天线测试系统校准方法的研究_宋云
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衰减量 （ dB）
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0． 3GHz － 20dBm
表 1 0． 3 ～ 3 GHz 射频接收子系统测试结果
1． 0GHz － 20dBm
2． 0GHz － 20dBm
－ 27dBm
－ 28． 2dBm
－ 29． 2dBm
－ 27． 1dBm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
测试值 （ dB） － 2． 00 － 12． 00 － 22． 00 － 32． 00 － 42． 00 － 51． 90 － 61． 50 － 70． 20 － 76． 70
宋 云 天线测试系统校准方法的研究
图 2 射频接收子系统测试连接图
信号源频率设为 0． 3 GHz，－ 20 dBm，可调衰减器 设为 0 dB，此时用功率计读取测试混频器和参考混频 器输入端的功率值，记录测试值。重新连接好测试混 频器和参考混频器输入端的电缆，10 倍步进调整可调
衰减器的衰减量，减小测试通道信号的功率电平，在接 收机上读取测试结果。同时，记录接收机读数的峰-峰 值，分析射频接收子系统的线性度范围。当测试通道 信号电平步进减小直至接收机系统线性区（ 如峰-峰值 超过 1． 5 dB） 后，线性度和系统线性动态范围测试即 可完成。
P-P 值 （ dB） 0． 05 0． 02 0． 03 0． 04 0． 05 0． 06 0． 20 0． 50 2． 00
－ 28． 4dBm
测试值 （ dB） － 3． 10 － 13． 10 － 23． 10 － 33． 10 － 43． 10 － 53． 20 － 63． 20 － 73． 30 － 83． 50
4． 0GHz － 20dBm
8． 0GHz － 20dBm
－ 24． 4dBm
－ 25． 3dBm
－ 26． 8dBm
－ 34dBm
测试值 （ dB） 5． 00 － 5． 00 － 15． 00 － 25． 00 － 35． 00 － 45． 10 － 55． 00 － 65． 00 － 74． 80
0 0． 01 0． 03 0． 10 0． 27 1． 00
18． 0GHz － 20dBm
－ 30． 0dBm
－ 41． 3dBm
测试值 （ dB） － 2． 10 － 12． 20 － 22． 20 － 32． 30 － 41． 90 － 52． 00 － 61． 90 － 72． 40
P-P 值 （ dB） 0． 01
天线测试系统的性能指标受到接收和发射子系 统、转台子系统、测量频段、测量模式以及测量软件的 综合影响。本文讨论的某天线测试系统，其连接图见 图 1。测试场地为户外的满足远场测试条件的场所， 且测试场地的测试条件已经得到验证。
系统的性能指标应考虑如下： （ 1） 系统频率范围 系统频率范围在 100 MHz ～ 18 GHz。 （ 2） 系统线性动态范围 天线测试系统中将接收机接收到的主瓣最大电平 值和接收机的为测试读数的峰-峰值小于某一个固定 值（ 如 ＜ 1． 5 dB） 的差值定义为接收机的线性动态范 围。当信噪比下降时，接收机仍然可以检测到信号的 变化，但是测量的读数受到噪声的影响而产生较大的 起伏 。根 据 天 线 的 特 点 ，一 般 系 统 线 性 动 态 范 围 达 到
0 0． 01 0． 03 0． 07 0． 24 0． 70 2． 50
改变信号源频率分别为 1． 0、2． 0 和 2． 8 GHz。重 复上述过程，测试射频接收子系统的线性度和系统线 性动态范围。测试结果见表 1。
2 ～ 18GHz 范围内的射频接收子系统的线性范围 和灵敏度的测试需要更换 2 ～ 18 GHz 测试混频器和参
频率 信号源功率 测试混频器 输入端功率值 参考混频器 输入端功率值
在实际天线测试中，依据该可用动态范围，确保被 测天线最大副瓣接收信号处于此范围内，而峰-峰值的 变化即为接收信号的变化。这实际上确定了天线测试 过程中被测天线波束峰值、最大副瓣峰值的最 大 变 化值。
射频接收子系统测试连接图见图 2。信号源输出 的信号进入功分器，分成两路，一路进入参考混频器，另 一路进入可调衰减器。可调衰减器输出的信号进入测 试混频器。测试混频器通过电缆和中频 / 本振单元传递 测试通道的中频信号和本振信号。参考混频器通过电 缆和中频 / 本振单元传递本振信号、中频信号和本振功 率检波信号，中频 / 本振单元将放大后的测试通道和参 考通道的中频信号经电缆送入接收机后面板的 B 和 Ｒ1 中频直接接入端口。接收机的参考晶振输出接入信号 源的参考晶振输入端，接收系统共享同一个晶振。
P-P 值 （ dB） 0． 1 0． 02
0 0． 01 0． 02 0． 03 0． 13 0． 24 1． 30
