CN112034430B - 一种多通道相位校准电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多通道相位校准电路和方法，包括：发射通道智能校准单元，相位数字控制器和接收通道智能校准单元，所述发射通道智能校准单元包括：多路合一功合器、第一功率检测器、第一极大值寄存器；所述接收通道智能校准单元包括：开关、第二功率检测器、第二极大值寄存器；本发明的优点是：实现简单，利用相控阵多通道芯片自身集成的数字移相器，收发链路只增加少数的电路，即可完成多通道多相位的相位校准，算法简单，降低校准难度，且为机器自动控制遍历，减轻了人工校准的负担，大规模提升了通道校准的速度，有效提高相控阵雷达大批量的快速投入应用。通过遍历移相器控制位，使用极大值寄存器，可获得功率最大时的移相器控制位。

Description

一种多通道相位校准电路和方法
技术领域
本发明涉及一种相位校准电路和方法，特别是一种多通道相位校准电路和方法。
背景技术
目前相控阵雷达的使用难点之一就是通道数目众多，各通道之间存在幅度和相位失配，任意选取一路通道作为参考通道，则其余通道都成为失配通道。使用前需要人工校准所有通道的幅度和相位，否则会对波束形成、脉冲压缩、旁瓣对消等产生更大的影响，造成波束主瓣展宽、旁瓣抬高等问题。这项校准工作步骤繁琐、操作复杂、工作量大，阻碍了相控阵雷达大批量的快速投入应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多通道相位校准电路，解决相控阵雷达的多通道相位校准方法步骤繁琐、操作复杂、工作量大的问题。
有鉴于此，本发明提供一种多通道相位校准电路，其特征在于，包括：发射通道智能校准单元，相位数字控制器和接收通道智能校准单元；
所述发射通道智能校准单元作为相控阵芯片片外的一个测试校准模块，包括：多路合一功合器、第一功率检测器、第一极大值寄存器；
所述接收通道智能校准单元作为相控阵芯片片内的一个测试校准模块，包括：开关、第二功率检测器、第二极大值寄存器；
发射通道相位校准时，所述多路合一功合器的输出端连接至第一功率检测器的输入端，所述第一功率检测器的输出端连接至第一极大值寄存器的输入端，所述第一极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的一个输入端；
接收通道相位校准时，开关闭合，输入来自相控阵芯片的多路合一功合器，输出功率至第二功率检测器的输入端，所述第二功率检测器的输出端连接至第二极大值寄存器的输入端，所述第二极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的另一个输入端。
进一步地，所述第一极大值寄存器包括：第一寄存器和第一比较器，所述第一比较器用于比较所述第一寄存器存储的过去功率检测器输出的极大值和当前功率检测器输出值。
进一步地，所述第二极大值寄存器包括：第二寄存器和第二比较器，所述第二比较器用于比较所述第二寄存器存储的过去功率检测器输出的极大值和当前功率检测器输出值。
进一步地，所述相位数字控制器包括：2N个相位控制寄存器，其中1态相位控制寄存器PS1存储第1个相位状态的相位控制字，2态相位控制寄存器PS2存储第2个相位状态的相位控制字，3态相位控制寄存器PS3存储第3个相位状态的相位控制字，4态相位控制寄存器PS4存储第4个相位状态的相位控制字，以此类推，2N态相位控制寄存器PS2N存储第2N个相位状态的相位控制字。
进一步地，所述每个相位控制字的字长S位，相位控制寄存器改变S位的存储值，以进行控制字更改。
进一步地，所述相位数字控制器的一个输入端连接发射移相器。
进一步地，所述相位数字控制器的另一个输入端连接接收移相器。
本发明的另一目的在于提供一种多通道相位校准方法，其特征在于，包括：
首先，搭建多通道相位校准电路：将发射通道智能校准单元作为相控阵芯片片外的一个测试校准模块，包括：多路合一功合器、第一功率检测器、第一极大值寄存器；将接收通道智能校准单元作为相控阵芯片片内的一个测试校准模块，包括：开关、第二功率检测器、第二极大值寄存器；
其次，将多路合一功合器的输出端连接至第一功率检测器的输入端，所述第一功率检测器的输出端连接至第一极大值寄存器的输入端，所述第一极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的一个输入端，进行发射通道相位校准；
