RU2467346C1 - Method of calibrating active phased antenna array - Google Patents

Method of calibrating active phased antenna array Download PDF

Info

Publication number
RU2467346C1
RU2467346C1 RU2011127436/08A RU2011127436A RU2467346C1 RU 2467346 C1 RU2467346 C1 RU 2467346C1 RU 2011127436/08 A RU2011127436/08 A RU 2011127436/08A RU 2011127436 A RU2011127436 A RU 2011127436A RU 2467346 C1 RU2467346 C1 RU 2467346C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
calibration
signal
channels
receiving part
Prior art date
Application number
RU2011127436/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Задорожный (RU)
Владимир Владимирович Задорожный
Александр Юрьевич Ларин (RU)
Александр Юрьевич Ларин
Николай Григорьевич Марущак (RU)
Николай Григорьевич Марущак
Олег Владимирович Оводов (RU)
Олег Владимирович Оводов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
Priority to RU2011127436/08A priority Critical patent/RU2467346C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2467346C1 publication Critical patent/RU2467346C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics, radio.
SUBSTANCE: invention relates to antenna equipment and is meant for calibrating active phased antenna arrays. The method of calibrating an active phased antenna array, in which in order to calibrate the receiving part of the transmit-receive channel, a control signal is transmitted to the input of the receiving part of each channel; parameters of the received signal are measured; adjusting coefficients which are used to adjust parameters of the receiving part of the channel are formed based on the measurements; to calibrate the transmitting part of the transmit-receive channel, a control signal is transmitted to the input of the transmitting part of each channel; parameters of the transmitted signal are measured; adjusting coefficients which are then used to adjust parameters of the transmitting channel are formed based on the measurements; calibration of the receiving part of the transmit-receive channels is carried out in pairs in receive mode, wherein the control signal is picked up from the output of the receiving part of the transmit-receive channels; calibration of the transmitting part of the transmit-receive channels is carried out in pairs in transmit mode, wherein part of the signal power tapped from the output of the corresponding transmit-receive channel and passing through the receiving part of that channel is used for calibration; during calibration, phase shift and amplitude difference of the signal from the output of the calibrated channel relative the reference channel are determined; the same reference channel is used for calibrating all channels.
EFFECT: wider field of application and high accuracy of calibration.
5 dwg

Description

Изобретение относится к области фазированных антенных решеток (ФАР), обеспечивающих формирование диаграммы направленности (ДН) заданной формы, изменяемой в пространстве электронным путем, и используемых в системах связи и радиолокационной технике.The invention relates to the field of phased antenna arrays (PAR), providing the formation of a radiation pattern (NF) of a given shape, electronically variable in space, and used in communication systems and radar technology.

В настоящее время широко используются активные ФАР (АФАР), у которых к каждому излучателю (антенному элементу) подключен передатчик и приемник через развязывающие устройства. В АФАР в режиме передачи излучаемый сигнал передается через многоканальный приемо-передающий тракт, каждый канал которого включает приемную и передающую часть, при этом в передающую часть входят такие узлы, как: делитель мощности, фазовращатель, усилитель мощности, согласующие цепи, излучатель, в приемную часть входят такие узлы, как: малошумящий усилитель (МШУ), фазовращатель, согласующие цепи и т.д. В качестве развязывающего устройства используют циркулятор.Currently, active phased arrays (AFARs) are widely used, in which a transmitter and a receiver are connected to each emitter (antenna element) through decoupling devices. In the AFAR in the transmission mode, the emitted signal is transmitted through a multichannel transceiver path, each channel of which includes a receiving and transmitting part, while the transmitting part includes such nodes as a power divider, phase shifter, power amplifier, matching circuits, emitter, to the receiving the part includes such nodes as: low-noise amplifier (LNA), phase shifter, matching circuits, etc. As a decoupling device, a circulator is used.

Элементы, образующие каждый узел, не являются абсолютно идентичными. Они имеют отклонения параметров от номинального значения, вызванные погрешностями при изготовлении, температурными воздействиями, старением и т.д. В результате амплитуды и фазы сигналов на выходах разных каналов многоканальной системы будут отличаться от расчетных значений, это вызывает ошибки в амплитудно-фазовом распределении вдоль апертуры АФАР относительно расчетных величин и, в конечном счете, вызывает ухудшение таких важнейших параметров, как коэффициент направленного действия (КНД), коэффициент полезного действия (КПД) АФАР и уровня боковых лепестков (УБЛ). Так, например, уровень боковых лепестков в зависимости от амплитудных и фазовых ошибок в каналах АФАР может возрастать на десятки дБ [Проектирование фазированных антенных решеток. Под ред. Д.И.Воскресенского. М.: Радиотехника, 2003, стр.446-447].The elements that make up each node are not completely identical. They have deviations of parameters from the nominal value caused by manufacturing errors, temperature effects, aging, etc. As a result, the amplitudes and phases of the signals at the outputs of different channels of the multichannel system will differ from the calculated values, this causes errors in the amplitude-phase distribution along the AFAR aperture relative to the calculated values and, ultimately, causes the deterioration of such important parameters as directional coefficient (LPC) ), the efficiency coefficient (COP) of the AFAR and the level of the side lobes (UBL). For example, the level of side lobes, depending on the amplitude and phase errors in the channels of the AFAR, can increase by tens of dB [Design of phased antenna arrays. Ed. D.I. Voskresensky. M .: Radio engineering, 2003, pp. 466-447].

Для сохранения расчетных параметров АФАР в процессе эксплуатации необходимо периодически проводить контроль параметров многоканального приемо-передающего тракта АФАР и его калибровку для восстановления их идентичности всех каналов.To maintain the calculated parameters of the AFAR during operation, it is necessary to periodically monitor the parameters of the multi-channel transmit-receive path of the AFAR and calibrate it to restore their identity of all channels.

Известен способ контроля диаграммных параметров антенны радиопеленгатора, заключающийся в том, что излучают вспомогательной антенной сигнал, принимают его контролируемой антенной, измеряют мощность сигнала на выходе контролируемой антенны и сравнивают ее с заданным значением [Авторское свидетельство СССР №179800, Кл. G01R 29/10].A known method of monitoring the diagram parameters of the antenna of the direction finder, which consists in the fact that they emit an auxiliary antenna signal, take it with a controlled antenna, measure the signal power at the output of a controlled antenna and compare it with a given value [USSR Author's Certificate No. 179800, Cl. G01R 29/10].

Основным недостатком известного способа является необходимость использования вспомогательной антенны, отнесенной от контролируемой АФАР на расстояние дальней зоны, что не всегда возможно при установке АФАР на подвижных носителях, таких, как самолет или автомобиль.The main disadvantage of this method is the need to use an auxiliary antenna, spaced from the controlled AFAR to a distance of the far zone, which is not always possible when installing the AFAR on moving media, such as an airplane or a car.

Известен способ встроенного контроля характеристик фазированной антенной решетки, изложенный в [Бубнов Г.Г и др. Коммутационный метод измерения характеристик ФАР. М.: Радио и связь. 1988], основанный на последовательной коммутации фазовращателей и приеме излучаемого сигнала вспомогательной антенной. Основным недостатком известного способа является необходимость использования вспомогательной антенны, отнесенной от контролируемой АФАР на расстояние дальней зоны, что не всегда возможно при установке АФАР на подвижных носителях, таких, как самолет или автомобиль. Таким же недостатком обладает способ встроенного контроля характеристик фазированной антенной решетки, изложенный в [Патент РФ 2169376, МКИ G01R 29/10], в котором тоже используется последовательная коммутация фазовращателей и прием излучаемого сигнала вспомогательной антенной.There is a method of integrated monitoring of the characteristics of a phased array, described in [Bubnov GG and other Switching method for measuring the characteristics of the PAR. M .: Radio and communication. 1988], based on the serial switching of the phase shifters and the reception of the emitted signal by an auxiliary antenna. The main disadvantage of this method is the need to use an auxiliary antenna, spaced from the controlled AFAR to a distance of the far zone, which is not always possible when installing the AFAR on moving media, such as an airplane or a car. The method of integrated monitoring of the characteristics of a phased antenna array described in [RF Patent 2169376, MKI G01R 29/10], which also uses serial switching of phase shifters and receiving the emitted signal by an auxiliary antenna, also has the same drawback.

