專利名稱：一種毫米波相控陣天線及其波束掃描方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及米波相控陣的波束掃描技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種毫米波相控陣天線及其波束掃描方法。
背景技術(shù)：
相控陣天線是從陣列天線發(fā)展起來的，通過改變陣列天線中每一個子陣的饋電幅度和相位來改變整個陣面天線波束指向。相控陣在軍事和民用領(lǐng)域都得到廣泛重視和迅速發(fā)展。特別是在近十年，毫米波波段的相控陣系統(tǒng)得到廣泛的研究和應(yīng)用。有源相控陣天線的波束指向主要靠各個単元T/R的相位調(diào)制來實現(xiàn)，而波瓣特性特別是副瓣特性主要靠幅度調(diào)制部分來實現(xiàn)?，F(xiàn)在大多數(shù)有源相控陣都采用基于數(shù)字移相器和數(shù)字衰減器的幅相獨立調(diào)制技木，其幅度控制和相位控制都是量化的，只能階躍變化。為了實現(xiàn)高精度的掃描波束指向控制以及低的副瓣特性，則需要多位的數(shù)字控制，而位數(shù)越多，數(shù)字移相器和數(shù)字衰減器也越復(fù)雜。此外傳統(tǒng)的幅相獨立調(diào)制T/R組件隨著載波頻率的提高，逐漸遇到了很多困難和瓶頸，這些難點多存在于移相器的設(shè)計。由于相位的變化與傳輸線的電長度相關(guān)，當(dāng)頻率逐漸提高，傳輸線長度很小的一點變化都會造成很大的相移量，因此解決相位調(diào)制問題是國內(nèi)外T/R組件研究的熱點。矢量調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用，可以利用一塊芯片替代傳統(tǒng)有源相控陣組件中的移相器和衰減器芯片，并且提高移相和衰減的靈活性。在毫米波波段這個技術(shù)帶來了很多優(yōu)勢，因此易于將有源相控陣天線做到小型化和低成本。但是，與傳統(tǒng)的數(shù)字移相和數(shù)字衰減的相控陣波束掃描技術(shù)相比，針對基于矢量調(diào)制技術(shù)的相控陣波束掃描方法仍然較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種毫米波相控陣天線及其波束掃描方法，可消除由于芯片差異以及裝配引起的通道幅度和相位設(shè)置差異，從而減小波束掃描誤差。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種毫米波相控陣天線，包括平面微帶天線陣面、有源通道網(wǎng)絡(luò)以及波束控制單元，其特征在于，所述平面微帶天線陣面與有源通道網(wǎng)絡(luò)通過可拆卸的方式進(jìn)行連接；所述有源通道網(wǎng)絡(luò)包含正交矢量調(diào)制芯片，所述正交矢量調(diào)制芯片有I路和Q路兩個控制電壓，通過改變兩路控制電壓值來改變輸入信號的幅度和相位；所述波束控制單元的主控制器通過串行ロ控制多個多路DAC芯片，每兩路DAC芯片輸出作為一路所述正交矢量調(diào)制芯片的控制電壓。所述平面微帶天線陣面與有源通道網(wǎng)絡(luò)通過陰-陽連接器進(jìn)行連接。所述平面微帶天線陣面裝配陽型連接器，所述有源通道網(wǎng)絡(luò)裝配陰型連接器，所述陽型連接器和陰型連接器相互連接。所述波束控制單元采用FPGA芯片作為主控制器。、
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是還提供ー種毫米波相控陣天線的波束掃描方法，包括以下步驟
(1)將平面微帶天線陣面和有源通道網(wǎng)絡(luò)拆卸，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀獲取各有源通道網(wǎng)絡(luò)的幅度和相位與控制電壓的關(guān)系數(shù)據(jù)表；
(2)根據(jù)所需要的波束掃描角計算各有源通道網(wǎng)絡(luò)所需的幅度和相位值，然后根據(jù)誤差算法在得到的關(guān)系數(shù)據(jù)表中選擇誤差值最小的控制電壓進(jìn)行波束掃描。所述步驟(I)中矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的第一端ロ連接有源通道網(wǎng)絡(luò)的輸入端，第二端ロ連接需要檢測的有源通道；所述波束控制單元每改變一組有源通道網(wǎng)絡(luò)的I路和Q路控制電壓，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀即記錄一次該有源通道網(wǎng)絡(luò)的插入損耗值；在有效控制電壓范圍內(nèi)按一定控制電壓間隔進(jìn)行多次采樣，即可獲得該有源通道網(wǎng)絡(luò)的幅度和相位與控制電壓的關(guān)系，并將該表格存儲在波束控制單元的存儲單元中。
所述步驟(2)中波束控制單元從主控計算機(jī)得到各有源通道網(wǎng)絡(luò)需要設(shè)置的幅度和相位值，當(dāng)需要設(shè)置第m行第η列的通道的幅度為Pm，η,相位為Φι ，η吋，波束控制單元查找該通道的幅度和相位與對應(yīng)控制電壓的關(guān)系數(shù)據(jù)表，進(jìn)行誤差計算，采用的誤差算法為
權(quán)利要求
