毫米波多通道掃頻天線測量系統(tǒng)

　　隨著電子技術(shù)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(guān)鍵部件，其發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)滲透到雷達(dá)、電子對抗、導(dǎo)航和通信等諸多領(lǐng)域。高性能新型天線的設(shè)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(fèi)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(yīng)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(biāo)的RCS測量，隱身與反隱身材料特性的研究等都迫切需要應(yīng)用掃頻技術(shù)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(jìn)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(zhǔn)及故障排除提供了有力的手段。測量中通過對射頻開關(guān)的控制在各通道間進(jìn)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(shù)，要求準(zhǔn)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(jī)、信號源和相應(yīng)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(jìn)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(jī)械子系統(tǒng)組成。工業(yè)控制機(jī)通過對運(yùn)動控制器，驅(qū)動器，交流伺服電機(jī)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(luò)分析儀和Anritsu MG3694A信號源的控制，使其在測試過程按預(yù)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(jìn)行分析，獲得天線遠(yuǎn)場輻射特性信息，如遠(yuǎn)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(luò)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(jī)程序來控制，計算機(jī)與它的通信聯(lián)絡(luò)由GPIB接口電路來實現(xiàn)。在遠(yuǎn)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(yùn)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(jī)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(shù)指標(biāo)

　　37100C系列微波矢量網(wǎng)絡(luò)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(jī)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(jìn)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(yīng)用提供了條件。儀器技術(shù)指標(biāo)如下：

　　1.2 多源模式

　　根據(jù)37169C的技術(shù)指標(biāo)，在毫米波段儀器的內(nèi)部源輸出功率最大為-3dBm,對于遠(yuǎn)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(qiáng)度。精確的穩(wěn)幅功率輸出，從-120dBm以0.01dB步進(jìn)，可以實現(xiàn)接收機(jī)高靈敏度的測量。

　　37100C系列矢網(wǎng)具有強(qiáng)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(jī)。可分別設(shè)定兩個信號源的頻率范圍和輸出功率，以及接收機(jī)的掃描范圍。多源方式的設(shè)定，包括定義每段的頻率范圍和段內(nèi)信號源、接收機(jī)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(shè)定。

　　2 基于PMAC的開放式數(shù)控系統(tǒng)

　　我們研制的遠(yuǎn)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(lǐng)先水平。數(shù)控系統(tǒng)以工業(yè)控制機(jī)為平臺，PMAC為控制器構(gòu)成主從式雙微處理器結(jié)構(gòu)。工控機(jī)負(fù)責(zé)采樣參數(shù)的設(shè)定、測試、數(shù)據(jù)的處理。PMAC控制轉(zhuǎn)臺的伺服運(yùn)動,并在采樣的精確位置為網(wǎng)絡(luò)分析儀提供觸發(fā)脈沖。