Известен способ калибровки антенной решетки [Патент РФ 2147753, Кл. G01S 7/40, 20.04.2000], наиболее близкий к предлагаемому способу и принятый за прототип, в котором для калибровки передающего тракта поочередно подают входной сигнал в каждый канал передающего тракта ФАР, измеряют сигнал, передаваемый каждым каналом передающего тракта, формируют корректирующие коэффициенты для каждого канала передающего тракта на основе результатов измерений, корректирующие коэффициенты используются для регулировки фаз и/или амплитуд передаваемых сигналов.A known method of calibrating an antenna array [RF Patent 2147753, Cl. G01S 7/40, 04/20/2000], closest to the proposed method and adopted as a prototype, in which, for calibration of the transmitting path, an input signal is fed alternately to each channel of the transmitting path of the PAR, the signal transmitted by each channel of the transmitting path is measured, and correction coefficients are generated for each channel of the transmitting path based on the measurement results, correction factors are used to adjust the phases and / or amplitudes of the transmitted signals.

Для калибровки приемного тракта поочередно подают входной сигнал в каждый канал приемного тракта ФАР, измеряют сигнал, принимаемый каждым каналом приемного тракта, формируют корректирующие коэффициенты для каждого канала приемного тракта на основе результатов измерений, корректирующие коэффициенты используются для регулировки фаз и/или амплитуд приемных сигналов.To calibrate the receive path, an input signal is fed alternately to each channel of the receive path of the PAR, measure the signal received by each channel of the receive path, generate correction coefficients for each channel of the receive path based on the measurement results, correction coefficients are used to adjust the phases and / or amplitudes of the receive signals.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

1) ограниченная область применения прототипа только для использования в АФАР с раздельными приемным и передающим трактами: в прототипе рассматриваются раздельные приемная и передающая антенные решетки. Раздельные приемный и передающий тракт подразумевает различающиеся диапазоны частот передаваемых сигналов и принимаемых сигналов, поэтому для калибровки прототипа необходимо использовать сигналы с разной частотой. Прототип невозможно использовать для АФАР с приемо-передающими каналами, каждый из которых включает в себя передающую и приемную части и работает на свой излучатель.1) the limited scope of the prototype only for use in AFAR with separate receiving and transmitting paths: the prototype considers separate receiving and transmitting antenna arrays. Separate receiving and transmitting paths implies different frequency ranges of transmitted signals and received signals, therefore, for calibration of the prototype, it is necessary to use signals with different frequencies. The prototype cannot be used for AFAR with transceiver channels, each of which includes transmitting and receiving parts and operates on its own emitter.

2) Использование измерительного устройства избыточной сложности для обеспечения высокой точности измерений, поскольку в прототипе применяется измерение в процессе калибровки абсолютных параметров сигнала на выходе одного калибруемого канала. В соответствии с формулой и описанием устройства, реализующего прототип, измерительный приемник не имеет никаких связей с остальными устройствами прототипа, на него поступает только измеряемый сигнал. Таким образом, измерительный приемник должен иметь встроенный высокостабильный источник опорного сигнала, с использованием которого будут измеряться изменения параметров принимаемого сигнала во времени. Такой же высокостабильный источник опорного сигнала должен присутствовать в формирователе контрольного сигнала прототипа. Оценим допустимую нестабильность этих двух источников опорных сигналов при измерении фазы сигнала, например, на частоте fc=1800 МГц.2) The use of a measuring device of excessive complexity to ensure high accuracy of measurements, since the prototype uses measurement in the process of calibration of the absolute parameters of the signal at the output of one calibrated channel. In accordance with the formula and description of the device that implements the prototype, the measuring receiver has no connections with other devices of the prototype, it receives only the measured signal. Thus, the measuring receiver must have a built-in highly stable reference signal source, using which the changes in the parameters of the received signal in time will be measured. The same highly stable reference signal source must be present in the prototype pilot signal driver. Let us estimate the permissible instability of these two sources of reference signals when measuring the phase of the signal, for example, at a frequency fc = 1800 MHz.

Если задаться допустимым сдвигом фаз между этими сигналами за время калибровки всех каналов Δt=1c не более 10° за счет нестабильности частоты, то это соответствует задержке по времени

Figure 00000001
, и в соответствии с [Аппаратура для частотных и временных измерений. Под. ред. А.П.Горшкова. М.: Сов. радио, 1971, стр.225] можем найти допустимую относительную нестабильность частоты за время измерений
Figure 00000002
. Если требуются более высокая точность измерения сдвига фаз, например, 3°, то
Figure 00000003
требования к стабильности встроенных генераторов будут еще выше, а именно
Figure 00000004
. Такие высокие требования к допустимой нестабильности частоты можно обеспечить только применением дорогих, сложных и имеющих большие габаритные размеры стандартов частоты - рубидиевых или цезиевых.If you set the permissible phase shift between these signals during the calibration of all channels Δt = 1c not more than 10 ° due to frequency instability, then this corresponds to a time delay
Figure 00000001
, and in accordance with [Equipment for frequency and time measurements. Under. ed. A.P. Gorshkova. M .: Sov. radio, 1971, p. 225] we can find the permissible relative frequency instability during the measurement
Figure 00000002
. If higher accuracy in phase shift measurements, e.g. 3 °, is required, then
Figure 00000003
stability requirements for built-in generators will be even higher, namely
Figure 00000004
. Such high requirements for permissible frequency instability can be achieved only by the use of expensive, complex and large-sized frequency standards - rubidium or cesium.

Таким образом, принятый в прототипе метод измерения одного сигнала значительно усложняет и удорожает прототип.Thus, the method adopted in the prototype for measuring a single signal significantly complicates and increases the cost of the prototype.

3) Использование для контроля сигнала произвольной формы, что снижает точность измерений по сравнению с использованием синусоидального сигнала. Спектр сигнала произвольной формы всегда обогащен гармоническими составляющими. При этом наличие гармоник вызывает увеличение погрешности измерений. Так, в соответствии с [Глинченко А.С., Кузнецкий С.С. и др. Цифровые методы измерения сдвига фаз. Новосибирск.: Наука, 1979, стр.53-59] наличие гармоник в сигнале вызывает значительные погрешности измерения фазы, величина которых достигает десятков градусов.3) Use for control of an arbitrary waveform, which reduces the measurement accuracy compared to using a sinusoidal signal. The arbitrary waveform spectrum is always enriched with harmonic components. In this case, the presence of harmonics causes an increase in the measurement error. So, in accordance with [Glinchenko A.S., Kuznetskiy S.S. et al. Digital methods for measuring phase shift. Novosibirsk .: Nauka, 1979, pp. 53-59] the presence of harmonics in the signal causes significant phase measurement errors, the magnitude of which reaches tens of degrees.

Целью предлагаемого изобретения является расширение области применения и повышение точности калибровки.The aim of the invention is to expand the scope and increase the accuracy of calibration.

Для достижения указанной цели предлагается способ калибровки АФАР, в котором для калибровки приемной части приемо-передающего канала подают контрольный сигнал на вход приемной части каждого канала, измеряют параметры принимаемого сигнала, формируют на основе измерений корректирующие коэффициенты, которые далее используются для регулировки параметров приемной части канала, для калибровки передающей части приемопередающего канала подают контрольный сигнал на вход передающей части каждого канала, измеряют параметры передаваемого сигнала, формируют на основе измерений корректирующие коэффициенты, которые далее используются для регулировки параметров канала передающего тракта.To achieve this goal, a method for calibrating the AFAR is proposed, in which to calibrate the receiving part of the transmitting and transmitting channel, a control signal is supplied to the input of the receiving part of each channel, the parameters of the received signal are measured, and correction factors are generated based on the measurements, which are then used to adjust the parameters of the channel receiving part , for calibration of the transmitting part of the transceiver channel, a control signal is supplied to the input of the transmitting part of each channel, the parameters of the transmitted signal are measured Nala, is formed on the basis of measurements of correction coefficients, which are then used to adjust the parameters of the channel transmission path.

