半封閉回路耦合的相控陣通道幅相校準(zhǔn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種相控陣幅相的校準(zhǔn)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]有源相控陣為了減少干擾和對(duì)抗反輻射攻擊，通常需要低副瓣或超低幅瓣。這需 要對(duì)陣面布置恰當(dāng)?shù)目趶秸丈淠芰?，以獲得期望的低副瓣輻射方向圖，因而要求各單元通 道的幅相穩(wěn)定，一致性好并可控。實(shí)際情況中，由于原器件性能差異、電路設(shè)計(jì)和加工制造 等誤差，使得各通道之間的幅相一致性較差，因而需對(duì)其進(jìn)行幅相校準(zhǔn)。通常陣面的幅相校 準(zhǔn)是在陣面的口面或中場(chǎng)區(qū)架設(shè)校準(zhǔn)探頭。口面校準(zhǔn)通過(guò)機(jī)械移動(dòng)探頭位置，逐個(gè)檢測(cè)每 個(gè)通道的幅度和相位。中場(chǎng)區(qū)校準(zhǔn)是在微波暗室中，將探頭放置在陣面的中場(chǎng)區(qū)域，逐個(gè)打 開(kāi)通道，檢測(cè)通道的幅度和相位。這樣的陣面校準(zhǔn)技術(shù)存在以下問(wèn)題：
[0003] (1) 口面校準(zhǔn)方法要求探頭到每個(gè)通道單元的位置在一致，這對(duì)移動(dòng)時(shí)位置精確 定要求非常高，由于要機(jī)械移動(dòng)探頭到每一個(gè)通道單元，在大型陣面的校準(zhǔn)時(shí)，花費(fèi)時(shí)間較 長(zhǎng)。
[0004] (2)中場(chǎng)區(qū)校準(zhǔn)方法要求具有較好的外部環(huán)境，減少環(huán)境反射和多徑效應(yīng)帶來(lái)的 檢測(cè)誤差，通常是在微波暗室中進(jìn)行。
[0005] (3)無(wú)論是口面校準(zhǔn)還是陣面中場(chǎng)區(qū)校準(zhǔn)，在相控陣面正式裝備后，都無(wú)法便利地 進(jìn)行通道監(jiān)測(cè)和幅相校準(zhǔn)修正。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于半封閉回路耦合的有源相控陣通 道幅相校準(zhǔn)裝置，通過(guò)耦合的波導(dǎo)校準(zhǔn)回路在陣面饋電網(wǎng)絡(luò)上采集每個(gè)通道幅度和相位信 息，對(duì)陣面幅相進(jìn)行適時(shí)校準(zhǔn)，不僅能應(yīng)用于陣面裝備前的幅相校準(zhǔn)，還能應(yīng)用于陣面裝備 工作后通道好壞檢測(cè)和校準(zhǔn)，提升相控陣?yán)走_(dá)的性能。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:包括若干波導(dǎo)耦合器，每一個(gè)波導(dǎo) 耦合器耦合有源相控陣陣面的一個(gè)通道，串接的波導(dǎo)耦合器構(gòu)成耦合回路，耦合回路的一 端接信號(hào)收發(fā)模塊，另一端接負(fù)載;當(dāng)檢測(cè)有源相控陣陣面的通道發(fā)射幅相時(shí)，由有源相控 陣?yán)走_(dá)的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)，逐一打開(kāi)每個(gè)通道，耦合回路的信號(hào)收發(fā)模塊接收信號(hào)，讀取 各個(gè)通道的發(fā)射幅相信息；當(dāng)檢測(cè)有源相控陣陣面的通道接收幅相時(shí)，由耦合回路的信號(hào) 收發(fā)模塊發(fā)射信號(hào)，逐一打開(kāi)每個(gè)通道，有源相控陣?yán)走_(dá)的接收系統(tǒng)接收信號(hào)，讀取各個(gè)通 道的接收幅相信息;發(fā)射幅相信息或接收幅相信息反饋到有源相控陣?yán)走_(dá)的波束控制分發(fā) 器中，進(jìn)行幅相校準(zhǔn)。
[0008] 所述的波導(dǎo)耦合器設(shè)置在有源相控陣陣面與T/R組件之間的饋線旁。
[0009] 所述的波導(dǎo)耦合器使用波導(dǎo)窄邊的斜縫進(jìn)行能量耦合傳輸。
[0010] 所述的波導(dǎo)耦合器替換為微帶線耦合或帶狀線耦合器。
[0011]所述波導(dǎo)耦合器的耦合能量為有源相控陣?yán)走_(dá)的接收系統(tǒng)能夠檢測(cè)的最小能量。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:解決了 口面校準(zhǔn)方法中口面探頭的精準(zhǔn)定位問(wèn)題，校準(zhǔn)的 時(shí)間相對(duì)于口面校準(zhǔn)方法得到極大縮短；與陣面中場(chǎng)區(qū)校準(zhǔn)方法相比，本發(fā)明校準(zhǔn)時(shí)的外 部環(huán)境要求相對(duì)較低。本發(fā)明不僅能應(yīng)用于相控陣裝備前的幅相校準(zhǔn)，還能應(yīng)用于裝備后 的通道檢測(cè)和幅相校準(zhǔn)，使相控陣波形設(shè)計(jì)更準(zhǔn)確，相控陣?yán)走_(dá)的性能更佳。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的原理不意圖；
[0014] 圖2是幅相校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施 例。
