专利名称：相控阵天线及其相位校准方法
技术领域：
本发明涉及包括多个天线元件的相控阵天线及其用于校准这多个天线元件的相位的相位校准方法。
背景技术：
需要包括多个天线元件的相控阵天线来按照以下方式对每个天线元件的相位进行校准在一组预定的条件下，由天线元件输出的无线电波具有相同的相位。
作为相关的技术，一种已知的技术是在校准多个天线元件的相位时，(i)在辐射具有预定的功率的无线电波的条件下，改变仅任意一个天线元件的相位，(ii)在位于无线电波辐射平面的前平面侧的接收机处，监控所有这多个天线元件的由此产生的辐射功率变化，以获得这任意一个天线元件的相位值，(iii)对所有天线元件执行上面所有的步骤(i) 和(ii)，以获得所有天线元件的相位值，以及(iv)基于这些相位值来校准每个天线元件的相位(参见 W02004/013644A1)。
作为另一种相关的技术，一种已知的包括多个天线元件的相控阵天线是为了维持低旁瓣，为位于多个天线元件的阵列的端部的天线元件放置衰减器，并且与位于阵列的中心部分的天线元件相比，降低来自位于端部的天线元件的无线电波的输出。
然而，难以通过从中心部分到端部逐渐地降低由相控阵天线所输出的无线电波的输出来准确地校准被配置成减小相控阵天线的旁瓣的相控阵天线。这是由以下两个原因引起的。
(1)在位于阵列的端部的天线元件是在具有预定的功率的无线电波是由多个天线元件所辐射的条件下来进行校准的情况下，当只改变其相位时，能够由接收机检测到的辐射功率的变化很低，这是因为这个变化更易受其它天线元件的影响，并且然后，不能准确地测量目标天线元件的相位。
(2)上述问题(1)可以通过以下方式来解决，即从多个天线元件中的两个天线元件之间的输出差的方向图获得零点，并且接下来按照以下方式来调整两个天线元件的相位将所获得的零点的位置放在两个天线元件之间的中点处以校准相位。然而，在这种情况下，当由多个天线元件所输出的无线电波的功率针对每一个天线元件都不同时，如图6所示，由两个天线元件形成的方向图中的零点的深度(深零)变浅。因此，不能准确地检测零点ο发明内容
本发明是根据上面给出的条件给出的，并且其示例性的目标是提供能够通过将位于阵列的中心部分处的天线元件的功率输出与位于阵列的端部的天线元件的功率输出相区分来简单地并且准确地校准相控阵天线的天线元件的相位以便减小旁瓣的相控阵天线及其相位校准方法。
根据本发明的第一示例性方面，提供了一种相控阵天线，其包括振荡器，其产生无线电波；多个天线元件，其辐射无线电波；移相器，其连接到所述多个天线元件中的每一个天线元件，并且改变由所述多个天线元件所辐射的无线电波的相位；分配器，其经由所述移相器将由所述振荡器产生的无线电波分配给所述多个天线元件；接收单元，其接收由所述多个天线元件所辐射的无线电波；以及控制处理器，其执行以下操作第一校准处理，用以校准连接到天线元件对的所述移相器的相位，所述天线元件对是从所述多个天线元件中选择的并且位于相对于由所述相控阵天线所形成的阵列的中轴对称的位置对处，以及第二校准处理，用以相对于连接到位于所述阵列的中心部分的参考天线元件的所述移相器的相位，来校准连接到目标天线元件对的所述移相器的相位，所述目标天线元件对位于相对于所述阵列的所述中轴对称的位置对处。
所述控制处理器可以执行所述第二校准处理以进行以下操作a)从所述多个天线元件中选择位于所述阵列的所述中轴的位置处的参考天线元件以及从所述多个天线元件中选择的且位于相对于所述阵列的所述中轴对称的位置处的目标天线元件对，以允许经由所述分配器将由所述振荡器产生的所述无线电波提供给所述参考天线元件和所述目标天线元件对；b)当连接到所述参考天线元件的所述移相器的相位被固定并且连接到所述目标天线元件对的所述移相器的相位被改变时，通过在所述接收单元处接收的无线电波的接收功率沿着相对于所述多个天线元件的阵列方向的水平方向的分布获得由所述参考天线元件和所述目标天线元件对形成的方向图；C)从所获得的方向图中提取连接到所述目标天线元件对的所述移相器的相位，在所述相位处，在所获得的方向图中存在的旁瓣水平变成预定的值；d)相对于连接到所述参考天线元件的所述移相器的所述相位，将所获得的相位设置为连接到所述目标天线元件对的所述移相器的所述相位的相位值。
