专利名称：一种基于四单元定向天线的发射相位实时校准装置及方法
技术领域：
本发明涉及天线及电缆发射相位校准技术，具体涉及一种基于四单元定向天线发射相位实时校准装置及其相应的校准方法。
背景技术：
TCAS定向天线一般由四个全向天线单元组成。TCAS系统通过对四个天线端口加注相应的发射相位，形成四个波束宽度略大于90度的定向波束，将空间分割成四块，从而达到其系统需求。4个天线端口连接了 4根电缆，由于电缆长度误差及系统误差，各端口发射相位会有偏差，从而导致波束指向错误，系统无法正常工作。此时需要对系统误差进行修正。再者，当天线电缆更换、温度、时间、电缆损伤等等问题，均会导致系统相位变化， 这样就需要对系统误差修正能实时进行。由此可见，如何对定向天线的发射相位进行实时校准是本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术所存在的问题，而提供一种基于四单元定向天线发射相位实时校准装置，同时还提供一种相应的校准方法。本发明可针对天线、电缆及系统误差进行实时相位校准，从而满足TCAS进行定向发射的能力。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种基于四单元定向天线的发射相位实时校准装置，该装置包括一功分器、四个发射通道、四个收发开关、四个接收通道、一个矩阵开关以及一个相位比较器，所述功分器将校准源信号分为四路校准信号，并分别发送至四个发射通道，所述四个发射通道分别与四个收发开关对应相接，所述四个收发开关分别连接于四单元定向天线，所述四个收发开关分别通过四个接收通道连接矩阵开关，所述矩阵开关连接于相位比较器。在本发明的一实施例中，所述发射通道中包含有用于调整通道发射信号相位的移相网路。在本发明的一实施例中，所述矩阵开关为4选2矩阵开关。本发明的第二目的在于提供一种基于四单元定向天线的发射相位实时校准方法， 该方法基于上述装置，其包括如下步骤(1)通过对4组相邻的两个发射通道发射校准信号，同时以相应两个接收通道接收校准信号，并以此得到两两相邻通道之间的相位差；(2)将得到的两两相邻通道之间的相位差进行归一化处理，设测试到的相位差分别为识21、识32禾口识43，
φ 1-φ2\ = φ3\
由上述可得识21、识31和识41，分别为通道4、3、2与通道1的相位差，即可得到4通道之间的发射相位差；(3)调整每一组发射通道的相位，直至相应接收信号相位差为0，完成发射相位校准。在本发明的一实施例中，所述步骤(1)具体实现步骤如下(11)通过收发开关控制四个发射通道中的相邻两个发射通道发射校准源信号；(12)通过收发开关控制四个接收通道中相应的两个接收通道接收校准信号；(13)通过矩阵开关选择相应的两个接收通道的校准信号；(14)通过相位比较器得出这两路接受校准信号的相位差。进一步的，所述步骤(3)通过如下步骤实现(31)先将每一组相邻的两发射通道用于发射校准信号，再将相应的接受通道用于接收校准信号，并将相邻的两发射通道的初始移相相位设为0度；(32)打开校准源，检查相位比较器输出相位差，如果相位差为0度，则直接输出该组相邻的两发射通道所设相位即可；如果相位差大于0度，则增加相应发射通道的移相相位值；如果相位差小于0，则减小相应发射通道的移相相位值，再检查相位比较器输出相位差；(33)直至相位比较器输出的相位差为0度，则输出该组相邻的两发射通道所设相位即可，并至此完成了两个通道之间发射相位的校准。根据上述方案得到的本发明可以对天线、电缆及系统误差进行实时相位校准误差，确保发射信号的相位，以合成指定指向的波束。本发明合适对具有外部射频电缆连接到天线，且需要实时校准发射相位的系统。 例如机载防撞系统(TCAS)的天线系统。而TCAS系统中，需要形成不同方向的波束指向来询问飞机，本发明完全可以得到应用。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本发明。
图1为本发明中发射相位实时校准装置的结构示意图。图2为本发明中发射相位实时校准方法的流程图。图3为1、2通道发射相位校准流程图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。参见图1，本发明提供的基于四单元定向天线的发射相位实时校准装置，其在结构上包括一功分器、四个发射通道、四个收发开关、四个接收通道、一个矩阵开关以及一个相位比较器。其中功分器将校准源信号分为四路校准信号，并分别发送至四个发射通道，而四个发射通道分别与四个收发开关对应相接，四个收发开关分别连接于四单元定向天线，同时四个收发开关分别通过四个接收通道连接矩阵开关，最后矩阵开关连接于相位比较器。同时，本发明中的发射通道中包含有用于调整通道发射信号相位的移相网路。上述的装置开始校准时，先打开校准源信号，经过一分四的功分器后，分为四路校准信号，到达四个发射通道。