用於陣列天線校準的系統和方法與流程

2023-12-09 19:41:12

背景技術：

天線陣列可以通過允許控制與天線陣列中不同天線元件相關聯的信號的相位和振幅來提供改進的天線性能。通過調節單獨的天線元件的信號相位或信號振幅，在關聯於不同天線元件的不同信號中的信息冗餘可以被用於形成期望的波束信號。具體地，可以通過使用耦連至天線陣列中各自的天線元件的可變移相器來操縱天線陣列使天線對準指向角。移相器可以是配置為響應於一組指令引起與不同天線元件相關聯的信號的相移的可變移相器。在關聯於不同的天線元件的信號之間設置相對相位允許天線指向或適應於適當的指向角，而無需物理移動該天線元件。

在主動電子掃描陣列(aesa)的輻射元件振幅和相激發以及遠場輻射圖樣之間存在通過傅立葉變換關係的數學製圖。因此光闌幅度和相位誤差直接惡化遠場輻射性能。aesa校準的目的是最小化這些誤差，並且理想地將它們推動到零。

現有技術完成了在aesa子組件內的校準不同級別：a)射頻集成電路(rfic)發射/接收模塊(trm)，aesa饋送集成層，只是缺乏輻射光闌層，以及c)在輻射近場內部。輻射近場校準是最有力的，因為它考慮了所有有助於輻射振幅和相位誤差的機制，然而，現有技術只依靠昂貴的近場天線測量技術來完成它。

由於複雜性和測試設備支出，近場輻射測量只在實驗室或生產線環境內完成。這導致了僅僅是一次性的「靜態」aesa校準。

所述「靜態」校準不解釋場aesa系統的運行參數，例如原位車輛平臺誘發的aesa性能扭曲、電子裝置老化和災難性故障的不間斷的預報監控/診斷監控、或環境誘發的壓力。此外，現有技術在非平臺校準中另外的不足是沒有執行「自我修復」的能力，即由於trm性能衰退和/或災難性故障，全體aesatrm被實時監控和調節以保持規定的全部的aesa性能水平。系統「自我修復」可以最大化系統平均故障間隔時間(mtbf)、調度能力和可用性。

技術實現要素：

一方面，此處公開的發明構思針對包括天線元件陣列、至少一個配置為支持雙極化並布置在所述天線元件附近的近場探針(nfp)、以及耦連至所述天線元件陣列和所述nfp的處理器的天線陣列系統。所述處理器可以配置為當被部署在操作平臺上時動態地將所述天線陣列系統從操作模式轉換到校準模式並根據接收(rx)校準子模式和發射(tx)校準子模式中的至少一個來校準所述天線元件陣列。在rx校準子模式中，處理器可以使得至少一個nfp發射第一校準信號，以及響應於所述第一校準信號，處理器可以從所述天線元件陣列接收第一接收(rx)信號。處理器可以比較所述第一rx信號與第一參考信號，並根據所述第一rx信號與第一參考信號的比較來調節關聯於所述天線元件陣列的至少一個天線元件的至少一個信號接收參數。在tx校準子模式中，處理器可以配置為使得所述天線元件陣列中的一個或多個天線元件發射第二校準信號。響應於所述第二校準信號，所述處理器可以從所述至少一個nfp接收至少一個其他rx信號。所述至少一個其他rx信號的每一個都與各自的nfp相關聯。處理器可以將所述至少一個其他rx信號的每一個與所述第二參考信號進行比較，並根據此比較來調節與一個或多個所述天線元件的至少一個天線元件相關聯的至少一個信號發射參數。

在一些實施例中，所述至少一個nfp可以包括雙極化的nfp。在一些實施例中，所述天線陣列系統可以包括地平面和布置在所述地平面和所述至少一個nfp之一之間的至少一個人造磁導體、布置在所述地平面和所述天線元件陣列之間的人造磁導體、布置在所述地平面和所述至少一個nfp之一之間的扼流圈以及布置在所述地平面和所述天線元件陣列之間的扼流圈。在一些實施例中，所述天線陣列系統還可以包括耦連至所述天線元件陣列的一個或多個射頻(rf)放大器和移相器的網絡。在一些實施例中，所述天線陣列系統可以包括耦連至所述天線元件陣列的一個或多個射頻放大器和延時器的網絡。在一些實施例中，所述處理器可以配置為根據所述rx校準子模式和所述tx校準子模式順序校準所述天線元件陣列。

調節所述至少一個信號接收參數可以包括(i)調節耦連至所述至少一個天線元件的至少一個rf放大器的至少一個信號振幅參數，(ii)調節耦連至所述至少一個天線元件的至少一個移相器的至少一個信號相位參數，或(iii)調節耦連至所述至少一個天線元件的至少一個延時單元的至少一個信號延時參數。調節所述至少一個信號發射參數可以包括(i)調節耦連至發射所述第二校準信號的天線元件的子集的至少一個射頻(rf)放大器的至少一個信號振幅參數，(ii)調節耦連至發射所述第二校準信號的天線元件的子集的至少一個移相器的至少一個信號相位參數，或(iii)調節耦連至發射所述第二校準信號的天線元件的子集的至少一個延時單元的至少一個信號延時參數。

在一些實施例中，針對天線元件陣列中的天線元件的多個子集中的每個子集，所述處理器可以在所述rx校準子模式中被配置為激活所述天線元件的該子集，而停用天線元件的其他子集中的天線元件，並使得至少一個nfp發射第一校準信號。響應於所述第一校準信號，所述處理器可以接收與天線元件的被激活子集相關聯的各自的rx信號。所述處理器可以將關聯於天線元件的被激活子集的rx信號與第一參考信號進行比較，並可以根據所述關聯於天線元件的被激活子集的rx信號與第一參考信號的比較來調節關聯於天線元件的被激活子集的一個或多個信號接收參數。處理器可以針對天線元件的不同子集重複這些步驟。在一些實現方式中，每個子集可以包括單個天線元件。

在一些實施例中，當在tx校準子模式中時，處理器可以配置為針對天線元件陣列中的天線元件的多個子集的每個子集使得天線元件的所述子集發射第二校準信號。響應於所述天線元件的所述子集所發射的第二校準信號，處理器可以從至少一個nfp接收至少一個其他rx信號。所述至少一個其他rx信號中的每一個與各自的nfp相關聯。處理器可以將所述至少一個其他rx信號中的每一個與第二參考信號進行比較，並根據該比較調節與天線元件的所述子集相關聯的至少一個信號發射參數。

另一方面，此處公開的發明構思針對一種用於校準天線陣列系統的方法。本方法可以包括，當部署在操作平臺上時，由處理器動態地從操作模式切換到校準模式，並根據接收(rx)校準子模式和發射(tx)校準子模式中的至少一個來校準所述天線元件陣列。在所述rx校準子模式中，處理器可以使得至少一個nfp發射第一校準信號以及響應於所述第一校準信號，處理器可以從所述天線元件陣列接收第一接收(rx)信號。處理器可以將第一rx信號與第一參考信號進行比較，並根據第一rx信號與第一參考信號的比較來調節關聯於天線元件陣列中的至少一個天線元件的至少一個信號接收參數。在tx校準子模式中，處理器可以配置為使得天線元件陣列中的一個或多個天線元件發射第二校準信號。響應於所述第二校準信號，處理器可以從至少一個nfp接收至少一個其他rx信號。所述至少一個其他rx信號中的每一個與各自的nfp相關聯。處理器可以將所述至少一個其他rx信號與第二參考信號進行比較，並根據該比較調節與一個或多個天線元件中的至少一個天線元件相關聯的至少一個信號發射參數。

