用于阵列天线校准的系统和方法与流程

文档序号:11179607
用于阵列天线校准的系统和方法与流程

天线阵列可以通过允许控制与天线阵列中不同天线元件相关联的信号的相位和振幅来提供改进的天线性能。通过调节单独的天线元件的信号相位或信号振幅,在关联于不同天线元件的不同信号中的信息冗余可以被用于形成期望的波束信号。具体地,可以通过使用耦连至天线阵列中各自的天线元件的可变移相器来操纵天线阵列使天线对准指向角。移相器可以是配置为响应于一组指令引起与不同天线元件相关联的信号的相移的可变移相器。在关联于不同的天线元件的信号之间设置相对相位允许天线指向或适应于适当的指向角,而无需物理移动该天线元件。

在主动电子扫描阵列(AESA)的辐射元件振幅和相激发以及远场辐射图样之间存在通过傅里叶变换关系的数学制图。因此光阑幅度和相位误差直接恶化远场辐射性能。AESA校准的目的是最小化这些误差,并且理想地将它们推动到零。

现有技术完成了在AESA子组件内的校准不同级别:a)射频集成电路(RFIC)发射/接收模块(TRM),AESA馈送集成层,只是缺乏辐射光阑层,以及c)在辐射近场内部。辐射近场校准是最有力的,因为它考虑了所有有助于辐射振幅和相位误差的机制,然而,现有技术只依靠昂贵的近场天线测量技术来完成它。

由于复杂性和测试设备支出,近场辐射测量只在实验室或生产线环境内完成。这导致了仅仅是一次性的“静态”AESA校准。

所述“静态”校准不解释场AESA系统的运行参数,例如原位车辆平台诱发的AESA性能扭曲、电子装置老化和灾难性故障的不间断的预报监控/诊断监控、或环境诱发的压力。此外,现有技术在非平台校准中另外的不足是没有执行“自我修复”的能力,即由于TRM性能衰退和/或灾难性故障,全体AESA TRM被实时监控和调节以保持规定的全部的AESA性能水平。系统“自我修复”可以最大化系统平均故障间隔时间(MTBF)、调度能力和可用性。



技术实现要素:

一方面,此处公开的发明构思针对包括天线元件阵列、至少一个配置为支持双极化并布置在所述天线元件附近的近场探针(NFP)、以及耦连至所述天线元件阵列和所述NFP的处理器的天线阵列系统。所述处理器可以配置为当被部署在操作平台上时动态地将所述天线阵列系统从操作模式转换到校准模式并根据接收(RX)校准子模式和发射(TX)校准子模式中的至少一个来校准所述天线元件阵列。在RX校准子模式中,处理器可以使得至少一个NFP发射第一校准信号,以及响应于所述第一校准信号,处理器可以从所述天线元件阵列接收第一接收(RX)信号。处理器可以比较所述第一RX信号与第一参考信号,并根据所述第一RX信号与第一参考信号的比较来调节关联于所述天线元件阵列的至少一个天线元件的至少一个信号接收参数。在TX校准子模式中,处理器可以配置为使得所述天线元件阵列中的一个或多个天线元件发射第二校准信号。响应于所述第二校准信号,所述处理器可以从所述至少一个NFP接收至少一个其他RX信号。所述至少一个其他RX信号的每一个都与各自的NFP相关联。处理器可以将所述至少一个其他RX信号的每一个与所述第二参考信号进行比较,并根据此比较来调节与一个或多个所述天线元件的至少一个天线元件相关联的至少一个信号发射参数。

在一些实施例中,所述至少一个NFP可以包括双极化的NFP。在一些实施例中,所述天线阵列系统可以包括地平面和布置在所述地平面和所述至少一个NFP之一之间的至少一个人造磁导体、布置在所述地平面和所述天线元件阵列之间的人造磁导体、布置在所述地平面和所述至少一个NFP之一之间的扼流圈以及布置在所述地平面和所述天线元件阵列之间的扼流圈。在一些实施例中,所述天线阵列系统还可以包括耦连至所述天线元件阵列的一个或多个射频(RF)放大器和移相器的网络。在一些实施例中,所述天线阵列系统可以包括耦连至所述天线元件阵列的一个或多个射频放大器和延时器的网络。在一些实施例中,所述处理器可以配置为根据所述RX校准子模式和所述TX校准子模式顺序校准所述天线元件阵列。

调节所述至少一个信号接收参数可以包括(i)调节耦连至所述至少一个天线元件的至少一个RF放大器的至少一个信号振幅参数,(ii)调节耦连至所述至少一个天线元件的至少一个移相器的至少一个信号相位参数,或(iii)调节耦连至所述至少一个天线元件的至少一个延时单元的至少一个信号延时参数。调节所述至少一个信号发射参数可以包括(i)调节耦连至发射所述第二校准信号的天线元件的子集的至少一个射频(RF)放大器的至少一个信号振幅参数,(ii)调节耦连至发射所述第二校准信号的天线元件的子集的至少一个移相器的至少一个信号相位参数,或(iii)调节耦连至发射所述第二校准信号的天线元件的子集的至少一个延时单元的至少一个信号延时参数。

在一些实施例中,针对天线元件阵列中的天线元件的多个子集中的每个子集,所述处理器可以在所述RX校准子模式中被配置为激活所述天线元件的该子集,而停用天线元件的其他子集中的天线元件,并使得至少一个NFP发射第一校准信号。响应于所述第一校准信号,所述处理器可以接收与天线元件的被激活子集相关联的各自的RX信号。所述处理器可以将关联于天线元件的被激活子集的RX信号与第一参考信号进行比较,并可以根据所述关联于天线元件的被激活子集的RX信号与第一参考信号的比较来调节关联于天线元件的被激活子集的一个或多个信号接收参数。处理器可以针对天线元件的不同子集重复这些步骤。在一些实现方式中,每个子集可以包括单个天线元件。

在一些实施例中,当在TX校准子模式中时,处理器可以配置为针对天线元件阵列中的天线元件的多个子集的每个子集使得天线元件的所述子集发射第二校准信号。响应于所述天线元件的所述子集所发射的第二校准信号,处理器可以从至少一个NFP接收至少一个其他RX信号。所述至少一个其他RX信号中的每一个与各自的NFP相关联。处理器可以将所述至少一个其他RX信号中的每一个与第二参考信号进行比较,并根据该比较调节与天线元件的所述子集相关联的至少一个信号发射参数。

另一方面,此处公开的发明构思针对一种用于校准天线阵列系统的方法。本方法可以包括,当部署在操作平台上时,由处理器动态地从操作模式切换到校准模式,并根据接收(RX)校准子模式和发射(TX)校准子模式中的至少一个来校准所述天线元件阵列。在所述RX校准子模式中,处理器可以使得至少一个NFP发射第一校准信号以及响应于所述第一校准信号,处理器可以从所述天线元件阵列接收第一接收(RX)信号。处理器可以将第一RX信号与第一参考信号进行比较,并根据第一RX信号与第一参考信号的比较来调节关联于天线元件阵列中的至少一个天线元件的至少一个信号接收参数。在TX校准子模式中,处理器可以配置为使得天线元件阵列中的一个或多个天线元件发射第二校准信号。响应于所述第二校准信号,处理器可以从至少一个NFP接收至少一个其他RX信号。所述至少一个其他RX信号中的每一个与各自的NFP相关联。处理器可以将所述至少一个其他RX信号与第二参考信号进行比较,并根据该比较调节与一个或多个天线元件中的至少一个天线元件相关联的至少一个信号发射参数。