所述控制处理器可以在改变所述目标天线元件对的同时重复所述第二校准处理， 直到设置了针对所有所述目标天线元件对的所述相位值为止。
形成所述相控阵天线的所述阵列的阵列天线元件的数量可以是奇数，并且所述参考天线元件可以是位于所述阵列的所述中心上的位置处的一个天线元件。
形成所述相控阵天线的所述阵列的阵列天线元件的数量可以是偶数，并且所述参考天线元件可以是位于相对于所述阵列的所述中轴对称的位置对中的离所述中轴最近的位置对处的天线元件对。
所述控制处理器可以执行所述第一校准处理以进行以下操作从所述多个天线元件中选择位于相对于由所述相控阵天线形成的阵列的中轴对称的所述位置对处的所述天线元件对，以允许将由所述振荡器产生的所述无线电波提供给所述天线元件对，当连接到所述天线元件对中的一个天线元件的所述移相器的相位被固定并且连接到所述天线元件对中的另一个天线元件的所述移相器的相位被改变时，获得在所述接收单元处接收的无线电波的接收功率的变化的图，通过所获得的图来检测所述移相器在所述图中存在零的零点处的相位之间的相位差，以及基于所检测的相位差来校准所述移相器的所述相位。
根据上面的相控阵天线，即使由每个天线元件所辐射的功率不同，也可以很容易对齐由每个天线元件所辐射的无线电波的相位，并且可以获得期望的方向图。在下文中描述了原因。
在示例性的方面，由振荡器产生的无线电波仅提供给位于相对于形成相控阵天线的多个天线元件的阵列的中轴对称的位置对处的天线元件对。
由于相对于中轴对称的天线元件对辐射具有相同功率的无线电波，所以零深是根据天线元件对之间的相位差形成的。
例如，当天线元件对中的一个天线元件的相位被固定并且天线元件对中的另一个天线元件的相位在0°到360°的范围内改变时，测量接收信号的水平(接收功率)并且检测接收信号中出现的零。这使得准确地获得天线元件对之间的相位差并且将天线元件对中的一个天线元件的相位与天线元件对中的另一个天线元件的相位对齐成为可能。也就是说，可以执行天线元件对之间的相位校准。
针对相对于阵列的中轴对称的每个天线元件对执行上述的相位校准，并且然后针对每个天线元件对对齐所有天线元件对的相位。
接下来，由振荡器产生的无线电波仅提供给参考天线元件和相对于阵列的中轴对称的目标天线元件对，并且两个相位相互对齐。在天线元件的数量是奇数的情况下，参考天线元件可以是位于阵列的中轴上的位置处的天线元件，或者在天线元件的数量是偶数的情况下，参考天线元件可以是相对于阵列的中轴对称的天线元件对。
在这种情况下，获得了以下的方向图。方向图是由参考天线元件和目标天线元件对形成的，并且相对于与多个天线元件的阵列方向成水平方向的中轴对称。
当连接到天线元件对的移相器的相位是按照相同的方式改变时，方向图中的旁瓣的幅度改变。
因此，如果移相器的相位值是按照旁瓣的值变成预定的值这样的方式来设置的， 即便每个天线元件所辐射的功率不同，也可以容易对齐每个天线元件所辐射的无线电波的相位，并且可以获得期望的方向图。
然后，如果上述设置移相器的相位的处理是针对参考天线元件和相对于阵列的中轴对称所有天线元件对来执行的，那么可以准确而且容易地减小方向图中的旁瓣。
根据本发明的第二个示例性的方面，提供了一种用于相控阵天线的相位校准方法，所述相控阵天线包括振荡器，其产生无线电波；多个天线元件，其辐射无线电波；移相器，其连接到所述多个天线元件中的每一个天线元件，并且改变由所述多个天线元件所辐射的无线电波的相位；分配器，其经由所述移相器将由所述振荡器产生的无线电波分配给所述多个天线元件；接收单元，其接收由所述多个天线元件所辐射的无线电波；以及控制处理器，其执行针对所述相控阵天线的校准处理，所述相位校准方法包括在所述控制处理器处，执行第一校准处理以校准连接到天线元件对的所述移相器的相位，所述天线元件对是从所述多个天线元件中选择的并且位于相对于由所述相控阵天线所形成的阵列的中轴对称的位置对处，以及执行第二校准处理以相对于连接到位于所述阵列的中心部分处的参考天线元件，来校准连接到目标天线元件对的所述移相器的相位，所述目标天线元件对位于相对于所述阵列的所述中轴对称的位置对处。