另一方面，此處公開的發明構思針對包括天線元件陣列、布置在天線元件附近的近場探針(nfp)、以及耦連至所述天線元件陣列和nfp的處理器的天線陣列系統。所述處理器可配置為當部署在操作平臺上時，將所述天線陣列系統動態地從操作模式切換到校準模式，並根據接收(rx)校準子模式和發射(tx)校準子模式中的至少一個來校準天線元件陣列。當在rx校準子模式中時，針對天線元件陣列中的天線元件的多個子集中的每個子集，處理器可以激活天線元件的所述子集，而停用天線元件陣列中的天線元件的其他子集，使得nfp發射第一校準信號，以及響應於所述第一校準信號，從天線元件陣列接收接收(rx)信號。所述rx信號與天線元件的被激活子集相關聯。處理器可以根據天線元件的被激活子集的至少一個輻射圖樣參數、nfp的至少一個輻射圖樣參數、以及天線元件的被激活子集和nfp之間的至少一個傳播路徑長度來調節關聯於天線元件的被激活子集的rx信號。處理器還可以將關聯於天線元件的被激活子集的經調節的rx信號與第一參考信號進行比較，並根據該比較調節關聯於天線元件的被激活子集的至少一個信號接收參數。在tx校準子模式中，針對天線元件陣列中的天線元件的多個子集，處理器可以使得天線元件的該子集發射第二校準信號，以及響應於所述第二校準信號，從nfp中接收第二rx信號。處理器可以根據天線元件的該子集的至少一個輻射圖樣參數、nfp的至少一個輻射圖樣參數、以及在天線元件的該子集和nfp之間的至少一個傳播路徑長度來調節第二rx信號。處理器可以將經調節的第二rx信號與第二參考信號進行比較，並根據經調節的第二rx信號與第二參考信號的比較來調節關聯於天線元件的該子集的至少一個信號發射參數。

在一些實施例中，nfp可以是雙極化的nfp。在一些實施例中，天線陣列系統可以進一步地包括至少一個扼流圈或至少一個人造磁導體。在一些實施例中，天線陣列系統可以進一步地包括耦連至天線元件陣列的一個或多個放大器和移相器的網絡。在一些實施例中，天線陣列系統可以進一步地包括耦連至天線元件陣列的一個或多個放大器和延時器單元的網絡。

在一些實施例中，天線元件的被激活子集的至少一個輻射圖樣參數可以包括關聯於查找角的輻射振幅的至少一個、關聯於查找角的輻射相和關聯於查找的輻射延時。在一些實施例中，nfp的至少一個輻射圖樣參數可以包括關聯於查找角的輻射振幅的至少一個、關聯於查找角的輻射相和關聯於查找的輻射延時。

在一些實施例中，調節至少一個信號接收參數可以包括(i)調節耦連至天線元件的被激活子集的至少一個rf放大器的至少一個信號振幅參數，(ii)調節耦連至天線元件的被激活子集的至少一個移相器的至少一個信號相位參數，或(iii)調節耦連至天線元件的被激活子集的至少一個延時單元的至少一個信號延時參數。調節至少一個信號發射參數可以包括(i)調節耦連至發射第二校準信號的天線元件的子集的至少一個射頻(rf)放大器的至少一個信號振幅參數，(ii)調節耦連至發射第二校準信號的天線元件的子集的至少一個移相器的至少一個信號相位參數，或(iii)調節耦連至發射第二校準信號的天線元件的子集的至少一個延時單元的至少一個信號延時參數。

另一方面，此處公開的發明構思針對一種用於校準天線陣列系統的方法。該方法可以包括，當被部署在操作平臺上時，由處理器將所述天線陣列系統動態地從操作模式切換到校準模式，並根據接收(rx)校準子模式和發射(tx)校準子模式中的至少一個來校準天線元件陣列。在rx校準子模式中，該方法可以包括，針對天線元件陣列中的天線元件的多個子集的每個子集，處理器激活天線元件的該子集，而停用天線元件陣列中的天線元件的其他子集，使得nfp發射第一校準信號，以及響應於所述第一校準信號，從天線元件陣列接收接收(rx)信號。所述rx信號與天線元件的被激活子集相關聯。該方法還可以包括處理器根據天線元件的被激活子集的至少一個輻射圖樣參數、nfp的至少一個輻射圖樣參數以及在天線元件的被激活子集和nfp之間的至少一個傳播路徑長度來調節與天線元件的被激活子集相關聯的所述rx信號。該方法還可以包括處理器將關聯於天線元件的被激活子集的經調節的rx信號與第一參考信號進行比較，並根據該比較來調節關聯於天線元件的被激活子集的至少一個信號接收參數。在tx校準子模式中，該方法可以包括，針對天線元件陣列中的天線元件的多個子集中的每個子集，處理器使得天線元件的子集發射第二校準信號，以及響應於所述第二校準信號，從nfp接收第二rx信號。該方法還可以包括處理器根據天線元件的子集的至少一個輻射圖樣參數、nfp的至少一個輻射圖樣參數以及在天線元件的子集和nfp之間的至少一個傳播路徑長度來調節第二rx信號。該方法還可以包括處理器將經調節的第二rx信號與第二參考信號進行比較，並根據經調節的第二rx信號與第二參考信號的比較來調節關聯於天線元件的子集的至少一個信號發射參數。

在一些實施例中，調節至少一個信號接收參數可以包括(i)調節耦連至天線元件的被激活子集的至少一個rf放大器的至少一個信號振幅參數，(ii)調節耦連至天線元件的被激活子集的至少一個移相器的至少一個信號相位參數，或(iii)調節耦連至天線元件的被激活子集的至少一個延時單元的至少一個信號延時參數。調節至少一個信號發射參數可以包括(i)調節耦連至發射第二校準信號的天線元件的子集的至少一個射頻(rf)放大器的至少一個信號振幅參數，(ii)調節耦連至發射第二校準信號的天線元件的子集的至少一個移相器的至少一個信號相位參數，或(iii)調節耦連至發射第二校準信號的天線元件的子集的至少一個延時單元的至少一個信號延時參數。

附圖說明

結合附圖，此處公開的發明構思的實施例將從下列詳細描述中變得更完全理解，其中同樣的參考數字指代相同的元件，其中：

圖1是根據此處公開的發明構思的一些實施例的、能夠執行原位校準的陣列天線系統的框圖；

圖2示出了根據此處公開的發明構思的實施例的、用於天線陣列系統的人造磁導體的示意圖；

圖3示出了光闌激發和相應的遠場輻射圖樣的實施例的方案；

圖4是例示了可操縱陣列中天線元件的相互耦合參數和各自的複雜的光闌激發之間的關係的一個實施例的示意圖；

圖5是根據此處公開的發明構思的一些實施例的、例示了接收模式中校準可操縱陣列的方法的流程圖；

圖6是例示了在天線陣列系統中nfp和天線元件之間電磁波傳播的一個實施例的示意圖；

圖7是根據此處公開的發明構思的某些實施例的、例示了發射模式中校準可操縱陣列的方法的流程圖。

具體實施方式

在詳細描述此處公開的發明構思的實施例之前，應該注意的是，此處公開的發明構思包括但不限於部件和電路的新穎結構的組合，也不限於其具體的詳細配置。因此，為了不因對本領域的技術人員來說顯而易見的結構細節而模糊本公開，部件和電路的結構、方法、功能、控制和布置大部分已經在附圖中通過具有此處描述的好處的易於理解的框圖表示和原理圖進行了闡述，以便不會模糊具有結構細節的本公開，所述結構細節對本領域技術人員來說是容易顯而易見的。進一步地，此處公開的發明構思不限於原理圖中描繪的具體的實施例，而應該根據權利要求中的語言來解釋。

