J un. 2008 6 月 Fire Control Radar Technology 2008 年

() 文章编号 :1008 - 8652 200802 - 047 - 04

相控阵天线方向图远场测试方法研究

邱 天 蔡兴雨

()西安电子工程研究所 西安 710100

【摘要】 天线方向图是描述天线性能的重要参数 ,对于有源相控阵天线而言 ,其方向图的测

试 通常是一项复杂而又艰巨的工作 。为适应多频点 、多通道有源相控阵雷达天线测试的需要 ,文

中提 出了一种基于频率高速捷变 、多通道并行处理的远场测试方法 。该方法能够有效地降低测量

时间 , 提高远场测试的效率。

关键词 :天线方向图 ;有源相控阵 ;多频点多通道 ;远场测试

中图分类号 : TN82 文献标志码 :A

Study on Phased Array Antenna Pattern Far2f ield Testing Methods

Qiu Tian , Cai Xingyu

( )X i’an Elect ronic Engineering Research I nstit ute , X i’an 710100

Abstract :Antenna pattern is an important parameter for describing antenna performance. Wit h respect

to active p hased array antenna , testing it s pattern is a complex and hard job. In order to fit request s of

testing multi2f requency and multi2channel active p hased array radar antenna pattern , t his paper present s a

new far2field testing met hod based on high speed f requency agility and multi2channel parallel processing.

U sing t his met hod can effectively reduce t he measurement time and increase t he efficiency of antenna far2 field testing.

Key words :antenna pattern ; active p hased array ; multi2f requency &multi2channel ; far2field test

,单频点的测量方式 ,这种测量方法烦琐 、费时 , 通道

1 引言 有时还会得到片面的结果 ,很难全面刻画天线的频 带响应特性 。尤其是针对单脉冲体制的多通道多频 随着电子技术的飞速发展 ,电磁研究的不断深 点工作的相控阵雷达 ,由于单脉冲体制需要和差通 入 ,天线作为信号接收和发射不可或缺的关键部件 , 道的数据信息 ,因此不同通道必须具备各自独立的 其发展和应用已经渗透到雷达 、电子对抗 、导航和通 天线方向图数据 ;而基于抗干扰的考虑 ,雷达又必须 信等诸多领域 。天线方向图是描述天线特性的重要 能够工作在较宽的频率范围内 ,这就要求必须对所 参数 ,不同用途的电子设备往往要求天线具有不同 有通道 、所有工作频点的天线方向图进行测量 。针 的方向特性 ,也就是说天线方向图的形状往往决定 对这种复杂体制的雷达 ,如果仍然采用传统的天线 了电子设备的技术性能 ,因此准确地测量天线方向 方向图测试方法 ,那么测试的工作将会是一项庞大 性图是研制和生产天线过程中不可缺少的工作。 的工程 ,正是基于此原因 ,我们设计提出了高速频率 在传统天线方向图测量中 ,通常采用的都是单 捷变的多通道并行处理方法 。该方法能够灵活 、准

收稿日期 :2007 - 12 - 13

() 作者简介 :邱天 ,男 ,1979 年生 ,助理工程师硕士,研究方向为情报雷达总体设计 。

48 火 控 雷 达 技 术 第 37 卷

确 、快速完成远场天线方向图测量工作 ,大大地提高 测量的工作效率。

2 测试方法概述

通常的天线方向图测试需要经过近场测试和远 场测试两个阶段 。近场测试在完成对相控阵天线各

单元相位测试的基础上 ,可以通过数学的方法计算 得出该天线的方向图 ,但由于近场测试很难真实模 ()图 1 天线远场接收方向图测试示意图R ?r 拟天线的实际使用环境 ,所以即使能算出理想天线 制 ,必须具备协调各部件同步执行的控制器以及满 的性能 ,现实使用中的天线仍需要通过远场测量来 足远场测试条件下的数据传输设备 。 检验 。远场测试则是在近场测试的基础之上对所设 具备了上述的测试条件 ,按照图 1 和图 2 的示 计的方向图进行测试 ,它最接近相控阵天线的实际 意连接各测试设备 ,通过天线远场测试系统的控制 工作状态 ,也更直观的反映天线发射接收波束的指 以及相应的数据处理 ,我们可以有效 、快速地得到不 向特性 ,因此远场测试工作是调整和衡量天线方向 同频点下的主瓣宽度 、副瓣电平 、位置以及单脉冲天 图的最有效手段和途径。 线的零深及差斜率等一系列特性参数 。详细的测试 远场区的内界通常定义成 :从测试源按球面波 方法描述见本文第 2 和第 3 部分 。 前到达待测天线之边缘与待测天线之中心的相位差

