[發明專利]一種基于緊縮場的毫米波相控陣天線幅相校準系統及方法

在審

• 申請號: 202210214629.0
• 申請日: 2022-03-01
• 公開（公告）號: CN114566808A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 寧宗賀;陳海波;王昕旸
• 申請（專利權）人: 北京中測國宇科技有限公司
• 主分類號: H01Q15/16
• 分類號: H01Q15/16;H01Q19/12;H01Q3/30;H01Q1/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

1.一種基于緊縮場的毫米波相控陣天線幅相校準系統，所述系統位于微波暗室(9)內，以屏蔽其他外界信號的干擾，其特征在于，包括：多單元的待測相控陣天線(1)、拋物反射面(2)、轉臺系統(3)，直漏擋板(4)、饋源天線(5)、矢量網絡分析儀(6)、直流穩壓電源(7)和控制計算機(8)；具有N個單元的待測相控陣天線(1)，調控相控陣天線中每個單元的幅相，使每個單元具備M種幅度狀態及L種相位狀態，或對每個單元獨立進行電源通斷；拋物反射面(2)、轉臺系統(3)、直漏擋板(4)、饋源天線(5)和矢量網絡分析儀(6)共同組成一個緊縮場系統，饋源天線位于拋物反射面的焦點位置，保證高精度遠場測試環境；所述直漏擋板架設在饋源天線上方一定距離，相對饋源天線口徑向外延伸一定距離；所述轉臺系統進行方位、俯仰旋轉以及平移，或對具有不同方向波束相控陣進行校準，轉臺系統中心位于距離拋物反射面焦距位置，矢量網絡分析儀收發端口連接饋源天線和轉臺系統上的待測相控陣天線，緊縮場系統為相控陣校準提供遠場測試環境，即靜區，并具有更小的路損(與遠場相比)，提高了測量動態范圍；

測量時，由矢量網絡分析儀提供射頻信號，直流穩壓電源為相控陣天線供電，相控陣天線作為發射端；相控陣天線以電源通斷法或者旋轉矢量法進行校準；

當待測相控陣天線和饋源天線間距滿足遠場距離條件時，相控陣天線幅相校準系統的數學模型為AX＝B，A，B均為能夠通過預設、測量得知的矩陣，X為相控陣校準所要求的傳輸矩陣和幅相誤差；當相控陣天線以電源通斷法進行校準時，根據以n個單元為一個子陣同時進行電源通斷，其中N為n的整數倍，矢量網絡分析儀采集到系統鏈路的S參數，根據系統鏈路的S參數反演出每組的幅相誤差，由控制計算機對數據進行實時存儲和處理，并以系統鏈路的S參數中幅度最小值為基準，對相控陣天線每個單元或子陣進行自動補償，然后對補償后的相控陣天線進行二次校準；二次校準以m個單元為一個子陣同時進行電源通斷，其中N為m的整數倍，n和m的值可以相同，也可不同；矢量網絡分析儀再次采集系統鏈路的S參數，根據系統鏈路的S參數反演出不同單元的幅相誤差，并由控制計算機存儲和處理，兩次校準均以測得的S參數最小值為基準進行補償，最終校準數據為兩次校準數據之和；

當相控陣天線以旋轉矢量法校準時，以n個單元為一個子陣同時進行旋轉矢量，旋轉矢量按照一定的步進對待校準子陣進行相位的0°～360°旋轉，并在遠場測量旋轉過程中的測量探頭的幅度變化，遍歷每個子陣，最終通過曲線擬合后處理方式解算處每個子陣之間的幅相誤差，并以每個子陣中的幅度最小值為基準，對相控陣天線每個單元或子陣進行自動補償，然后對補償后的相控陣天線進行二次校準，二次校準以m個單元為一個子陣同時進行第一次校準步驟，其中N為m的整數倍，n和m的值可以相同，也可不同，兩次校準均以測得的S參數最小值為基準進行補償，最終校準數據為兩次校準數據之和。

2.根據權利要求1所述的一種基于緊縮場的毫米波相控陣天線幅相校準系統，其特征在于：所述拋物反射面為單旋轉拋物面，測量可覆蓋整個微波頻段。

3.根據權利要求1所述的一種基于緊縮場的毫米波相控陣天線幅相校準系統，其特征在于：所述轉臺系統中心位于距離拋物反射面1～3倍焦距位置。

4.根據權利要求1所述的一種基于緊縮場的毫米波相控陣天線幅相校準系統，其特征在于：所述饋源天線采用正交線極化饋電或橢圓極化或圓極化饋電方式，正交線極化饋電包括單極化、雙極化。

5.根據權利要求1所述的一種基于緊縮場的毫米波相控陣天線幅相校準系統，其特征在于：所述直漏擋板位于饋源天線(5)上方5～10個波長位置，直漏擋板上下表面均鋪上尖錐吸波材料，降低饋源直漏信號對校準精度的影響。