天線陣列可以採用可操縱的陣列(或可操縱的天線元件的陣列)來提高天線接收或發射性能。特別是，天線陣列系統可以採用關聯於不同的天線元件的信號或波的相長或相消幹擾來生成期望的信號或波、波束。示例性地，相長或相消幹擾可以例如通過調節關聯於不同天線元件的相位或振幅參數來獲得。天線陣列系統可以包括，而不限於相控陣列天線系統或電子掃描陣列(esa)天線系統，諸如有源電子掃描陣列(aesa)天線系統。天線陣列系統可以被用作獨立的天線系統或可以是更大的天線系統的一部分。天線陣列系統可以被用於通信系統、衛星通信系統、(衛星通信)傳感和/或雷達系統，諸如軍事雷達系統或氣象雷達系統、電子情報(elint)系統、電子計數器測量(ecm)系統、電子支援測量(esm)系統、目標系統、生物或醫學微波成像系統或其他系統。系統中的aesa可以採用平面光闌(aperture)或非平面光闌，諸如圓柱形的、球形的、圓錐的或任意單一的或雙曲面以允許到運載平臺表面，例如飛行器機身等的保角附接。

天線陣列系統一般在部署到操作平臺，例如飛行器、船隻、車輛或任意其他平臺之前被校準。校準過程可以包括設置陣列天線的一個或多個參數值，諸如天線元件關於彼此的相對相位和相對振幅值，例如，以獲得在天線陣列表面上的期望的相位和/或振幅分配。在部署之前的天線陣列的校準可以包括調節各自的參數以優化校準環境中的天線陣列系統性能。然而，部署環境條件可能明顯不同於校準環境條件，或可能隨時間而顯著變化。例如，校準可能被執行於室溫，而與操作平臺，例如飛行器相關聯的溫度可能隨時間而顯著變化。例如，在高海拔中，空氣溫度明顯低於室溫。而且，在部署環境中的其他的環境條件，例如溼度、大氣壓力、光照條件和/或振動相對校準環境也可以變化。

環境條件中的變化可以不同的方式影響天線陣列系統中的電氣和/或機械部件。例如，天線元件(或陣列天線的其他部件)的阻抗或介電常數可以響應於一個或多個環境條件的變化而改變。而且，環境條件的改變可改變元件內互耦參數。阻抗、介電常數、互耦

參數、或其他關聯於天線陣列系統中一個或多個部件的參數可補償不足以提供期望的天線性能的被校準的參數(例如相對相位或相對振幅值)。進一步地，發展振幅、相位和延時的元件內關係的trm中的有源電路也可被環境條件中的改變不利地影響。

當天線陣列系統被部署在操作平臺上時，各自的天線元件可經受「軟」或「硬」故障(failure)。「軟」故障的天線元件仍然可以操作(或運行)但不根據預定義的或期望的規格。「軟」故障可能作為老化、環境誘發的壓力或其他因素的結果發生。「硬」故障的天線元件可以是完全地或災難性地故障的天線元件，例如由於機械變形或電氣連接中的缺陷。該故障無論是「軟」的或「硬」的都會降低天線陣列系統的整體性能。

為了減輕性能退化崗位部署，例如，由於環境條件或部分或全部部件故障，天線陣列系統可以配置為執行實時原位(即當部署時)校準。天線陣列系統可以定期地或響應於特定事件或條件而執行原位校準。在原位校準期間，天線陣列可以調節一個或多個各自的參數，諸如關聯於各自的天線元件的相位或振幅參數，以消除或減輕任何潛在的性能退化。

在當前的公開中，公開了任意光闌形狀的、配置為執行原位校準和各自原位校準方法的天線陣列系統。該天線陣列系統和校準方法可允許天線陣列性能退化的診斷或預兆的補救。例如，該天線陣列系統可以監控接收或發射性能並響應於被檢測到的性能的退化執行校準。在一些實施例中，天線陣列系統可基於例如表明環境條件的實質性變化的傳感器數據或基於天線元件的監控數據而預料(或預測)性能退化，並響應於該預測校準天線陣列系統。

此處公開的發明構思使能考慮場aesa系統，例如原位運載平臺誘發的aesa性能失真、電子裝置老化和災難性故障的持續預兆/診斷的監控、環境誘發的應力的操作參數的動態校準。此外，本發明使能「自我修復」，其中aesatrm被實時監控和調節trm性能退化和/或災難性的故障。這一優點對最大化系統平均故障間隔時間(mtbf)、派遣能力和可用性來說至關重要。

參考圖1，天線陣列系統10包括可操縱陣列12、收發器14、陣列控制模塊16和一個或多個近場探針(nfp)18。可操縱陣列12包括多個天線元件20、多個移相器22、多個射頻(rf)放大器24(諸如可變增益放大器(vga))，和/或多個功率分離器26。收發器14包括塊上/下轉換器30、和數模/數模轉換器(adc/dac)32、和/或處理器34。陣列控制模塊16包括監控模塊40、操作控制模塊42、和/或校準控制模塊44。在更一般的實施例中，均勻激發的無源esa(pesa)可以省略可變的振幅或被固定的或可切換的數字衰減器代替。

多個天線元件20構成陣列。天線元件20的陣列可以是一維(1-d)陣列、二維(2-d)陣列或三維(3-d)陣列。每個天線元件20可以充當配置為接收、發射、同時接收和發射雙全工aesa、或在發射和接收射頻(rf)信號之間可選的單獨的天線。多個天線元件20耦連至形成包括移相器22和rf放大器24的饋送網絡的波束。儘管圖1示出了形成移相器22和rf放大器24的饋送網絡的單一波束，多個天線元件20可以耦連至一個以上的移相器22和rf放大器24的網絡。例如，多個天線元件20可以耦連至配置為充當形成饋送網絡的接收(rx)波束(或形成饋送電路的rx波束)的移相器22和rf放大器24的第一網絡和配置為充當形成饋送網絡的發射(tx)波束(或形成饋送電路的tx波束)的移相器22和rf放大器24的第二網絡。使用形成饋送網絡的rx和tx波束的並行配置允許rx和txaesa波束的獨立和同步的操縱。

在一些實施例中，延時單元可以例如代替(或結合)移相器22而被採用。換句話說，指向或在天線元件20上接收的rf信號可以根據多個延時值延時以便操控天線元件的陣列朝向特定方向。雖然移相器22可以精確地模擬關聯於不同天線元件20的窄到中帶寬信號到達時間(toa)的差異，移相器22對模擬超寬帶(uwb)信號的toa差異可能不會如此精確。然而，延時單元提供模擬窄到中帶寬信號或超寬帶(uwb)信號的toa差異的較高的精確度。延時單元可以用於形成饋送網絡的rx波束和/或形成饋送網絡的tx波束中。