Согласно изобретению, калибровка приемной части приемо-передающих каналов производится парами в режиме приема, при этом контрольный сигнал снимается с выхода приемной части приемо-передающих каналов, калибровка передающей части приемо-передающих каналов производится парами в режиме передачи, при этом для калибровки используют часть мощности сигнала, ответвленного с выхода соответствующего приемо-передающего канала и прошедшего через приемную часть этого канала, в процессе калибровки измеряют сдвиг фазы и разницу амплитуд сигнала с выхода калибруемого канала относительно опорного, в качестве опорного для калибровки всех каналов используется один и тот же канал, например первый, для калибровки используется синусоидальный сигнал с частотой в рабочем диапазоне частот АФАР.According to the invention, the calibration of the receiving part of the transmitting and transmitting channels is performed in pairs in the receiving mode, while the control signal is removed from the output of the receiving part of the receiving and transmitting channels, the calibration of the transmitting part of the transmitting and transmitting channels is made in pairs in the transmission mode, while part of the power is used for calibration of a signal branched from the output of the corresponding transceiver channel and passed through the receiving part of this channel, the phase shift and the difference of signal amplitudes with Exit calibrated relative to the reference channel as a reference to calibrate all channels using the same channel, for example the first, is used to calibrate the sinusoidal signal with a frequency in the operating frequency range APAA.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что заявленный способ отличается тем, что:A comparative analysis of the claimed method and prototype shows that the claimed method is characterized in that:

- в прототипе измеряются абсолютные значения фазы и амплитуды сигналов на выходах каналов, в предлагаемом способе изменены условия выполнения измерения параметров калибруемого канала - измеряются не абсолютные значения параметров контрольного сигнала, а разностные параметры (разность фаз и амплитуд) сигналов на выходе двух каналов - калибруемого и опорного, что значительно удешевляет измерительную аппаратуру и увеличивает точность измерений;- in the prototype, the absolute values of the phase and amplitudes of the signals at the channel outputs are measured, in the proposed method, the conditions for measuring the parameters of the calibrated channel are changed - not the absolute values of the parameters of the control signal are measured, but the difference parameters (phase and amplitude difference) of the signals at the output of two channels - calibrated and reference, which significantly reduces the cost of measuring equipment and increases the accuracy of measurements;

- изменена последовательность калибровки передающей и приемной частей каналов: если в прототипе вначале производится калибровка передающей, а потом приемной частей каналов АФАР, то в предлагаемом способе вначале калибруется приемная часть, а потом передающая часть. Это обусловлено тем, что в предлагаемом способе приемная часть используется в процессе калибровки передающей части, поэтому она должна быть откалибрована первой;- the calibration sequence of the transmitting and receiving parts of the channels has been changed: if the prototype first calibrates the transmitting, and then the receiving parts of the AFAR channels, then in the proposed method, the receiving part is calibrated first, and then the transmitting part. This is due to the fact that in the proposed method, the receiving part is used in the process of calibrating the transmitting part, therefore, it must be calibrated first;

- в прототипе используется сигнал произвольной формы, в предлагаемом способе используется синусоидальный сигнал, что повышает точность калибровки по сравнению с протопопом за счет того, что устраняется влияние нестабильности частоты и формы контрольного сигнала на точность измерений;- the prototype uses an arbitrary waveform, in the proposed method uses a sinusoidal signal, which increases the accuracy of the calibration compared to the protopope due to the fact that eliminates the influence of frequency instability and the shape of the control signal on the measurement accuracy;

- в предлагаемом способе калибровка приемной части приемо-передающего канала производится в режиме приема, а калибровка передающей части приемопередающего канала производится в режиме передачи.- in the proposed method, the calibration of the receiving part of the transceiver channel is performed in the reception mode, and the calibration of the transmitting part of the transceiver channel is performed in the transmission mode.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа из литературы неизвестны, поэтому он соответствует критерию новизны и изобретательского уровня.The combination of distinguishing features and properties of the proposed method from the literature are unknown, therefore, it meets the criteria of novelty and inventive step.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, реализующего калибровку АФАР в соответствии с предлагаемым способом;Figure 1 shows the structural diagram of a device that implements the calibration of AFAR in accordance with the proposed method;

на фиг.2 приведена структурная схема блока управления (БУ);figure 2 shows the structural diagram of the control unit (BU);

на фиг.3 приведена структурная схема измерителя;figure 3 shows the structural diagram of the meter;

на фиг.4 приведена структурная схема подключения каналов АФАР к магистрали CAN;figure 4 shows the structural diagram of the connection of the AFAR channels to the CAN bus;

на фиг.5 приведена структурная схема алгоритма работы устройства.figure 5 shows the structural diagram of the algorithm of the device.

По предлагаемому способу выполняют следующую последовательность операций:The proposed method performs the following sequence of operations:

- для калибровки приемной части контрольный сигнал подают в режиме приема на вход приемной части каждого канала;- for calibration of the receiving part, the control signal is supplied in the receiving mode to the input of the receiving part of each channel;

- сравнивают по очереди параметры сигнала с выхода всех контролируемых каналов с сигналом опорного канала, при этом измеряют разность фаз и амплитуд, формируют на основе измерений корректирующие коэффициенты для каждого канала, которые далее используются для регулировки параметров приемной части приемо-передающего канала;- compare in turn the parameters of the signal from the output of all monitored channels with the signal of the reference channel, while the phase difference and amplitudes are measured, correction coefficients for each channel are generated based on the measurements, which are then used to adjust the parameters of the receiving part of the transceiver channel;

- для калибровки передающей части канала подают контрольный сигнал на вход передающей части каждого канала в режиме передачи;- for calibration of the transmitting part of the channel, a control signal is supplied to the input of the transmitting part of each channel in the transmission mode;

- сравнивают по очереди параметры сигнала с выхода всех контролируемых каналов с сигналом опорного канала, при этом измеряют разность фаз и амплитуд, формируют на основе измерений корректирующие коэффициенты для каждого канала, которые далее используются для регулировки параметров передающей части приемо-передающего канала.- they compare in turn the signal parameters from the output of all monitored channels with the signal of the reference channel, while the phase and amplitude differences are measured, and correction coefficients for each channel are generated based on the measurements, which are then used to adjust the parameters of the transmitting part of the transmitting and transmitting channel.

Устройство, реализующее предлагаемый способ калибровки ФАР, содержит (фиг.1) N-канальный приемо-передающий тракт, каждый канал которого содержит (для примера на фиг.1 показано содержание первого канала) последовательно соединенные делитель мощности 1, вход которого является входом канала, первый фазовращатель 2, первый аттенюатор 3, усилитель мощности 4, циркулятор 5, направленный ответвитель (НО) 6 и излучатель 7. Второй выход циркулятора 5 подключен к последовательно соединенным малошумящему усилителю с защитным устройством (МШУ) 8, первому коммутатору 9, второму аттенюатору 10, второму фазовращателю 11, выход которого является выходом канала. Контрольный двунаправленный выход НО 6 соединен с первым двунаправленным входом второго коммутатора 12, второй вход и выход которого соединены соответственно со вторым выходом делителя мощности 1 и вторым входом первого коммутатора 9.A device that implements the proposed method for calibrating the PAR, contains (Fig. 1) an N-channel transceiver path, each channel of which contains (for example, Fig. 1 shows the contents of the first channel) a power divider 1 connected in series, the input of which is the channel input, first phase shifter 2, first attenuator 3, power amplifier 4, circulator 5, directional coupler (HO) 6 and emitter 7. The second output of the circulator 5 is connected to a low-noise amplifier in series with a protective device (LNA) 8, the first to the mutator 9, the second attenuator 10, the second phase shifter 11, the output of which is the output of the channel. The control bidirectional output HO 6 is connected to the first bi-directional input of the second switch 12, the second input and output of which are connected respectively to the second output of the power divider 1 and the second input of the first switch 9.

Первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы контроллеров 13 в каждом канале соединены с управляющими входами второго фазовращателя 11, второго аттенюатора 10, первого коммутатора 9, второго коммутатора 12, усилителя мощности 4, первого аттенюатора 3 и первого фазовращателя 2 соответственно. Вход и выход интерфейса управления контроллера 13 соединены через трансивер 14 с магистралью управления АФАР.The first, second, third, fourth, fifth, sixth and seventh outputs of the controllers 13 in each channel are connected to the control inputs of the second phase shifter 11, the second attenuator 10, the first switch 9, the second switch 12, the power amplifier 4, the first attenuator 3 and the first phase shifter 2 respectively. The input and output of the control interface of the controller 13 are connected via a transceiver 14 to the AFAR control line.

Первый и второй выходы, а также управляющий вход коммутатора 15 соединены с первым и вторым измерительными входами и первым управляющим выходом блока управления 16, а входы коммутатора 15 с первого по N соединены с выходами вторых фазовращателей 11, которые являются выходами с первого по N каналов соответственно.The first and second outputs, as well as the control input of the switch 15 are connected to the first and second measuring inputs and the first control output of the control unit 16, and the inputs of the switch 15 from the first to N are connected to the outputs of the second phase shifters 11, which are outputs from the first to N channels, respectively .

Второй выход блока управления 16 соединен со входами трансиверов 14 каждого канала, входы которых являются управляющими входами каждого канала АФАР. Третий выход блока управления 16 соединен со входом делителя мощности 17.The second output of the control unit 16 is connected to the inputs of the transceivers 14 of each channel, the inputs of which are the control inputs of each channel AFAR. The third output of the control unit 16 is connected to the input of the power divider 17.

Выходы делителя мощности 17 с первого по N соединены со входом делителя мощности 1 каждого канала, вход делителя мощности 1 является входом в каждом канале АФАР.The outputs of the power divider 17 from the first to N are connected to the input of the power divider 1 of each channel, the input of the power divider 1 is the input in each channel of the AFAR.

В составе устройства, реализующего предлагаемый способ калибровки, показаны только блоки, обеспечивающие работу описываемого алгоритма.As part of a device that implements the proposed calibration method, only blocks are shown that ensure the operation of the described algorithm.

Один из вариантов реализации блока управления 16 содержит (фиг.2) измеритель 18, первый и второй входы которого являются измерительными входами БУ 16, а три выхода соединены с измерительными входами контроллера 19, первый выход которого соединен с генератором контрольного сигнала 20, выход которого является третьим выходом БУ 16. Вход и выход интерфейса управления контроллера 19 соединен через трансивер 21 с магистралью управления, которая является вторым выходом БУ 16, третий выход контроллера 19 являются первым управляющим выходом БУ 16.One of the embodiments of the control unit 16 contains (Fig. 2) a meter 18, the first and second inputs of which are the measuring inputs of the control unit 16, and the three outputs are connected to the measuring inputs of the controller 19, the first output of which is connected to the control signal generator 20, the output of which is the third output of the control unit 16. The input and output of the control interface of the controller 19 is connected via a transceiver 21 to the control line, which is the second output of the control unit 16, the third output of the controller 19 is the first control output of the control unit 16.

Контроллеры 13 и 19 могут быть выполнен на основе микроконтроллера типа М16С [Single-chip 16-bit CMOS microcomputer M16C/6N Group. Users manual. Mitsubishi Electric. 1999], который содержит в одной микросхеме 26 измерительных входов, коммутируемых на встроенный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), два выхода встроенного 8-разрядного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), 10 встроенных параллельных портов ввода-вывода, ОЗУ, ПЗУ, встроенный процессор, два встроенных последовательных интерфейса CAN.Controllers 13 and 19 can be made on the basis of a microcontroller type M16C [Single-chip 16-bit CMOS microcomputer M16C / 6N Group. Users manual. Mitsubishi Electric. 1999], which contains in one chip 26 measuring inputs, switched to the built-in 10-bit analog-to-digital converter (ADC), two outputs of the built-in 8-bit digital-to-analog converter (DAC), 10 built-in parallel I / O ports, RAM, ROM, integrated processor, two integrated serial CAN interfaces.

Магистраль управления каналов АФАР представляет собой шину с последовательной передачей данных, к которой все управляющие входы каналов подключены параллельно. Это может быть, например, двухпроводная шина CAN, начало и конец которой нагружены на нагрузки 120 Ом. Протокол CAN описан, например, в [CAN specification. Version 2.0., Robert Bosch GmbH, 1991; Кустарев П. Протокол CAN в микроконтроллерах. Электронные компоненты. 2002. №5].The AFAR channel control highway is a serial data bus to which all control channel inputs are connected in parallel. This can be, for example, a two-wire CAN bus, the beginning and end of which are loaded with 120 Ohm loads. The CAN protocol is described, for example, in [CAN specification. Version 2.0., Robert Bosch GmbH, 1991; Kustarev P. CAN protocol in microcontrollers. Electronic components. 2002. No. 5].

Схема подключения каналов к магистрали CAN приведена на фиг.4 в соответствии с [МАХ3057. ±80V Fault-Protected, 2Mbps, Low Supply Current CAN Transceivers // Maxim Integrated Products. 2002]. В контроллерах 13 и 19 для передачи данных используется встроенный интерфейс CAN.The circuit for connecting channels to the CAN bus is shown in Fig. 4 in accordance with [MAX3057. ± 80V Fault-Protected, 2Mbps, Low Supply Current CAN Transceivers // Maxim Integrated Products. 2002]. In controllers 13 and 19, a built-in CAN interface is used for data transfer.

Трансивер 21 может быть выполнен на основе микросхемы МАХ3050 [Сайт фирмы Maxim Integrated Products Inc. http://www.maxim-ic.com], обеспечивающей работу контроллеров 13 и 19 по магистрали CAN, через которую передаются сигналы управления на все приемо-передающие каналы.Transceiver 21 can be made on the basis of the MAX3050 microcircuit [Website of Maxim Integrated Products Inc. http://www.maxim-ic.com], which ensures the operation of controllers 13 and 19 along the CAN bus, through which control signals are transmitted to all transceiver channels.

Измеритель 18 содержит (фиг.3) первый 22 и второй 23 амплитудный детектор, входы которых являются первым и вторым входами измерителя, а выходы соединены со входами первого 24 и второго 25 фильтра низкой частоты (ФНЧ) соответственно. Выходы первого 24 и второго 25 ФНЧ являются первым и вторым выходами измерителя соответственно. Первый и второй входы фазового детектора (ФД) 26 объединены со входами первого 22 и второго 23 амплитудных детекторов, а выход соединен со входом третьего ФНЧ 27, выход которого является третьим выходом измерителя 18.The meter 18 contains (Fig. 3) a first 22 and a second 23 amplitude detector, the inputs of which are the first and second inputs of the meter, and the outputs are connected to the inputs of the first 24 and second 25 low-pass filters (LPFs), respectively. The outputs of the first 24 and second 25 low-pass filters are the first and second outputs of the meter, respectively. The first and second inputs of the phase detector (PD) 26 are combined with the inputs of the first 22 and second 23 amplitude detectors, and the output is connected to the input of the third low-pass filter 27, the output of which is the third output of the meter 18.

Первый 22 и второй 23 амплитудные детекторы могут быть выполнены на основе детекторов типа ZX47 производства фирмы Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007].The first 22 and second 23 amplitude detectors can be made on the basis of detectors type ZX47 manufactured by Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF / RF Components Guide. 2007].