另一方面,此处公开的发明构思针对包括天线元件阵列、布置在天线元件附近的近场探针(NFP)、以及耦连至所述天线元件阵列和NFP的处理器的天线阵列系统。所述处理器可配置为当部署在操作平台上时,将所述天线阵列系统动态地从操作模式切换到校准模式,并根据接收(RX)校准子模式和发射(TX)校准子模式中的至少一个来校准天线元件阵列。当在RX校准子模式中时,针对天线元件阵列中的天线元件的多个子集中的每个子集,处理器可以激活天线元件的所述子集,而停用天线元件阵列中的天线元件的其他子集,使得NFP发射第一校准信号,以及响应于所述第一校准信号,从天线元件阵列接收接收(RX)信号。所述RX信号与天线元件的被激活子集相关联。处理器可以根据天线元件的被激活子集的至少一个辐射图样参数、NFP的至少一个辐射图样参数、以及天线元件的被激活子集和NFP之间的至少一个传播路径长度来调节关联于天线元件的被激活子集的RX信号。处理器还可以将关联于天线元件的被激活子集的经调节的RX信号与第一参考信号进行比较,并根据该比较调节关联于天线元件的被激活子集的至少一个信号接收参数。在TX校准子模式中,针对天线元件阵列中的天线元件的多个子集,处理器可以使得天线元件的该子集发射第二校准信号,以及响应于所述第二校准信号,从NFP中接收第二RX信号。处理器可以根据天线元件的该子集的至少一个辐射图样参数、NFP的至少一个辐射图样参数、以及在天线元件的该子集和NFP之间的至少一个传播路径长度来调节第二RX信号。处理器可以将经调节的第二RX信号与第二参考信号进行比较,并根据经调节的第二RX信号与第二参考信号的比较来调节关联于天线元件的该子集的至少一个信号发射参数。

在一些实施例中,NFP可以是双极化的NFP。在一些实施例中,天线阵列系统可以进一步地包括至少一个扼流圈或至少一个人造磁导体。在一些实施例中,天线阵列系统可以进一步地包括耦连至天线元件阵列的一个或多个放大器和移相器的网络。在一些实施例中,天线阵列系统可以进一步地包括耦连至天线元件阵列的一个或多个放大器和延时器单元的网络。

在一些实施例中,天线元件的被激活子集的至少一个辐射图样参数可以包括关联于查找角的辐射振幅的至少一个、关联于查找角的辐射相和关联于查找的辐射延时。在一些实施例中,NFP的至少一个辐射图样参数可以包括关联于查找角的辐射振幅的至少一个、关联于查找角的辐射相和关联于查找的辐射延时。

在一些实施例中,调节至少一个信号接收参数可以包括(i)调节耦连至天线元件的被激活子集的至少一个RF放大器的至少一个信号振幅参数,(ii)调节耦连至天线元件的被激活子集的至少一个移相器的至少一个信号相位参数,或(iii)调节耦连至天线元件的被激活子集的至少一个延时单元的至少一个信号延时参数。调节至少一个信号发射参数可以包括(i)调节耦连至发射第二校准信号的天线元件的子集的至少一个射频(RF)放大器的至少一个信号振幅参数,(ii)调节耦连至发射第二校准信号的天线元件的子集的至少一个移相器的至少一个信号相位参数,或(iii)调节耦连至发射第二校准信号的天线元件的子集的至少一个延时单元的至少一个信号延时参数。

另一方面,此处公开的发明构思针对一种用于校准天线阵列系统的方法。该方法可以包括,当被部署在操作平台上时,由处理器将所述天线阵列系统动态地从操作模式切换到校准模式,并根据接收(RX)校准子模式和发射(TX)校准子模式中的至少一个来校准天线元件阵列。在RX校准子模式中,该方法可以包括,针对天线元件阵列中的天线元件的多个子集的每个子集,处理器激活天线元件的该子集,而停用天线元件阵列中的天线元件的其他子集,使得NFP发射第一校准信号,以及响应于所述第一校准信号,从天线元件阵列接收接收(RX)信号。所述RX信号与天线元件的被激活子集相关联。该方法还可以包括处理器根据天线元件的被激活子集的至少一个辐射图样参数、NFP的至少一个辐射图样参数以及在天线元件的被激活子集和NFP之间的至少一个传播路径长度来调节与天线元件的被激活子集相关联的所述RX信号。该方法还可以包括处理器将关联于天线元件的被激活子集的经调节的RX信号与第一参考信号进行比较,并根据该比较来调节关联于天线元件的被激活子集的至少一个信号接收参数。在TX校准子模式中,该方法可以包括,针对天线元件阵列中的天线元件的多个子集中的每个子集,处理器使得天线元件的子集发射第二校准信号,以及响应于所述第二校准信号,从NFP接收第二RX信号。该方法还可以包括处理器根据天线元件的子集的至少一个辐射图样参数、NFP的至少一个辐射图样参数以及在天线元件的子集和NFP之间的至少一个传播路径长度来调节第二RX信号。该方法还可以包括处理器将经调节的第二RX信号与第二参考信号进行比较,并根据经调节的第二RX信号与第二参考信号的比较来调节关联于天线元件的子集的至少一个信号发射参数。

在一些实施例中,调节至少一个信号接收参数可以包括(i)调节耦连至天线元件的被激活子集的至少一个RF放大器的至少一个信号振幅参数,(ii)调节耦连至天线元件的被激活子集的至少一个移相器的至少一个信号相位参数,或(iii)调节耦连至天线元件的被激活子集的至少一个延时单元的至少一个信号延时参数。调节至少一个信号发射参数可以包括(i)调节耦连至发射第二校准信号的天线元件的子集的至少一个射频(RF)放大器的至少一个信号振幅参数,(ii)调节耦连至发射第二校准信号的天线元件的子集的至少一个移相器的至少一个信号相位参数,或(iii)调节耦连至发射第二校准信号的天线元件的子集的至少一个延时单元的至少一个信号延时参数。

附图说明

结合附图,此处公开的发明构思的实施例将从下列详细描述中变得更完全理解,其中同样的参考数字指代相同的元件,其中:

图1是根据此处公开的发明构思的一些实施例的、能够执行原位校准的阵列天线系统的框图;

图2示出了根据此处公开的发明构思的实施例的、用于天线阵列系统的人造磁导体的示意图;

图3示出了光阑激发和相应的远场辐射图样的实施例的方案;

图4是例示了可操纵阵列中天线元件的相互耦合参数和各自的复杂的光阑激发之间的关系的一个实施例的示意图;

图5是根据此处公开的发明构思的一些实施例的、例示了接收模式中校准可操纵阵列的方法的流程图;

图6是例示了在天线阵列系统中NFP和天线元件之间电磁波传播的一个实施例的示意图;

