遠場天線測試系統的研究與實現

鄭才特

【摘要】 在虛擬儀器技術的基礎上，研究遠場天線性能參數自動測試系統的設計方案，并分析了其系統工作原理和組成部分。該套設計方案使用了Matlab和數據庫技術，補償了影響因素的誤差和測算天線性能參數的方法，還能存儲、讀取天線測試數據，打印報告，保證可靠性和真實性。按照天線參數測試的過程和測試的要求，本文探討了天線參數測試過程中的一些難題，進而探究在實際的測試中，環境因素和天線參數之間的影響。

【關鍵詞】 天線測試系統 矢量網絡分析儀 虛擬儀器技術

由于無線電儀器設備的廣泛使用，形式各樣的天線漸漸推廣到各領域。在實際運用中，天線是否滿足性能要求取決于其增益、方向性、波瓣寬度等參數，因此天線的真實性能多數通過外場測試環境來測試。測試過程中普遍會遇到難以把握轉臺和吊桿裝置的轉動角度、無法準確計算天線參數性能等問題，由此我們研究了一套遠場天線自動測試系統。

一、天線測試系統的構成

這套系統改進了原有的傳統測試方法，建立了一套具有智能控制、快速采集、高速處理數據與報告和打印相結合的自動測試系統。而且該系統改善了傳統的基礎算法，能測算出遠場測試與環境之間存在的誤差，增強了天線測試數據的可靠性。

遠場天線自動測試系統硬件這部分主要包括：AV36580A矢量網絡分析儀、天線測試轉臺和吊桿、監視器、轉臺/吊桿驅動控制器和打印機。該套系統的工作方式如下：首先同時利用轉臺/吊桿驅動控制器控制轉臺/吊桿運動測量角度參數；然后使用矢量網絡分析儀發射標準天線和接收待測天線；最后處理工控機采集的幅度和角度參數的數據。由此可以繪制出方向圖并準確計算出天線參數性能，遠場天線自動測試系統總體結構如圖1所示。

二、天線測試系統的運作流程

遠場天線自動測試系統運作功能主要是由工控機上的測試軟件完成，運作詳細流程如下：

1、確保遠場天線自動測試系統機柜中的信號線路、射頻電纜正常連接，并保證機柜接地。

2、打開工控機上的遠場天線自動測試系統，通過指示燈檢查各項設備，保證操作系統發揮正常。

3、設置天線自動測試系統發射功率、掃頻范圍、轉臺/吊桿終止角度、頻率點數、誤差補償參數、轉臺運行速率、儲存文件與路徑等參數，然后運行測試系統。

4、運行天線自動測試，得到天線方向的實時數據和測試的頻率信息，并呈現出頻點之間的不同轉換。

5、自動測試系統完成之后，得到了天線性能參數的測試效果，然后保存測試數據，打印出天線測試報告。

6、把測試系統復原，留待下一次天線自動測試。

三、測量算法處理

由于地面反射波的作用，傳統遠場天線有著難以精確測量的缺點。測試場環境中受到電磁干擾的影響，為了提高天線性能的測試準確度，可以分析誤差來源并修改。進行天線測試過程中，受方向圖和天線增益的深刻影響。

3.1修正天線方向圖的誤差

天線方向圖的誤差主要有兩種：一是由于天線相位中心與轉臺轉軸不重合而導致的角度誤差；二是安裝天線時，由天線發射功率測量不精確而導致的角度誤差。前者的誤差是因為天線擺放位置差異引起了標準值的偏離，計算公式為：

△θ1= d/R （ sinα2-sinα1 ）≈（2d/R）cos（θ/2+α1） sinθ/2

公式中：d為天線相位中心偏離其旋轉軸的距離；R為遠場距離。后者的誤差是測量功率方向時，因為內外部因素的影響，矢量分析儀會出現一些誤差。

3.2修正天線增益誤差

在測試遠場天線時，因為工作頻率各異，測量增益的方法也會有所不同。增益測量通常是采用饋線與收發天線的功率傳輸公式進行計算，但會出現阻抗失配誤差。根據大量的推算表明，發現測量天線增益與矢量網絡分析儀信號接收機、信號源負載失配之間存在著必不可分的關聯。所以，首先要算出總失配因子要運用發射天線和電壓駐波，才能計算出天線增益。

四、驗證

建立系統以后，就進入了系統調試驗證階段。遠場天線測試系統軟件把虛擬儀器、MATLAB和數據庫等技術完美融合在一起，從而實現了該軟件能夠智能測驗、處理復雜算法和輸出報告。除此以外，該軟件功能還包括讀取原始記錄、疊加顯示多頻點方向圖和實時顯示方向圖等，有力的提高了天線測試技術。系統實體柜結構和操作界面如圖2（1）、圖2（2）所示。

五、結束語

本文探討傳統遠場天線測試之中已有的難題，通過使用虛擬儀器技術以優化測試方案。此外，還運用Matlab、數據庫等軟件和改進計算參數的方法，從而得到一種科學有效的自動天線測試系統。

參 考 文 獻

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