Первый 24, второй 25 и третий 27 ФНЧ могут быть выполнены на основе фильтров типа SCLF производства фирмы Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007].The first 24, second 25 and third 27 low-pass filters can be performed based on SCLF filters manufactured by Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF / RF Components Guide. 2007].

Фазовый детектор 26 может быть выполнен на основе фазовых детекторов типа MPD производства фирмы Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007].The phase detector 26 can be made on the basis of phase detectors type MPD manufactured by Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF / RF Components Guide. 2007].

Управление устройствами в каждом i-м приемо-передающем канале ФАР, производится i-м контроллером 13: первым коммутатором 9, вторым коммутатором 12, усилителем мощности 4, первым 3 и вторым 10 аттенюатором осуществляется параллельными кодами. Управление первым 2 и вторым 11 фазовращателями осуществляется аналоговым сигналом с выходов встроенных в контроллер 13 ЦАП. Связь с блоком управления 16 осуществляется по последовательной магистрали CAN через трансивер 14.The devices in each i-th receiving and transmitting channel of the HEADLIGHTS are controlled by the i-th controller 13: the first switch 9, the second switch 12, the power amplifier 4, the first 3 and the second 10 attenuators are carried out by parallel codes. The first 2 and second 11 phase shifters are controlled by an analog signal from the outputs of the DACs built into the controller 13. Communication with the control unit 16 is carried out on a serial CAN bus through the transceiver 14.

Делитель мощности 17 обеспечивает разделение контрольного сигнала с выхода БУ 16 на N выходов. Он может быть выполнен, например, на делителях мощности производства фирмы Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007]. Поскольку фирма выпускает делители с разным числом каналов от 2 до 48, конкретные типы используемых элементов определяются количеством каналов N в АФАР. Если N превышает 48, то необходимо использовать последовательное разветвление входного сигнала для достижения требуемого числа каналов. Реализация многоканальных ДМ на 64 канала описана также в [Проектирование фазированных антенных решетки. Под ред. Д.И.Воскресенского. М.: Радиотехника. 2003, стр.550-551].The power divider 17 provides the separation of the control signal from the output of the control unit 16 into N outputs. It can be performed, for example, on power dividers manufactured by Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF / RF Components Guide. 2007]. Since the company produces dividers with a different number of channels from 2 to 48, the specific types of elements used are determined by the number of channels N in the AFAR. If N exceeds 48, then it is necessary to use a serial branching of the input signal to achieve the required number of channels. The implementation of multi-channel DM on 64 channels is also described in [Design of phased antenna arrays. Ed. D.I. Voskresensky. M .: Radio engineering. 2003, pp. 550-551].

Коммутатор 15 обеспечивает коммутацию сигналов с N входов на два выхода. Он может быть выполнен, например, на коммутаторах производства фирмы Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007]. Фирма выпускает коммутаторы с разным числом каналов от 2×1 до 4×1, поэтому коммутатор N×2 будет содержать делители мощности на 2 и коммутаторы. Конкретные типы элементов определяются количеством каналов N в АФАР. При числе каналов N=4 коммутатор 15 может быть реализован на микросхеме HMC596LP4 производства Hittite [Hittite Microwave 2008 Designer′s Guide. 2008. Vol.1-3].The switch 15 provides switching signals from N inputs to two outputs. It can be performed, for example, on switches manufactured by Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF / RF Components Guide. 2007]. The company produces switches with a different number of channels from 2 × 1 to 4 × 1, so the N × 2 switch will contain 2 power dividers and switches. The specific types of elements are determined by the number of channels N in the AFAR. With the number of channels N = 4, the switch 15 can be implemented on a Hittite chip HMC596LP4 [Hittite Microwave 2008 Designer’s Guide. 2008. Vol. 1-3].

Направленный ответвитель 6 обеспечивает ответвление малой части мощности сигнала на 40-60 дБ меньше основного сигнала и может быть выполнен, например, на основе направленного ответвителя серии BDCA и аттенюатора серии PAT производства фирмы Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007].The directional coupler 6 provides branching of a small part of the signal power by 40-60 dB less than the main signal and can be performed, for example, on the basis of a directional coupler of the BDCA series and attenuator of the PAT series manufactured by Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF / RF Components Guide. 2007].

Первый 9 и второй 12 коммутаторы предназначены для подключения НО 6 ко входу второго аттенюатора 10 или к выходу делителя мощности 1. Коммутаторы могут быть выполнены на основе коммутаторов серии PSW или HSWA производства фирмы Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007].The first 9 and second 12 switches are designed to connect HO 6 to the input of the second attenuator 10 or to the output of the power divider 1. The switches can be made on the basis of PSW or HSWA series switches manufactured by Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF / RF Components Guide. 2007].

Первый 2 и второй 11 фазовращатели и делитель мощности 1 могут быть выполнены на основе фазовращателей серии JSPHS и делителей мощности LRPS производства фирмы Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007], или на основе полосковых фазовращателей [Проектирование фазированных антенных решетки. Под ред. Д.И.Воскресенского. М.: Радиотехника. 2003, стр.532-536].The first 2 and second 11 phase shifters and power divider 1 can be made on the basis of JSPHS series phase shifters and LRPS power dividers manufactured by Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF / RF Components Guide. 2007], or based on strip phase shifters [Design of phased array antennas. Ed. D.I. Voskresensky. M .: Radio engineering. 2003, p. 532-536].

Усилитель мощности 4 может быть выполнен на усилителях серии ZHL производства фирмы Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007].The power amplifier 4 can be performed on amplifiers of the ZHL series manufactured by Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF / RF Components Guide. 2007].

Генератор контрольного сигнала 20 может быть выполнен на основе синтезатора частот, формирующего заданную частоту контрольного сигнала серии KSN [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007].The control signal generator 20 can be made on the basis of a frequency synthesizer that generates a given frequency of the control signal of the KSN series [Mini-Circuits. IF / RF Components Guide. 2007].

МШУ 8 может быть выполнен в виде последовательно соединенных устройства защиты на основе ограничителя серии PLS производства фирмы Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007] или выполнен по схеме, приведенной в [Гассанов Л.Г., Липатов А.А. и др. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи. М.: Радио и связь, 1988, стр.143], и микросхемы малошумящего усилителя, например, из [Hittite Microwave 2008 Designer′s Guide. 2008. Vol.1-3].LNA 8 can be made in the form of series-connected protection devices based on the PLS series limiter manufactured by Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF / RF Components Guide. 2007] or executed according to the scheme given in [Gassanov L.G., Lipatov A.A. and other solid-state microwave devices in communication technology. M.: Radio and communications, 1988, p.143], and low-noise amplifier circuits, for example, from the [Hittite Microwave 2008 Designer’s Guide. 2008. Vol. 1-3].

Циркулятор 5 может быть выполнен на основе схемы, приведенной в [Гассанов Л.Г., Липатов А.А. и др. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи. М.: Радио и связь, 1988, стр.44-45].The circulator 5 can be performed on the basis of the circuit shown in [Gassanov L.G., Lipatov A.A. and other solid-state microwave devices in communication technology. M .: Radio and communications, 1988, pp. 44-45].

Первый 3 и второй 10 аттенюаторы могут быть выполнены на основе цифровых аттенюаторов серии DAT производства фирмы Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF/RF Components Guide. 2007].The first 3 and second 10 attenuators can be made on the basis of digital attenuators of the DAT series manufactured by Mini-Circuits [Mini-Circuits. IF / RF Components Guide. 2007].

Излучатель 7 может быть реализован, например, на основе симметричного вибратора, описанного в [Проектирование фазированных антенных решеток. Под ред. Д.И.Воскресенского. М.: Радиотехника. 2003, стр.532-536].The emitter 7 can be implemented, for example, on the basis of a symmetric vibrator described in [Design of phased antenna arrays. Ed. D.I. Voskresensky. M .: Radio engineering. 2003, p. 532-536].

Устройство, реализующее способ калибровки АФАР, работает следующим образом.A device that implements the calibration method AFAR, works as follows.