形成饋送網絡的rx波束(或形成饋送電路的rx波束)可以是傳統的n路徑(n-way)饋送分配網絡。在形成饋送網絡的rx波束(或形成饋送電路的rx波束)中，功率組合器可以代替功率分離器26使用。每個天線元件20可以耦連至各自的移相器22或延時單元，和各自的rf放大器24。一旦接收到電磁波，天線元件20可以產生相應的rf信號，接著被各自的移相器22或各自的延時單元相移或延時，並被各自的rf放大器24放大。功率組合器可以將來自多個天線元件20的rf信號總計為單一的累積rf信號，其接著被收發器14接收。在一些實施例中，收發器14可以直接連接到天線元件20、各自的移相器22(或延時單元)或各自的rf放大器24，例如，通過耦合器(圖1中未示出)。收發器可以從每個天線元件20接收分離的rf信號。

形成饋送網絡的tx波束(或形成饋送電路的tx波束)可以是傳統的n路徑饋送配電網。功率分離器26可以以不同的方式布置以在收發器14和天線元件20之間通信rf信號。功率分離器26可以被實現為定向耦合器。功率分離器26可以是有源或無源部件。每個天線元件20可以耦連至各自的移相器22或各自的延時單元，以及各自的rf放大器24。收發器14可以生成rf信號，其接著被功率分離器26分離為多個rf分離信號，其中每一個去往各自的天線元件20。在到達天線元件20之前，關聯於各自的天線元件20的每個rf分離信號可以被關聯於天線元件20的rf放大器24放大和被各自的移相器22或各自的延時單元相移或延時。接著天線元件20可以發射對應於被放大和移相或延時的rf分離信號的電磁波。在一些實施例中，功率分離器26可以是可選的。

在一些實施例中，rf放大器24可以被實現為移相器22、延時單元、功率組合器或功率分離器26的部分。在一些實施例中，rf放大器24可以布置在移相器22或延時單元之前或之後。在一些實施例中，可操縱天線陣列12可以被實現為平衡對蹱vivaldi陣列(bava)或現有技術中已知的其他陣列光闌。在一些實施例中，可操縱天線陣列12可以是aesa。在一些實施例中，天線元件20可以是被布置為形成雙極化陣列的雙極化天線元件或線極化的天線元件。雙極化陣列可以配置為接收或發射橢圓極化信號、圓極化信號、或其他雙極化信號。

天線陣列系統10包括布置在天線元件20的陣列附近的且配置為發射或接收rf信號的一個或多個nfp(或校準天線)18。在一些實施例中，天線陣列系統10可以包括單一的nfp18。在一些實施例中，天線陣列系統10可以包括多個nfp18。多個nfp18可以被布置在天線元件20的陣列的周圍(在其附近)。nfp18的一些可以根據不同的取向來布置。例如，一個nfp18可以取向為垂直於另一個nfp18。在一些實施例中，至少一個nfp18是雙極化校準天線。在一些實施例中，nfp18可以是具有布置在極為貼近並且正交於彼此以便支持雙極化的至少一對nfp18的線性極化的天線。在天線陣列系統10校準期間，nfp18可以發射rf信號，而天線元件20的陣列可以充當接收器，或天線元件20的陣列可以發射rf信號而nfp18可以充當接收器。

支持雙極化可能被天線陣列系統10的地平面(圖1中未示出)所阻礙。天線陣列系統10可以包括為天線陣列元件20提供常見的電接地的地平面和可操縱陣列12的電子元件。地平面可以緊鄰雙極化的nfp18。像這樣，地平面能夠幹擾雙極化的電磁波在nfp18和天線元件20的陣列之間行進並能夠使其難以維持水平極化(例如基於麥克斯韋方程式的邊界條件)。為了克服地平面對雙極化的電磁波在nfp18和天線元件20之間行進產生的不期望的影響，天線陣列系統10可以進一步包括至少一個人造的(或合成的)磁導體(amc)或至少一個扼流圈。

參照圖2，例示了人造磁導體100的側視圖110和頂視圖120的示意圖。圖2中示出的人造磁導體100被實現為電磁帶隙(ebg)結構。然而，其他類型的人造磁導體也被本公開所考慮。人造磁導體100包括多個平面金屬碎片(patch)105。每個金屬碎片105耦連至具有各自的金屬腳103的天線陣列系統10的地平面11。在共振時，金屬碎片105起到類似具有電容阻抗的、耦連在不同的金屬碎片105和對地的並聯電容之間的電容的作用，而金屬腳103起到類似電感器的作用，因為它們在各自的金屬碎片105和地平面11之間創建了分路阻抗。

在一些實施例中，至少一個nfp18可以被布置在並且耦連至人造磁導體100的金屬碎片上。在共振狀態中，面向nfp18的金屬碎片105的表面起到類似開路的作用。而地平面11將平行於其平面的電場部件的大小減弱到零(或接近零)，布置在nfp18和地平面11之間的人造磁導體100減輕了地平面11的該影響，並因此增強了平行於地平面11的電場部件的nfp接收。換句話說，人造磁導體100允許位於其上的nfp18比位於地平面11上的nfp18更有效地接收平行於地平面11的電磁場部件。這樣，人造磁導體100提高了天線元件20的陣列和耦連至人造磁導體100的nfp18之間的總計信噪比(snr)，而沒有必要增加傳輸功率。該提高通常在天線元件20的陣列正在發射並且nfp18正在接收時或當nfp18正在發射並且天線元件20的陣列正在接收時的情況下獲得。因此，人造磁導體100通過減輕對天線陣列系統10的地平面11的影響來允許支持雙極化的可操縱陣列12的有效和精確的校準。

在一些實施例中，人造磁導體100可以被布置在天線元件20的陣列和地平面11之間。在一些實施例中，天線陣列系統10中可以採用多個人造磁導體100。例如，各自的人造磁導體100可以被布置在每個nfp18和地平面11之間，並且額外的人造磁導體100可以被布置在天線元件20的陣列和地平面11之間。與使用與天線元件20的陣列和nfp18之一相關聯的這種人造磁導體100相比，使用與nfp18和天線元件20的陣列相關聯的人造磁導體100可以進一步提高天線元件20的陣列和nfp18之間的snr。然而，在天線元件20的陣列和地平面11之間引入人造磁導體100增加了可操縱陣列12的架構的複雜性。

在一些實施例中，可以採用扼流圈來代替人造磁導體100。具體地，可以在nfp18和地平面11和/或在天線元件20的陣列和地平面11之間布置一個或多個扼流圈。類似人造磁導體，扼流圈允許天線元件20的陣列和nfp18之間的雙極化電磁波的改進的接收。在一些實施例中，可以採用與nfp18和天線元件20的陣列相關聯的扼流圈和人造磁導體100的組合。當使用人造磁導體100或扼流圈時，nfp18可以被布置為與天線元件20的陣列的平面呈直線(或在同一水平面上)或可以被布置在天線元件20的陣列的平面的一個偏距上。

重新參照圖1，天線陣列系統10包括收發器14。收發器14可以半雙工或全雙工配置操作為只是接收器、只是發射器或接收器和發射器兩者。在一些實施例中，天線陣列系統10可以包括多個收發器14。在一些實施例中，收發器14可以被實現為一個或多個rf集成電路或模塊。收發器14可以被實現為硬線連接的電路、專用集成電路(asic)、可編程邏輯設備、可操作處理器或其組合。

