一种相控阵通道幅相调制方法、电子设备及介质与流程

1.本发明涉及相控阵天线技术领域，更具体地说，它涉及一种相控阵通道幅相调制方法、电子设备及介质。


背景技术：

2.在相控阵测试中，为了让波束有精确指向，需要保证相控阵各阵元幅度尽量一致，而传统的阵元幅度调制方法是对阵元的增益进行衰减。
3.相控阵芯片由三级放大器进行信号增幅，正常工作状态是幅相放大器设置到最大，但由于相控阵芯片的每个阵元的布线方法不同以及其他因素的影响，导致各个阵元的增益不同，若出现一个低增益，为了在相位合成之后，提升副瓣抑制度，会像水桶效应一样，降低所有增益至低增益，以保证各阵元幅度一致，对于增益有较大的浪费。
4.且，在实际幅相调制过程中，幅度与相位之间具有偏移影响，即幅度调整会导致相位异变，相位调整亦然，使得幅相调制不准确。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种相控阵通道幅相调制方法、电子设备及介质，通过考虑幅度与相位之间的偏移影响，解决现有的幅相调制方法不精准、增益浪费的问题。
6.本技术一方面提供一种相控阵通道幅相调制方法，通过以下技术方案实现：包括如下步骤：s1、调整偏置寄存器值以使相控阵芯片工作于线性状态；s2、获得各阵元的幅度和相位，通过幅度和相位计算理想幅度和理想相位，以及各阵元的幅度和相位距理想幅度和理想相位的幅度差和相位差；s3、将幅度差和相位差输入幅相偏移表，获得实际幅度偏移量和实际相位偏移量，根据实际幅度偏移量和实际相位偏移量调整相控阵芯片的幅度寄存器和相位寄存器；s4、重复步骤s2-s3，直至各阵元的幅度和相位与理想幅度和理想相位相等。
7.采用上述技术方案，通过调整偏置寄存器值将相控阵芯片增益调至非饱和的线性状态，在此范围内进行校准，采集各阵元的幅度和相位，进而确定各阵元距离理想幅度、理想相位的差值，将差值输入幅相偏移表，确定实际幅度偏移量和实际相位偏移量，通过实际幅度偏移量和实际相位偏移量调整幅度寄存器和相位寄存器，实现幅相调制；幅相偏移表的设置考虑了幅度与相位之间的偏移影响，实现幅相的精准调控，同时，阵元幅度无需像传统幅相调制方案下降至最低即可获得幅度较为一致的阵元，减少增益浪费。
8.进一步的，幅相偏移表通过以下方法获得：调整偏置寄存器值以使相控阵芯片工作于线性状态；逐步改变幅度寄存器值，测量相位的偏移量，逐步改变相位寄存器值，测量幅度偏移量；将幅度寄存器值的改变量与相位的偏移量以及相位寄存器值的改变量与幅度的
偏移量存入表格，生成幅相偏移表。
9.进一步的，在s1中，调整偏置寄存器值至相控阵芯片增益低于最高增益1db。
10.进一步的，在s2中，获得各阵元的幅度和相位，包括如下步骤：通过矢量网络分析仪采集各阵元的含噪矢量作为第一矢量，第一矢量包括第一幅度和第一相位；将各阵元经相位寄存器偏转，通过矢量网络分析仪采集第二矢量，第二矢量包括第二幅度和第二相位；通过第一幅度和第一相位、第二幅度和第二相位计算各阵元的幅度和相位。
11.进一步的，各阵元经相位寄存器偏转180度。
12.进一步的，计算各阵元的幅度和相位，包括如下步骤：将第一幅度和第一相位、第二幅度和第二相位带入计算公式获得阵元矢量的实部和虚部；将阵元矢量的实部和虚部转换为阵元矢量的幅度和相位。
13.进一步的，阵元矢量的实部和虚部，通过如下公式获得：进一步的，阵元矢量的实部和虚部，通过如下公式获得：其中，为阵元矢量的实部，为阵元矢量的虚部。
14.进一步的，在s2中，理想幅度为各阵元幅度的平均值，理想相位为各阵元相位的平均值。
15.本技术另一方面还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时用于实现上述的一种相控阵通道幅相调制方法。
16.本技术还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时用于实现上述的一种相控阵通道幅相调制方法。
17.与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：本技术设置幅相偏移表，在校准时考虑了幅度与相位之间的偏移影响，一方面，可以更为精准的调制幅相，另一方面，幅度不必衰减过多即可获得幅度较为一致的阵元，减少了增益浪费。
附图说明
18.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一实施例提供的幅相调制方法流程示意图。
具体实施方式
