
verwendet. Die System-Setup-Prozeduren (200) sind in dem
Flussdiagramm von 11 dargestellt.
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- 1. Eine HF-absorbierende Kappe (40)
(12) wird über die
Gruppe gesetzt, um die Element-zu-Element-Signale auf diejenigen
zu begrenzen, die alleine durch die gegenseitige Kopplung verursacht
werden (Schritt 202). Die Kappe-ist typischerweise eine angepasste
Box bzw. ein angepasstes Gehäuse,
das über die
Gruppe gleitet. Das Innere der Kappe ist mit HF-absorbierendem Material 42 ausgekleidet.
- 2. Das System kann einen reduzierten Sendeansteuerungspegel
abhängig
von einer Modulempfangscharakteristik erfordern (Schritt 204). Der
Pegel dieser Ansteuerung soll so sein, dass die gekoppelte Leistung von
dem Sendemodul am Eingang zu dem Empfangsmodul dem maximal möglichen
für einen
linearen Betrieb des Empfangsmoduls entspricht.
- 3. Für
die Sende/Empfangs(T/R)-Module, die nicht unter Test stehen, werden
die Hochleistungsverstärker (HPAs) 112 (13) für etwa die thermische Umgebung
der Gruppe während
des normalen Betriebs befähigt
bzw. freigegeben. Die Module werden ansonsten in einem "sicheren" Zustand (Schritt
206) gesperrt, so dass sie nicht senden oder empfangen.
- 4. Für
das Sendereferenzmodul wird der HPA 112 freigegeben, das
T/R-Bit auf den invertierten Wert gesetzt, so dass es sendet, während andere
Module empfangen (Schritt 210).
- 5. Für
das unter Test stehende Empfangsmodul wird der rauscharme Verstärker (LNA) 116 (13) freigegeben, das T/R-Bit
wird auf Normal gesetzt und das Modul wird per Befehl in einen Modus
gesetzt, in dem eine Impuls-zu-Impuls-Phasen-
oder Amplitudenmodulation verwendet wird, um dessen Signal in der
Frequenz von konkurrierenden Signalen und Streusignalen von den
umgebenden Modulen zu trennen (Schritt 212).
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1(B). Empfangsphasenprozedur
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Die Prozedur beginnt mit der Anweisung,
die gesamte Gruppe in einen Empfangszustand zu setzen. Ein Referenzmodul
wird in den Sendezustand geschaltet, indem der T/R-Umkehr-Befehl
verwendet wird, der in der Steuerungsschaltung des Moduls einge baut
ist. Das unter Test stehende Modul wird dann phasenmoduliert, indem
ein spezieller Befehl zur Erhöhung
der Phase von Impuls zu Impuls verwendet wird. Daten werden gesammelt
und wie in Gleichung 1 und 2 beschrieben verarbeitet, und die abgeleiteten
Phasen-Offsets und Zustände
werden in Strahlformungstabellen innerhalb des Strahlformungscomputers 90 (12) gespeichert.
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Das Verfahren benutzt ein aufeinander
folgendes Verfeinern, um jedes der Bits in dem Phasenverschieber
des Testmoduls zu testen. Der erste Test besteht darin, die Phase 0 Grad,
180 Grad, 0 Grad (360 Grad), 180 Grad (540 Grad) usw. zu drehen.
Der nächste
Test besteht darin, die Phase 0 Grad, 90 Grad, 180 Grad, 270 Grad,
0 Grad (360 Grad), 90 Grad (450 Grad) usw. zu drehen. Das Verfahren
wird bis zur feinsten Ebene der Phasensteuerung des Moduls wiederholt.
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Indem die gerade beschriebene Modulation
verwendet wird, werden Daten gesammelt, und eine Fourier-Transformation
wird für
die gesammelten Daten ausgeführt,
wie in 1-4 dargestellt. 1 zeigt typische Daten, die für die 180-Grad-Phasenmodulation
gesammelt wurden. 2 zeigt
die Fourier-Transformation
der Daten der 180-Grad-Phasenmodulation von 1. In ähnlicher Weise zeigt 3 typische Daten, die für die 90-Grad-Phasenmodulation
gesammelt wurden, und 4 die
Fourier-Transformation dieser gesammelten Daten.
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Die Prüfung der 1-4 bestätigt, dass
eine Impuls-zu-Impuls-Phasenerhöhung von
(360 Grad/N) zu einer Linie in dem Fourier-Transformationsspektrum
bei (PRF/N) führt.
