一种适用于不同有源阵列天线的一体化校正系统及校正方法技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于不同有源阵列天线的一体化校正系统及校正方法，包括：有源阵列天线、高精度测量实时补偿单元、测试探头、工控机、矢量网络分析仪、RF电缆、低频电缆；本发明专利技术具有校正精度高、校正时间短，简单、易于实现、具有强的通用性的优点，具有良好的工程实现性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有源阵列天线的校正系统及校正方法，特别是一种能够适用于不同有源阵列天线的校正系统及校正方法。本专利技术属于天线

技术介绍
随着微电子、微波毫米波、天线、材料、制造、工艺和封装等技术的发展，卫星、导弹、飞机等平台的不断进步，通信、导航、侦察、数传、雷达、能量传输、微波武器等领域军用和民用需求的需求提高，有源阵列天线应用越来越广。有源阵列天线为满足技术发展和应用需求，阵列的规模越来越大、频率越来越高、集成度越来越高、功能越来越复杂，性能指标越来越高、研制周期和成本要求降低，必须采用一体化校正技术。国内导航二代二期星间链路采用了Ka频段相控阵天线，天线为有源、收发半双工体制，天线阵列规模大、扫描角度大、单元间距小、通道间互耦强，同时要求天线具有高的扫描效率、低的旁瓣电平；在后续组网星中要求压缩研制周期、降低研制成本、优化研制流程，为此必须采用一种快速一体化校正方法，能够实现校正和天线辐射特性测试的一体化。有源阵列天线因为要求完成的功能性能不同、应用场地和搭载平台不同，天线具体组成和差异较大，目前，国内外高校和科研机构提出了应用于有源阵列天线的不同类型的校正技术，主要包括内校正和外校正，内校正没有考虑各个辐射单元性能差异，一般需要增加校正网络、增加了产品设计复杂性；外校正完成包括辐射单元在内的各个通道一体化校正，校正时与产品的真实状态一致，适用于不同频段、不同类型产品。外校正方法很多，主要包括平面近场、矩阵求逆、FFT、换相法、BIT行波耦合馈线、CCE、UTE、REV法、基于互耦测量等。平面近场技术在近场利用探针天线来测量被测天线孔径上场的幅度和相位，根据电磁场平面波展开理论计算相控阵天线的辐射远场，从而获取相控阵天线的辐射特征参数，该方法需要对天线和探针进行精确校准、探针扫描控制精确、采样数据量大、数据处理复杂；矩阵求逆法是一种远场校准方法，需要整个阵列天线的远距离测试场、辅助天线和转台系统，在N个预定的角位置测出幅度和相位，再通过矩阵求逆运算得到天线口径分布的幅度和相位值，该方法需要暗室远场大、测试位置多，处理复杂、通用性差；FFT校准法需要将行波馈电网络加在被测天线的阵元与数字移相器之间，实现对天线口径的近似等幅和线性相位激励，以便在既没有天线测试场也不在天线孔径前放置近场探针的情况下模拟远场信号的接收，用FFT替代矩阵求逆得到通道的幅度和相位值。该方法增加天线设计复杂度，通用性不强；互耦校准法利用有源阵列天线的单元互耦完成通道校准，该方法对阵列栅格有限制，同时校正精度受信噪比影响大，通用性受影响；UTE校准法用于校正模拟阵列天线时需要在移相器之后加上额外的硬件，来提供精确的信号编码，该方法增加了产品设计复杂度，通用性不强；CCE校准法需要利用相干检测提取相位信息，校正复杂度较高，而且需要增加一个额外的参考通道，该方法增加了产品设计复杂度，通用性不强；BIT行波耦合馈线法需要在设计中增加校正硬件，增加产品设计，通用性受限；REV校准法是一种较为通用的校准技术，该方法对于数字移相器，不能直接获得完整的旋转圆，单个通道状态变化受信道噪声和测量误差影响较大，需要求解移相器各状态的实际相对幅度增益和相移，测试数据量大，处理较为复杂，对于较大星载相控阵天线，资源受限；换相法测量相控阵天线不同配相状态下探头的接收信号幅相，然后用数学算法对实验数据进行处理进而确定出任意配相状态下各通道的激励幅相，该方法充分利用了相控阵天线相位可控的特点，能大大减小相控阵天线测量和诊断时间，对测试环境的要求比较低，具有很强的实用性，但是该方法一般要求单通道工作、通道为满足校正增加了TR组件的负载端口，增加了产品设计复杂度，同时目前换相法要求移相器进行多组相位配置，对于大规模星载有源阵列天线而言，增加了资源需求。