遠(yuǎn)場天線測試系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

李 光

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,石家莊 050081）

遠(yuǎn)場天線測試系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

李 光

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,石家莊 050081）

隨著社會的發(fā)展，在各行各業(yè)中無線電儀器設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，在實際工作中，要想檢測天線是否滿足需求，就要對天線的信號增益性以及波瓣寬度等參數(shù)進(jìn)行檢查。一般情況下是通過外場環(huán)境測試來對天線的真實性進(jìn)行檢查，但是在實際檢查過程中，由于一些外部因素的影響，例如吊桿裝置的轉(zhuǎn)動角度不夠精確等，導(dǎo)致不能準(zhǔn)確的測出天線的各項參數(shù)性能，為此，開發(fā)了這套遠(yuǎn)場天線自動測試系統(tǒng)。

遠(yuǎn)場天線測試系統(tǒng)；研究；實現(xiàn)

1 傳統(tǒng)遠(yuǎn)場天線測試過程主要存在以下幾個問題

（1）在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)場天線系統(tǒng)中，天線的轉(zhuǎn)臺和吊桿都采用的是輪軸式，因此如果需要對天線進(jìn)行測試時，都是利用人工的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺及吊桿，但是人工操作的準(zhǔn)確度不高，不能滿足實驗的需要。

（2）轉(zhuǎn)臺和吊桿上的待測天線在與源天線的對準(zhǔn)過程中，只能依靠人的眼睛，這樣的準(zhǔn)確度也是不能保證的，給天線性能的計算造成了很大的困擾。

（3）在實際工作中，測試人員需要將轉(zhuǎn)臺以及吊桿轉(zhuǎn)動的角度值和頻譜儀測得的幅度值全部記錄下來，但是人工記錄不僅測試效率很低，而且誤差也比較高，由于儀器性能的局限性，沒有辦法對垂直方向圖進(jìn)行180°測試，這對于天線的測量以及開發(fā)具有極大的限制。

2 天線測試系統(tǒng)的構(gòu)成

和原有的測試系統(tǒng)不同，遠(yuǎn)場天線測試系統(tǒng)對傳統(tǒng)的測試方法進(jìn)行了較大的改變，其系統(tǒng)是一套集智能控制、快速采集為一體的操作系統(tǒng)，同時還具備數(shù)據(jù)高速處理功能，還可以將報告迅速的打印出來。而且這套系統(tǒng)和傳統(tǒng)的基礎(chǔ)算法有較大的區(qū)別，該系統(tǒng)可以有效的將遠(yuǎn)場測試以及環(huán)境之間的誤差計算出來，從而有效的提高天線測試數(shù)據(jù)的可靠性。

遠(yuǎn)場天線自動測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 天線測試系統(tǒng)的運作流程

（1）工控機(jī)工作時，要保持系統(tǒng)中的機(jī)柜在接地狀態(tài)，同時要正常連接機(jī)柜匯總的信號線路以及射頻電纜。

（2）工控機(jī)上的測試系統(tǒng)開啟后，按照系統(tǒng)中的指示燈對系統(tǒng)中的所有設(shè)備進(jìn)行檢查，保證其工作的正常。

（3）對測試系統(tǒng)的各項參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，例如系統(tǒng)的發(fā)射功率、掃頻范圍、轉(zhuǎn)臺/吊桿終止角度、誤差參數(shù)補(bǔ)償?shù)?，此外還要設(shè)置存儲文件的路徑，然后再進(jìn)行測試系統(tǒng)的運行操作。

（4）待系統(tǒng)完成后，將得到的天線性能參數(shù)進(jìn)行保存，并打印報告。

（5）復(fù)原測試系統(tǒng)，以便下一次的使用。

4 測量算法處理

在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)場天線測量過程中，由于地面反射波的存在，導(dǎo)致很難進(jìn)行精確的測量，不僅是地面反射波在實際的測試場中，還會收到電磁干擾、障礙物的雜亂反射等因素的影響，從而使得結(jié)果產(chǎn)生誤差，因此要想提高天線性能測試的準(zhǔn)確度，就要對誤差來源進(jìn)行分析并進(jìn)行誤差修正，根據(jù)實踐表明，在天線測試過程中，對方向圖以及天線增益的影響最大。

（1）修正天線方向圖的誤差。在天線方向圖方面的誤差主要有兩部分構(gòu)成，一種誤差是由于轉(zhuǎn)臺角度和天線相位中心不能重合，最終導(dǎo)致出現(xiàn)角度誤差，另外一種是由于對天線的發(fā)射功率測量不準(zhǔn)去造成的角度誤差。

（2）修正天線增益誤差。在對天線進(jìn)行測試時，每種天線的工作頻率都是不一樣的，因此不同工作頻率的天線其增益測量方法也是不同的，一般情況下，都是根據(jù)饋線和收發(fā)天線之間的傳輸功率的公式進(jìn)行計算增益的，但是在這個過程中，會有阻抗失配的誤差。在實際計算天線增益的時候，首先要根據(jù)天線增益和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀以及信號源負(fù)載之間的關(guān)系，并利用發(fā)射天線和電壓駐波計算出總失配因子，然后再計算出天線增益。

5 系統(tǒng)驗證

構(gòu)建完成遠(yuǎn)場天線系統(tǒng)后，就需要對其進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。這套系統(tǒng)融合了虛擬儀器、MATLAB和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，同時還具有智能檢測以及輸出報告等功能，而且在處理復(fù)雜算法的問題上也有很大的優(yōu)勢。此外利用該系統(tǒng)，還可以對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并且可以實時的將方向圖顯示出來。系統(tǒng)實體柜結(jié)構(gòu)如圖2所示。

6 結(jié)束語

文章首先討論了傳統(tǒng)遠(yuǎn)場天線測試中的不足，然后通過利用虛擬機(jī)優(yōu)化了測試方式。此外在本系統(tǒng)中，還有效的運用了Matlab、數(shù)據(jù)庫等軟件，對參數(shù)的計算方法進(jìn)行改進(jìn)，因此該系統(tǒng)是一種科學(xué)有效的天線測試系統(tǒng)。

[1]史印良.微波暗室設(shè)計評估與驗證方法的研究[D].北京交通大學(xué),2017.

[2]江思杰,程照明,江傳華.遠(yuǎn)場天線測試系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].計測技術(shù),2014(3406):9-13.

[3]王思昊.天線遠(yuǎn)場測量系統(tǒng)的分析與研究[D].西安電子科技大學(xué),2014.

[4]陳宵.外場天線測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及軟件設(shè)計[D].電子科技大學(xué),2016.

[5]汪江秀.相控陣天線測試診斷技術(shù)研究[D].南京航空航天大學(xué),2016.

[6]張文強(qiáng).衛(wèi)星電視地球站接收天線測試系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].電子科技大學(xué),2016.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.127

李光（1986-）,男,河北廊坊人,本科,研究方向:天線微波測量。