Auch der Umkehrschluss ist richtig, so dass eine Linie bei (PRF/N)
eine Phasenerhöhung
von (360 Grad/N) impliziert. Dies ermöglicht eine Prüfung der
Funktionalität
des Phasenverschiebers des Moduls.
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Um zu der absoluten Phasendifferenz
zwischen dem Sendemodul und dem unter Test stehenden Empfangsmodul
zu gelangen, wird die nachfolgende Formel benutzt. Die absolute
Phasendifferenz ist die Phase
senden (Phasenzustand
0) minus der Phase
Empfang (Phasenzustand
0), gleich
wobei s das gesammelte Signal,
Phasenzustand 0 ein beliebiger Referenzphasenzustand und FS(PRF/N)
der (PRF/N)-Filter der Fourier-Transformation der Signale ist. Vereinfacht
ausgedrückt
ist die relative Phasendifferenz zwischen dem Sendemodul und dem
unter Test stehenden Empfangsmodul der Arcus Tangens der resultierenden
Linie in dem FFT der gesammelten Daten.
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Die Offsetdaten, die sich aus der
Kalibrierung ergeben, können
verwendet werden, um Korrekturen bei den Steuerungssignalen vorzunehmen,
die von dem Strahlformungscomputer 90 angewendet werden,
um den Strahl zu lenken. Beispielhafte Techniken zur Anwendung dieser
Offsetdaten zur Entwicklung der Korrekturen der Phasenschieberbefehle
sind in der parallel anhängigen
europäischen
Patentanmeldung der Anmelderin, die die Priorität der US-Patentanmeldung S.N.
642,033 vom 2. Mai 1996 "Self-Phase
Up of Array Antennas With Non-Uniform Element Mutual Coupling and
Arbitrary Lattice Orientations",
(Anwaltszeichen 2405P678EP) beansprucht, beschrieben, dessen gesamter
Inhalt hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen wird.
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1(C). Empfangsamplitudenprozedur
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Diese Prozedur beginnt damit, die
gesamte Gruppe in den sicheren Zustand zu setzen. Ein Modul, das neben
dem unter Test stehenden Modul liegt, wird in den Sendezustand geschaltet,
indem der T/R-Kippbefehl verwendet wird. Das unter Test stehende
Modul wird dann amplitudenmoduliert, indem der Amplitudenmodulationsmodus-Befehl
verwendet wird, um die Amplitude von Impuls zu Impuls zu erniedrigen.
Daten werden gesammelt und verarbeitet und die erhaltenen Amplitudenoffsets
und Zustände
werden in den Kalibrierungstabellen gespeichert.
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Das Verfahren benutzt eine aufeinander
folgende Verfeinerung, um jedes der Bits in der Dämpfungssteuerung
des Testmoduls zu testen. Der erste Test besteht darin, zwischen
der Dämpfung
1,0, 0,5, 1,0, 0,5 usw. zu springen. Der nächste Test besteht darin, zwischen
der Dämpfung
1,0, 0,75, 0,5, 0,25, 1,0, 0,75 usw. zu springen. Das Verfahren
wiederholt sich bis in die feinste Ebene unter Steuerung des Moduls.
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Indem die zuvor beschriebene Modulation
verwendet wird, werden Daten gesammelt und eine Fourier-Transformation
wird für
die gesammelten Daten ausgeführt.
Typische gesammelte Daten und zugehörige Transformationsausgangssignale
sind in 5-8 dargestellt.
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Bei einer Impuls-zu-Impuls-Dämpfungserhöhung von
(1/N) können
N Linien gesehen werden, startend bei Null und beabstandet jeweils
mit (PRF/N). Auch der Umkehrschluss ist richtig, so dass, falls
es N Linien bei (PRF/N) gibt, ersichtlich ist, dass die zugehörige Dämpfungserhöhung (1/N)
war.
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Um das Verhältnis der Amplitudenunterschiede
zwischen den zwei Modulen (das eine im Sende- und das andere im
Empfangs-Modus)
zu erhalten, wird die nachfolgende Formel benutzt. Das Verhältnis der
Amplitude
senden (Zustand 0) und der Amplitude
empfangen (Zustand 0) entspricht
wobei s das modulierte Empfangssignal
im Zeitbereich ist, Zustand 0 eine beliebige Referenzamplitude ist (PRF/2)
die Linie bei (PRF/2) im Fourier-Transformationsspektrum bezeichnet,
(ΔA) die
Dämpfungserhöhung (0,5,
0,25, etc.) ist, (N
FFt) die Anzahl der Punkte
in dem FFT (schnelle Fourier-Transformation) ist.