然后，使开关闭合，输入来自相控阵芯片的多路合一功合器，输出功率至第二功率检测器的输入端，所述第二功率检测器的输出端连接至第二极大值寄存器的输入端，所述第二极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的另一个输入端，进行接收通道相位校准。
进一步地，所述发射通道相位校准包括以下步骤：
在多通道中，任意选取一路通道作为参考通道，则其余通道都成为失配通道；
校准时，将发射通道智能校准单元与相控阵芯片连接，相控阵芯片工作在发射模式，只基准通道和一个待测通道工作，在M相位态工作；
利用相位数字控制器，遍历M相位态的移相器控制位S位，改变待测通道相位，监测功率检测器输出；
当待测通道与基准通道相位相同时，功率检测器输出功率最大；
将此时第一极大值寄存器存储的移相器控制位反馈至相位数字控制器，即完成一个通道的相位校准；
其他通道依次类推；
其他1～2N的相位态依次类推。
进一步地，所述接收通道相位校准包括以下步骤：
在多通道中，任意选取一路通道作为参考通道，则其余通道都成为失配通道；
校准时，打开开关，相控阵芯片工作在接收模式，只基准通道和一个待测通道工作，在M相位态工作；
利用相位数字控制器，遍历M相位态的移相器控制位S位，改变待测通道相位，监测功率检测器输出；
当待测通道与基准通道相位相同时，功率检测器输出功率最大；
将此时第二极大值寄存器存储的移相器控制位反馈至相位数字控制器，即完成一个通道的相位校准。
其他通道依次类推；
其他1～2N的相位态依次类推。
本发明实现了以下显著的有益效果：
实现简单，包括：发射通道智能校准单元，相位数字控制器和接收通道智能校准单元，所述发射通道智能校准单元作为相控阵芯片片外的一个测试校准模块，包括：多路合一功合器、第一功率检测器、第一极大值寄存器；所述接收通道智能校准单元作为相控阵芯片片内的一个测试校准模块，包括：开关、第二功率检测器、第二极大值寄存器；发射通道相位校准时，所述多路合一功合器的输出端连接至第一功率检测器的输入端，所述第一功率检测器的输出端连接至第一极大值寄存器的输入端，所述第一极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的一个输入端；接收通道相位校准时，开关闭合，输入来自相控阵芯片的多路合一功合器，输出功率至第二功率检测器的输入端，所述第二功率检测器的输出端连接至第二极大值寄存器的输入端，所述第二极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的另一个输入端。利用相控阵多通道芯片自身集成的数字移相器，收发链路只增加少数的电路，即可完成多通道多相位的相位校准，算法简单，降低校准难度，且为机器自动控制遍历，减轻了人工校准的负担，大规模提升了通道校准的速度，有效提高相控阵雷达大批量的快速投入应用。通过遍历移相器控制位，使用极大值寄存器，可获得功率最大时的移相器控制位。
附图说明
图1为本发明的多通道相位校准电路示意图；
图2为本发明所述极大值寄存器的结构示意图。
附图标记示意
1—多路合一功合器2—功率检测器3—极大值寄存器4—相位数字控制器
5—极大值寄存器6—功率检测器7—开关
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内容可相应参考前实施例。
虽然该发明可以以多种形式的修改和替换来扩展，说明书中也列出了一些具体的实施图例并进行详细阐述。应当理解的是，发明者的出发点不是将该发明限于所阐述的特定实施例，正相反，发明者的出发点在于保护所有给予由本权利声明定义的精神或范围内进行的改进、等效替换和修改。同样的元模块件号码可能被用于所有附图以代表相同的或类似的部分。
请参照图1至图2，本发明提供一种多通道相位校准电路，包括：发射通道智能校准单元，相位数字控制器和接收通道智能校准单元；
所述发射通道智能校准单元作为相控阵芯片片外的一个测试校准模块，包括：多路合一功合器、第一功率检测器、第一极大值寄存器；
所述接收通道智能校准单元作为相控阵芯片片内的一个测试校准模块，包括：开关、第二功率检测器、第二极大值寄存器；
发射通道相位校准时，所述多路合一功合器的输出端连接至第一功率检测器的输入端，所述第一功率检测器的输出端连接至第一极大值寄存器的输入端，所述第一极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的一个输入端；
