[发明专利]天线全向合成系统的校准方法

摘要

本发明为天线全向合成系统的校准方法，解决为定向天线形成全向波束发射，对天线4个通道发射信号进行相位和幅度控制不精确的问题。收发机包含4个发射通道和4个接收通道，分别通过收发收发开关接定向天线的0º天线，90º天线，180º天线，270º天线。DA采样时钟400MHz，输出80MHz发射数字中频，AD采样时钟100MHz，采样接收120MHz中频，收发均采用一次变频，通道结构简单。整机采用同一个参考时钟，保证了收发信号同源，有利于消除频差及相位校准。MCU和FPGA共同完成发射天线的幅度/相位控制，实现天线全向合成。

主权项

1.一种天线全向合成系统的校准方法，其特征在于收发机包含4个发射通道和4个接收通道，分别通过收发开关接定向天线的0º天线，90º天线，180º天线，270º天线，单片机MCU与现场可编程门阵列FPGA连接，现场可编程门阵列FPGA的四路输出分别依次经D/A转换器、中频放大器、上变频器、功率放大器接收发开关的输入，收发开关的四路输出分别依次经低噪声放大器、下变频器、中频放大器、A/D转换器接现场可编程门阵列FPGA的四路输入，第1锁相环分别接第1、2、3、4上变频器，第2锁相环分别接第1、2、3、4下变频器，单片机MCU和现场可编程门阵列FPGA共同完成定向天线的全向波束发射，发射相位FPGA设置为0～360º，最小步进为0.25º，该系统的幅度/相位校准步骤如下：1：天线发射幅度校准1）收发开关分别设置为单通道发射模式；2）天线ch0,ch90,ch180,ch270分别轮流发射，利用每个通道的发射检波器将4个发射通道的幅度调整一致；2：天线ch0,ch180同时发，ch90收，1）收发开关设置为天线ch0,ch180发，ch90收，ch270接50Ω负载模式；2）设置天线ch0的发射相位为0；设置ch90的发射相位为0；设置ch180的发射相位为0；设置ch270的发射相位为0；3）0～360º范围内调整ch180的发射相位，ch90接收到最小值时，记录此时ch180的发射相位为θ1；4）θ1旋转180º得到ch180_pha1，3：天线ch0,ch180同时发，ch270收，1）收发开关设置为天线ch0,ch180发，ch270收，ch90接50Ω负载模式；2）设置ch0的发射相位为0；设置ch90的发射相位为0；设置ch180的发射相位为0；设置ch270的发射相位为0；3）0～360º范围内调整ch180的发射相位，ch270接收到最小值时，记录此时ch180的发射相位为θ2；4)θ2旋转180º得到ch180_pha2；5）ch180_pha1与ch180_pha2取平均值得到α180，4：天线ch0，ch180，ch270同时发，ch90收，1）收发开关设置为天线ch0，ch180，ch270发，ch90收模式；2）设置ch0的发射相位为0；设置ch90的发射相位为0；设置ch180的发射相位为α180；设置ch270的发射相位为0；3）0～360º范围内调整ch270的发射相位，ch90接收到最大值时，记录此时ch270的发射相位为α270；5：天线ch0，ch90，ch180同时发，ch270收，1）收发开关设置为天线ch0，ch90，ch180发，ch270收模式；2）设置ch0的发射相位为0；设置ch90的发射相位为0；设置ch180的发射相位为α180；设置ch270的发射相位为0；3）0～360º范围内调整ch90的发射相位，ch270接收到最大值时，记录此时ch90的发射相位为α90；4）此时得到以ch0为基准的4个通道发射相位值：设置ch0的发射相位为0；设置ch90的发射相位为α90；设置ch180的发射相位为α180；设置ch270的发射相位为α270；6：天线ch90,ch270同时发，ch0收1）收发开关设置为天线ch90,ch270发，ch0收，ch180接50Ω负载模式；2）设置ch0的发射相位为0；设置ch90的发射相位为0；设置ch180的发射相位为0；设置ch270的发射相位为0；3)0～360º范围内调整ch90的发射相位，ch0接收到最小值时，记录此时ch90的发射相位为θ3；4)θ3旋转180º得到ch90_pha1；7：天线ch90,ch270同时发，ch180收1)收发开关设置为天线ch90,ch270发，ch180收，ch0接50Ω负载模式；2)设置ch0的发射相位为0；设置ch90的发射相位为0；设置ch180的发射相位为0；设置ch270的发射相位为0；3)0～360º范围内调整ch90的发射相位，ch180接收到最小值时，记录此时ch90的发射相位为θ4；4)θ4旋转180º得到ch90_pha2；5)ch90_pha1与ch90_pha2取平均值得到β90；8：天线ch90，ch180，ch270同时发，ch0收1)收发开关设置为天线ch90，ch180，ch270发，ch0收模式；2)设置ch0的发射相位为0；设置ch90的发射相位为β90；设置ch180的发射相位为0；设置ch270的发射相位为0；3)0～360º范围内调整ch180的发射相位，ch0接收到最大值时，记录此时ch180的发射相位为β180；9：天线ch0，ch90，ch270同时发，ch180收1)收发开关设置为天线ch0，ch90，ch270发，ch180收模式；2)设置ch0的发射相位为0；设置ch90的发射相位为β90；设置ch180的发射相位为0；设置ch270的发射相位为0；3)0～360º范围内调整ch0的发射相位，ch180接收到最大值时，记录此时ch0的发射相位为β0；4)此时得到以ch270为基准的4个通道发射相位值：设置ch0的发射相位为β0；设置ch90的发射相位为β90；设置ch180的发射相位为β180；设置ch270的发射相位为0；10：得到形成全向的ch0，ch90，ch180，ch270的发射相位1）ch0，ch90，ch180，ch270的发射相位值以ch270为基准分别为β0，β90，β180，0；以ch0为基准进行相位变换处理，得到新的一组以ch0为基准的4个通道发射相位值如下：ch0的发射相位为0；ch90的发射相位为γ90 = β90‑β0；ch180的发射相位为γ180 = β180‑β0；ch270的发射相位为γ270 = ‑β0；还有一组步骤5得到的以ch0为基准的4个通道发射相位值：ch0的发射相位为0；ch90的发射相位为α90；ch180的发射相位为α180；ch270的发射相位为α270；2)形成全向时，需要的4个通道发射相位计算结果如下：ch0的发射相位为：θ0 = 0º；ch90的发射相位为：θ90 = α90与γ90的平均值；ch180的发射相位为：θ180 =α180；ch270的发射相位为：θ270 = α270与γ270的平均值；3)设置并保存4个通道ch0~ch270的发射相位θ0，θ90，θ180，θ270，天线校准结束。