基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及通信技术领域，特别涉及基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，包括：复数个天线单元，每一天线单元包括一射频通道和一天线，每一射频通道连接一天线，天线单元可控制地于发送通道和接收通道之间切换，复数个天线单元的天线排列为M行N列的均匀矩形平面阵，其中M,N均为大于3的正整数；一单音发送模块，用于生成单音信号；一校正计算模块，用于计算天线单元的幅相误差；复数个天线切换开关，每一天线切换开关可控制地连通一天线单元与校正计算模块或一天线单元与单音发送模块。本发明专利技术简化了运算复杂度，提高了校正精度且易于工程实现。

【技术实现步骤摘要】
基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置及方法
本专利技术涉及通信
，特别涉及一种天线幅相误差自校正装置及方法。
技术介绍
天线作为通信系统的重要部分，其性能直接影响整个系统质量的优劣。在通信和角度测量应用中，天线波束的副瓣电平、波束指向、差波束零深等是系统的重要指标，波束副瓣电平的高低在很大程度上决定了通信系统是否具有降低空间复用信号的相互干扰、是否具有减少电磁污染的能力；波束指向和差波束零深直接影响测角精度。相比于机械伺服天线，影响相控阵天线实际性能的因素较多，比如，目前大多数的相控阵天线均采用数字移相器和数字衰减器，它们所能提供的相移值和衰减值仅为最小值的整数倍，导致幅度或相位量化误差，另外还有馈电网络误差、制造公差、装配误差、单元失效、天线在长期使用的过程中产生的热变形等等因素都会导致天线阵各通道间产生幅相误差，由此带来的问题是实际的波束指向偏离预期指向，副瓣电平抬高，零深变浅，使天线的实际性能难以达到理论设计值。此外，当相控阵天线安装完毕之后，就需要依赖校正算法来校正通道的幅相误差。目前绝大多数的校正算法都集中在现场校正上。这些校正方法大致可以分为近场校正、内部校正和远场校正。其中，内部校正法为每一路通道设计专门的校正回路，并放置于每一个天线的附近，用于测量天线发射信号的输出功率。随后校正回路把测量信号传输给专门的处理单元，并得到所有通道的幅度和相位误差值。内部校正算法的最大问题在于需要大量的校正回路，这是一笔很大的开销，尤其对于大型相控阵列而言，将会增加整机系统的制造维护成本，同时校正链路不包含射频开关和天线，因此无法对天线和射频开关的幅相误差进行校正，而且硬件开销大。
技术实现思路
为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，本专利技术还提供一种基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正方法，本专利技术的技术方案如下：基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，包括：复数个天线单元，每一所述天线单元包括一射频通道和一天线，每一所述射频通道连接一所述天线，所述天线单元可控制地于发送通道和接收通道之间切换，复数个所述天线单元的所述天线排列为M行N列的均匀矩形平面阵，其中M,N均为大于3的正整数；一单音发送模块，用于生成单音信号；一校正计算模块，用于计算所述天线单元的幅相误差；复数个天线切换开关，每一所述天线切换开关可控制地连通一所述天线单元与所述校正计算模块或一所述天线单元与所述单音发送模块。本专利技术的基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，还包括复数个模数转换器模块，每一所述模数转换器模块连接于一所述天线切换开关和所述校正计算模块之间，用于将接收的模拟信号转换为数字信号。本专利技术的基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，还包括复数个数模转换器模块，每一所述数模转换器模块连接于所述天线切换开关和所述单音发送模块之间，用于将所述单音发送模块发送的数字单音信号转换为模拟信号。本专利技术的基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，每一所述天线切换开关包括第一端，第二端和第三端，每一所述天线切换开关可控制地导通所述第一端和所述第二端或所述第二端和所述第三端，所述第一端连接所述天线单元，所述第二端连接一所述模数转换器模块，所述第三端连接一所述数模转换器模块。