图7是根据此处公开的发明构思的某些实施例的、例示了发射模式中校准可操纵阵列的方法的流程图。

具体实施方式

在详细描述此处公开的发明构思的实施例之前,应该注意的是,此处公开的发明构思包括但不限于部件和电路的新颖结构的组合,也不限于其具体的详细配置。因此,为了不因对本领域的技术人员来说显而易见的结构细节而模糊本公开,部件和电路的结构、方法、功能、控制和布置大部分已经在附图中通过具有此处描述的好处的易于理解的框图表示和原理图进行了阐述,以便不会模糊具有结构细节的本公开,所述结构细节对本领域技术人员来说是容易显而易见的。进一步地,此处公开的发明构思不限于原理图中描绘的具体的实施例,而应该根据权利要求中的语言来解释。

天线阵列可以采用可操纵的阵列(或可操纵的天线元件的阵列)来提高天线接收或发射性能。特别是,天线阵列系统可以采用关联于不同的天线元件的信号或波的相长或相消干扰来生成期望的信号或波、波束。示例性地,相长或相消干扰可以例如通过调节关联于不同天线元件的相位或振幅参数来获得。天线阵列系统可以包括,而不限于相控阵列天线系统或电子扫描阵列(ESA)天线系统,诸如有源电子扫描阵列(AESA)天线系统。天线阵列系统可以被用作独立的天线系统或可以是更大的天线系统的一部分。天线阵列系统可以被用于通信系统、卫星通信系统、(卫星通信)传感和/或雷达系统,诸如军事雷达系统或气象雷达系统、电子情报(ELINT)系统、电子计数器测量(ECM)系统、电子支援测量(ESM)系统、目标系统、生物或医学微波成像系统或其他系统。系统中的AESA可以采用平面光阑(aperture)或非平面光阑,诸如圆柱形的、球形的、圆锥的或任意单一的或双曲面以允许到运载平台表面,例如飞行器机身等的保角附接。

天线阵列系统一般在部署到操作平台,例如飞行器、船只、车辆或任意其他平台之前被校准。校准过程可以包括设置阵列天线的一个或多个参数值,诸如天线元件关于彼此的相对相位和相对振幅值,例如,以获得在天线阵列表面上的期望的相位和/或振幅分配。在部署之前的天线阵列的校准可以包括调节各自的参数以优化校准环境中的天线阵列系统性能。然而,部署环境条件可能明显不同于校准环境条件,或可能随时间而显著变化。例如,校准可能被执行于室温,而与操作平台,例如飞行器相关联的温度可能随时间而显著变化。例如,在高海拔中,空气温度明显低于室温。而且,在部署环境中的其他的环境条件,例如湿度、大气压力、光照条件和/或振动相对校准环境也可以变化。

环境条件中的变化可以不同的方式影响天线阵列系统中的电气和/或机械部件。例如,天线元件(或阵列天线的其他部件)的阻抗或介电常数可以响应于一个或多个环境条件的变化而改变。而且,环境条件的改变可改变元件内互耦参数。阻抗、介电常数、互耦

参数、或其他关联于天线阵列系统中一个或多个部件的参数可补偿不足以提供期望的天线性能的被校准的参数(例如相对相位或相对振幅值)。进一步地,发展振幅、相位和延时的元件内关系的TRM中的有源电路也可被环境条件中的改变不利地影响。

当天线阵列系统被部署在操作平台上时,各自的天线元件可经受“软”或“硬”故障(failure)。“软”故障的天线元件仍然可以操作(或运行)但不根据预定义的或期望的规格。“软”故障可能作为老化、环境诱发的压力或其他因素的结果发生。“硬”故障的天线元件可以是完全地或灾难性地故障的天线元件,例如由于机械变形或电气连接中的缺陷。该故障无论是“软”的或“硬”的都会降低天线阵列系统的整体性能。

为了减轻性能退化岗位部署,例如,由于环境条件或部分或全部部件故障,天线阵列系统可以配置为执行实时原位(即当部署时)校准。天线阵列系统可以定期地或响应于特定事件或条件而执行原位校准。在原位校准期间,天线阵列可以调节一个或多个各自的参数,诸如关联于各自的天线元件的相位或振幅参数,以消除或减轻任何潜在的性能退化。

在当前的公开中,公开了任意光阑形状的、配置为执行原位校准和各自原位校准方法的天线阵列系统。该天线阵列系统和校准方法可允许天线阵列性能退化的诊断或预兆的补救。例如,该天线阵列系统可以监控接收或发射性能并响应于被检测到的性能的退化执行校准。在一些实施例中,天线阵列系统可基于例如表明环境条件的实质性变化的传感器数据或基于天线元件的监控数据而预料(或预测)性能退化,并响应于该预测校准天线阵列系统。

此处公开的发明构思使能考虑场AESA系统,例如原位运载平台诱发的AESA性能失真、电子装置老化和灾难性故障的持续预兆/诊断的监控、环境诱发的应力的操作参数的动态校准。此外,本发明使能“自我修复”,其中AESA TRM被实时监控和调节TRM性能退化和/或灾难性的故障。这一优点对最大化系统平均故障间隔时间(MTBF)、派遣能力和可用性来说至关重要。

参考图1,天线阵列系统10包括可操纵阵列12、收发器14、阵列控制模块16和一个或多个近场探针(NFP)18。可操纵阵列12包括多个天线元件20、多个移相器22、多个射频(RF)放大器24(诸如可变增益放大器(VGA)),和/或多个功率分离器26。收发器14包括块上/下转换器30、和数模/数模转换器(ADC/DAC)32、和/或处理器34。阵列控制模块16包括监控模块40、操作控制模块42、和/或校准控制模块44。在更一般的实施例中,均匀激发的无源ESA(PESA)可以省略可变的振幅或被固定的或可切换的数字衰减器代替。

多个天线元件20构成阵列。天线元件20的阵列可以是一维(1-D)阵列、二维(2-D)阵列或三维(3-D)阵列。每个天线元件20可以充当配置为接收、发射、同时接收和发射双全工AESA、或在发射和接收射频(RF)信号之间可选的单独的天线。多个天线元件20耦连至形成包括移相器22和RF放大器24的馈送网络的波束。尽管图1示出了形成移相器22和RF放大器24的馈送网络的单一波束,多个天线元件20可以耦连至一个以上的移相器22和RF放大器24的网络。例如,多个天线元件20可以耦连至配置为充当形成馈送网络的接收(RX)波束(或形成馈送电路的RX波束)的移相器22和RF放大器24的第一网络和配置为充当形成馈送网络的发射(TX)波束(或形成馈送电路的TX波束)的移相器22和RF放大器24的第二网络。使用形成馈送网络的RX和TX波束的并行配置允许RX和TX AESA波束的独立和同步的操纵。

在一些实施例中,延时单元可以例如代替(或结合)移相器22而被采用。换句话说,指向或在天线元件20上接收的RF信号可以根据多个延时值延时以便操控天线元件的阵列朝向特定方向。虽然移相器22可以精确地模拟关联于不同天线元件20的窄到中带宽信号到达时间(ToA)的差异,移相器22对模拟超宽带(UWB)信号的ToA差异可能不会如此精确。然而,延时单元提供模拟窄到中带宽信号或超宽带(UWB)信号的ToA差异的较高的精确度。延时单元可以用于形成馈送网络的RX波束和/或形成馈送网络的TX波束中。

