CN115865230B - 幅相测试方法及设备、电磁信号收发***、幅相校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电磁信号调制技术领域，公开了一种幅相测试方法及设备、电磁信号收发***、幅相校准方法，通过预置本振信号对测试信号进行下变频处理，使得经模数转换输出的数字信号携带了阵列通道的幅度和相位信息；采用对数字信号进行正交解调，将解调后的信号与矢量旋转因子表数据相乘和累加输出复信号，实现阵列通道的幅度和相位通过该复信号的幅度和相位表示，从而只需通过乘法运算和累加运算即可快速测试出阵列通道的幅度和相位，可节省大量用于数字处理的硬件和软件资源，降低电子通信***中数字测试***架构的复杂度。并且，通过对复数相乘所得的结果进行数据累加可进一步提高幅度和相位的测试精度，提高信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及电磁信号调制技术领域，具体而言，涉及一种幅相测试方法及设备、电磁信号收发***、幅相校准方法。
背景技术
现有的电子通信***通常采用阵列技术体制，通过改变阵列天线通道的幅度和相位来控制收发电磁波信号的幅度和相位。由于阵列天线通道之间存在物理特性差异，导致多个阵列天线通道之间发射和接收的电磁波信号的幅度和相位出现畸变。为了满足电子通信***对天线增益和辐射效率的要求，往往需要对多个阵列天线通道进行幅度和相位校准，因此需要准确地测试出阵列天线通道的实际幅度和实际相位。传统的测试幅度和相位的方法是对阵列天线通道馈入参考信号，在基带对参考信号进行离散傅里叶变换分析，检测频谱峰值，并在频谱峰值处求出复信号的幅度和相位。但是，采用傅里叶变换对参考信号进行分析时所需的运算量大，并且随着阵列天线通道数量的增加，传统的幅度和相位测试方法对数字处理硬件和软件资源的需求巨大，导致电子通信***的数字测试***架构复杂。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：传统的基于离散傅里叶变换的幅度和相位测试方法运算量大。目的在于提供一种快速测试多通道幅度相位的方法和***，采用基于预置变频信号矢量旋转的方式，实现对阵列多通道的幅度和相位进行快速、准确地测试，从而减小对数字处理硬件和软件资源的需求，降低电子通信***的数字测试***架构的复杂度。
本发明通过下述技术方案实现：
一方面，本发明提供一种幅相测试方法，包括以下步骤：预置本振信号，利用所述本振信号对馈入所述阵列天线通道的测试信号进行下变频；将下变频所得的模拟信号进行模数变换，得到数字信号；根据所述数字信号获取所述阵列天线通道的幅度和相位。
进一步的，获取所述阵列天线通道的幅度和相位包括以下步骤：对所述数字信号进行正交解调，得到复数字信号；根据模数器件的采样频率、所述本振信号的频率和所述测试信号的频率获取矢量旋转因子表数据；将所述矢量旋转因子表数据与所述复数字信号进行复数相乘，得到运算结果；根据所述运算结果进行复数的幅度和相位运算，得到所述阵列天线通道的幅度和相位。
进一步的，将所述矢量旋转因子表数据与所述复数字信号进行复数相乘之前，包括以下步骤：将所述矢量旋转因子表数据表示为cos[2π(f0-f1)n/fs]和sin[2π(f0-f1)n/fs]，其中，f0表示本振信号的频率，f1表示测试信号的频率，fs表示模数器件的采样频率。
进一步的，将所述矢量旋转因子表数据与所述复数字信号进行复数相乘之后，包括以下步骤：将复数相乘所得的结果累加，得到复信号。
进一步的，将所述矢量旋转因子表数据与所述复数字信号进行复数相乘包括：将所述复数字信号的实部与cos[2π(f0-f1)n/fs]相乘，将复数字信号的虚部与sin[2π(f0-f1)n/fs]相乘。