Перед калибровкой во всех каналах в первых 2 и вторых 11 фазовращателях устанавливаются сдвиг фазы 0°, в первых 3 и вторых 10 аттенюаторах устанавливаются затухание 0 дБ. Калибровка приемо-передающего тракта начинается с калибровки приемной части. По умолчанию опорным каналом является первый. БУ 16 устанавливает первый 9 и второй 12 коммутаторы в опорном и калибруемом каналах таким образом, чтобы второй выход делителя мощности 1 был подключен к контрольному выходу НО 6. В БУ 16 контроллер 19 включает генератор контрольного сигнала 20, который формирует контрольный сигнал в виде синусоидального сигнала с фиксированной частотой в пределах рабочего диапазона частот контролируемой АФАР. Контрольный сигнал подается на делитель мощности 17, где разветвляется на N выходов и поступает на входы приемо-передающих каналов АФАР.Before calibration, a phase shift of 0 ° is set in all the channels in the first 2 and second 11 phase shifters, 0 dB attenuation is set in the first 3 and second 10 attenuators. Calibration of the transceiver path begins with the calibration of the receiving part. By default, the reference channel is the first. BU 16 installs the first 9 and second 12 switches in the reference and calibrated channels so that the second output of the power divider 1 is connected to the control output HO 6. In BU 16, the controller 19 includes a control signal generator 20, which generates a control signal in the form of a sinusoidal signal with a fixed frequency within the operating frequency range controlled by the AFAR. The control signal is supplied to the power divider 17, where it branches into N outputs and is fed to the inputs of the transceiver channels of the AFAR.

В опорном и калибруемом i-том канале контрольный сигнал через делитель мощности 1, второй коммутатор 12, НО 6 и циркулятор 5 поступает на вход МШУ 8, проходит через первый коммутатор 9, второй аттенюатор 10, второй фазовращатель 11 и поступает через коммутатор 15 на измерительные входы БУ 16. Во время прохождения сигнала через приемную часть он приобретает сдвиг по фазе ΔφПРМi и изменяется по амплитуде на ΔAПРМi.In the reference and calibrated i-th channel, the control signal through the power divider 1, the second switch 12, NO 6 and the circulator 5 is fed to the input of the LNA 8, passes through the first switch 9, the second attenuator 10, the second phase shifter 11, and fed through the switch 15 to the measuring inputs BU 16. During the passage of the signal through the receiving part, it acquires a phase shift Δφ PFP i and changes in amplitude by ΔA PFP i.

В БУ 16 производится измерение амплитуды контрольного сигнала в опорном канале АПРМ1 с помощью первого амплитудного детектора 22, первого ФНЧ 24 и АЦП, встроенного в контроллер 19. Измерение амплитуды контрольного сигнала в калибруемом канале АПРМi производится с помощью второго амплитудного детектора 23, второго ФНЧ 25 и АЦП, встроенного в контроллер 19. В контроллере 19 определяется разница амплитуд ΔАПРМi=АПРМi-АПРМ0 и округляется до значения шага перестройки второго аттенюатора 10.In BU 16, the amplitude of the control signal is measured in the reference channel A of the PFP 1 using the first amplitude detector 22, the first low-pass filter 24 and the ADC built into the controller 19. The amplitude of the control signal in the calibrated channel A of the PFP i is measured using the second amplitude detector 23, the second low-pass filter 25 and the ADC built into the controller 19. In the controller 19, the amplitude difference ΔA PFP i = A PFP i-A PFP 0 is determined and rounded to the value of the tuning step of the second attenuator 10.

Измерение сдвига фаз ΔφПРМi сигналов на выходе калибруемого и опорного каналов производится в БУ 16 с помощью ФД 26, третьего ФНЧ 27 и АЦП, встроенного в контроллер 19. Измеренное значение округляется до шага перестройки второго фазовращателя 11.The phase shift Δφ of the PFP i signals at the output of the calibrated and reference channels is measured in the control unit 16 using the PD 26, the third low-pass filter 27 and the ADC built into the controller 19. The measured value is rounded up to the tuning step of the second phase shifter 11.

Производится установка соответствующих значений затухания во втором аттенюаторе 10 и сдвига фазы во втором фазовращателе 11.The corresponding attenuation values in the second attenuator 10 and the phase shift in the second phase shifter 11 are set.

Далее производится калибровка передающей части i-го канала.Next, the transmitting part of the i-th channel is calibrated.

Первый 9 и второй 12 коммутатор в опорном и калибруемом каналах устанавливается таким образом, чтобы контрольный выход НО 6 был соединен со входом второго аттенюатора 10. БУ 16 включает на время измерения контрольный сигнал в ГКС 20 и УМ 4 в калибруемом канале. Контрольный сигнал в делителе мощности 17 разветвляется на N каналов и поступает на вход делителя мощности 1. Проходя через первый фазовращатель 2, первый аттенюатор 3, УМ 4, циркулятор 5, НО 6, второй 12 и первый 9 коммутаторы, второй аттенюатор 10 и второй фазовращатель 11, сигнал поступает через коммутатор 15 на измерительные входы БУ 16.The first 9 and second 12 commutators in the reference and calibrated channels are installed so that the control output НО 6 is connected to the input of the second attenuator 10. БУ 16 includes the control signal for the measurement time in the GCS 20 and УМ 4 in the calibrated channel. The control signal in the power splitter 17 branches into N channels and is fed to the input of the power splitter 1. Passing through the first phase shifter 2, the first attenuator 3, UM 4, circulator 5, HO 6, the second 12 and first 9 switches, the second attenuator 10 and the second phase shifter 11, the signal enters through the switch 15 to the measuring inputs of the control unit 16.

Поскольку вначале была произведена калибровка приемной части канала, то во время прохождения сигнала через передающую и приемную часть он приобретает сдвиг по фазе ΔφПРДi и изменяется по амплитуде на ΔАПРДi, которые определяются только параметрами передающей части канала.Since the channel receiving part was first calibrated, during the passage of the signal through the transmitting and receiving part, it acquires a phase shift Δφ of the PRD i and changes in amplitude by ΔА PRD i, which are determined only by the parameters of the transmitting part of the channel.

В БУ 16 производится измерение амплитуды контрольного сигнала в опорном канале АПРД1 с помощью первого амплитудного детектора 22, первого ФНЧ 24 и АЦП, встроенного в контроллер 19. Измерение амплитуды контрольного сигнала в калибруемом канале АПРДi производится с помощью второго амплитудного детектора 23, второго ФНЧ 25 и АЦП, встроенного в контроллер 19. Далее определяется разница амплитуд ΔАПРДi=АПРДi-АПРД1 и округляется до значения шага перестройки первого аттенюатора 3.In BU 16, the amplitude of the control signal is measured in the reference channel A of the Tx 1 using the first amplitude detector 22, the first low-pass filter 24 and the ADC built into the controller 19. The amplitude of the control signal in the calibrated channel A of the Tx i is measured using the second amplitude detector 23, a second LPF 25 and ADC built into the controller 19. Further, the difference amplitude ΔA i = a TX TX TX i-1 and a is rounded up to the value of the first adjustment step attenuator 3.

Измерение сдвига фаз ΔφПРДi сигналов на выходе калибруемого и опорного каналов производится в БУ 16 с помощью ФД 26, третьего ФНЧ 27 и АЦП, встроенного в контроллер 19. Измеренное значение округляется до шага перестройки первого фазовращателя 2.The phase shift Δφ of the PFD of the i signals at the output of the calibrated and reference channels is measured in the control unit 16 using the PD 26, the third low-pass filter 27 and the ADC built into the controller 19. The measured value is rounded to the tuning step of the first phase shifter 2.

Производится установка соответствующих значений затухания в первом аттенюаторе 3 и сдвига фазы в первом фазовращателе 2.The corresponding attenuation values in the first attenuator 3 and the phase shift in the first phase shifter 2 are set.

