一种定向天线方向图测量装置的制作方法

本实用新型属于定向天线方向图测量技术领域，尤其涉及一种定向天线方向图测量装置。

背景技术：

天线是雷达的重要组成部分，很多天线厂家都会做自己的产品测试，定向天线方向图的测试在雷达性能测试中占有极其重要的位置。早期人们采用手动法进行方向图测量，数据的录取、方向图的绘制以及参数的计算都是手工方式，操作复杂，工作量大，耗时长，精度低，测量成本高，并且对使用和维护人员的要求比较高，不利于日常维护和检修。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种定向天线方向图测量装置，以降低定向天线方向图测量的复杂度，降低测量成本。

本实用新型采用以下技术方案：一种定向天线方向图测量装置，包括用于安装待测天线的待测天线安装板，待测天线安装板安装在步进电机上；

还包括单片机、数据处理单元和发射天线，数据处理单元的数据输入端通过数据线连接待测天线，数据处理单元的数据输出端连接至单片机的信号输入端；步进电机连接至单片机的第一信号输出端；发射天线通过第一射频信号发生器连接至单片机的第二信号输出端；

单片机用于控制第一射频信号发生器产生发射信号，并通过发射天线发射出去；还用于控制步进电机带动待测天线安装板转动，以使待测天线通过不同角度接收发射天线发出的信号；还用于接收数据处理单元发出的处理后的接收信号，并根据处理后的接收信号计算生成待测天线的方向图。

进一步的，数据处理单元包括第二射频信号发生器，第二射频信号发生器的信号输入端连接至单片机，信号输出端连接至混频器的第一信号输入端，混频器的第二信号输入端与待测天线连接，混频器的信号输出端通过滤波器连接至对数检波器的信号输入端，数检波器的信号输出端连接至单片机信号输入端；

第二射频信号发生器的信号输入端连接至单片机的第三信号输出端。

进一步的，发射天线和第一射频信号发生器均安装在发射天线安装板上。

进一步的，单片机、对数检波器、滤波器、混频器、第二射频信号发生器均安装在外壳内，外壳上还安装有显示屏，显示屏数据连接至单片机的第四信号输出端，显示屏用于显示待测天线的方向图。

进一步的，对数检波器由AD8317芯片和其外围电路组成；

AD8317芯片的第1引脚接电容C23，电容C23的另一端分别接检波输入端 P4和电阻R7，电阻R7另一端接地；

AD8317芯片的第8引脚接串联电容C22接地；

AD8317芯片的第2引脚直接接地；

AD8317芯片的第3引脚串联电容C26接地；

AD8317芯片的第4引脚和第5引脚之间串联电阻R11；

AD8317芯片的第5引脚接电阻R9，电阻R9另一端接检波输出端P5；

AD8317芯片的第6引脚串联电阻R18接地；

AD8317芯片的第7引脚接电源+5V，同时并联电容C24、C25接地。

进一步的，混频器由ADL5801芯片和其外围电路组成；

ADL5801芯片的第1、2、5、6、8、12、14、17、19、23引脚均接地；

ADL5801芯片的第7、9、13、18、24引脚均接电源+5V；

ADL5801芯片的第3、4引脚为本振输入通道，通过电容C10和C11交流耦合，T1为一个1:1巴伦，用于与所述第二射频信号发生器(12)的信号输出端连接；

ADL5801芯片的第10、11引脚相连接，且并联电容C14、C15、C16和C17 接地；

ADL5801芯片的第15、16引脚连接射频输入通道，通过电容C12和C13交流耦合，T2是一个1:1巴伦，用于与所述待测天线连接；

ADL5801芯片的第20、21引脚连接混频输出通道，通过电阻R3和R2直流电流耦合，T3是一个4:1中频变压器，中心轴头串联电阻R1接+5V，电容C8、 C9为滤波电容；