形成馈送网络的RX波束(或形成馈送电路的RX波束)可以是传统的n路径(n-way)馈送分配网络。在形成馈送网络的RX波束(或形成馈送电路的RX波束)中,功率组合器可以代替功率分离器26使用。每个天线元件20可以耦连至各自的移相器22或延时单元,和各自的RF放大器24。一旦接收到电磁波,天线元件20可以产生相应的RF信号,接着被各自的移相器22或各自的延时单元相移或延时,并被各自的RF放大器24放大。功率组合器可以将来自多个天线元件20的RF信号总计为单一的累积RF信号,其接着被收发器14接收。在一些实施例中,收发器14可以直接连接到天线元件20、各自的移相器22(或延时单元)或各自的RF放大器24,例如,通过耦合器(图1中未示出)。收发器可以从每个天线元件20接收分离的RF信号。

形成馈送网络的TX波束(或形成馈送电路的TX波束)可以是传统的n路径馈送配电网。功率分离器26可以以不同的方式布置以在收发器14和天线元件20之间通信RF信号。功率分离器26可以被实现为定向耦合器。功率分离器26可以是有源或无源部件。每个天线元件20可以耦连至各自的移相器22或各自的延时单元,以及各自的RF放大器24。收发器14可以生成RF信号,其接着被功率分离器26分离为多个RF分离信号,其中每一个去往各自的天线元件20。在到达天线元件20之前,关联于各自的天线元件20的每个RF分离信号可以被关联于天线元件20的RF放大器24放大和被各自的移相器22或各自的延时单元相移或延时。接着天线元件20可以发射对应于被放大和移相或延时的RF分离信号的电磁波。在一些实施例中,功率分离器26可以是可选的。

在一些实施例中,RF放大器24可以被实现为移相器22、延时单元、功率组合器或功率分离器26的部分。在一些实施例中,RF放大器24可以布置在移相器22或延时单元之前或之后。在一些实施例中,可操纵天线阵列12可以被实现为平衡对蹱Vivaldi阵列(BAVA)或现有技术中已知的其他阵列光阑。在一些实施例中,可操纵天线阵列12可以是AESA。在一些实施例中,天线元件20可以是被布置为形成双极化阵列的双极化天线元件或线极化的天线元件。双极化阵列可以配置为接收或发射椭圆极化信号、圆极化信号、或其他双极化信号。

天线阵列系统10包括布置在天线元件20的阵列附近的且配置为发射或接收RF信号的一个或多个NFP(或校准天线)18。在一些实施例中,天线阵列系统10可以包括单一的NFP18。在一些实施例中,天线阵列系统10可以包括多个NFP 18。多个NFP 18可以被布置在天线元件20的阵列的周围(在其附近)。NFP 18的一些可以根据不同的取向来布置。例如,一个NFP 18可以取向为垂直于另一个NFP 18。在一些实施例中,至少一个NFP 18是双极化校准天线。在一些实施例中,NFP 18可以是具有布置在极为贴近并且正交于彼此以便支持双极化的至少一对NFP 18的线性极化的天线。在天线阵列系统10校准期间,NFP 18可以发射RF信号,而天线元件20的阵列可以充当接收器,或天线元件20的阵列可以发射RF信号而NFP 18可以充当接收器。

支持双极化可能被天线阵列系统10的地平面(图1中未示出)所阻碍。天线阵列系统10可以包括为天线阵列元件20提供常见的电接地的地平面和可操纵阵列12的电子元件。地平面可以紧邻双极化的NFP 18。像这样,地平面能够干扰双极化的电磁波在NFP 18和天线元件20的阵列之间行进并能够使其难以维持水平极化(例如基于麦克斯韦方程式的边界条件)。为了克服地平面对双极化的电磁波在NFP 18和天线元件20之间行进产生的不期望的影响,天线阵列系统10可以进一步包括至少一个人造的(或合成的)磁导体(AMC)或至少一个扼流圈。

参照图2,例示了人造磁导体100的侧视图110和顶视图120的示意图。图2中示出的人造磁导体100被实现为电磁带隙(EBG)结构。然而,其他类型的人造磁导体也被本公开所考虑。人造磁导体100包括多个平面金属碎片(patch)105。每个金属碎片105耦连至具有各自的金属脚103的天线阵列系统10的地平面11。在共振时,金属碎片105起到类似具有电容阻抗的、耦连在不同的金属碎片105和对地的并联电容之间的电容的作用,而金属脚103起到类似电感器的作用,因为它们在各自的金属碎片105和地平面11之间创建了分路阻抗。

在一些实施例中,至少一个NFP 18可以被布置在并且耦连至人造磁导体100的金属碎片上。在共振状态中,面向NFP 18的金属碎片105的表面起到类似开路的作用。而地平面11将平行于其平面的电场部件的大小减弱到零(或接近零),布置在NFP 18和地平面11之间的人造磁导体100减轻了地平面11的该影响,并因此增强了平行于地平面11的电场部件的NFP接收。换句话说,人造磁导体100允许位于其上的NFP 18比位于地平面11上的NFP 18更有效地接收平行于地平面11的电磁场部件。这样,人造磁导体100提高了天线元件20的阵列和耦连至人造磁导体100的NFP 18之间的总计信噪比(SNR),而没有必要增加传输功率。该提高通常在天线元件20的阵列正在发射并且NFP 18正在接收时或当NFP 18正在发射并且天线元件20的阵列正在接收时的情况下获得。因此,人造磁导体100通过减轻对天线阵列系统10的地平面11的影响来允许支持双极化的可操纵阵列12的有效和精确的校准。

在一些实施例中,人造磁导体100可以被布置在天线元件20的阵列和地平面11之间。在一些实施例中,天线阵列系统10中可以采用多个人造磁导体100。例如,各自的人造磁导体100可以被布置在每个NFP 18和地平面11之间,并且额外的人造磁导体100可以被布置在天线元件20的阵列和地平面11之间。与使用与天线元件20的阵列和NFP 18之一相关联的这种人造磁导体100相比,使用与NFP 18和天线元件20的阵列相关联的人造磁导体100可以进一步提高天线元件20的阵列和NFP 18之间的SNR。然而,在天线元件20的阵列和地平面11之间引入人造磁导体100增加了可操纵阵列12的架构的复杂性。

在一些实施例中,可以采用扼流圈来代替人造磁导体100。具体地,可以在NFP 18和地平面11和/或在天线元件20的阵列和地平面11之间布置一个或多个扼流圈。类似人造磁导体,扼流圈允许天线元件20的阵列和NFP 18之间的双极化电磁波的改进的接收。在一些实施例中,可以采用与NFP 18和天线元件20的阵列相关联的扼流圈和人造磁导体100的组合。当使用人造磁导体100或扼流圈时,NFP 18可以被布置为与天线元件20的阵列的平面呈直线(或在同一水平面上)或可以被布置在天线元件20的阵列的平面的一个偏距上。

重新参照图1,天线阵列系统10包括收发器14。收发器14可以半双工或全双工配置操作为只是接收器、只是发射器或接收器和发射器两者。在一些实施例中,天线阵列系统10可以包括多个收发器14。在一些实施例中,收发器14可以被实现为一个或多个RF集成电路或模块。收发器14可以被实现为硬线连接的电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备、可操作处理器或其组合。

