[发明专利]用于阵列天线校准的系统和方法

说明书

一种天线阵列系统可以包括天线元件阵列、布置在天线元件附近的近场探针(NFP)以及耦连至天线元件阵列和NFP的处理器。该处理器可以配置为当部署在操作平台上时将天线阵列系统从操作模式动态地切换至校准模式，并根据接收(RX)校准子模式或发射(TX)校准子模式校准天线元件阵列。在RX校准子模式中，处理器可以配置为调节与天线元件阵列中的至少一个接收天线元件相关联的至少一个信号接收参数。在TX校准子模式中，处理器可以配置为调节与天线元件阵列中的至少一个发射天线元件相关联的至少一个信号发射参数。

背景技术

天线阵列可以通过允许控制与天线阵列中不同天线元件相关联的信号的相位和振幅来提供改进的天线性能。通过调节单独的天线元件的信号相位或信号振幅，在关联于不同天线元件的不同信号中的信息冗余可以被用于形成期望的波束信号。具体地，可以通过使用耦连至天线阵列中各自的天线元件的可变移相器来操纵天线阵列使天线对准指向角。移相器可以是配置为响应于一组指令引起与不同天线元件相关联的信号的相移的可变移相器。在关联于不同的天线元件的信号之间设置相对相位允许天线指向或适应于适当的指向角，而无需物理移动该天线元件。

在主动电子扫描阵列(AESA)的辐射元件振幅和相激发以及远场辐射图样之间存在通过傅里叶变换关系的数学制图。因此光阑幅度和相位误差直接恶化远场辐射性能。AESA校准的目的是最小化这些误差，并且理想地将它们推动到零。

现有技术完成了在AESA子组件内的校准不同级别：a)射频集成电路(RFIC)发射/接收模块(TRM)，AESA馈送集成层，只是缺乏辐射光阑层，以及c)在辐射近场内部。辐射近场校准是最有力的，因为它考虑了所有有助于辐射振幅和相位误差的机制，然而，现有技术只依靠昂贵的近场天线测量技术来完成它。

由于复杂性和测试设备支出，近场辐射测量只在实验室或生产线环境内完成。这导致了仅仅是一次性的“静态”AESA校准。

所述“静态”校准不解释场AESA系统的运行参数，例如原位车辆平台诱发的AESA性能扭曲、电子装置老化和灾难性故障的不间断的预报监控/诊断监控、或环境诱发的压力。此外，现有技术在非平台校准中另外的不足是没有执行“自我修复”的能力，即由于TRM性能衰退和/或灾难性故障，全体AESA TRM被实时监控和调节以保持规定的全部的AESA性能水平。系统“自我修复”可以最大化系统平均故障间隔时间(MTBF)、调度能力和可用性。

发明内容

一方面，此处公开的发明构思针对包括天线元件阵列、至少一个配置为支持双极化并布置在所述天线元件附近的近场探针(NFP)、以及耦连至所述天线元件阵列和所述NFP的处理器的天线阵列系统。所述处理器可以配置为当被部署在操作平台上时动态地将所述天线阵列系统从操作模式转换到校准模式并根据接收(RX)校准子模式和发射(TX)校准子模式中的至少一个来校准所述天线元件阵列。在RX校准子模式中，处理器可以使得至少一个NFP发射第一校准信号，以及响应于所述第一校准信号，处理器可以从所述天线元件阵列接收第一接收(RX)信号。处理器可以比较所述第一RX信号与第一参考信号，并根据所述第一RX信号与第一参考信号的比较来调节关联于所述天线元件阵列的至少一个天线元件的至少一个信号接收参数。在TX校准子模式中，处理器可以配置为使得所述天线元件阵列中的一个或多个天线元件发射第二校准信号。响应于所述第二校准信号，所述处理器可以从所述至少一个NFP接收至少一个其他RX信号。所述至少一个其他RX信号的每一个都与各自的NFP相关联。处理器可以将所述至少一个其他RX信号的每一个与所述第二参考信号进行比较，并根据此比较来调节与一个或多个所述天线元件的至少一个天线元件相关联的至少一个信号发射参数。