鉴于不同类型有源阵列天线特点和任务研制对有源阵列天线通道的校正需求，校正方法既要简单、校正精度高、校正时间短、易于实现，又要能够适用于不同类型的有源阵列天线。现有公开的或已知的校正方法很难满足上述应用要求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有校正方法的不足，提供一种适用于不同有源阵列天线的一体化校正系统及校正方法，具有校正精度高、校正时间短，简单、易于实现、具有强的通用性的优点，具有良好的工程实现性。本专利技术的技术解决方案：一种适用于不同有源阵列天线的一体化校正系统，其特征在于包括：有源阵列天线(1)、高精度测量实时补偿单元(2)、测试探头(3)、工控机(4)、矢量网络分析仪(5)、RF电缆(6)、低频电缆(7)；有源阵列天线(1)为待校正产品，各个RF通道具有移相、衰减和加断电能力，通过低频电缆(7)与工控机相连接；高精度测量实时补偿单元(2)为具有对RF信号通路和短路功能的微波部件，通过工控机的控制实现RF信号的通路和短路状态，补偿RF电缆抖动，矢量网络分析仪幅度和相位波动、矢量网络分析仪的温漂测量误差；测试探头(3)用于接收有源阵列天线(1)的RF信号，或者向有源阵列天线(1)发射RF信号，测试探头(3)置于有源阵列天线(1)的远场，并与有源阵列天线(1)的口面平行，口面中心对准；工控机(4)一方面控制有源阵列天线(1)的各个RF通道完成移相，衰减和加断电的配置；工控机(4)还对有源阵列天线(1)各个RF通道测量的幅度和相位，通过修正的三态校正算法进行处理，完成有源阵列天线(1)RF通道校正；另一方面控制高精度测量实时补偿单元(2)，使高精度测量实时补偿单元(2)置于通路或短路状态；第三方面还控制矢量网络分析仪(5)读取有源阵列天线(1)各个RF通道的幅度和相位，同时接收控制矢量网络分析仪(5)传回的各个RF通道的幅度和相位；矢量网络分析仪(5)两端与精度测量实时补偿单元(2)和测试探头(3)连接，矢量网络分析仪(5)与有源阵列天线(1)、高精度测量实时补偿单元(2)和测试探头(3)通过RF电缆(6)组成RF回路；低频电缆(7)完成有源阵列天线(1)、高精度测量实时补偿单元(2)、工控机(4)和矢量网络分析仪(5)的连接，保证工控机(4)实现对高精度测量实时补偿单元(2)、矢量网络分析仪(5)的控制、有源阵列天线(1)的供电。所述工控机(4)控制有源阵列天线(1)的各个RF通道完成移相、衰减和加断电的状态配置的过程如下：(1)对有源阵列天线各个RF通道加电；(2)对有源阵列天线RF通道1移相器置零移相、衰减器置零衰减，RF通道1以外的其它RF通道衰减器置最大衰减、相邻通道移相器的相位分别置0度和180度；(3)对有源阵列天线RF通道1的移相器置120度移相、衰减器置零衰减，其它RF通道置状态的设置保持不变；(4)对有源阵列天线RF通道1的移相器置240度移相、衰减器置零衰减，其它RF通道置设置保持不变；(5)重复步骤(2)、(3)、(4)，完成其它RF通道的移相、衰减配置；(6)(1)对有源阵列天线各个RF通道断电。所述工控机的控制实现RF信号的通路和短路状态，补偿RF电缆抖动、矢量网络分析仪幅度和相位波动、矢量网络分析仪的温漂测量误差的过程：工控机控制高精度测量实时补偿单元置于通路状态，矢量网络分析仪测量各个RF通道的幅度和相位；工控机控制高精度测量实时补偿单元置于短路状态，矢量网络本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于不同有源阵列天线的一体化校正系统，其特征在于包括：有源阵列天线、高精度测量实时补偿单元、测试探头、工控机、矢量网络分析仪、RF电缆和低频电缆；有源阵列天线为待校正产品，各个RF通道具有移相、衰减和加断电能力，通过低频电缆与工控机相连接；高精度测量实时补偿单元为具有对RF信号通路和短路功能的微波部件，通过工控机的控制实现RF信号的通路和短路状态，补偿RF电缆抖动，矢量网络分析仪幅度和相位波动、矢量网络分析仪的温漂测量误差；测试探头用于接收有源阵列天线的RF信号，或者向有源阵列天线发射RF信号，测试探头置于有源阵列天线的远场，并与有源阵列天线的口面平行，口面中心对准；工控机一方面控制有源阵列天线的各个RF通道完成移相、衰减和加断电的配置；工控机还对有源阵列天线各个RF通道测量的幅度和相位数据，