[发明专利]一种阵列天线近场校准系统及方法

说明书

一种阵列天线近场校准系统及方法，包括待测阵列天线，所述阵列天线一共有N个天线单元，每个天线单元配备一个数字移相器进行相位控制，位于在待测阵列天线的近场放置有平面波生成器，所述平面波生成器用于在待测阵列天线处产生准平面波，所述阵列天线的各通道连接矢量网络分析仪一端，矢量网络分析仪一端另一端连接平面波生成器。本发明通过平面波生成器在待测天线近场产生准平面波，较远场测试方法显著减小测试所需微波暗室的大小，避免了电磁波传播距离较长造成的路径损耗引起的误差，将平面波生成器看作等效的远场单探头测量系统，具有测量耗时短、占用空间小、成本低廉的特点。

技术领域

本发明涉及毫米波测量技术领域，特别涉及一种阵列天线近场校准系统及方法。

背景技术

随着近年来5G移动通信技术的蓬勃发展，大规模天线阵列技术作为关键技术之一得到越来越多的关注。与此同时，阵列天线由于配备有许多参数随使用时间与温度变化的电子元件，导致了阵列天线单元之间的幅度和相位误差，各通道之间的一致性受到较大影响。故往往在使用之前，需要通过阵列天线通道校准方法得到阵列天线单元之间的辐相误差并给予补偿，以保证阵列天线的正常工作。关于天线的校准前人提出了很多方法，大致可分为两类：近场校准系统和远场校准系统。远场单探头测试方法系统结构简单，但需要保证探头放置于待测阵列天线的远场。对于5G频段应用，能够满足上述条件的微波暗室造价较为昂贵，并且远场测量也会带来较大的传播损耗造成动态范围的缩小。近场单探头测试方法极大地降低了对微波暗室大小的要求，但是需要极为精确地控制探头的位置使其依次对准每一个待测阵列天线单元，并且探针天线需要在精度要求较高平面上运动，测量耗时长且高精度扫描系统造价同样较为昂贵。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种阵列天线近场校准系统及方法，通过平面波生成器在待测天线近场产生准平面波，显著减小测试所需微波暗室的大小，避免了电磁波传播距离较长造成的路径损耗引起的误差，将平面波生成器看作等效的远场单探头测量系统，具有测量耗时短、占用空间小、成本低廉的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种阵列天线近场校准系统，待测阵列天线一共有N个天线单元，每个天线单元配备一个数字移相器进行相位控制，在待测阵列天线的近场放置有平面波生成器，所述平面波生成器用于在待测阵列天线处产生准平面波，所述待测阵列天线的各天线单元端口连接矢量网络分析仪的端口1，矢量网络分析仪端口2连接平面波生成器。

所述矢量网络分析仪用于测量待测阵列天线与平面波生成器之间的S参数，电源用于向待测阵列天线供电，使其工作在发射状态。

所述待测阵列天线在每次测量之前同时改变N个天线单元的相移，使待测阵列天线处于预先知晓的M种不同的相位状态。

一种阵列天线近场校准系统的测试方法，包括以下步骤；

步骤1：设计所需配置的M种不同的相位状态，由于校准过程中(步骤2-5)需要求解根据收发信号关系建立的线性方程组获得初始激励信息，故此相位状态矩阵P^M×N的条件数需要尽可能小，以降低可能存在的误差对测量结果的影响，故采用递归的方法由已知条件数的基础矩阵生成条件数尽可能小的相位矩阵P^M×N；

步骤2：将待测阵列天线调整为发射模式，平面波生成器调整为接收模式，同时保证平面波生成器产生的静区包含待测天线所在空间；

步骤3：使用矢量网络分析仪获取散射参数S^N×1；

步骤4：调节待测阵列天线单元的相移共M次，测量并记录平面波生成器端所接收的信号M^M×1；

步骤5：根据已知数据求解方程组获得测量结果；

根据线性方程组的信号关系：