另一方面，本发明提供一种幅相测试设备，包括本振信号预置装置，用于为阵列天线通道预置本振信号；信号变频装置，用于根据所述本振信号对馈入所述阵列天线通道的测试信号进行下变频；模数转换器，用于将下变频所得的模拟信号进行模数变换，得到数字信号；幅相计算器，用于根据所述数字信号获取所述阵列天线通道的幅度和相位。
进一步的，所述幅相计算器包括正交解调单元，用于对所述数字信号进行正交解调，得到复数字信号；矢量旋转因子表数据获取单元，用于根据模数器件的采样频率、所述本振信号的频率和所述测试信号的频率获取矢量旋转因子表数据；乘法运算单元，用于将所述矢量旋转因子表数据与所述复数字信号进行复数相乘，得到运算结果；幅相计算单元，用于根据所述运算结果进行复数的幅度和相位运算，得到所述阵列天线通道的幅度和相位。
进一步的，所述幅相计算器还包括累加运算单元，用于对复数相乘所得的结果进行数据累加，输出复信号。
再一方面，本发明提供一种电磁信号收发***，包括上述幅相测试设备、阵列天线和用于馈入测试信号的设备。
再一方面，本发明提供一种幅相校准方法，包括以下步骤：根据上述幅相测试方法获取每一个阵列天线通道的幅度和相位；选择一个阵列天线通道作为参考通道；对其余每一个阵列天线通道执行S1和S2，完成对阵列天线的幅度校准和相位校准；S1：获取阵列天线通道与所述参考通道之间的幅度比值和相位差值；S2：通过将阵列天线通道的幅度与所述幅度比值相除，将阵列天线通道的相位与所述相位差值相加，完成对单个阵列天线通道的幅度校准和相位校准。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、通过预置本振信号对测试信号进行下变频处理，使得经模数转换输出的数字信号携带了阵列通道的幅度和相位信息；采用对数字信号进行正交解调，将解调后的信号与矢量旋转因子表数据相乘和累加输出复信号，实现阵列通道的幅度和相位通过该复信号的幅度和相位表示，从而只需通过乘法运算和累加运算即可快速测试出阵列通道的幅度和相位，可节省大量用于数字处理的硬件和软件资源，降低电子通信***中数字测试***架构的复杂度。2、对复数相乘所得的结果进行数据累加可进一步提高幅度和相位的测试精度，提高信噪比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的一种幅相测试方法的基本原理示意图；
图2为本发明实施例2提供的一种幅相测试***中幅相计算器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供一种幅相测试方法，在不牺牲测试精度的前提下，采用基于预置变频信号的方法实现快速、高效地测试出阵列天线通道的幅度和相位。该幅相测试方法的基本原理可参考图1，主要包括以下步骤：
S1：为阵列天线通道预置频率为f1的本振信号l(t)。本振信号可表示为l(t)＝cos[2πf1t]。
S2：利用该预置的本振信号l(t)对馈入阵列天线通道的测试信号进行下变频。测试信号可表示为s(t)＝cos[2πf0t]，f0表示本振信号的频率。
S3：利用模数器件将下变频所得的模拟信号变换成数字信号。输出的数字信号可表示为r(n)＝A.cos[2π(f0-f1)n/fs+φ]，fs表示模数器件的采样频率。
S4：根据经模数变换所得的数字信号获取阵列天线通道的幅度和相位。
需说明的是，S4中获取阵列天线通道的幅度和相位通过以下步骤实现：
S41：对经模数变换所得的数字信号进行正交解调，得到复数字信号。输出的复数字信号可表示为
其中，同相信号表示为r1(n)＝A.cos[2π(f0-f1)n/fs+φ]，正交信号表示为r0(n)＝A.sin[2π(f0-f1)n/fs+φ]。
S42：根据模数器件的采样频率fs、本振信号的频率f1和测试信号的频率f0获取矢量旋转因子表数据，并将矢量旋转因子表数据按cos[2π(f0-f1)n/fs]和sin[2π(f0-f1)n/fs]进行存储。
