[发明专利]一种相控阵天线相位校准测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种相控阵天线相位校准测量系统及方法，该系统包括待测相控阵天线，测量暗箱，测量探头。通过在远场增加测量探头的观测角度，测量待测相控阵天线不同配相状态下探头的接收信号，通过本发明提出的算法计算出相控阵天线各个阵列单元初始的幅度和相位信息。该发明可以有效的减小相控阵天线初始幅度相位校准所需要的测量时间和相移状态切换次数，提高了相控阵天线校准系统的测试效率，进而获得相控阵天线各个阵列单元的初始幅度和相位信息。该发明特别适用于相控阵天线的快速校准，可应用于相控阵天线的研发测试和产线测试。

技术领域

本发明涉及毫米波测量的技术领域，具体涉及毫米波相控阵天线的测量和校准系统。

技术背景

随着5G移动通信的发展，阵列天线和相控阵天线引起了学术界和工业界的广泛关注与研究。在实际工程中，相控阵天线校准技术对于相控阵的实际性能是否符合设计目标有重要影响。随着使用时间增加，相控阵天线上配备的阵列元件会出现不必要的相位、幅度误差。因此，需要通过补偿上述误差来保持设计的优良阵列性能，并提升相控阵测量的效率。

对于相控阵天线的测量校准系统，较为通用的方法均使用单个测量探头，即校准时在单个位置进行幅度和相位测量。在待测天线阵列处多次置入不同的幅度和相位状态，获得测量探头的复数输出信号，最后求解方程组获得初始激励信号。线性方程的系数矩阵决定了方法的准确性，复杂性和硬件要求，具有较小条件数的系数矩阵能降低误差对测量过程的影响。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种相控阵天线相位校准及测量系统及方法，具有在远场的多个不同观测角度的测量探头，通过多个探头的接收可以大大减少待测天线阵列置入幅度相位状态的数量，从而提升相控阵天线相位校准测量系统的测试效率。

本发明的技术方案为：一种相控阵天线的相位校准测量系统，包括：

待测相控阵天线；相控阵一共有N个天线单元，每个相控阵单元连接一个数字移相器进行移相配置实现，在每次测量之前同时改变N个天线单元的相移,使测量系统处于M种不同配相状态下；

还包括探头天线，矢量网络分析仪或频谱仪或综测仪或矢量接收机，直流电源，控制计算机；其中，将探头天线置于球面上多个不同的角度位置，来接收这些不同观测角度的信号；相控阵天线和探头天线的最小距离为满足相控阵单个单元的远场距离，最大距离到无穷远处；

测量时，相控阵天线工作于发射或接收状态，当相控阵天线处于发射状态时，如果发射信号是由自带芯片提供，将提供一路参考信号；如果发射信号由外接仪表提供，仪表自身提供参考信号，参考信号用于获取链路S参数相位；矢量网络分析仪或频谱仪或综测仪或矢量接收机记录相控阵天线与探头之间的S参数，由直流电源向相控阵天线供电，控制计算机自动运行测量过程并记录数据。

进一步的，采用的探头为双极化探头，双极化探头有垂直和水平、正负45°两种极化方向，进行相控阵校准时，一方面要把探头置于阵列前预定的距离和范围内；且在探头的两极化之间添加探头幅度控制单元，控制双极化探头的两种极化，使得探头天线能够合成产生任意线极化，测量时将探头天线与相控阵天线极化对正。

进一步的，测试暗箱进行测试时，相控阵和天线置于毫米波测试暗箱中；根据几何光学原理，暗箱尺寸需要避免待测天线阵列的一次反射直接进入探头天线，测量所使用的暗箱采用吸波材料，降低暗箱环境的反射特性。

进一步的，接收探头方向性相控阵测量时，若相控阵的波束未能和探头天线的波束方向对准，会导致其相位测量不准确，为避免对相位测量产生影响，所测量的相控阵波束应与探头波束对齐，探头增益在8dBi到25dBi之间。

进一步的，测量探头需要分布在多个满足远场条件的不同角度位置，探头的布局能够使用移动轨道或用紧缩场多馈源实现。

根据本发明的另一方面，还提出一种相控阵天线的相位校准测量方法，包括如下步骤：