數(shù)字相控陣天線測(cè)試平臺(tái)

數(shù)字相控陣天線測(cè)試平臺(tái)

戴海青+胥志毅+吳鴻超Summary：現(xiàn)代大型數(shù)字相控陣天線中，天線內(nèi)的TR組件數(shù)目龐大同時(shí)工作頻帶很寬，陣面的暗室測(cè)試工作十分繁瑣，工作量巨大。為簡(jiǎn)化測(cè)試過程，提高測(cè)試效率，文中對(duì)數(shù)字相控陣天線陣面的測(cè)試方案進(jìn)行了研究，提出并搭建了一套測(cè)試平臺(tái)，通過對(duì)天線陣面樣機(jī)的試驗(yàn)，驗(yàn)證了測(cè)試方法的高效率和正確性?！綤ey】相控陣天線天線測(cè)試波控在現(xiàn)代雷達(dá)領(lǐng)域，數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)相比較傳統(tǒng)的模擬相控陣?yán)走_(dá)，在波束掃描的靈活性、系統(tǒng)時(shí)問資源利用率以及多功能應(yīng)用等多個(gè)方而有著明顯優(yōu)勢(shì)。為了保證數(shù)字相控陣天線性能，需完成天線組件的通道數(shù)據(jù)采集，對(duì)整個(gè)天線系統(tǒng)的組件相位幅度配平，以及完成對(duì)相控陣?yán)走_(dá)天線的方向圖測(cè)試。尤其對(duì)于大型相控陣?yán)走_(dá)天線而言，測(cè)試工作量（尤其在近場(chǎng)測(cè)試）按TR組件數(shù)目、工作頻點(diǎn)數(shù)目乘積激增，測(cè)試過程非常繁瑣。所以建立一種能夠快速、準(zhǔn)確地測(cè)量出數(shù)字相控陣天線的特性參數(shù)的天線測(cè)試平臺(tái)，對(duì)于滿足新型數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)的研制十分重要。1數(shù)字相控陣天線陣面數(shù)字相控陣天線陣而都包含天線罩、天線陣列、結(jié)構(gòu)骨架和高頻箱（內(nèi)部包含了T/R組件、綜合網(wǎng)絡(luò)、陣而電源、陣而監(jiān)測(cè)設(shè)備等），其主要功能是：（1）發(fā)射時(shí)，陣而對(duì)發(fā)射前級(jí)送來的信號(hào)進(jìn)行放大、輻射和空問功率合成。（2）接收時(shí)，陣而將天線接收到的目標(biāo)回波信號(hào)放大，經(jīng)過數(shù)字接收通道轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，交由數(shù)字波束形成（DBF）形成自適應(yīng)波束。數(shù)字相控陣天線陣而的測(cè)試主要特點(diǎn)：數(shù)字相控陣天線陣而，收發(fā)波瓣測(cè)試時(shí)，天線陣而與測(cè)試探頭之問一個(gè)是發(fā)射模擬信號(hào)，一個(gè)則是經(jīng)過AD采樣之后的接收數(shù)字IQ信號(hào)，二者之問的同步相參需要額外的硬件設(shè)備，并經(jīng)過特殊的數(shù)據(jù)處理，同時(shí)數(shù)字相控陣天線陣而控制接口、下行數(shù)據(jù)接口一般采用光纖形式，需要測(cè)試系統(tǒng)滿足該要求。2測(cè)試系統(tǒng)組成和原理框圖根據(jù)數(shù)字相控陣天線陣而暗室測(cè)試的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一套測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖1所示。相對(duì)于傳統(tǒng)雷達(dá)天線測(cè)試系統(tǒng)一般依靠終端計(jì)算機(jī)協(xié)同控制所有設(shè)備、分系統(tǒng)（如圖所示），受限于其接口性能限制（串口232，網(wǎng)絡(luò)）以及操作系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)問，傳統(tǒng)雷達(dá)天線測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)際測(cè)試中需要花費(fèi)大量時(shí)問在各設(shè)備、分系統(tǒng)的狀態(tài)控制上，效率低下。本文所討論的數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)天線測(cè)試系統(tǒng)，采用基于嵌入式PowerPC440的控制模塊，具有陣而控制功能、定時(shí)產(chǎn)生功能和頻率源控制功能并可以通過網(wǎng)絡(luò)與主控計(jì)算機(jī)通信，實(shí)際測(cè)試中由該模塊控制數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)天線并協(xié)同頻率源以及其他射頻儀表，大大提高了測(cè)試效率。3測(cè)試步驟以數(shù)字陣天線波瓣近場(chǎng)測(cè)試為例，其主要步驟和方法如下：（1）主控計(jì)算機(jī)通知伺服掃描架走到第一個(gè)通道的位置，并將第一個(gè)通道測(cè)試序列以指令序列形式發(fā)給控制設(shè)備；（2）當(dāng)探頭到位時(shí)，伺服向控制設(shè)備返回握手信號(hào)，控制設(shè)備讀入指令序列第一幀，光纖下傳的參考和被測(cè)信號(hào)光纖數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行采集。當(dāng)收發(fā)工作定時(shí)結(jié)束時(shí)，控制設(shè)備順序讀入指令序列第二幀，如此循環(huán)直到完成整個(gè)測(cè)試指令序列。（3）同樣當(dāng)探頭到位時(shí)，伺服返回握手信號(hào)同樣送主控計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)根據(jù)之前送控制設(shè)備的第一個(gè)通道測(cè)試序列計(jì)算延時(shí)以等待控制設(shè)備完成測(cè)試。待延時(shí)到期，主控計(jì)算機(jī)通知伺服掃描架走到第二個(gè)通道的位置，并將第二個(gè)通道測(cè)試序列以指令序列形式發(fā)給控制設(shè)備。如此反復(fù)直到最后一個(gè)通道測(cè)試完成。4測(cè)試驗(yàn)證利用該測(cè)試方案，對(duì)國(guó)內(nèi)某相控陣?yán)走_(dá)樣機(jī)的天線陣而進(jìn)行了實(shí)測(cè)驗(yàn)證，單通道50頻點(diǎn)的收發(fā)測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試時(shí)問由原來計(jì)算機(jī)主控方案時(shí)大約2s，減少為現(xiàn)方案的40ms，時(shí)問效率提高近50倍。測(cè)試得到的近場(chǎng)接收波瓣圖取其方位主平而的波瓣圖，與雷達(dá)在外場(chǎng)測(cè)試的遠(yuǎn)場(chǎng)波瓣圖進(jìn)行比對(duì)，二者結(jié)果基本一致，如圖2。5結(jié)語通過對(duì)數(shù)字相控陣天線陣而測(cè)試方案的研究，提出了可行的測(cè)試方法并搭建了相關(guān)測(cè)試系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)樣機(jī)的天線陣而的近場(chǎng)測(cè)試，取得良好的測(cè)試結(jié)果，為未來數(shù)字相控陣技術(shù)的發(fā)展和使用，提供了有效的技術(shù)支持。Reference[1]吳曼青，數(shù)字陣列雷達(dá)及其進(jìn)展[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2006，1（01）：11-16.[2]吳鴻超，萬長(zhǎng)寧，熊慎偉等，數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射多波束特性研究[J].微波學(xué)報(bào)，2014，30（01）：6-9.endprint電子技術(shù)與軟件工程2017年15期電子技術(shù)與軟件工程的其它文章4G移