S43：将矢量旋转因子表数据与复数字信号进行复数相乘，即将复数字信号的实部与cos[2π(f0-f1)n/fs]相乘，将复数字信号的虚部与sin[2π(f0-f1)n/fs]相乘，得到的输出信号可表示为
S44：将复数相乘后的输出结果累加，得到复信号。复信号表示为ys(n)＝N.A.ejφ，N表示累加点数，N为常数。将复数相乘后输出的结果进行累加的目的是为了提高测试幅度和相位的精度，从提高信噪比。
S45：根据累加结果进行复数的幅度和相位运算，得到所述阵列天线通道的幅度和相位。根据复信号的表达式可知，最终输出的复信号只携带了阵列天线通道的幅度A和相位φ，因此通过对复信号进行复数的幅度和相位计算即可得出阵列天线通道的幅度A和相位φ。
需说明的是，上述幅相测试方法仅针对于单个阵列天线通道，对于阵列天线的其余通道，均可采用上述方法进行幅度和相位测试。
综上所述，本实施例提供的一种幅相测试方法通过预置本振信号对测试信号进行下变频处理，使得经模数转换输出的数字信号携带了阵列通道的幅度和相位信息；采用对数字信号进行正交解调，将解调后的信号与矢量旋转因子表数据相乘和累加输出复信号，实现阵列通道的幅度和相位通过该复信号的幅度和相位表示，从而只需通过乘法运算和累加运算即可快速测试出阵列通道的幅度和相位，可节省大量用于数字处理的硬件和软件资源，降低电子通信***中数字测试***架构的复杂度。并且，对复数相乘所得的结果进行数据累加可进一步提高幅度和相位的测试精度，提高信噪比。
实施例2
与实施例1对应的，本实施例提供一种幅相测试设备，包括本振信号预置装置，用于为阵列天线通道预置本振信号；信号变频装置，用于根据所述本振信号对馈入所述阵列天线通道的测试信号进行下变频；模数转换器，用于将下变频所得的模拟信号进行模数变换，得到数字信号；幅相计算器，用于根据所述数字信号获取所述阵列天线通道的幅度和相位。
其中，幅相计算器的结构如图2所示，包括正交解调单元，用于对所述数字信号进行正交解调，得到复数字信号；矢量旋转因子表数据获取单元，用于根据模数器件的采样频率、所述本振信号的频率和所述测试信号的频率获取矢量旋转因子表数据；乘法运算单元，用于将所述矢量旋转因子表数据与所述复数字信号进行复数相乘，得到运算结果；累加运算单元，用于对复数相乘所得的结果进行数据累加，输出复信号；幅相计算单元，用于根据所述运算结果进行复数的幅度和相位运算，得到所述阵列天线通道的幅度和相位。
根据智能天线阵列工作频率范围[fmin～fmax]，选择典型测试频点为f0的测试信号，将测试信号通过空间或有线的方式馈入各阵列天线通道。在阵列天线通道中通过预置的频率为f1的本振信号对测试信号进行下变频；然后利用模数转换器将经过下变频的模拟信号转换为数字信号；再通过如图2所示的幅相计算器对数字信号件正交解调，将正交解调后的复数字信号与预先生成的矢量旋转因子表数据通过乘法运算单元进行复数相乘，利用累加运算单元将乘法运算单元输出的结果累加到一定数据长度，如1000点，输出累加后的复信号；最后对复信号进行复数的幅度和相位运算，得到所述阵列天线通道的幅度和相位。
进一步的，基于本幅相测试设备还可衍生出一套电磁信号收发***，即该收发***包含上述幅相测试设备，以及阵列天线和用于馈入测试信号的设备。
实施例3
本实施例基于实施例1提供的一种幅相测试方法，提供一种可用于对阵列天线的幅相进行校准的方法，包括以下步骤
步骤1：利用实施例1的幅相测试方法测出每一个阵列天线通道的幅度和相位。
步骤2：选择任一阵列天线通道(如阵列天线通道1)作为参考通道。
步骤3：对其余每一个阵列天线通道执行步骤3.1和步骤3.2，即可完成对阵列天线的幅度校准和相位校准。
步骤3.1：获取阵列天线通道与所述参考通道之间的幅度比值和相位差值。
