天線方向圖自動(dòng)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　引 言

　　天線是雷達(dá)的重要組成部分，天線方向圖的測試在雷達(dá)性能測試中占有極其重要的位置。早期人們采用手動(dòng)法進(jìn)行方向圖測量，數(shù)據(jù)的錄取、方向圖的繪制以及參數(shù)的計(jì)算都是手工方式，操作復(fù)雜，工作量大，耗時(shí)長，精度低。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，天線方向圖自動(dòng)測試逐漸取代了手動(dòng)測量，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)錄取、數(shù)據(jù)處理以及方向圖繪制的自動(dòng)化，大大提高了測量速度和精度。本文介紹了一種雷達(dá)天線方向圖的自動(dòng)化測量系統(tǒng)，分析了軟硬件結(jié)構(gòu)及原理。

　　1 方向圖自動(dòng)測試原理及實(shí)驗(yàn)配置

　　根據(jù)天線的互易性原理，將被測天線作為接收天線，固定的輻射天線作為發(fā)射天線，由發(fā)射天線發(fā)射電磁波，轉(zhuǎn)動(dòng)被測天線進(jìn)行接收，測出被測范圍內(nèi)不同角度處的信號(hào)電平，便可得到被測天線的方向圖[1]。

　　方向圖的自動(dòng)測量與手動(dòng)測量原理相同，不同的是利用電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、處理和方向圖繪制的自動(dòng)化。圖1是某雷達(dá)天線方向圖自動(dòng)測試的實(shí)驗(yàn)配置。

　　方向圖的自動(dòng)測量屬于動(dòng)態(tài)測量。測量時(shí)被測天線連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并接收信號(hào)源通過喇叭天線發(fā)射的微波信號(hào)。接收信號(hào)送天線幅度信號(hào)采集電路，經(jīng)變換放大及A/D轉(zhuǎn)換后送給微機(jī)。天線轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，天線角度信號(hào)錄取裝置將天線位置轉(zhuǎn)換成角度數(shù)字信號(hào)送給微機(jī)。這樣就可以得到測量范圍內(nèi)每一位置的幅度信號(hào)電平，根據(jù)這組數(shù)據(jù)，微機(jī)就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并由輸出裝置輸出計(jì)算結(jié)果。

　　2 硬件電路設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件包括微機(jī)控制部分、天線幅度信號(hào)錄取裝置、天線角度信號(hào)錄取裝置和繪圖儀。組成框圖如圖2所示。

　　2.1 微機(jī)控制電路

　　微機(jī)控制電路采用51系列單片機(jī)，由CPU、程序存儲(chǔ)器、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和地址譯碼器等組成[2]。

　　2.2 天線幅度信號(hào)錄取裝置

　　幅度信號(hào)錄取裝置由測量放大器、采樣/保持電路s/H和A/D轉(zhuǎn)換電路組成。

　　天線接收的微波信號(hào)送至測量放大器，對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行高頻檢波，輸出調(diào)制方波信號(hào)，然后進(jìn)行放大、檢波、濾波等處理，輸出一個(gè)幅度滿足要求、波形較好的直流信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)采樣S/H后送到A/D，A/D在單片機(jī)控制下將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并存入外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，從而完成幅度信號(hào)的錄取。

　　測量放大器是該系統(tǒng)的信號(hào)變換放大電路，有較高的靈敏度、大的動(dòng)態(tài)范圍、穩(wěn)定的工作特性和快的響應(yīng)速度。

　　S/H的選取原則是：如果在A/D轉(zhuǎn)換期間輸入信號(hào)電平的變化小于1個(gè)LSB，可以不加S/H;否則，必須加S/H。下式是不加S/H時(shí)信號(hào)變化率應(yīng)滿足的關(guān)系：

　　式中：

　　A/D芯片采用AD574，其參數(shù)為：Vm=10 V，n=12，T=25μs，代入式(1)得