淺談一種組合天線測試平臺設備的設計

江萍

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

1 前言

各型組合天線屬于飛機綜合通信導航識別系統，用于接收地面導航臺或廣播電臺的信息，組合天線替代了傳統無線電羅盤系統中的垂直天線、天線放大器、環形天線、環匹配器等組件。針對裝配于新型飛機的各型無線電羅盤組合天線因缺少射頻調制信號導致內場不能測試的問題，擬設計一款組合天線測試平臺。該平臺主要用于完成各型飛機組合天線的檢測，為其提供地面模擬信號，并作為顯示終端進行接收設備性能指標的測量。

組合天線測試平臺（以下簡稱測試平臺）由組合天線測試儀和測試環境組成（見圖1），組合天線測試儀是專為組合天線生產、調試和維修而設計的專用測試設備，在符合測試要求的屏蔽室內，配合天線支架、信號源和電壓表等設備使用。組合天線測試儀由電源模塊、1553B總線控制、EST-210總線耦合器、1553B方位顯示、音頻電壓監測顯示、標準接收機、調制度檢測接口組成（見圖2）。該測試儀通過主控計算機控制1553B總線模塊，模擬顯控器的控制信號，向接收機、天線環匹配部分輸出90Hz正弦/余弦調制信號及-12V/+15V偏置電壓，也同時控制接收機將組合天線接收處理過且帶有方位信息的150KHz～1750KHz信號進行數據采集，經軟件解算后得到數字方位角，輸出直流方位信息(DC SIN，DCCOS，-DCSIN)，再由1553B方位顯示部分電路完成數字方位顯示,完成組合天線的性能檢測。

圖1 組合天線測試平臺布局

圖2 組合天線測試儀組成框圖

2 組合天線測試儀硬件設計

組合天線測試儀采用模塊化設計，標準接收機能夠單獨安裝和替換，保證了測試設備的擴展性，通過更換不同型號的接收機，同時修改對應的1553B通信協議，即可在保證原硬件平臺不變的條件下，可快速升級為不同型號的天線測試。主控計算機的計算機接口可以程控外部信號源、毫伏表和示波器，實現自動化測試控制和測試數據的上傳，更便于融入已有的數據管理系統。

待測天線固定在定制的天線支架上，天線支架上有刻度盤用于指示方位，測試儀和信號源、毫伏表和示波器組合使用，完成天線參數測試。

2.1 標準接收機

標準接收機選用具體組合天線裝機接收機產品，經標校后的標準模塊，用于接收天線信號并解析輸出音頻數字電壓信號、和方位信號，是天線測量的核心部件。

2.2 1553B總線控制器

1553B總線控制器（見圖3）通過內置的1553B總線模塊加載控制模擬軟件實現接收機工作模式、工作狀態改變和方位信息解析顯示。

圖3 1553B總線控制器實物圖

1553B總線模塊板卡提供2個雙冗余1553B通道，支持單功能/全功能，板載128MB DDR3大容量緩存，提供1553B總線信號采集、直接耦合或變壓器耦合軟件可配置、總線信號幅值可編程等功能，同時IRIG-B 可支持AC/DC輸入，以及IRIG-B DC輸出等功能。

采用自主研發的智能1553B協議處理器，可實現對1553B總線消息的精準調度、實時收發及響應。與1553B軟件配合使用，可實現1553B總線的仿真、數據的實時分析和監控。該產品適用于機載設備的通信，以及實驗室和外場的測試和監控。

3 組合天線測試儀軟件設計

組合天線測試儀軟件具備用戶管理功能及組合天線測試儀測試功能。組合天線測試儀軟件包括：收訊靈敏度測試功能、定向靈敏度測試功能、定向準確度測試功能、定向信號調制度測試功能。