进一步的，滤波器采用七阶低通滤波器和型号为10M15A的晶体滤波器串联组成，七阶低通滤波器和晶体滤波器之间串联电感L5；

七阶低通滤波器由三个L型电路串联，三个L型电路具体为：

由电感L1与电容C18组成一个L型电路；

由电感L2与电容C19组成一个L型电路；

由电感L3与电容C20组成一个L型电路；

电感L5与晶体滤波器的第1引脚连接；

晶体滤波器的第3引脚为中频输出；

晶体滤波器的第2引脚接地。

进一步的，第一射频信号发生器和第二射频信号发生器均由ADF5355芯片和其外围电路组成；

ADF5355芯片的第1、2、3引脚分别连接排针P1、P2、P3，为射频信号发生器的控制引脚CLK、DATA、LE；

ADF5355芯片的第4引脚串联电阻R5接3.3V，与第5引脚相连接；

ADF5355芯片的第5引脚并联电容C11、C15接地；

ADF5355芯片的第6引脚并联电容C18、C25接地；

ADF5355芯片的第7引脚与第20引脚相连，且串联电容C17接地、串联电阻R3接电容C16、并联电容C14与串联R6接地；

ADF5355芯片的第8、9、13、15、18、21和31引脚均接地；

ADF5355芯片的第10引脚接3.3V，且并联电容C32、C35接地；

ADF5355芯片的第11引脚串联电容C43接射频输出端头SMA_RFOUTA+ 的第5引脚；

ADF5355芯片的第12引脚串联电容C44接射频输出端头SMA_RFOUTA- 的第5引脚；

ADF5355芯片的第11和12引脚之间连接电感L1、L2，电感L1、L2之间接3.3V、并联电容C39、C40、C41、C42接地；

ADF5355芯片的第14引脚串联电容C33接射频输出端头SMA_RFOUTB的第5引脚；

ADF5355芯片的第16引脚并联电容C31、C29接地；

ADF5355芯片的第17和19引脚相连且接+5V、并联电容C19、C20、C21、 C22接地；

ADF5355芯片的第22引脚串联电阻R4接地；

ADF5355芯片的第23和24引脚相连、且并联C9、C10、C12、C13接地；

ADF5355芯片的第25引脚串联电容C8接地；

ADF5355芯片的第26和27引脚相连、且接+3.3V、并联电容C5、C6接地；

ADF5355芯片的第28引脚接电容C1、C2，且与射频连接头SMA_REFINB 的第5引脚相连；

ADF5355芯片引脚28接电容C3、C4与射频连接头SMA_REFINB引脚5 相连，其中电容C1、C2之间接电阻R1与电容C3、C4之间相连；

ADF5355芯片的第30引脚串联电阻R2、发光二极管LED接地；

ADF5355芯片的第32引脚串联电容C7接地；

ADF5355芯片的外部振荡电路由25MHz晶振U4提供；

U4的第2引脚接地；

U4的第3引脚接SAM_REFINA的第5引脚；

U4的第4引脚连电感L3接3.3V、并联电容C45、C46接地；

ADF5355芯片的供电电压为5V、3.3V，分别由两片稳压器LT1763芯片U2、 U3转换电压提供；

U2、U3的第5和8引脚均接电源VCC、并联电容C26、C27、C30、C34；

U2、U3的第3、6、7引脚接地；

U2的第1引脚输出5V、并联电容C23、C24接地；

U2的第1和2引脚串联电阻R7；

U2引脚的第2和4引脚串联电容C28；

U2的第2引脚串联电阻R8接地；

U3的第1引脚输出3.3V、并联电容C36、C37接地；

U3的第1和2引脚串联电阻R9；

U3的第2和4引脚串联电容C38；

U3的第2引脚串联电阻R10接地。

本实用新型的有益效果是：通过信号发射单元和信号接收单元，可以实现对信号的捕获，通过将多个元件集中于外壳内部，降低整个系统的复杂度，通过单片机实现整个系统的控制，可以连续的对天线的方向性进行测量，降低测量难度和测量成本，不需要专业测量人员就可以实现对天线方向性的测量。