－ 35． 4dBm
测试值 （ dB） 4． 70 － 5． 40 － 15． 30 － 25． 30 － 35． 40 － 45． 40 － 55． 40 － 65． 40 － 75． 50
P-P 值 （ dB） 0． 03 0． 01 0． 02 0． 03 0． 04 0． 06 0． 20 0． 60 2． 00
频率 信号源功率 测试混频器输 入端功率值 参考混频器输 入端功率值
衰减量 （ dB）
0 10 20 30 40 50 60 70 80
2． 5GHz － 20dBm
表 2 2 ～ 18 GHz 射频接收子系统测试结果
A study on calibration methods of antenna test system
SONG Yun （ No． 724 Ｒesearch Institute of CSIC，Nanjing 210003） Abstract： An antenna is a key part of a radar，and its performances are tested by the antenna test system． Aimed at various factors that influence the antenna test，the technical indexes of the antenna test system are determined through analyzing the characteristics of the system，and the calibration schemes are proposed to solve the problems of the system，providing technical support for the normal operation of the system． Keywords： antenna test system； transmitter system； ＲF receiver system； antenna rotary platform； calibration
第 33 卷 第 4 期 2013 年 12 月
雷达与对抗 ＲADAＲ ＆ ECM
Vol． 33 No． 4 Dec． 2013
天线测试系统校准方法的研究
宋云
（ 中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京 210003）
摘 要： 天线是雷达的关键部件，天线测试系统完成天线性能的测试。针对影响天线测试的较 多因素，通过对天线测试系统特点的分析，明确天线测试系统的技术指标，提出解决天线测试 系统的校准方案，为天线测试系统的正常使用提供技术保障。 关键词： 天线测试系统； 发射系统； 射频接收系统； 天线转台； 校准 中图分类号： TN820 文献标志码： A 文章编号： 1009 － 0401（ 2013） 04 － 0063 － 04
P-P 值 （ dB） 0． 08 0． 02
0 0． 01 0． 03 0． 05 0． 17 0． 50 1． 50
－ 37． 3dBm
测试值 （ dB） 2． 30 － 7． 70 － 17． 70 － 27． 80 － 37． 80 － 47． 80 － 57． 80 － 67． 90
P-P 值 （ dB） 0． 04 0． 01
2 天线测试系统的校准方法
天线测试系统的校准主要包含三大部分，一是发 射子系统的技术指标，二是射频接收子系统转台的技 术指标，三是天线测试系统的整体性能指标。 2． 1 发射子系统
发射子系统包括发射信号源、发射天线。发射信 号源 的 校 准 依 据 JJG173-2003《信 号 发 生 器 检 定 规 程》，校准项 目 包 括 频 率 准 确 度、最 大 输 出 功 率、绝 对 电平准确度、相对电平准确度、谐波、分谐波、非谐波、 载波的剩余调幅和剩余调频等指标，其校准结果应在 信号源技术指标范围内。 2． 2 射频接收子系统
0引言
1 天线测试系统的技术指标
在近场或远场的条件下，通过控制发射系统、射频 接收系统、转台或扫描架，天线测试系统采集被测天线 在指定工作频率接收的数据，经过数据处理，得到天线 的方向图等天线参数信息。天线测试系统的工作频率 不同，对发射系统的要求是提供频率稳定、有一定功率 的信号。接收机可以采用具有很高动态范围的矢量网 络分析仪或频谱分析仪。转台系统要求提供稳定性和 重复性好的水平和垂直方向控制能力。常常根据被测 天线和测试场地的特点，对发射系统和射频接收系统 提出一定 的 技 术 指 标 要 求，以 满 足 天 线 测 试 的 要 求。 同时，由于天线测试的影响因素较多，系统的综合检测 也非常重要。因此，天线测试系统的校准应根据射频 发射系统和射频接收系统的技术条件进行校准，同时 应进行系统校准，验证系统的正常运行。