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Bei einer beispielhaften Implementierung
können
die Empfangsamplituden und Phasenkalibrierungsprozeduren beide für ein vorgegebenes
Modul beendet werden, bevor ein anderes Modul kalibriert wird, wie in
dem beispielhaften Flussdiagramm von 11 dargestellt.
Wie darin gezeigt wird das interessierende T/R-Modul in den Empfangsmodus
und in den modulierten Zustand gesetzt (Schritt 212). In Schritt
214 werden die verschiedenen Phasen und Verstärkungsmessungen ausgeführt, wobei
die Verstärkungs-
und Phasensteuerungsanordnung 118 die verschiedenen Verstärkungs-
und Phasenschritte durchschreitet, wie zuvor beschrieben. In Schritt
216 werden die Offset-Terme aus den gemessenen Daten berechnet,
indem Gleichungen 1 und 2 verwendet werden. In Schritt 218 werden
die Offset-Terme gespeichert und angewendet. In Schritt 220 verzweigt
der Ablauf zu dem nächsten
Modul für
dessen Kalibrierung.
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2(A). Sendekalibrierungs-Prozedur
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Die nachfolgenden Prozedurbefehle
und Testsetups werden für
alle Sendekalibrierungs-Tests benutzt, wie in der System-Setup-Prozedur 250 (14) dargestellt.
- 1. Die Radarstrahlung absorbierende Kappe (40)
wird über
der Gruppe (60) platziert, um die Element-zu-Element-Signale auf jene
zu begrenzen, die alleine durch die gegenseitige Kopplung verursacht sind
(Schritt 252).
- 2. Das System kann einen reduzierten Sendeansteuerungspegel
erfordern, abhängig
von der Modulempfangscharakteristik. Der Pegel dieser Ansteuerung
soll so sein, dass die gekoppelte Energie von dem Sendemodul am
Eingang des Empfangsmoduls gleich ist zu dem maximal erlaubten für einen
linearen Betrieb des Empfangsmoduls (Schritt 254).
- 3. Für
die T/R-Module, die nicht unter Test stehen, werden die HPAs freigegeben,
um sich der thermischen Umgebung der betriebenen Gruppe während des
normalen Betriebs anzunähern.
Die Module werden ansonsten gesperrt (der rauscharme Verstärker und
die Verstärkungs/Phasensteuerungsschaltung
sind gesperrt), um nicht zu senden oder zu empfangen (Schritt 256).
- 4. In der Kalibrierungsschleife wird für das Empfangsreferenzmodul
der LNA (116) freigegeben und das T/R-Bit auf Normal gesetzt.
- 5. In der Kalibrierungsschleife 250 (14) wird für das unter Test stehende Sendemodul
der HPA (112) freigegeben, das T/R-Bit auf invertiert gesetzt
(T/R gekippt auf Senden) und das Modul wird per Befehl in einen
Modus gesetzt, indem eine Impulsphasen- oder Amplitudenmodulation
verwendet wird, um dessen Signal bezüglich der Frequenz von konkurrierenden
Signalen und Streusignalen von den umgebenden Modulen zu trennen
(Schritt 262).
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2(B). Sendephasenprozedur
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Die Sendephasenprozedur ist identisch
zu der Empfangsphasenprozedur mit der nachfolgenden Änderung:
- 1. Das Referenzmodul wird in einem Empfangszustand
betrieben.
- 2. Das unter Test stehende Modul sendet.
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2(C). Sendeamplitudenprozedur
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Die Sendeamplitudenprozedur ist identisch
zu der Empfangsamplitudenprozedur mit den folgenden Änderungen:
- 1. Das Referenzmodul wird in einem Empfangszustand
betrieben.
- 2. Das unter Test stehende Modul sendet.
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14 zeigt
die allgemeine Sendekalibrierungsprozedur, wobei sowohl die Phasen-
als auch die Amplitudenkalibrierung für ein Modul ausgeführt wird.
In Schritt 264 werden die Messungen der Sendephase und Verstärkung ausgeführt, um
die Messdaten zu sammeln. In Schritt 266 werden die Offset-Terme
aus den Messdaten berechnet. In Schritt 268 werden die Offset-Terme
gespeichert und angewendet. Schritt 270 zeigt den Verfahrensfluss,
der zu dem nächsten
zu kalibrierenden Modul verzweigt.