19.在下文中，可在本技术的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所申请的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本技术的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
20.在本技术的各种实施例中，表述“或”或“b或/和c中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“b或c”或“b或/和c中的至少一个”可包括b、可包括c或可包括b和c二者。
21.在本技术的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本技术的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
22.应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件或与另一组成元件“相连”，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件或与另一组成元件“直接相连”时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
23.在本技术的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本技术的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本技术的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本技术的各种实施例中被清楚地限定。
24.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本技术作进一步的详细说明，本技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本技术，并不作为对本技术的限定。
25.本技术一方面提供一种相控阵通道幅相调制方法，拟解决在相控阵校准时为了获得幅度一致的阵元，而损失增益性能的现象，申请人注意到，幅度与相位之间存在偏移影响，即调整幅度时相位会产生微弱的变化，调整相位时幅度亦然，所以为了保证幅相调制的精准、减少增益浪费，本技术通过幅相偏移表对相控阵各阵元进行校准，获得更为精准的幅相调制，减少增益的浪费。
26.如图1所示，幅相调制方法包括如下步骤：
s1、调整偏置寄存器值至相控阵芯片工作于线性状态；s2、获得各阵元的幅度和相位，通过幅度和相位计算理想幅度和理想相位，以及各阵元的幅度和相位距理想幅度和理想相位的幅度差和相位差；s3、将幅度差和相位差输入幅相偏移表，获得实际幅度偏移量和实际相位偏移量，根据实际幅度偏移量和实际相位偏移量调整相控阵芯片的幅度寄存器和相位寄存器；s4、重复步骤s2-s3，直至各阵元的幅度和相位与理想幅度和理想相位相等。
27.实施时，先调整偏置寄存器的值，使得相控阵芯片工作于线性状态，在相控阵芯片工作于线性状态的情况下，对各阵元进行校准，具体的，通过矢量网络分析仪获取各阵元的幅度和相位，进而计算理想幅度和理想相位，以及各阵元距理想幅度、理想相位的幅度差和相位差，考虑偏移影响，将幅度差和相位差带入幅相偏移表进行查询，得到的实际幅度偏移量和实际相位偏移量，将偏实际幅度偏移量和实际相位偏移量写入相控阵芯片，调整幅度寄存器和相位寄存器，完成一次校准工作，不断迭代上述校准的过程，直到矢量网络分析仪得到的阵元的幅度、相位与计算出的理想幅度与相位相等，完成校准。一方面，校准考虑了偏移影响，可以获得更为平整的阵面，另一方面，考虑偏移影响，相位、幅度不必衰减过多即可获得幅度较为一致的阵元，减少了增益浪费。
28.需要说明的是，理论上，幅度调节与相位调节是相互独立的，但在实际使用中幅度调节与相位调节相互影响，当维持相位寄存器不变，只调整幅度寄存器的衰减量时，通道的相位会随之改变，反之亦然，且申请人还注意到，当相控阵芯片工作于线性状态时，幅度调节与相位调节之间具有固定的规律，即调整幅度时，相位以固定的规律偏移，调整相位时亦然，可以借此获得幅相偏移表。
29.在一些可能的实施例中，步骤s3中，幅相偏移表通过如下的方式获得：调整偏置寄存器值至相控阵芯片工作于线性状态；逐步改变幅度寄存器值，测量相位的偏移量，逐步改变相位寄存器值，测量幅度偏移量；将幅度寄存器值的改变量与相位的偏移量以及相位寄存器值的改变量与幅度的偏移量存入表格之中并导出。
