文章编号100520388(2007)03203802053分组旋转矢量法校正大规模相控阵天线刘明罡冯正和(清华大学电子系,lmg03@mails.tsinghua.edu.cn,北京100084)摘要基于基本的旋转矢量法,提出了用于大规模相控阵天线校正的分组旋转矢量法。该方法同时旋转多个天线单元的信号源的相位,能够使被测信号的起伏显著增加。误差估计和仿真校正结果显示,该方法能够提高测量精度,改善校正效果。中图分类号TN820文献标识码ACombinedrotating2elementelectric2fieldvectormethodforcalibrationoflarge2scalephasedarrayantennaLIUMing2gangFENGZheng2he(DepartmentofElectronicEngineering,TsinghuaUniversity,lmg03@mails.tsinghua.edu.cn,Beijing100084,China)AbstractBasedontheclassicrotating2elementelectric2fieldvector(REV)method,anewcombinedREVmethodisproposedforthecalibrationoflarge2scalephasear2ray.Themethodsynchronouslyrotatesthesources’phasesofmorethanoneele2天线单元移相器,改变每个天线单元的相位,逐个测量每个天线单元。而且在测量过程中,而其他天线单元仍然正常工作。当天线阵规模很大的时候,单个天线单元相位的改变对整个天线阵发射信号的幅度影响很小,很容易被噪声和接收机的非线性淹没引言1相控阵天线的性能依赖各个阵元的相对相位和位置。由于射频通道的幅度相位误差,各个阵元工作时的幅度和相位关系和期望值有差别,使波束变形,性能恶化。目前天线阵校正方法中,多数是基于数字波束成型天线阵,要求知道每个阵元接收到的信号的幅度和相位[1～3]。但是当阵元的数目较大时,为了节省成本,往往不能为每个阵元提供正交解调功能。而且这些算法不能用于发射天线阵元的校正。而近场扫描校正方法[4][5]设备复杂,而且效率低。惟独旋转矢量法[6]对硬件要求低,并且能够校正在这篇文章中,对旋转矢量法做了一些改进。其中包括,1)使用傅立叶分析的方法,求解旋转矢量法的中固定信号分量和旋转信号分量,提高计算速度和精度;2)将阵元分组,同时旋转该组中所有阵元的相位,使总体信号的变化非常显著,再通过天线单3收稿日期:2005211217380那么得到M-11A22∑2()1+A2=AiMi=0(3)1(I2+Q2)1/2A1A2=M<2-<1=arg(I-jQ)实际上就是求解序列{A2(i)}中直流成分和一次谐波成分的过程。图1相控阵天线校正原理记:A21+A2=C,A1A2=D,可求出:2((C+2D+C+2D-2D)/22D)/A1A==C-C-改进旋转矢量法旋转矢量法[6],如图2所示,考虑两个复信号A1exp(j<1),A2exp(j<2),他们的和信号记为Aexp(j<)。为了和文献[6]对应,这里A2exp(j<2)只是旋转阵元的信号,A1exp(j<1)是其他阵元信号之和。利用移相器或其他方法对A2exp(j<2)引入额外相移2或((C+2D-C+2D+2D)/22D)/A1A==C-C-(4)对于这两组解,在文献[6]中已经给出了消除二意性的方法。其中一种方法就是已知A1,A2的相对大小,保留符合大小关系的一组解。然后以i=0时的和信号为归一化标准,得到归A2A2=1+A2-<1+Δ)2+2A1A2cos(<2(1)Δ从0变化到2π,记录A的最大最小值,以及使A达到最大时移相器所引入的相位增量Δ0,可以计算出A1,A2和<1-<2。但是对于广泛使用的数字移相器,只能提供离散的相位状态,不能够准确地知道Δ0。因此,可A1Z1=exp(j<2j<1)A+A-(5)12A2exp(j<2-j<1)Z2=A1+A2exp(j<2-j<1)分组旋转矢量法设天线阵有N个天线阵元,采用远场测量,观测点的方向矢量为^r,其球坐标角度为(θ,<),为简单起见设其单元扫描方向图均为P(θ,<),这种情况在大规模阵列中比较常见。由于使用了单元扫描方向图的概念,将天线单元之间的互耦对方向图的影响也考虑在其中了。在移相器位于初始状态时,第i个阵元的信号源产生的复信号3图2旋转矢量法原理为Eiexp(j<i),其位置矢量为di那么接收到的和信号E为=xi^x+yi^y+zi^z。假设移相器是n位数字移相器,能够提供M=2n个相位状态,其相位分辨率δ=为第i个相位状态时,Δ=iδ,有2π/M,当移相器E=P(θ,<)∑Eexp(jk^r·diij<i)(exp)i=1由于单元方向图P(θ,<)与i无关的项,只是引入一个公共的系数,可以略去,有:A2(i)=1+AA+<1+δi)(2)2+2A1A2cos(<2i=0,1,2M-1测量得到移相器在不同相位状态时的功率序列{A2(i)}。先求出E=∑Eiexp(j<i)exp(jk^r·di)(6)i=1等价地,将上式可以分为任意的两...