收發器14包括塊上/下轉換器30、數模轉換器/數模轉換器(adc/dac)32和/或處理器34。收發器14可以發射rf信號到可操縱陣列12，或從可操縱陣列12接收rf信號。塊上/下轉換器30可以將去往可操縱陣列12的信號向上轉換至更高的頻段或將從可操縱陣列12接收的rf信號向下轉換至基帶。adc/dac32可以將塊上/下轉換器30輸出的模擬基帶信號轉換為相應的數位訊號，或可以將從處理器34接收的數位訊號轉換為相應的模擬信號。在一些實施例中，每個天線元件20可以與各自的塊上/下轉換器30和adc/dac32相關聯。在該實施例中，功率分離器26或功率組合器可以配置為操作在模擬中間頻率(if)或數字位流。處理器34可以配置為控制可操縱陣列12，例如，通過在不同的模式之間轉換可操縱陣列12。通常可操縱陣列12或天線陣列系統10可以根據操作模式或校準模式來操作。操作和校準模式的每一個可以包括接收(rx)子模式和發射(tx)子模式。這些模式和子模式將在下文進一步詳細討論。處理器34可以確定天線陣列系統10何時操作在這些模式或各自的子模式中的任意一個並使得天線陣列系統10在這些模式和各自的子模式之間轉換。

陣列控制模塊16可以是操作在計算機平臺或處理器34、asic、數位訊號處理器(dsp)、可編程邏輯設備、硬體電路或其組合上的軟體模塊。陣列控制模塊16可以包括監控模塊40、校準控制模塊42和操作控制模塊44。監控模塊40可以配置為在操作模式和校準模式之間轉換。在一些實施例中，監控模塊40可以監控時鐘並使得根據預定的時間表或基於一個或多個被檢測到的事件來在兩個模塊之間周期性地轉換(例如通過發送指令命令到不同的部件)。在操作模式期間，操作控制模塊44可以控制可操縱陣列12，例如，通過在各自的rx和tx子模式之間轉換和/或通過控制與移相器22、延時單元和/或rf放大器24相關聯的參數。在校準模式期間，校準控制模塊42可以控制可操縱陣列12和nfp18。在一些實施例中，操作控制模塊44和校準控制模塊42可以被實現為單個模塊。

在一些實施例中，監控模塊40可以配置為監控可操縱陣列12的「健康」。監控模塊40可以耦連至嗅探(sniffing)電路或嗅探連接，例如連接15，並可以接收表明可操縱陣列12的一個或多個部件的「健康」的測量值。連接15可以被實現為用於功率檢測的rf定向耦合器。在一些實現方式中，連接15可以包括用於相位監控的相位檢測器、用於延時測量的定時電路或用於功率檢測的高阻抗探針。在一些實現方式中，監控模塊40可以耦連至直流(dc)或電壓測量電路(圖1中未示出)中的至少一個。直流測量電路可以配置為測量移相器22或延時單元中使用的功率以推斷該移相器22或延時單元所提供的各自的功率量。直流測量電路可以被集成在移相器22或延時單元中，或可以是不同的部分。在一些實施例中，直流測量電路可以配置為監控提供給rf放大器24的或移相器22內或延時單元內的放大部件的電流。通常，電流測量電路可以是能夠檢測關聯於信號的功率、電流或電壓水平的電子部件。射頻功率檢測電路可以配置為測量各自的天線元件20上的功率並向監控模塊40提供測量信號或數據。在一些實施例中，射頻功率檢測電路可以是耦連至關聯於各自的天線元件20的位置的射頻耦合裝置。

監控模塊40可以將測量的或推斷的功率值與不同天線元件各自的期望功率(或振幅)進行比較。監控模塊40可以耦連至配置為測量關聯於每個天線元件20的相對相位(或相對延時)的一個或多個相位(或延時)驗證電路。監控模塊40可以接著將針對每個天線元件20測量的相對相位(或延時)與各自的期望相移(或延時)值相比較，例如操作模塊44(或校準控制模塊42)提供的相移(或延時)值。

在一些實施例中，監控模塊40可以配置為監控天線元件20和/或各自的電路元件，例如rf放大器24、移相器22和/或延時單元的操作「健康」，例如，當可操縱陣列在操作模式中時。在一些實施例中，監控模塊40可以配置為在操縱陣列12處在校準模式中時監控天線元件20和/或各自的部件的操作「健康」。在一些實施例中，響應於可操縱陣列12或其一個或多個部件的「健康」評估，監控模塊40可以配置為在操作和校準模式之間轉換。在一些實施例中，響應於各自的「健康」評估，監控模塊40可以永久地或臨時地停用或關閉(或命令操作控制模塊44或校準控制模塊停用)一個或多個天線元件20。例如，一旦檢測到持久的或重大的「健康」退化(諸如基於所測量的健康參數)，監控模塊40可以使得停用天線元件20。

在一些實施例中，監控模塊40可以配置為當在操作模式中時持續地監控可操縱陣列12的總計的「健康」，並定期地或一旦在可操縱陣列12的總計的健康中檢測到矛盾則發起診斷的或預兆的進程。在診斷的或預兆的進程中，監控模塊40可以配置為分別地評估每個天線元件20的健康，例如，核查任何「軟」或「硬」故障的天線元件。診斷的或預兆的進程可以在校準模式期間執行。

操作控制模塊44可以配置為在作業系統任務階段(或操作模式)期間控制可操縱陣列12。操作控制模塊44可以配置為提供相移(或延時)命令到移相器或延時單元，和/或提供振幅(或功率)加權命令到rf放大器24，例如，通過命令行13。相移命令(或值)和振幅(或功率)加權命令(或值)可以被存儲於天線陣列系統10的存儲器(圖1中未示出)中。操作控制模塊44可以配置為例如基于波束指向角參數、環境參數、頻率參數為不同的天線元件20選擇適當的相移(或延時)值或振幅(或功率)加權值。在一些實施例中，操作控制模塊44可以使用查找表來為給定的波束指向角確定一組相移(或延時)命令或振幅(或功率)加權命令。在一些實施例中，操作控制模塊44還可以使得發射rf信號以被提供到可操縱陣列12，或使得從可操縱陣列12接收的信號被處理。在一些實施例中，監控模塊40、操作控制模塊44和校準控制模塊42的部分可以存在於集成到trmrfic的數字存儲器中以便如具體的系統要求所命令的最佳地劃分數字架構以最優化數字總線速度、波束命令時間延遲、電路複雜性等。

在校準模式期間，校準控制模塊42可以配置為使用在nfp18和天線元件20的陣列之間包含發射和/或接收rf信號的迴環輻射校準程序來調節和/或重置可操縱陣列12的參數。在一些實施例中，校準模式可以包括rx校準子模式和tx校準子模式中的至少一個。在rx校準子模式中，天線元件20的陣列可以配置為充當接收器而nfp18可以配置為充當發射器。在該子模式中，校準控制模塊42可以(1)使得nfp18發射校準信號，(2)從可操縱陣列12獲得各自的接收(rx)信號，(3)比較所述rx信號與參考信號(或比較各自的參數)，以及(4)基於該比較調節可操縱陣列12的接收參數。在tx校準子模式中，天線元件20的陣列可以配置為充當發射器而nfp18可以配置為充當接收器。在該子模式中，校準控制模塊42可以(1)使得至少一個天線元件20發射校準信號，(2)從nfp18獲得一個或多個各自的接收(rx)信號，(3)比較所述一個或多個rx信號與參考信號(或比較各自的參數)，以及(4)基於該比較調節可操縱陣列12的發射參數。

參照圖3，例示了關聯於可操縱陣列的光闌激發210的繪圖和相應的遠場輻射圖樣220。具體地，光闌激發繪圖210示出了光闌激發振幅的2-d空間分布。在2-d天線陣列中，該振幅分布可以表示與2-d天線陣列中的不同天線元件相關聯的相對激發信號振幅。遠場輻射圖樣繪圖220表示與光闌激發繪圖210中示出的光闌激發相對應的遠場的振幅的2-d空間分布。如圖3所例示的，遠場(或近場)輻射圖樣可以依據光闌激發的傅立葉變換計算。儘管圖3隻示出了光闌激發和相應的遠場的空間振幅分布，但光闌激發和相應的遠場可以用相位分布表徵。

