一种天线阵列校准的方法、装置及系统的制作方法_4

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信号的第五相位、所述第二信号的第六相位、第七相位与第八相位的差值及第二相位误差阈值,确定所述发射幅相相对系数的符号,所述第七相位为所述第二阵元与所述第六阵元两者之间的相位,所述第八相位为所述第三阵元和所述第六阵元两者之间的相位;所述符号为正时,所述发射幅相相对系数为第一发射幅相相对系数,所述符号为负时,所述发射幅相相对系数为第二发射幅相相对系数。
[0142]这种情况下,上述发射幅相相对系数的计算方式可以参考上述第一个可选实施例,设定第n-Ι阵元和第η+2阵元均为接收状态,第η阵元和第η+1阵元均为发射状态,可以计算得到T (η,η+1):
[0143]T ( η , η + 1 ) 2 = Tn 2 / T (η+1) 2= | [Sr (η-1, η) *Sr (η + 2, η) /(Sr (η+1, η-1) *Sr (η+1, η+2) ](11)
[0144]由公式(11)可知,Τ(η,η+1)有正负两个值,为去除符号模糊问题,则设定Tx =(Τη2/Τ(η+1)2)1/2,然后利用预设的判断公式(6)对Τ(η,η+1)的符号进行判定,以得到不同相位时的T(η,η+1)值,上述符号为正时,T(n,n+1) = Tx ;上述符号为负时,T(n,η+1)=-Tx ;其中,判断公式如下:
[0145]phase [Sr (η+1, η-1) ] -phase [Sr (η, η-1) ] *Χ = phase [ant (η, η+1) ] +delta_pha
(6)
[0146]其中,X为变量,此处为Tx,phase表示计算相位,ant (η, η+1)表示第η阵元和第η+1阵元,例如phase[ant(n, n+1)]表示第η阵元和第η+1阵元的相位,天线确定后,phase [ant (η, η+1)]即为确定的值,考虑实际工程存在误差,则设定delta_pha为相位误差范围。
[0147]将Tx代入上述公式¢),具体对T (n,n+1)的符号进行判断,具体符号取值根据余弦函数随时间的变化来取值,本文中不作赘述。
[0148]可以理解的是,在计算完相邻的发射通道之间的发射幅相相对系数后,还可以利用下述第四个可选实施例中的公式(13),继续计算任意发射通道之间的发射幅相相对系数,设定一个发射通道为参考通道,利用发射通道之间的幅相相对系数,计算各个发射通道之间的相对幅相校准系数,完成发射通道的相对幅相校准。
[0149]可选的,在上述图1或图2所对应的实施例及上述第一至第三个可选实施例的基础上,本发明实施例的第四个可选实施例中,所述第二阵元和所述第三阵元被所述第一阵元间隔,所述第一阵元与所述第二阵元两者之间的间距,和所述第一阵元与所述第三阵元两者之间的间距相等时,所述根据所述第一信号和所述第二信号,计算得到所述第二阵元和所述第三阵元之间的发射幅相相对系数,具体包括:
[0150]根据所述第一信号和所述第二信号,计算得到所述发射幅相相对系数;
[0151]可选的,在上述图1或图2所对应的实施例及上述第三至第四个可选实施例的基础上,本发明实施例的第五个可选实施例中,设所述第二阵元为k2阵元,第三阵元为k 2+m2阵元,所述第一阵元包括k2+2阵元、k2+4阵元……k2+m2-2阵元时,所述第二阵元和所述第三阵元之间的发射幅相相对系数T(k2,k2+m2)根据如下公式计算得到:
[0152]T(k2,k2+m2) = T (k2) /T (k2+m2) = (T (k2, k2+2)) * (T (k2+2, k2+4)) *......*T (k2+m2-2, k2+m2);
[0153]所述k2为正整数,所述m 2为偶数。
[0154]此种情况下,发射幅相相对系数的计算方式与上述第二个可选实施例类似,即设定第η单元为接收状态,第η-1单元和第η+1单元均为发射状态,则可以计算得到第η_1阵元的发射通道与第n+1阵元的发射通道之间的发射幅相相对系数T(n-1,n+1):
[0155]T (η-1, η+1) = T (η-1) /T (η+1) = Sr (η, η-1) /Sr (η, η+1)(12)
[0156]另外,根据公式(12)可以推导出第k阵元的发射通道与第k+m阵元的发射通道之间的发射幅相相对系数,m为非零的偶数,如公式(13):
[0157]T (k, k+m) = T (k) /T (k+m) = [T (k, k+2) ]* [T (k+2, k+4) ]*...* [T (k+m_2, k+m)]
(13)
[0158]可以理解的是,在计算被偶数个阵元相隔的两个阵元之间的发射幅相相对系数时,可以通过多种路径,本实施例仅仅以1*N作为举例说明,具体计算路径可以根据实际天线阵列的排布灵活选择,具体本文中均不作限定。
[0159]可选的,在上述图1或图2所对应的实施例及上述第一至第五个可选实施例的基础上,本发明实施例的第六个可选实施例中,所述第一阵元通过耦合作用接收所述第一信号和所述第二信号,所述第三阵元通过耦合作用接收所述第三信号,所述第四阵元通过耦合作用接收所述第四信号。
[0160]可选的,在上述图1或图2所对应的实施例及上述第一至第六个可选实施例的基础上,本发明实施例的第七个可选实施例中,所述第二阵元和所述第三阵元与所述第一阵元为对称关系。