所述第二校准处理可以包括从所述多个天线元件中选择位于所述阵列的所述中轴的位置处的参考天线元件以及从所述多个天线元件中选择的且位于相对于所述阵列的所述中轴对称的位置处的目标天线元件对，以允许经由所述分配器将由所述振荡器产生的所述无线电波提供给所述参考天线元件和所述目标天线元件对；当连接到所述参考天线元件的所述移相器的相位被固定且连接到所述目标天线元件对的所述移相器的相位被改变时，通过在所述接收单元处接收的无线电波的接收功率沿着相对于所述多个天线元件的阵列方向的水平方向的分布获得由所述参考天线元件和所述目标天线元件对形成的方向图； 从所获得的方向图中提取连接到所述目标天线元件对的所述移相器的相位，在所述相位处，在所获得的方向图中存在的旁瓣水平变成预定的值；相对于连接到所述参考天线元件的所述移相器的所述相位，将所获得的相位设置为连接到所述目标天线元件对的所述移相器的所述相位的相位值。
所述的相位校准方法还可以包括在改变所述目标天线元件对的同时在所述控制处理器处重复所述第二校准处理，直到设置了针对所有所述目标天线元件对的所述相位值为止。
形成所述相控阵天线的所述阵列的天线元件的数量可以是奇数，并且所述参考阵列天线元件可以是位于所述阵列的所述中心上的位置处的一个天线元件。
形成所述相控阵天线的所述阵列的天线元件的数量可以是偶数，并且所述参考天线元件可以是位于相对于所述阵列的所述中轴对称的位置对中的离所述中轴最近的位置对处的天线元件对。
所述控制处理器可以执行所述第一校准处理以进行以下操作a)从所述多个天线元件中选择位于相对于由所述相控阵天线形成的阵列的中轴对称的所述位置对处的所述天线元件对，以允许将由所述振荡器产生的所述无线电波提供给所述天线元件对，b)当连接到所述天线元件对中的一个天线元件的所述移相器的相位被固定并且连接到所述天线元件对中的另一个天线元件的所述移相器的相位被改变时，获得在所述接收单元处接收的无线电波的接收功率的变化的图，c)通过所获得的图检测所述移相器在所述图中存在零的零点处的相位之间的相位差，以及d)基于所检测的相位差来校准所述移相器的所述相位。
根据所述相位校准方法，可以精确而且简单地降低方向图中的旁瓣。
在附图中
图1是示出了根据本发明的示例性实施例的相控阵天线的配置的示意性框图2是示出了根据示例性实施例的校准处理的流程的示意性流程图3是示出了根据示例性实施例的、跟随图2中所示的流程的校准处理的流程的示意性流程图4A和4B是示出了根据示例性实施的、由三个天线元件(一个参考天线元件和两个目标天线元件)形成的方向图的示例的示意图5是示出了根据示例性实施例的、当由三个天线元件(一个参考天线元件和两个目标天线元件)形成的方向图中的相位差变化时旁瓣水平的变化的示例的图形；
图6A和6B是示出了根据示例性实施例的、由具有不同功率输出的两个天线元件形成的方向图的示例的示意图7A至7C是示出了根据示例性实施例的、由具有不同功率输出的三个天线元件形成的方向图的示例的示意图8是示出了根据另一示例性实施例的、在位于多个天线元件的无线电波辐射平面的前方的接收机处获得方向图的相控阵天线的配置的示意性框图；以及
图9A和9B是分别示出了相控天线元件的数量是奇数和偶数的情况下，参考天线元件的示意图。
具体实施例方式
参照附图，在下文中描述了根据本发明的示例性实施例的相控阵天线以及其校准方法。图1是示出了根据示例性实施例的相控阵天线1的配置的示意性框图。相控阵天线1可以应用于雷达装置(例如，安装在车辆上的车载雷达)。如图1所示，相控阵天线包含振荡器10、多个发射天线元件20 (在下文中称为“天线元件”)、放大器30、移相器40、分配器50和控制处理器70。此外，接收功率检测器60 (根据本发明的示例性实施例，其对应于“接收单元”)被布置成检测由相控阵天线1输出的无线电波的辐射功率。振荡器10是这样的设备，其产生无线电波，并且输出由例如速调管、行波管、磁电管、耿氏二极管振荡为具有适用于使用自动频率控制电路的雷达的数千兆赫兹(GHz)稳定频率的无线电波的高频(射频)信号。多个天线元件20是孔径天线(例如，喇叭天线)或者平面天线(例如，贴片天线)， 并且，在本实施例中，多个天线元件20被等间隔地布置在直线上。放大器30是这样的设备，其连接到每个天线元件20，并且放大由多个天线元件输出的无线电波的功率。