P-P 值 （ dB） 0． 04 0． 02 0． 04 0． 06 0． 08 0． 06 0． 13 0． 40 1． 20
－ 29． 4dBm
测试值 （ dB） － 3． 60 － 13． 60 － 23． 60 － 33． 60 － 43． 60 － 53． 70 － 63． 70 － 73． 70 － 83． 70
天线远场测试系统的射频接收子系统，其有效测 量范围（ 信号电平） 和变化值决定了被测天线与幅度 值相关的电性能。射频接收子系统主要参数为线性度 和线性动态范围。
将射频子系统按照系统连接图连接后（ 与现场连 接相同） ，根据发射系 统 所 确 定 的 功 率，在 不 同 频 率 下，通过调节衰减器，测试接收机在不同信号强度时的 信号变化的线性度范围和峰-峰值变化，即为可用动态 范围。
收稿日期： 2013 － 04 － 15 作者简介： 宋云（ 1968-） ，女，高级工程师，研究方向： 计量测试及其管理。
— 63 —
雷达与对抗
2013 年 第 4 期
图 1 天线测试系统测试连接图
60 dB 即可满足天线远场测试的需求。 （ 3） 系统线性度 系统线性度为 ＜ 0． 2 dB /10 dB。
射频接收子系统包括接收机、本振源、中频 / 本振 单元以及测试 / 参考混频器等，其中接收机是射频子系 统的关键。本系统采用矢量网络分析仪 N5244A 作为 测试接收机。依据 GJB / J3608-99《自动网络分析仪检 定规程》，校准项目为内部源的校准、测试端口 S 参数 和系统测试指标，其校准指标应符合矢量网络分析仪 的主要技术要求。
天线测试的射频接收子系统通过外混频、中频接 收的模式工作，0． 3 ～ 3 GHz 为外混频方式，2 ～ 18 GHz 为外混频基波方式。射频接收子系统包含 2 对混频
— 64 —
器，即 0． 3 ～ 3 GHz 频段以及 2 ～ 18 GHz 频段的测试和 参考混频器。根据被测天线的工作频率，选用不同的 混频器，系统的其他仪器连接方式不变。
P-P 值 （ dB） 0． 03 0． 01 0． 02 0． 03 0． 04 0． 06 0． 20 0． 60 2． 00
3． 0GHz － 20dBm
－ 30． 0dBm
－ 30． 0dBm
测试值 （ dB） － 4． 40 － 14． 40 － 24． 40 － 34． 40 － 44． 40 － 54． 50 － 64． 50 － 74． 60 － 84． 50
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0． 3GHz － 20dBm
表 1 0． 3 ～ 3 GHz 射频接收子系统测试结果
1． 0GHz － 20dBm
2． 0GHz － 20dBm
－ 27dBm
－ 28． 2dBm
－ 29． 2dBm
－ 27． 1dBm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
测试值 （ dB） － 2． 00 － 12． 00 － 22． 00 － 32． 00 － 42． 00 － 51． 90 － 61． 50 － 70． 20 － 76． 70
宋 云 天线测试系统校准方法的研究
图 2 射频接收子系统测试连接图
信号源频率设为 0． 3 GHz，－ 20 dBm，可调衰减器 设为 0 dB，此时用功率计读取测试混频器和参考混频 器输入端的功率值，记录测试值。重新连接好测试混 频器和参考混频器输入端的电缆，10 倍步进调整可调
衰减器的衰减量，减小测试通道信号的功率电平，在接 收机上读取测试结果。同时，记录接收机读数的峰-峰 值，分析射频接收子系统的线性度范围。当测试通道 信号电平步进减小直至接收机系统线性区（ 如峰-峰值 超过 1． 5 dB） 后，线性度和系统线性动态范围测试即 可完成。
P-P 值 （ dB） 0． 05 0． 02 0． 03 0． 04 0． 05 0． 06 0． 20 0． 50 2． 00
－ 28． 4dBm
测试值 （ dB） － 3． 10 － 13． 10 － 23． 10 － 33． 10 － 43． 10 － 53． 20 － 63． 20 － 73． 30 － 83． 50
4． 0GHz － 20dBm
8． 0GHz － 20dBm
－ 24． 4dBm
－ 25． 3dBm
－ 26． 8dBm
－ 34dBm
测试值 （ dB） 5． 00 － 5． 00 － 15． 00 － 25． 00 － 35． 00 － 45． 10 － 55． 00 － 65． 00 － 74． 80
0 0． 01 0． 03 0． 10 0． 27 1． 00
18． 0GHz － 20dBm
－ 30． 0dBm
－ 41． 3dBm
测试值 （ dB） － 2． 10 － 12． 20 － 22． 20 － 32． 30 － 41． 90 － 52． 00 － 61． 90 － 72． 40
