CN109406888A - 一种有源相控阵天线发射方向图测试方法及系统 - Google Patents

一种有源相控阵天线发射方向图测试方法及系统 Download PDF

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胡耀宗
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    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/10—Radiation diagrams of antennas

Abstract

本发明公开了一种有源相控阵天线发射方向图测试方法，包括设置有源相控阵天线处于发射状态；设置频谱仪通过接收喇叭天线接收有源相控阵天线发射脉冲；设置数据采集卡接收天线测试转台步长脉冲，收到步长脉冲后进入中断状态；在中断状态中，设置频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲数据；处理有源相控阵天线发射脉冲数据；存储有源相控阵天线发射脉冲数据。本发明公开了一种有源相控阵天线发射方向图测试系统，包括控制模块、数据处理模块和数据存储模块。本发明提出的技术方案，实现了天线方向图测试的方法，尤其适合差分信号线难以架设的天线测试远场领域；方法完全自动化，无需人工干预，具有较高的测试速度。

Description

一种有源相控阵天线发射方向图测试方法及系统
技术领域
本发明涉及一种天线方向图测试方法，更具体地，涉及一种有源相控阵天线发射方向图测试方法及系统。
背景技术
随着国内天线技术的发展，有源相控阵天线已经成为主导应用方向。有源相控阵天线发射状态与无源天线发射状态模式是不同的，无源天线发射方向图一般可以利用天线互易原理在接收连续波信号下完成发射通道方向图采集，有源相控阵天线接收和发射通道相互独立，发射通道的射频信号只能从发射模块单向传输至天线单元，因此只能通过远处安装接收装置采集天线发射的射频信号才能测试有源相控阵天线发射远场方向图。传统的天线远场测试系统，频谱仪或其他类型的微波接收机一般安装在天线测试转台附近，通过天线测试转台的TTL脉冲触发频谱仪完成一次数据采集，而大口径天线远场距离通常上百米甚至上千米，射频信号不能通过这样长距离的电缆传回转台附近的频谱仪。如果把频谱仪搬移到接收端附近，那么如何实现天线测试转台TTL脉冲触发频谱仪又是难点，采用差分信号方式可以远距离传输TTL脉冲，但在天线远场环境下架设并维护较长的差分电缆是非常困难的。大多数有源相控阵天线发射信号是脉冲模式，脉宽为若干个微秒，占空比一般为10％～20％，如何在天线远场有效采集这样的脉冲信号是测试技术的关键。目前以色列的ORBIT公司、美国NSI公司、MIT公司、Agilent公司、国内的南京洛普公司等国内外知名的天线测量厂家的远场测试系统，均不存在有源相控阵发射远场方向图测试功能。
鉴于此，本发明的目的在于提供一种有源相控阵天线发射方向图测试方法及系统，尤其应用在差分信号线难以架设的天线测试远场领域，实现有源相控阵发射远场方向图测试功能，且实现较高的测试速度和自动化。
发明内容
为了缓解现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种有源相控阵天线发射方向图测试方法及系统。
一种有源相控阵天线发射方向图测试方法，包括：设置有源相控阵天线处于发射状态；设置频谱仪通过接收喇叭天线接收有源相控阵天线发射脉冲；设置数据采集卡接收天线测试转台步长脉冲，收到步长脉冲后进入中断状态；在中断状态中，设置频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲数据；处理有源相控阵天线发射脉冲数据；存储有源相控阵天线发射脉冲数据。
进一步地，在中断状态中，频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲的个数为2至4个。
进一步地，处理有源相控阵天线发射脉冲数据的方法包括：对频谱仪采集的脉冲数据进行排序；对数值高的部分数据进行累加并求平均值；平均值为有源相控阵天线发射脉冲电平值。
进一步地，处理有源相控阵天线发射脉冲数据的方法包括：对频谱仪采集的脉冲数据进行排序；排序的中位数为有源相控阵天线发射脉冲电平值；或排序中位数前后3至5个数据的平均数为有源相控阵天线发射脉冲电平值。
进一步地，在中断状态前，还包括：设置天线测试转台的起始角度、终止角度、测试方向、角度步长和测试速度，天线测试转台在起始角度至终止角度范围内按测试方向、角度步长和测试速度转动；天线测试转台每转动一个角度步长，发出一个步长脉冲。
一种有源相控阵天线发射方向图测试系统，包括：控制模块、数据处理模块和数据存储模块；控制模块，设置有源相控阵天线处于发射状态，设置频谱仪通过接收喇叭天线接收有源相控阵天线发射脉冲，设置数据采集卡接收天线测试转台步长脉冲，收到步长脉冲后进入中断状态，在中断状态中，设置频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲数据；数据处理模块，处理有源相控阵天线发射脉冲数据；数据存储模块，存储有源相控阵天线发射脉冲数据。