移相器40是这样的设备，其连接到每个天线元件20，并且改变由多个天线元件20 输出的无线电波的相位，以在期望的方向上形成并且操纵无线电波的波束。作为移相器40，可以利用使用PIN(p_本征_n 二极管)二极管的交换线路型移相器或具有GaAs FET (砷化镓-场效应晶体管)的反射式移相器等。分配器50是这样的设备，其经由移相器40将振荡器10产生的无线电波分配给多个天线元件20。在实施例中，分配器50是选择开关，其从控制处理器70接收指令信号，并且基于指令信号来选择多个天线元件20中的一个或多个天线元件以便于提供无线电波。接收功率检测器60是这样的设备，其检测由多个天线元件20所辐射的无线电波的功率，并且将所检测的接收功率输出到控制处理器70，并且包括接收天线62、接收机64 和反射器66。接收天线62是这样的设备，其接收由多个天线元件20输出的无线电波之中由反射器66所反射的无线电波。反射器66是反射由多个天线元件20输出的无线电波的反射板(例如，角形反射器或金属板)，相对于与多个天线元件20的无线电波辐射平面的垂直的方向而言，反射器 66位于0°方向。接收机64是这样的设备，其接收由反射器66所反射的无线电波，检测该无线电波，并且将其输出到控制处理器70。控制处理器70是这样的设备，其控制移相器40和分配器50，并且记录由接收机 64所检测的功率，以识别反射物体在可以被雷达检测到的雷达检测区域中的位置，并且包括CPU(中央处理单元)、R0M(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)和1/0(输入/输出)(未示出)。控制处理器70读取存储在ROM中的程序，并且然后执行以下的校准处理。接下来，参照图2和图3，其描述了由控制处理器70的CPU执行的校准处理。图2 和图3是示出了校准处理的流程的流程图。在校准处理中，首先，在步骤SlOO-Sl 15处，CPU执行第一校准处理，以校准连接到位于相对于相控阵天线1中的阵列的中轴对称的位置对处的天线元件对22和23的移相器 42和43的相位。也就是说，在步骤SlOO处，CPU从多个天线元件20中选择相对于相控阵天线1中的阵列的中轴对称的两天线元件对22和23，并且仅向所选择的两个天线元件22 和23提供无线电波。由两个天线元件22和23输出的功率被设置为彼此相等。接下来，在步骤S105处，CPU控制连接到两个天线元件22和23中的每一个天线元件的移相器40，以便将两个天线元件22和23的每个相位校准成彼此相等。在步骤Sl 10处，CPU判断是否已经完成对具有相同输出功率的两天线元件对22和 23中的所有天线元件的相位校准。因此，如果CPU判断出存在相位校准尚未完成的两天线元件对22和23 (在步骤SllO中，为“否”)，那么CPU继续步骤Sl 15的处理，以执行选择该两天线元件对22和23的处理，并且然后返回到步骤S110，以执行校准两个天线元件22和 23的每个相位的处理。相反，如果CPU判断出已经完成对两天线元件对22和23中的每一个天线元件的校准(在步骤SllO中，为“是”)，那么CPU继续步骤S120的处理。在完成步骤SllO的处理时，具有相同输出功率的天线元件对22和23在相位上彼此相等，但是具有不同的输出功率的天线元件对(例如，天线元件21和天线元件22、23)在相位上没有被校准。因此，在步骤S120或之后，CPU执行第二校准处理，以校准具有不同输出功率的天线元件21 (下文称为“参考天线元件21”)和除了参考天线元件21之外的天线元件对22 和23(下文称为“目标天线元件22和23”)之间的移相器41、42和43的相位。参考天线元件21是相位校准的参考，并且其位于多个天线元件20的阵列的中轴上的位置处。目标天线元件22和23是相对于参考天线元件21的相位校准的目标，并且目标天线元件22和 23位于相对于阵列上的中轴对称的位置对处。在步骤S210处，CPU执行处理，以经由分配器50仅向参考天线元件21和目标天线元件22和23提供无线电波。在这种情况下，CPU按照以下方式来设置分配器50 由振荡器10产生的无线电波仅提供给参考天线元件21和目标天线元件22和23，而不提供给其它天线元件20。此处，参考天线元件21对应于布置在近似直线上的多个天线元件20的阵列的中心处的天线元件20。