相控阵天线的耦合校准网络和相控阵天线系统的制作方法

1.本发明涉及相控阵天线技术领域，尤其涉及一种相控阵天线的耦合校准网络和相控阵天线系统。


背景技术：

2.目前在相控阵天线系统中，为了获得良好的天线性能，需要对相控阵天线中有源通道不一致性进行校准，通常采用离线校准的方法先测试出有源通道的幅度和相位，系统上电后再调用预先计算好的校准数据对系统进行校准。该方法对于小型的相控阵系统来说应用较多。但是对于大型相控阵天线系统，有源通道数量巨大，采用此方法需要大量的测试工作，不便于系统的实现。
3.因此，现有的相控阵天线的校准方法效率较低。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种相控阵天线耦合校准网络和相控阵天线系统，通过在线实时校准的方法，避免了系统上电前的大量测试工作，提高了相控阵天线的校准效率。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种相控阵天线的耦合校准网络，包括：
6.该耦合校准网络应用于一种天线阵面，所述天线阵面包括多个天线子模块，每个天线子模块包括t/r组件和多个天线子阵列，所述耦合校准网络包括：
7.多个耦合功分模块，其中每个耦合功分模块与一个天线子模块存在唯一对应关系，每个耦合功分模块包括多个耦合器和一个功分器，每个耦合器与对应天线子模块的一个天线子阵列存在唯一对应关系，每个耦合器的第一直通端口与所述耦合器对应的天线子阵列相连，第二直通端口与所述耦合器对应的天线子阵列的t/r组件相连，针对任一耦合功分模块，所述耦合功分模块的所有耦合器的耦合端口与所述耦合功分模块的功分器相连，通过所述功分器合成为一个合成端口；
8.针对任一耦合功分模块，所述耦合功分模块还与校准模块相连，用于将所述校准模块发送的校准信号发送至所述耦合功分模块对应的天线子模块的t/r组件，以使得所述t/r组件根据所述校准信号获取所述天线子模块的各个天线子阵列对应的接收校正系数，所述耦合功分模块还用于将对应天线子模块的每个天线子阵列的被测信号发送至所述校准模块，以使得所述校准模块根据每个天线子阵列的被测信号获取每个天线子阵列对应的发射校正系数。
9.在一种可能的实现方式中，所述天线阵面的多个天线子模块为m行n列个天线子模块，所述耦合校准网络还包括至少一个功分器，所述至少一个功分器用于将所述多个耦合功分模块的合成端口合成为一个总端口，通过所述总端口与所述校准模块相连。
10.在一种可能的实现方式中，m为大于等于2的正整数，n为1，所述至少一个功分器为一个一分m功分器，或者，m为1，n为大于等于2的正整数，所述至少一个功分器为一个一分n功分器。
11.在一种可能的实现方式中，m为大于等于2的正整数，n为大于等于2的正整数，所述至少一个功分器包括一个一分m的功分器和一个一分n的功分器，所述m行天线子模块的合成端口通过所述一分m的功分器合成一个端口后，再通过所述一分n功分器合成所述总端口，或者，所述n列天线子模块的合成端口通过所述一分n的功分器合成一个端口后，再通过所述一分m功分器合成所述总端口。
12.在一种可能的实现方式中，所述耦合校准网络的耦合器通过smp接口与对应的天线子模块的天线子阵列和t/r组件相连。
13.第二方面，本发明实施例提供了一种相控阵天线系统，包括：天线阵面、耦合校准网络和校准模块，所述天线阵面包括多个天线子模块，每个天线子模块包括t/r组件和多个天线子阵列；
14.多个耦合功分模块，其中每个耦合功分模块与一个天线子模块存在唯一对应关系，每个耦合功分模块包括多个耦合器和一个功分器，每个耦合器与对应天线子模块的一个天线子阵列存在唯一对应关系，每个耦合器的第一直通端口与所述耦合器对应的天线子阵列相连，第二直通端口与所述耦合器对应的天线子阵列的t/r组件相连，针对任一耦合功分模块，所述耦合功分模块的所有耦合器的耦合端口与所述耦合功分模块的功分器相连，通过所述功分器合成为一个合成端口；
15.针对任一耦合功分模块，所述耦合功分模块还与校准模块相连，用于将所述校准模块发送的校准信号发送至所述耦合功分模块对应的天线子模块的t/r组件，所述耦合功分模块还用于将对应天线子模块的每个天线子阵列的被测信号发送至所述校准模块；