接收通道相位校准时，开关闭合，输入来自相控阵芯片的多路合一功合器，输出功率至第二功率检测器的输入端，所述第二功率检测器的输出端连接至第二极大值寄存器的输入端，所述第二极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的另一个输入端。
在一个实施例中，所述第一极大值寄存器包括：第一寄存器和第一比较器，所述第一比较器用于比较所述第一寄存器存储的过去功率检测器输出的极大值和当前功率检测器输出值。
在一个实施例中，所述第二极大值寄存器包括：第二寄存器和第二比较器，所述第二比较器用于比较所述第二寄存器存储的过去功率检测器输出的极大值和当前功率检测器输出值。
在一个实施例中，所述相位数字控制器包括：2N个相位控制寄存器，其中1态相位控制寄存器PS1存储第1个相位状态的相位控制字，2态相位控制寄存器PS2存储第2个相位状态的相位控制字，3态相位控制寄存器PS3存储第3个相位状态的相位控制字，4态相位控制寄存器PS4存储第4个相位状态的相位控制字，以此类推，2N态相位控制寄存器PS2N存储第2N个相位状态的相位控制字。
在一个实施例中，所述每个相位控制字的字长S位，相位控制寄存器改变S位的存储值，以进行控制字更改。
在一个实施例中，所述相位数字控制器的一个输入端连接发射移相器。
在一个实施例中，所述相位数字控制器的另一个输入端连接接收移相器。
本发明的另一目的在于提供一种多通道相位校准方法，包括：
首先，搭建多通道相位校准电路：将发射通道智能校准单元作为相控阵芯片片外的一个测试校准模块，包括：多路合一功合器、第一功率检测器、第一极大值寄存器；将接收通道智能校准单元作为相控阵芯片片内的一个测试校准模块，包括：开关、第二功率检测器、第二极大值寄存器；
其次，将多路合一功合器的输出端连接至第一功率检测器的输入端，所述第一功率检测器的输出端连接至第一极大值寄存器的输入端，所述第一极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的一个输入端，进行发射通道相位校准；
然后，使开关闭合，输入来自相控阵芯片的多路合一功合器，输出功率至第二功率检测器的输入端，所述第二功率检测器的输出端连接至第二极大值寄存器的输入端，所述第二极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的另一个输入端，进行接收通道相位校准。
在一个实施例中，所述发射通道相位校准包括以下步骤：
在多通道中，任意选取一路通道作为参考通道，则其余通道都成为失配通道；
校准时，将发射通道智能校准单元与相控阵芯片连接，相控阵芯片工作在发射模式，只基准通道和一个待测通道工作，在M相位态工作；
利用相位数字控制器，遍历M相位态的移相器控制位S位，改变待测通道相位，监测功率检测器输出；
当待测通道与基准通道相位相同时，功率检测器输出功率最大；
将此时第一极大值寄存器存储的移相器控制位反馈至相位数字控制器，即完成一个通道的相位校准；
其他通道依次类推；
其他1～2N的相位态依次类推。
在一个实施例中，所述接收通道相位校准包括以下步骤：
在多通道中，任意选取一路通道作为参考通道，则其余通道都成为失配通道；
校准时，打开开关，相控阵芯片工作在接收模式，只基准通道和一个待测通道工作，在M相位态工作；
利用相位数字控制器，遍历M相位态的移相器控制位S位，改变待测通道相位，监测功率检测器输出；
当待测通道与基准通道相位相同时，功率检测器输出功率最大；
将此时第二极大值寄存器存储的移相器控制位反馈至相位数字控制器，即完成一个通道的相位校准。
其他通道依次类推；
其他1～2N的相位态依次类推。
作为具体的实施例，本发明的多通道相位校准电路包括发射通道智能校准单元和接收通道智能校准单元。发射通道智能校准单元作为相控阵芯片片外的一个测试校准模块，包括多路合一功合器1、功率检测器2、极大值寄存器3、相位数字控制器4和发射移相器8。接收通道智能校准单元作为相控阵芯片片内的一个测试校准模块，包括开关7、功率检测器6、极大值寄存器5、相位数字控制器4和接收移相器9。其中，发射通道智能校准单元的多路合一功合器1的输出功率至功率检测器2，功率检测器的输出端连接至极大值寄存器，极大值寄存器的输出端连接至芯片内的相位数字控制器。接收通道智能校准单元的输入来自相控阵芯片的多路合一功合器，使用时，开关7闭合，输出功率至功率检测器6，功率检测器的输出端连接至极大值寄存器5，极大值寄存器5输出至芯片内的相位数字控制器4。
作为具体的实施例，极大值寄存器包括寄存器和比较器；比较器比较寄存器存储的过去功率检测器输出的极大值和当前功率检测器输出值。其中，寄存器存储参考通道输出功率值功率检测器输出的极大值和对应的移相器控制字。移相器控制字可根据记录遍历序数等方式获得，但不局限于此种方法。