P-P 值 （ dB） 0． 01
天线测试系统的性能指标受到接收和发射子系 统、转台子系统、测量频段、测量模式以及测量软件的 综合影响。本文讨论的某天线测试系统，其连接图见 图 1。测试场地为户外的满足远场测试条件的场所， 且测试场地的测试条件已经得到验证。
系统的性能指标应考虑如下： （ 1） 系统频率范围 系统频率范围在 100 MHz ～ 18 GHz。 （ 2） 系统线性动态范围 天线测试系统中将接收机接收到的主瓣最大电平 值和接收机的为测试读数的峰-峰值小于某一个固定 值（ 如 ＜ 1． 5 dB） 的差值定义为接收机的线性动态范 围。当信噪比下降时，接收机仍然可以检测到信号的 变化，但是测量的读数受到噪声的影响而产生较大的 起伏 。根 据 天 线 的 特 点 ，一 般 系 统 线 性 动 态 范 围 达 到
0 0． 01 0． 03 0． 07 0． 24 0． 70 2． 50
改变信号源频率分别为 1． 0、2． 0 和 2． 8 GHz。重 复上述过程，测试射频接收子系统的线性度和系统线 性动态范围。测试结果见表 1。
2 ～ 18GHz 范围内的射频接收子系统的线性范围 和灵敏度的测试需要更换 2 ～ 18 GHz 测试混频器和参
频率 信号源功率 测试混频器 输入端功率值 参考混频器 输入端功率值
在实际天线测试中，依据该可用动态范围，确保被 测天线最大副瓣接收信号处于此范围内，而峰-峰值的 变化即为接收信号的变化。这实际上确定了天线测试 过程中被测天线波束峰值、最大副瓣峰值的最 大 变 化值。
射频接收子系统测试连接图见图 2。信号源输出 的信号进入功分器，分成两路，一路进入参考混频器，另 一路进入可调衰减器。可调衰减器输出的信号进入测 试混频器。测试混频器通过电缆和中频 / 本振单元传递 测试通道的中频信号和本振信号。参考混频器通过电 缆和中频 / 本振单元传递本振信号、中频信号和本振功 率检波信号，中频 / 本振单元将放大后的测试通道和参 考通道的中频信号经电缆送入接收机后面板的 B 和 Ｒ1 中频直接接入端口。接收机的参考晶振输出接入信号 源的参考晶振输入端，接收系统共享同一个晶振。
P-P 值 （ dB） 0． 1 0． 02
0 0． 01 0． 02 0． 03 0． 13 0． 24 1． 30
－ 35． 4dBm
测试值 （ dB） 4． 70 － 5． 40 － 15． 30 － 25． 30 － 35． 40 － 45． 40 － 55． 40 － 65． 40 － 75． 50
P-P 值 （ dB） 0． 03 0． 01 0． 02 0． 03 0． 04 0． 06 0． 20 0． 60 2． 00
频率 信号源功率 测试混频器输 入端功率值 参考混频器输 入端功率值
衰减量 （ dB）
0 10 20 30 40 50 60 70 80
2． 5GHz － 20dBm
表 2 2 ～ 18 GHz 射频接收子系统测试结果
A study on calibration methods of antenna test system
SONG Yun （ No． 724 Ｒesearch Institute of CSIC，Nanjing 210003） Abstract： An antenna is a key part of a radar，and its performances are tested by the antenna test system． Aimed at various factors that influence the antenna test，the technical indexes of the antenna test system are determined through analyzing the characteristics of the system，and the calibration schemes are proposed to solve the problems of the system，providing technical support for the normal operation of the system． Keywords： antenna test system； transmitter system； ＲF receiver system； antenna rotary platform； calibration
第 33 卷 第 4 期 2013 年 12 月
雷达与对抗 ＲADAＲ ＆ ECM
Vol． 33 No． 4 Dec． 2013
天线测试系统校准方法的研究
宋云
（ 中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京 210003）
