有源相控阵天线自动测试系统设计_熊毅

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２ ０ １ ２年１ ０月
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２ 系统设计
／ Ｒ 组 件 实际 测 试 的 需 要， 为 了 满 足 大 规 模 Ｔ 本文通过以太网或 Ｇ 通 用 接 口 总 线） 接口与 Ｐ Ｉ Ｂ（
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雷达科学与技术 第１ ０ 卷第 ５ 期 ５ ６ ２ 利用运行在计算机上的软件控制 ＶＮＡ 连 接 ， ２． ２ 软件系统设计 对天线测试数 据的读取， 并将计算机通过局 ＶＮＡ 形成了上位机软件对下 域网与波 控 计 算 机 连 接 ， 位机软件控制与数 据 实 时 处 理 的 有 源 相 控 阵 天 线 自动测试 系 统 。 该 测 试 系 统 通 过 软 件 化 方 法 ， 充 分利用 了 现 代 计 算 机 强 大 的 数 据 与 图 形 处 理 能 很好地 解 决 了 有 源 相 控 阵 雷 达 天 线 故 障 诊 断 力， 与校正问题 。 ２． １ 硬件系统构成 图 １ 是本文设 计 的 有 源 相 控 阵 天 线 自 动 测 试 系统组成框图 。相控阵天线是一个 Ｍ 行 Ｎ 列的二 ／ 维相控阵列 ， 内含 Ｍ ×Ｎ 个 Ｔ 多个延迟线 Ｒ 组件 、 矩 阵 开 关、 波 控 分 机 和 阵 面 电 源 等 设 备 ，其 组件 、 中由波控分机实 现 与 计 算 机 的 通 信 。 运 行 在 计 算 机上的天线自动测 试 软 件 作 为 整 个 系 统 的 控 制 单 元， 对天线和 测 试 设 备 进 行 控 制 、 数 据 通 信、 数据 处理 、 结果 显 示 等 。 图 示 中 的 测 试 设 备 是 系 统 中 可 能 是 脉 冲 或 连 续 波 ＶＮＡ， 最难以统 一 的 设 备 ， 也可能是 暗 室 近 场 测 量 系 统 ， 在实际测试过程中 可以根据具体需 要 进 行 选 择 。 在 天 线 测 试 工 作 完 成后 ， 测试设备可采 用 雷 达 系 统 内 设 备 代 替 ， 当需 要再次对 天 线 进 行 自 动 校 正 和 故 障 诊 断 时 ， 无需 便可以解决天线单 借助测量 仪 表 作 为 辅 助 设 备 ， 元的故障 诊 断 与 校 正 问 题 。 这 里 需 要 说 明 的 是 ， 在计算机与 ＶＮＡ 连接时 ， 其硬件接口一般都是使 如果是只能使用 Ｇ 用以太网口 ， Ｐ Ｉ Ｂ 接口
关键词 ：矢量 网络 分析 仪 ；Ｇ Ｐ Ｉ Ｂ 总 线 ；自 动 测 试 ；有 源 相 控 阵
（ ） 中图分类号 ： ＴＮ ９ ５ ７； ＴＮ ８ ２ １＋ ． ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ ２ ３ ３ ７ ２ ０ １ ２ ０ ５ ０ ５ ６ １ ０ ４ － － －
；修回日期 ： 收稿日期 ： ２ ０ １ １ １ １ ０ ２ ２ ０ １ ２ ０ １ １ ９ － － － －
输出功率 、 频谱 、 脉冲检波包络 、 幅频特性 、 相频特性 的检测和幅度相位的一致性分析 ， 对天线测试的手 段提出了很高的要求 。 过去手动的测试是人工依次 将各通道打开与关闭 ， 测量每个通道的幅相特性并 对于 规 模 小 的 相 控 阵 天 线 可 行 ， 但对于 记录数据 ， 通道数量多的相控 阵 天 线 而 言 这 种 方 法 既 浪 费 人 尤其 是 占 用 微 波 暗 室 的 时 间 长 ， 使 力又耗费时间 ， 严重影 得本来就 显 得 不 足 的 有 限 资 源 更 加 紧 张 ， 响科研生 产 进 度 。 因 此 只 有 寻 求 新 的 测 试 方 法 ， 才能提高天线测试的效率 ， 满足实际工作需要 。
第５期
雷达科学与技术
Ｖ ｏ ｌ ． １ ０Ｎ ｏ ． ５
有源相控阵天线自动测试系统设计
熊 毅 ，符 伟 ，钱 林 ，何 诚 ，陶成忠
（ ） 中国电子科技集团公司第三十八研究所 ，安徽合肥 ２ ３ ０ ０ ８ ８