收发器14包括块上/下转换器30、数模转换器/数模转换器(ADC/DAC)32和/或处理器34。收发器14可以发射RF信号到可操纵阵列12,或从可操纵阵列12接收RF信号。块上/下转换器30可以将去往可操纵阵列12的信号向上转换至更高的频段或将从可操纵阵列12接收的RF信号向下转换至基带。ADC/DAC 32可以将块上/下转换器30输出的模拟基带信号转换为相应的数字信号,或可以将从处理器34接收的数字信号转换为相应的模拟信号。在一些实施例中,每个天线元件20可以与各自的块上/下转换器30和ADC/DAC 32相关联。在该实施例中,功率分离器26或功率组合器可以配置为操作在模拟中间频率(IF)或数字位流。处理器34可以配置为控制可操纵阵列12,例如,通过在不同的模式之间转换可操纵阵列12。通常可操纵阵列12或天线阵列系统10可以根据操作模式或校准模式来操作。操作和校准模式的每一个可以包括接收(RX)子模式和发射(TX)子模式。这些模式和子模式将在下文进一步详细讨论。处理器34可以确定天线阵列系统10何时操作在这些模式或各自的子模式中的任意一个并使得天线阵列系统10在这些模式和各自的子模式之间转换。

阵列控制模块16可以是操作在计算机平台或处理器34、ASIC、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑设备、硬件电路或其组合上的软件模块。阵列控制模块16可以包括监控模块40、校准控制模块42和操作控制模块44。监控模块40可以配置为在操作模式和校准模式之间转换。在一些实施例中,监控模块40可以监控时钟并使得根据预定的时间表或基于一个或多个被检测到的事件来在两个模块之间周期性地转换(例如通过发送指令命令到不同的部件)。在操作模式期间,操作控制模块44可以控制可操纵阵列12,例如,通过在各自的RX和TX子模式之间转换和/或通过控制与移相器22、延时单元和/或RF放大器24相关联的参数。在校准模式期间,校准控制模块42可以控制可操纵阵列12和NFP18。在一些实施例中,操作控制模块44和校准控制模块42可以被实现为单个模块。

在一些实施例中,监控模块40可以配置为监控可操纵阵列12的“健康”。监控模块40可以耦连至嗅探(sniffing)电路或嗅探连接,例如连接15,并可以接收表明可操纵阵列12的一个或多个部件的“健康”的测量值。连接15可以被实现为用于功率检测的RF定向耦合器。在一些实现方式中,连接15可以包括用于相位监控的相位检测器、用于延时测量的定时电路或用于功率检测的高阻抗探针。在一些实现方式中,监控模块40可以耦连至直流(DC)或电压测量电路(图1中未示出)中的至少一个。直流测量电路可以配置为测量移相器22或延时单元中使用的功率以推断该移相器22或延时单元所提供的各自的功率量。直流测量电路可以被集成在移相器22或延时单元中,或可以是不同的部分。在一些实施例中,直流测量电路可以配置为监控提供给RF放大器24的或移相器22内或延时单元内的放大部件的电流。通常,电流测量电路可以是能够检测关联于信号的功率、电流或电压水平的电子部件。射频功率检测电路可以配置为测量各自的天线元件20上的功率并向监控模块40提供测量信号或数据。在一些实施例中,射频功率检测电路可以是耦连至关联于各自的天线元件20的位置的射频耦合装置。

监控模块40可以将测量的或推断的功率值与不同天线元件各自的期望功率(或振幅)进行比较。监控模块40可以耦连至配置为测量关联于每个天线元件20的相对相位(或相对延时)的一个或多个相位(或延时)验证电路。监控模块40可以接着将针对每个天线元件20测量的相对相位(或延时)与各自的期望相移(或延时)值相比较,例如操作模块44(或校准控制模块42)提供的相移(或延时)值。

在一些实施例中,监控模块40可以配置为监控天线元件20和/或各自的电路元件,例如RF放大器24、移相器22和/或延时单元的操作“健康”,例如,当可操纵阵列在操作模式中时。在一些实施例中,监控模块40可以配置为在操纵阵列12处在校准模式中时监控天线元件20和/或各自的部件的操作“健康”。在一些实施例中,响应于可操纵阵列12或其一个或多个部件的“健康”评估,监控模块40可以配置为在操作和校准模式之间转换。在一些实施例中,响应于各自的“健康”评估,监控模块40可以永久地或临时地停用或关闭(或命令操作控制模块44或校准控制模块停用)一个或多个天线元件20。例如,一旦检测到持久的或重大的“健康”退化(诸如基于所测量的健康参数),监控模块40可以使得停用天线元件20。

在一些实施例中,监控模块40可以配置为当在操作模式中时持续地监控可操纵阵列12的总计的“健康”,并定期地或一旦在可操纵阵列12的总计的健康中检测到矛盾则发起诊断的或预兆的进程。在诊断的或预兆的进程中,监控模块40可以配置为分别地评估每个天线元件20的健康,例如,核查任何“软”或“硬”故障的天线元件。诊断的或预兆的进程可以在校准模式期间执行。

操作控制模块44可以配置为在操作系统任务阶段(或操作模式)期间控制可操纵阵列12。操作控制模块44可以配置为提供相移(或延时)命令到移相器或延时单元,和/或提供振幅(或功率)加权命令到RF放大器24,例如,通过命令行13。相移命令(或值)和振幅(或功率)加权命令(或值)可以被存储于天线阵列系统10的存储器(图1中未示出)中。操作控制模块44可以配置为例如基于波束指向角参数、环境参数、频率参数为不同的天线元件20选择适当的相移(或延时)值或振幅(或功率)加权值。在一些实施例中,操作控制模块44可以使用查找表来为给定的波束指向角确定一组相移(或延时)命令或振幅(或功率)加权命令。在一些实施例中,操作控制模块44还可以使得发射RF信号以被提供到可操纵阵列12,或使得从可操纵阵列12接收的信号被处理。在一些实施例中,监控模块40、操作控制模块44和校准控制模块42的部分可以存在于集成到TRM RFIC的数字存储器中以便如具体的系统要求所命令的最佳地划分数字架构以最优化数字总线速度、波束命令时间延迟、电路复杂性等。

在校准模式期间,校准控制模块42可以配置为使用在NFP 18和天线元件20的阵列之间包含发射和/或接收RF信号的回环辐射校准程序来调节和/或重置可操纵阵列12的参数。在一些实施例中,校准模式可以包括RX校准子模式和TX校准子模式中的至少一个。在RX校准子模式中,天线元件20的阵列可以配置为充当接收器而NFP 18可以配置为充当发射器。在该子模式中,校准控制模块42可以(1)使得NFP 18发射校准信号,(2)从可操纵阵列12获得各自的接收(RX)信号,(3)比较所述RX信号与参考信号(或比较各自的参数),以及(4)基于该比较调节可操纵阵列12的接收参数。在TX校准子模式中,天线元件20的阵列可以配置为充当发射器而NFP 18可以配置为充当接收器。在该子模式中,校准控制模块42可以(1)使得至少一个天线元件20发射校准信号,(2)从NFP 18获得一个或多个各自的接收(RX)信号,(3)比较所述一个或多个RX信号与参考信号(或比较各自的参数),以及(4)基于该比较调节可操纵阵列12的发射参数。

