一種天線陣列校準的方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天線陣列領(lǐng)域，尤其涉及一種天線陣列校準的方法、裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于相控陣列天線便于安裝、自適應波束控制、強抗干擾能力和高可靠性等突出優(yōu)點，廣泛應用于無線通信系統(tǒng)。相控陣列設備在運行過程中，各通道的射頻電路受溫度、濕度等環(huán)境的影響以及性能的漂移等，均會影響波束的形成，即天線陣列中各通道間存在幅相誤差，該幅相誤差導致副瓣電平升高，產(chǎn)生波束指向誤差，降低波束的方向性。因此為了獲得良好相控陣性能，需要對天線陣列進行幅相校準，使陣列通道的幅相特性一致。傳統(tǒng)通道校準方法需要復雜校準饋電網(wǎng)絡、專用或輔助校準通道，隨著頻率升高和通道數(shù)量增加，實現(xiàn)難度和交付成本也隨之增加。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，利用多個天線之間每兩個天線之間耦合特性，校準接收通道和發(fā)射通道之間的幅相一致性。具體設定通道I為校準參考通道，以校準通道2的接收通道和發(fā)射通道互易性，校準過程如下:
[0004]設定通道I的接收通道幅相特性為Rl，發(fā)射通道幅相特性為Tl，令Hl為T1/R1 ；
[0005]通道2發(fā)送校準信號，利用天線I和天線2的互耦，通道I接收到通道2發(fā)送的校準信號為ST2 = Sr*T2*C12*Rl，其中Sr為校準信號，T2為通道2發(fā)射通道幅相特性；令通道I發(fā)送校準信號，通道2接收通道I發(fā)送的校準信號STl = Sr*Tl*C12*R2，可以計算得到T2/R2 = ST2/ST1XH1，完成了通道2相對于通道I的接收和發(fā)射通道互易性校準。
[0006]但是，現(xiàn)有技術(shù)無法校準發(fā)射通道之間或接收通道之間的幅相一致性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種天線陣列校準的方法、裝置及系統(tǒng)，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中無法校準接收通道之間或發(fā)射通道之間的幅相一致性的問題。
[0008]本發(fā)明第一方面提供一種天線陣列校準的方法，所述方法應用于規(guī)則排布型陣列，至少包括如下步驟中的一個:
[0009]獲取第一信號和第二信號，根據(jù)所述第一信號和所述第二信號，計算得到第二陣元和第三陣元之間的發(fā)射幅相相對系數(shù)，以使所述第二陣元的第一發(fā)射通道的幅相特性與所述第三陣元的第二發(fā)射通道的幅相特性一致，所述第一信號由所述第二陣元通過所述第一發(fā)射通道發(fā)送至第一陣元，所述第二信號由所述第三陣元通過所述第二發(fā)射通道發(fā)送至所述第一陣元；
[0010]獲取第三信號和第四信號，根據(jù)所述第三信號和所述第四信號，計算得到所述第二陣元和所述第三陣元之間的接收幅相相對系數(shù)，以使所述第二陣元的第一接收通道的幅相特性與所述第三陣元的第二接收通道的幅相特性一致，所述第三信號由所述第二陣元通過所述第一接收通道接收自所述第一陣元發(fā)送的信號，所述第四信號由所述第三陣元通過所述第二接收通道接收自所述第一陣元發(fā)送的信號。
[0011]結(jié)合第一方面，本發(fā)明第一方面的第一種實現(xiàn)方式中，所述第二陣元和所述第三陣元相鄰，所述第一陣元包括第四陣元和第五陣元，且所述第二陣元和所述第四陣元兩者的間距，與所述第三陣元和所述第五陣元兩者的間距相等，所述第三陣元和所述第四陣元兩者的間距，與所述第二陣元和所述第五陣元兩者的間距相等時，所述第三信號包括第五信號和第六信號，所述第四信號包括第七信號和第八信號，所述第五信號由所述第四陣元發(fā)送給所述第二陣元，所述第六信號為第五陣元發(fā)送給所述第二陣元，所述第七信號由所述第四陣元發(fā)送給所述第三陣元，所述第八信號為所述第五陣元發(fā)送給所述第三陣元，所述根據(jù)所述第三信號和所述第四信號，計算得到所述第二陣元和所述第三陣元之間的接收幅相相對系數(shù)，具體包括:
[0012]根據(jù)所述第五信號、所述第七信號、所述第六信號和所述第八信號，計算得到所述接收幅相相對系數(shù)的絕對值；
[0013]所述方法還包括:
[0014]根據(jù)所述第三信號的第一相位、所述第四信號的第二相位、第三相位與第四相位之差及第一相位誤差閾值，確定所述接收幅相相對系數(shù)的符號；所述第三相位為所述第二陣元與所述第四陣元兩者之間的相位，所述第四相位為所述第三陣元和所述第四陣元兩者之間的相位；所述符號為正時，所述接收幅相相對系數(shù)為第一接收幅相相對系數(shù)，所述符號為負時，所述接收幅相相對系數(shù)為第二接收幅相相對系數(shù)。
[0015]結(jié)合第一方面及第一方面的第一種實現(xiàn)方式，本發(fā)明第一方面的第二種實現(xiàn)方式中，所述第二陣元和所述第三陣元被所述第一陣元間隔時，所述根據(jù)所述第三信號和所述第四信號，計算得到所述第二陣元和所述第三陣元之間的接收幅相相對系數(shù)，具體包括:
[0016]所述第一陣元與所述第二陣元兩者之間的間距，和所述第一陣元與所述第三陣元兩者之間的間距相等時，根據(jù)所述第三信號和所述第四信號，計算得到所述接收幅相相對系數(shù)。
[0017]結(jié)合第一方面的第一至第二種實現(xiàn)方式，本發(fā)明第一方面的第三種實現(xiàn)方式中，在計算得到所述接收幅相相對系數(shù)之后，所述方法還包括:
[0018]設所述第二陣元為Ic1陣元，第三陣元為k Jm1陣元，在所述第一陣元包括k ,+2陣元、h+4陣元……ki+n^-2陣元時，所述第二陣元和所述第三陣元之間的接收幅相相對系數(shù)RQc1, ki+mi)根據(jù)如下公式計算得到:
[0019]RCk1, I^m1) = R (Ii1)/R (I^m1) = (R(k1； k1 + 2))*(R(k1 + 2, k1+4))*......*R(k1+m1-2,；
[0020]所述Ic1為正整數(shù)，所述m 偶數(shù)。
[0021]結(jié)合第一方面及第一方面的第一至第三種實現(xiàn)方式，本發(fā)明第一方面的第四種實現(xiàn)方式中，所述第二陣元和所述第三陣元相鄰，所述第一陣元包括第六陣元和第七陣元，且所述第二陣元和所述第六陣元兩者的間距，與所述第三陣元和所述第七陣元兩者的間距相等，所述第三陣元和所述第六陣元兩者的間距，與所述第二陣元和所述第七陣元兩者的間距相等時，所述第一信號包括第九信號和第十信號，所述第二信號包括第十一信號和第十二信號，所述第九信號由所述第六陣元發(fā)送給所述第二陣元，所述第十信號為第七陣元發(fā)送給所述第二陣元，所述第十一信號由所述第六陣元發(fā)送給所述第三陣元，所述第八信號為所述第七陣元發(fā)送給所述第三陣元，所述根據(jù)所述第一信號和所述第二信號，計算得到所述第二陣元和所述第三陣元之間的發(fā)射幅相相對系數(shù)，具體包括:
[0022]根據(jù)所述第九信號、所述第十信號、所述第十一信號和所述第十二信號，計算得到所述發(fā)射幅相相對系數(shù)的絕對值；
[0023]所述方法還包括:
[0024]根據(jù)所述第一信號的第五相位、所述第二信號的第六相位、第七相位與第八相位的差值及第二相位誤差閾值，確定所述發(fā)射幅相相對系數(shù)的符號，所述第七相位為所述第二陣元與所述第六陣元兩者之間的相位，所述第八相位為所述第三陣元和所述第六陣元兩者之間的相位；所述符號為正時，所述發(fā)射幅相相對系數(shù)為第一發(fā)射幅相相對系數(shù)，所述符號為負時，所述發(fā)射幅相相對系數(shù)為第二發(fā)射幅相相對系數(shù)。
[0025]結(jié)合第一方面及第一方面的第一至第四種實現(xiàn)方式，本發(fā)明第一方面的第五種實現(xiàn)方式中，所述第二陣元和所述第三陣元被所述第一陣元間隔時，所述根據(jù)所述第一信號和所述第二信號，計算得到所述第二陣元和所述第三陣元之間的發(fā)射幅相相對系數(shù)，具體包括:
[0026]所述第一陣元與所述第二陣元兩者之間的間距，和所述第一陣元與所述第三陣元兩者之間的間距相等時，根據(jù)所述第一信號和所述第二信號，計算得到所述發(fā)射幅相相對系數(shù)。
