毫米波多通道掃頻天線測量系統(tǒng)

　　PMAC可編程多軸運動控制器是美國Delta Tau 公司研制的世界上功能最強大的運動控制器之一。它首先全面地開發(fā)了DSP (Digital Signal Processing)功能，具有極快的處理速度，每軸的伺服更新在20－30 從而保證了伺服的剛性和響應速度，同時減小了系統(tǒng)誤差和滯后。另外，PMAC良好的軌跡特性，為高級伺服應用提供了準確性和平滑性，而其大寬帶輸入特性也為轉臺的快速精密運動提供了保障。軟件方面PMAC的開放結構，編程的靈活性以及后臺運行的PLC（Programable Logic Control）程序都為系統(tǒng)的開發(fā)提供了便利條件。

　　控制系統(tǒng)配置時需根據(jù)應用中的總線結構、電機類型、反饋元件等對PMAC進行擴展。

　　其中包括從絕對編程器或激光干涉儀獲得反饋的I/O板，伺服驅動單元，伺服電機，雙端口存儲器等進而形成完整的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)結構如圖3。

　　工業(yè)控制機與矢量網(wǎng)絡分析儀之間的通訊由GPIB（General Purpose InteRFace Bus）總線完成。主機通過GPIB卡設置矢量網(wǎng)絡分析儀的頻率，信號源功率，激勵方式，中頻帶寬等測量參數(shù)。遠場測量時，網(wǎng)絡分析儀收到PMAC的觸發(fā)脈沖后立即進行幅相數(shù)據(jù)采集并將其存入緩沖區(qū)，隨后送到主機進行實時數(shù)據(jù)顯示。系統(tǒng)配置的AGP（Accelerated Graphics Port）雙端口顯示卡，可將桌面擴展到兩個顯示器。實現(xiàn)轉臺位置信息的實時監(jiān)控。 控制軟件包括對PMAC和GPIB接口的控制，并由此實現(xiàn)轉臺的閉環(huán)控制，以及網(wǎng)絡分析儀的功能設定與采樣控制。控制軟件的功能模塊包括：系統(tǒng)初始化，PMAC參數(shù)設定，矢量網(wǎng)絡分析儀控制，文件管理，運動軸定位，遠場測試等功能。

　　在定位控制和遠場掃描中不僅要對PMAC設置運動及采樣參數(shù)，而且需要對各軸的位置反饋信息進行實時處理，即實現(xiàn)上下位機間的實時通訊。軟件采用PCOMM32動態(tài)連接庫實現(xiàn)通訊。PCOMM32與GPIB驅動結構框圖見圖4。

　　在驅動程序的外層開發(fā)人員可采用VisualBasic、C++、Delphi等可視化語言進行編程，并充分利用Windows豐富的GUI(Graphics User Interface)函數(shù)創(chuàng)建友好的人機界面。

　　3 系統(tǒng)軟件包

　　天線遠場測量系統(tǒng)是一套在計算機控制下的高精度自動測試設備。整個系統(tǒng)的正常工作依賴于系統(tǒng)軟件的支持。系統(tǒng)軟件包括在遠場測量方式下對被測天線及輔助天線各運動軸的驅動控制，通過GPIB接口對矢量網(wǎng)絡分析儀Anritsu 37169C的設定和控制,以及遠場信息的采集，存儲和天線輻射特性分析處理。全部軟件采用模塊結構，在WINDOWS界面下，通過窗體屏幕，菜單提示，簡單人機對話等方式為用戶提供極大的方便。系統(tǒng)具有連續(xù)波點頻測量、多通道測量、掃頻測量和極化測量功能。各種方式的靈活組合，充分滿足了用戶的測試需求。系統(tǒng)軟件包括測量和數(shù)據(jù)處理兩大功能，其它選項可以幫助用用戶分析和處理數(shù)據(jù)。

　　(1) 測量部分由五個功能模塊組成：

　　掃描設定：本模塊允許用戶定義測試類型和待側天線的基本特性，該信息將作為自動測試參數(shù)；
　　多通道設置：本模塊由于自動產生通道選擇表，用戶可以選擇掃描速度；
　　掃頻測量設定：選擇掃頻測量頻率，生成頻率列表；
　　接收機控制：控制Anritsu 37169C矢量網(wǎng)絡分析儀和綜合頻率源。根據(jù)掃描方式設定儀器工作狀態(tài)；
　　定位功能：控制轉臺和極化器的精確確定和測量軌跡。

　　(2) 數(shù)據(jù)處理部分

　　遠場方向圖參數(shù)分析：用戶可以輸入和改變遠場方向圖的顯示方式，并可對數(shù)據(jù)進行歸一化、平滑、移動、截斷等處理；
　　掃頻數(shù)據(jù)處理：實現(xiàn)多頻點數(shù)據(jù)的顯示、參數(shù)分析、比較和轉換；
　　數(shù)據(jù)比較、疊加、平滑功能；分析比較個通道方向圖的差別。分段平滑測試數(shù)據(jù)。

　　立體方向圖重構：根據(jù)E面和H面方向圖重構天線的空間立體方向圖。

　　4 測試實例

　　根據(jù)圖1遠場測量系統(tǒng)配置，我們對某機載多通道天線進行了掃頻測量，測試通道數(shù)為3，極化狀態(tài)為1，頻率點數(shù)為11。一次掃描完成33個方向圖測量。因而整個測量時間約為2min。在保證近場測量精度的同時，與單通道單頻點遠場測量相比測試效率提高了20倍。圖5為某天線第二通道，11個頻率的遠場方向圖。圖6為中心頻率三個通道方向圖比較。

　　5 結論

　　毫米波多通道掃頻遠場測量系統(tǒng)是一套基于PMAC多軸運動控制器的高精度、多功能、自動化的測量設備。該系統(tǒng)集數(shù)據(jù)分析、圖像處理、系統(tǒng)控制等功能于一體，能方便快捷地完成天線遠場測量任務，是天線現(xiàn)代化測試技術的高度集成。系統(tǒng)采用Anritsu"閃電"37169C矢量網(wǎng)絡分析儀和MG3694微波合成信號發(fā)生器，在保證測量精度的同時，實現(xiàn)了多通道掃頻遠場測量，有效地降低了測量時間。系統(tǒng)滿足了毫米波遠場測試的高指標要求，與國外同類產品相比，具有良好的性能價格比和推廣應用價值。