[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

说明书

本发明涉及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，包括吸波暗室，移相器、相控阵天线、探测天线和矢量网络分析仪。校准系统采用空口测量的方式，通过确定相控阵天线波束偏转方向，设置移相器的移相，不需要专门的对每个单元进行单独相位调整，移相配置组成波束扫描控制矩阵B；探测天线放置在相控阵平面中心垂直轴线上，距离相控阵天线D位置处。根据阵列波束转向不同位置，通过移相器配置初始激励，通过矢量网络分析仪记录测量S参数；由自由空间传播条件，计算阵列单元与探测天线的耦合系数，完成对校准矩阵C的求解，实现对相控阵天线的校准。

技术领域

本发明涉及毫米波相控阵天线校准系统，具体涉及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。

背景技术

数据密集型应用对不断增长的数据速率的需求，激发了人们对毫米波频带及以上的极大兴趣，这些频带提供了巨大的可用带宽。然而毫米波的具有较高的空间传播损耗和较低的信噪比，目前主流的解决方案是天线封装技术，将天线系统封装在一起，集成在传输或接受电路中，天线封装技术使毫米波系统的低损耗和低成本集成系统成为可能。相控阵天线在毫米波频带具有广泛应用。

相控阵天线要求精确控制阵列单元的初始幅度和相位，因此准确知道阵列单元的幅度和相位激励是至关重要的，但是由于环境，射频链路差异以及幅相调控网络的不确定误差的影响，相控阵天线的各阵列单元的初始复激励是有差异性的。因此相控阵校准主要是测量阵列单元之间幅度相位的差异，并补偿阵列单元之间的差异。目前的相控阵校准方法有，通过向接收端口配置相同的状态，然后测量所有路径的传递函数，然而，一些相控阵的高度完整性和紧凑的结构，单个单元端口可能无法访问。因此，阵列校准希望在空中辐射模式下进行，即不需要访问天线元件端口。目前工业上较常用的校准方法是，在近场条件下，通过激励单个阵列单元，其他阵列单元关闭的近场扫描从而测出各阵列差异，但是此校准方法需要对整列单元进行大量的开关操作，同时需要准确的位置信息和封装天线结构，此种测试每次只测单个阵列单元，测试结果未考虑阵列单元间的耦合，天线首发模块的变换的影响因素。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供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，测量次数少，在所有相控阵天线的阵列单元开启的情况下，通过不同波束指向进行测量，得出各单元之间的差异性，完成对系统的校准，操作简单，测试快速准确。

本发明的构思如下：由于毫米波控阵天线具有较高的传播损耗以及较低的信噪比，主流解决方案是将相控阵天线封装在一个单元中，为了测试操作简单快速，且能够考虑各单元间的耦合的影响，采用空口校准的方式；为了消除阵列单元间的幅度差异，满足远场条件下测试。通过对不同支路的相位设置，测量阵列波束指向不同方向的S参数，测出各支路之间的差异，完成阵列的校准。

本发明采用的技术方案为：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，所述系统包括多端口数控移相器(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)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；