[0027]結(jié)合第一方面及第一方面的第四至第五種實現(xiàn)方式，本發(fā)明第一方面的第六種實現(xiàn)方式中，設所述第二陣元為k2陣元，第三陣元為k 2+m2陣元，所述第一陣元包括k 2+2陣元、k2+4陣元……k2+m2-2陣元時，所述第二陣元和所述第三陣元之間的發(fā)射幅相相對系數(shù)T(k2，k2+m2)根據(jù)如下公式計算得到:
[0028]T(k2，k2+m2) = T (k2) /T (k2+m2) = (T (k2, k2+2)) * (T (k2+2, k2+4)) *......*T (k2+m2-2, k2+m2)；
[0029]所述k2為正整數(shù)，所述m 2為偶數(shù)。
[0030]結(jié)合第一方面及第一方面的第一至第六種實現(xiàn)方式，本發(fā)明第一方面的第七種實現(xiàn)方式中，所述第一陣元通過耦合作用接收所述第一信號和所述第二信號，所述第三陣元通過耦合作用接收所述第三信號，所述第四陣元通過耦合作用接收所述第四信號。
[0031]結(jié)合第一方面及第一方面的第一至第七種實現(xiàn)方式，本發(fā)明第一方面的第八種實現(xiàn)方式中，所述第二陣元和所述第三陣元與所述第一陣元為對稱關(guān)系。
[0032]本發(fā)明第二方面提供一種天線陣列校準的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0033]至少4個天線陣元、至少4個接收通道、至少4個發(fā)射通道、數(shù)字信號處理單元及至少4個開關(guān)，每個所述接收通道和每個所述發(fā)射通道分別由所述開關(guān)獨立控制；
[0034]所述天線陣元用于發(fā)射和/或接收信號；
[0035]所述接收通道用于對接收到的信號進行濾波、放大、變頻及數(shù)字變換，得到數(shù)字信號，并將所述數(shù)字信號傳輸至所述數(shù)字信號處理單元；
[0036]所述發(fā)射通道用于將所述數(shù)字信號處理單元輸入所述發(fā)射通道的信號進行數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換得到模擬信號，并對所述模擬信號進行濾波、調(diào)制、變頻和放大處理，得到處理后的模擬信號，并通過所述天線陣元發(fā)射所述處理后的模擬信號；
[0037]所述數(shù)字信號處理單元至少用于如下功能之一:
[0038]對所述接收通道傳輸?shù)乃鰯?shù)字信號進行數(shù)字信號處理，并根據(jù)所述數(shù)字信號計算接收通道之間的接收幅相相對系數(shù)，以使接收通道之間的幅相特性一致；
[0039]對所述接收通道傳輸?shù)乃鰯?shù)字信號進行數(shù)字信號處理，并根據(jù)所述數(shù)字信號計算發(fā)射通道之間的發(fā)射幅相相對系數(shù)，以使發(fā)射通道之間的幅相特性一致；
[0040]所述開關(guān)用于分別控制所述接收通道的通斷、所述發(fā)射通道的通斷，及分別控制所述接收通道與陣元的通斷、所述發(fā)射通道與陣元的通斷；將通過所述發(fā)射通道發(fā)射的信號的狀態(tài)，切換至從所述天線陣元接收并傳輸至所述接收通道的信號的狀態(tài)。
[0041]結(jié)合第二方面，本發(fā)明的第一種實現(xiàn)方式中，所述系統(tǒng)為頻分雙工FDD系統(tǒng)時，所述系統(tǒng)還包括雙工器和耦合器；
[0042]所述雙工器用于對所述接收通道接收到的信號和所述發(fā)射通道發(fā)射的信號進行分路、合路處理；
[0043]所述耦合器用于對信號進行耦合，以使所述發(fā)射通道發(fā)送頻率信號，及所述接收通道接收頻率信號。
[0044]結(jié)合第二方面及第一種實現(xiàn)方式，本發(fā)明的第二種實現(xiàn)方式中，每兩個被校準的所述天線陣元與輔助陣元存在對稱關(guān)系。
[0045]結(jié)合第二方面、及第一或第二種實現(xiàn)方式，本發(fā)明的第三種實現(xiàn)方式中，每個所述天線陣元通過陣元之間的耦合作用接收信號。
[0046]本發(fā)明第三方面提供一種應用上述第一方面中天線校準的方法的裝置，其特征在于，所述裝置應用于規(guī)則排布型陣列的通信設備，所述裝置包括:
[0047]第一獲取模塊，用于獲取第一信號和第二信號；
[0048]