專利名稱：一種基于四單元定向天線的發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線及電纜發(fā)射相位校準(zhǔn)技術(shù)，具體涉及一種基于四單元定向天線發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置及其相應(yīng)的校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
TCAS定向天線一般由四個(gè)全向天線單元組成。TCAS系統(tǒng)通過對四個(gè)天線端口加注相應(yīng)的發(fā)射相位，形成四個(gè)波束寬度略大于90度的定向波束，將空間分割成四塊，從而達(dá)到其系統(tǒng)需求。4個(gè)天線端口連接了 4根電纜，由于電纜長度誤差及系統(tǒng)誤差，各端口發(fā)射相位會有偏差，從而導(dǎo)致波束指向錯誤，系統(tǒng)無法正常工作。此時(shí)需要對系統(tǒng)誤差進(jìn)行修正。再者，當(dāng)天線電纜更換、溫度、時(shí)間、電纜損傷等等問題，均會導(dǎo)致系統(tǒng)相位變化， 這樣就需要對系統(tǒng)誤差修正能實(shí)時(shí)進(jìn)行。由此可見，如何對定向天線的發(fā)射相位進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)是本領(lǐng)域亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，而提供一種基于四單元定向天線發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置，同時(shí)還提供一種相應(yīng)的校準(zhǔn)方法。本發(fā)明可針對天線、電纜及系統(tǒng)誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)相位校準(zhǔn)，從而滿足TCAS進(jìn)行定向發(fā)射的能力。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種基于四單元定向天線的發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置，該裝置包括一功分器、四個(gè)發(fā)射通道、四個(gè)收發(fā)開關(guān)、四個(gè)接收通道、一個(gè)矩陣開關(guān)以及一個(gè)相位比較器，所述功分器將校準(zhǔn)源信號分為四路校準(zhǔn)信號，并分別發(fā)送至四個(gè)發(fā)射通道，所述四個(gè)發(fā)射通道分別與四個(gè)收發(fā)開關(guān)對應(yīng)相接，所述四個(gè)收發(fā)開關(guān)分別連接于四單元定向天線，所述四個(gè)收發(fā)開關(guān)分別通過四個(gè)接收通道連接矩陣開關(guān)，所述矩陣開關(guān)連接于相位比較器。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述發(fā)射通道中包含有用于調(diào)整通道發(fā)射信號相位的移相網(wǎng)路。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述矩陣開關(guān)為4選2矩陣開關(guān)。本發(fā)明的第二目的在于提供一種基于四單元定向天線的發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法， 該方法基于上述裝置，其包括如下步驟(1)通過對4組相鄰的兩個(gè)發(fā)射通道發(fā)射校準(zhǔn)信號，同時(shí)以相應(yīng)兩個(gè)接收通道接收校準(zhǔn)信號，并以此得到兩兩相鄰?fù)ǖ乐g的相位差；(2)將得到的兩兩相鄰?fù)ǖ乐g的相位差進(jìn)行歸一化處理，設(shè)測試到的相位差分別為識21、識32禾口識43，
φ 1-φ2\ = φ3\
由上述可得識21、識31和識41，分別為通道4、3、2與通道1的相位差，即可得到4通道之間的發(fā)射相位差；(3)調(diào)整每一組發(fā)射通道的相位，直至相應(yīng)接收信號相位差為0，完成發(fā)射相位校準(zhǔn)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述步驟(1)具體實(shí)現(xiàn)步驟如下(11)通過收發(fā)開關(guān)控制四個(gè)發(fā)射通道中的相鄰兩個(gè)發(fā)射通道發(fā)射校準(zhǔn)源信號；(12)通過收發(fā)開關(guān)控制四個(gè)接收通道中相應(yīng)的兩個(gè)接收通道接收校準(zhǔn)信號；(13)通過矩陣開關(guān)選擇相應(yīng)的兩個(gè)接收通道的校準(zhǔn)信號；(14)通過相位比較器得出這兩路接受校準(zhǔn)信號的相位差。