毫米波多通道掃頻天線測(cè)量系統(tǒng)

　　PMAC可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制器是美國(guó)Delta Tau 公司研制的世界上功能最強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制器之一。它首先全面地開發(fā)了DSP (Digital Signal Processing)功能，具有極快的處理速度，每軸的伺服更新在20－30 從而保證了伺服的剛性和響應(yīng)速度，同時(shí)減小了系統(tǒng)誤差和滯后。另外，PMAC良好的軌跡特性，為高級(jí)伺服應(yīng)用提供了準(zhǔn)確性和平滑性，而其大寬帶輸入特性也為轉(zhuǎn)臺(tái)的快速精密運(yùn)動(dòng)提供了保障。軟件方面PMAC的開放結(jié)構(gòu)，編程的靈活性以及后臺(tái)運(yùn)行的PLC（Programable Logic Control）程序都為系統(tǒng)的開發(fā)提供了便利條件。

　　控制系統(tǒng)配置時(shí)需根據(jù)應(yīng)用中的總線結(jié)構(gòu)、電機(jī)類型、反饋元件等對(duì)PMAC進(jìn)行擴(kuò)展。

　　其中包括從絕對(duì)編程器或激光干涉儀獲得反饋的I/O板，伺服驅(qū)動(dòng)單元，伺服電機(jī)，雙端口存儲(chǔ)器等進(jìn)而形成完整的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3。

　　工業(yè)控制機(jī)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀之間的通訊由GPIB（General Purpose InteRFace Bus）總線完成。主機(jī)通過GPIB卡設(shè)置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率，信號(hào)源功率，激勵(lì)方式，中頻帶寬等測(cè)量參數(shù)。遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，網(wǎng)絡(luò)分析儀收到PMAC的觸發(fā)脈沖后立即進(jìn)行幅相數(shù)據(jù)采集并將其存入緩沖區(qū)，隨后送到主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。系統(tǒng)配置的AGP（Accelerated Graphics Port）雙端口顯示卡，可將桌面擴(kuò)展到兩個(gè)顯示器。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)位置信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 控制軟件包括對(duì)PMAC和GPIB接口的控制，并由此實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的閉環(huán)控制，以及網(wǎng)絡(luò)分析儀的功能設(shè)定與采樣控制。控制軟件的功能模塊包括：系統(tǒng)初始化，PMAC參數(shù)設(shè)定，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀控制，文件管理，運(yùn)動(dòng)軸定位，遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試等功能。

　　在定位控制和遠(yuǎn)場(chǎng)掃描中不僅要對(duì)PMAC設(shè)置運(yùn)動(dòng)及采樣參數(shù)，而且需要對(duì)各軸的位置反饋信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，即實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)間的實(shí)時(shí)通訊。軟件采用PCOMM32動(dòng)態(tài)連接庫(kù)實(shí)現(xiàn)通訊。PCOMM32與GPIB驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)框圖見圖4。

　　在驅(qū)動(dòng)程序的外層開發(fā)人員可采用VisualBasic、C++、Delphi等可視化語(yǔ)言進(jìn)行編程，并充分利用Windows豐富的GUI(Graphics User Interface)函數(shù)創(chuàng)建友好的人機(jī)界面。

　　3 系統(tǒng)軟件包

　　天線遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)是一套在計(jì)算機(jī)控制下的高精度自動(dòng)測(cè)試設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)的正常工作依賴于系統(tǒng)軟件的支持。系統(tǒng)軟件包括在遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量方式下對(duì)被測(cè)天線及輔助天線各運(yùn)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)控制，通過GPIB接口對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Anritsu 37169C的設(shè)定和控制,以及遠(yuǎn)場(chǎng)信息的采集，存儲(chǔ)和天線輻射特性分析處理。全部軟件采用模塊結(jié)構(gòu)，在WINDOWS界面下，通過窗體屏幕，菜單提示，簡(jiǎn)單人機(jī)對(duì)話等方式為用戶提供極大的方便。系統(tǒng)具有連續(xù)波點(diǎn)頻測(cè)量、多通道測(cè)量、掃頻測(cè)量和極化測(cè)量功能。各種方式的靈活組合，充分滿足了用戶的測(cè)試需求。系統(tǒng)軟件包括測(cè)量和數(shù)據(jù)處理兩大功能，其它選項(xiàng)可以幫助用用戶分析和處理數(shù)據(jù)。

　　(1) 測(cè)量部分由五個(gè)功能模塊組成：

　　掃描設(shè)定：本模塊允許用戶定義測(cè)試類型和待側(cè)天線的基本特性，該信息將作為自動(dòng)測(cè)試參數(shù)；
　　多通道設(shè)置：本模塊由于自動(dòng)產(chǎn)生通道選擇表，用戶可以選擇掃描速度；
　　掃頻測(cè)量設(shè)定：選擇掃頻測(cè)量頻率，生成頻率列表；
　　接收機(jī)控制：控制Anritsu 37169C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和綜合頻率源。根據(jù)掃描方式設(shè)定儀器工作狀態(tài)；
　　定位功能：控制轉(zhuǎn)臺(tái)和極化器的精確確定和測(cè)量軌跡。

　　(2) 數(shù)據(jù)處理部分

　　遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖參數(shù)分析：用戶可以輸入和改變遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的顯示方式，并可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化、平滑、移動(dòng)、截?cái)嗟忍幚恚?br /> 　　掃頻數(shù)據(jù)處理：實(shí)現(xiàn)多頻點(diǎn)數(shù)據(jù)的顯示、參數(shù)分析、比較和轉(zhuǎn)換；
　　數(shù)據(jù)比較、疊加、平滑功能；分析比較個(gè)通道方向圖的差別。分段平滑測(cè)試數(shù)據(jù)。

　　立體方向圖重構(gòu)：根據(jù)E面和H面方向圖重構(gòu)天線的空間立體方向圖。

　　4 測(cè)試實(shí)例

　　根據(jù)圖1遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)配置，我們對(duì)某機(jī)載多通道天線進(jìn)行了掃頻測(cè)量，測(cè)試通道數(shù)為3，極化狀態(tài)為1，頻率點(diǎn)數(shù)為11。一次掃描完成33個(gè)方向圖測(cè)量。因而整個(gè)測(cè)量時(shí)間約為2min。在保證近場(chǎng)測(cè)量精度的同時(shí)，與單通道單頻點(diǎn)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量相比測(cè)試效率提高了20倍。圖5為某天線第二通道，11個(gè)頻率的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。圖6為中心頻率三個(gè)通道方向圖比較。

　　5 結(jié)論

　　毫米波多通道掃頻遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)是一套基于PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器的高精度、多功能、自動(dòng)化的測(cè)量設(shè)備。該系統(tǒng)集數(shù)據(jù)分析、圖像處理、系統(tǒng)控制等功能于一體，能方便快捷地完成天線遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量任務(wù)，是天線現(xiàn)代化測(cè)試技術(shù)的高度集成。系統(tǒng)采用Anritsu"閃電"37169C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和MG3694微波合成信號(hào)發(fā)生器，在保證測(cè)量精度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了多通道掃頻遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量，有效地降低了測(cè)量時(shí)間。系統(tǒng)滿足了毫米波遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試的高指標(biāo)要求，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，具有良好的性能價(jià)格比和推廣應(yīng)用價(jià)值。