[0161]可以理解的是,本文中的方法也适用于规则对称排布阵列,只需预先获取各个阵元之间的耦合特征即可,后续计算及校准的过程与本发明实施例所陈述的方案均相同,具体可以通过测量阵元之间的耦合系数,或通过电磁仿真软件如高频结构仿真器(HFSS,HighFrequency Structure Simulator)对天线阵列进行仿真,在阵元间引入电磁親合,以得到阵元之间的耦合特征,具体阵元之间的耦合特征的获取方式本文中均不作限定。
[0162]上面对本发明实施例中一种天线阵列校准的方法进行描述,下面对本发明实施例中的一种天线校准的系统进行详细说明,本发明实施例中,天线阵列中,接收通道的数量或发射通道的数量都不少于4个。并且每个发射通道或接收通道的状态都可以独立控制。本系统主要有TDD系统和FDD系统两种,具体结构图可以参阅图5,每个天线阵元都连接接收通道和发射通道,请参阅图6,所述系统包括:
[0163]至少4个天线阵元、至少4个接收通道、至少4个发射通道、数字信号处理单元及4个开关,每个所述接收通道和每个所述发射通道分别由所述开关独立控制;
[0164]所述天线阵元用于发射和/或接收信号;
[0165]所述接收通道用于对接收到的信号进行滤波、放大、变频及数字变换,得到数字信号,并将所述数字信号传输至所述数字信号处理单元;
[0166]所述发射通道用于将所述数字信号处理单元输入所述发射通道的信号进行数字模拟转换得到模拟信号,并对所述模拟信号进行滤波、调制、变频和放大处理,得到模拟信号,并通过所述天线阵列发射所述模拟信号;
[0167]所述数字信号处理单元至少用于如下功能之一:
[0168]对所述接收通道传输的所述数字信号进行数字信号处理,并根据所述数字信号计算接收通道之间的接收幅相相对系数,以使接收通道之间的幅相特性一致;
[0169]对所述接收通道传输的所述数字信号进行数字信号处理,并根据所述数字信号计算发射通道之间的发射幅相相对系数,以使发射通道之间的幅相特性一致;
[0170]所述开关用于分别控制所述接收通道的通断、所述发射通道的通断,及分别控制所述接收通道与阵元的通断、所述发射通道与阵元的通断,以切换射频信号;可以将通过所述发射通道发射的信号的状态,切换至从所述天线阵元接收并传输至所述接收通道的信号的状态。
[0171]本发明实施例中,数字信号处理单元根据接收通道接收到的数字信号计算接收通道之间的接收幅相相对系数,以使接收通道之间的幅相特性一致;根据发射通道发射的模拟信号计算发射通道之间的发射幅相相对系数,以使发射通道之间的幅相特性一致;有效消除由于幅相特性不一致导致射频信号形成的误差,能够有效、准确的控制波束的形状以及波束指向接收天线的方向。
[0172]可选的,在上述图6所对应的实施例的基础上,本发明实施例中的第一个可选实施例中,所述系统为频分双工FDD系统时,所述系统还包括双工器和耦合器(如图5);
[0173]所述双工器用于对所述接收通道接收到的信号和所述发射通道发射的信号进行分路、合路处理,即使得发射通道不能输出接收频率信号,接收通道不能接收发射频率信号,实际应用时,可以通过在天线端口设置定向耦合器,在接收和发射通道增加射频开关,从而实现接收通道接收发射频率信号,发射通道发送接收频率信号的功能;
[0174]所述耦合器用于对信号进行耦合,以使所述发射通道发送接收频率信,及所述接收通道接收发射频率信号。
[0175]可选的,在上述图6所对应的实施例及第一个可选实施例的基础上,本发明实施例中的第二个可选实施例中,每两个被校准的所述天线阵元与辅助阵元存在对称关系。
[0176]可选的,在上述图6所对应的实施例、及第一或第二个可选实施例的基础上,本发明实施例中的第三个可选实施例中,每个所述天线阵元通过阵元之间的耦合作用接收信号。
[0177]本发明实施例中,在天线阵列为一维线性均匀阵列或其他天线阵列边缘特征密度不一致的排布型阵列时,可以考虑通过在这些天线阵列的边缘处增加哑元,以降低或补偿由于阵元排布导致的特征密度不一致性。
[0178]本发明还提供一种天线阵列校准的装置,所述天线阵列为规则排布型阵列,请参阅图7和图8,本发明实施例提供一种应用上述图1和/或图2中天线校准的方法的装置,所述装置应用于包含规则排布型阵列的通信设备,所述装置包括:
[0179]第一获取模块301,用于获取第一信号和第二信号;
[0180]第一处理模块302,用于根据所述第一获取模块301获取的所述第一信号和所述第二信号,计算得到第二阵元和第三阵元之间的发射幅相相对系数,以使所述第二阵元的第一发射通道的幅相特性与所述第三阵元的第二发射通道的幅相特性一致,所述第一信号由所述第二阵元通过所述第一发射通道发送至第一阵元,所述第二信号由所述第三阵元通过所述第二发射通道发送至所述第一阵元;
[0181]和/或,第二获取模块303,用于获取第三信号和第四信号;
[0182]第二处理模块304,用于根据所述第二获取模块303获取的根据所述第三信号和所述第四信号,计算得到所述第二阵元和所述第三阵元之间的接收幅相相对系数,以使所述第二阵元的第一接收通道的幅相特性与所述第三阵元的第二接收通道的幅相特性一致,所述第三信号由所述第二阵元通过所述第一接收通道接收自所述第一阵元发送的信号,所述第四信号由所述第三阵元通过所述第二接收通道接收自所述第一阵元发送的信号。
[0183]本发明实施例中,第一处理模块302根据第一获取模块301获取第一阵元接收的上述第一信号和上述第二信号,计算得到发射幅相相对系数,使第一发射通道的幅相特性和第二发射通道的幅相特性一致,或第二处理模块30
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