目标天线元件22和23对应于位于相对于中心线(对应于参考天线元件21的位置)对称的位置处的天线元件对20。接下来，在步骤S125处，CPU执行处理，以将参考天线元件21和目标天线元件22 和23的相位设置为0°。此处，在目标天线元件22和23中，获得在步骤S105处计算出的天线元件22和23之间的相位校准值，并且然后，其相位与0°相一致。在步骤S130处，CPU执行处理，以获得由参考天线元件21和目标天线元件22和 23 (即，共3个天线元件21、22和23)形成的方向图。也就是说，CPU在固定连接到参考天线元件21的移相器41的相位的同时改变连CN 102544734 A接到目标天线元件22和23的移相器42和43的相位。然后，CPU通过在接收功率检测器60处接收的接收功率沿着与多个天线元件20的无线电波辐射方向垂直的方向的分布获得由参考天线元件21和目标天线元件22和23形成的方向图。此处，参照图4A和图4B，其描述了获得方向图的方法。图4A和图4B示出了当目标天线元件22和23的相位改变时，由参考天线元件21和目标天线元件22和23形成的方向图的示例。如图4A所示，在三个天线元件21、22和23中，参考天线元件21位于中间，而目标天线元件22和23位于参考天线元件21的左侧和右侧。图4B示出了在参考天线元件21的相位被设置为0°并且□被校准为0的条件下获得的接收功率图，其中，□是位于参考天线元件21左侧的目标天线元件22和位于参考天线元件21的右侧的目标天线元件23之间的相位差。为了获得图4B中所示出的接收功率图，可以将由下面的公式1-5所表达的Q1-O3 用于校准参考天线元件21和目标天线元件22和23，即，其移相器41、42和43。=D-0d(公式 1)θ 2 = 0(公式 2)θ 3 = □ + θ d(公式 3)θ d = k · d · sin θ (公式 4)k = 2 π / λ(公式 5)其中，d 天线元件之间的天线距离λ 无线电波的波长θ 方向性的最大辐射方向此处，在公式4中的θ从-90°改变到90°的条件下，接收机64接收由位于参考天线元件21和目标天线元件22和23的前方的反射器66所反射的无线电波。在这些步骤中，在步骤S135和S140处，当目标天线元件22和23相对于参考天线元件21的给定相位差□从0°改变到360°时，获得这样的相位，在此相位处，步骤S130 处获得的接收功率图的旁瓣变成期望值(预定的值)。图4Α至图4C示出了目标天线元件 22和23 (S卩，移相器42和43)相对于参考天线元件21 (即，移相器41)的相位差□为0°、 30°和60°的情况。接下来，在步骤S145处，CPU执行处理，以从在步骤S130-S140处获得的接收功率图的图形中提取移相器42和43的相位值，在此相位值处，其旁瓣的值变为期望的值。图5示出了绘制参考天线元件21与目标天线元件22-23之间的相位差□的变化和50°方向上存在的旁瓣水平的变化之间的关系的图形。在这个实施例中，图4B中的“C” 表示的口=60°示出了最低的旁瓣水平。在步骤S150处，CPU执行处理，以将移相器42和43的相位设置为在步骤S145处所提取的相位值口 =60° (图4B和图5的“C”中所示出的相位)。在步骤S155处，CPU执行处理，以判断是否完成对所有目标天线元件22和23的相位校准。因此，如果CPU判断出已经完成对所有目标天线元件22和23的相位校准(在步骤S155处，为“是”)，那么CPU结束处理。相反，如果CPU判断出没有完成对所有目标天线元件22和23的相位校准(在步骤S155处，为“否”)，那么CPU继续步骤S160的处理。在步骤S160处，CPU执行处理以改变目标天线元件22和23。也就是说，校准目标从已经完成相位校准的天线元件20 (目标天线元件22和23)改变到其它天线元件20(新的目标天线元件22和23)。接下来，CPU返回到步骤S125的处理，并且对新的目标天线元件22_23以及参考天线元件21重复步骤S125-S160的处理。在上述的相控阵天线1中，获得由三个天线元件20(即，参考天线元件21以及相对于参考天线元件21所处的阵列的中轴对称的目标天线元件22、23)形成的方向图。