π) (λ为/ 8 221 5?,相当于/ 16 的波程差 。由此可以 得 出表示菲涅耳区和夫琅和费边界的瑞利距离 : 2 2 D r = λ ( 其中 , r 为待测天线至远场区之内边界的距离 单 ) λ( ) ( 位 :m;为波长 单位 :m; D 为天线口径尺寸 单 ) 位 :m。

在远场测试中待测天线和源天线之间的耦合和 多次反射并不重要 ,而且测量结果对于天线相位中 心的位置变化不太敏感 ,所以旋转待测天线并不会 ()图 2 天线远场接收方向图测试示意图R ?r 导致明显的测量误差 。因此天线转台成为天线远场 测试的常用设备。 3 接收方向图测试

传统的雷达天线方向图测量都是对单通道 、单

图 1 所示的是天线远场接收方向图的测试原理 频点进行测量的 ,但对于单脉冲体制的雷达而言 ,由

框图 ,其中包括被测天线 、信号源 、标准测试喇叭 、天 于雷达系统本身的需要 ,必须同时具备和差多个通

线转台以及天线远场测试系统等几部分 。其中“天 道的方向图数据 ,这就要求测试系统必须能够同时

线远场测试系统”由控制单元 、数据采集单元以及数 提供多路接收通道以保证多通道数据的同时获取 。

据处理单元组成 。控制单元用于协调天线转台 、信 为了满足这一要求我们设计利用多路接收通道以及

号源 、接收机以及天线工作状态等各部分之间的关 AD 数据采集单元 ,通过并行数据采集以及处理来

系 ,通过控制来满足方向图测试所需要的条件 ;数据 满足同时获得不同通道方向图信息的要求 。

采集单元用于将多通道接收机接收到的中频模拟数 多频点的跳频测量与传统的点频测量在组成原

据转化为视频数字信息 ,然后通过数据处理单元对 理上是相同的 ,所不同的是跳频测量要求信号源能

该数据进行分析处理 ,最终得出天线接收方向图数 够在点频信号输出的情况下按照要求对频点进行高

据信息。 速捷变 ,而与之对应的测量设备也必须要有足够的 带宽 。为了满足信号源与接收设备之间的同步控 为满足多频点方向图的快速测试 ,需要信号源

具备频率高速捷变的能力 。另外 ,控制单元必须为

第 2 期 邱天等 相控阵天线方向图远场测试方法研究 49

信号源和天线接收部分提供同步信号 ,这样才能确 保系统工作的同步性 。在实际使用中 ,我们将工作 时序信号送至光端机 ,并由光纤传送至高塔上的信

号源 。在接收端同样借助时序信号以及相应的控制

信息来设置天线和接收机与信号源的工作状态保持

一致 ,这样就确保了测试系统各组成单元之间的同

步性 ,从而为完成测试工作提供必要的保障。 天线测试控制系统产生的发射触发信号通过光 纤送至信号源 ,并控制着信号源按照时序要求输出 不同频点的连续波射频信号 ,该信号经过功率放大 器后由标准喇叭向空间进行辐射 。在测试控制单 元 的指挥下 ,天线同步于信号源进行接收 ,而接收 机则 由控制单元设置并工作在与信号源相同的频 点下 , 这样就能接收信号源输出的所有频点信号 , 经过射 频到中频的解调 ,并通过中频电缆分别将

所有接收 通道的接收数据送至测试控制系统中的

数据采集单 元。

连续波信号经空间传播后被有源相控阵天线接 收 ,并经过雷达接收机的接收解调转为中频信号 , AD 采样便可获取该时刻天线阵面方向的接再 由 收数 据 。由于接收到的信号来自信号源 ,可以对 ( AD 采 样后的视频数据进行快速傅里叶变换 FF ) T处理 , 根据帕斯瓦尔定理知 ,此结果可以用来表 征该时刻 接收到的信号功率值 。那么 ,随着天线 转台的转动 就可以获得不同天线法线指向上对于 同一信号源的 接收功率 ,根据天线远场测试的概念 ,

天线功率方向 图即为幅度方向图 ,这样一来 ,我们

就得到了该频点 下的接收天线方向图 。

对于多通道的处理 ,只需要对不同通道获取的

数据分别进行上述处理 ,便可以得到不同接收通道 上的天线接收方向图 。由于天线在转动过程中转 动 的速率要远低于信号源输出跳频信号的速率 , 因此 可以认为天线在某一位置上接收并由采集设 备记录 的信息中包含所有工作频点的数据信息。 这样一 来 ,我们只需要对采集的数据按照工作频 率的不同 进行数据重排 ,再进行如上所述的 FF T 处理 ,最终 将天线指向角与处理结果相关联 ,便可