[0016] 本發(fā)明提供的基于半封閉回路耦合的有源相控陣通道幅相校準(zhǔn)技術(shù)，使用一定耦 合強(qiáng)度的波導(dǎo)校準(zhǔn)半封閉回路，在相控陣的饋電網(wǎng)絡(luò)上對(duì)通道的幅相進(jìn)行耦合，適時(shí)監(jiān)測(cè) 和校準(zhǔn)陣面各通道的幅相，不僅能應(yīng)用于陣面裝備前的幅相校準(zhǔn)，還能應(yīng)用于相控陣裝備 后的通道好壞檢測(cè)和幅相校準(zhǔn)，應(yīng)用于相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)。
[0017] 本發(fā)明在陣面每個(gè)通道上都使用一個(gè)窄邊斜縫耦合的波導(dǎo)耦合器，構(gòu)成耦合回 路。耦合回路的一端接信號(hào)收/發(fā)模塊，另一端接負(fù)載。當(dāng)檢測(cè)通道發(fā)射幅相時(shí)，由相控陣?yán)?達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)，逐個(gè)打開(kāi)每個(gè)通道，耦合回路的信號(hào)接收模塊接收信號(hào)，讀取通道 的發(fā)射幅相信息。當(dāng)檢測(cè)通道接收幅相時(shí)，由耦合回路的發(fā)射模塊發(fā)射信號(hào)，逐個(gè)打開(kāi)每個(gè) 通道，相控陣?yán)走_(dá)的接收系統(tǒng)接收信號(hào)，讀取通道的接收幅相信息。檢測(cè)的結(jié)果反饋到波束 控制分發(fā)器中，使得陣列的低副瓣效果更精準(zhǔn)，能提高相控陣?yán)走_(dá)的性能。
[0018] 本發(fā)明設(shè)計(jì)時(shí)，首先對(duì)陣列遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖進(jìn)行分析，天線陣列遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)方向圖計(jì)算 公式如下：
[0019]
[0020] 式中Eei^nt是單元電場(chǎng)方向圖，Ai是每個(gè)通道激勵(lì)的電流幅度，k = 2 π/λ是波束，λ 是工作波長(zhǎng)，d是單元間距，θ',是每個(gè)通道的相位。
[0021 ]通過(guò)設(shè)置每個(gè)通道的激勵(lì)幅度仏和相位θ',來(lái)設(shè)計(jì)相控陣的各種波形。為了波形設(shè) 計(jì)的準(zhǔn)確性，必須要知道每個(gè)通道初始的幅度和相位，并進(jìn)行修正，即通道的幅相檢測(cè)和校 準(zhǔn)。
[0022]如圖1所示，在天線與T/R組件之間的饋線旁設(shè)置一個(gè)耦合器，通過(guò)耦合器直接完 成校正信號(hào)的接收和發(fā)射。發(fā)射校正時(shí)，將參考校正通道控制為接收狀態(tài)，陣列的發(fā)射通道 依次發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)天線的耦合校正網(wǎng)絡(luò)將所有發(fā)射信號(hào)耦合到參考校正通道進(jìn)行接 收，將接收到的所有發(fā)射信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較計(jì)算出所有發(fā)射通道的幅相誤差因子， 計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在波束綜合單元中用于加權(quán)系數(shù)的校正因子。做接收校正時(shí)，通過(guò)參考校正 通道發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，陣列所有接收通道進(jìn)行接收，將所有的接收信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行 比較計(jì)算出進(jìn)行所有接收通道的幅相誤差因子，計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在波束綜合單元中用于加權(quán) 系數(shù)的校正因子。
[0023]如圖2所示，每個(gè)耦合器使用波導(dǎo)窄邊的斜縫進(jìn)行能量耦合傳輸。陣面接收校準(zhǔn) 時(shí)，從校準(zhǔn)T/R發(fā)檢測(cè)信號(hào)，從1、2、3···Ν-2、Ν-1、N通道挨個(gè)接收幅度和相位。當(dāng)檢測(cè)一個(gè)通 道時(shí)，其他通道都接負(fù)載態(tài)。信號(hào)在波導(dǎo)中傳輸時(shí)，傳輸衰減很小，幾乎可以忽略。發(fā)射信號(hào) 依次通過(guò)1、2、3···耦合口，邊傳輸邊耦合，耦合度為-50多dB，約為總能量的7.9X ΚΓ6倍(按-51dB計(jì)算），耦合減少的能量可忽略。相位檢測(cè)時(shí)，要考慮不同檢測(cè)端口離收/發(fā)模塊的距 離，電磁波在波導(dǎo)中傳輸不同距離，其相位不一樣，要把這部分相位進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)陣面發(fā)射 校準(zhǔn)時(shí)，從1、2、3···Ν-2、N-1、N通道的T/R挨個(gè)發(fā)射信號(hào)，其他端口接負(fù)載態(tài)，從校準(zhǔn)T/R模塊 接收信號(hào)，其校準(zhǔn)原理和接收校準(zhǔn)時(shí)一致。