在这种情况下，当以相同的方式来改变连接到天线元件对22和23中的每个天线元件的移相器42和43的相位时，方向图的旁瓣的幅度也会改变(参见图4B)。因此，如果以旁瓣水平变成预定的值或更少这样的方式来设置移相器42和43的相位，那么可以校准天线元件对22和23的相位。如果设置移相器42和43的相位的这些步骤是对位于阵列的中心处的天线元件 20(参考天线元件21)和位于相对于阵列的中轴对称的位置处的所有天线元件对20 (目标天线元件22和23)来执行的，那么将相控阵天线1作为一个整体，可以校准所有天线元件 20的相位。在下文中，参见图6A、图6B和图7A-7C，与改变两个天线元件21和22的相位的情况相比，描述了在三个天线元件21、22和23的相位的情况下的优势。图6A和6B示出了由具有不同无线电波输出的两个天线元件21和22形成的方向图。图7A-7C示出了由具有不同无线电波输出的三个天线元件21、22和23形成的方向图。在图6B中，“D”示出了两个天线元件21和22 (参见图6A)的输出相同的情况下的方向图，“E”示出了两个天线元件21和22的输出中的一个是1而另一个是0.7的情况下的方向图，并且“F”示出了两个天线元件21和22的输出中的一个是1而另一个是0. 55 的情况下的方向图。如图6B中所示，在由天线元件21和22中的每个天线元件所辐射的无线电波的输出彼此相等的情况下，方向图中存在的零点变深。然而，在由天线元件21和22中的每个天线元件所辐射的无线电波的输出彼此不同的情况下，随着两个天线元件21和22的两个输出之间的输出差变大，方向图中存在的零点变浅。相反，图7A示出了在三个天线元件21、22和23 (参见图4A)的输出是相同的情况下的方向图，图7B示出了在位于阵列的中心处的天线元件21的输出为1并且其它两个天线元件22和23的输出为0. 7的情况下的方向图，并且图7C示出了在位于阵列的中心处的天线元件21的输出为1并且其它两个天线元件22和23的输出为0. 55的情况下的方向图。如图7A至图7C所示，在由三个天线元件21、22和23形成的方向图中，随着天线元件21和其它两个天线元件22和23之间的相位差的改变，旁瓣水平显著改变。因此，三个天线元件21、22和23的使用可以检测旁瓣的变化，并且因而可以更准确地执行校准。此外，在这个实施例中，反射器66反射由多个天线元件20输出的无线电波，并且接收机64接收在反射器66处反射的无线电波。这使得获得天线元件20的方向图成为可能。此外，可以将除了反射器66之外的多个组件合并为例如一个组件以将相控阵天线1配置成紧凑配置。(其它实施例)本发明是参考上述示例性的实施例来进行描述的，但是本发明不限于这些实施例。例如，如下文所述，可以在形式和细节上做出各种改变。(1)在上述实施例中，当获得接收功率变化图时，接收机64可以接收由反射器66 所反射的无线电波。或者，如图8所示，在没有反射器66的情况下，接收接64可以位于无线电波辐射平面的前方，以便在接收机64处获得接收功率变化图。(2)在上述实施例中，形成相控阵天线1的多个天线元件20被布置在近似直线上。 或者，多个天线元件20可以布置在矩阵图案的二维平面上。在这种情况下，在多个天线元件20中，可以将一个天线元件20选择为参考天线元件21，可以参照参考天线元件21的相位针对每一行和每一列来执行校准。(3)在上述实施例中，在获得方向图时，目标天线元件22和23的相位θ从-90° 变为90°，并且接收机64接收在位于参考天线元件21以及目标天线元件22和23的前方的反射器66处反射的无线电波。或者，在不改变相位θ的情况下，接收机64可以位于参考天线元件21以及目标天线元件22和23的前方，并且当接收机64沿着与参考天线元件 21以及目标天线元件22和23的无线电波辐射方向垂直的方向移动时，可以通过接收机64 来测量接收功率，以获得方向图。(4)在上述实施例中，分配器50从控制处理器70接收指令信号，并且基于指令信号从多个天线元件20中选择一个或多个天线元件20以便于提供无线电波。或者，可以使用放大器30。也就是说，分配器50可以包括分配单元和放大器30，分配单元具有只将由振荡器 10产生的无线电波分配给多个天线元件20中的所有天线元件的功能，而放大器30连接到每个天线元件20。