本發(fā)明涉及有源相控陣天線，更具體地，涉及一種內(nèi)置標校網(wǎng)絡的有源相控陣天線裝置及標校方法。

背景技術：

1、有源相控陣天線各通道鏈路設計時雖然采用對稱結構及鏈路相同的設計，但是由于結構誤差及有源器件特性差異、加工精度、工作頻率和使用環(huán)境溫度等因素，導致了各通道幅度和相位出現(xiàn)較大差異，因此，出廠前有源相控陣天線必須進行幅度和相位標校，保證各通道初始幅度和相位的一致性，以提高相控陣的波束指向精度、旁瓣等關鍵指標。而在現(xiàn)有技術中，通常有源相控陣天線是通過互耦標校法或者借助外部微波暗室輔助天線條件來進行標校，該方法需要價格昂貴的微波暗室測試環(huán)境和精密的伺服控制驅動測量探頭，裝置復雜性也較高，代價大。此外，由于有源陣列天線是應用在裝置上的，服役期限較長，壽命周期內(nèi)，由于器件老化、環(huán)境影響、有源組件溫濕度響應一致性等因素，內(nèi)部條件可能發(fā)生較大變化，因此，有源陣列天線出廠前的校正并不能保證整個壽命周期內(nèi)的陣列幅度相位一致性，并且在毫米波相控陣應用領域中，由于產(chǎn)品體積小、集成度高，上下變頻部分通常與天線陣面結合在一起，這給相控陣天線的幅度和相位標校也帶來更大的難度。

2、因此，為了解決上述問題，本技術提供了一種內(nèi)置標校網(wǎng)絡能夠實現(xiàn)自身標校功能的有源相控陣天線來解決上述問題，保證了整機裝置在全壽命周期內(nèi)穩(wěn)定可靠運行。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在克服上述現(xiàn)有技術的至少一種缺陷(不足)，提供一種內(nèi)置標校網(wǎng)絡的有源相控陣天線裝置及標校方法，用于解決現(xiàn)有的有源相控陣天線僅依靠有源陣列天線出廠前的校正并不能保證其在整個壽命周期內(nèi)能夠保持陣列幅度相位的一致性，以及現(xiàn)有標校方法復雜性高、所需價格昂貴等問題。

2、本發(fā)明采取的技術方案是一種內(nèi)置標校網(wǎng)絡的有源相控陣天線裝置，所述裝置包括：發(fā)射鏈路、接收鏈路、標校鏈路以及主控單元；其中，所述主控單元分別與發(fā)射鏈路、接收鏈路以及標校鏈路相連，用于控制信號的接收和發(fā)送以及控制各通道的幅相標校；

3、在所述標校鏈路中，雙平衡無源混頻器、帶通濾波器、雙向功率放大器以及標校饋電網(wǎng)絡依次雙向相連，并且所述標校饋電網(wǎng)絡通過雙向連接的方式連接在發(fā)射鏈路和接收鏈路的耦合器上，實現(xiàn)標校鏈路中信號的雙向傳輸；

4、所述裝置還包括幅相控制單元和矢量網(wǎng)絡分析儀，所述矢量網(wǎng)絡分析儀用于連接發(fā)射鏈路和標校鏈路或者連接接收鏈路和標校鏈路，在對發(fā)射鏈路或者接收鏈路標校時精確地測量各通道的幅度和相位響應，并將測量結果反饋給主控單元，所述主控單元根據(jù)結果生成相應指令控制幅相控制單元來對各個通道進行幅相標校。

5、在有源相控陣天線裝置中上下變頻部分是與天線陣面結合在一起的，天線陣面中包含了多個天線單元，每個單元的信號都必須在正確的幅度和相位下進行同步才能實現(xiàn)波束的電子掃描和方向控制，因此對天線陣面的各通道幅度和相位進行標校顯得尤為重要。在本技術中，通過在裝置中設置可進行雙向信號傳輸?shù)臉诵ｆ溌罚沟冒l(fā)射鏈路和接收鏈路均可通過標校鏈路來進行標校，以及結合幅相控制單元來使有源相控陣天線在使用過程中能夠隨時校正各個通道的幅度和相位偏差，避免了由于制造公差、老化、環(huán)境變化等原因導致的有源相控陣天線的各個通道可能會出現(xiàn)幅度和相位不一致等問題，并通過矢量網(wǎng)絡分析儀結合所述標校鏈路來實時檢測所出現(xiàn)的偏差并及時進行校準補償，從而消除由這些不一致性引起的性能下降等問題，提高了裝置的總體精度，確保發(fā)射和接收波束的準確性，保證了有源相控陣天線裝置的可靠性。

6、優(yōu)選地，在所述發(fā)射鏈路和接收鏈路中還包括有若干t/r組件，所述t/r組件包括射頻開關、t衰減器、t移相器、功率放大器、r衰減器、r移相器、低噪聲放大器以及射頻開關；

7、所述幅相控制單元分別與各個t/r組件上的t衰減器、t移相器、r衰減器、r移相器相連，當對發(fā)射鏈路標校時，所述幅相控制單元通過調(diào)節(jié)t衰減器和t移相器來對通道進行標校；當對接收鏈路標校時，所述幅相控制單元通過調(diào)節(jié)r衰減器和r移相器來對通道進行標校。