【附图说明】

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的原理框图；

图3为本实用新型实施例中对数检波器的电路原理图；

图4为本实用新型实施例中混频器的电路原理图；

图5为本实用新型实施例中滤波器的电路原理图；

图6为本实用新型实施例中的第一射频信号发生器和第二射频信号发生器的电路原理图；

图7为本实用新型实施例中混频器、滤波器和对数检波器的整体电路原理图。

其中：1.待测天线安装板；2.待测天线；3.发射天线；4.发射天线安装板；5. 外壳；6.显示屏；7.步进电机；8.单片机；9.对数检波器；10.滤波器；11.混频器； 12.第二射频信号发生器；13.第一射频信号发生器。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型公开了一种定向天线方向图测量装置，如图1和图2所示，包括用于安装待测天线2的待测天线安装板1，天线安装板1可选为普通板材即可，只需要满足待测天线2的安装就行，待测天线安装板1安装在步进电机7上。

该装置还包括单片机8、数据处理单元和发射天线3，数据处理单元的数据输入端通过数据线连接待测天线2，数据处理单元的数据输出端连接至单片机8 的信号输入端；步进电机7连接至所述单片机8的第一信号输出端；发射天线3 通过第一射频信号发生器13连接至单片机8的第二信号输出端。

单片机8用于控制第一射频信号发生器13产生发射信号，并通过发射天线3 发射出去；还用于控制所述步进电机7带动待测天线安装板1转动，以使待测天线2通过不同角度接收发射天线3发出的信号；还用于接收数据处理单元发出的处理后的接收信号，并根据处理后的接收信号计算生成待测天线2的方向图。

待测天线2通过数据线连接至数据处理单元的数据输入端，数据处理单元的数据输出端连接至单片机8的信号输入端。步进电机7连接至单片机8的第一信号输出端。待测天线2用于接收发射天线3发送的信号并输入至混频器11的第一射频输入端。步进电机7用于带动待测天线2转动，以便以获取不同方向的信号功率。

数据处理单元包括第二射频信号发生器12，第二射频信号发生器12用于生成频率低于射频信号发生器1的10.7MHz的正弦波信号，并输入至混频器11的本振输入端。第二射频信号发生器12的信号输入端连接至单片机8，信号输出端连接至混频器11的第一信号输入端，混频器11的第二信号输入端与待测天线2 连接，混频器11的信号输出端通过滤波器10连接至对数检波器9的信号输入端，数检波器9的信号输出端连接至单片机8信号输入端；第二射频信号发生器12 的信号输入端连接至单片机8的第三信号输出端。

滤波器10用于滤出中心频率为10.7MHz的信号，输入至对数检波器9，单片机8用于控制两片射频信号发生器的频率58MHz～13.6GHz范围的频率调节，单片机8还用于对数检波器9输出端A/D信号的采集，以及控制步进电机7的转速，显示屏6的定向天线方向图的显示，单片机型号为STM32F429单片机，其作为主控制器完成数据处理、DDS的频率输出控制。对数检波器9用于混频器后信号的功率检波.

单片机8、对数检波器9、滤波器10、混频器11、第二射频信号发生器12 均安装在外壳5内，外壳5上还安装有显示屏6，显示屏6数据连接至单片机8 的第四信号输出端，显示屏6用于显示待测天线2的方向图。外壳5采用可屏蔽信号的材质制成，相当于对混频器11、滤波器10和对数检波器9等加了屏蔽罩，作用就是屏蔽外界电磁波对内部电路的影响和阻止内部产生的电磁波向外辐射，使系统具有灵敏度高，增强抗电磁干扰能力强。

本实用新型的测量装置还包括发射天线3，发射天线3通过第一射频信号发生器13连接至单片机8的第二信号输出端。发射天线3和第一射频信号发生器 13均安装在发射天线安装板4上，通过发射天线安装板4可以实现发射天线的固定，另外为了方便测量，使发射天线3和待测天线2处于同一水平面上。第一射频信号发生器13用于产生频率在58MHz～13.6GHz范围的正弦波信号，并输入至发射天线3。