参照图3,例示了关联于可操纵阵列的光阑激发210的绘图和相应的远场辐射图样220。具体地,光阑激发绘图210示出了光阑激发振幅的2-D空间分布。在2-D天线阵列中,该振幅分布可以表示与2-D天线阵列中的不同天线元件相关联的相对激发信号振幅。远场辐射图样绘图220表示与光阑激发绘图210中示出的光阑激发相对应的远场的振幅的2-D空间分布。如图3所例示的,远场(或近场)辐射图样可以依据光阑激发的傅里叶变换计算。尽管图3只示出了光阑激发和相应的远场的空间振幅分布,但光阑激发和相应的远场可以用相位分布表征。

在一些实施例中,校准控制模块可以使用给定的光阑激发(或在不同的天线元件中使用各自的相对振幅和相对相位)作为校准进程中的参考。换句话说,与不同天线元件20相关联的RX信号的相对振幅和相对相位可以分别与预定义的光阑激发的相对振幅和相对相位进行比较。

参照图4,例示了可操纵阵列12的互耦参数305和各自的已实现的复杂的光阑激发310之间的关系。可操纵阵列12的光阑激发310可以来自于各自的S参数305的测量。而且,远场(或近场)辐射图样可以源自给出参照图3所讨论的光阑激发和远场(或近场)之间的关系的S参数。如在文献中通常所知的,辐射元件或可操纵阵列12(例如AESA)之间的互耦在数学上可以表示成S参数矩阵。S参数305作为NFP 18和可操纵阵列12的辐射元件的不同配置之间的互耦参数基本上由收发器14直接测量。可操纵阵列12的辐射元件的任何阻抗失配影响互耦参数的振幅和相位两者。S参数305随着相移(或延时)和与可操纵阵列12的不同天线元件20相关联的振幅的变化而变化,并且同样地,收发器14可以在调节相移(或延时)参数或与天线元件20相关联的振幅参数之后重新测量互耦参数。在一些实施例中,在本公开中所描述的校准方法不需要测量可操纵阵列12的S参数305。在一些妨碍中,随着硬件复杂度的增加,整套的S参数由收发器14测量。

参照图5,以及在一个实施例中,描述了RX校准子模式中校准天线阵列系统(例如天线阵列系统10)的方法400。在一些实施例中,如上文参照图2所描述的,天线阵列系统可以支持双极化并且可以包括至少一个扼流圈和/或至少一个人造磁导体。校准方法400包括,当部署在操作平台上时,天线阵列系统从操作模式切换到校准模式(步骤402),由NFP发射校准信号(步骤404),激活可操纵阵列的天线元件(步骤406),以及接收各自的RX信号(步骤408)。方法400还包括基于至少一个天线元件的一个或多个辐射图样参数、NFP的一个或多个辐射图样参数或在天线元件和NFP之间的至少一个路径长度来调节RX信号(步骤410)。方法400包括将所述RX信号与参考信号比较(步骤412),并根据该比较来调节至少一个接收参数(步骤414)。方法400包括针对天线元件的不同子集重复步骤404-414(判定块416)并针对不同的NFP重复步骤404-416(判定块418)。方法400代表操纵阵列在校准程序和NFP发射期间充当接收器的接收校准方法。方法400可以被阵列控制模块16执行。阵列控制模块16可以被实现为硬件模块、固件模块、软件模块或其组合。在一些实施例中,阵列控制模块16可以被实现为具有在TRM RFIC的数字电路/存储器中实现的模块30、32和34的部分的分布式数字架构。在该实施例中,方法400的一个或多个步骤可以由TRM RFIC的数字电路/存储器执行。

参考图1和5,方法400可以包括当监控模块40被部署在操作平台上时其将天线阵列系统10(或可操纵阵列12)从操作模式转换到校准模式。在一些实施例中,监控模块40可以配置为在操作模式和校准模式之间周期性切换。在一些实施例中,监控模块40可以配置为监控操纵阵列12的健康以及一旦检测到诸如操纵阵列12或其部件的健康退化的情况或事件,则切换到校准模式。在一些实施例中,监控模块40可以配置为一旦检测到天线阵列系统10闲置(例如既不接收也不发射)则发起校准模式。切换到(或发起)校准模式可以包括监控模块40发送指示或命令(或移交控制)到校准控制模块42。在一些实施例中,切换步骤402是可选的。例如,如果天线阵列系统10已经在校准模式中,则校准控制模块42可以在步骤404开始方法400。

方法400可以包括校准控制模块42使得NFP 18发射RF校准信号(步骤404)。校准控制模块42可以经由连接线17发送RF校准信号到NFP 18。在一些实施例中,连接线17可以是双向的。在天线阵列系统10包括多个NFP 18的情况下,校准控制模块42可以选择NFP 18中的一个来发射校准信号。校准控制模块42每次可以选择一个NFP 18并使得NFP 18继续地发射RF校准信号。响应于接收到RF校准信号,NFP 18可以生成并发射相应的电磁波以被可操纵阵列12接收。该电磁波可以是线极化的或双极化的。在一些实施例中,校准控制模块42可以使得多个NFP 18同时发射RF校准信号(或不同的RF校准信号)。

方法400可以包括校准控制模块42激活多个天线元件20中的一个而停用(或关闭)其他的天线元件20(步骤406)。在一些实施例中,校准控制模块42可以顺序激活不同的天线元件20,每次一个。换句话说,校准控制模块42可以反复地使得NFP 18发射RF校准信号并每次激活不同的天线元件20而停用余下的天线元件20。在一些实施例中,校准控制模块42可以配置为顺序激活天线元件20的子集,每次一个。换句话说,考虑到N个预定义的天线元件20的子集,校准控制模块可以反复地使得NFP 18发射RF校准信号并在每次反复中激活天线元件20的单独的子集。例如,校准控制模块42可以顺序激活四个或任意其他数目的邻近的天线元件20的块(或集群),每次一个块(或一个集群)。被激活的天线元件20可以接收NFP 18所发射的电磁波。在一些实施例中,激活天线元件20的子集的步骤是可选的。例如,所有的天线元件20可以被激活或默认处于活动模式。

方法400包括可操纵阵列12响应于RF校准信号的发射接收接收(RX)信号(步骤408)。具体地,被激活的天线元件20可以响应于RF校准信号被NFP 18所发射而接收RF信号,其可以经历由与被激活的天线元件20相关联的移相器(或延时单元)22、RF放大器24和/或功率组合器进行处理以形成被收发器14接收的单个RX信号。在一些实施例中,收发器14可以例如经由耦合器分别连接到每个天线元件20,并且因此可从每个天线元件20接收独立的RX信号。在该实施例中,多个(或全部的)天线元件20可以主动同时接收校准信号。

方法400包括校准控制模块42使用NFP的至少一个辐射图样参数、接收天线元件的至少一个辐射图样参数和/或与NFP 18和接收天线元件20之间的传播路径相关联的路径长度参数来调节RX信号。NFP和天线元件20的辐射图样参数以及分离NFP 18和多个天线元件20的距离可以不同地影响在不同天线元件20处接收的RF信号的振幅和相位。调节RX信号允许考虑该参数对RX信号的影响。具体地,校准控制模块42可以配置为消除(或减轻)NFP 18和天线元件20的辐射图样对不同的天线元件20接收的RX信号的相对影响以及传播路径长度对其的相对影响。通过消除该影响,校准控制模块42可以校准可操纵阵列12以纠正在不同的天线元件和相应的电气/电子部件(例如移相器、延时单元、RF放大器、功率组合器和/或功率分离器)的性能或特性之间的任何差异而不会引起新的关于校准模式的差异。换句话说,在校准期间由于NFP 18和天线元件20的相对位置和NFP 18和天线元件20的辐射特征所引入的任何相对相移和/或相对振幅衰减都能够被消灭。

