[發明專利]基于雙通道校準電路的大規模相控陣校準系統及控制方法

有效

• 申請號: 201911068566.7
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110808794B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 季帥;王敬東;關煬;王軼
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十研究所
• 主分類號: H04B17/12
• 分類號: H04B17/12;H04B17/21
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發明提供了一種基于雙通道校準電路的大規模相控陣校準系統及控制方法，天線單元完成空間電磁信號的輻射和接收，校準網絡完成校準激勵信號功分/合成、TR組件實現回波信號低噪聲放大和發射激勵信號放大，數字模塊完成回波信號數字下變頻、抽取、濾波和基帶信號產生；雙通道校準電路完成陣面發射耦合信號低噪聲放大和校準激勵信號放大，完成陣面發射耦合信號數字下變頻、抽取、濾波和校準激勵信號的產生；幅相計算單元完成校準狀態下，陣面數字模塊和雙通道校準電路回傳的通道幅相數據，計算出各通道間的幅相差異，并由此完成陣面各通道的收發幅相校準。本發明簡化校準系統，有效提升陣面系統的校準效率。

技術領域

本發明涉及相控陣領域，尤其是有源相控陣雷達的校準系統。

背景技術

天線的校準對工程化固態有源相控陣來說非常重要。可用于定期檢查有源天線、T/R組件工作狀態，對有源天線性能進行評估。監測的目的是測量有源器件并與預想結果比較，以判斷有源通道的好壞；校準的目的是通過閉環控制使測試結果不斷逼近天線的設計初衷。

有源天線的校準方法很多，主要包括外校準和內校準兩種方式。其中，外校準需要在陣面外部設置專用的校準天線和校準通道，且與陣面的間距需要滿足天線的遠場測試條件，這種方式一般用于陣面的出廠校準，天線陣面正常使用過程中，本方式難以滿足使用的環境；內校準又分為：陣面互耦校準法和內校準網絡監測法，其中，陣面互耦校準利用天線單元間互耦實現陣面的幅相測量和校準，綜合考慮陣元間互耦系數、制造裝配誤差和陣面邊沿效應的影響，設置陣中某一單元發射信號，其相鄰單元接收，其余單元關閉，根據互耦的物理定義，利用已測得的接收信號的幅度和相位數據，可計算出陣面口徑的幅相分布，這種方式需要很大的計算資源，且所得的參數誤差很大，難以滿足相控陣天線陣面的校準要求；內校準網絡監測法需要天線陣面設置校準通道，用于產生校準陣面接收通道所需要的激勵信號，并對接收到的校準發射狀態下陣面通道產生的發射信號進行放大。陣面所有有源通道需在天線饋電端口設置校準耦合饋電網絡，其作用在于：校準發射狀態下，將被校準通道的發射信號通過耦合饋電，傳輸至校準通道進行接收，并計算得到被測通道的發射增益和插入相移，進行存儲和處理；校準接收狀態下，由校準通道產生激勵信號，并通過耦合饋電網絡傳輸至被校準接收通道，并計算得到被測通道的發射增益和插入相移，進行存儲和處理。該方案需在天線陣面增加復雜的耦合饋電網絡并增加單獨的校準通道，提高了系統的復雜性。

常規相控陣，校準網絡的校準端口與輻射端口復用，即在天線陣面的每個天線輻射單元的輻射口增加耦合器，低頻段寬帶耦合器尺寸較大，難以實現校準功分網絡復合設計，此時陣面系統的校準問題在陣面設計時尤為重要，現階段的校準電路系統需要提升對雷達系統的適應性，提高校準效率，亟需一種新的校準系統解決陣面校準的問題。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于雙通道校準電路的大規模相控陣校準系統及控制方法，主要針對大規模有源相控陣雷達多有源通道的校準設計。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于雙通道校準電路的大規模相控陣校準系統包括兩個分陣面、雙通道校準電路和幅相計算單元；

所述分陣面包括若干天線單元、一個完成校準激勵信號功分/合成的校準網絡、通道數與天線單元數量等同的TR組件，以及相應通道數的數字模塊；

其中，天線單元用于完成空間電磁信號的輻射和接收、校準網絡用于完成校準激勵信號功分/合成、TR組件用于實現回波信號低噪聲放大和發射激勵信號放大、數字模塊用于完成回波信號數字下變頻、抽取、濾波和基帶信號產生；

TR組件與無源天線陣面互聯的端口，包括輻射口和校準端口，輻射口與對應的天線單元互聯，校準端口與完成校準激勵信號功分/合成的校準網絡互聯；

校準網絡包含一個公共端口(功分網絡的合路端口)和若干校準端口(數量與TR組件的數量一致)。