[发明专利]一种基于波束扫描模式相控阵天线初始幅相空口校准系统

权利要求书

1.一种基于波束扫描模式相控阵天线初始幅相空口校准系统，其特征在于，所述系统包括移相器(1)、相控阵天线(2)、探测天线(3)和矢量网络分析仪(4)；移相器(1)一个端口连接相控阵天线(2)的一个阵列单元，另一端连接矢量网络分析仪(4)，矢量网络分析仪(4)的另一个端口连接在探测天线(3)上，探测天线(3)放置于距离相控阵天线(2)的平面中心D位置处，D满足相控阵天线(2)的远场条件；所述整个校准系统放置在吸波暗室(8)中进行，将相控阵天线(2)的馈电分成N条支路，每条支路连接一个移相器的一个端口与一个阵列单元，移相器的移相配置总数为Q，Q≥N，相控阵天线(2)有K个波束方向，K＝Q；阵列单元之间距离为d，探测天线(3)距离第n个阵列单元的距离为r_n，所有阵列单元全部处于工作状态；

首先，根据相控阵天线(2)参数确定校准时最小波束扫描范围和波束扫描方向个数P，N≤P≤K，确定校准所需测量的相控阵的波束指向角度；然后，根据相控阵的波束指向角度，设置每个移相器相移配置，每测量一个波束角度，N条支路的移相器会得到N个移相器配置，同时矢量网络分析仪会记录一个S参数，扫描完P个方向的波束指向，得到PXN个移相器配置，所述PXN个移相器配置组成波束扫描控制矩阵B，记录P个S参数，记录的S参数组成S参数矩阵s；再根据自由空间传播条件，求得每个阵列单元与探测天线的耦合系数a_n，得到阵列单元与探测天线的自由空间耦合矩阵а；最后，根据波束扫描控制矩阵B，自由空间耦合矩阵а，S参数矩阵s，得出相控阵天线的校准矩阵C，完成相控阵天线的校准。

2.根据权利要求1提出的一种基于波束扫描模式相控阵天线初始幅相空口校准系统，其特性在于：所述根据相控阵参数确定校准时最小波束扫描范围如下：

λ为测量的频率对应波长，P为波束扫描方向个数。

3.根据权利要求1所述的一种基于波束扫描模式相控阵天线初始幅相空口校准系统，其特性在于：根据相控阵天线(2)的波束指向角度对移相器进行配置，各移相器的配置由下等式：

b_pn＝exp[-jk(n-1)dsin(ψ_p)]

＝[exp(-jkdsin(ψ_p))]^n-1

＝[exp(-j2πf_p)]^n-1

b_pn表示第p个，p∈[1，P]；波束扫描角度时第n个，n∈[1，N]；阵列单元的移相器的配置；k表示波数，即k＝2π/λ,λ所测频率为波长，其中ψ_p表示第p条支路移相器设置的波束偏置角度，根据实测中的频率，波束偏置角度，相邻阵列单元之间距离求出b_pn，得出波束扫描控制矩阵B：

4.根据权利要求1所述的一种基于波束扫描模式相控阵天线初始幅相空口校准系统，其特性在于：所述自由空间耦合矩阵а计算如下：第n个阵列单元与探测天线之间的耦合系数用a_n表示，根据自由空间传播条件：

其中表示第n个阵列单元在角上的方向图，表示探测天线在第n个阵列单元的方位角度值，表示探测天线角上的方向图，表示第n个阵列单元在探测天线的方位角度值，表示自由空间的传播系数，r_n表示探测天线距离第n个阵列单元的距离，k表示波数，通过a_n得到天线耦合矩阵а。

5.根据权利要求1所述的一种基于波束扫描模式相控阵天线初始幅相空口校准系统，其特性在于：通过等式：

s＝B·C·а，

校准矩阵C的等式：

C＝B^-1·s·а^-1

其中B^-1是波束扫描控制B的逆矩阵，а^-1为自由空间耦合矩阵а的逆矩阵。