一种多场景适配的相控阵天线多波束通道校准系统的制作方法

本发明涉及天线测量领域，尤其涉及一种多场景适配的相控阵天线多波束通道校准系统。

背景技术：

1、随着无线通信应用需求的不断发展，有源相控阵天线的大量广泛应用，特别是随着多波束相控阵天线的快速发展，批量化的相控阵天线生产测试，因此一台便捷高效的设备变得更加迫切，一种快速测试方法及算法将会大大提高测试效率，节约企业成本。

2、在现行业技术中，针对相控阵天线的通道校准测试，往往都采用传统的平面近场校准法，即通过扫描架等机械设备携带探头天线通过物理位置的运动采集当前通道的幅度、相位数据，从而完成校准。例如现有技术(申请号为cn202110902101.8的发明专利)公开了一种相控阵天线快速校准测试系统及方法，属于天线测量技术领域，涉及一种近场测试系统，尤其涉及相控阵天线的快速校准和方向图测试。本发明包括上位机模块、交换机模块、同步控制模块、信号源模块、功放模块、低噪放模块、待测相控阵天线、电源模块、校准控制模块、扫描模块、信号调理模块、矢网模块。其中，扫描模块通过以太网接口接收交换机模块输入的配置信息，移动扫描探头，再通过以太网接口将扫描探头的位置信息发送给交换机模块。

3、采用该种方式，具有如下缺点：针对多波束通道的校准将会花费更加大量的时间，例如被测天线为8波束、阵面大小为1024通道、共6频点的多波束相控阵天线，则每一个频点、每一个波束的1024通道均需要进行校准测试，则共需要进行6*8*1024＝49152次校准测试，即每一频点下、每一波束下的每一个通道均需要进行通道校准测试。若采用常规的传统校准方式，通过扫描架携带扫描探头的物理运动而完成校准将会花费大量的时间以及精力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多场景适配的相控阵天线多波束通道校准系统。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、本发明的第一方面，提供一种多场景适配的相控阵天线多波束通道校准系统，包括：

4、固定探头，朝向待测天线设置且接收方向垂直于待测天线所在平面，用于接收待测天线发射信号并转换为校准信号；

5、上位机，用于向矢量网络分析仪输出频率控制指令、向波控时序控制器输出波束控制指令、接收矢量网络分析仪发送的各组校准信号、对所有校准信号进行计算得到初始测试幅度和初始相位值、根据天线各通道坐标关系和频率大小对初始测试幅度和初始相位值进行补偿得到补偿后的幅度数据和相位数据；

6、矢量网络分析仪，用于根据接收到的频率控制指令产生指定频率信号输入至待测天线、在接收到触发采集信号后将固定探头输出的校准信号传输至上位机；

7、波控时序控制器，用于根据接收到的波束控制指令依序产生以“频点-波束-通道”为控制顺序的波束控制信号输入至待测天线、在输出波束控制信号后产生触发采集信号输出至矢量网络分析仪。

8、进一步地，所述校准信号包括信号实部数据和信号虚部数据。

9、进一步地，所述“频点-波束-通道”替换为“频点-波束-通道-相位”，其中每一个通道对应两个相位分别为p1和p1+180°，其中p1表示0-360°中的任何值；

10、对于同一频点同一波束同一通道的两个相位值对应的校准信号，分别将信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的校准信号。

11、进一步地，所述“频点-波束-通道”替换为“频点-波束-通道-相位”，其中每一个通道对应四个相位分别为p1、p2、p1+180°、p2+180°，其中p1表示0-360°中的任何值，p2表示0-360°中的任何除p1以外的值；

12、对于同一频点同一波束同一通道的相位值为p1和p1+180°的校准信号，分别将信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的第一校准信号；

13、对于同一频点同一波束同一通道的相位值为p2和p2+180°的校准信号，分别将信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的第二校准信号；

14、利用所述第一校准信号进行计算得到第一初始测试幅度和第一初始相位值，利用第二校准信号进行计算得到第二初始测试幅度和第二初始相位值，取第一初始测试幅度和第二初始测试幅度的平均值作为初始测试幅度，取第一初始相位值和第二初始相位值的平均值作为初始相位值。

15、进一步地，所述矢量网络分析仪，在接收到触发采集信号后将固定探头输出的校准信号传输至上位机、并在传输完成后向波控时序控制器输出传输完成信号；所述波控时序控制器在接收到传输完成信号后生成下一个波束控制信号；或者：