通过修正的三态换相校正算法进行处理，完成有源阵列天线RF通道的校正；另一方面控制高精度测量实时补偿单元，使高精度测量实时补偿单元置于通路或短路状态；第三方面还控制矢量网络分析仪读取有源阵列天线各个RF通道的幅度和相位，同时接收矢量网络分析仪传回的各个RF通道的幅度和相位；矢量网络分析仪两端与高精度测量实时补偿单元和测试探头连接，矢量网络分析仪与有源阵列天线、高精度测量实时补偿单元和测试探头通过RF电缆组成RF回路；低频电缆完成有源阵列天线高精度测量实时补偿单元、工控机和矢量网络分析仪的连接，保证工控机实现对高精度测量实时补偿单元、矢量网络分析仪的控制、有源阵列天线的供电。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于不同有源阵列天线的一体化校正系统，其特征在于包括：有源阵列天线、高精度测量实时补偿单元、测试探头、工控机、矢量网络分析仪、RF电缆和低频电缆；有源阵列天线为待校正产品，各个RF通道具有移相、衰减和加断电能力，通过低频电缆与工控机相连接；高精度测量实时补偿单元为具有对RF信号通路和短路功能的微波部件，通过工控机的控制实现RF信号的通路和短路状态，补偿RF电缆抖动，矢量网络分析仪幅度和相位波动、矢量网络分析仪的温漂测量误差；测试探头用于接收有源阵列天线的RF信号，或者向有源阵列天线发射RF信号，测试探头置于有源阵列天线的远场，并与有源阵列天线的口面平行，口面中心对准；工控机一方面控制有源阵列天线的各个RF通道完成移相、衰减和加断电的配置；工控机还对有源阵列天线各个RF通道测量的幅度和相位数据，通过修正的三态换相校正算法进行处理，完成有源阵列天线RF通道的校正；另一方面控制高精度测量实时补偿单元，使高精度测量实时补偿单元置于通路或短路状态；第三方面还控制矢量网络分析仪读取有源阵列天线各个RF通道的幅度和相位，同时接收矢量网络分析仪传回的各个RF通道的幅度和相位；矢量网络分析仪两端与高精度测量实时补偿单元和测试探头连接，矢量网络分析仪与有源阵列天线、高精度测量实时补偿单元和测试探头通过RF电缆组成RF回路；低频电缆完成有源阵列天线高精度测量实时补偿单元、工控机和矢量网络分析仪的连接，保证工控机实现对高精度测量实时补偿单元、矢量网络分析仪的控制、有源阵列天线的供电。2.根据权利要求1所述的适用于不同有源阵列天线的一体化校正系统，其特征在于：所述工控机控制有源阵列天线的各个RF通道，完成移相、衰减和加断电的状态配置的过程如下：(1)对有源阵列天线各个RF通道加电；(2)对有源阵列天线RF通道1移相器置零移相、衰减器置零衰减，RF通道1以外的其它RF通道衰减器置最大衰减、相邻通道移相器的相位分别置0度和180度；(3)对有源阵列天线RF通道1的移相器置120度移相、衰减器置零衰减，其它RF通道的状态设置保持不变；(4)对有源阵列天线RF通道1的移相器置240度移相、衰减器置零衰减，其它RF通道的状态设置保持不变；(5)重复步骤(2)、(3)、(4)，完成其它RF通道的移相、衰减配置；(6)对有源阵列天线各个RF通道断电。3.根据权利要求1所述的适用于不同有源阵列天线的一体化校正系统，其特征在于：所述工控机控制高精度测量实时补偿单元，实现RF信号的通路和短路状态，补偿RF电缆抖动、矢量网络分析仪幅度和相位波动、矢量网络分析仪的温漂测量误差的过程：工控机控制高精度测量实时补偿单元置于通路状态，矢量网络分析仪测量各个RF通道的幅度和相位；工控机控制高精度测量实时补偿单元置于短路状态，矢量网络分析仪测量各个RF通道的幅度和相位；将上述两次测量结果相减，即消除了RF电缆抖动，矢量网络分析仪幅度和相位波动、矢量网络分析仪的温漂测量误差。4.根据权利要求1所述的适用于不同有源阵列天线的一体化校正系统，其特征在于：所述测试探头置于有源阵列天线的远场，远场距离满足d≥2D2/λ，d为测试探头和有源阵列天线间的距离，D为有源阵列天线口径尺寸，λ为有源阵列天线的工作频率对应的波长，通过此方式降低了对测试环境要求，同时实现校正和天...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成国，王迪，李若昕，张宏谋，李竹君，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61