专利名称：一种毫米波相控阵天线及其波束扫描方法
技术领域：
本发明涉及米波相控阵的波束扫描技术领域，特别是涉及ー种毫米波相控阵天线及其波束扫描方法。
背景技术：
相控阵天线是从阵列天线发展起来的，通过改变阵列天线中每一个子阵的馈电幅度和相位来改变整个阵面天线波束指向。相控阵在军事和民用领域都得到广泛重视和迅速发展。特别是在近十年，毫米波波段的相控阵系统得到广泛的研究和应用。有源相控阵天线的波束指向主要靠各个単元T/R的相位调制来实现，而波瓣特性特别是副瓣特性主要靠幅度调制部分来实现。现在大多数有源相控阵都采用基于数字移相器和数字衰减器的幅相独立调制技木，其幅度控制和相位控制都是量化的，只能阶跃变化。为了实现高精度的扫描波束指向控制以及低的副瓣特性，则需要多位的数字控制，而位数越多，数字移相器和数字衰减器也越复杂。此外传统的幅相独立调制T/R组件随着载波频率的提高，逐渐遇到了很多困难和瓶颈，这些难点多存在于移相器的设计。由于相位的变化与传输线的电长度相关，当频率逐渐提高，传输线长度很小的一点变化都会造成很大的相移量，因此解决相位调制问题是国内外T/R组件研究的热点。矢量调制技术的应用，可以利用一块芯片替代传统有源相控阵组件中的移相器和衰减器芯片，并且提高移相和衰减的灵活性。在毫米波波段这个技术带来了很多优势，因此易于将有源相控阵天线做到小型化和低成本。但是，与传统的数字移相和数字衰减的相控阵波束扫描技术相比，针对基于矢量调制技术的相控阵波束扫描方法仍然较少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种毫米波相控阵天线及其波束扫描方法，可消除由于芯片差异以及装配引起的通道幅度和相位设置差异，从而减小波束扫描误差。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种毫米波相控阵天线，包括平面微带天线阵面、有源通道网络以及波束控制单元，其特征在于，所述平面微带天线阵面与有源通道网络通过可拆卸的方式进行连接；所述有源通道网络包含正交矢量调制芯片，所述正交矢量调制芯片有I路和Q路两个控制电压，通过改变两路控制电压值来改变输入信号的幅度和相位；所述波束控制单元的主控制器通过串行ロ控制多个多路DAC芯片，每两路DAC芯片输出作为一路所述正交矢量调制芯片的控制电压。所述平面微带天线阵面与有源通道网络通过阴-阳连接器进行连接。所述平面微带天线阵面装配阳型连接器，所述有源通道网络装配阴型连接器，所述阳型连接器和阴型连接器相互连接。所述波束控制单元采用FPGA芯片作为主控制器。、
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是还提供ー种毫米波相控阵天线的波束扫描方法，包括以下步骤
(1)将平面微带天线阵面和有源通道网络拆卸，用矢量网络分析仪获取各有源通道网络的幅度和相位与控制电压的关系数据表；
(2)根据所需要的波束扫描角计算各有源通道网络所需的幅度和相位值，然后根据误差算法在得到的关系数据表中选择误差值最小的控制电压进行波束扫描。所述步骤(I)中矢量网络分析仪的第一端ロ连接有源通道网络的输入端，第二端ロ连接需要检测的有源通道；所述波束控制单元每改变一组有源通道网络的I路和Q路控制电压，矢量网络分析仪即记录一次该有源通道网络的插入损耗值；在有效控制电压范围内按一定控制电压间隔进行多次采样，即可获得该有源通道网络的幅度和相位与控制电压的关系，并将该表格存储在波束控制单元的存储单元中。
所述步骤(2)中波束控制单元从主控计算机得到各有源通道网络需要设置的幅度和相位值，当需要设置第m行第η列的通道的幅度为Pm，η,相位为Φι ，η吋，波束控制单元查找该通道的幅度和相位与对应控制电压的关系数据表，进行误差计算，采用的误差算法为
权利要求
1.一种毫米波相控阵天线，包括平面微带天线阵面、有源通道网络以及波束控制单元，其特征在于，所述平面微带天线阵面与有源通道网络通过可拆卸的方式进行连接；所述有源通道网络包含正交矢量调制芯片，所述正交矢量调制芯片有I路和Q路两个控制电压，通过改变两路控制电压值来改变输入信号的幅度和相位；所述波束控制单元的主控制器通过串行口控制多个多路DAC芯片，每两路DAC芯片输出作为一路所述正交矢量调制芯片的控制电压。
2.根据权利要求I所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述平面微带天线阵面与有源通道网络通过阴-阳连接器进行连接。
3.根据权利要求2所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述平面微带天线阵面装配阳型连接器，所述有源通道网络装配阴型连接器，所述阳型连接器和阴型连接器相互连接。
4.根据权利要求I所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述波束控制单元采用< >FPGA芯片作为主控制器。
5.一种如权利要求I所述毫米波相控阵天线的波束扫描方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)将平面微带天线阵面和有源通道网络拆卸，用矢量网络分析仪获取各有源通道网络的幅度和相位与控制电压的关系数据表； (2)根据所需要的波束扫描角计算各有源通道网络所需的幅度和相位值，然后根据误差算法在得到的关系数据表中选择误差值最小的控制电压进行波束扫描。
6.根据权利要求5所述的波束扫描方法，其特征在于，所述步骤(I)中矢量网络分析仪的第一端口连接有源通道网络的输入端，第二端口连接需要检测的有源通道；所述波束控制单元每改变一组有源通道网络的I路和Q路控制电压，矢量网络分析仪即记录一次该有源通道网络的插入损耗值；在有效控制电压范围内按一定控制电压间隔进行多次采样，即可获得该有源通道网络的幅度和相位与控制电压的关系，并将该表格存储在波束控制单元的存储单元中。
7.根据权利要求5所述的波束扫描方法，其特征在于，所述步骤(2)中波束控制单元从主控计算机得到各有源通道网络需要设置的幅度和相位值，当需要设置第m行第n列的通道的幅度为Pm, n,相位为Om, n时，波束控制单元查找该通道的幅度和相位与对应控制电压的关系数据表，进行误差计算，采用的误差算法为
8.根据权利要求7所述的波束扫描方法，其特征在于，当对相控阵天线波束扫描角精度要求高时，幅度权重系数Q值可取小值，当对相控阵天线副瓣要求高时，幅度权重系数Q值可取大值。
全文摘要
本发明涉及一种毫米波相控阵天线及其波束扫描方法，其中，毫米波相控阵天线包括平面微带天线阵面、有源通道网络以及波束控制单元，平面微带天线阵面与有源通道网络通过可拆卸的方式进行连接；有源通道网络包含正交矢量调制芯片，正交矢量调制芯片有I路和Q路两个控制电压，通过改变两路控制电压值来改变输入信号的幅度和相位。方法包括将平面微带天线阵面和有源通道网络拆卸，用矢量网络分析仪获取各有源通道网络的幅度和相位与控制电压的关系数据表；根据所需要的波束扫描角计算各有源通道网络所需的幅度和相位值，根据误差算法在得到的关系数据表中选择误差值最小的控制电压进行波束扫描。本发明可减小波束扫描误差。
文档编号H01Q3/26GK102738598SQ20121022584
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者孙晓玮, 孙芸, 李凌云, 杨明辉, 韩克武 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所