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2(D). Sendekalibrierungsbeschränkungen
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Der Sendeabschnitt des Kalibrierungsverfahrens
arbeitet innerhalb gewisser Grenzen. Die Prozeduren würden hier
Tests für
die Funktionalität
der Phasen- und Amplitudensteuerung, Modul-zu-Modul-Phasen- und
Verstärkungsoffsets
und Messungen der zugehörigen
Einspeisungs-Struktur-Phasen und -amplituden liefern.
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3. Ausbreitung der Fehlerwirkungen
(Ballung)
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Unter der Annahme, dass eine genaue
Messung von Modul zu Modul gemacht werden kann, bleibt weiterhin
die Frage bzw. das Problem des Restfehlers in dieser Messung. Falls
ein Fehler der Größe Δ von Modul
zu Modul verursacht wird, könnte
ein Maximalfehler von (nx + ny) Δ über die
Gruppenfläche
erzeugt werden, verursacht durch die Kaskadierung der unabhängigen Messungen.
Die kumulativen Wirkungen dieses Überschussfehlers können prohibitiv
sein.
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Eine "Ballung" (bzw. Gruppierung) wird als eine Gruppe
von Elementen in unmittelbarer Nähe
eines zentralen Referenzelements definiert. 9A und 9B zeigen
ein dreieckförmiges
Gitter. Eine Ballung 20 in 9A umfasst
ein mittleres Referenzelement 22, das von Elementen 20A–20F umgeben
ist. Die vorhergehenden Prozeduren sammeln die Phasen- und Amplitudenoffsets
von dem mittleren Element 22. Diese Offsets werden dann
verwendet, um die umgebenden Module, die mit den Elementen 20A–20F verbunden
sind, auf die gleiche Phase und Amplitude (innerhalb Δ) wie das
mittlere Element 22 zu setzen. 9B zeigt eine Ballung von Ballungen,
wobei Ballungen 20, 26, 28, 32, 34, 36 eine
mittlere Ballung 30 umgeben. Benachbarte Ballungen werden
dann mit Bezug auf eine mittlere Ballung kalibriert, indem Offsets
von benachbarten angrenzenden Elementen verglichen werden. Dieses
Verfahren wird rekursiv wiederholt, bis die Gruppe kalibriert ist. Indem
diese Technik verwendet wird, sollte der maximale Fehler über der
Gruppe im Bereich von log2(nx·ny)·Δ liegen,
wobei z der Anzahl der Elemente innerhalb einer Ballung entspricht.
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10A ähnelt der 9A, aber zeigt eine rechteckförmige Gitteranordnung,
wobei eine Ballung 34 durch ein mittleres Element 36 umgeben
von Elementen 34A–34H definiert
wird. 10B zeigt eine
Ballung von Ballungen von Elementen in dem rechteckförmigen Gitter.
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Systemanforderungen
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Die nachfolgenden Anforderungen werden
für das
System zur Selbstkalibrierung gestellt:
T/R-Modulanforderungen:
- 1. Module müssen
eine logische Umkehrung des Sende/Empfangs-Befehls unterstützen.
- 2. Module oder Strahlformungscomputer müssen die Funktion Impuls-zu-Impuls-
und Amplitudenmodulation für
alle Steuerungsbits unterstützen.
- 3. Module müssen
eine selektive Freigabefähigkeit
besitzen. Das heißt,
dass HPAs und LNAs durch logische Befehle freigegeben und gesperrt
werden können.
- 4. Module (aktive Gruppenelemente) müssen einen linearen Empfangsbetrieb
mit Leistungspegeln erlauben, die für diesen Test benutzt werden.
- 5. Das Gruppensystem muss eine Einzelelement-Empfangsmessung unterstützen, während eine
Sendeansteuerungsanregung angewendet wird.