1.一種毫米波相控陣天線，包括平面微帶天線陣面、有源通道網(wǎng)絡(luò)以及波束控制單元，其特征在于，所述平面微帶天線陣面與有源通道網(wǎng)絡(luò)通過可拆卸的方式進(jìn)行連接；所述有源通道網(wǎng)絡(luò)包含正交矢量調(diào)制芯片，所述正交矢量調(diào)制芯片有I路和Q路兩個控制電壓，通過改變兩路控制電壓值來改變輸入信號的幅度和相位；所述波束控制單元的主控制器通過串行口控制多個多路DAC芯片，每兩路DAC芯片輸出作為一路所述正交矢量調(diào)制芯片的控制電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的毫米波相控陣天線，其特征在于，所述平面微帶天線陣面與有源通道網(wǎng)絡(luò)通過陰-陽連接器進(jìn)行連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的毫米波相控陣天線，其特征在于，所述平面微帶天線陣面裝配陽型連接器，所述有源通道網(wǎng)絡(luò)裝配陰型連接器，所述陽型連接器和陰型連接器相互連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的毫米波相控陣天線，其特征在于，所述波束控制單元采用< >FPGA芯片作為主控制器。
5.一種如權(quán)利要求I所述毫米波相控陣天線的波束掃描方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)將平面微帶天線陣面和有源通道網(wǎng)絡(luò)拆卸，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀獲取各有源通道網(wǎng)絡(luò)的幅度和相位與控制電壓的關(guān)系數(shù)據(jù)表； (2)根據(jù)所需要的波束掃描角計算各有源通道網(wǎng)絡(luò)所需的幅度和相位值，然后根據(jù)誤差算法在得到的關(guān)系數(shù)據(jù)表中選擇誤差值最小的控制電壓進(jìn)行波束掃描。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波束掃描方法，其特征在于，所述步驟(I)中矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的第一端口連接有源通道網(wǎng)絡(luò)的輸入端，第二端口連接需要檢測的有源通道；所述波束控制單元每改變一組有源通道網(wǎng)絡(luò)的I路和Q路控制電壓，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀即記錄一次該有源通道網(wǎng)絡(luò)的插入損耗值；在有效控制電壓范圍內(nèi)按一定控制電壓間隔進(jìn)行多次采樣，即可獲得該有源通道網(wǎng)絡(luò)的幅度和相位與控制電壓的關(guān)系，并將該表格存儲在波束控制單元的存儲單元中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波束掃描方法，其特征在于，所述步驟(2)中波束控制單元從主控計算機(jī)得到各有源通道網(wǎng)絡(luò)需要設(shè)置的幅度和相位值，當(dāng)需要設(shè)置第m行第n列的通道的幅度為Pm, n,相位為Om, n時，波束控制單元查找該通道的幅度和相位與對應(yīng)控制電壓的關(guān)系數(shù)據(jù)表，進(jìn)行誤差計算，采用的誤差算法為
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的波束掃描方法，其特征在于，當(dāng)對相控陣天線波束掃描角精度要求高時，幅度權(quán)重系數(shù)Q值可取小值，當(dāng)對相控陣天線副瓣要求高時，幅度權(quán)重系數(shù)Q值可取大值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種毫米波相控陣天線及其波束掃描方法，其中，毫米波相控陣天線包括平面微帶天線陣面、有源通道網(wǎng)絡(luò)以及波束控制單元，平面微帶天線陣面與有源通道網(wǎng)絡(luò)通過可拆卸的方式進(jìn)行連接；有源通道網(wǎng)絡(luò)包含正交矢量調(diào)制芯片，正交矢量調(diào)制芯片有I路和Q路兩個控制電壓，通過改變兩路控制電壓值來改變輸入信號的幅度和相位。方法包括將平面微帶天線陣面和有源通道網(wǎng)絡(luò)拆卸，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀獲取各有源通道網(wǎng)絡(luò)的幅度和相位與控制電壓的關(guān)系數(shù)據(jù)表；根據(jù)所需要的波束掃描角計算各有源通道網(wǎng)絡(luò)所需的幅度和相位值，根據(jù)誤差算法在得到的關(guān)系數(shù)據(jù)表中選擇誤差值最小的控制電壓進(jìn)行波束掃描。本發(fā)明可減小波束掃描誤差。
文檔編號H01Q3/26GK102738598SQ20121022584
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者孫曉瑋, 孫蕓, 李凌云, 楊明輝, 韓克武 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所