参考图6以及在一个实施例中,与NFP 18和天线元件20相关联的辐射图样和路径长度对在不同天线元件20上接收的RF信号的影响经由在NFP 18和天线元件20之间的电磁波传播的图示来阐明。考虑到NFP 18的发射辐射图样519,由该NFP 18生成的电磁波501的振幅和相位根据各自的发射查找角θ变化。而且,天线元件20的接收辐射图样520根据接收查找角α控制该天线元件20所接收的RF信号的振幅和相位。此外,NFP 18生成的电磁波501的振幅和相位依赖于波所行进的距离。换句话说,天线元件20所接收的RF信号的振幅和/或相位依赖于分隔该天线元件和发射NFP 18的距离505。因为天线元件20可以在距离发射NFP 18不同的距离上,传播路径长度可以在不同的天线元件20上接收的RF信号中引入相对相移和/或相对振幅衰减(例如彼此之间)。

由NFP 18的辐射图样、天线元件20的辐射图样引入的相移(或延时)和/或振幅衰减,和/或路径长度可以是基于不同的NFP-天线元件对之间的距离和查找角和/或基于单独的NFP 18和单独的天线元件20的辐射图样所预计算的(或预确定的)。该相移(或延时)值和振幅衰减值可以被存储于天线阵列系统10的存储器中。在一些实施例中,由NFP的辐射图样、天线元件的辐射图样所引入的相移(或延时)和/或振幅衰减或路径长度可以动态地并实时地或“在运行中(on the fly)”被反复地计算。尽管图6中示出了辐射图样519和520的特定例子,依赖于NFP 18和天线元件20的电磁特征,该辐射图样可以分别是其他形状。而且,辐射图样520可以基于阵列中各自的天线元件20的位置而改变(例如在阵列的中心,在阵列的边缘的中间,或在阵列的拐角)。

重新参考图1、5和6,校准控制模块42可以基于与发射NFP 18和接收天线元件20相关联的辐射图样参数或该NFP 18和天线元件20之间的路径长度来调节RX信号或参考信号。例如,对于与发射NFP 18和接收天线元件20相关联的RX信号,校准控制模块42可以从RX信号中减去由于该NFP的辐射图样、该天线元件的辐射图样、或NFP 18和天线元件20之间的传播路径长度而引入的相对相移、相对相延迟(或延时)或相对振幅衰减。在一些实施例中,处理器34可以在模数转换之后在数字领域调节RX信号。在一些实施例中,校准控制模块42可以通过应用相移(或延时)值到与接收天线元件20相关联的移相器(或延时单元)22和应用振幅衰减值到与接收天线元件20相关联的RF放大器24来调节RX信号。像这样,RX信号在收发器14上被接收时已经被调节过。在收发器14配置为同步地接收与接收天线元件相关联的多个RX信号的情况下,校准控制模块42可以基于各自的辐射图样参数和各自的路径长度参数调节每个RX信号。

在一些实施例中,调节步骤410是可选的。例如,多个NFP 18可以被布置在天线元件20的阵列附近不同的位置,并且单独的NFP18可以与天线元件20的每个各自的子集(或块)一同使用,使得(NFP 18和天线元件20的)辐射图样和路径长度的影响对不同的天线元件20是大体上相等的。

方法400包括校准控制模块42将RX信号与各自的参考信号进行比较(步骤412)。比较RX信号与各自的参考信号可以包括比较RX信号的参数(诸如相位和振幅)与参考信号的相应参数。在一些实施例中,比较RX信号与参考信号可以包括确定在RX信号和参考信号之间加权的相移和相对振幅。在一些实施例中,参考信号可以是RF校准信号的版本。在一些实施例中,参考信号可以是由另一个天线元件20(或天线元件的另一个块)所接收的另一个RX信号。

在一些实施例中,校准控制模块42可以将步骤410中的调节应用于参考信号(或其参数)而非将其应用于RX信号。换句话说,如由于辐射图样和传播路径长度而在RX信号中引入的那些,类似的相移(或延时)和/或振幅衰减可以在步骤412的比较过程之前被引入或引进到各自的参考信号中。

方法400可以包括校准控制模块42基于RX信号与参考信号之间的比较来调节至少一个接收参数(步骤414)。例如,校准控制模块42可以调节与接收天线元件20相关联的至少一个移相器(或延时单元)20的至少一个相移(或延时)值,或可以调节与接收天线元件20相关联的至少一个RF放大器24的至少一个振幅(或功率)衰减/放大值。给定RX信号和各自的参考信号之间所确定的相位(或延时)差,校准控制模块42可以调节与接收天线元件20相关联的移相器22(或延时单元)以纠正该相位差。此外,给定RX信号和各自的参考信号之间所确定的振幅(或功率)差,校准控制模块42可以调节与接收天线元件20相关联的RF放大器24以纠正该振幅/功率差。

在一些实施例中,其中校准控制模块42配置为每次激活一个天线元件20(或天线元件的子集/块),校准控制模块42可以通过激活新的天线元件20(或天线元件的新的块/子集)来重复步骤404-414(判定块416)。该重复可以是可选的。例如,如果所有的天线元件20同时被激活,各自的接收参数可以同时被调节。在一些实施例中,在每次重复中校准控制模块42可以使用不同的发射NFP 18来重复步骤404到414(判定块418)。该重复或某些步骤可以是可选的。例如,依赖于校准过程。例如,单个发射NFP 18可以被用于校准操纵阵列12。

图5中的流程图例示了接收校准方法的一些实施例。例如,如上所述,步骤402、406和410以及判定块416和418可以是可选的。例如以及在某些实施例中,所有的天线元件20可以同时被激活,相应的RX信号(每个与各自的天线元件相关联)可以与参考信号进行比较,并且与不同的天线元件20相关联的接收参数可以被同时调节。

参照图7,校准在TX校准子模式中的天线阵列系统(例如天线阵列系统10)的方法600包括当被部署在操作平台上时将天线阵列系统从操作模式切换到校准模式(步骤602),通过天线元件的子集发射校准信号(步骤604),以及使用一个或多个NFP接收一个或多个RX信号(步骤606)。方法600还包括基于天线元件的子集的一个或多个辐射图样参数、一个或多个NFP 18的一个或多个辐射图样参数或一个或多个NFP 18和天线元件的子集之间的一个或多个路径长度来调节至少一个RX信号(步骤608)。方法600还包括比较一个或多个RX信号与参考信号(步骤610),以及根据该比较调节至少一个发射参数(步骤612)。方法600还包括针对天线元件的不同子集重复步骤604-612(判定块614)。方法600代表发射校准方法,其中操纵阵列在校准程序期间充当发射器和NFP充当接收器。在一些实施例中,天线阵列系统可以支持双极化并可以包括至少一个扼流圈和/或至少一个人造磁导体,如上文参照图2所描述的。