作为具体的实施例，所述相位数字控制器包括：2N个相位控制寄存器，其中1态相位控制寄存器PS1存储第1个相位状态的相位控制字，2态相位控制寄存器PS2存储第2个相位状态的相位控制字，3态相位控制寄存器PS3存储第3个相位状态的相位控制字，4态相位控制寄存器PS4存储第4个相位状态的相位控制字，以此类推，2N态相位控制寄存器PS2N存储第2N个相位状态的相位控制字。每个相位控制字字长S位，相位控制寄存器可改变S位的存储值，进行控制字遍历。
作为具体的实施例，本发明还提供了所述的相位校正电路的校正步骤：
发射通道相位校准：
(1)在多通道中，任意选取一路通道作为参考通道，则其余通道都成为失配通道。
(2)校准时，将发射通道智能校准单元与相控阵芯片连接。相控阵芯片工作在发射模式，只基准通道和一个待测通道工作，在M相位态工作(M为不大于2N的自然数)。
(3)利用相位数字控制器，遍历移相器控制位，改变待测通道相位，监测功率检测器输出。
(4)当待测通道与基准通道相位相同时，功率检测器输出功率最大。
(5)将此时极大值寄存器存储的移相器控制位反馈至相位数字控制器，即完成一个通道的相位校准。
(6)其他通道依次类推。
(7)其他1～2N的相位态(除M外)依次类推。
接收通道相位校准：
(1)在多通道中，任意选取一路通道作为参考通道，则其余通道都成为失配通道。
(2)打开开关，只基准通道和一个待测通道工作，在M相位态工作(M为不大于2N的自然数)。
(3)利用相位数字控制器，遍历移相器控制位，改变待测通道相位，监测功率检测器输出。
(4)当待测通道与基准通道相位相同时，功率检测器输出功率最大。
(5)将此时极大值寄存器存储的移相器控制位反馈至相位数字控制器，即完成一个通道的相位校准。
(6)其他通道依次类推。
(7)其他1～2N的相位态(除M外)依次类推。
本发明实现了以下显著的有益效果：
实现简单，包括：发射通道智能校准单元，相位数字控制器和接收通道智能校准单元，所述发射通道智能校准单元作为相控阵芯片片外的一个测试校准模块，包括：多路合一功合器、第一功率检测器、第一极大值寄存器；所述接收通道智能校准单元作为相控阵芯片片内的一个测试校准模块，包括：开关、第二功率检测器、第二极大值寄存器；发射通道相位校准时，所述多路合一功合器的输出端连接至第一功率检测器的输入端，所述第一功率检测器的输出端连接至第一极大值寄存器的输入端，所述第一极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的一个输入端；接收通道相位校准时，开关闭合，输入来自相控阵芯片的多路合一功合器，输出功率至第二功率检测器的输入端，所述第二功率检测器的输出端连接至第二极大值寄存器的输入端，所述第二极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的另一个输入端。利用相控阵多通道芯片自身集成的数字移相器，收发链路只增加少数的电路，即可完成多通道多相位的相位校准，算法简单，降低校准难度，且为机器自动控制遍历，减轻了人工校准的负担，大规模提升了通道校准的速度，有效提高相控阵雷达大批量的快速投入应用。通过遍历移相器控制位，使用极大值寄存器，可获得功率最大时的移相器控制位。
根据本发明技术方案和构思，还可以有其他任何合适的改动。对于本领域普通技术人员来说，所有这些替换、调整和改进都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种多通道相位校准电路，其特征在于，包括：发射通道智能校准单元，相位数字控制器和接收通道智能校准单元；
所述发射通道智能校准单元作为相控阵芯片片外的一个测试校准模块，包括：多路合一功合器、第一功率检测器、第一极大值寄存器；
所述接收通道智能校准单元作为相控阵芯片片内的一个测试校准模块，包括：开关、第二功率检测器、第二极大值寄存器；
发射通道相位校准时，所述多路合一功合器的输出端连接至第一功率检测器的输入端，所述第一功率检测器的输出端连接至第一极大值寄存器的输入端，所述第一极大值寄存器的输出端连接至相位数字控制器的一个输入端；
接收通道相位校准时，开关闭合，输入来自相控阵芯片的多路合一功合器，输出功率至第二功率检测器的输入端，所述第二功率检测器的输出端连接至第二极大值寄存器的输入端，所述第二极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的另一个输入端。
