[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

说明书

本发明涉及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，包括多单元的待测相控阵天线，反射面、转台系统，直漏挡板、馈源天线，矢量网络分析仪、直流稳压电源、控制计算机以及测量暗室；校准系统通过紧缩场形成静区，待测相控阵天线位于静区内，该发明通过预先将相控阵天线以n个单元划分为一个子阵，并对相控阵天线每个子阵进行幅相调控，从而得到相控阵天线不同子阵的远场接收幅相信息，并根据得到的子阵幅相信息对每个子阵进行补偿，然后重复上述步骤对补偿后的相控阵天线进行二次校准，确定最终的校准数据。本发明能够在有效提高校准精度的同时，保证校准测试效率。

技术领域

本发明涉及毫米波测量和天线的技术领域，具体涉及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。

背景技术

目前，随着5G、雷达以及卫星技术的发展，阵列天线和相控阵天线被大家广泛关注和研究。相控阵天线可以通过控制每个辐射单元的馈电相位来改变方向图形状，从而不需要物理转动即可实现天线阵列不同波束指向，因此可以实现探测，搜索、识别、跟踪和制导等目的。然而天线设计完成后由于各种工艺误差，环境，射频链路差异以及幅相调控网络的不确定误差的影响，相控阵天线的各阵列单元的初始复激励是有差异性的，需要将每个单元的初始幅相校准到同一水平才能实现最佳的性能。因此相控阵校准技术成为相控阵测试的热点问题，随着对相控阵天线性能要求的不断提高，相控阵校准技术也在不断发展。尤其针对大型相控阵，单元数过多，需要高精度校准的同时兼顾高效率。

主要的校准方法有近场扫描测量法、中场校准方法、旋转矢量法(REV)、线性矩阵求逆法、互耦校准法、正交编码校准法、换相法等。目前工业上较常用的校准方法是近场扫描测量法，但是此校准方法需要对整列单元进行大量的开关操作，同时需要准确的位置信息和封装天线结构，此种测试每次只测单个阵列单元，测试结果未考虑阵列单元间的耦合，其余校准方法也都无法在测试精度和效率上做到最佳。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供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，该校准系统能显著提高毫米波相控阵天线的校准效率和校准精度。

本发明的构思如下：由于毫米波在空间中传输损耗大，各单元之间存在互耦作用，并且对大型毫米波相控阵来说，校准需要耗费大量时间，一般的校准方法难以保证校准效率和校准精度。本发明针对上述技术限制，提出了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，通过紧缩场来提供远场环境，从而减小空间损耗，提高测试动态范围，远场条件下能够考虑各单元之间的耦合影响，提高了校准精度；通过预先将相控阵将若干单元划分为一个子阵，同时改变子阵内每个单元的馈电幅相，并对所有子阵进行遍历，从而得到相控阵天线不同子阵的远场幅相信息，并根据得到的子阵幅相信息对每个子阵进行补偿，然后重复上述步骤进行二次校准，第二次得到相控阵天线不同子阵的远场幅相信息，从而确定最终的各子阵间幅相误差，相对于传统的一次校准方法，二次校准可以进一步减小单元间互耦影响，提高了测试精度的同时，保证了校准效率。

根据上述的发明的构思，本发明采用如下技术方案：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，所述系统包括：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；