一次获得不 同频点所有通道的天线方向图数据。

具备了所有频点所有通道的接收方向数据信

图 3 天线接收数据处理示意图 息 ,再利用该信息来考查是否满足系统对天线指标 所提出的要求 ,并通过测试 - 调整配相数据 - 再测

完成测试工作 ,达到事倍功半的效果。 试的工作流程 ,最终得到满足系统要求的天线方向 图 。在反复的测试中 ,利用该方法可以高速有效地

50 火 控 雷 达 技 术 第 37 卷

图 4 天线接收和差通道方向图

4 发射方向图测试

天线发射方向图的测试模型如图 2 所示 ,与接

收测试的方法相似 ,同样需要测试转台 、测试天线

以 及测试控制处理部分 ,测试控制部分来保障系

统各 组成部分之间的同步 ; 被测天线此次由接收

该为辐 射一方 ,需要在测试控制的指挥下向空间

进行辐射 ; 而高塔上的标准喇叭则变为功率的接

收端 ; 接收测 试时使用的信号源在发射测试则变

(成了用于接收信 号的功率计或频谱仪 在试验中选

) 取了频谱仪; 另 外根据通信的需要新增加了无线

数传设备 。测试设 备的同步以及协调工作仍然由

()图 5 天线发射方向图 直角坐标 、极坐标 控制部分完成 ,数据 的采集工作则由高塔上的频 谱仪实现。 试 ,提出了一套完整的测试方法 ,该方法基于频率高 天线发射方向图测试系统由控制部分提供工作 速捷变和多通道并行处理 ,利用高速的数字化处理 时序以及有关的工作状态设置 ,在其控制下天线向 技术和有效的测试设备能够快速准确的得到有源相 空间辐射能量 ,此时高塔上的标准喇叭接收到的信 控阵天线的接收 、发射方向图 ,经实践验证该方法有 号直接通过射频线缆送至频谱仪 ,并且得到将得到 效可行。 的功率值通过 GPIB 接口送至无线数传设备 ,再由 数传设备将其值送至地面的测试处理单元 ; 随着天 参考文献 : 线转台的转动 ,不同天线指向的功率被接收并记录 [ 1 ] 丁鹭飞 ,张平. 雷达系统[ M ] . 西安 :西北电讯 下来 ,测试处理单元将数据进行汇总并绘制便可得 工程学院出版社 ,1983. 到天线转动过程中的发射功率方向信息 ,再将转台 [ 2 ] 张光义. 相控阵雷达系统[ M ] . 北京 :北京国 信息与天线指向进行换算并与发射功率方向信息相 防工业出版社 ,1994 . 关联 ,我们便得到了不同天线指向上的功率分布图 , ([ 3 ] John D. Kraus , Ronald J . Marhef ka. 天线 第 这也就是所需要的天线发射方向图数据。 ) 三版[ M ] . 北京 :电子工业出版社.

由于发射测试下的测试仪表频谱仪不具备频率 [ 4 ] 毛乃宏 ,俱新德等著. 天线测量手册[ M ] . 北 捷变的功能 ,因此不同频点的发射方向图测试仍需 京 :国防工业出版社 ,1987 年 8 月. 要通过逐一测试来完成 ,但是通过对无线数传设备 [ 5 ] 王金华 , 韦欣荣. 数字多波束天线测试研究 的利用和开发 ,测试工作的自动化程度仍被大大的 () [J ] . 无线电工程. 2007 , 7. 得以提升 。 [ 6 ] 张军 ,刘衍 ,赵迎超. 天线与转台之间的坐标

() 关系[J ] . 火控雷达技术 ,2007 , 1. 5 结束语

本文针对多频点多通道的雷达天线方向图测

天线方向角及下倾角测试方法

天线方向角及下倾角测试

天线方向角测试方法:

使用仪器:指南针

型 号:DQY-1型

指南针的工作环境要求:

1. 在使用指南针时应距离金属物体、金属管道、导线等 2米以上, 以免指南针自身磁场受其他磁场干扰,无法获取准确数据。 2. 应在晴好天气使用,避免空气中过多的带电粒子对指南针造成 影响。

3. 使用时应在远离强磁场,如变压器、旋转电机、高压走廊等。

4. 应避免在太阳黑子活跃期内使用,由于该期间地球磁场会发生 偏转及磁暴现象,指南针获取数据与平时要存在较大差距。 5. 在测试者使用指南针时,不要在其半径 1米内使用手机通话, 以免影响测试数据。

第一种测试方法

1. 测量者在待测天线正后方一定距离(根据实际情况,尽量远离 天线) , 选择一适当位置。 安装好三脚架并把指南针放置于三脚 架托盘上,打开指南针盖并将指南针盖垂直立起与天线面板水 平,调节三脚架将指南针调至水平(或测量者手持) ;

