淺談一種組合天線測(cè)試平臺(tái)設(shè)備的設(shè)計(jì)

江萍，許海

（國營蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

1 前言

各型組合天線屬于飛機(jī)綜合通信導(dǎo)航識(shí)別系統(tǒng)，用于接收地面導(dǎo)航臺(tái)或廣播電臺(tái)的信息，組合天線替代了傳統(tǒng)無線電羅盤系統(tǒng)中的垂直天線、天線放大器、環(huán)形天線、環(huán)匹配器等組件。針對(duì)裝配于新型飛機(jī)的各型無線電羅盤組合天線因缺少射頻調(diào)制信號(hào)導(dǎo)致內(nèi)場(chǎng)不能測(cè)試的問題，擬設(shè)計(jì)一款組合天線測(cè)試平臺(tái)。該平臺(tái)主要用于完成各型飛機(jī)組合天線的檢測(cè)，為其提供地面模擬信號(hào)，并作為顯示終端進(jìn)行接收設(shè)備性能指標(biāo)的測(cè)量。

組合天線測(cè)試平臺(tái)（以下簡稱測(cè)試平臺(tái)）由組合天線測(cè)試儀和測(cè)試環(huán)境組成（見圖1），組合天線測(cè)試儀是專為組合天線生產(chǎn)、調(diào)試和維修而設(shè)計(jì)的專用測(cè)試設(shè)備，在符合測(cè)試要求的屏蔽室內(nèi)，配合天線支架、信號(hào)源和電壓表等設(shè)備使用。組合天線測(cè)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(jiān)測(cè)顯示、標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)、調(diào)制度檢測(cè)接口組成（見圖2）。該測(cè)試儀通過主控計(jì)算機(jī)控制1553B總線模塊，模擬顯控器的控制信號(hào)，向接收機(jī)、天線環(huán)匹配部分輸出90Hz正弦/余弦調(diào)制信號(hào)及-12V/+15V偏置電壓，也同時(shí)控制接收機(jī)將組合天線接收處理過且?guī)в蟹轿恍畔⒌?50～1750kHz信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)軟件解算后得到數(shù)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(shù)字方位顯示,完成組合天線的性能檢測(cè)。

圖1 組合天線測(cè)試平臺(tái)布局

圖2 組合天線測(cè)試儀組成框圖

2 組合天線測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì)

組合天線測(cè)試儀采用模塊化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)能夠單獨(dú)安裝和替換，保證了測(cè)試設(shè)備的擴(kuò)展性，通過更換不同型號(hào)的接收機(jī)，同時(shí)修改對(duì)應(yīng)的1553B通信協(xié)議，即可在保證原硬件平臺(tái)不變的條件下，可快速升級(jí)為不同型號(hào)的天線測(cè)試。主控計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)接口可以程控外部信號(hào)源、毫伏表和示波器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試控制和測(cè)試數(shù)據(jù)的上傳，更便于融入已有的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

待測(cè)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(cè)試儀和信號(hào)源、毫伏表和示波器組合使用，完成天線參數(shù)測(cè)試。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)

標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)選用具體組合天線裝機(jī)接收機(jī)產(chǎn)品，經(jīng)標(biāo)校后的標(biāo)準(zhǔn)模塊，用于接收天線信號(hào)并解析輸出音頻數(shù)字電壓信號(hào)和方位信號(hào)，是天線測(cè)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(nèi)置的1553B總線模塊加載控制模擬軟件實(shí)現(xiàn)接收機(jī)工作模式、工作狀態(tài)改變和方位信息解析顯示。

圖3 1553B總線控制器實(shí)物圖

1553B總線模塊板卡提供2個(gè)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(hào)采集、直接耦合或變壓器耦合軟件可配置、總線信號(hào)幅值可編程等功能，同時(shí)，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(fā)的智能1553B協(xié)議處理器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)1553B總線消息的精準(zhǔn)調(diào)度、實(shí)時(shí)收發(fā)及響應(yīng)。與1553B軟件配合使用，可實(shí)現(xiàn)1553B總線的仿真、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和監(jiān)控。該產(chǎn)品適用于機(jī)載設(shè)備的通信，以及實(shí)驗(yàn)室和外場(chǎng)的測(cè)試和監(jiān)控。

3 組合天線測(cè)試儀軟件設(shè)計(jì)

組合天線測(cè)試儀軟件具備用戶管理功能及組合天線測(cè)試儀測(cè)試功能。組合天線測(cè)試儀軟件包括收訊靈敏度測(cè)試功能、定向靈敏度測(cè)試功能、定向準(zhǔn)確度測(cè)試功能、定向信號(hào)調(diào)制度測(cè)試功能。

4 測(cè)試環(huán)境設(shè)計(jì)

