毫米波多通道掃頻天線(xiàn)測量系統

　　隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電磁研究的不斷深入，天線(xiàn)作為信號接收和發(fā)射不可或缺的關(guān)鍵部件，其發(fā)展和應用已經(jīng)滲透到雷達、電子對抗、導航和通信等諸多領(lǐng)域。高性能新型天線(xiàn)的設計與研制已成為一種迫切的需要，從而對測試手段也提出了更高的要求。在傳統天線(xiàn)測量中，通常采用的都是單通道，單頻點(diǎn)的測量方式，這種測量方法煩瑣、費時(shí)，有時(shí)還會(huì )得到片面的結果，很難全面刻畫(huà)天線(xiàn)的頻帶響應特性。尤其是現代寬帶、超寬帶天線(xiàn)的研制和發(fā)展，以及低可探測目標的RCS測量，隱身與反隱身材料特性的研究等都迫切需要應用掃頻技術(shù)來(lái)提高效率。在天線(xiàn)掃頻測量中，采用掃頻信號(一個(gè)頻率值隨時(shí)間按一定規律，在一定頻率范圍內掃動(dòng)的信號代替以往使用的固定頻率信號)可以對被測天線(xiàn)進(jìn)行快速、定量的動(dòng)態(tài)測量，給出天線(xiàn)頻帶特性的實(shí)時(shí)測量結果，從而為天線(xiàn)的調整、校準及故障排除提供了有力的手段。測量中通過(guò)對射頻開(kāi)關(guān)的控制在各通道間進(jìn)行切換，可實(shí)現天線(xiàn)的多通道自動(dòng)測量。近代微波和天線(xiàn)測量技術(shù)，要求準確、快速、智能和自動(dòng)以提高測量的工作效率。在組成測量系統時(shí)，首要的是具有高性能的接收機、信號源和相應的控制部件，才能組成符合要求的自動(dòng)測量系統。掃頻測量系統與傳統的點(diǎn)頻測量系統，在組成原則上是相同的，所不同的是掃頻測量系統要求信號源能輸出以直接方式進(jìn)行線(xiàn)性?huà)邉?dòng)的信號，而測量裝置要有足夠的帶寬。對于天線(xiàn)測量系統而言，還必須具有協(xié)調各部件同步執行的控制器。系統組成見(jiàn)圖1。

　　該系統由射頻、控制和機械子系統組成。工業(yè)控制機通過(guò)對運動(dòng)控制器，驅動(dòng)器，交流伺服電機的控制來(lái)實(shí)現待測天線(xiàn)和輔助天線(xiàn)的位移和定位，通過(guò)GPIB接口完成對Anritsu 37169C網(wǎng)絡(luò )分析儀和Anritsu MG3694A信號源的控制，使其在測試過(guò)程按預訂的要求自動(dòng)完成信號的發(fā)射，接收，數據采集和傳遞。然后由數據處理軟件包對測量數據進(jìn)行分析，獲得天線(xiàn)遠場(chǎng)輻射特性信息，如遠場(chǎng)方向圖的主瓣寬度，副瓣電平，位置；單脈沖天線(xiàn)的零深及差斜率等一系列特性參數，并將圖形或數據在屏幕顯示或打印輸出。

　　1 Anritsu射頻系統

　　對天線(xiàn)測量而言，Anritsu37169C矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀是一種高性能的快速測量S參數的專(zhuān)用儀器。該儀器除了具有速度快、高精度特點(diǎn)外，還具備豐富的編程指令，其所有的人工操作功能都可由計算機程序來(lái)控制，計算機與它的通信聯(lián)絡(luò )由GPIB接口電路來(lái)實(shí)現。在遠場(chǎng)測試中，Anritsu37169C工作于連續波或掃頻模式，并通過(guò)外觸發(fā)，以最快的速度實(shí)現測量，測試觸發(fā)信號來(lái)自多軸運動(dòng)控制器，測試數據被暫存在A(yíng)nritsu37169C內存里，然后由計算機通過(guò)GPIB快速讀入，這些數據經(jīng)過(guò)處理變成所需的幅度相位或實(shí)虛部數據格式。

　　1.1 Anritsu37169C主要技術(shù)指標

　　37100C系列微波矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀將快速合成掃頻源，自動(dòng)反轉的S參數測試裝置及四通道接收機集成于一體，其先進(jìn)的測試水平，大大加快了生產(chǎn)測試速度。37169C具有快速的合成掃描功能，每個(gè)測量點(diǎn)的掃描更新時(shí)間小于2ms，為保證測量精度，每個(gè)數據點(diǎn)都是經(jīng)鎖相并進(jìn)行了矢量誤差修正。內部信號源分辨率為1Khz就能滿(mǎn)足大部分寬帶和窄帶帶寬的要求，對于要求更高的頻率精度，則可用1Hz的頻率分辨率和高穩定度的時(shí)基。37169C配有兩個(gè)GPIB接口，利用高速數據傳輸，配合快速誤差修正掃描，從而最大限度的提高生產(chǎn)率。37169C大容量的內存、用好的用戶(hù)界面和簡(jiǎn)便易用的特點(diǎn)，也為其廣泛應用提供了條件。儀器技術(shù)指標如下：

　　1.2 多源模式

　　根據37169C的技術(shù)指標，在毫米波段儀器的內部源輸出功率最大為-3dBm,對于遠場(chǎng)測量，為了保證天線(xiàn)測試系統的動(dòng)態(tài)范圍，必須提高發(fā)射端的功率電平,我們采用37169C加MG3694A合成信號發(fā)生器的系統配置方案。MG3694A是自動(dòng)測試系統中理想的信號發(fā)生器，其大功率輸出保證了經(jīng)過(guò)測試系統交換和電纜損耗之后，仍能保證有足夠的信號強度。精確的穩幅功率輸出，從-120dBm以0.01dB步進(jìn)，可以實(shí)現接收機高靈敏度的測量。

　　37100C系列矢網(wǎng)具有強大的多源控制功能。利用多源控制功能，可以很方便的進(jìn)行混頻器、倍頻器測量。無(wú)需外部控制器控制，就可以獨立控制兩個(gè)信號源和一個(gè)接收機?？煞謩e設定兩個(gè)信號源的頻率范圍和輸出功率，以及接收機的掃描范圍。多源方式的設定，包括定義每段的頻率范圍和段內信號源、接收機的工作方式。源1為內部源，用于驅動(dòng)端口1和端口2,源2為外部源，可通過(guò)GPIB接口編程控制；矢網(wǎng)與外部信號源的同步通過(guò)10MHz時(shí)基控制。圖2為多源方式儀器設定。

　　2 基于PMAC的開(kāi)放式數控系統

　　我們研制的遠場(chǎng)測量系統是基于PMAC的開(kāi)放式數控系統，與國內外同類(lèi)產(chǎn)品比具有領(lǐng)先水平。數控系統以工業(yè)控制機為平臺，PMAC為控制器構成主從式雙微處理器結構。工控機負責采樣參數的設定、測試、數據的處理。PMAC控制轉臺的伺服運動(dòng),并在采樣的精確位置為網(wǎng)絡(luò )分析儀提供觸發(fā)脈沖。