进一步地，控制模块包括：在中断状态中，频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲的个数为2至4个。
进一步地，控制模块包括：对频谱仪采集的脉冲数据进行排序；对数值高的部分数据进行累加并求平均值；平均值为有源相控阵天线发射脉冲电平值。
进一步地，控制模块包括：对频谱仪采集的脉冲数据进行排序；排序的中位数为有源相控阵天线发射脉冲电平值；或排序中位数前后3至5个数据的平均数为有源相控阵天线发射脉冲电平值。
进一步地，控制模块还包括：设置天线测试转台的起始角度、终止角度、测试方向、角度步长和测试速度，天线测试转台在起始角度至终止角度范围内按测试方向、角度步长和测试速度转动；天线测试转台每转动一个角度步长，发出一个步长脉冲。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：本发明提供的方法：包括设置有源相控阵天线处于发射状态；设置频谱仪通过接收喇叭天线接收有源相控阵天线发射脉冲；设置数据采集卡接收天线测试转台步长脉冲，收到步长脉冲后进入中断状态；在中断状态中，设置频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲数据；处理有源相控阵天线发射脉冲数据；存储有源相控阵天线发射脉冲数据。
通过对数据采集卡接收天线测试转台步长脉冲、以及中断状态的设置，实现了天线方向图测试的方法，尤其适合差分信号线难以架设的天线测试远场领域；方法完全自动化，无需人工干预，具有较高的测试速度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例一种有源相控阵天线发射方向图测试方法流程
示意图；
图2为本发明第一实施例频谱仪采集天线发射脉冲时序示意图；
图3为本发明第二实施例一种有源相控阵天线发射方向图测试系统结构
示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一：
图1是本发明第一实施例的一种有源相控阵天线发射方向图测试方法，如图1所示，该方法包括如下五个步骤。
步骤S101：设置有源相控阵天线处于发射状态。具体地，向天线波控机发送打开有源相控阵天线发射状态的命令，以使有源相控阵天线处于发射状态。
步骤S102：设置频谱仪接收有源相控阵天线发射脉冲。具体地，设置频谱仪为时域工作模式，频谱仪在时域工作模式下射频信号可以被频谱仪在设定的扫描时间内按时间间隔记录下来。
在一个可选的实施例中，频谱仪安装在发射信号接收喇叭天线附近，频谱仪通过接收喇叭天线接收有源相控阵天线发射脉冲。设定频谱仪的扫描时间、扫描点数、测试频率、分辨率带宽、天线发射脉冲周期和天线发射脉冲占空比参数，以进行有源相控阵天线发射脉冲的接收。
步骤S103：设置数据采集卡接收天线测试转台步长脉冲。
在一个可选的实施例中，天线测试转台步长脉冲输出端与数据采集卡的两根管脚相连，使数据采集卡接收天线测试转台步长脉冲。
步骤S104：采集有源相控阵天线发射脉冲数据。具体地，收到步长脉冲后进入中断状态；在中断状态中，设置频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲数据。
在一个可选的实施例中，在中断状态前，还包括：设置天线测试转台的起始角度、终止角度、测试方向、角度步长和测试速度，天线测试转台在起始角度至终止角度范围内按测试方向、角度步长和测试速度转动；天线测试转台每转动一个角度步长，发出一个步长脉冲。在一个步长脉冲周期内，频谱仪使用TRACE功能进行发射脉冲的采集。
在另一个可选的实施例中，如图2所示，在中断状态中，频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲的个数为2至4个。需要进行说明的是，发射脉冲个数过少容易导致测试不准，过多则测试时间长效率低。
步骤S105：处理和存储有源相控阵天线发射脉冲数据。具体地，天线发射脉冲具有非稳定状态，会产生0.3db～1db的能量抖动，因此需要进行去抖处理，以获得发射脉冲电平值。此外，为了进行方向图的绘制，需要存储有源相控阵天线发射脉冲数据。
在一个可选的实施例中，处理有源相控阵天线发射脉冲数据的方法包括：对频谱仪采集的脉冲数据进行排序；对数值高的部分数据进行累加并求平均值；平均值为有源相控阵天线发射脉冲电平值。详细地，频谱仪TRACE数据按从大到小的数组排列An，提取排序前x-k的数值，然后将这些数值累加求平均值即为发射脉冲电平值其中k：频谱仪扫描得到发射脉冲个数，x：扫描高电平点数。或者，频谱仪TRACE数据按从小到大的数组排列An，，则发射脉冲电平值则为
在另一个可选的实施例中，处理有源相控阵天线发射脉冲数据的方法包括：对频谱仪采集的脉冲数据进行排序；排序的中位数为有源相控阵天线发射脉冲电平值；或排序中位数前后3至5个数据的平均数为有源相控阵天线发射脉冲电平值。详细地，频谱仪TRACE数据按从大到小的数组排列An，提取排序为x/2的Ax/2，即An的中位数，或者取排序为x/2的前后I个数据的平均数([x-I]/2、x/2、(x+I)/2向下取整数，I一般取3～5即可)即为发射脉冲电平值，计算公式为或者，频谱仪TRACE数据按从小到大的数组排列An，，则发射脉冲电平值计算公式为
实施例二：
