一种天线阵列校准的方法、装置及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及天线阵列领域，尤其涉及一种天线阵列校准的方法、装置及系统。
【背景技术】
[0002]由于相控阵列天线便于安装、自适应波束控制、强抗干扰能力和高可靠性等突出优点，广泛应用于无线通信系统。相控阵列设备在运行过程中，各通道的射频电路受温度、湿度等环境的影响以及性能的漂移等，均会影响波束的形成，即天线阵列中各通道间存在幅相误差，该幅相误差导致副瓣电平升高，产生波束指向误差，降低波束的方向性。因此为了获得良好相控阵性能，需要对天线阵列进行幅相校准，使阵列通道的幅相特性一致。传统通道校准方法需要复杂校准馈电网络、专用或辅助校准通道，随着频率升高和通道数量增加，实现难度和交付成本也随之增加。
[0003]现有技术中，利用多个天线之间每两个天线之间耦合特性，校准接收通道和发射通道之间的幅相一致性。具体设定通道I为校准参考通道，以校准通道2的接收通道和发射通道互易性，校准过程如下:
[0004]设定通道I的接收通道幅相特性为Rl，发射通道幅相特性为Tl，令Hl为T1/R1 ；
[0005]通道2发送校准信号，利用天线I和天线2的互耦，通道I接收到通道2发送的校准信号为ST2 = Sr*T2*C12*Rl，其中Sr为校准信号，T2为通道2发射通道幅相特性；令通道I发送校准信号，通道2接收通道I发送的校准信号STl = Sr*Tl*C12*R2，可以计算得到T2/R2 = ST2/ST1XH1，完成了通道2相对于通道I的接收和发射通道互易性校准。
[0006]但是，现有技术无法校准发射通道之间或接收通道之间的幅相一致性。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种天线阵列校准的方法、装置及系统，能够解决现有技术中无法校准接收通道之间或发射通道之间的幅相一致性的问题。
[0008]本发明第一方面提供一种天线阵列校准的方法，所述方法应用于规则排布型阵列，至少包括如下步骤中的一个:
[0009]获取第一信号和第二信号，根据所述第一信号和所述第二信号，计算得到第二阵元和第三阵元之间的发射幅相相对系数，以使所述第二阵元的第一发射通道的幅相特性与所述第三阵元的第二发射通道的幅相特性一致，所述第一信号由所述第二阵元通过所述第一发射通道发送至第一阵元，所述第二信号由所述第三阵元通过所述第二发射通道发送至所述第一阵元；
[0010]获取第三信号和第四信号，根据所述第三信号和所述第四信号，计算得到所述第二阵元和所述第三阵元之间的接收幅相相对系数，以使所述第二阵元的第一接收通道的幅相特性与所述第三阵元的第二接收通道的幅相特性一致，所述第三信号由所述第二阵元通过所述第一接收通道接收自所述第一阵元发送的信号，所述第四信号由所述第三阵元通过所述第二接收通道接收自所述第一阵元发送的信号。
[0011]结合第一方面，本发明第一方面的第一种实现方式中，所述第二阵元和所述第三阵元相邻，所述第一阵元包括第四阵元和第五阵元，且所述第二阵元和所述第四阵元两者的间距，与所述第三阵元和所述第五阵元两者的间距相等，所述第三阵元和所述第四阵元两者的间距，与所述第二阵元和所述第五阵元两者的间距相等时，所述第三信号包括第五信号和第六信号，所述第四信号包括第七信号和第八信号，所述第五信号由所述第四阵元发送给所述第二阵元，所述第六信号为第五阵元发送给所述第二阵元，所述第七信号由所述第四阵元发送给所述第三阵元，所述第八信号为所述第五阵元发送给所述第三阵元，所述根据所述第三信号和所述第四信号，计算得到所述第二阵元和所述第三阵元之间的接收幅相相对系数，具体包括:
[0012]根据所述第五信号、所述第七信号、所述第六信号和所述第八信号，计算得到所述接收幅相相对系数的绝对值；
[0013]所述方法还包括:
[0014]根据所述第三信号的第一相位、所述第四信号的第二相位、第三相位与第四相位之差及第一相位误差阈值，确定所述接收幅相相对系数的符号；所述第三相位为所述第二阵元与所述第四阵元两者之间的相位，所述第四相位为所述第三阵元和所述第四阵元两者之间的相位；所述符号为正时，所述接收幅相相对系数为第一接收幅相相对系数，所述符号为负时，所述接收幅相相对系数为第二接收幅相相对系数。
[0015]结合第一方面及第一方面的第一种实现方式，本发明第一方面的第二种实现方式中，所述第二阵元和所述第三阵元被所述第一阵元间隔时，所述根据所述第三信号和所述第四信号，计算得到所述第二阵元和所述第三阵元之间的接收幅相相对系数，具体包括:
[0016]所述第一阵元与所述第二阵元两者之间的间距，和所述第一阵元与所述第三阵元两者之间的间距相等时，根据所述第三信号和所述第四信号，计算得到所述接收幅相相对系数。
[0017]结合第一方面的第一至第二种实现方式，本发明第一方面的第三种实现方式中，在计算得到所述接收幅相相对系数之后，所述方法还包括:
[0018]设所述第二阵元为Ic1阵元，第三阵元为k Jm1阵元，在所述第一阵元包括k ,+2阵元、h+4阵元……ki+n^-2阵元时，所述第二阵元和所述第三阵元之间的接收幅相相对系数RQc1, ki+mi)根据如下公式计算得到:
[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为正整数，所述m 偶数。
