[发明专利]一种阵列天线的校准方法、设备、系统以及计算机可读存储介质

说明书

本发明公开了一种阵列天线的校准方法，包括如下步骤：S1.获得阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置；S2.馈入T组线性无关的端口激励I₁,I₂…I_T，获得相应的T组口径场激励I′₁,I′₂…I′_T；S3.根据T组线性无关的端口激励I₁,I₂…I_T和T组口径场激励I′₁,I′₂…I′_T计算得到校准矩阵C，其中对于任意一组对应的端口激励I_t和口径场激励I′_t都有I′_t＝C×I_t；S4.根据校准矩阵C对阵列天线各阵元进行校准。本发明通过较少的测量数据，结合阵列天线已知的先验知识，能够快速、高效地对阵列天线进行校准。与现有的校准方法相比，本发明的方法测量数据少，效率高，且系统组成简单，易于工程实现，成本低。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种阵列天线的校准方法、设备、系统以及计算机可读存储介质。

背景技术

天线在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中被广泛的应用，起到了传播无线电波的作用，是有效地辐射和接受无线电波必不可少的装置。

阵列天线是一类由不少于两个天线阵元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的天线。近年来，阵列天线作为民用和军用天线技术的一个重要发展方向备受关注。

阵列天线由很多天线阵元组成，每个阵元馈以一定幅度和相位的信号以形成特定的波束并实现波束扫描，各阵元的信号叠加形成阵列天线的信号。一般情况下，通过控制连接阵元的衰减器对阵元的信号幅度进行调节并形成所需要的波束，通过改变连接阵元的移相器的相位对阵元信号的相位进行控制以实现波束扫描。

阵列天线在实际加工制造过程中，由于加工精度等造成的结构不对称，以及器件本身的不一致性，另外天线本身的波动、天线阵元之间的互耦等使得每一个天线阵元的幅度和相位可能与预期值不同，从而会使阵列性能达不到最佳工作状态，甚至达不到所要求的技术条件，影响通信质量。因此，需要对阵列天线进行校准，目的就是尽量消除误差，使阵列性能达到所要求的技术条件或最佳工作状态。

目前阵列天线的校准方法主要包括以下几种：

1.近场测量法：该方法通过探头对围绕阵列闭合面上电场的采样，经过数值计算获得远场方向图和阵列幅相分布。该方法测量精度高，可用于各种体制的阵列天线，但对测量仪器的同步性要求高、扫描时间长，数据量大，测量效率低。

2.旋转矢量法，该方法只要测得合信号功率随天线阵元相位变化的正弦曲线，就可计算出每个阵元的幅相值，而无需矢量测量仪器。但在实际应用中，若阵列阵元数较多，则单个阵元造成的曲线变化不明显，且需要校准的时间也较长。

3.互相校准法，该方法是基于大型阵列的阵中相邻阵元的互相系数是相同的这一基本原理，通过对阵列中相邻阵元进行收发测试，由测试数据计算出各有源通道的幅相信息，再根据理想分布进行阵列校准。互相校准法虽然无需外场测量装置，测试过程简单，但其仅适用于收发共口面的相控阵天线，且辐射阵元之间的隔离度不能太大。

4.换相测量法，该方法的基本思想是在相控阵天线和测量探头均保持固定的情况下，测量相控阵天线不同配相状态下探头的接收信号幅相，然后用数学算法对实验数据进行处理即可确定任意配相状态下各通道激励的幅相，进而根据一次试验结果复原所有的方向图。换相测量法的不足之处在于，一般情况下系数矩阵不满秩，在解测量方程时，必须引入其它的先验知识，这样也会导致其测量时间较长，测试效率不高。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种阵列天线的校准方法，通过较少的测量，快速、精确地对阵列天线进行校准。