[0001] 本发明属于天线技术领域，具体涉及一种相控阵天线校正装置及方法。

[0002] 对于相控阵雷达探测系统，为了实现对天线单元的幅度和相位的控制，最常用的技术是在雷达系统中内置校正网络，通过采集校正网络的内校数据，并调用系统内保存的固定系数，形成最终的补偿系数，实现雷达系统的各天线通道之间的幅度和相位的补偿。

[0003] 固定系数是由外校正数据与内校正数据相除获得，内校正数据可直接由校正网络器件采集所得，但外校正数据一般要依赖于吸波暗室，测试资源昂贵；另外一种需要在中/远场搭建辐射源，并通过精确测量辐射源与雷达阵面的相对位置关系，受地形及外界干扰较大。目前，常用的获取固定系数的方式很难满足轻量化、易操作、可重复等要求。

[0004] 现有技术中，如公开号为CN117749287A的中国发明专利申请《一种相控阵天线校准装置及方法》包括标准相控阵天线，标准相控阵天线耦合连接在校准夹具的一侧，校准夹具远离标准相控阵天线的一侧耦合连接有被校准天线，校准夹具包括多个电磁屏蔽区域和多个电磁透波区域，标准相控阵天线包括多个标准天线单元，标准天线单元设置在标准相控阵天线靠近标准夹具的一侧，每个电磁透波区域内有一个标准天线单元和一个被校准天线单元，根据标准天线单元的相位和幅度信息对被校准天线单元进行补偿。该相控阵天线校准装置替代了暗室设备，减少了相控阵天线生产过程中的暗室设备资源投入且设备体积小，减少了生产场地占用，在一定程度上降低了相控阵天线的校准成本。

[0046] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0047] 实施例1

[0048] 如图1所示，本实施例提供了一种相控阵天线校正装置，包括：辅助天线11，辅助天线11通过滑块16滑动连接在U形导轨14上，U形导轨14滑动连接在水平导轨13上，水平导轨13固定在金属反射板12上，辅助天线11与金属反射板12上的主天线10实现近场耦合，主天线10与校正网络15串联或并联，根据主天线10与辅助天线11之间的耦合系数对主天线10进行校正。

[0049] 主天线10沿X轴、Y轴周期阵列排布在金属反射板12上，如图1所示，本发明定义X轴方向为水平方向，Y轴为垂直方向，这里对水平方向和垂直方向的定义是为了便于描述本发明的相控阵天线校正装置各部件位置关系，并不能作为对本发明的限制。

[0050] 本发明相控阵天线校正装置通过设置辅助天线，辅助天线固定在滑块上并和滑块作为一个整体能够沿U形导轨垂直滑动，U形导轨滑动连接在水平导轨上，辅助天线、滑块和U形导轨作为一个整体能够沿水平导轨水平滑动，通过滑动滑块控制滑块与U形导轨的相对位置，实现对辅助天线在俯仰向的相对位置移动，通过滑动U形导轨控制U形导轨与水平导轨的相对位置，实现对辅助天线在方位向的相对位置移动，辅助天线11与主天线10采用近场耦合的方式，耦合信号强，几乎不受外界地形及外界干扰的影响，测试精度高，通过辅助天线在俯仰向和方位向的移动，顺序采集主天线阵列中的每个天线单元与辅助天线的耦合系数，即外校正数据，根据外校正数据和由校正网络直接获取的内校正数据计算出固定系数，即可实现对主天线的校正，本发明的校正装置只需一个辅助天线，通过移动该辅助天线顺序采集主天线阵列中每个天线单元与该辅助天线的耦合系数，即可实现外校正数据的获取，校正装置结构简单，辅助天线、滑块、U形导轨和水平导轨安装方便快捷，满足轻量化、易操作、低成本、可重复使用的需求，替代了测试成本较高的吸波暗室。

[0051] 水平导轨13和U形导轨可以根据主天线10的阵面大小调整伸缩量，使得本发明的校正装置能够适用于不同规模的相控阵天线阵面，使用范围广。

[0052] 在实际工作中，辅助天线11具有可更换性，可以根据待测天线阵面的带宽更换相应的辅助天线11，辅助天线10的工作带宽要大于或等于主天线10的工作带宽，辅助天线10的极化形式要与主天线10的极化形式相同。通过调整U形导轨14的剖面高度，能够调整辅助天线11与主天线10之间的间距，本发明的辅助天线11与主天线10之间的间距为0.5λ～10λ，其中λ为工作频点对应的波长。