[0021]结合第一方面及第一方面的第一至第三种实现方式，本发明第一方面的第四种实现方式中，所述第二阵元和所述第三阵元相邻，所述第一阵元包括第六阵元和第七阵元，且所述第二阵元和所述第六阵元两者的间距，与所述第三阵元和所述第七阵元两者的间距相等，所述第三阵元和所述第六阵元两者的间距，与所述第二阵元和所述第七阵元两者的间距相等时，所述第一信号包括第九信号和第十信号，所述第二信号包括第十一信号和第十二信号，所述第九信号由所述第六阵元发送给所述第二阵元，所述第十信号为第七阵元发送给所述第二阵元，所述第十一信号由所述第六阵元发送给所述第三阵元，所述第八信号为所述第七阵元发送给所述第三阵元，所述根据所述第一信号和所述第二信号，计算得到所述第二阵元和所述第三阵元之间的发射幅相相对系数，具体包括:
[0022]根据所述第九信号、所述第十信号、所述第十一信号和所述第十二信号，计算得到所述发射幅相相对系数的绝对值；
[0023]所述方法还包括:
[0024]根据所述第一信号的第五相位、所述第二信号的第六相位、第七相位与第八相位的差值及第二相位误差阈值，确定所述发射幅相相对系数的符号，所述第七相位为所述第二阵元与所述第六阵元两者之间的相位，所述第八相位为所述第三阵元和所述第六阵元两者之间的相位；所述符号为正时，所述发射幅相相对系数为第一发射幅相相对系数，所述符号为负时，所述发射幅相相对系数为第二发射幅相相对系数。
[0025]结合第一方面及第一方面的第一至第四种实现方式，本发明第一方面的第五种实现方式中，所述第二阵元和所述第三阵元被所述第一阵元间隔时，所述根据所述第一信号和所述第二信号，计算得到所述第二阵元和所述第三阵元之间的发射幅相相对系数，具体包括:
[0026]所述第一阵元与所述第二阵元两者之间的间距，和所述第一阵元与所述第三阵元两者之间的间距相等时，根据所述第一信号和所述第二信号，计算得到所述发射幅相相对系数。
[0027]结合第一方面及第一方面的第四至第五种实现方式，本发明第一方面的第六种实现方式中，设所述第二阵元为k2阵元，第三阵元为k 2+m2阵元，所述第一阵元包括k 2+2阵元、k2+4阵元……k2+m2-2阵元时，所述第二阵元和所述第三阵元之间的发射幅相相对系数T(k2，k2+m2)根据如下公式计算得到:
[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为正整数，所述m 2为偶数。
[0030]结合第一方面及第一方面的第一至第六种实现方式，本发明第一方面的第七种实现方式中，所述第一阵元通过耦合作用接收所述第一信号和所述第二信号，所述第三阵元通过耦合作用接收所述第三信号，所述第四阵元通过耦合作用接收所述第四信号。
[0031]结合第一方面及第一方面的第一至第七种实现方式，本发明第一方面的第八种实现方式中，所述第二阵元和所述第三阵元与所述第一阵元为对称关系。
[0032]本发明第二方面提供一种天线阵列校准的系统，所述系统包括:
[0033]至少4个天线阵元、至少4个接收通道、至少4个发射通道、数字信号处理单元及至少4个开关，每个所述接收通道和每个所述发射通道分别由所述开关独立控制；
[0034]所述天线阵元用于发射和/或接收信号；
[0035]所述接收通道用于对接收到的信号进行滤波、放大、变频及数字变换，得到数字信号，并将所述数字信号传输至所述数字信号处理单元；
[0036]所述发射通道用于将所述数字信号处理单元输入所述发射通道的信号进行数字模拟转换得到模拟信号，并对所述模拟信号进行滤波、调制、变频和放大处理，得到处理后的模拟信号，并通过所述天线阵元发射所述处理后的模拟信号；
[0037]所述数字信号处理单元至少用于如下功能之一:
[0038]对所述接收通道传输的所述数字信号进行数字信号处理，并根据所述数字信号计算接收通道之间的接收幅相相对系数，以使接收通道之间的幅相特性一致；
[0039]对所述接收通道传输的所述数字信号进行数字信号处理，并根据所述数字信号计算发射通道之间的发射幅相相对系数，以使发射通道之间的幅相特性一致；
[0040]所述开关用于分别控制所述接收通道的通断、所述发射通道的通断，及分别控制所述接收通道与阵元的通断、所述发射通道与阵元的通断；将通过所述发射通道发射的信号的状态，切换至从所述天线阵元接收并传输至所述接收通道的信号的状态。
[0041]结合第二方面，本发明的第一种实现方式中，所述系统为频分双工FDD系统时，所述系统还包括双工器和耦合器；
[0042]所述双工器用于对所述接收通道接收到的信号和所述发射通道发射的信号进行分路、合路处理；
[0043]所述耦合器用于对信号进行耦合，以使所述发射通道发送频率信号，及所述接收通道接收频率信号。
[0044]结合第二方面及第一种实现方式，本发明的第二种实现方式中，每两个被校准的所述天线阵元与辅助阵元存在对称关系。
[0045]结合第二方面、及第一或第二种实现方式，本发明的第三种实现方式中，每个所述天线阵元通过阵元之间的耦合作用接收信号。
[0046]本发明第三方面提供一种应用上述第一方面中天线校准的方法的装置，其特征在于，所述装置应用于规则排布型阵列的通信设备，所述装置包括:
[0047]第一获取模块，用于获取第一信号和第二信号；
[0048]