本专利技术的基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，所述校正计算模块包括发送幅相误差计算模块，所述发送幅相误差计算模块依据以下公式获得：其中，为所述天线TX11的发射通道的幅相误差因子，为所述天线TXmn的发射通道的幅相误差因子。本专利技术的基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，所述校正计算模块包括接收幅相误差计算模块，所述接收幅相误差计算模块依据以下公式获得：其中，为所述天线TX11的接收通道的幅相误差因子，为所述天线TXmn的接收通道的幅相误差因子。本专利技术还提供基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正方法，用于上述的幅相误差自校正装置，包括以下步骤：步骤S11，沿所述均匀矩形平面阵中的逐行依次选择一天线TXmi切换为发送通道，所述天线TXmi连通所述单音发送模块，所述单音发送模块发送的单音信号s(t)经所述天线TXmi发送，与所述天线TXmi位于同一行的至少一天线TXm(i-1)和天线TXm(i+1)切换至接收通道，所述天线TXm(i-1)和天线TXm(i+1)连通所述校正计算模块，其中i为大于1小于N的整数，m为小于等于M的正整数；步骤S12，所述校正计算模块依据所述天线TXm(i-1)和所述天线TXm(i+1)收到的矢量信号获得第m行天线之间的接收幅相误差：其中，为所述天线TXmi接收通道的幅相误差因子，为所述天线TXm(i+1)接收通道的幅相误差因子；步骤S13，沿所述均匀矩形平面阵中的逐列依次选择一天线TXpn切换为发送通道，所述天线TXpn连通所述单音发送模块，所述单音发送模块发送的单音信号s(t)经所述天线TXpn发送，与所述天线TXTXpn位于同一列的至少一天线TX(P-1)n和天线TX(p+1)n切换至接收通道，所述天线TX(P-1)n和天线TX(p+1)n连通所述校正计算模块，其中p为大于1小于M的整数，n为小于等于N的正整数；步骤514，所述校正计算模块获取第n列天线之间的接收幅相误差：其中，为所述天线TXpn接收通道的幅相误差因子，为所述天线TX(p+1)n接收通道的幅相误差因子；步骤515，所述校正计算模块依据所述第m行天线之间的接收幅相误差与所述第n列天线之间的接收幅相误差获得所述均匀矩形平面阵的接收幅相误差为：步骤516，将上述步骤S11至步骤S14中的所述发送通道与所述接收通道互换以获得所述均匀矩形平面阵的发送幅相误差为：本专利技术的基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正方法，于所述步骤S16之后，还包括S17，对所述均匀矩形平面阵中的每一天线的发送通道补偿相应的所述发送幅相误差，对所述均匀矩形平面阵中的每一天线的接收通道补偿相应的所述接收幅相误差。本专利技术的基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正方法，所述步骤S11之前，还包括以下步骤：将一天线TX11切换为发送通道，所述天线TX11连通所述单音发送模块，所述单音发送模块发送单音信号s(t)，将一天线TX12和一天线TX13切换为接收通道，所述天线TX12接收到的第一矢量信号为：所述天线TX13接收到的第二矢量信号为：其中，为所述天线TX12与所述天线TX11的实际距离产生的衰落信道因子，为所述天线TX13与所述天线TX11的实际距离产生的衰落信道因子，为所述天线TX11的发射通道的幅相误差因子，为所述天线TX12的接收通道的幅相误差因子，为所述天线TX13的接收通道的幅相误差因子；将所述天线TX12切换为发射通道，所述天线TX12发送单音信号s(t)，将所述天线TX13和所述天线TX14切换为接收通道，所述天线TX13接收到的第三矢量信号为：所述天线TX14接收到的第四矢量信号为：其中，为所述天线TX13与所述天线TX12的实际距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，其特征在于，包括：/n复数个天线单元，每一所述天线单元包括一射频通道和一天线，每一所述射频通道连接一所述天线，所述天线单元可控制地于发送通道和接收通道之间切换，复数个所述天线单元的所述天线排列为M行N列的均匀矩形平面阵，其中M，N均为大于3的正整数；/n一单音发送模块，用于生成单音信号；/n一校正计算模块，用于计算所述天线单元的幅相误差；/n复数个天线切换开关，每一所述天线切换开关可控制地连通一所述天线单元与所述校正计算模块或一所述天线单元与所述单音发送模块。/n