[0053] 如图2所示，主天线10包括主天线辐射体101和主天线射频连接器102，辅助天线11包括辅助天线辐射体111和辅助天线射频连接器112，测试时，主天线辐射体101与辅助天线辐射体111相对设置。在实际工作中，主天线辐射体101和主天线射频连接器102可以先后安装在金属反射板12上，也可以先将主天线辐射体102和主天线射频连接器102安装在一起，再安装在金属反射板12上，同理，辅助天线辐射体111和辅助天线射频连接器112可以先后安装在滑块16上，也可以先将辅助天线辐射体111和辅助天线射频连接器112安装在一起，再安装在滑块16上。

[0054] 为了实现辅助天线11和滑块16作为一个整体能够沿U形导轨14在垂直方向上稳定滑动，滑块16的截面呈C形，U形导轨14的中部有通槽，滑块16呈C形的两端头搭接在通槽上，辅助天线11固定在滑块16的中部。为了实现滑块16滑到位时的稳固性，在滑块16的端头开设孔位，孔位上连接螺栓，当滑块16连同辅助天线11滑到目标位置时，通过旋紧螺栓，当螺栓端部与U形导轨14紧密接触时即可实现对滑块16的固定，使其不会随意滑动。

[0055] 为了实现辅助天线11、滑块16和U形导轨14作为一个整体能够沿水平导轨13在水平方向稳定滑动，水平导轨13的截面呈C形，U形导轨14的端头呈T形，在将U形导轨14固定安装在水平导轨13上时，是将U形导轨14略微倾斜，使U形导轨14的T形端头顺利插入水平导轨13的C形凹槽，插入之后二者便能够实现稳定连接。

[0056] 为了更好地定位辅助天线11，进一步提高校正精度，水平导轨13和U形导轨14上均有刻度尺，其中水平导轨13上的刻度尺能够帮助在水平方向上精准定位辅助天线11，U形导轨14上的刻度尺能够帮助在垂直方向上精准定位辅助天线11。

[0057] 还包括射频电缆组件17、数据采集器18和数据存储分析器19，数据采集器18的第一射频端口通过射频电缆组件17连接到主天线10，数据采集器18的第二射频端口通过射频电缆组件17连接到辅助天线射频连接器112或校正网络15的耦合射频端口151，数据存储分析器19连接到数据采集器18，用于存储耦合系数。

[0058] 校正网络15用于采集主天线10的内校正数据，本实施例中校正网络15与主天线10并联，校正网络15仅包含耦合射频端口151，校正网络15通过空间耦合的方式采集主天线10的射频信号，数据采集器18的第一射频端口连接到主天线射频连接器102，当数据采集器18的第二射频端口连接到辅助天线射频连接器112，用于测试主天线10与辅助天线11之间的耦合系数，当数据采集器18的第二射频端口连接到耦合射频端口151，用于测试主天线10与耦合射频端口151之间的耦合系数。

[0059] 实施例2

[0060] 本实施例与实施例1的区别在于：校正网络15与主天线10的连接方式不同，本实施例中校正网络15与主天线10串联，校正网络15包含耦合射频端口151、输入直通射频端口152和输出直通射频端口153，输出直通射频端口153与主天线10依次连接，校正网络15通过槽孔耦合的方式采集传输线上的射频信号，数据采集器18的第一射频端口通过射频电缆组件17连接到输入直通射频端口152，当数据采集器18的第二射频端口连接到辅助天线射频连接器112，用于测试输入直通射频端口152与辅助天线11之间的耦合系数，当数据采集器
18的第二射频端口连接到耦合射频端口151，用于测试输入直通射频端口152与耦合射频端口151之间的耦合系数。