8、在本發(fā)明中利用幅相控制單元來調(diào)節(jié)移相器和衰減器，從而得到相應通道的衰減器和移相器標校值，簡化了標校過程，確保了裝置中所有通道的幅度和相位調(diào)整相對于同一基準，從而減少了復雜性和潛在的錯誤，幫助維持所述有源相控陣天線各通道之間的響應一致性，提高了天線陣列的性能和穩(wěn)定性。

9、優(yōu)選地，在所述發(fā)射鏈路和接收鏈路中還包括了中頻放大器、混頻器、帶通濾波器、功率放大器、射頻開關、功分網(wǎng)絡以及天線單元；

10、其中，在所述發(fā)射鏈路中，信號首先經(jīng)過中頻放大器進行放大后，輸入到混頻器中，通過混頻器上變頻到射頻頻率，然后通過帶通濾波器來濾除本振信號和其他混頻信號，經(jīng)過功率放大器放大后射頻開關導通至發(fā)射鏈路，使得功分網(wǎng)絡與功率放大器連通，所述功分網(wǎng)絡將功率放大器放大后的信號均分為若干個通道信號進入到對應的t/r組件中進行處理，最后經(jīng)過耦合器后通過天線單元輻射出去；

11、在所述接收鏈路中，天線單元接收到信號后，經(jīng)過耦合器后輸入到對應的t/r組件中進行處理，然后利用功分網(wǎng)絡將多個信號匯聚到一個單一的端口中進行信號的合成，射頻開關導通至接收鏈路使合成后的信號依次經(jīng)過功率放大器、帶通濾波器、混頻器以及中頻放大器中進行處理，從而得到接收的信號。

12、在本技術中在通過天線發(fā)射信號或者通過天線接收信號前，需要利用耦合器來對信號進行耦合，若是需要對通道進行標校，則各個通道的耦合信號通過導線進入標校鏈路中進行標校，其中，在所述標校鏈路中，所述標校饋電網(wǎng)絡可以實現(xiàn)對耦合信號的合路或者分路，從而使得發(fā)射鏈路和接收鏈路均可使用裝置中內(nèi)置的標校鏈路來進行標校處理，而無需對每個通道單獨進行標校，有效地簡化了有源相控天線系統(tǒng)中各通道的標校過程。

13、優(yōu)選地，在所述裝置中還包括了頻率發(fā)生器，用于產(chǎn)生本振信號，并通過功分器利用射頻開關分別與所述發(fā)射鏈路和所述接收鏈路中的混頻器相連，以及與所述標校鏈路中的雙平衡無源混頻器相連，用于將本振信號發(fā)送給所述發(fā)射鏈路、接收鏈路以及標校鏈路；當裝置工作在發(fā)射鏈路時，射頻開關導通至發(fā)射混頻器，當裝置工作在接收鏈路時，射頻開關導通至接收混頻器。

14、在本技術中通過設置頻率發(fā)生器來為發(fā)射鏈路、接收鏈路以及標校鏈路提供精確的頻率信號，并該信號中輸入到混頻器中進行混頻，驅動天線陣列中的鏈路生成所需的射頻信號。

15、優(yōu)選地，所述裝置還包括數(shù)據(jù)庫存儲單元，用于存儲進行標校時所產(chǎn)生的幅相標校數(shù)據(jù)，以便于可以進行標校時可以直接讀取數(shù)據(jù)庫存儲單元中所存儲的標校數(shù)據(jù)進行標校。

16、優(yōu)選地，所述裝置還包括了射頻開關控制單元，用于接收并根據(jù)主控單元的指令來控制裝置中的射頻開關實現(xiàn)相應鏈路的導通，從而使得裝置能夠在不同的信號路徑之間進行切換，并阻斷未選中通道的信號，避免信號干擾。

17、另一方面，本發(fā)明還提供一種基于上述所述裝置的內(nèi)置標校網(wǎng)絡的有源相控陣天線標校方法，所述標校方法包括：

18、s1：對相控陣天線進行初始化配置，并設置其工作狀態(tài)；

19、s2：根據(jù)所設置的工作狀態(tài)，利用主控單元來判斷是否需要進行重新標校；

20、s3：若判斷需要重新標校，則主控單元發(fā)出標校指令來啟動標校程序，通過標校程序控制幅相控制單元來進行校準，生成相應的二維標準表并存儲在數(shù)據(jù)庫存儲單元中；若判斷不需要重新標校，則從數(shù)據(jù)庫存儲單元中獲取已有的二維標準表；

21、s4：獲取當前的工作頻率并根據(jù)步驟s3中得到的二維校準表來配置各通道的衰減器值和移相器值，從而對相控陣天線的各個通道進行標校。

22、本發(fā)明提供一種有效簡便的有源相控陣天線的幅相標校方法，所述方法的設置實現(xiàn)了有源相控陣天線在整個使用壽命周期內(nèi)能夠隨時進行幅度和相位的自身標校，確保了每個天線單元的信號強度和相位一致，從而提高了有源相控陣天線的總體精度，確保發(fā)射和接收波束的準確性，確保了裝置的長期穩(wěn)定性，通過實時監(jiān)控和校正，減少了潛在的故障風險，保證了裝置的可靠性，并且還能降低維護成本，具有經(jīng)濟實用性。