4 測試環境設計

組合天線測試應在滿足要求的屏蔽室內進行，屏蔽室應良好接地，為了消除干擾，屏蔽室的電源線要加濾波，室內所有導線管道都應與屏蔽室連接。

考慮到目前已有一個面積較大的屏蔽室，內部有多個其它測試設備會對天線測試產生干擾，擬采用在當前屏蔽室內新建一個單獨的小型專用屏蔽室和使用隔斷的方式改建當前屏蔽室兩種方案。考慮到屏蔽室各面應采取相同的材質和特定的連接方式，且需要處理現有底板和新屏蔽室側面擋板的連接問題，工作量較大，屏蔽參數引入誤差較大，最終選定新建一個單獨的小型屏蔽室，放置在當前環境中。

天線測試屏蔽室設計要求示意圖如圖4所示。

圖4 屏蔽室建設示要求意圖

傳輸線為多股銅線，安裝位置應與屏蔽室的側墻平行且居于中間，傳輸線應水平延伸到屏蔽室側面墻壁，在距離墻壁10cm處用絕緣子將傳輸線拉直、固定。傳輸線安裝位置示意圖如圖5所示。

如圖5所示，環形天線應放置在傳輸線中心的下方。傳輸線至頂棚的距離d應大于30cm，傳輸線至環形天線中心的距離Xo應為60～130cm，采用同軸線纜將信號發生器連接起來，同軸線纜應與傳輸線相互垂直。環形天線和傳輸線之間的距離為理論參考值，需要根據實際的屏蔽室大小進行調整。

圖5 傳輸線安裝位置

環天線的的場強與信號發生器輸入到傳輸線的電壓有關。傳輸電壓（V）與場強（V/m）之比定義為屏蔽室因數。

環天線的場強可以根據傳輸線電壓按公式（A1）求出：

該公式只能給出近似解。雖然是進行了近似簡化，但是只要屏蔽室的高與寬的比不小于1，這樣近似處理，產生誤差不會大于1%，如果高與寬的比值小到0.5，就可能造成4%的誤差。

該公式給出的場強是傳輸線正下方，距頂棚Xo處的場強。為了防止駐波形成，端接電阻應與傳輸線的特性阻抗ZL相等。由于屏蔽室的平均尺寸通常都比波長短，所以即使是很大的失配也不會產生明顯的駐波，為了將屏蔽室因數調節成簡便值，端接電阻可以在很大范圍內改變。在計算場強時，應采用端接電阻的真實值，不管它是否等于傳輸線的特性阻抗。這是因為場強是傳輸線中電流的函數。而傳輸線中的電流又是傳輸線電壓及端接電阻決定的，因此在計算中應采用端接電阻的真實值。

考慮到測試設備和儀表的實際大小和天線轉臺的測試方便，建議屏蔽室尺寸為4.25×3.4×2.6m，建設標準符合國標BMB3-1999標準中屏蔽C級屏蔽效能指標要求，不僅適用于本項目所涉及的組合天線測試，也滿足其它型號機載無線電羅盤測試規范要求。

屏蔽室采用單層結構、模塊組裝式設計，殼體采用2mm鍍鋅鋼板進行剪、折加工成初期屏蔽模塊，再進行屏蔽模塊的沖孔等二次精加工，確保平整并能精準對接組裝,然后按要求對屏蔽外觀進行烤粉，保證外觀精美。完成后按圖紙組裝屏蔽模塊形成完整的屏蔽殼體，模塊間用屏蔽襯墊進行接駁處的嚴密屏蔽處理，配高級銅簧片完整封裝的杠桿式省力屏蔽門1套，有效避免縫隙射頻信號泄露。屏蔽室整體穩固、美觀，屏蔽性能極優、適用性廣，可二次遷移利用。

5 結語

本方案充分考慮測試的需求，采用總線化、模塊化的測試技術組建的自動測試平臺；采用先進的測試總線標準等技術。該方案不僅完成了對各型組合天線的性能檢測，也可為后續的天線研制提供相關硬件設施支撐。