2.根据权利要求1所述的多通道相位校准电路，其特征在于，所述第一极大值寄存器包括：第一寄存器和第一比较器，所述第一比较器用于比较所述第一寄存器存储的过去功率检测器输出的极大值和当前功率检测器输出值。
3.根据权利要求1所述的多通道相位校准电路，其特征在于，所述第二极大值寄存器包括：第二寄存器和第二比较器，所述第二比较器用于比较所述第二寄存器存储的过去功率检测器输出的极大值和当前功率检测器输出值。
4.根据权利要求1所述的多通道相位校准电路，其特征在于，所述相位数字控制器包括：2N个相位控制寄存器，其中1态相位控制寄存器PS1存储第1个相位状态的相位控制字，2态相位控制寄存器PS2存储第2个相位状态的相位控制字，3态相位控制寄存器PS3存储第3个相位状态的相位控制字，4态相位控制寄存器PS4存储第4个相位状态的相位控制字，以此类推，2N态相位控制寄存器PS2N存储第2N个相位状态的相位控制字。
5.根据权利要求4所述的多通道相位校准电路，其特征在于，所述每个相位控制字的字长S位，相位控制寄存器改变S位的存储值，以进行控制字更改。
6.根据权利要求1所述的多通道相位校准电路，其特征在于，所述相位数字控制器的一个输入端连接发射移相器。
7.根据权利要求1所述的多通道相位校准电路，其特征在于，所述相位数字控制器的另一个输入端连接接收移相器。
8.一种多通道相位校准方法，其特征在于，包括：
首先，搭建多通道相位校准电路：将发射通道智能校准单元作为相控阵芯片片外的一个测试校准模块，包括：多路合一功合器、第一功率检测器、第一极大值寄存器；将接收通道智能校准单元作为相控阵芯片片内的一个测试校准模块，包括：开关、第二功率检测器、第二极大值寄存器；
其次，将多路合一功合器的输出端连接至第一功率检测器的输入端，所述第一功率检测器的输出端连接至第一极大值寄存器的输入端，所述第一极大值寄存器的输出端连接至相位数字控制器的一个输入端，进行发射通道相位校准；
然后，使开关闭合，输入来自相控阵芯片的多路合一功合器，输出功率至第二功率检测器的输入端，所述第二功率检测器的输出端连接至第二极大值寄存器的输入端，所述第二极大值寄存器的输出端连接至所述相位数字控制器的另一个输入端，进行接收通道相位校准。
9.根据权利要求8所述的多通道相位校准方法，其特征在于，所述发射通道相位校准包括以下步骤：
(1)在多通道中，任意选取一路通道作为参考通道，则其余通道都成为失配通道；
(2)校准时，将发射通道智能校准单元与相控阵芯片连接，相控阵芯片工作在发射模式，只基准通道和一个待测通道工作，在M相位态工作；
(3)利用相位数字控制器，遍历M相位态的移相器控制位S位，改变待测通道相位，监测功率检测器输出；
(4)当待测通道与基准通道相位相同时，功率检测器输出功率最大；
(5)将此时第一极大值寄存器存储的移相器控制位反馈至相位数字控制器，即完成一个通道的相位校准；
(6)其他通道依次类推；
(7)其他1～2N的相位态依次类推。
10.根据权利要求8所述的多通道相位校准方法，其特征在于，所述接收通道相位校准包括以下步骤：
(1)在多通道中，任意选取一路通道作为参考通道，则其余通道都成为失配通道；
(2)校准时，打开开关，相控阵芯片工作在接收模式，只基准通道和一个待测通道工作，在M相位态工作；
(3)利用相位数字控制器，遍历M相位态的移相器控制位S位，改变待测通道相位，监测功率检测器输出；
(4)当待测通道与基准通道相位相同时，功率检测器输出功率最大；
(5)将此时第二极大值寄存器存储的移相器控制位反馈至相位数字控制器，即完成一个通道的相位校准；
(6)其他通道依次类推；
(7)其他1～2N的相位态依次类推。
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Assignee: Tuowei Electronic Technology (Shanghai) Co.,Ltd.

Assignor: BEIJING REMOTE SENSING EQUIPMENT INSTITUTE

Contract record no.: X2022990000982

Denomination of invention: A multi-channel phase calibration circuit and method

Granted publication date: 20220930

License type: Exclusive License

Record date: 20221226