23、優(yōu)選地，在所述步驟s1中，所述對相控陣天線進行初始化配置并設置其工作狀態(tài)包括：

24、s11：當設置的工作狀態(tài)為發(fā)射模式時，在矢量網(wǎng)絡分析儀的兩個端口上分別正確連接發(fā)射鏈路端口和標校鏈路端口；當設置的工作狀態(tài)為接收模式時，在矢量網(wǎng)絡分析儀的兩個端口上分別正確連接接收鏈路端口和標校鏈路端口；

25、s12：通過幅相控制單元將各個通道的初始值設置為0，然后依次打開各個通道，并從所有通道中找到增益最小值的通道，將其作為基準通道。

26、在本發(fā)明中通過所述幅相控制單元來確定基準通道，為標校設定了基準的幅度和相位，所有其他的通道的相應可以以此為基準進行調(diào)整，并且通過將基準通道設定為參考，還可以減少由于系統(tǒng)誤差或測量不一致性引起的偏差，從而提高整體歸一化的準確性，同時簡化了標校過程，確保了裝置中所有通道的幅度和相位調(diào)整相對于同一基準，從而減少了復雜性和潛在的錯誤，幫助維持所述有源相控陣天線各通道之間的響應一致性，提高了標校的總體精度，從而提高了天線陣列的性能和穩(wěn)定性。

27、優(yōu)選地，在所述步驟s3中，所述通過標校程序控制幅相控制單元來進行校準包括：將矢量網(wǎng)絡分析儀s參數(shù)中s21的幅度測試和相位測試進行歸一化處理，并通過幅相控制單元關閉基準通道，然后依次打開各個通道的射頻開關，通過幅相控制單元來分別調(diào)節(jié)各個通道中t/r組件的衰減器和移相器，使各個通道歸一化幅度接近0db，相位接近0°，并分別記下當前工作頻率下各個通道的衰減器值和移相器值，從而獲得各個通道幅度和相位標校值，接著設置其他工作頻率，然后重復上述操作獲得各個工作頻率下各個通道的幅度和相位標校值，從而生成相應的二維校準表。

28、在本發(fā)明中通過在標校鏈路中設置矢量網(wǎng)絡分析儀來對幅度和相位進行歸一化處理，可以精確測量各通道的幅度和相位響應，通過歸一化處理，消除了不同通道之間的誤差。這種精確的標定確保了信號在發(fā)射和接收過程中的一致性，提高了有源相控陣天線的總體精度。并且矢量網(wǎng)絡分析儀可以檢測到由于組件差異或環(huán)境因素導致的幅度和相位偏差，通過歸一化處理，可以消除這些不一致性，使每個通道的性能達到一致標準，減少了信號的畸變和干擾，提高了信號質量，從而提高了裝置的整體性能。并且最后所生成的相應的二維校準表，還能在保證標校精度的同時大大地提升標校的速度，在不需要重新標校時可以根據(jù)當前的工作頻率在已有的二維校準表中得到相應的幅度和相位標校值，從而有效地對各個通道進行標校，確保了信號在發(fā)射和接收過程中的一致性，提高了裝置的總體精度。

29、優(yōu)選地，所述標校方法還包括了數(shù)據(jù)庫存儲單元的更新，將步驟s3中標校生成的二維校準表替換掉原來的二維校準表并存儲到數(shù)據(jù)庫存儲單元中。通過對數(shù)據(jù)庫進行更新可以確保標校的精度，提升裝置的整體性能和可靠性，還降低了維護成本，確保了有源相控陣天線在各種應用場景中的穩(wěn)定運行。

30、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

31、在本發(fā)明中，通過在有源相控陣天線裝置中增加標校鏈路并且根據(jù)相應的標校方法來使得裝置在整個使用壽命周期來能夠進行自身標校，校正各個通道的幅度和相位偏差，有效地保證了裝置在整個使用壽命周期內(nèi)的陣列幅度和相位的一致性，消除了由于制造公差、老化、環(huán)境變化等原因導致幅度和相位的不一致而引起裝置性能下降等問題，通過對各通道的標校，可以修正由于組件差異、溫度變化或電源波動造成的影響，使裝置保持一致的性能水平，并且還能提高信號質量，從而提升整體信號的清晰度和可靠性。

32、此外，所述標校鏈路還具有實時標校和動態(tài)調(diào)整的能力，隨著環(huán)境條件的變化或系統(tǒng)狀態(tài)的變化，可以即時調(diào)整各通道的幅度和相位，確保本裝置在各種條件下都能保持最佳性能。不僅如此，通過在裝置中增加標校鏈路還能降低裝置的維護成本，提高其經(jīng)濟實用性，使其適用于各種不同的應用場景，確保了裝置在各種應用場景中的穩(wěn)定運行。