[0061] 下面结合实施例1和实施例2，以先测试外校正数据，再测试内校正数据为例介绍工作原理：

[0062] 根据待校正的天线阵面的规模，调整水平导轨13和U形导轨14的伸缩量，将水平导轨13安装在金属反射板12上，U形导轨14安装在水平导轨13上，U形导轨14上安装滑块16，根据主天线10的工作带宽和极化形式，选择满足要求的辅助天线11，将辅助天线11安装在滑块16上，先判断校正网络15与主天线10的互联方式，如果两者的互联方式为并联，如图4所示，测试外校正数据时，数据采集器18的第一射频端口连接到主天线射频连接器102，数据采集器18的第二射频端口连接到辅助天线射频连接器112，通过控制滑块16与U形导轨14的相对位置，实现对辅助天线11在俯仰向的相对位置的移动，并通过控制U型导轨14与水平导轨13的相对位置，实现对辅助天线11在方位向的相对位置的移动，按照该移动方式，按顺序依次采集第i行第j列主天线10的耦合系数，记作为 顺序依次采集的方式是将数据采集器18的第一射频端口连接到待测试的主天线射频连接器102，并移动滑块16和U形导轨14，实现将辅助天线11移动到待测试主天线单元的上方，此时信号的流向是：数据采集器18发射的信号经过射频电缆组件17进入辅助天线11的辅助天线射频连接器112，经过空间耦合到主天线10，信号依次经过主天线辐射体101、主天线射频连接器102、射频电缆组件17进入数据采集器18，测试得到主天线10和辅助天线11之间的耦合系数，数据采集器18采集的耦合系数传输并储存至数据存储分析器19中，得到外校正数据。

[0063] 如图5所示，完成外校正数据的测试后，拆除校正装置，数据采集器18的第二射频端口连接到耦合射频端口151，将数据采集器18的第一射频端口依次连接到待测试的主天线射频连接器102，此时信号的流向是：数据采集器18发射的信号经过射频电缆组件17进入校正网络15，经过主天线10的主天线射频连接器102回到数据采集器18，测试得到主天线10和校正网络的耦合射频端口151之间的耦合系数，数据采集器18采集的耦合系数传输并储存至数据存储分析器19中，得到内校正数据，外校正数据除以内校正数据得到固定系数，根据该固定系数实现对主天线的校正。

[0064] 如果校正网络15与主天线10的互联方式为串联，校正网络15包含耦合射频端口151、输入直通射频端口152和输出直通射频端口153，如图6所示，测试外校正数据时，数据采集器18的第一射频端口连接到输入直通射频端口152，数据采集器18的第二射频端口连接到辅助天线射频连接器112，通过控制滑块16与U形导轨14的相对位置，实现对辅助天线
11在俯仰向的相对位置的移动，并通过控制U型导轨14与水平导轨13的相对位置，实现对辅助天线11在方位向的相对位置的移动，按照该移动方式，按顺序依次采集第i行第j列主天线10的耦合系数，记作为 顺序依次采集的方式是将数据采集器18的第一射频端口连接到待测试天线单元对应的输入直通射频端口152，并移动滑块16和U形导轨14，实现将辅助天线11移动到待测试主天线单元的上方，此时信号的流向是：数据采集器18发射的信号经过射频电缆组件17进入辅助天线射频连接器112，经过空间耦合到主天线10，信号依次经过主天线辐射体101、主天线射频连接器102、输出直通射频端口153、输入直通射频端口152、射频电缆组件17进入数据采集器18，测试得到辅助天线11与校正网络的输入直通射频端口
152之间的耦合系数，数据采集器18采集的耦合系数传输并储存至数据存储分析器19中，得到外校正数据。

[0065] 如图7所示，完成外校正数据的测试后，拆除校正装置，数据采集器18的第二射频端口连接到耦合射频端口151，将数据采集器18的第一射频端口依次连接到待测试天线对应的输入直通射频端口152，此时信号的流向是：数据采集器18发射的信号经过射频电缆组件17进入校正网络15，经过校正网络15内部耦合处理后回到数据采集器18，测试得到校正网络的耦合射频端口151与输入直通射频端口152之间的耦合系数，数据采集器18采集的耦合系数传输并储存至数据存储分析器19中，得到内校正数据，外校正数据除以内校正数据得到固定系数，根据该固定系数实现对主天线的校正。

[0066] 实施例3

[0067] 如图8所示，本实施例是基于实施例2的完整的有源天线阵面雷达工作系统，包括：校正装置、主天线10、校正网络15、校正开关/网络组件20、收发模块21、阵面合成及控制网络22、信息处理及控制系统23和校正信号模块24，校正装置测量的固定系数Cij存储于信息处理及控制系统23，信息处理及控制系统23控制校正信号模块24发射同步校正射频信号，并开启第i行第j列天线单元的正开关/网络组件20的对应通道，同步校正射频信号传输至校正网络15，信息处理及控制系统23同步分发控制信号至阵面合成及控制网络22，让收发模块21仅开启第i行第j列天线单元对应的射频通道，相应的同步校正射频信号被该通道接收后，传输至信息处理及控制系统23，将采集的各个通道的数据依次记录为[0068] 由于固定系数Cij用于表征天线阵面主天线10之间的幅度和相位的不一致性，是表征主天线10对应的各个有源通道之间幅度和相位的不一致性。因此，天线阵面从天线前端至后端有源系统之间的所有的幅度和相位的不一致性记作： 信息处理及控制系统23仅需控制收发模块21，对每个有源通道补偿‑Xij，这样整个天线阵面的辐射口面的幅度和相位就可以实现均一性，最终实现天线阵面的各个接收通道的补偿。由于天线阵面发射和接收的校正流程相似，因此以接收校正为例介绍天线阵面各通道的补偿过程。