2. 视线从指南针刻度盘边上的准针通过反光镜中间的观察孔,与 前边的校准针再与要测量的天线的支撑杆成直线;

3. 此时指南针黑针所指的刻度就是该天线的方位角;

4. 换另一名测试者重复上述步骤;或用另外一块表进行测量。取 得数据的平均值即

第二种测试方法

1.测量者在待测天线正前方一定距离(根据实际情况,尽量远离 天线) ,选择一适当位置。安装好三脚架并把指南针放置于三脚架 托盘上, 打开指南针盖并将指南针盖垂直立起与天线面板水平, 调 节三脚架将指南针调至水平(或测量者手持) ;

2. 从指南针刻度盘边上的准针通过反光镜中间的观察孔,与前 边的校准针再与要测量的天线的支撑杆成直线;

3.此时指南针白针所指的刻度就是该天线的方位角;

4.换另一名测试者重复上述步骤;或用另外一块表进行测量。取 得数据的平均值即

第三种测试方法

1. 测量者在待测天线板面垂直方向一定距离(根据实际情况, 尽量远离天线) ,选择一适当位置。安装好三脚架并把指南 针放置于三脚架托盘上,打开指南针盖并将指南针盖垂直立 起与天线面板侧面水平,调节三脚架将指南针调至水平(或 测量者手持) ;

2. 指南针刻度盘边上的准针通过反光镜中间的观察孔,与 前边的校准针再与要测量的天线的支撑杆成直线;

3. 此时指南针黑针所指的刻度加或减 90度(在面向天线正面

逆时针一侧加 90度,顺时针减 90度)就是该天线的方位角; 4. 换另一名测试者重复上述步骤;或用另外一块表进行测量。取得 数据的平均值即

适用范围:以上三种测试方法均适用于无线基站定向天线方向角的测 试。

下倾角测试方法:

使用仪器:多功能坡度测量仪

型 号:DQY-1型

测试方法:

1. 将坡度仪最长的一边平贴天线背面;

2.转动水平盘,使水泡处于玻璃管的中间(既水平) ,记录此时指 针所指的刻度;

3. 所得数值就是该天线的下倾角度。

指南针不属国家规定强制检测的测量仪器,施工单位只需每半年 到购买地点校验即可, 坡度测量仪按要求需每年送有资质的部门或检 测网点检测 。

适用范围:以上测试方法适用于无线基站定向天线下倾角的测试。

小区馈线简易安装测试方法

1. 单小区布放

在布放馈线前, 将馈线两端作好标记或编号, 然后按小区顺序布放

馈线,同一小区的两条馈线在走线架上固定好后,最好是将该小区的天 线也安装好,并且,将天线与馈线用软跳连接好,贴好室外馈线标签然 后在室内核对无误后贴好相对应的室内标签,包好馈线头。再开始下一 个小区的馈线布放工作。

适用范围:此安装方法仅适用于馈线长度小于 20米,馈线路由简 单直观,无铁皮线槽覆盖,且拐弯不超过三处的无线基站。

2. 多小区布放

在施工中经常遇到一些特殊站点, 需要几个小区同时布放馈线。 为 避免出现混乱现象。在布放馈线前,将馈线两端分别作好对应的标记或 编号,馈线布放好后,将馈线固定在走线架上前,应将各小区馈线区分 开。为保证不出现错误,应对各小区馈线分别进行测试。

测试方法:

使用仪器:万用表

型 号:YX — 360TRES 型

第一种测试方法:

在馈线室外一端将两条馈线的铜质内蕊用导线连接起来, 在室内一 端用万用表,对两条馈线的内蕊进行电阻测试。如测试结果显示两馈线 内蕊是连通的,则说明该组馈线室内与室外对应正确无误。并及时贴好 对应的小区标签。如测试结果显示两馈线内蕊不是通的,则应对其他几 条馈线逐一进行测试,直至找到内蕊连通的两条馈线为止。天线安装好 后,在与馈线连接前还应确认馈线与天线是否属于同一小区。

适用范围:此测试方法适用于双极化天线的馈线测试。

第二种测试方法:

当每小区只有一条馈线时, 为保证室内与室外的馈线编号和小区编号 一致,在馈线与天线连接前同样可用上述仪器进行测试。

用导线(或鳄鱼夹)将馈线(室外)一端的铜质内蕊和外蕊接通, 在馈线的另一端(室内)用万用表的红、黑探测笔同时分别与馈线的内 蕊和外蕊连接,对其进行电阻测试,如测试结果显示该馈线的内外蕊是 连通的,则说明馈线室内一端与室外一端对应正确无误。并及时在室内 和室外贴好对应的馈线标签。如测试结果显示内外蕊不通,则应在室内 一端对其他馈线逐一进行测试,直至找到内外蕊连通的一条馈线为止。 适用范围:此测试方法适用于单极化天线、 或全向天线的馈线测试 校验:万用表按要求需每年送有资质的部门或检测网点检测一次 。

相控阵天线方向图远场测试方法研究

相控阵天线方向图远场测试方法研究 第37卷第2期(总第144期)

2008年6月

火控雷达技术

FireControlRadarTechnology

Vo1.37No.2(Seriesl44)

Jun.2008

文章编号:1008—8652(2008)02—047—04

相控阵天线方向图远场测试方法研究

邱天蔡兴雨

(西安电子工程研究所西安710100)

【摘要】天线方向图是描述天线性能的重要参数,对于有源相控阵天线而言,其方向图的测试

通常是一项复杂而叉艰巨的工作.为适应多频点,多通道有源相控阵雷达天线测试的需要,文中提

出了一种基于频率高速捷变,多通道并行处理的远场测试方法.该方法能够有效地降低测量时间,

提高远场测试的效率.

关键词:天线方向图;有源相控阵;多频点多通道;远场测试.

中图分类号:TN82文献标志码:A

StudyOilPhasedArrayAntennaPatternFar-fieldTestingMethods

QiuTian,CaiXingyu

(Xi'anElectronicEngineeringResearchInstitute,xi'an710100)

Abstract:Antennapatternisanimportantparameterfordescribingantennaperformance.Wit

hrespect

tOactivephasedarrayantenna,testingitspatternisacomplexandhardjob.InordertOfitreque

stsof

testingmulti—frequencyandmulti—channelactivephasedarrayradarantennapattern,thispaperpresentsa

newfar-fieldtestingmethodbasedonhighspeedfrequencyagilityandmulti—channelparallelprocessing, Usingthismethodcaneffectivelyreducethemeasurementtimeandincreasetheefficiencyof

antennafar—

fieldtesting.

Keywords:antennapattern;activephasedarray;multi—frequency&multi—channel;far—fieldtest

1引言

随着电子技术的飞速发展,电磁研究的不断深

入,天线作为信号接收和发射不可或缺的关键部件,

其发展和应用已经渗透到雷达,电子对抗,导航和通

信等诸多领域.天线方向图是描述天线特性的重要

参数,不同用途的电子设备往往要求天线具有不同

的方向特性,也就是说天线方向图的形状往往决定

了电子设备的技术性能,因此准确地测量天线方向

性图是研制和生产天线过程中不可缺少的工作.

在传统天线方向图测量中,通常采用的都是单

通道,单频点的测量方式,这种测量方法烦琐,费时,

有时还会得到片面的结果,很难全面刻画天线的频

带响应特性.尤其是针对单脉冲体制的多通道多频

点工作的相控阵雷达,由于单脉冲体制需要和差通

道的数据信息,因此不同通道必须具备各自独立的

天线方向图数据;而基于抗干扰的考虑,雷达又必须

能够工作在较宽的频率范围内,这就要求必须对所

有通道,所有工作频点的天线方向图进行测量.针

对这种复杂体制的雷达,如果仍然采用传统的天线

方向图测试方法,那么测试的工作将会是,项庞大

的工程,正是基于此原因,我们设计提出了高速频率 捷变的多通道并行处理方法.该方法能够灵活,准 收稿日期:2007—12—13

作者简介;邱天.男.1979年生.助理工程师(硕士).研究方向为情报雷达总体设计.

48火控雷达技术第37卷

确,快速完成远场天线方向图测量工作,大大地提高 测量的工作效率.

2测试方法概述

通常的天线方向图测试需要经过近场测试和远 场测试两个阶段.近场测试在完成对相控阵天线各 单元相位测试的基础上,可以通过数学的方法计算 得出该天线的方向图,但由于近场测试很难真实模 拟天线的实际使用环境,所以即使能算出理想天线 的性能,现实使用中的天线仍需要通过远场测量来 检验.远场测试则是在近场测试的基础之上对所设 计的方向图进行测试,它最接近相控阵天线的实际 工作状态,也更直观的反映天线发射接收波束的指 向特性,因此远场测试工作是调整和衡量天线方向 图的最有效手段和途径.

远场区的内界通常定义成:从测试源按球面波 前到达待测天线之边缘与待测天线之中心的相位差 为7c/8(22.5.),相当于入/16的波程差.由此可以得 出表示菲涅耳区和夫琅和费边界的瑞利距离: 2D

r—_

A

其中,r为待测天线至远场区之内边界的距离(单 位:m);为波长(单位:m);D为天线口径尺寸(单

位:m).

