基于的毫米波天線自動(dòng)對準(zhǔn)平臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：在毫米波中繼通信設(shè)備中，為提高對準(zhǔn)精度，縮短對準(zhǔn)時(shí)間，滿足快速反應(yīng)的要求，并結(jié)合毫米波波辯窄，方向性強(qiáng)的特點(diǎn)，創(chuàng)造性地提出了毫米波天線自動(dòng)對準(zhǔn)平臺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。在天線對準(zhǔn)過程中，將復(fù)雜的的空間搜索轉(zhuǎn)換成兩個(gè)簡單的水平和垂直搜索，簡化了搜索控制算法。采用基于ARM的32位微處理器LPC2294進(jìn)行控制，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺和毫米波設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)毫米波通信設(shè)備的快速準(zhǔn)確對準(zhǔn)。毫米波中繼通信設(shè)備在國內(nèi)還處于研發(fā)改進(jìn)階段，所以該對準(zhǔn)平臺系統(tǒng)具有極大的參考意義。
關(guān)鍵詞：毫米波天線；ARM；μC／OS-Ⅱ；嵌入式RISC處理器；自動(dòng)對準(zhǔn)平臺

毫米波作為一項(xiàng)尖端學(xué)科在中繼通信方面發(fā)揮著越來越重要的作用。但毫米波波瓣窄，方向性強(qiáng)，導(dǎo)致天線對準(zhǔn)困難,存在對通時(shí)間長，甚至難以對準(zhǔn)的問題，不能滿足快速反應(yīng)的要求。因此，需要一種高效的毫米波天線自動(dòng)對準(zhǔn)裝置來提高天線架裝與對準(zhǔn)速度，縮短天線架裝與對準(zhǔn)時(shí)間，以適應(yīng)快速準(zhǔn)確通信的需要。本文從多任務(wù)處理和可靠性等角度出發(fā)，提出了一種基于ARM7的32位微處理器LPC2294和實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ步進(jìn)電機(jī)控制平臺的方法，將毫米波通信設(shè)備架裝在平臺系統(tǒng)上，從而使毫米波通信設(shè)備通過平臺的轉(zhuǎn)動(dòng)快速對準(zhǔn)。

1 系統(tǒng)工作原理
在隨機(jī)狀態(tài)下，通信設(shè)備中兩個(gè)天線的軸線一般位于不同的平面內(nèi)，故天線對準(zhǔn)實(shí)際上是一個(gè)較復(fù)雜的空間搜索問題。從天線軸線在兩正交平面(方位平面和俯仰平面)內(nèi)的投影可以看出，只要分別在方位面和俯仰面內(nèi)調(diào)整即可將兩天線對準(zhǔn)。這種調(diào)整方式將空間搜索轉(zhuǎn)換成兩個(gè)簡單的水平和垂直面搜索，可以簡化搜索控制算法。天線對準(zhǔn)時(shí)，兩天線的方位指向誤差較大，而俯仰指向誤差不會(huì)太大。故可先實(shí)現(xiàn)方位對準(zhǔn)，然后調(diào)整俯仰指向，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)天線的完全對準(zhǔn)。基于上述特點(diǎn)，將天線安裝在內(nèi)框的俯仰平面上，如圖1所示。實(shí)際使用時(shí)，通信設(shè)備通過平臺架裝在天線升降器上，最高可以距地面10 m，并可以根據(jù)需要升降。采用單軸步進(jìn)式跟蹤方案，俯仰方向和水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)共用一個(gè)電機(jī)，通過繼電器進(jìn)行切換。根據(jù)平臺的轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律，在ARM控制器中，編程實(shí)現(xiàn)間歇式發(fā)送脈沖，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器放大脈沖，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，最后由機(jī)械裝置轉(zhuǎn)動(dòng)平臺以及與其相連的通信設(shè)備，完成對毫米波通信設(shè)備間方向的搜索與對準(zhǔn)。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
該平臺對準(zhǔn)系統(tǒng)主要由平臺控制板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和相關(guān)傳感器(羅盤和GPS)等組成。圖2給出了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的片外連接硬件結(jié)構(gòu)框圖。本文重點(diǎn)介紹其核心——ARM控制部分。

2．1 ARM處理器簡介
ARM的32位體系結(jié)構(gòu)被公認(rèn)為業(yè)界領(lǐng)先的32位嵌入式RISC處理器結(jié)構(gòu)。LPC2294是飛利浦公司生產(chǎn)的32位ARM7TDMI-S微處理器，具有低功耗、低價(jià)格、高性能的特點(diǎn)。