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／ 测 试 数据处 理 量大 、 测 试 效率 低 的特 点 ， Ｒ 组 件 测 试通 路 多 、 摘 要 ：针 对 现 代 有 源 相 控 阵 雷 达天 线 Ｔ ／ 设计 了一 种适 用 于 大 规 模 Ｔ Ｒ 组件测试的有 源 相 控 阵 天 线 自 动 测 试 系 统。该 系 统 设 计 通 过 Ｇ Ｐ Ｉ Ｂ接口或 以 太网 对 ＶＮＡ（ 矢量 网络 分析 仪 ） 进行 访 问 控 制 与 数 据 采 集 ， 充分利用了现代计算机强大的数据处理与分 析能 力 ， 不 仅 解决 了 有 源 相 控 阵 天 线 故障诊 断 与 自 动 校 正 问题 ， 而且还极大地提高了工作效率， 节约了人力 ／ 成 本 。 实 际 应用 表 明 ： 该 测 试系 统工 作 稳 定 ， 使用方便， 能 够 充 分 满足 Ｔ Ｒ 组件测试需要。
／ 量一般都很大 ，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ要在短时间内完成每个 Ｔ Ｒ 组件的
１ 引 言
随着现代 电 子 技 术 的 飞 速 发 展 ，越 来 越 多 的 １］ 。相控阵雷 雷达系统加入 到 相 控 阵 体 制 的 行 列 ［ 达可分为 有 源 和 无 源 两 类 ， 二者的主要区别在于 发射／接收 元 素 的 多 少 。 无 源 相 控 阵 雷 达 仅 有 一 个中央发 射 机 和 一 个 接 收 机 ， 发射机产生的高频 能量经计 算 机 自 动 分 配 给 天 线 阵 的 各 个 辐 射 器 ， 目标反射信号经 接 收 机 统 一 放 大 。 有 源 相 控 阵 雷 达的每个辐射器 都 配 装 有 一 个 发 射／接 收 组 件 ， 每 一个组件都 能 发 射 、 接 收 电 磁 波， 因 此 在 频 宽、 信 号处理和冗度设计 上 都 比 无 源 相 控 阵 雷 达 具 有 较 也使得有源相控阵雷达 大的优势 。 正 因 为 如 此 ， 工程化难度加大 。 的造价昂贵 ， ／ 现代大型有源相控阵雷达系统的 Ｔ Ｒ 组件数
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本文设计的天 线 自 动 测 试 系 统 能 够 兼 顾 多 种 类型的相控阵天线 或 其 他 多 通 道 微 波 系 统 的 控 制 与测量 。 为 了 今 后 的 功 能 扩 展 和 技 术 升 级 ， 在软 件设计之 初 就 充 分 考 虑 到 其 扩 展 性 和 兼 容 性 ， 如 一维阵列和二 对于有源 天 线 和 无 源 天 线 的 兼 容 ， 维阵列天线的兼容 ， 内时序和外时序的兼容 ， Ｇ Ｐ Ｉ Ｂ 总线与以太网的兼容 ， 系统接收机与数据采 ＶＮＡ、 与 近 场 测 量 系 统 的 互 联 等。 软 件 系 集卡的兼 容 ， 统按上位 机 软 件 与 下 位 机 软 件 可 分 为 两 部 分 ： 上 位机天线自动测 试 软 件 与 下 位 机 波 控 软 件 。 天 线 自动测试软件主要 负 责 人 机 交 互 命 令 的 控 制 与 实 现， 天线测试与校正 方 法 的 实 现 ， 系统兼容性设计 与处理 、 测试数据实 时 处 理 与 分 类 存 储 、 结果直观 显示等 。 波 控 软 件 直 接 控 制 波 控 硬 件 ， 控制系统 ／ 的工作状态与 Ｔ Ｒ 组件的打码等 。 该测试系统使 用自定义的通信协 议 ， 通 过 网 络 同 步 数 据， 当被测 只需修改测试系统对应的软 相控阵天 线 改 变 时 ， 件参数及 波 控 软 件 配 置 文 件 ， 便可以实现对不同 类别天线的自动化测试 。 有源相控阵天线 自 动 测 试 系 统 的 软 件 界 面 如 图 ２ 所示 ， 该软件主要完成的功能有系统状态与工 测 试 设 备 参 数 设 置、 暗 室 测 量、 天线 作参数设置 、 单通道测试 、 天 线 子 阵 及 全 阵 面 测 试、 天 线 校 正、 结果直观 显 示 与 数 据 分 类 存 储 、 测试过程与任务 测试系统开始 进度实时 显 示 等 。 需 要 指 出 的 是 ， 工作时 ， 会根据计算机与测试设备的连接方式和 当前状态自动进行 判 断 ， 如 果 出 现 物 理 连 接 故 障， 会及时提 示 相 关 错 误 信 息 ， 用于帮助用户判定当 前的系统状态 。