進(jìn)一步的，所述步驟(3)通過如下步驟實(shí)現(xiàn)(31)先將每一組相鄰的兩發(fā)射通道用于發(fā)射校準(zhǔn)信號，再將相應(yīng)的接受通道用于接收校準(zhǔn)信號，并將相鄰的兩發(fā)射通道的初始移相相位設(shè)為0度；(32)打開校準(zhǔn)源，檢查相位比較器輸出相位差，如果相位差為0度，則直接輸出該組相鄰的兩發(fā)射通道所設(shè)相位即可；如果相位差大于0度，則增加相應(yīng)發(fā)射通道的移相相位值；如果相位差小于0，則減小相應(yīng)發(fā)射通道的移相相位值，再檢查相位比較器輸出相位差；(33)直至相位比較器輸出的相位差為0度，則輸出該組相鄰的兩發(fā)射通道所設(shè)相位即可，并至此完成了兩個(gè)通道之間發(fā)射相位的校準(zhǔn)。根據(jù)上述方案得到的本發(fā)明可以對天線、電纜及系統(tǒng)誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)相位校準(zhǔn)誤差，確保發(fā)射信號的相位，以合成指定指向的波束。本發(fā)明合適對具有外部射頻電纜連接到天線，且需要實(shí)時(shí)校準(zhǔn)發(fā)射相位的系統(tǒng)。 例如機(jī)載防撞系統(tǒng)(TCAS)的天線系統(tǒng)。而TCAS系統(tǒng)中，需要形成不同方向的波束指向來詢問飛機(jī)，本發(fā)明完全可以得到應(yīng)用。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明中發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明中發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法的流程圖。圖3為1、2通道發(fā)射相位校準(zhǔn)流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。參見圖1，本發(fā)明提供的基于四單元定向天線的發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置，其在結(jié)構(gòu)上包括一功分器、四個(gè)發(fā)射通道、四個(gè)收發(fā)開關(guān)、四個(gè)接收通道、一個(gè)矩陣開關(guān)以及一個(gè)相位比較器。其中功分器將校準(zhǔn)源信號分為四路校準(zhǔn)信號，并分別發(fā)送至四個(gè)發(fā)射通道，而四個(gè)發(fā)射通道分別與四個(gè)收發(fā)開關(guān)對應(yīng)相接，四個(gè)收發(fā)開關(guān)分別連接于四單元定向天線，同時(shí)四個(gè)收發(fā)開關(guān)分別通過四個(gè)接收通道連接矩陣開關(guān)，最后矩陣開關(guān)連接于相位比較器。同時(shí)，本發(fā)明中的發(fā)射通道中包含有用于調(diào)整通道發(fā)射信號相位的移相網(wǎng)路。上述的裝置開始校準(zhǔn)時(shí)，先打開校準(zhǔn)源信號，經(jīng)過一分四的功分器后，分為四路校準(zhǔn)信號，到達(dá)四個(gè)發(fā)射通道。由收發(fā)開關(guān)來選擇其中兩個(gè)發(fā)生通道的信號作為發(fā)射校準(zhǔn)信號，另外兩路作為接收通道，用于接受相應(yīng)的校準(zhǔn)信號。發(fā)射信號經(jīng)過電纜和其中兩個(gè)天線單元后輻射出去，再經(jīng)過另外兩個(gè)天線單元和電纜到達(dá)接收通道。最后由相位比較器得到接收到校準(zhǔn)信號的相位差。基于上述方案，本發(fā)明還提供一種發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法，該方法基于上述裝置， 其包括如下步驟(參見圖2)第一步，通過對4組相鄰的兩個(gè)發(fā)射通道發(fā)射校準(zhǔn)信號，同時(shí)以相應(yīng)兩個(gè)接收通道接收校準(zhǔn)信號，并以此得到兩兩相鄰?fù)ǖ乐g的相位差。該步驟的實(shí)現(xiàn)具體如下(1)開始校準(zhǔn)后，先通過收發(fā)開關(guān)控制四個(gè)發(fā)射通道中的相鄰兩個(gè)發(fā)射通道1、2 發(fā)射通道發(fā)射的信號作為發(fā)射校準(zhǔn)信號，同時(shí)通過收發(fā)開關(guān)控制四個(gè)接收通道中相應(yīng)的3、 4接收通道作為相應(yīng)的接收通道，用于接收校準(zhǔn)信號。(2)通過4選2矩陣開關(guān)選擇3、4接收通道的接收校準(zhǔn)信號，并由相位比較器得出 1、2發(fā)射通道的相位差。(3)同理，將2、3發(fā)射通道發(fā)射的信號作為發(fā)射校準(zhǔn)信號，4、1接收通道用于接收校準(zhǔn)信號，得到2、3發(fā)射通道的相位差。(4)同理，將3、4發(fā)射通道發(fā)射的信號作為發(fā)射校準(zhǔn)信號，1、2接收通道用于接收校準(zhǔn)信號，得到3、4發(fā)射通道的相位差。(5)同理，將4、1發(fā)射通道發(fā)射的信號作為發(fā)射校準(zhǔn)信號，2、3接收通道用于接收校準(zhǔn)信號，得到4、1發(fā)射通道的相位差。第二步，將得到的兩兩相鄰?fù)ǖ乐g的相位差進(jìn)行歸一化處理，得到4通道之間的發(fā)射相位差。設(shè)測試到的相位差分別為識21、衫2和一 3，
權(quán)利要求