摘 要： 天线是雷达的关键部件，天线测试系统完成天线性能的测试。针对影响天线测试的较 多因素，通过对天线测试系统特点的分析，明确天线测试系统的技术指标，提出解决天线测试 系统的校准方案，为天线测试系统的正常使用提供技术保障。 关键词： 天线测试系统； 发射系统； 射频接收系统； 天线转台； 校准 中图分类号： TN820 文献标志码： A 文章编号： 1009 － 0401（ 2013） 04 － 0063 － 04
P-P 值 （ dB） 0． 08 0． 02
0 0． 01 0． 03 0． 05 0． 17 0． 50 1． 50
－ 37． 3dBm
测试值 （ dB） 2． 30 － 7． 70 － 17． 70 － 27． 80 － 37． 80 － 47． 80 － 57． 80 － 67． 90
P-P 值 （ dB） 0． 04 0． 01
2 天线测试系统的校准方法
天线测试系统的校准主要包含三大部分，一是发 射子系统的技术指标，二是射频接收子系统转台的技 术指标，三是天线测试系统的整体性能指标。 2． 1 发射子系统
发射子系统包括发射信号源、发射天线。发射信 号源 的 校 准 依 据 JJG173-2003《信 号 发 生 器 检 定 规 程》，校准项 目 包 括 频 率 准 确 度、最 大 输 出 功 率、绝 对 电平准确度、相对电平准确度、谐波、分谐波、非谐波、 载波的剩余调幅和剩余调频等指标，其校准结果应在 信号源技术指标范围内。 2． 2 射频接收子系统
0引言
1 天线测试系统的技术指标
在近场或远场的条件下，通过控制发射系统、射频 接收系统、转台或扫描架，天线测试系统采集被测天线 在指定工作频率接收的数据，经过数据处理，得到天线 的方向图等天线参数信息。天线测试系统的工作频率 不同，对发射系统的要求是提供频率稳定、有一定功率 的信号。接收机可以采用具有很高动态范围的矢量网 络分析仪或频谱分析仪。转台系统要求提供稳定性和 重复性好的水平和垂直方向控制能力。常常根据被测 天线和测试场地的特点，对发射系统和射频接收系统 提出一定 的 技 术 指 标 要 求，以 满 足 天 线 测 试 的 要 求。 同时，由于天线测试的影响因素较多，系统的综合检测 也非常重要。因此，天线测试系统的校准应根据射频 发射系统和射频接收系统的技术条件进行校准，同时 应进行系统校准，验证系统的正常运行。
P-P 值 （ dB） 0． 04 0． 02 0． 04 0． 06 0． 08 0． 06 0． 13 0． 40 1． 20
－ 29． 4dBm
测试值 （ dB） － 3． 60 － 13． 60 － 23． 60 － 33． 60 － 43． 60 － 53． 70 － 63． 70 － 73． 70 － 83． 70
天线远场测试系统的射频接收子系统，其有效测 量范围（ 信号电平） 和变化值决定了被测天线与幅度 值相关的电性能。射频接收子系统主要参数为线性度 和线性动态范围。
将射频子系统按照系统连接图连接后（ 与现场连 接相同） ，根据发射系 统 所 确 定 的 功 率，在 不 同 频 率 下，通过调节衰减器，测试接收机在不同信号强度时的 信号变化的线性度范围和峰-峰值变化，即为可用动态 范围。
收稿日期： 2013 － 04 － 15 作者简介： 宋云（ 1968-） ，女，高级工程师，研究方向： 计量测试及其管理。
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雷达与对抗
2013 年 第 4 期
图 1 天线测试系统测试连接图
60 dB 即可满足天线远场测试的需求。 （ 3） 系统线性度 系统线性度为 ＜ 0． 2 dB /10 dB。
射频接收子系统包括接收机、本振源、中频 / 本振 单元以及测试 / 参考混频器等，其中接收机是射频子系 统的关键。本系统采用矢量网络分析仪 N5244A 作为 测试接收机。依据 GJB / J3608-99《自动网络分析仪检 定规程》，校准项目为内部源的校准、测试端口 S 参数 和系统测试指标，其校准指标应符合矢量网络分析仪 的主要技术要求。
天线测试的射频接收子系统通过外混频、中频接 收的模式工作，0． 3 ～ 3 GHz 为外混频方式，2 ～ 18 GHz 为外混频基波方式。射频接收子系统包含 2 对混频
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器，即 0． 3 ～ 3 GHz 频段以及 2 ～ 18 GHz 频段的测试和 参考混频器。根据被测天线的工作频率，选用不同的 混频器，系统的其他仪器连接方式不变。
P-P 值 （ dB） 0． 03 0． 01 0． 02 0． 03 0． 04 0． 06 0． 20 0． 60 2． 00
3． 0GHz － 20dBm
－ 30． 0dBm
－ 30． 0dBm
测试值 （ dB） － 4． 40 － 14． 40 － 24． 40 － 34． 40 － 44． 40 － 54． 50 － 64． 50 － 74． 60 － 84． 50