30.具体的，当相控阵芯片工作于线性状态时，步进调节幅度寄存器值，通过矢量网络分析仪测量相位的偏移量，假设幅度寄存器值范围为0-31，可以选择从31至0，每次衰减1的方式调节幅度寄存器值，测量每次调节后的相位偏移量，相位寄存器同理，假设相位寄存器值范围值为0-63，从63至0，每次衰减1的方式调节相位寄存器值，测量每次调节后的幅度偏移量，最终将幅度寄存器值的衰减量、相位偏移量以及相位寄存器值的衰减量、幅度偏移量存入表格，得到幅相偏移表，将幅相偏移表写入相控阵芯片，供校准使用。
31.在一些可能的实施例中，在步骤s1中，调整偏置寄存器值至相控阵芯片增益低于最高增益1db。
32.具体的，偏置寄存器值在设为最大的时候，相控阵芯片处于饱和状态，达到最高增益，所以将偏置寄存器值选择在相控阵芯片增益低于最高增益1db的值，此时，相控阵芯片处于线性状态，幅度与相位之间的偏差具有规律，相控阵芯片的功耗也有所减少，同时预留了1db的增量。
33.在一些可能的实施例中，在步骤s2中，获得各阵元的幅度和相位，包括如下步骤：通过矢量网络分析仪采集各阵元的含噪矢量作为第一矢量，第一矢量包括第
一幅度和第一相位；将各阵元经相位寄存器偏转，通过矢量网络分析仪采集第二矢量，第二矢量包括第二幅度和第二相位；通过第一幅度和第一相位、第二幅度和第二相位计算各阵元的幅度和相位。
34.在一种优选的实施例中，在步骤s2中，阵元经相位寄存器偏转180度，便于运算。
35.在一种优选的实施例中，在步骤s2中，理想幅度为各阵元幅度的平均值，理想相位为各阵元相位的平均值。
36.具体地，当相控阵阵元开电，接通射频信号，空间中存在一组含噪矢量，该含噪矢量是由阵元本身发出的矢量,以及空间中其他的异常矢量构成的，定义为第一矢量，第一矢量包括第一幅度和第一相位，将阵元经相位寄存器进行偏转180度后，空间中同时存在另一组含噪矢量，该含噪矢量是由阵元本身发出的矢量-,和空间中其他的异常矢量构成，定义为第二矢量，第二矢量包括第二幅度和第二相位；因此，阵元矢量等同于第一矢量与第二矢量之差的二分之一,用公式表示为。
37.为了便于运算矢量，通常使用矢量的虚部和实部进行加减，于是，我们将用第一矢量的实部减去第二矢量的实部，第一矢量的虚部减去第二矢量的虚部，获得阵元矢量的实部与虚部，用公式表示为：量的实部与虚部，用公式表示为：其中，sc为第一矢量的实部，mc为第二矢量的实部，sci为第一矢量的虚部，mci为第二矢量的虚部，为阵元矢量的实部，为阵元矢量的虚部。
38.在具体的实施场景中，通过矢量网络分析仪，可以采集到第一矢量的幅值与相位，即第一幅度和第一相位；经相位寄存器进行偏转180度后，可以采集到第二矢量的幅值与相位，即第二幅度和第二相位，通过第一幅度和第一相位、第二幅度和第二相位计算各阵元的幅度和相位，计算公式表示为：
进一步的，将阵元矢量的实部和虚部带入如下公式，计算阵元矢量的弧度和模，，进一步的，将阵元矢量的弧度和模，带入如下公式，转换为阵元矢量的幅度和相位，，通过上述公式得到一个阵元的幅度和相位，即阵元的增益和相位，同理可以依次得出所有阵元的幅度和相位，进而计算阵元的理想幅度和理想相位，即各阵元需要衰减或者是增加的幅度、相位。
39.具体的，求将各阵元的幅度、相位分别相加求均值，获得理想幅度和理想相位，然后将理想幅度和各阵元的幅度做差，得到偏移幅度差，将理想相位和各阵元的相位做差，得到偏移相位差。
40.在步骤s3中，将偏移幅度差和偏移相位差带入幅相偏移表，查询实际幅度偏移量和实际相位偏移量，将实际幅度偏移量和实际相位偏移量写入相控阵芯片，调整幅度寄存器和相位寄存器，完成一次校准。
41.在步骤s4中，不断重复步骤s2-s3迭代校准，直到各阵元的幅度和相位为理想的幅度和相位，即完成校准。
42.在一种具体的实施场景下，在步骤s2中，计算出某个阵元幅度需要衰减3db，相位需要偏移73
°
，幅相偏移表中记录，幅度衰减3db时，相位会有10度的偏移，相位偏移73
°
时，幅度会有0.5的衰减，于是写入相控阵芯片寄存器的实际幅度偏移量为衰减2.5db，实际相位偏移量为65
°
。
43.综上，可以看出通过本技术提供的幅相调制方法，一方面可以更为精准的调制幅相，获得幅度较为一致的阵元平面，另一方面，无需将所有阵元的幅度下降至最低幅度，减少了增益的浪费。
44.本技术另一方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时用于实现上述的一种相控阵通道幅相调制方法。
45.本技术还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时用于实现上述的一种相控阵通道幅相调制方法。
46.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。