張國(guó)志,齊曉娜

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,河北石家莊 050081)

一種自動(dòng)天線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

張國(guó)志,齊曉娜

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,河北石家莊 050081)

介紹一種自動(dòng)天線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì),解決了天線測(cè)試中重復(fù)性的工作。設(shè)計(jì)主要采用了交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái),安捷倫的8563EC頻譜儀以及利用監(jiān)控計(jì)算機(jī)的VC平臺(tái)環(huán)境開(kāi)發(fā)測(cè)試系統(tǒng)軟件,編寫(xiě)了系統(tǒng)的通信、控制、測(cè)量等應(yīng)用程序。

測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái);天線控制器

在天線研制過(guò)程中,往往需要對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)性能測(cè)試,描繪天線方向圖,獲取相關(guān)信息,再進(jìn)行分析處理,從而獲得該天線的實(shí)際指標(biāo)。一般情況下這項(xiàng)測(cè)試需要兩人互相配合,一人設(shè)置頻譜儀,一人轉(zhuǎn)動(dòng)天線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái),在頻譜儀上繪出方向圖,更換測(cè)試頻點(diǎn)后又需要重復(fù)進(jìn)行。測(cè)試的方向圖只能暫存在頻譜儀中,而頻譜儀容量有限,為了減少人員消耗并保證大規(guī)模測(cè)試的進(jìn)行,提高效率,筆者開(kāi)發(fā)了這套自動(dòng)天線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)。

1 系統(tǒng)組成與功能

系統(tǒng)伺服部分主要由三部分組成:天線控制器、頻譜儀、監(jiān)控計(jì)算機(jī)。各部分連接關(guān)系如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

天線控制器主要由C8051F040單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn),單片機(jī)通過(guò)采集轉(zhuǎn)臺(tái)上的軸角信息,控制電機(jī)啟停實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)。天線控制器通過(guò)RS422接口與監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信,接受監(jiān)控計(jì)算機(jī)的控制命令并實(shí)時(shí)上報(bào)工作狀態(tài)及角度數(shù)據(jù)。

頻譜儀采用的是安捷倫的8563EC,該頻譜儀具有從9KHz到26.5GHz的標(biāo)準(zhǔn)頻率范圍,可適應(yīng)大部分的天線頻段要求。采用GPIB接口與監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連,接受監(jiān)控計(jì)算機(jī)的命令并可實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前頻點(diǎn)的信號(hào)大小。

監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用的是研華高性能工控機(jī),具有較高的處理器速度、較大的內(nèi)存、大容量的硬盤(pán)以及穩(wěn)定性,滿足長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需要。擴(kuò)展一塊RS422多串口卡,與天線控制器相連。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

天線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)控制器的主要功能是控制天線指向位置,并且將天線的指向位置數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)上報(bào)給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 天線控制器系統(tǒng)框圖

天線測(cè)試結(jié)果中對(duì)角度非常敏感,這套控制器所用的軸角采集元件為旋轉(zhuǎn)變壓器,配合以高精度的A/D器件,軸角分辨率達(dá)0.001°。可滿足各個(gè)頻段的天線測(cè)試要求。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用西門(mén)子變頻器,具有完善的過(guò)流、過(guò)壓保護(hù),帶有起始段和結(jié)束段的平滑特性,不會(huì)給系統(tǒng)造成強(qiáng)烈的電磁干擾。同時(shí)控制相對(duì)簡(jiǎn)單,僅用幾個(gè)I/O操作便可完成電機(jī)的啟停。

頻譜儀和監(jiān)控計(jì)算機(jī)均采用的成熟設(shè)備,無(wú)需過(guò)多設(shè)置。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)天線測(cè)試的核心在于監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件,下面著重介紹其軟件設(shè)計(jì)。

軟件使用 visual C++6.0編寫(xiě),采用M FC架構(gòu),主要分為顯示模塊、串口通信模塊、GPIB通信模塊、自動(dòng)測(cè)試模塊和數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)模塊等。各模塊之間的相互關(guān)系如圖3所示。

人機(jī)交互界面,在工作過(guò)程中,它將實(shí)時(shí)顯示以下信息:當(dāng)前的方位俯仰角度,運(yùn)動(dòng)狀態(tài),實(shí)時(shí)繪制角度,幅值曲線等,如圖4所示。

圖3 軟件模塊關(guān)系圖

圖4 軟件界面圖

在RS422通信模塊和GPIB模塊中分別采用多線程方式實(shí)現(xiàn),在程序初始化函數(shù)當(dāng)中分別創(chuàng)建線程:

RS422通信模塊初始化如下:

初始化完成后便在主程序的On Timer()函數(shù)中實(shí)時(shí)調(diào)用這兩處的數(shù)據(jù)。

圖5 天線自動(dòng)測(cè)試流程圖

分析存儲(chǔ)模塊采用的是實(shí)時(shí)記錄當(dāng)前天線角度和信號(hào)大小,以當(dāng)前時(shí)間為文件名存于計(jì)算機(jī)中

實(shí)現(xiàn)如下:

傳統(tǒng)天線測(cè)試的流程為:天線方位或俯仰軸旋轉(zhuǎn),過(guò)程中記錄當(dāng)前信號(hào)電平值和轉(zhuǎn)動(dòng)范圍,在坐標(biāo)系中繪出方向圖?；谶@種工作方式,設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)試的工作流程如圖5所示。

測(cè)試結(jié)束后調(diào)用數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)模塊可繪制方向圖,分析天線性能,或打印方向圖。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)管理按鈕,選中需要查看的方向圖文件則可以調(diào)出該方向圖,文件所繪制方向圖,如圖6所示。

圖6 方向圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文探討了天線自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和步驟,提出了在進(jìn)行天線測(cè)試試驗(yàn)中,軟件所需實(shí)現(xiàn)的控制功能以及數(shù)據(jù)的后續(xù)處理,同時(shí)給出了設(shè)計(jì)樣例。較傳統(tǒng)的天線測(cè)試方法來(lái)說(shuō),這套系統(tǒng)只需一人便可完成整個(gè)天線測(cè)試工作,在大量數(shù)據(jù)需要測(cè)試的情況下更是做到了有人值守,無(wú)人操作。因此在實(shí)際應(yīng)用中有著廣泛的推廣意義。

[1] 童長(zhǎng)飛.C8051F系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)與C語(yǔ)言編程[M].北京航空航天大學(xué)出版社.2005.

Design of auto antenna test-bed

ZHANG Guo-zhi,QIXiao-na

(The54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei050081,China)

This paper introduces the design of auto antenna test-bed,in o rder to solve the p roblem brought by repetitive wo rk in antenna test.It adop ts the antenna test-bed of AC moto r,the 8563 EC sepectrometer,and develops testing system by monitoring the VC p latform environment,then w rites p rogram s for communication,control,measurement.

A ntenna test-bed;Antenna contro ller

TN820

:A

1001-9383(2011)02-0045-04

2011-04-05

張國(guó)志(1983-),男,河北省衡水市人,助理工程師,主要從事天線伺服控制技術(shù)研究與開(kāi)發(fā).