在这种情况下，分配单元将无线电波分配给多个天线元件20中的所有天线元件。此处，如果放大器30 (其连接到除天线元件21、22和23之外的天线元件)的增益被设置为0，那么可以经由放大器30将无线电波仅提供给天线元件21、22和23。在这种情况下，或者，可以使用高频开关来替代放大器30。即便是在这样的配置中，也可以获得相同的效果。在上述实施例中，如图9Α所示，形成相控阵天线1的阵列的阵列天线元件的数量是奇数。或者，如图9Β所示，形成相控阵天线1的阵列的阵列天线元件的数量可以是偶数。 在这种情况下，如图9Β所示，参考天线元件可以是位于相对于阵列的中轴AX对称的位置对中的离阵列的中轴AX最近的位置对处的天线元件对21a和21a。在不背离本发明的精神的情况下，可以以多种其它形式来体现本发明。因此，迄今为止所描述的实施例和修改旨在仅作为说明性的而非限制性的，这是因为本发明的范围是由所附的权利要求限定的，而不是由这些权利要求之前的描述来限定的。因此，落入权利要求的边界和界限内的所有变化或者这些边界和界限的等价形式旨在由权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种相控阵天线，包括 振荡器，其产生无线电波；多个天线元件，其辐射无线电波；移相器，其连接到所述多个天线元件中的每一个天线元件，并且改变由所述多个天线元件所辐射的无线电波的相位；分配器，其经由所述移相器将由所述振荡器产生的无线电波分配给所述多个天线元件；接收单元，其接收由所述多个天线元件所辐射的无线电波；以及控制处理器，其执行以下操作第一校准处理，用以校准连接到天线元件对的所述移相器的相位，所述天线元件对是从所述多个天线元件中选择的，并且位于相对于由所述相控阵天线所形成的阵列的中轴对称的位置对处；以及第二校准处理，用以相对于连接到位于所述阵列的中心部分处的参考天线元件的所述移相器的相位，来校准连接到目标天线元件对的所述移相器的相位，所述目标天线元件对位于相对于所述阵列的所述中轴对称的位置对处。
2.根据权利要求1所述的相控阵天线，其中，所述控制处理器执行所述第二校准处理以进行以下操作从所述多个天线元件中选择位于所述阵列的所述中轴上的位置处的参考天线元件以及从所述多个天线元件中选择的且位于相对于所述阵列的所述中轴对称的位置处的目标天线元件对，以允许经由所述分配器将由所述振荡器产生的所述无线电波提供给所述参考天线元件和所述目标天线元件对；当连接到所述参考天线元件的所述移相器的相位被固定并且连接到所述目标天线元件对的所述移相器的相位被改变时，通过在所述接收单元处接收的无线电波的接收功率沿着相对于所述多个天线元件的阵列方向的水平方向的分布来获得由所述参考天线元件和所述目标天线元件对形成的方向图；从所获得的方向图中提取连接到所述目标天线元件对的所述移相器的相位，在所述相位处所获得的方向图中存在的旁瓣水平变成预定的值；以及相对于连接到所述参考天线元件的所述移相器的所述相位，将所获得的相位设置为连接到所述目标天线元件对的所述移相器的所述相位的相位值。
3.根据权利要求2所述的相控阵天线，其中，所述控制处理器在改变所述目标天线元件对的同时重复所述第二校准处理，直到设置了所述目标天线元件对中的所有目标天线元件的所述相位值为止。
4.根据权利要求3所述的相控阵天线，其中，形成所述相控阵天线的所述阵列的天线元件的数量是奇数；以及所述参考天线元件是位于所述阵列的所述中心上的位置处的一个天线元件。
5.根据权利要求3所述的相控阵天线，其中，形成所述相控阵天线的所述阵列的天线元件的数量是偶数；以及所述参考天线元件是位于相对于所述阵列的所述中轴对称的位置对当中的离所述中轴最近的位置对处的天线元件对。
6.根据权利要求2所述的相控阵天线，其中，所述控制处理器执行所述第一校准处理以进行以下操作从所述多个天线元件中选择位于相对于由所述相控阵天线形成的阵列的中轴对称的所述位置对处的所述天线元件对，以允许将由所述振荡器产生的所述无线电波提供给所述天线元件对；当连接到所述天线元件对中的一个天线元件的所述移相器的相位被固定并且连接到所述天线元件对中的另一个天线元件的所述移相器的相位被改变时，获得在所述接收单元处接收的无线电波的接收功率的变化的图；通过所获得的图来检测所述移相器在当所述图中存在零时的零点处的相位之间的相位差；以及基于所检测的相位差来校准所述移相器的所述相位。