[0024]本發(fā)明在使用時(shí)，使用者應(yīng)首先根據(jù)相控陣饋電網(wǎng)絡(luò)形式設(shè)計(jì)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，不局限 于波導(dǎo)耦合校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，還可以是微帶線耦合、帶狀線耦合等校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)。其次要合理設(shè)計(jì)校準(zhǔn) 網(wǎng)絡(luò)耦合能量的大小，通常是接收機(jī)檢測(cè)靈敏度范圍內(nèi)最小的耦合能量，這樣在雷達(dá)正常 工作時(shí)，盡可能地減小耦合的能量損耗。最后按照設(shè)計(jì)的流程搭建校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)框架。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種半封閉回路耦合的相控陣通道幅相校準(zhǔn)裝置，包括若干波導(dǎo)耦合器，其特征在 于:每一個(gè)波導(dǎo)耦合器耦合有源相控陣陣面的一個(gè)通道，串接的波導(dǎo)耦合器構(gòu)成耦合回路， 耦合回路的一端接信號(hào)收發(fā)模塊，另一端接負(fù)載；當(dāng)檢測(cè)有源相控陣陣面的通道發(fā)射幅相 時(shí)，由有源相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)，逐一打開(kāi)每個(gè)通道，耦合回路的信號(hào)收發(fā)模塊 接收信號(hào)，讀取各個(gè)通道的發(fā)射幅相信息；當(dāng)檢測(cè)有源相控陣陣面的通道接收幅相時(shí)，由耦 合回路的信號(hào)收發(fā)模塊發(fā)射信號(hào)，逐一打開(kāi)每個(gè)通道，有源相控陣?yán)走_(dá)的接收系統(tǒng)接收信 號(hào)，讀取各個(gè)通道的接收幅相信息；發(fā)射幅相信息或接收幅相信息反饋到有源相控陣?yán)走_(dá) 的波束控制分發(fā)器中，進(jìn)行幅相校準(zhǔn)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半封閉回路耦合的相控陣通道幅相校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所 述的波導(dǎo)耦合器設(shè)置在有源相控陣陣面與T/R組件之間的饋線旁。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半封閉回路耦合的相控陣通道幅相校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所 述的波導(dǎo)耦合器使用波導(dǎo)窄邊的斜縫進(jìn)行能量耦合傳輸。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半封閉回路耦合的相控陣通道幅相校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所 述的波導(dǎo)耦合器替換為微帶線耦合或帶狀線耦合器。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半封閉回路耦合的相控陣通道幅相校準(zhǔn)裝置，其特征在于:所 述波導(dǎo)耦合器的耦合能量為有源相控陣?yán)走_(dá)的接收系統(tǒng)能夠檢測(cè)的最小能量。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種半封閉回路耦合的相控陣通道幅相校準(zhǔn)裝置，有源相控陣陣面的每個(gè)通道耦合一個(gè)波導(dǎo)耦合器，構(gòu)成耦合回路，耦合回路兩端接信號(hào)收發(fā)模塊和負(fù)載；當(dāng)檢測(cè)有源相控陣陣面的通道發(fā)射幅相時(shí)，由有源相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)，耦合回路的信號(hào)收發(fā)模塊接收信號(hào)；當(dāng)檢測(cè)有源相控陣陣面的通道接收幅相時(shí)，由耦合回路的信號(hào)收發(fā)模塊發(fā)射信號(hào)，有源相控陣?yán)走_(dá)的接收系統(tǒng)接收信號(hào)；發(fā)射幅相信息或接收幅相信息反饋到有源相控陣?yán)走_(dá)的波束控制分發(fā)器中，進(jìn)行幅相校準(zhǔn)。本發(fā)明不僅能應(yīng)用于相控陣裝備前的幅相校準(zhǔn)，還能應(yīng)用于裝備后的通道檢測(cè)和幅相校準(zhǔn)，使相控陣波形設(shè)計(jì)更準(zhǔn)確，相控陣?yán)走_(dá)的性能更佳。
【IPC分類(lèi)】G01S7/40
【公開(kāi)號(hào)】CN105467371
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510874578
【發(fā)明人】謝歡歡, 楊伯朝, 李永曉, 王睿
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月3日