[发明专利]一种基于紧缩场的毫米波相控阵天线幅相校准系统及方法

权利要求书

1.一种基于紧缩场的毫米波相控阵天线幅相校准系统，所述系统位于微波暗室(9)内，以屏蔽其他外界信号的干扰，其特征在于，包括：多单元的待测相控阵天线(1)、抛物反射面(2)、转台系统(3)，直漏挡板(4)、馈源天线(5)、矢量网络分析仪(6)、直流稳压电源(7)和控制计算机(8)；具有N个单元的待测相控阵天线(1)，调控相控阵天线中每个单元的幅相，使每个单元具备M种幅度状态及L种相位状态，或对每个单元独立进行电源通断；抛物反射面(2)、转台系统(3)、直漏挡板(4)、馈源天线(5)和矢量网络分析仪(6)共同组成一个紧缩场系统，馈源天线位于抛物反射面的焦点位置，保证高精度远场测试环境；所述直漏挡板架设在馈源天线上方一定距离，相对馈源天线口径向外延伸一定距离；所述转台系统进行方位、俯仰旋转以及平移，或对具有不同方向波束相控阵进行校准，转台系统中心位于距离抛物反射面焦距位置，矢量网络分析仪收发端口连接馈源天线和转台系统上的待测相控阵天线，紧缩场系统为相控阵校准提供远场测试环境，即静区，并具有更小的路损(与远场相比)，提高了测量动态范围；

测量时，由矢量网络分析仪提供射频信号，直流稳压电源为相控阵天线供电，相控阵天线作为发射端；相控阵天线以电源通断法或者旋转矢量法进行校准；

当待测相控阵天线和馈源天线间距满足远场距离条件时，相控阵天线幅相校准系统的数学模型为AX＝B，A，B均为能够通过预设、测量得知的矩阵，X为相控阵校准所要求的传输矩阵和幅相误差；当相控阵天线以电源通断法进行校准时，根据以n个单元为一个子阵同时进行电源通断，其中N为n的整数倍，矢量网络分析仪采集到系统链路的S参数，根据系统链路的S参数反演出每组的幅相误差，由控制计算机对数据进行实时存储和处理，并以系统链路的S参数中幅度最小值为基准，对相控阵天线每个单元或子阵进行自动补偿，然后对补偿后的相控阵天线进行二次校准；二次校准以m个单元为一个子阵同时进行电源通断，其中N为m的整数倍，n和m的值可以相同，也可不同；矢量网络分析仪再次采集系统链路的S参数，根据系统链路的S参数反演出不同单元的幅相误差，并由控制计算机存储和处理，两次校准均以测得的S参数最小值为基准进行补偿，最终校准数据为两次校准数据之和；

当相控阵天线以旋转矢量法校准时，以n个单元为一个子阵同时进行旋转矢量，旋转矢量按照一定的步进对待校准子阵进行相位的0°～360°旋转，并在远场测量旋转过程中的测量探头的幅度变化，遍历每个子阵，最终通过曲线拟合后处理方式解算处每个子阵之间的幅相误差，并以每个子阵中的幅度最小值为基准，对相控阵天线每个单元或子阵进行自动补偿，然后对补偿后的相控阵天线进行二次校准，二次校准以m个单元为一个子阵同时进行第一次校准步骤，其中N为m的整数倍，n和m的值可以相同，也可不同，两次校准均以测得的S参数最小值为基准进行补偿，最终校准数据为两次校准数据之和。

2.根据权利要求1所述的一种基于紧缩场的毫米波相控阵天线幅相校准系统，其特征在于：所述抛物反射面为单旋转抛物面，测量可覆盖整个微波频段。

3.根据权利要求1所述的一种基于紧缩场的毫米波相控阵天线幅相校准系统，其特征在于：所述转台系统中心位于距离抛物反射面1～3倍焦距位置。

4.根据权利要求1所述的一种基于紧缩场的毫米波相控阵天线幅相校准系统，其特征在于：所述馈源天线采用正交线极化馈电或椭圆极化或圆极化馈电方式，正交线极化馈电包括单极化、双极化。

5.根据权利要求1所述的一种基于紧缩场的毫米波相控阵天线幅相校准系统，其特征在于：所述直漏挡板位于馈源天线(5)上方5～10个波长位置，直漏挡板上下表面均铺上尖锥吸波材料，降低馈源直漏信号对校准精度的影响。