毫米波多通道掃頻天線測量系統(tǒng)

　　隨著電子技術的飛速發(fā)展，電磁研究的不斷深入，天線作為信號接收和發(fā)射不可或缺的關鍵部件，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域。高性能新型天線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(tǒng)天線測量中，通常采用的都是單通道，單頻點的測量方式，這種測量方法煩瑣、費時，有時還會得到片面的結(jié)果，很難全面刻畫天線的頻帶響應特性。尤其是現(xiàn)代寬帶、超寬帶天線的研制和發(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來提高效率。在天線掃頻測量中，采用掃頻信號(一個頻率值隨時間按一定規(guī)律，在一定頻率范圍內(nèi)掃動的信號代替以往使用的固定頻率信號)可以對被測天線進行快速、定量的動態(tài)測量，給出天線頻帶特性的實時測量結(jié)果，從而為天線的調(diào)整、校準及故障排除提供了有力的手段。測量中通過對射頻開關的控制在各通道間進行切換，可實現(xiàn)天線的多通道自動測量。近代微波和天線測量技術，要求準確、快速、智能和自動以提高測量的工作效率。在組成測量系統(tǒng)時，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測量系統(tǒng)。掃頻測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)的點頻測量系統(tǒng)，在組成原則上是相同的，所不同的是掃頻測量系統(tǒng)要求信號源能輸出以直接方式進行線性掃動的信號，而測量裝置要有足夠的帶寬。對于天線測量系統(tǒng)而言，還必須具有協(xié)調(diào)各部件同步執(zhí)行的控制器。系統(tǒng)組成見圖1。

　　該系統(tǒng)由射頻、控制和機械子系統(tǒng)組成。工業(yè)控制機通過對運動控制器，驅(qū)動器，交流伺服電機的控制來實現(xiàn)待測天線和輔助天線的位移和定位，通過GPIB接口完成對Anritsu 37169C網(wǎng)絡分析儀和Anritsu MG3694A信號源的控制，使其在測試過程按預訂的要求自動完成信號的發(fā)射，接收，數(shù)據(jù)采集和傳遞。然后由數(shù)據(jù)處理軟件包對測量數(shù)據(jù)進行分析，獲得天線遠場輻射特性信息，如遠場方向圖的主瓣寬度，副瓣電平，位置；單脈沖天線的零深及差斜率等一系列特性參數(shù)，并將圖形或數(shù)據(jù)在屏幕顯示或打印輸出。

　　1 Anritsu射頻系統(tǒng)

　　對天線測量而言，Anritsu37169C矢量網(wǎng)絡分析儀是一種高性能的快速測量S參數(shù)的專用儀器。該儀器除了具有速度快、高精度特點外，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控制，計算機與它的通信聯(lián)絡由GPIB接口電路來實現(xiàn)。在遠場測試中，Anritsu37169C工作于連續(xù)波或掃頻模式，并通過外觸發(fā)，以最快的速度實現(xiàn)測量，測試觸發(fā)信號來自多軸運動控制器，測試數(shù)據(jù)被暫存在Anritsu37169C內(nèi)存里，然后由計算機通過GPIB快速讀入，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理變成所需的幅度相位或?qū)嵦摬繑?shù)據(jù)格式。

　　1.1 Anritsu37169C主要技術指標

　　37100C系列微波矢量網(wǎng)絡分析儀將快速合成掃頻源，自動反轉(zhuǎn)的S參數(shù)測試裝置及四通道接收機集成于一體，其先進的測試水平，大大加快了生產(chǎn)測試速度。37169C具有快速的合成掃描功能，每個測量點的掃描更新時間小于2ms，為保證測量精度，每個數(shù)據(jù)點都是經(jīng)鎖相并進行了矢量誤差修正。內(nèi)部信號源分辨率為1Khz就能滿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(wěn)定度的時基。37169C配有兩個GPIB接口，利用高速數(shù)據(jù)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(nèi)存、用好的用戶界面和簡便易用的特點，也為其廣泛應用提供了條件。儀器技術指標如下：

　　1.2 多源模式

　　根據(jù)37169C的技術指標，在毫米波段儀器的內(nèi)部源輸出功率最大為-3dBm,對于遠場測量，為了保證天線測試系統(tǒng)的動態(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(tǒng)配置方案。MG3694A是自動測試系統(tǒng)中理想的信號發(fā)生器，其大功率輸出保證了經(jīng)過測試系統(tǒng)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(wěn)幅功率輸出，從-120dBm以0.01dB步進，可以實現(xiàn)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，可以很方便的進行混頻器、倍頻器測量。無需外部控制器控制，就可以獨立控制兩個信號源和一個接收機?？煞謩e設定兩個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(nèi)信號源、接收機的工作方式。源1為內(nèi)部源，用于驅(qū)動端口1和端口2,源2為外部源，可通過GPIB接口編程控制；矢網(wǎng)與外部信號源的同步通過10MHz時基控制。圖2為多源方式儀器設定。

　　2 基于PMAC的開放式數(shù)控系統(tǒng)

　　我們研制的遠場測量系統(tǒng)是基于PMAC的開放式數(shù)控系統(tǒng)，與國內(nèi)外同類產(chǎn)品比具有領先水平。數(shù)控系統(tǒng)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(jié)構。工控機負責采樣參數(shù)的設定、測試、數(shù)據(jù)的處理。PMAC控制轉(zhuǎn)臺的伺服運動,并在采樣的精確位置為網(wǎng)絡分析儀提供觸發(fā)脈沖。