16.所述t/r组件，用于根据所述校准信号获取对应的天线子模块中每个天线子阵列对应的接收校正系数；
17.所述校准模块，用于根据每个天线子阵列的被测信号获取每个天线子阵列对应的发射校正系数。
18.在一种可能的实现方式中，所述天线阵面的多个天线子模块为m行n列个天线子模块，所述耦合校准网络还包括至少一个功分器，所述至少一个功分器用于将所述多个耦合功分模块的合成端口合成为一个总端口，通过所述总端口与所述校准模块相连；
19.其中，m为大于等于2的正整数，n为1，所述至少一个功分器为一个一分m功分器；
20.或者，m为1，n为大于等于2的正整数，所述至少一个功分器为一个一分n功分器；
21.或者，m为大于等于2的正整数，n为大于等于2的正整数，所述至少一个功分器包括一个一分m的功分器和一个一分n的功分器，所述m行天线子模块的合成端口通过所述一分m的功分器合成一个端口后，再通过所述一分n功分器合成所述总端口，或者，所述n列天线子模块的合成端口通过所述一分n的功分器合成一个端口后，再通过所述一分m功分器合成所述总端口。
22.在一种可能的实现方式中，所述校准模块包括校准收发组件、ad/da变换单元和信号处理单元；
23.当对所述天线阵面的接收通道进行校准时，所述校准模块的校准收发组件处于发射状态，所述信号处理单元发送的校准信号经过所述ad/da变换单元的处理后，通过所述校准收发组件发送至所述耦合校准网络，通过所述耦合校准网络将所述校准信号发送至各个天线子阵列对应的t/r组件；
24.当对所述天线阵面的发射通道进行校准时，所述校准模块的校准收发组件处于接收状态，依次接收各个天线子阵列通过所述耦合校准网络发送的被测信号，经过所述ad/da变换单元的处理后，由所述信号处理单元根据每个天线子阵列的被测信号获取每个天线子阵列对应的发射校正系数。
25.在一种可能的实现方式中，针对任一天线子模块，所述天线子模块包括p个天线子阵列，所述天线子模块的t/r组件为p通道t/r组件，当对所述天线阵面的接收通道进行校准时，所述t/r组件根据所述p个天线子阵列中每个天线子阵列接收到所述校准信号后相对于第一参考信号的幅度差和相位差，得到每个天线子阵列对应的接收校正系数。
26.在一种可能的实现方式中，当对所述天线阵面的发射通道进行校准时，所述天线阵面的各个天线子阵列按照预设顺序依次通过所述耦合校准网络向所述校准模块发送被测信号；
27.所述校准模块根据接收到每个被测信号相对于第二参考信号的幅度差和相位差，得到每个天线子阵列对应的发射校正系数。
28.本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
29.本发明实施例通过采用模块化的设计思路将耦合器和功分器集成在一起成为一个耦合功分模块，每个耦合功分模块唯一对应天线阵面中的一个天线子模块，用于将t/r组件发送的被测信号发送至校准模块或者将校准模块发送的校准信号发送至t/r组件，在实现了在线校准的基础上，减小了耦合校准网络的体积和重量。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1是本发明实施例提供的一种耦合校准网络的结构示意图；
32.图2是本发明实施例提供的一种天线子模块的结构示意图；
33.图3是本发明实施例提供的一种天线子阵列的结构示意图；
34.图4是本发明实施例提供的一种耦合功分模块与天线子模块的多个天线子阵列、t/r组件的连接关系示意图；
35.图5是本发明实施例提供的一种天线阵面的结构示意图；
36.图6是本发明实施例提供的另一种耦合校准网络的结构示意图；
37.图7是本发明实施例提供的另一种耦合校准网络的结构示意图；
38.图8是本发明实施例提供的另一种耦合校准网络的结构示意图；
39.图9是本发明实施例提供的一种相控阵天线系统的结构示意图；
40.图10是本发明实施例提供的一种校准模块的结构示意图。
具体实施方式
41.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体
细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