在远场测试中待测天线和源天线之间的耦合和 多次反射并不重要,而且测量结果对于天线相位中 心的位置变化不太敏感,所以旋转待测天线并不会 导致明显的测量误差.因此天线转台成为天线远场 测试的常用设备.

传统的雷达天线方向图测量都是对单通道,单 频点进行测量的,但对于单脉冲体制的雷达而言,由 于雷达系统本身的需要,必须同时具备和差多个通 道的方向图数据,这就要求测试系统必须能够同时 提供多路接收通道以保证多通道数据的同时获取. 为了满足这一要求我们设计利用多路接收通道以及 AD数据采集单元,通过并行数据采集以及处理来 满足同时获得不同通道方向图信息的要求. 多频点的跳频测量与传统的点频测量在组成原 理上是相同的,所不同的是跳频测量要求信号源能 够在点频信号输出的情况下按照要求对频点进行高 速捷变,而与之对应的测量设备也必须要有足够的 带宽.为了满足信号源与接收设备之间的同步控 图1天线远场接收方向图测试示意图(R?r) 制,必须具备协调各部件同步执行的控制器以及满 足远场测试条件下的数据传输设备.

具备了上述的测试条件,按照图l和图2的示 意连接各测试设备,通过天线远场测试系统的控制 以及相应的数据处理,我们可以有效,快速地得到不 同频点下的主瓣宽度,副瓣电平,位置以及单脉冲天 线的零深及差斜率等一系列特性参数.详细的测试 方法描述见本文第2和第3部分.

图2天线远场接收方向图测试示意图(R?r)

3接收方向图测试

图1所示的是天线远场接收方向图的测试原理 框图,其中包括被测天线,信号源,标准测试喇叭,天 线转台以及天线远场测试系统等几部分.其中"天 线远场测试系统"由控制单元,数据采集单元以及数 据处理单元组成.控制单元用于协调天线转台,信 号源,接收机以及天线工作状态等各部分之间的关 系,通过控制来满足方向图测试所需要的条件;数据 采集单元用于将多通道接收机接收到的中频模拟数 据转化为视频数字信息,然后通过数据处理单元对 该数据进行分析处理,最终得出天线接收方向图数 据信息.

为满足多频点方向图的快速测试,需要信号源 具备频率高速捷变的能力.另外,控制单元必须为

第2期邱天等相控阵天线方向图远场测试方法研究49 信号源和天线接收部分提供同步信号,这样才能确 保系统工作的同步性.在实际使用中,我们将工作 时序信号送至光端机,并由光纤传送至高塔上的信 号源.在接收端同样借助时序信号以及相应的控制 信息来设置天线和接收机与信号源的工作状态保持 一

致,这样就确保了测试系统各组成单元之间的同 步性,从而为完成测试工作提供必要的保障. 天线测试控制系统产生的发射触发信号通过光 纤送至信号源,并控制着信号源按照时序要求输出 不同频点的连续波射频信号,该信号经过功率放大 器后由标准喇叭向空间进行辐射.在测试控制单元 的指挥下,天线同步于信号源进行接收,而接收机则

由控制单元设置并工作在与信号源相同的频点下, 这样就能接收信号源输出的所有频点信号,经过射 频到中频的解调,并通过中频电缆分别将所有接收 通道的接收数据送至测试控制系统中的数据采集单 元.

连续波信号经空间传播后被有源相控阵天线接 收,并经过雷达接收机的接收解调转为中频信号,再 由AD采样便可获取该时刻天线阵面方向的接收数 据.由于接收到的信号来自信号源,可以对AD采 样后的视频数据进行快速傅里叶变换(FFT)处理, 根据帕斯瓦尔定理知,此结果可以用来表征该时刻 接收到的信号功率值.那么,随着天线转台的转动 就可以获得不同天线法线指向上对于同一信号源的 接收功率,根据天线远场测试的概念,天线功率方向 图即为幅度方向图,这样一来,我们就得到了该频点 下的接收天线方向图.

对于多通道的处理,只需要对不同通道获取的 数据分别进行上述处理,便可以得到不同接收通道 上的天线接收方向图.由于天线在转动过程中转动 的速率要远低于信号源输出跳频信号的速率,因此 可以认为天线在某一位置上接收并由采集设备记录 的信息中包含所有工作频点的数据信息.这样一 来,我们只需要对采集的数据按照工作频率的不同 进行数据重排,再进行如上所述的FFT处理,最终 将天线指向角与处理结果相关联,便可一次获得不 同频点所有通道的天线方向图数据.