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12 und 13 zeigen ein Blockdiagramm
eines Systems 50, das diese Anforderungen erfüllt. Das System
umfasst eine Gruppe 60, die eine Vielzahl von Strahlerelementen 62A-62F aufweist,
deren jedes mit einem entsprechenden T/R-Modul verbunden ist. 13 zeigt ein Beispiel eines
der T/R-Module 110. Eine Sende-Ansteuerungsquelle 70 ist
mit der Gruppe verbunden, um die Strahlerelemente anzusteuern, typischerweise über ein
Einspeisungsnetzwerk, das die Gruppe umfasst. Ein Empfänger 80 spricht
auf Signale an, die von den Strahlerelementen empfangen und durch
die T/R-Module und eine Empfangseinspeisung gesammelt wurden. Der
Empfänger
liefert komplexe I/R-Empfangsdaten an einen Datenreduktions- und
Offsetberechnungscomputer 100. Ein Strahlformungscomputer 90 liefert
digitale Befehle an die T/R-Module,
um die Gruppe zu steuern, um einen gewünschten Strahl zu bilden, der
in eine vorgegebene Richtung gerichtet ist. Der Strahlformungscomputer
wendet die Offsetdaten an, die von dem Computer 100 als
Ergebnis der Gruppen-Selbstkalibrierung berechnet wurden, um den
Strahl genau zu formen.
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Die T/R-Module sind beispielhaft
durch das Modul 110 in 13 repräsentiert.
Das HF-Signal von der Sendequelle wird durch eine Verstärkungs-
und Phasensteuerungsanordnung 118 geleitet, die unabhängig steuerbare
Verstärker/Dämpfer-Stufen
und Phasenschieber aufweist, die während des Kalibrierungsmodus – wie zuvor
beschrieben – eingestellt
werden. Die digitalen Befehle von dem Computer 90 werden
an die Modulsteuerungsschaltung (MCC) 120 gesendet, die
in Antwort darauf die Verstärkungs-
und Phasenschiebereinstellungen der Anordnung 118 steuert.
Der Ausgang der Verstärkungseinstellungsstufen
der Anordnung 118 wird dann durch den Hochleistungsverstärker (HPA) 112 geführt, der
das Sendesignal verstärkt
und das verstärkte
Signal zu dem zugehörigen
Strahlerelement führt.
Beim Empfang wird das Signal von dem Strahlerelement durch einen
Schalter oder Begrenzer 114 geführt, dann durch einen rauscharmen
Verstärker
(LNA) 116, und das verstärkte Signal wird beim Empfang
durch die Verstärker
und Phasensteuerungsanordnung 118 geführt, um entsprechend den Befehlen
von dem Strahlformungscomputer 90 passend gedämpft/verstärkt und phasenverschoben
zu sein. Das empfangene HF-Ausgangssignal wird dann zu dem Empfänger 80 geführt.
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Bei einer beispielhaften Kalibrierung
wird ein Modul in den Sendemodus gesetzt, beispielsweise Element 62D,
ein benachbartes Modul wird in den Empfangsmodus gesetzt, beispielsweise
das Modul für
Element 62C, und die übrigen
Module der Elemente 62A, 62B, 62E und 62F werden
in den sicheren Zustand gesetzt.
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Testanforderungen
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Die nachfolgenden Anforderungen werden
an den Test zur Selbstkalibrierung der Gruppe gestellt:
- 1. Die Selbstkalibrierung der Gruppe wird stark vereinfacht,
wenn es nur einen Energiepfad von einem T/R-Modul zu einem anderen gibt. Der Pfad
der Energieübertragung,
die unvermeidbar ist, ist der der gegenseitigen Kopplung. Gegenseitige
Kopplung ist definiert als die dominante Signalquelle, und eine
radarstrahlungsabsorbierende Kappe 40 wird über die
Gruppe gesetzt, um mögliche
unerwünschte
reflektierte Rückstrahlung
zu eliminieren. Eine einfache Formel für die geforderte Absorption
dieser Kappe existiert: Absorptionsvermögen = 20·log10(10(y/10) – 1) (Gleichung 3),
wobei y = zugeteilte Kappenfehlerverteilung (dB).
- 2. Interferenzsignale und Streusignale von den Modulen, die
im Test nicht beteiligt sind, haben keine Modulation, die für sie verwendet
wird. Dies sorgt dafür,
dass sie sich von dem gewünschten
Messsignal am Ausgang der Fourier-Transformation trennen. Falls
diese Signale ausreichende Stärke
haben, können die Fourier-Transformations-Filter-Seitenkeulen
dieses Rücksignals
mit den Messungen der einen der Modulationslinien interferieren.
Die Lösung
dieses Problems besteht darin, die Größe der Interferenzsignale zu begrenzen,
wo es praktikabel ist, und die größeren Datensätze für die FFT-Verarbeitung
zu sammeln, was feinere Filter liefert.