43.参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种相控阵天线的耦合校准网络，结合图1，该耦合校准网络应用于一种天线阵面，该天线阵面包括多个天线子模块，每个天线子模块包括t/r组件和多个天线子阵列。
44.图2是一种天线阵面的天线子模块的结构示意图，结合图2，天线子模块5包括多个天线子阵列6，以图2为例，一个天线子模块5包括8个天线子阵列6。图2仅为一种示例，本发明实施例不对天线子模块所包含的天线子阵列的个数进行限定。
45.结合图1，本发明实施例所提供的耦合校准网络1，包括多个耦合功分模块2，其中每个耦合功分模块2与一个天线子模块5存在唯一对应关系，每个耦合功分模块2包括多个耦合器3和一个功分器4，每个耦合器3与对应天线子模块5的一个天线子阵列6存在唯一对应关系，每个耦合器3的第一直通端口与耦合器3对应的天线子阵列6相连，第二直通端口与耦合器6对应的天线子阵列的t/r组件相连，针对任一耦合功分模块2，耦合功分模块2的所有耦合器3的耦合端口与耦合功分模块2的功分器4相连，通过功分器4合成为一个合成端口。
46.针对任一耦合功分模块2，耦合功分模块还与校准模块相连，用于将校准模块发送的校准信号发送至耦合功分模块对应的天线子模块的t/r组件，以使得t/r组件根据校准信号获取天线子模块的各个天线子阵列对应的接收校正系数，耦合功分模块2还用于将对应天线子模块的每个天线子阵列的被测信号发送至校准模块，以使得校准模块根据每个天线子阵列的被测信号获取每个天线子阵列对应的发射校正系数。
47.图3是本发明实施例提供的一种天线子阵列的结构示意图，如图3所示，一个天线子阵列6的馈电端口采用smp接口，该接口可以位于天线子阵列6的辐射口面的背面，或位于其他位置，本发明实施例对此不作限定。
48.本发明实施例提供的耦合校准网络中的耦合功分模块2与一个天线子模块中的多个天线子阵列和t/r组件的连接关系可参照图4，耦合校准网络的耦合器通过smp接口与对应的天线子模块的天线子阵列和t/r组件相连。
49.结合图4，以天线子模块5包含8个天线子阵列6为例进行说明，每个天线子阵列6包含一个smp接口，对应的，耦合功分模块2包括8个耦合器3，耦合功分模块2的直通端口的一端与天线子模块2的8个天线子阵列通过smp对插连接器对插相连接，天线子模块的t/r组件为8通道t/r组件，耦合功分模块2的直通端口的另一端与8通道t/r组件通过smp对插连接器对插相连接。
50.图5示出了一种本发明实施例所提供的耦合校准网络所应用于的一种天线阵面7。结合图5，天线阵面7包括的多个天线子模块如图5所示排布，天线阵面7的多个天线子模块为m行n列个天线子模块，耦合校准网络1还包括至少一个功分器，用于将所述多个耦合功分模块2的合成端口合成为一个总端口，通过所述总端口与所述校准模块相连。
51.如图6所示，m为大于等于2的正整数，n为1，则耦合校准网络1还包括一个一分m功分器。
52.如图7所示，m为1，n为大于等于2的正整数，则耦合校准网络1还包括一个一分n功分器。
53.如图8所示，m为大于等于2的正整数，n为大于等于2的正整数，至少一个功分器包括一个一分m的功分器和一个一分n的功分器，m行天线子模块的合成端口通过一分m的功分器合成一个端口后，再通过一分n功分器合成总端口，或者，n列天线子模块的合成端口通过一分n的功分器合成一个端口后，再通过一分m功分器合成总端口。
54.本发明实施例提供了一种耦合校准网络，采用模块化的设计思路将耦合器和功分器集成在一起成为一个耦合功分模块，每个耦合功分模块唯一对应天线阵面中的一个天线子模块，用于将t/r组件发送的被测信号发送至校准模块或者将校准模块发送的校准信号发送至t/r组件，在实现了在线校准的基础上，减小了耦合校准网络的体积和重量。
55.图9示出了本发明实施例提供的一种相控阵天线系统9，其中，图9中耦合校准网络1和耦合功分模块的具体结构可参考图1至图8，本发明实施例对此不再赘述。相控阵天线系统9包括：天线阵面7、耦合校准网络1和校准模块8，天线阵面7包括多个天线子模块5，每个天线子模块5包括t/r组件和多个天线子阵列6；
