[发明专利]一种适用于阵列辐射计通道幅相校准方法及装置

说明书

本发明公开了一种适用于阵列辐射计通道幅相校准方法及装置，通过阵列接收固定位置处测试源的辐射信号，在0～360°范围内以一定步进依次改变每个接收通道相位，其余通道保持不变，测量接收信号功率之和随接收通道单元相位变化的功率值，经过一定的计算与数据处理依次得到各通道单元需要补偿的相位与幅度，完成对阵列辐射计通道幅相的精确校准。此方法在校准时只需测量各通道功率和，相对于相位测量实现简单，且在校准时天线单元和测试源均不动，易于实现快速实时校准。整个装置较为简单，可实施性强。该校准方法与装置可消除阵列辐射计中由各通道元器件差异及使用环境引起的机械误差，具有简单实用，实时快速的特点。

技术领域

本发明涉及系统测量与校准技术领域，尤其涉及一种适用于阵列辐射计通道幅相校准方法及装置。

背景技术

随着天线技术及现代电子设备的发展，相控阵得到了广泛的应用。相比于传统的单天线，相控阵天线具有许多优点，可以通过调节每个单元的相位实现对指定目标的探测与跟踪，但是也会产生相应的问题，作为一个庞大的电子系统，相控阵包含成百上千个天线单元及对应的通道，由于各通道本身元器件物理特性及加工精度的不一致性，各通道之间的幅度相位与预期存在一定偏差，影响波束形成与波束扫描的精度。如何保证各个单元被正确地激励对于相控阵系统来说至关重要。所以定期的对阵列进行校准就显得特别重要，它对于保证相控阵系统正常工作具有重要意义。

目前常见的阵列校准方法有2种，一种是远场比较法，这种方法测试准确、速度快，但需要较大的暗室场地，测试平台限制因素较高，除此之外，这种方法只能测出最终方向图，无法对阵列各个通道进行校准。另一种是近场扫描法，通过探头对阵列闭合面上电场的采样，经过数值计算得到远场的方向图，这种方法不受暗室规模大小限制，但对测试设备要求精度高，测试系统复杂，测试时间长。

除了这两种方法，近年来也兴起了一些新的测试方法：

互耦校准法，1989年由H.M.Auman在“Phased Array Antenna Calibration andPattern Prediction Using Mutual Coupling Measurements”一文中首先提出，该方法的思想是利用自身单元间的互耦效应，在测量时一个单元发射附近单元接收，根据信号相对幅相确定补偿量，这种方法的优点是在测试过程中不需要引入额外测试天线，但由于其需要对每个通道进行单独开关控制，因此只适用于各通道可单独收发的相控阵系统。

换相测量法，20世纪80年代中期由俄罗斯科研机构提出，一次测量在不同配相状态下的接收信号幅度和相位，通过解矩阵方程对数据处理来确定任意配相状态下各通道激励的幅相，从而复原所有的方向图。2012年尚军平在“A Novel Fast Measurement Methodand Diagnostic of Phased Array Antennas”文献中对该方法进行了改进，对移相器建立串联延迟线模型，使用控制电路编码算法控制开关通断，并以Hadmard矩阵解码，得到唯一解。这种方法不足之处在于会引入对相位的测量，增加了测试的复杂度。

四相幅度校准法，2016年北京理工大学的王焕菊提出了一种适用于相控阵天线的快速校准方法，该方法对每个单元依次改变相位4次，通过对单元数为N的阵列测量4(N-1)次，得到每一次情况下的信号幅度和，经过数学计算完成对所有通道的校准。这种方法速度快，但多用于数字移相器，由数字移相器引入的量化误差会影响此方法的测量精度，且计算过程相对复杂，在最后求解相位时需要考虑解的多值性问题。

考虑到在实际阵列辐射计系统中，各通道的接收信号会经合路器后直接进行功率检波，因此无法对单个通道进行开关控制，且辐射计系统所用移相器为模拟移相器，同时为了减少测试设备，需要一种合适的快速、简单、易实施的阵列辐射计通道幅相校准方法及装置。

发明内容