【技术特征摘要】
1.基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，其特征在于，包括：
复数个天线单元，每一所述天线单元包括一射频通道和一天线，每一所述射频通道连接一所述天线，所述天线单元可控制地于发送通道和接收通道之间切换，复数个所述天线单元的所述天线排列为M行N列的均匀矩形平面阵，其中M，N均为大于3的正整数；
一单音发送模块，用于生成单音信号；
一校正计算模块，用于计算所述天线单元的幅相误差；
复数个天线切换开关，每一所述天线切换开关可控制地连通一所述天线单元与所述校正计算模块或一所述天线单元与所述单音发送模块。


2.根据权利要求1所述的基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，其特征在于，还包括复数个模数转换器模块，每一所述模数转换器模块连接于一所述天线切换开关和所述校正计算模块之间，用于将接收的模拟信号转换为数字信号。


3.根据权利要求2所述的基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，其特征在于，还包括复数个数模转换器模块，每一所述数模转换器模块连接于所述天线切换开关和所述单音发送模块之间，用于将所述单音发送模块发送的数字单音信号转换为模拟信号。


4.根据权利要求3所述的基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，其特征在于，每一所述天线切换开关包括第一端，第二端和第三端，每一所述天线切换开关可控制地导通所述第一端和所述第二端或所述第二端和所述第三端，所述第一端连接所述天线单元，所述第二端连接一所述模数转换器模块，所述第三端连接一所述数模转换器模块。


5.根据权利要求1所述的基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，其特征在于，所述校正计算模块包括发送幅相误差计算模块，所述发送幅相误差计算模块依据以下公式获得：其中，为所述天线TX11的发射通道的幅相误差因子，为所述天线TXmn的发射通道的幅相误差因子。


6.根据权利要求1所述的基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正装置，其特征在于，所述校正计算模块包括接收幅相误差计算模块，所述接收幅相误差计算模块依据以下公式获得：

其中，为所述天线TX11的接收通道的幅相误差因子，为所述天线TXmn的接收通道的幅相误差因子。


7.基于均匀矩形平面阵的幅相误差自校正方法，其特征在于，用于权利要求1-6任意一项所述的幅相误差自校正装置，包括以下步骤：
步骤S11，沿所述均匀矩形平面阵中的逐行依次选择一天线TXmi切换为发送通道，所述天线TXmi连通所述单音发送模块，所述单音发送模块发送的单音信号s(t)经所述天线TXmi发送，与所述天线TXmi位于同一行的至少一天线TXm(i-1)和天线TXm(i+1)切换至接收通道，所述天线TXm(i-1)和天线TXm(i+1)连通所述校正计算模块，其中i为大于1小于N的整数，m为小于等于M的正整数；
步骤S12，所述校正计算模块依据所述天线TXm(i-1)和所述天线TXm(i+1)收到的矢量信号获得第m行天线之间的接收幅相误差：其中，为所述天线TXmi接收通道的幅相误差因子，为所述天线TXm(i+1)接收通道的幅相误差因子；
步骤S13，沿所述均匀矩形平面阵中的逐列依次选择一天线TXpn切换为发送通道，所述天线TXpn连通所述单音发送模块，所述单音发送模块发送的单音信号s(t)经所述天线TXpn发送，与所述天线TXpn位于同一列的至少一天线TX(P-1)n和天线TX(p+1)n切换至接收通道，所述天线TX(P-1)n和天线TX(p+1)n连通所述校正计算模块，其中p为大于1小于M的整数，n为小于等于N的正整数；
步骤S14，所述校正计算模块获取第n列天线之间的接收幅相误差：其中，为所述天线TXpn接收通道的幅相误差因子，为所述天线TX(p+1)n接收通道的幅相误差因子；
步骤S15，所述校正计算模块依据所述第m行天线之间的接收幅相误差与所述第n列天线之间的接收幅相误差获...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏强，阚伟伟，吴司熠，
申请(专利权)人：上海磐启微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31