相控阵天线及其校准方法、运载火箭与流程

本申请涉及航空航天，具体而言，本申请涉及一种相控阵天线及其校准方法、运载火箭。

背景技术：

1、相控阵天线具有低延时，高精度，抗干扰等技术优势，被广泛应用于运载火箭的控制系统中。为弥补设计及制造工艺的缺陷，相控阵天线出厂前需要对发射波束指向进行测试，以对相控阵天线进行校准。

2、目前，常用的相控阵天线的测试方法为远场测试方法。具体为，将被测的相控阵天线放置在三维旋转的转台上，将测试探头放置在被测的相控阵天线的远场位置，控制转台不断转动以改变发射波束指向，同时采用扫频的方式实现相控阵天线的出厂校准。

3、发明人发现，对于已出厂交付的相控阵天线，在使用一段时间后需要重新校准。在使用过程中采用前述的远场测试方法，需要机械对准每一个天线单元，且校准精度需要依赖机械转动的精度，导致校准效率和校准精确均不高。

技术实现思路

1、本申请针对相关技术的缺点，提出一种相控阵天线及其校准方法、运载火箭，用以解决相关技术存在的重新校准的效率和精度均较低。

2、第一个方面，本申请实施例提供了一种相控阵天线，所述相控阵天线应用于运载火箭，包括：射频模块、波束控制模块以及多个天线单元；

3、所述射频模块包括多条发射通道，每条所述发射通道与至少一个天线单元电连接；

4、所述波束控制模块包括状态监控单元，以及与所述状态监控单元电连接的自校准单元；

5、所述状态监控单元与所述射频模块通信连接，用于在相控阵天线工作过程中获取所述射频模块的各发射通道的实际幅相数据；

6、所述自校准单元与所述状态监控单元和所述射频模块均电连接，用于根据所述实际幅相数据与标准幅相数据之间的差异，确定校准数据，并根据所述校准数据对所述射频模块的各发射通道进行校准。

7、在一个可能的实现方式中，所述波束控制模块还包括存储器，所述存储器用来存储所述相控阵天线的各发射通道的标准幅相数据；所述标准幅相数据为所述相控阵天线在暗室环境下测得的各发射通道的幅相数据；

8、所述自校准单元还与所述存储器电连接，用于从所述存储器获取所述标准幅相数据。

9、在一个可能的实现方式中，所述射频模块还包括多条接收通道；每条所述接收通道与至少一个天线单元电连接；

10、与待校准的发射通道电连接的天线单元用于基于待校准信号形成发射波束辐射到外界空间；其余至少一个天线单元用于接收所述外界空间中的发射波束，并将接收到的实际波束传输给对应的所述接收通道，以经由所述接收通道将所述实际波束转换为所述实际幅相数据；

11、所述状态监控单元还与所述射频模块的各接收通道均电连接，用于在相控阵天线工作过程中实时接收所述射频模块的各接收通道输出的实际幅相数据。

12、在一个可能的实现方式中，每个所述天线单元对应连接于一个发射通道和一个接收通道。

13、在一个可能的实现方式中，所述射频模块还包括开关矩阵；所述开关矩阵用于依次切换各所述发射通道中一者处于发射状态；处于发射状态的所述发射通道为待校准的发射通道；

14、所述自校准单元与所述状态监控单元电连接，用于接收所述状态监控单元发送的所述实际幅相数据；根据所述实际幅相数据与标准幅相数据之间的幅度差和相位差，确定处于发射状态的发射通道的幅度补偿数据和相位补偿数据；根据所述幅度补偿数据、所述相位补偿数据对处于发射状态的发射通道进行校准。

15、在一个可能的实现方式中，所述射频模块包括滤波器、第一功率放大器、功率分配模块、移相器、以及与所述天线单元电连接的第二功率放大器；所述功率分配模块包括功分器和所述开关矩阵；

16、所述滤波器、所述第一功率放大器、所述功分器和所述开关矩阵依次电连接；所述功分器的多个输出端分别与所述开关矩阵的多个输入端电连接，所述开关矩阵的多个输出端分别与多个所述移相器电连接；所述移相器与所述第二功率放大器一一对应电连接，以形成多条所述发射通道；