在一些實施例中，校準控制模塊可以使用給定的光闌激發(或在不同的天線元件中使用各自的相對振幅和相對相位)作為校準進程中的參考。換句話說，與不同天線元件20相關聯的rx信號的相對振幅和相對相位可以分別與預定義的光闌激發的相對振幅和相對相位進行比較。

參照圖4，例示了可操縱陣列12的互耦參數305和各自的已實現的複雜的光闌激發310之間的關係。可操縱陣列12的光闌激發310可以來自於各自的s參數305的測量。而且，遠場(或近場)輻射圖樣可以源自給出參照圖3所討論的光闌激發和遠場(或近場)之間的關係的s參數。如在文獻中通常所知的，輻射元件或可操縱陣列12(例如aesa)之間的互耦在數學上可以表示成s參數矩陣。s參數305作為nfp18和可操縱陣列12的輻射元件的不同配置之間的互耦參數基本上由收發器14直接測量。可操縱陣列12的輻射元件的任何阻抗失配影響互耦參數的振幅和相位兩者。s參數305隨著相移(或延時)和與可操縱陣列12的不同天線元件20相關聯的振幅的變化而變化，並且同樣地，收發器14可以在調節相移(或延時)參數或與天線元件20相關聯的振幅參數之後重新測量互耦參數。在一些實施例中，在本公開中所描述的校準方法不需要測量可操縱陣列12的s參數305。在一些妨礙中，隨著硬體複雜度的增加，整套的s參數由收發器14測量。

參照圖5，以及在一個實施例中，描述了rx校準子模式中校準天線陣列系統(例如天線陣列系統10)的方法400。在一些實施例中，如上文參照圖2所描述的，天線陣列系統可以支持雙極化並且可以包括至少一個扼流圈和/或至少一個人造磁導體。校準方法400包括，當部署在操作平臺上時，天線陣列系統從操作模式切換到校準模式(步驟402)，由nfp發射校準信號(步驟404)，激活可操縱陣列的天線元件(步驟406)，以及接收各自的rx信號(步驟408)。方法400還包括基於至少一個天線元件的一個或多個輻射圖樣參數、nfp的一個或多個輻射圖樣參數或在天線元件和nfp之間的至少一個路徑長度來調節rx信號(步驟410)。方法400包括將所述rx信號與參考信號比較(步驟412)，並根據該比較來調節至少一個接收參數(步驟414)。方法400包括針對天線元件的不同子集重複步驟404-414(判定塊416)並針對不同的nfp重複步驟404-416(判定塊418)。方法400代表操縱陣列在校準程序和nfp發射期間充當接收器的接收校準方法。方法400可以被陣列控制模塊16執行。陣列控制模塊16可以被實現為硬體模塊、固件模塊、軟體模塊或其組合。在一些實施例中，陣列控制模塊16可以被實現為具有在trmrfic的數字電路/存儲器中實現的模塊30、32和34的部分的分布式數字架構。在該實施例中，方法400的一個或多個步驟可以由trmrfic的數字電路/存儲器執行。

參考圖1和5，方法400可以包括當監控模塊40被部署在操作平臺上時其將天線陣列系統10(或可操縱陣列12)從操作模式轉換到校準模式。在一些實施例中，監控模塊40可以配置為在操作模式和校準模式之間周期性切換。在一些實施例中，監控模塊40可以配置為監控操縱陣列12的健康以及一旦檢測到諸如操縱陣列12或其部件的健康退化的情況或事件，則切換到校準模式。在一些實施例中，監控模塊40可以配置為一旦檢測到天線陣列系統10閒置(例如既不接收也不發射)則發起校準模式。切換到(或發起)校準模式可以包括監控模塊40發送指示或命令(或移交控制)到校準控制模塊42。在一些實施例中，切換步驟402是可選的。例如，如果天線陣列系統10已經在校準模式中，則校準控制模塊42可以在步驟404開始方法400。

方法400可以包括校準控制模塊42使得nfp18發射rf校準信號(步驟404)。校準控制模塊42可以經由連接線17發送rf校準信號到nfp18。在一些實施例中，連接線17可以是雙向的。在天線陣列系統10包括多個nfp18的情況下，校準控制模塊42可以選擇nfp18中的一個來發射校準信號。校準控制模塊42每次可以選擇一個nfp18並使得nfp18繼續地發射rf校準信號。響應於接收到rf校準信號，nfp18可以生成並發射相應的電磁波以被可操縱陣列12接收。該電磁波可以是線極化的或雙極化的。在一些實施例中，校準控制模塊42可以使得多個nfp18同時發射rf校準信號(或不同的rf校準信號)。

方法400可以包括校準控制模塊42激活多個天線元件20中的一個而停用(或關閉)其他的天線元件20(步驟406)。在一些實施例中，校準控制模塊42可以順序激活不同的天線元件20，每次一個。換句話說，校準控制模塊42可以反覆地使得nfp18發射rf校準信號並每次激活不同的天線元件20而停用餘下的天線元件20。在一些實施例中，校準控制模塊42可以配置為順序激活天線元件20的子集，每次一個。換句話說，考慮到n個預定義的天線元件20的子集，校準控制模塊可以反覆地使得nfp18發射rf校準信號並在每次反覆中激活天線元件20的單獨的子集。例如，校準控制模塊42可以順序激活四個或任意其他數目的鄰近的天線元件20的塊(或集群)，每次一個塊(或一個集群)。被激活的天線元件20可以接收nfp18所發射的電磁波。在一些實施例中，激活天線元件20的子集的步驟是可選的。例如，所有的天線元件20可以被激活或默認處於活動模式。

方法400包括可操縱陣列12響應於rf校準信號的發射接收接收(rx)信號(步驟408)。具體地，被激活的天線元件20可以響應於rf校準信號被nfp18所發射而接收rf信號，其可以經歷由與被激活的天線元件20相關聯的移相器(或延時單元)22、rf放大器24和/或功率組合器進行處理以形成被收發器14接收的單個rx信號。在一些實施例中，收發器14可以例如經由耦合器分別連接到每個天線元件20，並且因此可從每個天線元件20接收獨立的rx信號。在該實施例中，多個(或全部的)天線元件20可以主動同時接收校準信號。

方法400包括校準控制模塊42使用nfp的至少一個輻射圖樣參數、接收天線元件的至少一個輻射圖樣參數和/或與nfp18和接收天線元件20之間的傳播路徑相關聯的路徑長度參數來調節rx信號。nfp和天線元件20的輻射圖樣參數以及分離nfp18和多個天線元件20的距離可以不同地影響在不同天線元件20處接收的rf信號的振幅和相位。調節rx信號允許考慮該參數對rx信號的影響。具體地，校準控制模塊42可以配置為消除(或減輕)nfp18和天線元件20的輻射圖樣對不同的天線元件20接收的rx信號的相對影響以及傳播路徑長度對其的相對影響。通過消除該影響，校準控制模塊42可以校準可操縱陣列12以糾正在不同的天線元件和相應的電氣/電子部件(例如移相器、延時單元、rf放大器、功率組合器和/或功率分離器)的性能或特性之間的任何差異而不會引起新的關於校準模式的差異。換句話說，在校準期間由於nfp18和天線元件20的相對位置和nfp18和天線元件20的輻射特徵所引入的任何相對相移和/或相對振幅衰減都能夠被消滅。

