[发明专利]集成化毫米波有源相控阵天线控制系统及控制方法

说明书

本发明公开关于集成化毫米波有源相控阵天线控制系统及控制方法，所述系统包括：波束控制信号生成模块，所述波束控制信号生成模块生成当前TR组件的校准幅值和校准相位差，将所述校准幅值和校准相位差转换为TR组件的控制码；控制码输出模块，所述控制码输出模块将所述控制码发送给对应的TR组件实现所述TR组件中阵元的移相及调幅，所述TR组件包括天线单元。该控制系统及方法通过接收上位机或者端机传输的控制参数，在FPGA中实现毫米波有源集成化相控阵天线波束扫描。

技术领域

本发明涉及毫米波相控阵通信技术领域，具体涉及集成化毫米波有源相控阵天线控制系统及控制方法。

背景技术

随着5G毫米波通信和宽带低轨卫星通信的迅速崛起，毫米波有源相控阵天线开始了前所未有的发展，在卫星通信和雷达系统中都得到广泛的应用。毫米波有源相控阵天线波束控制主要是通过接收上位机传送过来的毫米波有源相控阵天线波束控制指令，通过波束赋形算法模块和校准模块计算得到控制TR组件的相位差和幅值，实现毫米波有源相控阵天线波束控制。随着大规模集成电路技术的发展，现场可编程逻辑器件FPGA为解决波束控制系统的小型化和快速化的问题提供了方案。FPGA具有集成度高、灵活性高、运算速度高、可反复烧写程序等诸多优点，且大大缩短了开发周期和开发成本，基于这些优点，使得FPGA在移动通信领域扮演着重要的角色。

目前存在的波束控制系统中并不是使用单个FPGA作为控制硬件实现波束赋形算法而是由外部传入了三角函数、除法等复杂计算的结果，舍整取余的计算也只是应用在乘加计算上，这种方式无法实现实时计算波束赋形结果增大了系统响应时间。且波束赋形算法模块不适用与普遍的面阵无法实现二维方向精确扫描，无法实现校准模块补偿参数实时更新，且仅用于稀疏阵列有源天线，无法实现宽波束扫描，无法实现波束快速扫描。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的缺陷，本发明提出了集成化毫米波有源相控阵天线控制系统及控制方法，通过接收上位机或者端机传输的控制参数，在FPGA中实现毫米波有源集成化相控阵天线波束扫描。

上述效果通过以下技术方案具体实现：

集成化毫米波有源相控阵天线控制系统，所述系统包括：

波束控制信号生成模块，所述波束控制信号生成模块生成当前TR组件的校准幅值和校准相位差，将所述校准幅值和校准相位差转换为TR组件的控制码；

控制码输出模块，所述控制码输出模块将所述控制码发送给对应的TR组件实现所述TR组件中阵元的移相及调幅，所述TR组件包括天线单元。

进一步的，所述波束控制信号生成模块包含波束赋形单元，所述波束赋形单元用于实时计算天线单元相对于基准单元的相位差，以及天线单元幅值；

所述波束控制信号生成模块包含校准单元，所述校准单元调用预设的相位及幅值补偿值，补偿至天线单元相对于基准单元的相位差及幅值上，得到校准相位差及校准幅值。

进一步的，所述系统还包括通信解码模块，所述通信解码模块接收解析端机或上位机发送的波束控制指令，所述波束控制信号生成模块根据所述波束控制指令生成控制码；

或者，所述通信解码模块接收解析端机或上位机发送的波束快速选择指令，所述波束控制信号生成模块根据所述波束快速选择指令读取对应波束文件，得到控制码实现波束快速切换。

更进一步的，所述波束控制信号生成模块中预设若干个波束文件，所述波波束文件中包含对TR组件天线波束角φ和θ调节信息。

更进一步的，所述天线波束角φ和θ的调节范围均为[-60°,60°]，所述天线波束角φ和θ均以10°为间隔。

作为本申请的一种优选实施方案，所述系统通过SPI接口将所述控制码发送至对应的TR组件实现对相控阵天线的波束控制。

本申请还提供集成化毫米波有源相控阵天线控制方法，所述方法包括：