張代宏 楊震山

摘要：天線測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須充分考慮待測天線的結(jié)構(gòu)和電性能指標(biāo)，并以此為依據(jù)決定測試方法和系統(tǒng)配置，才能使系統(tǒng)滿足測試要求。本文詳細(xì)介紹了雷達(dá)反射面天線遠(yuǎn)場測試系統(tǒng)的配置和關(guān)鍵問題，詳細(xì)分析了反射面天線遠(yuǎn)場測試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：反射面天線；測試系統(tǒng)；方向圖

Keywords：reflector antenna；test system；pattern

0 引言

天線是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，雷達(dá)反射面天線將發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的導(dǎo)行波轉(zhuǎn)換為空間輻射波，向空中目標(biāo)輻射能量以探測目標(biāo)；在接收目標(biāo)信號時(shí)，接收從目標(biāo)反射回的空間輻射波并轉(zhuǎn)換為導(dǎo)行波送到雷達(dá)接收系統(tǒng)。雷達(dá)的探測距離、探測范圍、測角精度等重要性能指標(biāo)均與天線性能有關(guān)。本文就基于Anristu 37347D矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的雷達(dá)反射面天線遠(yuǎn)場測試系統(tǒng)配置、主要技術(shù)指標(biāo)、性能參數(shù)及測試方法進(jìn)行介紹。

1 反射面天線測試系統(tǒng)工作原理

反射面天線測試系統(tǒng)采用Anristu 37347D矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀為核心部件，可分為發(fā)射部分、接收部分，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1）發(fā)射部分

發(fā)射部分由標(biāo)準(zhǔn)天線、極化轉(zhuǎn)臺、高頻信號源、工控機(jī)組成。高頻信號源由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀控制產(chǎn)生激勵(lì)信號。高頻激勵(lì)信號經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)天線轉(zhuǎn)化為輻射波。工控機(jī)控制極化轉(zhuǎn)臺帶動標(biāo)準(zhǔn)天線進(jìn)行方位、俯仰角動作。

2）接收部分

接收部分由被測反射面天線、天線轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)臺控制器、Anristu 37347D矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、高頻放大器、混頻器、本振/中頻單元、標(biāo)準(zhǔn)線極化拋物面天線組成。

天線遠(yuǎn)場測試系統(tǒng)在對天線測試前，應(yīng)先用標(biāo)準(zhǔn)線極化拋物面天線作為待測天線進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)天線能接收到穩(wěn)定的功率值且確保能夠正常測繪方向圖和增益后，方可進(jìn)行天線遠(yuǎn)場測試。

被測反射面天線安裝在天線轉(zhuǎn)臺上，由轉(zhuǎn)臺控制器控制轉(zhuǎn)臺動作。

高頻放大器用于產(chǎn)生高頻本振信號。高頻本振信號經(jīng)中頻放大器送到混頻器，與被測天線接收的高頻電磁波信號進(jìn)行混頻。

混頻器用于將接收的高頻電磁波信號下變頻為80MHz的中頻信號。

本振/中頻單元負(fù)責(zé)本振信號的放大和分配，并將其送到混頻器。來自混頻器的中頻信號送入本振/中頻單元放大30dB后，送入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀用于接收中頻信號，將中頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、顯示。在天線測試系統(tǒng)中，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對高頻信號產(chǎn)生器進(jìn)行控制，設(shè)置功率和輸出頻率。

2 系統(tǒng)配置

1）選擇信號發(fā)射源、電纜、信號發(fā)射功率

系統(tǒng)采用安利MG3692B射頻/微波信號發(fā)生器，輸出頻率達(dá)2GHz～20GHz，輸出功率+23dBm。為減小信號傳輸過程中的衰減，信號發(fā)生器應(yīng)盡量接近標(biāo)準(zhǔn)天線，電纜衰減小于0.3dB。

2）空間傳輸損耗衰減

根據(jù)測試場地、信號頻率、參考信號獲取方式，確定空間傳輸損耗。

測試距離600m，空間損耗計(jì)算如下：

Lbf=32.5+20lg（R）+20lg（F）

Lbf=自由空間損耗（dB）

R=距離（km）

F=頻率（MHz）

3）信號接收強(qiáng)度

信號接收設(shè)備接收到的無線信號的強(qiáng)度。

3 主要性能參數(shù)測試

1）方向圖測試

a. 垂直極化方向圖測試

在雷達(dá)每一個(gè)工作頻點(diǎn)上測試其垂直極化的波束寬度、第一副瓣電平值、寬角度方向圖。

b. 水平極化方向圖測試

在雷達(dá)每一個(gè)工作頻點(diǎn)上測試其水平極化的波束寬度、第一副瓣電平值、寬角度方向圖。

2）天線增益的測量

用1.2m線極化標(biāo)準(zhǔn)天線接收電平，記錄信號最大電平值，再記錄雷達(dá)天線接收到的信號最大電平值，代入下式計(jì)算：

G=Gs+（ET-Es）dB

式中，G為待測天線增益；Gs為標(biāo)準(zhǔn)天線增益；ET為待測天線所測的最大電平值；Es為標(biāo)準(zhǔn)天線當(dāng)時(shí)所測的電平值；以上參數(shù)的單位均為dB。

4 應(yīng)用情況

該測試系統(tǒng)可用于反射面天線測試，也可用于圓極化天線和拋物面等大型天線遠(yuǎn)場天線方向圖的測試。

參考文獻(xiàn)

[1]毛乃宏，俱新德.天線測量手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，1987.

[2] John Swanstrom. Measurment Considerations for Antenna Pattern Accuracy[M]. Hewlett-Packard Company.

[3]顧繼慧. 微波技術(shù)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2004.

作者簡介

張代宏，高級工程師，主要研究方向?yàn)檠b備和維修保障技術(shù)研究。

楊震山，工程師，主要研究方向?yàn)檠b備和維修保障技術(shù)研究。