1.一種基于四單元定向天線的發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述校準(zhǔn)裝置包括一功分器、四個(gè)發(fā)射通道、四個(gè)收發(fā)開關(guān)、四個(gè)接收通道、一個(gè)矩陣開關(guān)以及一個(gè)相位比較器，所述功分器將校準(zhǔn)源信號分為四路校準(zhǔn)信號，并分別發(fā)送至四個(gè)發(fā)射通道，所述四個(gè)發(fā)射通道分別與四個(gè)收發(fā)開關(guān)對應(yīng)相接，所述四個(gè)收發(fā)開關(guān)分別連接于四單元定向天線， 所述四個(gè)收發(fā)開關(guān)分別通過四個(gè)接收通道連接矩陣開關(guān)，所述矩陣開關(guān)連接于相位比較器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四單元定向天線的發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述發(fā)射通道中包含有用于調(diào)整通道發(fā)射信號相位的移相網(wǎng)路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四單元定向天線的發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述矩陣開關(guān)為4選2矩陣開關(guān)。
4.一種基于四單元定向天線的發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟(1)通過對4組相鄰的兩個(gè)發(fā)射通道發(fā)射校準(zhǔn)信號，同時(shí)以相應(yīng)兩個(gè)接收通道接收校準(zhǔn)信號，并以此得到兩兩相鄰?fù)ǖ乐g的相位差；(2)將得到的兩兩相鄰?fù)ǖ乐g的相位差進(jìn)行歸一化處理，得到4個(gè)通道之間的發(fā)射相位差；(3)調(diào)整每一組發(fā)射通道的相位，直至相應(yīng)接收信號相位差為0，完成發(fā)射相位校準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于四單元定向天線的發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟(1)具體實(shí)現(xiàn)步驟如下(11)通過收發(fā)開關(guān)控制四個(gè)發(fā)射通道中的相鄰兩個(gè)發(fā)射通道發(fā)射校準(zhǔn)源信號；(12)通過收發(fā)開關(guān)控制四個(gè)接收通道中相應(yīng)的兩個(gè)接收通道接收校準(zhǔn)信號；(13)通過矩陣開關(guān)選擇相應(yīng)的兩個(gè)接收通道的校準(zhǔn)信號；(14)通過相位比較器得出這兩路接受校準(zhǔn)信號的相位差。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于四單元定向天線的發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法，所述步驟(3)通過如下步驟實(shí)現(xiàn)(31)先將每一組相鄰的兩發(fā)射通道用于發(fā)射校準(zhǔn)信號，再將相應(yīng)的接受通道用于接收校準(zhǔn)信號，并將相鄰的兩發(fā)射通道的初始移相相位設(shè)為0度；(32)打開校準(zhǔn)源，檢查相位比較器輸出相位差，如果相位差為0度，則直接輸出該組相鄰的兩發(fā)射通道所設(shè)相位即可；如果相位差大于0度，則增加相應(yīng)發(fā)射通道的移相相位值； 如果相位差小于0，則減小相應(yīng)發(fā)射通道的移相相位值，再檢查相位比較器輸出相位差；(33)直至相位比較器輸出的相位差為0度，則輸出該組相鄰的兩發(fā)射通道所設(shè)相位即可，并至此完成了兩個(gè)通道之間發(fā)射相位的校準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于四單元定向天線的發(fā)射相位實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置及方法，裝置中功分器將校準(zhǔn)源信號分為四路校準(zhǔn)信號，并分別發(fā)送至四個(gè)發(fā)射通道，而四個(gè)發(fā)射通道分別與四個(gè)收發(fā)開關(guān)對應(yīng)相接，四個(gè)收發(fā)開關(guān)分別連接于四單元定向天線，同時(shí)四個(gè)收發(fā)開關(guān)分別通過四個(gè)接收通道連接矩陣開關(guān)，矩陣開關(guān)連接于相位比較器；該方法通過兩通道發(fā)射校準(zhǔn)源信號，兩通道接收校準(zhǔn)信號，比較兩路接收信號的相位差，來得到兩個(gè)發(fā)射通道之間的相位關(guān)系。本發(fā)明可被廣泛用于波束成形中對各個(gè)端口相位有實(shí)時(shí)校準(zhǔn)需求的系統(tǒng)，例如機(jī)載防撞系統(tǒng)以及具有對稱特性的天線系統(tǒng)，此種系統(tǒng)具有顯著的市場前景和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號H01Q21/00GK102280719SQ20111012110
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者吳鑫偉, 張俊強(qiáng), 張海輝, 毛繼志, 沈凱虹 申請人:中國航空無線電電子研究所