毫米波多通道扫频天线测量系统

随着电子技术的飞速发展，电磁研究的不断深入，天线作为信号接收和发射不可或缺的关键部件，其发展和应用已经渗透到雷达、电子对抗、导航和通信等诸多领域。高性能新型天线的设计与研制已成为一种迫切的需要，从而对测试手段也提出了更高的要求。在传统天线测量中，通常采用的都是单通道，单频点的测量方式，这种测量方法烦琐、费时，有时还会得到片面的结果，很难全面刻画天线的频带响应特性。尤其是现代宽带、超宽带天线的研制和发展，以及低可探测目标的RCS测量，隐身与反隐身材料特性的研究等都迫切需要应用扫频技术来提高效率。在天线扫频测量中，采用扫频信号(一个频率值随时间按一定规律，在一定频率范围内扫动的信号代替以往使用的固定频率信号)可以对被测天线进行快速、定量的动态测量，给出天线频带特性的实时测量结果，从而为天线的调整、校准及故障排除提供了有力的手段。测量中通过对射频开关的控制在各通道间进行切换，可实现天线的多通道自动测量。近代微波和天线测量技术，要求准确、快速、智能和自动以提高测量的工作效率。在组成测量系统时，首要的是具有高性能的接收机、信号源和相应的控制部件，才能组成符合要求的自动测量系统。扫频测量系统与传统的点频测量系统，在组成原则上是相同的，所不同的是扫频测量系统要求信号源能输出以直接方式进行线性扫动的信号，而测量装置要有足够的带宽。对于天线测量系统而言，还必须具有协调各部件同步执行的控制器。系统组成见图1。
　　该系统由射频、控制和机械子系统组成。工业控制机通过对运动控制器，驱动器，交流伺服电机的控制来实现待测天线和辅助天线的位移和定位，通过GPIB接口完成对Anritsu 37169C网络分析仪和Anritsu MG3694A信号源的控制，使其在测试过程按预订的要求自动完成信号的发射，接收，数据采集和传递。然后由数据处理软件包对测量数据进行分析，获得天线远场辐射特性信息，如远场方向图的主瓣宽度，副瓣电平，位置；单脉冲天线的零深及差斜率等一系列特性参数，并将图形或数据在屏幕显示或打印输出。
　　1 Anritsu射频系统
　　对天线测量而言，Anritsu37169C矢量网络分析仪是一种高性能的快速测量S参数的专用仪器。该仪器除了具有速度快、高精度特点外，还具备丰富的编程指令，其所有的人工操作功能都可由计算机程序来控制，计算机与它的通信联络由GPIB接口电路来实现。在远场测试中，Anritsu37169C工作于连续波或扫频模式，并通过外触发，以最快的速度实现测量，测试触发信号来自多轴运动控制器，测试数据被暂存在Anritsu37169C内存里，然后由计算机通过GPIB快速读入，这些数据经过处理变成所需的幅度相位或实虚部数据格式。
　　1.1 Anritsu37169C主要技术指标
　　37100C系列微波矢量网络分析仪将快速合成扫频源，自动反转的S参数测试装置及四通道接收机集成于一体，其先进的测试水平，大大加快了生产测试速度。37169C具有快速的合成扫描功能，每个测量点的扫描更新时间小于2ms，为保证测量精度，每个数据点都是经锁相并进行了矢量误差修正。内部信号源分辨率为1Khz就能满足大部分宽带和窄带带宽的要求，对于要求更高的频率精度，则可用1Hz的频率分辨率和高稳定度的时基。37169C配有两个GPIB接口，利用高速数据传输，配合快速误差修正扫描，从而最大限度的提高生产率。37169C大容量的内存、用好的用户界面和简便易用的特点，也为其广泛应用提供了条件。仪器技术指标如下：

　　1.2 多源模式
　　根据37169C的技术指标，在毫米波段仪器的内部源输出功率最大为-3dBm,对于远场测量，为了保证天线测试系统的动态范围，必须提高发射端的功率电平,我们采用37169C加MG3694A合成信号发生器的系统配置方案。MG3694A是自动测试系统中理想的信号发生器，其大功率输出保证了经过测试系统交换和电缆损耗之后，仍能保证有足够的信号强度。精确的稳幅功率输出，从-120dBm以0.01dB步进，可以实现接收机高灵敏度的测量。
　　37100C系列矢网具有强大的多源控制功能。利用多源控制功能，可以很方便的进行混频器、倍频器测量。无需外部控制器控制，就可以独立控制两个信号源和一个接收机。可分别设定两个信号源的频率范围和输出功率，以及接收机的扫描范围。多源方式的设定，包括定义每段的频率范围和段内信号源、接收机的工作方式。源1为内部源，用于驱动端口1和端口2,源2为外部源，可通过GPIB接口编程控制；矢网与外部信号源的同步通过10MHz时基控制。图2为多源方式仪器设定。

　　2 基于PMAC的开放式数控系统
　　我们研制的远场测量系统是基于PMAC的开放式数控系统，与国内外同类产品比具有领先水平。数控系统以工业控制机为平台，PMAC为控制器构成主从式双微处理器结构。工控机负责采样参数的设定、测试、数据的处理。PMAC控制转台的伺服运动,并在采样的精确位置为网络分析仪提供触发脉冲。