17、所述自校准单元与所述移相器、所述第二功率放大器均电连接，用于根据所述幅度补偿数据、所述相位补偿数据对处于发射状态的发射通道的信号幅度、信号相位进行校准。

18、在一个可能的实现方式中，还包括具有散热装置的结构件；所述结构件用于固定所述连接射频模块和所述波束控制模块，并对所述连接射频模块和所述波束控制模块进行散热。

19、第二个方面，本申请实施例提供了一种运载火箭，包括：火箭主体、以及如上述的相控阵天线。

20、第三个方面，本申请实施例提供了一种相控阵天线的校准方法，包括：

21、在相控阵天线工作过程中获取所述相控阵天线的射频模块的各发射通道的实际幅相数据；

22、根据所述实际幅相数据与标准幅相数据之间的差异，确定校准数据；

23、根据所述校准数据对所述射频模块的各发射通道进行校准。

24、在一个可能的实现方式中，所述根据所述实际幅相数据与标准幅相数据之间的差异，确定校准数据之前，还包括：

25、从相控阵天线的存储器获取预存的所述相控阵天线的各发射通道的标准幅相数据；所述标准幅相数据为所述相控阵天线在暗室环境下测得的各发射通道的幅相数据。

26、本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果包括：

27、利用状态监控单元在相控阵天线工作过程中获取射频模块的各发射通道的实际幅相数据，利用自校准单元根据实际幅相数据与标准幅相数据之间的差异，确定校准数据，并根据校准数据对射频模块的各发射通道进行校准。即，通过调用射频模块的各发射通道的标准幅相数据作为基准，利用相控阵天线工作过程中实时获取的实际幅相数据与基准之间的差异，直接对射频模块的各发射通道进行重新校准。由于重新校准所依据的数据为预存的标准幅相数据、以及相控阵天线工作过程中实时的实际幅相数据，从而能够避免机械对准每一个天线单元造成重新校准效率低的问题，以及校准精度需要依赖机械转动的精度导致校准精确低的问题，能够提高使用过程中重新校准效率和校准精确。

28、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种相控阵天线，所述相控阵天线应用于运载火箭，其特征在于，包括：射频模块、波束控制模块以及多个天线单元；

2.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述波束控制模块还包括存储器，所述存储器用来存储所述相控阵天线的各发射通道的标准幅相数据；所述标准幅相数据为所述相控阵天线在暗室环境下测得的各发射通道的幅相数据；

3.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述射频模块还包括多条接收通道；每条所述接收通道与至少一个天线单元电连接；

4.根据权利要求3所述的相控阵天线，其特征在于，每个所述天线单元对应连接于一个发射通道和一个接收通道。

5.根据权利要求4所述的相控阵天线，其特征在于，所述射频模块还包括开关矩阵；所述开关矩阵用于依次切换各所述发射通道中一者处于发射状态；处于发射状态的所述发射通道为待校准的发射通道；

6.根据权利要求5所述的相控阵天线，其特征在于，所述射频模块包括滤波器、第一功率放大器、功率分配模块、移相器、以及与所述天线单元电连接的第二功率放大器；所述功率分配模块包括功分器和所述开关矩阵；

7.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，还包括具有散热装置的结构件；所述结构件用于固定所述连接射频模块和所述波束控制模块，并对所述连接射频模块和所述波束控制模块进行散热。

8.一种运载火箭，其特征在于，包括：火箭主体、以及如上述权利要求1-7中任一所述的相控阵天线。

9.一种相控阵天线的校准方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的相控阵天线的校准方法，其特征在于，所述根据所述实际幅相数据与标准幅相数据之间的差异，确定校准数据之前，还包括：

技术总结
本申请实施例提供了一种相控阵天线及其校准方法、运载火箭。该相控阵天线应用于运载火箭，包括：射频模块、波束控制模块以及多个天线单元；射频模块包括多条发射通道，每条发射通道与至少一个天线单元电连接；波束控制模块包括状态监控单元，以及与状态监控单元电连接的自校准单元；状态监控单元与射频模块通信连接，用于在相控阵天线工作过程中获取射频模块的各发射通道的实际幅相数据；自校准单元与状态监控单元和射频模块均电连接，用于根据实际幅相数据与标准幅相数据之间的差异，确定校准数据，并根据校准数据对射频模块的各发射通道进行校准。本申请实施例能够提高使用过程中重新校准效率和校准精确。

技术研发人员：杨朕,刘百奇,刘建设
受保护的技术使用者：北京星河动力装备科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15