基于多線程技術(shù)的天線實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)研究

　　系統(tǒng)軟件用戶界面可以完成所有測(cè)量參數(shù)的輸入和設(shè)置并及時(shí)響應(yīng)用戶操作，除此線程外建立額外的工作者線程實(shí)現(xiàn)其他功能的并行工作，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，在用戶 界面實(shí)時(shí)更新顯示儀器的運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)的測(cè)量進(jìn)度以供用戶了解系統(tǒng)狀態(tài)，同時(shí)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)地讀取和保存，便于后期的進(jìn)一步處理和研究。

　　0 引言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代電子測(cè)量技術(shù)在儀器領(lǐng)域的應(yīng)用和普及，特別是電子測(cè)量?jī)x器計(jì)算機(jī)接口及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，使得計(jì)算機(jī)與儀器間的通信簡(jiǎn)單易得，用戶可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行儀器控制和數(shù)據(jù)讀取與存儲(chǔ)，這些技術(shù)的發(fā)展使得天線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為可能。

　　以往基于單線程的簡(jiǎn)單測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)用戶操作的響應(yīng)以及多任務(wù)之間的切換需要使用“中斷處理”來(lái)完 成，極大地影響了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和工作效率，測(cè)量過(guò)程中軟件進(jìn)入數(shù)據(jù)讀取與存儲(chǔ)的循環(huán)過(guò)程，使得用戶界面進(jìn)入“假死”狀態(tài)，無(wú)法對(duì)測(cè)量進(jìn)行控制和了解系統(tǒng)測(cè) 量的實(shí)時(shí)進(jìn)度。為了彌補(bǔ)這些不足，需要做到多任務(wù)的并行工作，而多線程技術(shù)以其避免阻塞、同時(shí)執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)、減小運(yùn)行過(guò)程和用戶界面的相互影響，以及最大 程度地利用多處理器性能的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)很好地滿足了這一要求。

　　本文設(shè)計(jì)了一套基于多線程技術(shù)的天線實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，提供了布局簡(jiǎn)潔而功能完善的用戶界面，可以完成 所有測(cè)量參數(shù)的輸入和設(shè)置并及時(shí)響應(yīng)用戶操作，使用不同線程實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)的并行工作，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，在用戶界面實(shí)時(shí)更新顯示儀器的運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)的測(cè)量 進(jìn)度以供用戶了解系統(tǒng)狀態(tài)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取和保存，便于后期的進(jìn)一步處理和研究。

　　1 系統(tǒng)概述

　　1.1 系統(tǒng)工作原理

　　本測(cè)量系統(tǒng)使用旋轉(zhuǎn)天線測(cè)量法，輔助天線(源天線)連接到矢網(wǎng)發(fā)射端口，待測(cè)天線連接到矢網(wǎng)接收端 口，使待測(cè)天線的待測(cè)平面與轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)平面平行，使用矢網(wǎng)測(cè)量不同角度的傳輸參數(shù)(S 參數(shù))，利用這些數(shù)據(jù)便可以做出特定頻率下的天線方向圖。此外矢網(wǎng)的掃頻特性為天線測(cè)量提供了另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)，即在一次測(cè)量中，可以得到在某一頻段內(nèi)多個(gè)頻 點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，可以通過(guò)對(duì)比不同頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)和天線方向圖對(duì)天線的頻率特性進(jìn)行比較和分析。

　　1.2 系統(tǒng)組成

　　該測(cè)試系統(tǒng)由五部分組成：微波暗室，計(jì)算機(jī)(系統(tǒng)軟件)，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，程控轉(zhuǎn)臺(tái)和源天線。其布局如圖1所示。

　　主控計(jì)算機(jī)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)LAN線互連，與傳統(tǒng)的GPIB總線模式比較，突破了通信距離限制，具有數(shù)據(jù)流量大、控制靈活、易于設(shè)備共享、數(shù)據(jù)共享等優(yōu)點(diǎn)。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀用于掃頻信號(hào)的發(fā)射與接收，源天線通過(guò)同軸線與連接到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀功率發(fā)射端的功率放大器相連，待測(cè)天線通過(guò)同軸線與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的功率接收端口相連。

　　主控計(jì)算機(jī)與轉(zhuǎn)臺(tái)控制箱通過(guò)USB接口相連，不需要考慮轉(zhuǎn)臺(tái)控制的機(jī)械流程，只需要編程完成與控制箱的通信，即可控制轉(zhuǎn)臺(tái)和獲取轉(zhuǎn)臺(tái)狀態(tài)數(shù)據(jù)。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀與轉(zhuǎn)臺(tái)控制箱之間通過(guò)BNC接頭同軸電纜連接，轉(zhuǎn)臺(tái)控制箱通過(guò)此電纜向矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)送測(cè)量所需的觸發(fā)脈沖。

　　2 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

　　編寫系統(tǒng)軟件使用的編譯環(huán)境是基于VC++的MFC(Microsoft Foundation Classes)，使用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)(Object Oriented Programming,OOP)方法，分別使用基于VISA(Virtual Instrument Software Architec-ture)庫(kù)的SCPI(Standard Commands for ProgrammableInstruments)指令和Mint運(yùn)動(dòng)控制語(yǔ)言進(jìn)行編程完成計(jì)算機(jī)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和轉(zhuǎn)臺(tái)的通信，控制儀器并讀取信息和數(shù)據(jù)。