Алгоритм работы устройства приведен на фиг.5. Управление и данные из контроллера 19 блока управления 16 передаются в контроллеры 13 через трансиверы 14 приемо-передающих каналов по последовательной магистрали CAN последовательными кодами. При этом каждый контроллер имеет свой адрес в соответствии с номером канала.The algorithm of the device shown in Fig.5. The control and data from the controller 19 of the control unit 16 are transmitted to the controllers 13 through transceivers 14 of the transceiver channels on the CAN serial line with serial codes. In addition, each controller has its own address in accordance with the channel number.

После калибровки i-го канала производится калибровка i+1-го канала и так далее до N. Таким образом проводится калибровка всех каналов, а сдвиг фаз и разница амплитуд между ними будет установлена с точностью дискрета регулировки затухания в аттенюаторах 3,10 и дискрета регулировки сдвига фаз в фазовращателях 2 и 11.After calibration of the i-th channel, the i + 1-th channel is calibrated and so on to N. Thus, all channels are calibrated, and the phase shift and amplitude difference between them will be set with the accuracy of the attenuation adjustment discret in the attenuators 3.10 and the adjustment discret phase shift in phase shifters 2 and 11.

Калибровка должна проводиться с периодом повторения Тк, который определяется временем изменения параметров устройств АФАР. Значение Тк зависит от используемой элементной базы, схемного построения и т.д. и определяется на опытном образце изделия.Calibration should be carried out with a repetition period Tk, which is determined by the time the parameters of the AFAR devices change. The value of Tk depends on the element base used, circuit design, etc. and is determined on the prototype of the product.

Алгоритм работы устройства, реализующего предлагаемый способ (фиг.5), включает в себя следующую последовательность операций:The algorithm of the device that implements the proposed method (figure 5), includes the following sequence of operations:

1) устанавливают параметры устройств в исходное состояние: аттенюаторы 3 и 10 в 0 дБ, фазовращатели 2 и 11 в 0°, коммутатор 12 в положение, обеспечивающее соединение контрольного выхода направленного ответвителя (НО) 6 с выходом делителя мощности 1, коммутатор 9 в положение, обеспечивающее соединение выхода МШУ 8 со входом аттенюатора 10, коммутатор 15 в положение, обеспечивающее соединение выходов каналов 1 и i с измерительными входами БУ 16, где i=2;1) set the parameters of the devices to their initial state: attenuators 3 and 10 at 0 dB, phase shifters 2 and 11 at 0 °, switch 12 to the position that connects the control output of the directional coupler (BUT) 6 to the output of the power divider 1, switch 9 to , providing the connection of the output of the LNA 8 with the input of the attenuator 10, the switch 15 to the position, providing the connection of the outputs of channels 1 and i with the measuring inputs of the control unit 16, where i = 2;

2) включают ГКС 20 из состава БУ 16, при этом контрольный сигнал через делитель мощности 17 попадает на входы всех каналов, в каждом канале он проходит через делитель мощности 1, коммутатор 12, НО 6 и циркулятор 5, поступает на вход МШУ 8. Со входа МШУ 8 контрольный сигнал через коммутатор 9, аттенюатор 10, фазовращатель 11 и коммутатор 15 поступает на измеритель 18. Измеряют амплитуды АПРМi и АПРМ1, находят разницу ΔАПРМi=АПРМi-АПРМ1, округляют ее до шага изменения аттенюатора 10;2) turn on the GCS 20 from the BU 16, while the control signal through the power divider 17 goes to the inputs of all channels, in each channel it passes through the power divider 1, switch 12, NO 6 and circulator 5, and is fed to the input of the LNA 8. With input LNA 8 control signal through the switch 9, the attenuator 10, the phase shifter 11 and the switch 15 is fed to the meter 18. Measure the amplitudes A PFP i and A PFP 1, find the difference ΔA PFP i = A PFP i-A PFP 1, round it to step attenuator changes 10;

3) измеряют сдвиг фаз между двумя сигналами ΔφПРМi, выключают ГКС 20;3) measure the phase shift between two signals Δφ PRM i, turn off the GCS 20;

4) устанавливают найденные выше параметры аттенюатора 10 и фазовращателя 11;4) set the above parameters of the attenuator 10 and the phase shifter 11;

5) устанавливают коммутатор 12 в положение, обеспечивающее соединение контрольного выхода НО 6 со входом коммутатора 9, переключают коммутатор 9 в положение, обеспечивающее соединение выхода коммутатора 12 со входом аттенюатора 10;5) set the switch 12 to the position that provides the connection of the control output HO 6 with the input of the switch 9, switch the switch 9 to the position that connects the output of the switch 12 to the input of the attenuator 10;

6) включают ГКС 20 и УМ 4;6) include GCS 20 and UM 4;

7) измеряют амплитуды АПРДi и АПРД1, находят разницу ΔАПРДi=АПРДi-АПРД1, округляют ее до шага изменения аттенюатора 3;7) measuring the amplitude A i and A TX 1 TX, find the difference ΔA i = A TX TX TX A i-1, it shall be rounded up to step 3 changes attenuator;

8) измеряют сдвиг фаз между двумя сигналами ΔφПРДi, выключают УМ 4 и ГКС 20;8) measure the phase shift between the two signals Δφ PRD i, turn off the PA 4 and GKS 20;

9) устанавливают найденные выше параметры аттенюатора 3 и фазовращателя 2;9) set the above parameters of the attenuator 3 and phase shifter 2;

10) повторяют вышеуказанные операции 2)…9) для всех калибруемых каналов (i=3…N, где N - число каналов ФАР).10) repeat the above operations 2) ... 9) for all calibrated channels (i = 3 ... N, where N is the number of PAR lights).

В результате использования предложенного решения получен следующий технико-экономический эффект: снижены требования к стабильности генератора контрольного сигнала 20 и повышена точность калибровки.As a result of using the proposed solution, the following technical and economic effect was obtained: the requirements for the stability of the control signal generator 20 were reduced and the calibration accuracy was improved.

Найдем точность измерения прототипа для обычной относительной нестабильности кварцевых генераторов δυ=5·10-6. При условии проведения измерений всех каналов за Δt=1c нестабильность задержки такого сигнала в начале и конце измерений будет составлять δT=δυ·Δt2/16=3,1·10-7 c, что на частоте, например, fc=1800 МГц будет составлять набег фазы δφ=δT·360°·fC=558°. Таким образом, точность измерения сдвига фаз каналов, измерения которых проводятся в начале и конце калибровки, будет очень низкая.Find the accuracy of measurement of the prototype for the usual relative instability of crystal oscillators δυ = 5 · 10 -6 . Provided the measurement of all the channels for Δt = 1c instability of such a signal delay at the beginning and end of the measurements will be δT = δυ · Δt 2/16 = 3.1 × 10 -7 c, at that frequency, for example, fc = 1800 MHz is constitute the phase incursion δφ = δT · 360 ° · f C = 558 °. Thus, the accuracy of measuring the phase shift of channels measured at the beginning and end of calibration will be very low.

Поскольку для предлагаемого способа стабильность контрольного сигнала важна только на время измерения данных одного канала Δt1=0,001 c, которое значительно меньше суммарного времени измерения, то нестабильность задержки такого сигнала будет составлять δT=δυ·Δt2/16=3,1·10-13, что на частоте, например, fc=1800 МГц будет составлять набег фазы δφ=δT·360°·fC=0,2°.Since the stability of the process control signal is important only for the time measurement data of one channel Δt 1 = 0,001 c, which is considerably less than the total measurement time, the instability of such a signal delay will be δT = δυ · Δt 2/16 = 3.1 × 10 - 13 , which at a frequency, for example, fc = 1800 MHz, will be the phase offset δφ = δT · 360 ° · f C = 0.2 °.

Предлагаемый способ имеет более расширенную область и может применяться, в отличие от прототипа, в приемо-передающих АФАР.The proposed method has a more extended area and can be used, in contrast to the prototype, in transceiver AFAR.