參考圖6以及在一個實施例中，與nfp18和天線元件20相關聯的輻射圖樣和路徑長度對在不同天線元件20上接收的rf信號的影響經由在nfp18和天線元件20之間的電磁波傳播的圖示來闡明。考慮到nfp18的發射輻射圖樣519，由該nfp18生成的電磁波501的振幅和相位根據各自的發射查找角θ變化。而且，天線元件20的接收輻射圖樣520根據接收查找角α控制該天線元件20所接收的rf信號的振幅和相位。此外，nfp18生成的電磁波501的振幅和相位依賴于波所行進的距離。換句話說，天線元件20所接收的rf信號的振幅和/或相位依賴於分隔該天線元件和發射nfp18的距離505。因為天線元件20可以在距離發射nfp18不同的距離上，傳播路徑長度可以在不同的天線元件20上接收的rf信號中引入相對相移和/或相對振幅衰減(例如彼此之間)。

由nfp18的輻射圖樣、天線元件20的輻射圖樣引入的相移(或延時)和/或振幅衰減，和/或路徑長度可以是基於不同的nfp-天線元件對之間的距離和查找角和/或基於單獨的nfp18和單獨的天線元件20的輻射圖樣所預計算的(或預確定的)。該相移(或延時)值和振幅衰減值可以被存儲於天線陣列系統10的存儲器中。在一些實施例中，由nfp的輻射圖樣、天線元件的輻射圖樣所引入的相移(或延時)和/或振幅衰減或路徑長度可以動態地並實時地或「在運行中(onthefly)」被反覆地計算。儘管圖6中示出了輻射圖樣519和520的特定例子，依賴於nfp18和天線元件20的電磁特徵，該輻射圖樣可以分別是其他形狀。而且，輻射圖樣520可以基於陣列中各自的天線元件20的位置而改變(例如在陣列的中心，在陣列的邊緣的中間，或在陣列的拐角)。

重新參考圖1、5和6，校準控制模塊42可以基於與發射nfp18和接收天線元件20相關聯的輻射圖樣參數或該nfp18和天線元件20之間的路徑長度來調節rx信號或參考信號。例如，對於與發射nfp18和接收天線元件20相關聯的rx信號，校準控制模塊42可以從rx信號中減去由於該nfp的輻射圖樣、該天線元件的輻射圖樣、或nfp18和天線元件20之間的傳播路徑長度而引入的相對相移、相對相延遲(或延時)或相對振幅衰減。在一些實施例中，處理器34可以在模數轉換之後在數字領域調節rx信號。在一些實施例中，校準控制模塊42可以通過應用相移(或延時)值到與接收天線元件20相關聯的移相器(或延時單元)22和應用振幅衰減值到與接收天線元件20相關聯的rf放大器24來調節rx信號。像這樣，rx信號在收發器14上被接收時已經被調節過。在收發器14配置為同步地接收與接收天線元件相關聯的多個rx信號的情況下，校準控制模塊42可以基於各自的輻射圖樣參數和各自的路徑長度參數調節每個rx信號。

在一些實施例中，調節步驟410是可選的。例如，多個nfp18可以被布置在天線元件20的陣列附近不同的位置，並且單獨的nfp18可以與天線元件20的每個各自的子集(或塊)一同使用，使得(nfp18和天線元件20的)輻射圖樣和路徑長度的影響對不同的天線元件20是大體上相等的。

方法400包括校準控制模塊42將rx信號與各自的參考信號進行比較(步驟412)。比較rx信號與各自的參考信號可以包括比較rx信號的參數(諸如相位和振幅)與參考信號的相應參數。在一些實施例中，比較rx信號與參考信號可以包括確定在rx信號和參考信號之間加權的相移和相對振幅。在一些實施例中，參考信號可以是rf校準信號的版本。在一些實施例中，參考信號可以是由另一個天線元件20(或天線元件的另一個塊)所接收的另一個rx信號。

在一些實施例中，校準控制模塊42可以將步驟410中的調節應用於參考信號(或其參數)而非將其應用於rx信號。換句話說，如由於輻射圖樣和傳播路徑長度而在rx信號中引入的那些，類似的相移(或延時)和/或振幅衰減可以在步驟412的比較過程之前被引入或引進到各自的參考信號中。

方法400可以包括校準控制模塊42基於rx信號與參考信號之間的比較來調節至少一個接收參數(步驟414)。例如，校準控制模塊42可以調節與接收天線元件20相關聯的至少一個移相器(或延時單元)20的至少一個相移(或延時)值，或可以調節與接收天線元件20相關聯的至少一個rf放大器24的至少一個振幅(或功率)衰減/放大值。給定rx信號和各自的參考信號之間所確定的相位(或延時)差，校準控制模塊42可以調節與接收天線元件20相關聯的移相器22(或延時單元)以糾正該相位差。此外，給定rx信號和各自的參考信號之間所確定的振幅(或功率)差，校準控制模塊42可以調節與接收天線元件20相關聯的rf放大器24以糾正該振幅/功率差。

在一些實施例中，其中校準控制模塊42配置為每次激活一個天線元件20(或天線元件的子集/塊)，校準控制模塊42可以通過激活新的天線元件20(或天線元件的新的塊/子集)來重複步驟404-414(判定塊416)。該重複可以是可選的。例如，如果所有的天線元件20同時被激活，各自的接收參數可以同時被調節。在一些實施例中，在每次重複中校準控制模塊42可以使用不同的發射nfp18來重複步驟404到414(判定塊418)。該重複或某些步驟可以是可選的。例如，依賴於校準過程。例如，單個發射nfp18可以被用於校準操縱陣列12。

圖5中的流程圖例示了接收校準方法的一些實施例。例如，如上所述，步驟402、406和410以及判定塊416和418可以是可選的。例如以及在某些實施例中，所有的天線元件20可以同時被激活，相應的rx信號(每個與各自的天線元件相關聯)可以與參考信號進行比較，並且與不同的天線元件20相關聯的接收參數可以被同時調節。

參照圖7，校準在tx校準子模式中的天線陣列系統(例如天線陣列系統10)的方法600包括當被部署在操作平臺上時將天線陣列系統從操作模式切換到校準模式(步驟602)，通過天線元件的子集發射校準信號(步驟604)，以及使用一個或多個nfp接收一個或多個rx信號(步驟606)。方法600還包括基於天線元件的子集的一個或多個輻射圖樣參數、一個或多個nfp18的一個或多個輻射圖樣參數或一個或多個nfp18和天線元件的子集之間的一個或多個路徑長度來調節至少一個rx信號(步驟608)。方法600還包括比較一個或多個rx信號與參考信號(步驟610)，以及根據該比較調節至少一個發射參數(步驟612)。方法600還包括針對天線元件的不同子集重複步驟604-612(判定塊614)。方法600代表發射校準方法，其中操縱陣列在校準程序期間充當發射器和nfp充當接收器。在一些實施例中，天線陣列系統可以支持雙極化並可以包括至少一個扼流圈和/或至少一個人造磁導體，如上文參照圖2所描述的。

