基于的毫米波天線(xiàn)自動(dòng)對準平臺系統設計

摘要：在毫米波中繼通信設備中，為提高對準精度，縮短對準時(shí)間，滿(mǎn)足快速反應的要求，并結合毫米波波辯窄，方向性強的特點(diǎn)，創(chuàng )造性地提出了毫米波天線(xiàn)自動(dòng)對準平臺系統的設計方案。在天線(xiàn)對準過(guò)程中，將復雜的的空間搜索轉換成兩個(gè)簡(jiǎn)單的水平和垂直搜索，簡(jiǎn)化了搜索控制算法。采用基于ARM的32位微處理器LPC2294進(jìn)行控制，用步進(jìn)電機驅動(dòng)平臺和毫米波設備轉動(dòng),實(shí)現毫米波通信設備的快速準確對準。毫米波中繼通信設備在國內還處于研發(fā)改進(jìn)階段，所以該對準平臺系統具有極大的參考意義。
關(guān)鍵詞：毫米波天線(xiàn)；ARM；μC／OS-Ⅱ；嵌入式RISC處理器；自動(dòng)對準平臺

毫米波作為一項尖端學(xué)科在中繼通信方面發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。但毫米波波瓣窄，方向性強，導致天線(xiàn)對準困難,存在對通時(shí)間長(cháng)，甚至難以對準的問(wèn)題，不能滿(mǎn)足快速反應的要求。因此，需要一種高效的毫米波天線(xiàn)自動(dòng)對準裝置來(lái)提高天線(xiàn)架裝與對準速度，縮短天線(xiàn)架裝與對準時(shí)間，以適應快速準確通信的需要。本文從多任務(wù)處理和可靠性等角度出發(fā)，提出了一種基于ARM7的32位微處理器LPC2294和實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統μC／OS-Ⅱ步進(jìn)電機控制平臺的方法，將毫米波通信設備架裝在平臺系統上，從而使毫米波通信設備通過(guò)平臺的轉動(dòng)快速對準。

1 系統工作原理
在隨機狀態(tài)下，通信設備中兩個(gè)天線(xiàn)的軸線(xiàn)一般位于不同的平面內，故天線(xiàn)對準實(shí)際上是一個(gè)較復雜的空間搜索問(wèn)題。從天線(xiàn)軸線(xiàn)在兩正交平面(方位平面和俯仰平面)內的投影可以看出，只要分別在方位面和俯仰面內調整即可將兩天線(xiàn)對準。這種調整方式將空間搜索轉換成兩個(gè)簡(jiǎn)單的水平和垂直面搜索，可以簡(jiǎn)化搜索控制算法。天線(xiàn)對準時(shí)，兩天線(xiàn)的方位指向誤差較大，而俯仰指向誤差不會(huì )太大。故可先實(shí)現方位對準，然后調整俯仰指向，實(shí)現兩個(gè)天線(xiàn)的完全對準。基于上述特點(diǎn)，將天線(xiàn)安裝在內框的俯仰平面上，如圖1所示。實(shí)際使用時(shí)，通信設備通過(guò)平臺架裝在天線(xiàn)升降器上，最高可以距地面10 m，并可以根據需要升降。采用單軸步進(jìn)式跟蹤方案，俯仰方向和水平方向的轉動(dòng)共用一個(gè)電機，通過(guò)繼電器進(jìn)行切換。根據平臺的轉動(dòng)規律，在A(yíng)RM控制器中，編程實(shí)現間歇式發(fā)送脈沖，由電機驅動(dòng)器放大脈沖，從而驅動(dòng)步進(jìn)電機，最后由機械裝置轉動(dòng)平臺以及與其相連的通信設備，完成對毫米波通信設備間方向的搜索與對準。

2 系統硬件構成
該平臺對準系統主要由平臺控制板、電機驅動(dòng)器、步進(jìn)電機、機械傳動(dòng)裝置和相關(guān)傳感器(羅盤(pán)和GPS)等組成。圖2給出了步進(jìn)電動(dòng)機的片外連接硬件結構框圖。本文重點(diǎn)介紹其核心——ARM控制部分。

2．1 ARM處理器簡(jiǎn)介
ARM的32位體系結構被公認為業(yè)界領(lǐng)先的32位嵌入式RISC處理器結構。LPC2294是飛利浦公司生產(chǎn)的32位ARM7TDMI-S微處理器，具有低功耗、低價(jià)格、高性能的特點(diǎn)。