由收发开关来选择其中两个发生通道的信号作为发射校准信号，另外两路作为接收通道，用于接受相应的校准信号。发射信号经过电缆和其中两个天线单元后辐射出去，再经过另外两个天线单元和电缆到达接收通道。最后由相位比较器得到接收到校准信号的相位差。基于上述方案，本发明还提供一种发射相位实时校准方法，该方法基于上述装置， 其包括如下步骤(参见图2)第一步，通过对4组相邻的两个发射通道发射校准信号，同时以相应两个接收通道接收校准信号，并以此得到两两相邻通道之间的相位差。该步骤的实现具体如下(1)开始校准后，先通过收发开关控制四个发射通道中的相邻两个发射通道1、2 发射通道发射的信号作为发射校准信号，同时通过收发开关控制四个接收通道中相应的3、 4接收通道作为相应的接收通道，用于接收校准信号。(2)通过4选2矩阵开关选择3、4接收通道的接收校准信号，并由相位比较器得出 1、2发射通道的相位差。(3)同理，将2、3发射通道发射的信号作为发射校准信号，4、1接收通道用于接收校准信号，得到2、3发射通道的相位差。(4)同理，将3、4发射通道发射的信号作为发射校准信号，1、2接收通道用于接收校准信号，得到3、4发射通道的相位差。(5)同理，将4、1发射通道发射的信号作为发射校准信号，2、3接收通道用于接收校准信号，得到4、1发射通道的相位差。第二步，将得到的两两相邻通道之间的相位差进行归一化处理，得到4通道之间的发射相位差。设测试到的相位差分别为识21、衫2和一 3，
权利要求
1.一种基于四单元定向天线的发射相位实时校准装置，其特征在于，所述校准装置包括一功分器、四个发射通道、四个收发开关、四个接收通道、一个矩阵开关以及一个相位比较器，所述功分器将校准源信号分为四路校准信号，并分别发送至四个发射通道，所述四个发射通道分别与四个收发开关对应相接，所述四个收发开关分别连接于四单元定向天线， 所述四个收发开关分别通过四个接收通道连接矩阵开关，所述矩阵开关连接于相位比较器。
2.根据权利要求1所述的一种基于四单元定向天线的发射相位实时校准装置，其特征在于，所述发射通道中包含有用于调整通道发射信号相位的移相网路。
3.根据权利要求1所述的一种基于四单元定向天线的发射相位实时校准装置，其特征在于，所述矩阵开关为4选2矩阵开关。
4.一种基于四单元定向天线的发射相位实时校准方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤(1)通过对4组相邻的两个发射通道发射校准信号，同时以相应两个接收通道接收校准信号，并以此得到两两相邻通道之间的相位差；(2)将得到的两两相邻通道之间的相位差进行归一化处理，得到4个通道之间的发射相位差；(3)调整每一组发射通道的相位，直至相应接收信号相位差为0，完成发射相位校准。
5.根据权利要求4所述的一种基于四单元定向天线的发射相位实时校准方法，其特征在于，所述步骤(1)具体实现步骤如下(11)通过收发开关控制四个发射通道中的相邻两个发射通道发射校准源信号；(12)通过收发开关控制四个接收通道中相应的两个接收通道接收校准信号；(13)通过矩阵开关选择相应的两个接收通道的校准信号；(14)通过相位比较器得出这两路接受校准信号的相位差。
6.根据权利要求4所述的一种基于四单元定向天线的发射相位实时校准方法，所述步骤(3)通过如下步骤实现(31)先将每一组相邻的两发射通道用于发射校准信号，再将相应的接受通道用于接收校准信号，并将相邻的两发射通道的初始移相相位设为0度；(32)打开校准源，检查相位比较器输出相位差，如果相位差为0度，则直接输出该组相邻的两发射通道所设相位即可；如果相位差大于0度，则增加相应发射通道的移相相位值； 如果相位差小于0，则减小相应发射通道的移相相位值，再检查相位比较器输出相位差；(33)直至相位比较器输出的相位差为0度，则输出该组相邻的两发射通道所设相位即可，并至此完成了两个通道之间发射相位的校准。
全文摘要
本发明公开了一种基于四单元定向天线的发射相位实时校准装置及方法，装置中功分器将校准源信号分为四路校准信号，并分别发送至四个发射通道，而四个发射通道分别与四个收发开关对应相接，四个收发开关分别连接于四单元定向天线，同时四个收发开关分别通过四个接收通道连接矩阵开关，矩阵开关连接于相位比较器；该方法通过两通道发射校准源信号，两通道接收校准信号，比较两路接收信号的相位差，来得到两个发射通道之间的相位关系。本发明可被广泛用于波束成形中对各个端口相位有实时校准需求的系统，例如机载防撞系统以及具有对称特性的天线系统，此种系统具有显著的市场前景和经济效益。
文档编号H01Q21/00GK102280719SQ20111012110
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者吴鑫伟, 张俊强, 张海辉, 毛继志, 沈凯虹 申请人:中国航空无线电电子研究所