[发明专利]一种两维相控阵微波前端校准网络及方法

说明书

本发明涉及一种两维相控阵微波前端校准网络及方法，属于两维相控阵微波前端系统设计领域。其中校准网络采用N个N通道的线阵实现，每个线阵的第一个通道连接一个耦合器。在校准过程中，首先对TR组件、天线阵列和校准通道单独标定；然后根据TR组件、天线阵列得到线阵内配平的初始控制码；结合近场测试对线阵内初始控制码进行验证和修正；之后对线阵间实时校准，得到各线阵间的幅相差；最后将近场测试的控制码减去校准通道的初始码和实时校准的幅相差之和得到最终的控制码。本发明通过一维采用固定的初始标定数据，另一维实时内校准，减少校准网络复杂度，提高校准效率，可扩展阵面规模。

技术领域

本发明属于两维相控阵微波前端系统设计领域，具体为一种简洁有效、低成本的校准网络及方法，主要应用在两维相控阵雷达系统，实现两维相控阵微波前端系统的实时在线监测，速度快、可靠性高、性能稳定、精度高。适用于目前常见的一维合成、一维数字波束形成的两维相控阵微波系统，具有很好的通用性。

背景技术

随着现代微波集成技术的发展，相控阵技术由于其多独立波束能力、控制的灵活迅捷实现多功能、高可靠性及可共形应用等优点，越来越广泛用于雷达、对抗和通信系统中。电路形式上，瓦片式收发组件相比传统砖块式组件相比，集成度更高、体积和重量大幅降低，更有利于系统低成本化。

针对目前一维合成、一维数字波束形成的两维相控阵微波系统，其功能灵活性和集成度介于传统直接合成的相控阵系统和全数字波束形成相控阵系统。相控阵波束的精确指向需要严格准确的控制各单元天线的幅度和相位，因此对系统的增益和相位的定期校准必不可少。目前，常规的校准方式有两种：

一，采用外部校准方式，需要天线阵列通过外部的一个或多个监测天线以获得监测信号或发送监测信号，收集改变的幅度和相位信息，获得信道幅度相位不一致的数据。该方式考虑天线阵元间的幅度和相位误差等因素的影响，更接近真实的幅相信息。但执行过程必须选择满足特定测试条件的场地，并且使用中因为环境或安装原因，难以准确、方便地实施。

二，采用内部校准方式，在链路末级添加耦合器，监控耦合器耦合或者馈入的信号，通过测量到的口径面上的幅度和相位信息，然后经傅里叶变换将近场数据转换成远场数据。可实现在线监测，速度快、可靠性高、性能稳定、精度高。与外校准相比，可用较小的工作量获得更多的数据信息，可用作诊断工具来检测天线故障，可以全天候工作，受环境影响小。图1为常规两维相控阵系统校准网络的实现形式，每个通道采用开关增加隔离度。但是有源电路的引入大大增加了电路复杂度、加工难度和成本。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有技术的外部校准受限测试场地和内部校准带来电路复杂和布局困难的不足之处，本发明提出一种两维相控阵微波前端校准网络及方法。采用了一种更布局简单的内校准网络实现，既简化了瓦片式天线设计和加工，也满足系统小型化、低成本的要求。

技术方案

一种两维相控阵微波前端校准网络，其特征在于包括一个功放网络、1个校准通道、N个N通道的线阵、N个耦合器；所述的线阵包括N个天线辐射单元、N个TR组件、一个变频通道和一个数模/模数变换，每个天线辐射单元连接一个TR组件、N个TR组件连接一个变频通道，变频通道连接数模/模数变换；每个线阵的第一个通道连接一个耦合器；所述的耦合器通过开关分别连接功分网络和吸收负载；所述的校准通道连接功分网络。

优选地，所述的TR组件为瓦片式TR组件。

优选地，所述的耦合器为带状线耦合器。

优选地，所述的开关为吸收式单刀双掷开关。

一种两维相控阵微波前端校准方法，其特征在于步骤如下：