[發明專利]一種相控陣天線波束控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 202110674208.1
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113258288B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 黃洪云
• 申請（專利權）人: 成都市克萊微波科技有限公司
• 主分類號: H01Q3/00
• 分類號: H01Q3/00;H01Q21/00;G01R29/10;G01R31/54;G01R21/00
• 代理公司: 成都時譽知識產權代理事務所(普通合伙) 51250
• 代理人: 田高潔

1.一種相控陣天線波束控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，對相控陣天線進行啟動故障檢測與隔離；在啟動過程中對相控陣天線中所有的陣元進行故障檢測，所述的故障檢測包括相控陣天線啟動時先對所有陣元進行連通性測試，測試通過的陣元進行溫度檢測，在設定的啟動時長內，若陣元溫度上升系數在設定溫度上升系數閾值范圍內，則進行功率檢測，否則陣元為一類故障陣元；若陣元功率檢測通過，則為正常陣元，正常陣元進入待機狀態，否則為二類故障陣元；

步驟二，對一類故障陣元進行功率檢測，通過功率檢測的一類故障陣元作為應急陣元，未通過的則劃分為二類故障陣元，對二類故障陣元進行離線；

步驟三，對進入待機狀態的正常陣元、應急陣元進行相位測量和校準，使各陣元相位保持一致，同時得到陣元發射總功率；

步驟四，完成各陣元相位校準后，先對應急陣元進行休眠，通過正常陣元來對波束進行控制；

步驟五，當波束發射功率需求大于正常陣元的發射總功率時，則調用應急陣元進行功率補充，完成波束發射。

2.根據權利要求1所述的一種相控陣天線波束控制方法，其特征在于，所述的溫度上升系數采用如下公式計算：

所述的啟動時長T包括溫度上升期和溫度穩定期，陣元溫度就緒系數為：

陣元溫度上升率為：

其中的為陣元經過啟動時長T后的溫度數據，為陣元啟動時的溫度，溫度上升系數為：

。

3.根據權利要求1所述的一種相控陣天線波束控制方法，其特征在于，所述的陣元功率檢測包括如下過程：

輸入測試信號，檢測陣元的輸出功率，將陣元的輸出功率與額定輸出功率進行偏差計算，得到偏差值，若偏差值在設定偏差閾值范圍內，則陣元功率檢測通過。

4.根據權利要求1所述的一種相控陣天線波束控制方法，其特征在于，所述的對進入待機狀態的正常陣元、應急陣元進行相位測量和校準，使各陣元相位保持一致，包括如下步驟：

步驟一，設定校準信號，經過陣元0后，得到信號，采集信號樣本點，通過快速傅里葉變換得到陣元0的相位；同理得到除陣元0外任一陣元n的相位；其中的校準信號采用如下公式：

其中：ω為信號頻率；θ為信號相位；A為信號幅度值，幅度值A保持不變；

經過陣元0后，信號變為：

其中為陣元0群時延誤差，為陣元0本振相位誤差；

將陣元0的信號樣本點，通過快速傅立葉變換得到陣元0的本振相位：

同理，陣元n的本振相位：

，

其中為陣元n群時延誤差，為陣元n本振相位誤差；公式中的表示的實部、表示的虛部；

步驟二，在時鐘同源、本振同步和采集同步的條件下，以陣元0為基準，通過陣元0和陣元n兩陣元的相位差，得到群時延誤差；其中的相位差采用如下公式：

群時延誤差為：

本振相位誤差為：

具體步驟為：

先以的校準信號，得到本振相位誤差，由：

再以帶寬內的校準信號，得到群時延誤差，由：

；

步驟三，以陣元0為基準，得到多個群時延誤差，將多個群時延誤差中的最小值的反向值加到每個陣元的群時延誤差中，得到各陣元的群時延校準值，利用群時延校準值對各陣元進行整數時延校準和小數時延校準，完成各陣元群時延校準；所述的整數時延校準是以周期為的參考時鐘為基準，陣元n將接收到的校準數據緩存在RAM中，讀取校準數據時，以RAM地址0為起始地址；根據陣元n的群時延校準值得到整數時延校準倍數，將該陣元讀取校準數據的起始地址，從地址0移動整數時延校準倍數個地址，完成陣元整數時延校準，同理，完成所有陣元的整數時延校準，即完成整數時延校準；

所述的小數時延校準是以周期為的參考時鐘為基準，將參考周期分為N份，計算濾波器系數，對應生成N組系數；通過群時延校準值，得到小數時延對應的濾波器系數組號，開始校準時，將接收到的校準數據接入濾波器，加載小數時延對應的濾波器系數到濾波器中，完成小數時延校準；

步驟四，完成群時延校準后，以完成群時延校準后的陣元0為基準，獲取群時延校準后各陣元的相位誤差值，根據值補償各陣元的相位，完成相位校準。

5.一種應用權利要求1-4任一所述的相控陣天線波束控制方法的相控陣天線波束控制裝置，包括相控陣天線，其特征在于，包括數據處理模塊、陣元故障檢測模塊、電源控制裝置、波束控制裝置、功率檢測裝置、數據存儲裝置、報警裝置、應急陣元調用裝置；所述的陣元故障檢測模塊、電源控制裝置、波束控制裝置、功率檢測裝置、數據存儲裝置、報警裝置、應急陣元調用裝置分別與所述的數據處理模塊連接，所述的應急陣元調用裝置還與所述的相控陣天線連接；

所述的陣元故障檢測模塊用于對相控陣天線陣元的連通性進行檢測；

所述的波束控制裝置用于控制相控陣天線，使相控陣天線波束指向預定的角度；

所述的功率檢測裝置用于獲取發射功率；

所述的應急陣元調用裝置用于調用休眠的應急陣元。