參照圖1和7，方法600可以包括，當被部署在操作平臺上時監控模塊40將天線陣列系,10(或可操縱陣列12)從操作模式切換到校準模式。在一些實施例中，監控模塊40可以配置為在操作模式和校準模式之間周期性切換。在一些實施例中，監控模塊40可以配置為監控操縱陣列12的健康以及一旦檢測到操縱陣列12或其部件的健康退化則切換到校準模式。在一些實施例中，監控模塊40可以配置為一旦檢測到天線陣列系統10處於空閒模式(例如既不接收也不發射)則發起校準模式。在一些實施例中，切換步驟602是可選的。例如，如果天線陣列系統10已經在校準模式中(例如在執行方法400之後)，則校準控制模塊42可以在步驟604開始方法600。方法600可以由陣列控制模塊16執行。陣列控制模塊16可以實現為硬體模塊、固件模塊、軟體模塊或其組合。在一些實施例中，陣列控制模塊16可以實現為具有在trmrfic的數字電路/存儲器內實現的模塊30、32和34的部分的分布式數位化架構。在該實施例中，方法600的一個或多個步驟可以由trmrfic的數字電路/存儲器執行。

方法600包括校準控制模塊42使得天線元件的子集(或塊)發射rf校準信號(步驟604)。校準控制模塊42可以經由連接線17發送rf校準信號到nfp18。校準控制模塊42可以從天線元件的多個子集中選擇子集來傳送校準信號。天線元件的子集可以包括單個天線元件20、臨近天線元件的塊或任意數目的天線元件20。響應於接收到rf校準信號，被挑選的天線元件20的子集可以生成並傳送相應的電磁波以被一個或多個nfp18接收。該電磁波可以是線極化的或雙極化的。

方法600包括一個或多個nfp18，其響應於由天線元件20的子集發射rf校準信號而接收一個或多個各自的rx信號(步驟606)。每個nfp18可以發送各自的rx信號到校準控制模塊42，例如，經由連接17。

方法600包括校準控制模塊42使用各自的nfp的輻射圖樣參數、天線元件的子集的輻射圖樣參數和/或與天線元件20的子集和nfp19之間的傳播路徑相關聯的路徑長度參數來調節每個rx信號(步驟608)。此處，可以使用nfp的接收輻射圖樣(代表在接收模式中的nfp的輻射圖樣)。對於天線元件20的子集，可以採用各自的發射輻射圖樣(代表在發射模式中時天線元件的子集的一個或多個輻射圖樣)。對於天線元件20的子集，可以計算全部子集的單一的發射輻射圖樣，或可以使用子集中天線元件20的發射輻射圖樣。步驟608中每個rx信號的調節可以類似於或如上關於圖5中步驟410所述被執行，例如，除了使用nfp的接收輻射圖樣的參數和天線元件的子集的發射輻射圖樣的參數以外。在一些實施例中，每個天線元件20(或天線元件20的集群)的單一的輻射可以用在rx和tx校準中。而且，對於每個nfp18，單一的輻射圖樣可以用在rx和tx校準兩者中。nfp18和天線元件20(或天線元件的集群)的輻射圖樣可以被預先計算並存儲於天線陣列系統10的存儲器中。

在一些實施例中，調節步驟608是可選的或可被省略。例如，多個nfp18可以被布置在天線元件20的陣列附近不同的位置上，並且單獨的nfp18可以針對發射天線元件20的各自的子集(或塊)被分派(接收器角色)，使得(nfp18和天線元件20的子集的)輻射圖樣和各自的路徑長度的影響對於天線元件的nfp-子集的不同的對來說是大體上相等的(例如在1％或2％的邊界誤差範圍內相等)。

方法600包括校準控制模塊42比較rx信號與參考信號(步驟610)。比較每個rx信號與參考信號可以類似於或如上文關於圖4的步驟412所述的被執行。在一些實施例中，參考信號可以是rf校準信號的版本。在一些實施例中，參考信號可以是由同一個nfp18響應於天線元件20的另一個子集的發送所接收的另一個rx信號。在一些實施例中，校準控制模塊42可以應用步驟608中的調節到參考信號(或其參數)而非將該調節應用到rx信號。換句話說，在給定的rx信號與參考信號進行比較之前，參考信號可以基於各自的接收nfp18的輻射圖樣、發射天線元件的子集的輻射圖樣的參數以及在天線元件的發射子集與接收nfp18之間的傳播路徑長度進行調節。

方法600包括校準控制模塊42基於rx信號與參考信號的比較來調節可操縱陣列12的至少一個發射參數(步驟612)。例如，校準控制模塊42可以調節與天線元件20的發射子集相關聯的至少一個移相器22(或延時單元)的至少一個相移(或延時)值，或可以調節與天線元件20的發射子集相關聯的至少一個rf放大器24的至少一個振幅(或功率)衰減/放大值。給定給定的rx信號和參考信號之間確定的相位(或延時)差，校準控制模塊42可以調節與天線元件20的發射子集相關聯的移相器22(或延時單元)以糾正該相位差。此外，給定rx信號和參考信號之間確定的振幅(或功率)差，校準控制模塊42可以調節與天線元件20的發射子集相關聯的rf放大器24以糾正該振幅/功率差。方法600還包括校準控制模塊42針對天線元件20的不同子集重複步驟604-612(判定塊614)。該重複可以是可選的或不在一些實施例中呈現。

圖7中的流程圖例示了發射校準方法的某些實現方式。例如，圖7中的一些步驟的順序可以以多種不同的方式來實現。而且，如上所述，步驟602和608以及判定塊614可以是可選的。在一些實施例中，關於圖5和圖7所描述的方法可以以任意順序循序地執行。而且，上述關於圖5和7所描述的方法中的每一個可以使用存儲在非暫態計算機可讀介質上的計算機代碼指令來實現。

在不同的示例性實施例中所示出的系統和方法的結構和布置只是示例性的。儘管在本公開中只詳細描述了幾個實施例，單多種修改是可能的(例如多個元件的尺寸、維度、結構、形狀和比例、參數的值、安裝布置、材料的使用、顏色、取向等)。例如，元件的位置可以顛倒或改變，並且分立的元件的性質和數目或位置可以被改變或變化。因此，所有這些改變都意圖被包括在此處公開的發明構思的範圍內。任何操作流或方法操作的順序或序列都可以根據可供選擇的實施例被改變或重排。在示例性實施例的設計、操作條件和布置中可以做出其他的替換、修改、變化和省略而不背離此處公開的發明構思的廣闊範圍。

本公開考慮到用於完成多種操作的方法、系統和任何機器可讀的介質上的程序產品。此處公開的發明構思的實施例可以使用現有的計算機操作流或通過用於適當的系統的、為此目的或其他目的而合併的專用計算機操作流，或通過硬體系統來實現。此處公開的發明構思的範圍內的實施例包括程序產品，其包含用於攜帶或具有計算機可執行指令或存儲於其上的數據結構的機器可讀介質。該機器可讀介質可以是任意能夠被專用計算機或其他具有操作流的機器訪問的可用介質。舉例來說，該機器可讀介質可以包含ram、rom、eprom、eeprom、cd-rom或其他光碟存儲、磁碟存儲或其他磁存儲裝置，或任何其他能夠被用於以機器可執行指令或數據結構的形式攜帶或存儲期望的程序代碼並可以被通用或專用計算機或其他具有操作流的機器訪問的介質。當信息通過網絡或其他通信連接(硬連接的、無線的、或硬連接與無線相結合的)轉移或提供到機器時，機器適當地將該連接視為機器可讀介質。因此，任意該連接被適當地稱為機器可讀介質。上述的組合也被包括在機器可讀介質的範圍內。機器可執行指令包括例如使得專用計算機或專用操作流機器執行某種功能或功能組的指令和數據。