具备了所有频点所有通道的接收方向数据信 息,再利用该信息来考查是否满足系统对天线指标 所提出的要求,并通过测试一调整配相数据一再测

试的工作流程,最终得到满足系统要求的天线方向 图.在反复的测试中,利用该方法可以高速有效地 lO

O5

O.O

-

05

一

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200400600

(a)时域回波信号

(.)

(c)和通道处理结

(.)

(d)差通道处绡粜

图3天线接收数据处理示意图

完成测试工作,达到事倍功半的效果.

火控雷达技术第37卷

图4天线接收和差通道方向图

4发射方向图测试

天线发射方向图的测试模型如图2所示,与接 收测试的方法相似,同样需要测试转台,测试天线以 及测试控制处理部分,测试控制部分来保障系统各 组成部分之间的同步;被测天线此次由接收该为辐 射一方,需要在测试控制的指挥下向空间进行辐射; 而高塔上的标准喇叭则变为功率的接收端;接收测 试时使用的信号源在发射测试则变成了用于接收信 号的功率计或频谱仪(在试验中选取了频谱仪);另

外根据通信的需要新增加了无线数传设备.测试设 备的同步以及协调工作仍然由控制部分完成,数据 的采集工作则由高塔上的频谱仪实现. 天线发射方向图测试系统由控制部分提供工作 时序以及有关的工作状态设置,在其控制下天线向 空问辐射能量,此时高塔上的标准喇叭接收到的信 号直接通过射频线缆送至频谱仪,并且得到将得到 的功率值通过GPIB接口送至无线数传设备,再由 数传设备将其值送至地面的测试处理单元;随着天 线转台的转动,不同天线指向的功率被接收并记录 下来,测试处理单元将数据进行汇总并绘制便可得 到天线转动过程中的发射功率方向信息,再将转台 信息与天线指向进行换算并与发射功率方向信息相 关联,我们便得到了不同天线指向上的功率分布图, 这也就是所需要的天线发射方向图数据. 由于发射测试下的测试仪表频谱仪不具备频率 捷变的功能,因此不同频点的发射方向图测试仍需 要通过逐一测试来完成,但是通过对无线数传设备 的利用和开发,测试工作的自动化程度仍被大大的 得以提升.

5结束语

本文针对多频点多通道的雷达天线方向图测 图5天线发射方向图(直角坐标,极坐标) 试,提出了一套完整的测试方法,该方法基于频率高 速捷变和多通道并行处理,利用高速的数字化处理 技术和有效的测试设备能够快速准确的得到有源相 控阵天线的接收,发射方向图,经实践验证该方法有 效可行.

参考文献:

[1]丁鹭飞,张平.雷达系-*,~EM3.西安:西北电讯 工程学院出版社,1983.

[2]张光义.相控阵雷达系统EM].北京:北京国 防工业出版社,l994.

[3]JohnD.Kraus,RonaldJ.Marhefka.天线(第 三版)EM3.北京:电子工业出版社.

E43毛乃宏,俱新德等着.天线测量手册[M].北 京:国防工业出版社,l987年8月.

[5]王金华,韦欣荣.数字多波束天线测试研究 EJ].无线电工程.2007,(7). [6]张军,5t4衍,赵迎超.天线与转台之间的坐标 关系[J].火控雷达技术,2007,(1).