本发明实施例提供了一种有源相控阵天线发射方向图测试系统，该系统主要用于执行本发明实施例上述内容所提供的测试方法，以下对本发明实施例提供的测试系统做具体介绍。
图3是本发明第二实施例的一种有源相控阵天线发射方向图测试系统结构示意图。如图3所示，该系统包括以下模块。
控制模块201，设置有源相控阵天线处于发射状态，设置频谱仪通过接收喇叭天线接收有源相控阵天线发射脉冲，设置数据采集卡接收天线测试转台步长脉冲，收到步长脉冲后进入中断状态，在中断状态中，设置频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲数据。
数据处理模块202，处理有源相控阵天线发射脉冲数据；
数据存储模块203，存储有源相控阵天线发射脉冲数据。
控制模块201包括：在中断状态中，频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲的个数为2至4个。
控制模块201还包括：对频谱仪采集的脉冲数据进行排序；对数值高的部分数据进行累加并求平均值；平均值为有源相控阵天线发射脉冲电平值。
控制模块201还包括：对频谱仪采集的脉冲数据进行排序；排序的中位数为有源相控阵天线发射脉冲电平值；或排序中位数前后3至5个数据的平均数为有源相控阵天线发射脉冲电平值。
控制模块201还包括：设置天线测试转台的起始角度、终止角度、测试方向、角度步长和测试速度，天线测试转台在起始角度至终止角度范围内按测试方向、角度步长和测试速度转动；天线测试转台每转动一个角度步长，发出一个步长脉冲。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种有源相控阵天线发射方向图测试方法，其特征在于，包括：设置所述有源相控阵天线处于发射状态；设置频谱仪通过接收喇叭天线接收所述有源相控阵天线发射脉冲；设置数据采集卡接收天线测试转台步长脉冲，收到所述步长脉冲后进入中断状态；在所述的中断状态中，设置所述频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲数据；处理所述有源相控阵天线发射脉冲数据；存储所述有源相控阵天线发射脉冲数据。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，包括：
在所述的中断状态中，所述频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲的个数为2至4个。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述的处理有源相控阵天线发射脉冲数据的方法包括：
对所述频谱仪采集的脉冲数据进行排序；对数值高的部分数据进行累加并求平均值；所述平均值为所述有源相控阵天线发射脉冲电平值。
4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述的处理有源相控阵天线发射脉冲数据的方法包括：
对所述频谱仪采集的脉冲数据进行排序；所述排序的中位数为所述有源相控阵天线发射脉冲电平值；或所述排序中位数前后3至5个数据的平均数为所述有源相控阵天线发射脉冲电平值。
5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在所述的中断状态前，还包括：
设置所述天线测试转台的起始角度、终止角度、测试方向、角度步长和测试速度，所述天线测试转台在起始角度至终止角度范围内按测试方向、角度步长和测试速度转动；所述天线测试转台每转动一个角度步长，发出一个步长脉冲。
6.一种有源相控阵天线发射方向图测试系统，其特征在于，包括：控制模块、数据处理模块和数据存储模块；
控制模块，设置所述有源相控阵天线处于发射状态，设置频谱仪通过接收喇叭天线接收所述有源相控阵天线发射脉冲，设置数据采集卡接收天线测试转台步长脉冲，收到所述步长脉冲后进入中断状态，在所述的中断状态中，设置所述频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲数据；
数据处理模块，处理所述有源相控阵天线发射脉冲数据；
数据存储模块，存储所述有源相控阵天线发射脉冲数据。
7.根据权利要求6所述的测试系统，其特征在于，所述的控制模块包括：在所述的中断状态中，所述频谱仪采集有源相控阵天线发射脉冲的个数为2至4个。
8.根据权利要求6所述的测试系统，其特征在于，所述的控制模块包括：对所述频谱仪采集的脉冲数据进行排序；对数值高的部分数据进行累加并求平均值；所述平均值为所述有源相控阵天线发射脉冲电平值。
9.根据权利要求6所述的测试系统，其特征在于，所述的控制模块包括：对所述频谱仪采集的脉冲数据进行排序；
所述排序的中位数为所述有源相控阵天线发射脉冲电平值；或
所述排序中位数前后3至5个数据的平均数为所述有源相控阵天线发射脉冲电平值。
10.根据权利要求6所述的测试系统，其特征在于，所述的控制模块还包括：设置所述天线测试转台的起始角度、终止角度、测试方向、角度步长和测试速度，所述天线测试转台在起始角度至终止角度范围内按测试方向、角度步长和测试速度转动；所述天线测试转台每转动一个角度步长，发出一个步长脉冲。
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