16、所述波控时序控制器定时产生下一个波束控制信号。

17、进一步地，所述校准系统还包括：

18、交换机，连接在上位机和矢量网络分析仪、以及上位机和波控时序控制器之间，用于数据传输。

19、进一步地，所述根据天线各通道坐标关系和频率大小对初始测试幅度和初始相位值进行补偿得到补偿后的幅度数据和相位数据，具体包括：

20、利用通道坐标关系和波长，计算得到对应通道和物理距离差c之间的波程差△phase；

21、利用电磁波空间传输衰减公式、对应通道和固定探头的物理距离差c、电磁波传输频率f，计算得到对应通道的电磁波传输过程中的信号衰减差△mag；

22、将初始测试幅度叠加波程差△phase得到校准后的幅度数据，将初始相位值叠加信号衰减差△mag得到校准后的相位数据。

23、进一步地，所述利用通道坐标关系和波长，计算得到对应通道和物理距离差c之间的波程差△phase，包括：

24、以天线正面中心为原点，根据各通道坐标计算对应通道与原点之间的第一距离k；

25、根据测试距离h和第一距离k计算得到对应通道和固定探头之间的第二距离l；

26、根据第二距离l和测试距离h计算得到对应通道和固定探头的物理距离差c；

27、根据物理距离差c和波长λ，计算得到波程差△phase。

28、进一步地，所述利用电磁波空间传输衰减公式、对应通道和固定探头的物理距离差c、电磁波传输频率f，计算得到对应通道的电磁波传输过程中的信号衰减差△mag，包括：

29、以天线正面中心为原点，根据各通道坐标计算对应通道与原点之间的第一距离k；

30、根据测试距离h和第一距离k计算得到对应通道和固定探头之间的第二距离l；

31、根据第二距离l和测试距离h计算得到对应通道和固定探头的物理距离差c；

32、将物理距离差c和电磁波传输频率f带入电磁波空间传输衰减公式中，计算得到对应通道的电磁波传输过程中的信号衰减差△mag。

33、进一步地，所述校准系统还包括：

34、dc电源，用于向波控时序控制器和被测天线供电。

35、本发明的有益效果是：

36、(1)在本发明的一示例性实施例中，系统可以保持扫描探头静止不动，从而可以快速的完成每一频点、每一波束下的每一通道的快速校准测试，并通过数学算法分析数据处理完成最终的测试，以保证相控阵天线的快速校准效率(即在测试时，探头与被测天线均保持不动，通过波控时序控制器的快速波束状态切换，通道状态切换，以及与矢量网络分析仪之间采用触发式通信，从而完成快速的通道校准测试)，其测试效率是传统校准测试方法的30-50倍，大大提升效率。

37、无需扫描架控制及运动，大大节约传统测试过程中的扫描架成本，节约人力、设备成本。同时测试环境搭建极其简单，要求较低，省略了传统测试方法中的高精度控制扫描架要求以及对扫描平面的要求。

38、可进行多波束相控阵天线测试也可进行常规相控阵天线测试(即波束取值为1即可)，适用性广。

39、(2)在本发明的一示例性实施例中，对于同一通道，采集两个相位相差180°的校准信号，对两个校准信号的信号实部数据相减后再除以二、信号虚部数据相减后再除以二，得到去除干扰的校准信号。采用带耦合去除算法的测试模式，不仅可以满足可单通道开关的相控阵校准测试，也可测试天线全阵通道打开的测试模式，使得该设备可以使用天线不同开电状态下的校准测试。

40、(3)在本发明的一示例性实施例中，采通过相位相差180°的信号相减，因两组数据为反向信号，二者相减即可快速滤除相关无用信号，同时通过两次相关测试取平均值从而使最终结果更接近真实值。

41、(4)在本发明的一示例性实施例中，波控时序控制器和矢量网络分析仪之间全程采用外触发握手信号通信，使得整个校准测试更加快速。而在又一示例性实施例中，波控时序控制器定时产生下一个波束控制信号，采用该种方式使得数据采集过程稳定可控。

42、(5)在本发明的一示例性实施例中，交换机主要作用是用于网口通信，设置主要依赖上位机去设置，交换机起到数据转发和网络通信的作用。

43、(6)在本发明的一示例性实施例中，公开了校准数据的具体实现方式。