单片机8用于控制第一射频信号发生器13产生发射信号，并通过发射天线3 发射出去；还用于控制步进电机7带动待测天线安装板1转动，以使待测天线2 通过不同角度接收发射天线3发出的信号；还用于接收数据处理单元发出的处理后的接收信号，并根据处理后的接收信号计算生成待测天线2的方向图。则单片机8用于控制两片射频信号发生电路的射频信号输出，和步进电机转速，显示器图形的绘制。单片机8用于控制两个射频信号发生器产生射频信号和本振信号输入至混频器11，以及步进电机7的转速，信号处理和显示屏的显示。

在本实施例中，如图3所示，对数检波器9由AD8317芯片和其外围电路组成。AD8317芯片的第1引脚接电容C23，电容C23的另一端分别接检波输入端 P4和电阻R7，电阻R7另一端接地；

AD8317芯片的第8引脚接串联电容C22接地；

AD8317芯片的第2引脚直接接地；

AD8317芯片的第3引脚串联电容C26接地；

AD8317芯片的第4引脚和第5引脚之间串联电阻R11；

AD8317芯片的第5引脚接电阻R9，电阻R9另一端接检波输出端P5；

AD8317芯片的第6引脚串联电阻R18接地；

AD8317芯片的第7引脚接电源+5V，同时并联电容C24、C25接地。

本实施例的对数检波器9采用AD8317集成芯片，此芯片具有如下优点 AD8317宽带宽：1MHz至10GHz，高精度：±1.0dB，动态范围：50dB(8GHz)，温度稳定性：±0.5dB，低噪声测量/控制器输出VOUT，脉冲响应时间：8ns/10 ns下降/上升，小尺寸、2mm×3mm LFCSP封装，电源供电：3.0V至5.5V(22 mA)等优点。

如图4所示，本实施例中混频器11由ADL5801芯片和其外围电路组成；

ADL5801芯片的第1、2、5、6、8、12、14、17、19、23引脚均接地；

ADL5801芯片的第7、9、13、18、24引脚均接电源+5V；

ADL5801芯片的第4、5引脚为本振输入通道，通过电容C10和C11交流耦合，T1为一个1:1巴伦，用于与所述第二射频信号发生器12的信号输出端连接；

ADL5801芯片的第10、11引脚相连接，且并联电容C14、C15、C16和C17 接地；

ADL5801芯片的第15、16引脚连接射频输入通道，通过电容C12和C13交流耦合，T2是一个1:1巴伦，用于与所述待测天线2连接；

ADL5801芯片的第20、21引脚连接混频输出通道，通过电阻R3和R2直流电流耦合，T3是一个4:1中频变压器，中心轴头串联电阻R1接+5V，电容C8、 C9为滤波电容。

本实施例的混频器作为频谱的线性搬移电路，待测天线2接收的射频信号，本实施例的混频器11采用ADL5801混频芯片，此芯片具有如下优点混频芯片宽带通道上/下变频器,功率转换增益：1.5dB,宽带RF、本振和IF端口,边带噪声指数：10dB,出色的阻塞单边带噪声指数,输入IP3：27dBm,输入P1dB：12dBm,本振驱动：0dBm(典型值),RF输出端的本振泄漏：-40dBm,单电源供电：5V。

如图5所示，本实施例中滤波器10采用七阶低通滤波器和型号为10M15A 的晶体滤波器串联组成，七阶低通滤波器和晶体滤波器之间串联电感L5；

七阶低通滤波器由三个L型电路串联，三个L型电路具体为：

由电感L1与电容C18组成一个L型电路；

由电感L2与电容C19组成一个L型电路；

由电感L3与电容C20组成一个L型电路；

电感L5与晶体滤波器的第1引脚连接；

晶体滤波器的第3引脚为中频输出；

晶体滤波器的第2引脚接地。

滤波器10采用七阶低通滤波器和晶体滤波器串联的优点：电感均采用贴片绕线电感，使高频率能够保持稳定的电感量和相当高的Q值，采用七阶低通滤波器和型号为10M15A的晶体滤波器串联组成，以提高系统的频率选择性，避免晶体滤波器在高频段时性能差的缺点，两者串联使频谱纯净减小噪声。