[0069] 实施例4

[0070] 如图3所示，本实施例提供一种相控阵天线校正方法，包括以下步骤：

[0071] 步骤S11、将校正装置安装在主天线10的阵面上；

[0072] 步骤S12、判断校正网络15与主天线10的互联方式，如果两者的互联方式为并联，对应的测试步骤为S131和S141，如果两者的互联方式为串联，对应的测试步骤为S132和S142；

[0073] 步骤S131、测试主天线10和辅助天线11之间的耦合系数

[0074] 步骤S141、测试主天线10和校正网络的耦合射频端口151之间的耦合系数[0075] 步骤S132、测试辅助天线11与校正网络的输入直通射频端口152之间的耦合系数[0076] 步骤S142、测试校正网络的耦合射频端口151与输入直通射频端口152之间的耦合系数

[0077] 步骤S15、将步骤S131与S141，或者步骤S132与S142测试的耦合系数相除，得到固定系数Cij： 其中i、j表示主天线阵面第i行、j列。

[0078] 参阅图4，所述步骤S131的测试过程包括：数据采集器18的第一射频端口连接到主天线射频连接器102，数据采集器18的第二射频端口连接到辅助天线射频连接器112，通过控制滑块16与U形导轨14的相对位置，实现对辅助天线11在俯仰向的相对位置的移动，并通过控制U型导轨14与水平导轨13的相对位置，实现对辅助天线11在方位向的相对位置的移动，按照该移动方式，按顺序依次采集第i行第j列主天线10与辅助天线11的耦合系数[0079] 参阅图5，所述步骤S141的测试过程包括：数据采集器18的第二射频端口连接到耦合射频端口151，将数据采集器18的第一射频端口依次连接到待测试的主天线射频连接器102，此时信号的流向是：数据采集器18发射的信号经过射频电缆组件17进入校正网络15，经过主天线10的主天线射频连接器102回到数据采集器18，测试得到主天线10和校正网络的耦合射频端口151之间的耦合系数

[0080] 参阅图6，所述步骤S132的测试过程包括：数据采集器18的第一射频端口连接到输入直通射频端口152，数据采集器18的第二射频端口连接到辅助天线射频连接器112，通过控制滑块16与U形导轨14的相对位置，实现对辅助天线11在俯仰向的相对位置的移动，并通过控制U型导轨14与水平导轨13的相对位置，实现对辅助天线11在方位向的相对位置的移动，按照该移动方式，按顺序依次采集第i行第j列主天线10的耦合系数

[0081] 参阅图7，所述步骤S142的测试过程包括：数据采集器18的第二射频端口连接到耦合射频端口151，将数据采集器18的第一射频端口依次连接到待测试天线对应的输入直通射频端口152，此时信号的流向是：数据采集器18发射的信号经过射频电缆组件17进入校正网络15，经过校正网络15内部耦合处理后回到数据采集器18，测试得到校正网络的耦合射频端口151与输入直通射频端口152之间的耦合系数

[0082] 需要说明的是，实际测试时，可以先安装校正装置测得外校正数据，再拆除校正装置，继续测试得到内校正数据，也可以先测得内校正数据，再安装校正装置测试外校正数据，两种测试的顺序都可以，在耦合数据采集过程中，除了待测试的两个射频端口外，其余射频端口接吸波负载。

[0083] 由于吸波暗室造价昂贵，传统的依赖吸波暗室的测试成本较高，本发明的校正装置结构简单，成本较低，适用不同规模的天线阵面。传统的在中/远场搭建辐射源的测试方法，需要精确测量辐射源与雷达阵面的相对位置关系，并且在测试过程中受地形及外界干扰较大。本发明采用近场耦合的方式，耦合信号强，几乎不受外界地形及外界干扰的影响，测试精度高。

[0084] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。