天线测试方法

1 测试方法 1.1 技术指标测试 1.1.1 频率范围 1.1.1.1 技术要求

频率范围：1150MHz ～1250MHz 。 1.1.1.2 测试方法

在其它技术指标测试中检测，其它各项指标满足要求后，本项指标符合要求。 1.1.1.3 测试结果

测试结果记录见表1。

表1 工作频率测试记录表格

1.1.21.1.2.1 技术要求

极化方式：线极化。 1.1.2.2 测试方法

该指标设计保证，在测试验收中不进行测试。 1.1.3 波束宽度 1.1.3.1 技术要求

波束宽度：

1）方位面：60°≤ 2θ0.5≤90°； 2）俯仰面：60°≤ 2θ0.5≤90°。 1.1.3.2 测试框图

测试框图见图1。

图1 波束宽度测试框图

1.1.3.3 测试步骤

a) 按图1连接设备；

b) 将发射天线置为垂直极化，将待测天线也置为垂直极化并架设于一维转台上，

设置信号源输出频率为1150MHz ，幅度设为最大值；

c) 使用计算机同时控制一维转台及频谱仪，在一维转台转动的同时频谱仪自动记

录待测天线接收的幅度值，待一维转台完成360°转动后，测试软件绘制该频点的俯仰面方向图；

d) 从该频点方向图中读出俯仰面波束宽度，并记录测试结果于表2； e) 重复步骤b ）~d），直到完成所有频点俯仰面波束宽度测试；

f) 将发射天线置为水平极化，将待测天线也置为水平极化并架设于一维转台上，

设置信号源输出频率为1150MHz ，幅度设为最大值；

g) 使用计算机同时控制一维转台及频谱仪，在一维转台转动的同时频谱仪自动记

录待测天线接收的幅度值，待一维转台完成360°转动后，测试软件绘制该频点的方位面方向图；

h) 从该频点方向图中读出方位面波束宽度，并记录测试结果于表2； i) 重复步骤f ）~h），直到完成所有频点方位面波束宽度测试；

j) 若方位面波束宽度和俯仰面波束宽度60°≤ 2θ0.5≤90°，则满足指标要求。 1.1.3.4 测试结果

测试结果记录见表2。

表2波束宽度测试记录表格

1.1.4.1 技术要求

增益：≥5dBi 。 1.1.4.2 测试框图

测试框图见图2。

待测天线

图2 增益测试框图

1.1.4.3 测试步骤

a) 按图2连接设备；

b) 将发射天线及待测天线都置为垂直极化，设置信号源输出频率为1150MHz ，幅

度设为最大值； c) 读取频谱仪读数P1；

d) 更改信号源频率输出，并读取频谱仪读数，直到所有频点都测试完成； e) 将标准天线天线置为垂直极化并架设于待测天线同一位置，设置信号源输出频

率为1150MHz ，幅度设为最大值； f) 读取频谱仪读数P2；

g) 更改信号源频率输出，并读取频谱仪读数，直到所有频点都测试完成； h) 从标准天线增益曲线或增益表中查到各频点标准天线增益值为G1，则待测天线

增益值G 为P1-P2+G1； i) 若G ≥5dB ，则满足指标要求。 1.1.4.4 测试结果

测试结果记录见表3。

表3增益测试记录表格

天线测试方法

天线测试方法

一、测试依据。

天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波, 或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的专用设备。在移动网络通信中从基站天线到用户手机天线，或从用户手机天线到基站天线的无线连接，它的运行质量在整个网络运行质量中所占的位置是十分明显的。因此，移动网络的好坏也就自然与天线密切相关。为了便于介绍天线测试方法先从天线的几个基本特性谈起。

1、 天线辐射的方向图

天线辐射电磁波是有方向性的，它表示天线向一定方面辐射电磁波的能力。反之，作为接收天线的方向性表示了它接收不同方向来的电磁波的能力。我们通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射（或接收）电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性，并称为天线辐射的方向图。同时用半功率点之间的夹角表示了天线方向图中的水平波束宽度及垂直波束宽度。

2、 天线的增益

天线通常是无源器件，它并不放大电磁信号，天线的增益是将天线辐射电磁波进行聚束以后比起理想的参考天线，在输入功率相同条件下，在同一点上接收功率的比值，显然增益与天线的方向图有关。方向图中主波束越窄，副辩尾辩越小，增益就越高。可以看出高的增益是以减小天线波束的照射范围为代价的。

3、 天线的驻波比

天线驻波比表示天馈线与基站（收发信机）匹配程度的指标。 驻波比的产生，是由于入射波能量传输到天线输入端 B 未被全部吸收（辐射）、产生反射波，迭加而形成的. VSWR 越大, 反射越大, 匹配越差. 那么, 驻波比差, 到底有哪些坏处? 在工程上可以接受的驻波比是多少? 一个适当的驻波比指标是要在损失能量的数量与制造成本之间进行折中权衡的。

4、 天线的极化

天线辐射电磁波中电场的方向就是天线的极化方向。由于电磁波在自由空间传播时电场的取向有垂直线极化的水平线极化的圆极化的, 因而天线也就相应的垂直线极化的天线水平线极化的天线。 特别值得一提的双极化天线，它是在一副天线罩下水平线极化与垂直线极化两副天线做在一起的天线。

二、测试方法

用移动基站给待测天线发送一个GSM 频段中的频点，并且配合天线转台匀速旋转一周 同时用高灵敏度频率扫描仪为数据采样接收机采集所用频点的场强。

三、测试器材

A V3635天线测试系统是以高灵敏度幅相接收机为核心，通过外配天线转台、激励/本振信号源和天线测试装置实现天线远场、近场的自动测量，由于成功地解决了远距离微波传输、控制信号传送、数据采集速度提高、宽频带自动稳幅等技术，整个测试系统具有智能化程度高、测试速度快和测量参数种类齐全等特点，广泛应用在天线设计开发制造、以天线为终端的武器装备的测试、通信、电子对抗与电子干扰等军用和民用领域。

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