参照图1和7,方法600可以包括,当被部署在操作平台上时监控模块40将天线阵列系,10(或可操纵阵列12)从操作模式切换到校准模式。在一些实施例中,监控模块40可以配置为在操作模式和校准模式之间周期性切换。在一些实施例中,监控模块40可以配置为监控操纵阵列12的健康以及一旦检测到操纵阵列12或其部件的健康退化则切换到校准模式。在一些实施例中,监控模块40可以配置为一旦检测到天线阵列系统10处于空闲模式(例如既不接收也不发射)则发起校准模式。在一些实施例中,切换步骤602是可选的。例如,如果天线阵列系统10已经在校准模式中(例如在执行方法400之后),则校准控制模块42可以在步骤604开始方法600。方法600可以由阵列控制模块16执行。阵列控制模块16可以实现为硬件模块、固件模块、软件模块或其组合。在一些实施例中,阵列控制模块16可以实现为具有在TRM RFIC的数字电路/存储器内实现的模块30、32和34的部分的分布式数字化架构。在该实施例中,方法600的一个或多个步骤可以由TRM RFIC的数字电路/存储器执行。

方法600包括校准控制模块42使得天线元件的子集(或块)发射RF校准信号(步骤604)。校准控制模块42可以经由连接线17发送RF校准信号到NFP 18。校准控制模块42可以从天线元件的多个子集中选择子集来传送校准信号。天线元件的子集可以包括单个天线元件20、临近天线元件的块或任意数目的天线元件20。响应于接收到RF校准信号,被挑选的天线元件20的子集可以生成并传送相应的电磁波以被一个或多个NFP 18接收。该电磁波可以是线极化的或双极化的。

方法600包括一个或多个NFP 18,其响应于由天线元件20的子集发射RF校准信号而接收一个或多个各自的RX信号(步骤606)。每个NFP18可以发送各自的RX信号到校准控制模块42,例如,经由连接17。

方法600包括校准控制模块42使用各自的NFP的辐射图样参数、天线元件的子集的辐射图样参数和/或与天线元件20的子集和NFP 19之间的传播路径相关联的路径长度参数来调节每个RX信号(步骤608)。此处,可以使用NFP的接收辐射图样(代表在接收模式中的NFP的辐射图样)。对于天线元件20的子集,可以采用各自的发射辐射图样(代表在发射模式中时天线元件的子集的一个或多个辐射图样)。对于天线元件20的子集,可以计算全部子集的单一的发射辐射图样,或可以使用子集中天线元件20的发射辐射图样。步骤608中每个RX信号的调节可以类似于或如上关于图5中步骤410所述被执行,例如,除了使用NFP的接收辐射图样的参数和天线元件的子集的发射辐射图样的参数以外。在一些实施例中,每个天线元件20(或天线元件20的集群)的单一的辐射可以用在RX和TX校准中。而且,对于每个NFP 18,单一的辐射图样可以用在RX和TX校准两者中。NFP 18和天线元件20(或天线元件的集群)的辐射图样可以被预先计算并存储于天线阵列系统10的存储器中。

在一些实施例中,调节步骤608是可选的或可被省略。例如,多个NFP18可以被布置在天线元件20的阵列附近不同的位置上,并且单独的NFP 18可以针对发射天线元件20的各自的子集(或块)被分派(接收器角色),使得(NFP 18和天线元件20的子集的)辐射图样和各自的路径长度的影响对于天线元件的NFP-子集的不同的对来说是大体上相等的(例如在1%或2%的边界误差范围内相等)。

方法600包括校准控制模块42比较RX信号与参考信号(步骤610)。比较每个RX信号与参考信号可以类似于或如上文关于图4的步骤412所述的被执行。在一些实施例中,参考信号可以是RF校准信号的版本。在一些实施例中,参考信号可以是由同一个NFP 18响应于天线元件20的另一个子集的发送所接收的另一个RX信号。在一些实施例中,校准控制模块42可以应用步骤608中的调节到参考信号(或其参数)而非将该调节应用到RX信号。换句话说,在给定的RX信号与参考信号进行比较之前,参考信号可以基于各自的接收NFP 18的辐射图样、发射天线元件的子集的辐射图样的参数以及在天线元件的发射子集与接收NFP 18之间的传播路径长度进行调节。

方法600包括校准控制模块42基于RX信号与参考信号的比较来调节可操纵阵列12的至少一个发射参数(步骤612)。例如,校准控制模块42可以调节与天线元件20的发射子集相关联的至少一个移相器22(或延时单元)的至少一个相移(或延时)值,或可以调节与天线元件20的发射子集相关联的至少一个RF放大器24的至少一个振幅(或功率)衰减/放大值。给定给定的RX信号和参考信号之间确定的相位(或延时)差,校准控制模块42可以调节与天线元件20的发射子集相关联的移相器22(或延时单元)以纠正该相位差。此外,给定RX信号和参考信号之间确定的振幅(或功率)差,校准控制模块42可以调节与天线元件20的发射子集相关联的RF放大器24以纠正该振幅/功率差。方法600还包括校准控制模块42针对天线元件20的不同子集重复步骤604-612(判定块614)。该重复可以是可选的或不在一些实施例中呈现。

图7中的流程图例示了发射校准方法的某些实现方式。例如,图7中的一些步骤的顺序可以以多种不同的方式来实现。而且,如上所述,步骤602和608以及判定块614可以是可选的。在一些实施例中,关于图5和图7所描述的方法可以以任意顺序循序地执行。而且,上述关于图5和7所描述的方法中的每一个可以使用存储在非暂态计算机可读介质上的计算机代码指令来实现。

在不同的示例性实施例中所示出的系统和方法的结构和布置只是示例性的。尽管在本公开中只详细描述了几个实施例,单多种修改是可能的(例如多个元件的尺寸、维度、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等)。例如,元件的位置可以颠倒或改变,并且分立的元件的性质和数目或位置可以被改变或变化。因此,所有这些改变都意图被包括在此处公开的发明构思的范围内。任何操作流或方法操作的顺序或序列都可以根据可供选择的实施例被改变或重排。在示例性实施例的设计、操作条件和布置中可以做出其他的替换、修改、变化和省略而不背离此处公开的发明构思的广阔范围。

本公开考虑到用于完成多种操作的方法、系统和任何机器可读的介质上的程序产品。此处公开的发明构思的实施例可以使用现有的计算机操作流或通过用于适当的系统的、为此目的或其他目的而合并的专用计算机操作流,或通过硬件系统来实现。此处公开的发明构思的范围内的实施例包括程序产品,其包含用于携带或具有计算机可执行指令或存储于其上的数据结构的机器可读介质。该机器可读介质可以是任意能够被专用计算机或其他具有操作流的机器访问的可用介质。举例来说,该机器可读介质可以包含RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储装置,或任何其他能够被用于以机器可执行指令或数据结构的形式携带或存储期望的程序代码并可以被通用或专用计算机或其他具有操作流的机器访问的介质。当信息通过网络或其他通信连接(硬连接的、无线的、或硬连接与无线相结合的)转移或提供到机器时,机器适当地将该连接视为机器可读介质。因此,任意该连接被适当地称为机器可读介质。上述的组合也被包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使得专用计算机或专用操作流机器执行某种功能或功能组的指令和数据。

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