7.一种用于相控阵天线的相位校准方法，所述相控阵天线包括振荡器，其产生无线电波；多个天线元件，其辐射无线电波；移相器，其连接到所述多个天线元件中的每一个天线元件，并且改变由所述多个天线元件所辐射的无线电波的相位；分配器，其经由所述移相器将由所述振荡器产生的无线电波分配给所述多个天线元件；接收单元，其接收由所述多个天线元件所辐射的无线电波；以及控制处理器，其执行针对所述相控阵天线的校准处理， 所述相位校准方法包括在所述控制处理器处，执行第一校准处理，以校准连接到天线元件对的所述移相器的相位，所述天线元件对是从所述多个天线元件中选择的，并且位于相对于由所述相控阵天线所形成的阵列的中轴对称的位置对处；以及执行第二校准处理，以相对于连接到位于所述阵列的中心部分处的参考天线元件的所述移相器的相位，来校准连接到目标天线元件对的所述移相器的相位，所述目标天线元件对位于相对于所述阵列的所述中轴对称的位置对处。
8.根据权利要求7所述的相位校准方法，其中，所述第二校准处理包括从所述多个天线元件中选择位于所述阵列的所述中轴的位置处的参考天线元件以及从所述多个天线元件中选择的且位于相对于所述阵列的所述中轴对称的位置处的目标天线元件对，以允许经由所述分配器将由所述振荡器产生的所述无线电波提供给所述参考天线元件和所述目标天线元件对；当连接到所述参考天线元件的所述移相器的相位被固定并且连接到所述目标天线元件对的所述移相器的相位被改变时，通过在所述接收单元处接收的无线电波的接收功率沿着相对于所述多个天线元件的阵列方向的水平方向的分布来获得由所述参考天线元件和所述目标天线元件对形成的方向图；从所获得的方向图中提取连接到所述目标天线元件对的所述移相器的相位，在所述相位处所获得的方向图中存在的旁瓣水平变成预定的值；相对于连接到所述参考天线元件的所述移相器的所述相位，将所获得的相位设置为连接到所述目标天线元件对的所述移相器的所述相位的相位值。
9.根据权利要求8所述的相位校准方法，还包括在所述控制处理器处，在改变所述目标天线元件对的同时重复所述第二校准处理，直到设置了所述目标天线元件对中的所有目标天线元件的所述相位值为止。
10.根据权利要求9所述的相位校准方法，其中，形成所述相控阵天线的所述阵列的天线元件的数量是奇数；以及所述参考阵列天线元件是位于所述阵列的所述中心上的位置处的一个天线元件。
11.根据权利要求9所述的相位校准方法，其中，形成所述相控阵天线的所述阵列的天线元件的数量是偶数；以及所述参考天线元件是位于相对于所述阵列的所述中轴对称的位置对中的离所述中轴最近的位置对处的天线元件对。
12.根据权利要求8所述的相位校准方法，其中， 所述控制处理器执行所述第一校准处理以进行以下操作从所述多个天线元件中选择位于相对于由所述相控阵天线形成的阵列的中轴对称的所述位置对处的所述天线元件对，以允许将由所述振荡器产生的所述无线电波提供给所述天线元件对；当连接到所述天线元件对中的一个天线元件的所述移相器的相位被固定并且连接到所述天线元件对中的另一个天线元件的所述移相器的相位被改变时，获得在所述接收单元处接收的无线电波的接收功率的变化的图；通过所获得的图来检测所述移相器在所述图中存在零的零点处的相位之间的相位差；以及基于所检测的相位差来校准所述移相器的所述相位。
全文摘要
一种相控阵天线包括振荡器、多个天线元件、移相器、分配器、接收机和控制处理器。控制处理器执行以下操作第一校准处理，用以校准连接到天线元件对的移相器的相位，所述天线元件对是从所述多个天线元件中选择的，并且位于相对于由所述相控阵天线所形成的阵列的中轴对称的位置对处，以及第二校准处理，用以相对于连接到位于所述阵列的中心部分处的参考天线元件，来校准连接到目标天线元件对的移相器的相位。所述目标天线元件对位于相对于所述阵列的所述中轴对称的位置对处。
文档编号G01R29/10GK102544734SQ201110409970
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者大川邦彦 申请人:株式会社电装