数字相控阵天线测试平台

数字相控阵天线测试平台

作者：戴海青胥志毅吴鸿超

来源：《电子技术与软件工程》2017年第15期

摘要：现代大型数字相控阵天线中，天线内的TR组件数目庞大同时工作频带很宽，阵面的暗室测试工作十分繁琐，工作量巨大。为简化测试过程，提高测试效率，文中对数字相控阵天线阵面的测试方案进行了研究，提出并搭建了一套测试平台，通过对天线阵面样机的试验，验证了测试方法的高效率和正确性。

【关键词】相控阵天线天线测试波控

在现代雷达领域，数字相控阵雷达相比较传统的模拟相控阵雷达，在波束扫描的灵活性、系统时问资源利用率以及多功能应用等多个方而有着明显优势。

为了保证数字相控阵天线性能，需完成天线组件的通道数据采集，对整个天线系统的组件相位幅度配平，以及完成对相控阵雷达天线的方向图测试。尤其对于大型相控阵雷达天线而言，测试工作量（尤其在近场测试）按TR组件数目、工作频点数目乘积激增，测试过程非常繁琐。所以建立一种能够快速、准确地测量出数字相控阵天线的特性参数的天线测试平台，对于满足新型数字相控阵雷达的研制十分重要。

1 数字相控阵天线阵面

数字相控阵天线阵而都包含天线罩、天线阵列、结构骨架和高频箱（内部包含了T/R组件、综合网络、阵而电源、阵而监测设备等），其主要功能是：

（1）发射时，阵而对发射前级送来的信号进行放大、辐射和空问功率合成。

（2）接收时，阵而将天线接收到的目标回波信号放大，经过数字接收通道转换成数字信号，交由数字波束形成（DBF）形成自适应波束。

数字相控阵天线阵而的测试主要特点：数字相控阵天线阵而，收发波瓣测试时，天线阵而与测试探头之问一个是发射模拟信号，一个则是经过AD采样之后的接收数字IQ信号，二者之问的同步相参需要额外的硬件设备，并经过特殊的数据处理，同时数字相控阵天线阵而控制接口、下行数据接口一般采用光纤形式，需要测试系统满足该要求。

2 测试系统组成和原理框图

根据数字相控阵天线阵而暗室测试的特点，本文设计了一套测试系统，系统框图如图1所示。

相对于传统雷达天线测试系统一般依靠终端计算机协同控制所有设备、分系统（如图所示），受限于其接口性能限制（串口232，网络）以及操作系统响应时问，传统雷达天线测试系统在实际测试中需要花费大量时问在各设备、分系统的状态控制上，效率低下。本文所讨论的数字相控阵雷达天线测试系统，采用基于嵌入式PowerPC440的控制模块，具有阵而控制功能、定时产生功能和频率源控制功能并可以通过网络与主控计算机通信，实际测试中由该模块控制数字相控阵雷达天线并协同频率源以及其他射频仪表，大大提高了测试效率。

3 测试步骤

以数字阵天线波瓣近场测试为例，其主要步骤和方法如下：

（1）主控计算机通知伺服扫描架走到第一个通道的位置，并将第一个通道测试序列以指令序列形式发给控制设备；

（2）当探头到位时，伺服向控制设备返回握手信号，控制设备读入指令序列第一帧，光纤下传的参考和被测信号光纤数据经数据记录仪进行采集。当收发工作定时结束时，控制设备顺序读入指令序列第二帧，如此循环直到完成整个测试指令序列。

（3）同样当探头到位时，伺服返回握手信号同样送主控计算机，主控计算机根据之前送控制设备的第一个通道测试序列计算延时以等待控制设备完成测试。待延时到期，主控计算机通知伺服扫描架走到第二个通道的位置，并将第二个通道测试序列以指令序列形式发给控制设备。如此反复直到最后一个通道测试完成。

4 测试验证

利用该测试方案，对国内某相控阵雷达样机的天线阵而进行了实测验证，单通道50频点的收发测试项目，测试时问由原来计算机主控方案时大约2s，减少为现方案的40ms，时问效率提高近50倍。测试得到的近场接收波瓣图取其方位主平而的波瓣图，与雷达在外场测试的远场波瓣图进行比对，二者结果基本一致，如图2。

5 结语

通过对数字相控阵天线阵而测试方案的研究，提出了可行的测试方法并搭建了相关测试系统，同时对数字相控阵雷达样机的天线阵而的近场测试，取得良好的测试结果，为未来数字相控阵技术的发展和使用，提供了有效的技术支持。

参考文献

[1]吴曼青，数字阵列雷达及其进展[J].中国电子科学研究院学报，2006，1（01）：11-16.

[2]吴鸿超，万长宁，熊慎伟等，数字相控阵雷达发射多波束特性研究[J].微波学报，2014，30（01）：6-9.