56.多个耦合功分模块2，其中每个耦合功分模块2与一个天线子模块5存在唯一对应关系，每个耦合功分模块2包括多个耦合器3和一个功分器4，每个耦合器3与对应天线子模块5的一个天线子阵列6存在唯一对应关系，每个耦合器3的第一直通端口与耦合器3对应的天线子阵列6相连，第二直通端口与耦合器3对应的天线子阵列6的t/r组件相连，针对任一耦合功分模块2，耦合功分模块2的所有耦合器3的耦合端口与耦合功分模块2的功分器4相连，通过功分器4合成为一个合成端口；
57.针对任一耦合功分模块2，耦合功分模块2还与校准模块8相连，用于将校准模块8发送的校准信号发送至耦合功分模块2对应的天线子模块5的t/r组件，耦合功分模块2还用于将对应天线子模块5的每个天线子阵列6的被测信号发送至校准模块8；
58.t/r组件，用于根据校准信号获取对应的天线子模块5中每个天线子阵列6对应的接收校正系数；
59.校准模块8，用于根据每个天线子阵列6的被测信号获取每个天线子阵列6对应的发射校正系数。
60.需要说明的是，图9仅示例性的描述了本发明实施例提供的相控阵天线系统的一部分结构，本发明实施例提供的相控阵系统中天线阵面、天线子模块、天线子阵列、耦合校准网络、耦合功分模块等的详细结构可参考图1至图8，本发明实施例对此不再赘述。
61.可选的，结合图6至图8，天线阵面7的多个天线子模块5为m行n列个天线子模块，耦合校准网络还包括至少一个功分器，至少一个功分器用于将多个耦合功分模块的合成端口合成为一个总端口，通过总端口与校准模块相连；
62.其中，m为大于等于2的正整数，n为1，至少一个功分器为一个一分m功分器；
63.或者，m为1，n为大于等于2的正整数，至少一个功分器为一个一分n功分器；
64.或者，m为大于等于2的正整数，n为大于等于2的正整数，至少一个功分器包括一个一分m的功分器和一个一分n的功分器，m行天线子模块的合成端口通过一分m的功分器合成一个端口后，再通过一分n功分器合成总端口，或者，n列天线子模块的合成端口通过一分n的功分器合成一个端口后，再通过一分m功分器合成总端口。
65.可选的，结合图10，校准模块8包括校准收发组件81、ad/da变换单元82和信号处理单元83；
66.当对天线阵面7的接收通道进行校准时，校准模块8的校准收发组件81处于发射状态，信号处理单元83发送的校准信号经过ad/da变换单元82的处理后，通过校准收发组件81发送至耦合校准网络1，通过耦合校准网络1将校准信号发送至各个天线子阵列6对应的t/r组件；
67.当对天线阵面7的发射通道进行校准时，校准模块8的校准收发组件81处于接收状态，依次接收各个天线子阵列6通过耦合校准网络1发送的被测信号，经过ad/da变换单元82的处理后，由信号处理单元83根据每个天线子阵列的被测信号获取每个天线子阵列6对应的发射校正系数。
68.可选的，针对任一天线子模块5，天线子模块5包括p个天线子阵列6，天线子模块5的t/r组件为p通道t/r组件，当对天线阵面7的接收通道进行校准时，t/r组件根据p个天线子阵列6中每个天线子阵列6接收到校准信号后相对于第一参考信号的幅度差和相位差，得到每个天线子阵列6对应的接收校正系数。
69.可选的，当对天线阵面7的发射通道进行校准时，天线阵面7的各个天线子阵列6按照预设顺序依次通过耦合校准网络1向校准模块8发送被测信号；
70.校准模块8根据接收到每个被测信号相对于第二参考信号的幅度差和相位差，得到每个天线子阵列6对应的发射校正系数。
71.本发明实施例提供了一种相控阵天线系统，系统中的天线阵面包括多个天线子模块，采用模块化的设计思路将耦合器和功分器集成在一起成为一个耦合功分模块，每个耦合功分模块唯一对应天线阵面中的一个天线子模块，用于将t/r组件发送的被测信号发送至校准模块或者将校准模块发送的校准信号发送至t/r组件，在实现了在线校准的基础上，减小了耦合校准网络的体积和重量。
72.可选的，上述第一参考信号可以为相控阵天线系统中任一预设的天线子阵列接收到的校准信号，上述第二参考信号可以为相控阵天线系统中任一预设的天线子阵列发送的被测信号。
73.可选的，在相控阵天线系统的使用过程中，通过发射校正系数和接收校正系数对每个天线子阵列进行校准。
74.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。