組合天線測(cè)試應(yīng)在滿足要求的屏蔽室內(nèi)進(jìn)行，屏蔽室應(yīng)良好接地，為了消除干擾，屏蔽室的電源線要加濾波，室內(nèi)所有導(dǎo)線管道都應(yīng)與屏蔽室連接。

考慮到目前已有一個(gè)面積較大的屏蔽室，內(nèi)部有多個(gè)其他測(cè)試設(shè)備會(huì)對(duì)天線測(cè)試產(chǎn)生干擾，擬采用在當(dāng)前屏蔽室內(nèi)新建一個(gè)單獨(dú)的小型專用屏蔽室和使用隔斷的方式改建當(dāng)前屏蔽室兩種方案。考慮到屏蔽室各面應(yīng)采取相同的材質(zhì)和特定的連接方式，且需要處理現(xiàn)有底板和新屏蔽室側(cè)面擋板的連接問題，工作量較大，屏蔽參數(shù)引入誤差較大，最終選定新建一個(gè)單獨(dú)的小型屏蔽室，放置在當(dāng)前環(huán)境中。

天線測(cè)試屏蔽室設(shè)計(jì)要求示意圖如圖4所示。

圖4 屏蔽室建設(shè)要求示意圖

傳輸線為多股銅線，安裝位置應(yīng)與屏蔽室的側(cè)墻平行且居于中間，傳輸線應(yīng)水平延伸到屏蔽室側(cè)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。

圖5 傳輸線安裝位置

如上圖所示，環(huán)形天線應(yīng)放置在傳輸線中心的下方。傳輸線至頂棚的距離d應(yīng)大于30cm，傳輸線至環(huán)形天線中心的距離Xo應(yīng)為60～130cm，采用同軸線纜將信號(hào)發(fā)生器連接起來，同軸線纜應(yīng)與傳輸線相互垂直。環(huán)形天線和傳輸線之間的距離為理論參考值，需要根據(jù)實(shí)際的屏蔽室大小進(jìn)行調(diào)整。

環(huán)天線的的場(chǎng)強(qiáng)與信號(hào)發(fā)生器輸入傳輸線的電壓有關(guān)。傳輸電壓（V）與場(chǎng)強(qiáng)（V/m）之比定義為屏蔽室因數(shù)。

環(huán)天線的場(chǎng)強(qiáng)可以根據(jù)傳輸線電壓按公式（A1）求出：

該公式只能給出近似解。雖然進(jìn)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(chǎn)生誤差不會(huì)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(chǎng)強(qiáng)是傳輸線正下方，距頂棚Xo處的場(chǎng)強(qiáng)。為了防止駐波形成，端接電阻應(yīng)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，所以即使很大的失配也不會(huì)產(chǎn)生明顯的駐波，為了將屏蔽室因數(shù)調(diào)節(jié)成簡便值，端接電阻可以在很大范圍內(nèi)改變。在計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，應(yīng)采用端接電阻的真實(shí)值，不管它是否等于傳輸線的特性阻抗。這是因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)是傳輸線中電流的函數(shù)。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(jì)算中應(yīng)采用端接電阻的真實(shí)值。

考慮到測(cè)試設(shè)備和儀表的實(shí)際大小和天線轉(zhuǎn)臺(tái)的測(cè)試方便，建議屏蔽室尺寸為4.25×3.4×2.6m，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)符合國標(biāo)BMB3-1999標(biāo)準(zhǔn)中屏蔽C級(jí)屏蔽效能指標(biāo)要求，不僅適用于本項(xiàng)目所涉及的組合天線測(cè)試，也滿足其他型號(hào)機(jī)載無線電羅盤測(cè)試規(guī)范要求。

屏蔽室采用單層結(jié)構(gòu)、模塊組裝式設(shè)計(jì)，殼體采用2mm鍍鋅鋼板進(jìn)行剪、折加工成初期屏蔽模塊，再進(jìn)行屏蔽模塊的沖孔等二次精加工，確保平整并能精準(zhǔn)對(duì)接組裝,然后，按要求對(duì)屏蔽外觀進(jìn)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(jìn)行接駁處的嚴(yán)密屏蔽處理，配高級(jí)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(hào)泄露。屏蔽室整體穩(wěn)固、美觀，屏蔽性能極優(yōu)、適用性廣，可二次遷移利用。

5 結(jié)語

本方案充分考慮測(cè)試的需求，采用總線化、模塊化的測(cè)試技術(shù)組建的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，采用先進(jìn)的測(cè)試總線標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)。該方案不僅完成了對(duì)各型組合天線的性能檢測(cè)，也可為后續(xù)的天線研制提供相關(guān)硬件設(shè)施支撐。