步骤3.2：通过将阵列天线通道的幅度与所述幅度比值相除，将阵列天线通道的相位与所述相位差值相加，完成对单个阵列天线通道的幅度校准和相位校准。
对每一个阵列天线通道均均按上述步骤处理后，即可得到所有通道的幅度和相位，以阵列天线通道1作为参考通道，可分别计算出其他2～x个阵列天线通道的幅相与阵列天线通道1的幅度之比值，以及其他2～x个阵列天线通道的相位与阵列天线通道1的相位之差。当阵列天线在正常工作时，除参考通道外，将其他阵列天线通道的幅度均除以对应的幅度比值，并加上相应的相位差值，即可实现对阵列天线幅度校准和相位校准。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种幅相测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
为阵列天线通道预置本振信号；
利用所述本振信号对馈入阵列天线通道的测试信号进行下变频；
将下变频所得的模拟信号进行模数变换，得到数字信号；
对所述数字信号进行正交解调，得到复数字信号；
根据模数器件的采样频率、所述本振信号的频率和所述测试信号的频率获取矢量旋转因子表数据；
将所述矢量旋转因子表数据与所述复数字信号进行复数相乘，得到运算结果；
根据所述运算结果进行复数的幅度和相位运算，得到所述阵列天线通道的幅度和相位。
2.根据权利要求1所述的一种幅相测试方法，其特征在于，将所述矢量旋转因子表数据与所述复数字信号进行复数相乘之前，包括以下步骤：将所述矢量旋转因子表数据表示为和，其中，f 0 表示本振信号的频率，f 1 表示测试信号的频率，f s 表示模数器件的采样频率。
3.根据权利要求2所述的一种幅相测试方法，其特征在于，将所述矢量旋转因子表数据与所述复数字信号进行复数相乘之后，包括以下步骤：将复数相乘所得的结果累加，得到复信号。
4.根据权利要求2所述的一种幅相测试方法，其特征在于，将所述矢量旋转因子表数据与所述复数字信号进行复数相乘包括：
将所述复数字信号的实部与相乘，将复数字信号的虚部与相乘。
5.一种幅相测试设备，其特征在于，包括
本振信号预置装置，用于为阵列天线通道预置本振信号；
信号变频装置，用于根据所述本振信号对馈入所述阵列天线通道的测试信号进行下变频；
模数转换器，用于将下变频所得的模拟信号进行模数变换，得到数字信号；
幅相计算器，用于根据所述数字信号获取所述阵列天线通道的幅度和相位；
所述幅相计算器包括
正交解调单元，用于对所述数字信号进行正交解调，得到复数字信号；
矢量旋转因子表数据获取单元，用于根据模数器件的采样频率、所述本振信号的频率和所述测试信号的频率获取矢量旋转因子表数据；
乘法运算单元，用于将所述矢量旋转因子表数据与所述复数字信号进行复数相乘，得到运算结果；
幅相计算单元，用于根据所述运算结果进行复数的幅度和相位运算，得到所述阵列天线通道的幅度和相位。
6.根据权利要求5所述的一种幅相测试设备，其特征在于，所述幅相计算器还包括累加运算单元，用于对复数相乘所得的结果进行数据累加，输出复信号。
7.一种电磁信号收发***，其特征在于，包括权利要求5或6所述的幅相测试设备、阵列天线和用于馈入测试信号的设备。
8.一种幅相校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据权利要求1-4中任一所述的幅相测试方法获取每一个阵列天线通道的幅度和相位；
选择任一阵列天线通道作为参考通道；
对其余每一个阵列天线通道执行S1和S2，完成对阵列天线的幅度校准和相位校准；
S1：获取阵列天线通道与所述参考通道之间的幅度比值和相位差值；
S2：通过将阵列天线通道的幅度与所述幅度比值相除，将阵列天线通道的相位与所述相位差值相加，完成对单个阵列天线通道的幅度校准和相位校准。
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