Claims (1)

Способ калибровки активной фазированной антенной решетки, в котором для калибровки приемной части приемопередающего канала подают контрольный сигнал на вход приемной части каждого канала, измеряют параметры принимаемого сигнала, формируют на основе измерений корректирующие коэффициенты, которые далее используются для регулировки параметров приемной части канала, для калибровки передающей части приемопередающего канала подают контрольный сигнал на вход передающей части каждого канала, измеряют параметры передаваемого сигнала, формируют на основе измерений корректирующие коэффициенты, которые далее используются для регулировки параметров канала передающего тракта, отличающийся тем, что калибровка приемной части приемопередающих каналов производится парами в режиме приема, при этом контрольный сигнал снимается с выхода приемной части приемопередающих каналов, калибровка передающей части приемопередающих каналов производится парами в режиме передачи, при этом для калибровки используют часть мощности сигнала, ответвленного с выхода соответствующего приемопередающего канала и прошедшего через приемную часть этого канала, в процессе калибровки измеряют сдвиг фазы и разницу амплитуд сигнала с выхода калибруемого канала относительно опорного, в качестве опорного для калибровки всех каналов используется один и тот же канал, например, первый, для калибровки используется синусоидальный сигнал с частотой в рабочем диапазоне частот активной фазированной антенной решетки. A method for calibrating an active phased array antenna, in which, for calibrating the receiving part of the transceiving channel, a control signal is supplied to the input of the receiving part of each channel, the parameters of the received signal are measured, correction factors are generated based on the measurements, which are then used to adjust the parameters of the channel receiving part, for calibrating the transmitting parts of the transceiver channel provide a control signal to the input of the transmitting part of each channel, measure the parameters of the transmitted signal, form based on the measurements, correction coefficients are used, which are then used to adjust the parameters of the transmitting channel channel, characterized in that the receiving part of the transceiving channels is calibrated in pairs in the receiving mode, while the control signal is removed from the output of the receiving part of the transceiving channels, and the calibration of the transmitting part of the transceiving channels is performed in pairs in the transmission mode, while for calibration use part of the signal power, branched from the output of the corresponding receiver During the calibration, the phase shift and the difference in the amplitudes of the signal from the output of the channel being calibrated relative to the reference channel are measured during calibration; the same channel is used as reference channel for calibration of all channels, for example, the first channel; a sinusoidal signal is used for calibration with a frequency in the operating frequency range of the active phased array antenna.
RU2011127436/08A 2011-07-04 2011-07-04 Method of calibrating active phased antenna array RU2467346C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011127436/08A RU2467346C1 (en) 2011-07-04 2011-07-04 Method of calibrating active phased antenna array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011127436/08A RU2467346C1 (en) 2011-07-04 2011-07-04 Method of calibrating active phased antenna array

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2467346C1 true RU2467346C1 (en) 2012-11-20

Family

ID=47323341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011127436/08A RU2467346C1 (en) 2011-07-04 2011-07-04 Method of calibrating active phased antenna array

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2467346C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2568968C1 (en) * 2014-05-16 2015-11-20 Игорь Борисович Базин Method for built-in calibration of active phased antenna array
RU2641615C2 (en) * 2016-05-04 2018-01-18 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Method and device for calibration of receiving active phased antenna array
RU2655655C1 (en) * 2017-07-13 2018-05-30 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Spacecraft in orbit expandable antenna array amplitude-phase distribution adjustment method
RU2673562C2 (en) * 2014-04-23 2018-11-28 Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК Vehicle radar system
RU2697813C1 (en) * 2018-11-01 2019-08-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method for monitoring serviceability of receiving-amplification channels of an active phased antenna array
RU2700688C1 (en) * 2018-09-24 2019-09-19 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Methods for calibrating channels of phased antenna array
RU2814484C2 (en) * 2022-06-06 2024-02-29 Алексей Владимирович Куликов Method of calibrating active phased antenna array module

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0452799A1 (en) * 1990-04-14 1991-10-23 Alcatel SEL Aktiengesellschaft Method and apparatus for the automatic calibration of a "phased array" antenna
RU2147753C1 (en) * 1994-06-03 2000-04-20 Телефонактиеболагет Лм Эрикссон Antenna array calibration
RU2004117886A (en) * 2001-11-14 2005-08-10 Квинтел Текнолоджи Лимитед (Gb) ANTENNA SYSTEM
RU2364029C2 (en) * 2003-07-30 2009-08-10 Нокиа Сименс Нетворкс ГмбХ унд Ко.КГ Device and method of antenna array calibration

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0452799A1 (en) * 1990-04-14 1991-10-23 Alcatel SEL Aktiengesellschaft Method and apparatus for the automatic calibration of a "phased array" antenna
RU2147753C1 (en) * 1994-06-03 2000-04-20 Телефонактиеболагет Лм Эрикссон Antenna array calibration
RU2004117886A (en) * 2001-11-14 2005-08-10 Квинтел Текнолоджи Лимитед (Gb) ANTENNA SYSTEM
RU2364029C2 (en) * 2003-07-30 2009-08-10 Нокиа Сименс Нетворкс ГмбХ унд Ко.КГ Device and method of antenna array calibration

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2673562C2 (en) * 2014-04-23 2018-11-28 Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК Vehicle radar system
RU2568968C1 (en) * 2014-05-16 2015-11-20 Игорь Борисович Базин Method for built-in calibration of active phased antenna array
RU2641615C2 (en) * 2016-05-04 2018-01-18 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Method and device for calibration of receiving active phased antenna array
RU2655655C1 (en) * 2017-07-13 2018-05-30 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Spacecraft in orbit expandable antenna array amplitude-phase distribution adjustment method
RU2700688C1 (en) * 2018-09-24 2019-09-19 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Methods for calibrating channels of phased antenna array
US11362714B2 (en) 2018-09-24 2022-06-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for performing beamforming in wireless communication system
RU2697813C1 (en) * 2018-11-01 2019-08-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method for monitoring serviceability of receiving-amplification channels of an active phased antenna array
RU2814484C2 (en) * 2022-06-06 2024-02-29 Алексей Владимирович Куликов Method of calibrating active phased antenna array module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2467346C1 (en) Method of calibrating active phased antenna array
EP3499264B1 (en) Radar unit and method for cascading integrated circuits in a radar unit
EP3347993B1 (en) Calibrating a serial interconnection
US9947985B2 (en) System and method for a directional coupler
CN105319544B (en) System and method for calibrating and optimizing frequency modulated continuous wave radar altimeter using adjustable self-interference cancellation
KR101460982B1 (en) Calibration of active antenna arrays for mobile telecommunications
EP2033263A1 (en) Antenna array calibration
US9866336B2 (en) Phased array antenna self-calibration
US20210159594A1 (en) Calibration of Active Phased Array System Using Beamforming RFIC Built-in-Test Equipment
JP6701124B2 (en) Radar equipment
US20170346575A1 (en) Method and Apparatus for Beamforming Calibration in Point to Multipoint Communication Systems
CN102221816B (en) Satellite time serving all-in-one machine and time serving method thereof
KR102313253B1 (en) Radio frequency device and corresponding method
CN114720952B (en) Multi-frequency-band weather radar full-link remote calibration system
Subburaj et al. Monitoring architecture for a 76-81ghz radar front end
CN108333469A (en) The master unit and remote unit of the phase coherence of Network Analyzer
CN108233978B (en) Radio frequency device and corresponding method
RU2562068C1 (en) Radar having phased antenna array and system for testing channels thereof
RU2568968C1 (en) Method for built-in calibration of active phased antenna array
RU2647514C2 (en) Method and device for calibrating transceiving active phased antenna array
KR101894833B1 (en) Performance Testing System for Frequency Synthesis Apparatus
RU144503U1 (en) RADAR WITH PHASED ANTENNA ARRAY AND ITS CHANNELS TEST SYSTEM
Leibetseder et al. A 79GHz 4RX-2TX SiGe-Integrated Sequential Sampling Pulse Radar
US11367953B2 (en) Antenna device and calibration method
US20240097772A1 (en) Amplitude and phase alignment of phased array elements