如图6所示，本实施例中第一射频信号发生器13和第二射频信号发生器12 均由ADF5355芯片和其外围电路组成；

ADF5355芯片的第1、2、3引脚分别连接排针P1、P2、P3，为射频信号发生器的控制引脚CLK、DATA、LE；

ADF5355芯片的第4引脚串联电阻R5接3.3V，与第5引脚相连接；

ADF5355芯片的第5引脚并联电容C11、C15接地；

ADF5355芯片的第6引脚并联电容C18、C25接地；

ADF5355芯片的第7引脚与第20引脚相连，且串联电容C17接地、串联电阻R3接电容C16、并联电容C14与串联R6接地；

ADF5355芯片的第8、9、13、15、18、21和31引脚均接地；

ADF5355芯片的第10引脚接3.3V，且并联电容C32、C35接地；

ADF5355芯片的第11引脚串联电容C43接射频输出端头SMA_RFOUTA+ 的第5引脚；

ADF5355芯片的第12引脚串联电容C44接射频输出端头SMA_RFOUTA- 的第5引脚；

ADF5355芯片的第11和12引脚之间连接电感L1、L2，电感L1、L2之间接3.3V、并联电容C39、C40、C41、C42接地；

ADF5355芯片的第14引脚串联电容C33接射频输出端头SMA_RFOUTB的第5引脚；

ADF5355芯片的第16引脚并联电容C31、C29接地；

ADF5355芯片的第17和19引脚相连且接+5V、并联电容C19、C20、C21、 C22接地，通过并联的电容C19、C20、C21、C22可以滤除电源纹波，减小电源加性噪声，使第一射频信号发生器13和第二信号发生器12的输出信号信噪比增高。

ADF5355芯片的第22引脚串联电阻R4接地；

ADF5355芯片的第23和24引脚相连、且并联C9、C10、C12、C13接地；

ADF5355芯片的第25引脚串联电容C8接地；

ADF5355芯片的第26和27引脚相连、且接+3.3V、并联电容C5、C6接地；通过并联的电容C5和C6可以滤除电源纹波，减小电源加性噪声，使第一射频信号发生器13和第二信号发生器12的输出信号信噪比增高。

ADF5355芯片的第28引脚接电容C1、C2，且与射频连接头SMA_REFINB 的第5引脚相连；

ADF5355芯片引脚28接电容C3、C4与射频连接头SMA_REFINB引脚5 相连，其中电容C1、C2之间接电阻R1与电容C3、C4之间相连；

ADF5355芯片的第30引脚串联电阻R2、发光二极管LED接地；作用用于观察芯片是否正常工作，若正常工作，发光二极管常亮；

ADF5355芯片的第32引脚串联电容C7接地；

ADF5355芯片的外部振荡电路由25MHz晶振U4提供；

U4的第2引脚接地；

U4的第3引脚接SAM_REFINA的第5引脚；

U4的第4引脚连电感L3接3.3V、并联电容C45、C46接地；

ADF5355芯片的供电电压为5V、3.3V，分别由两片稳压器LT1763芯片U2、 U3转换电压提供；

U2、U3的第5和8引脚均接电源VCC、并联电容C26、C27、C30、C34；用于滤除输入电源纹波，减小电源加性噪声；

U2、U3的第3、6、7引脚接地；

U2的第1引脚输出5V、并联电容C23、C24接地；

U2的第1和2引脚串联电阻R7；

U2引脚的第2和4引脚串联电容C28；

U2的第2引脚串联电阻R8接地；

U3的第1引脚输出3.3V、并联电容C36、C37接地；

U3的第1和2引脚串联电阻R9；

U3的第2和4引脚串联电容C38；

U3的第2引脚串联电阻R10接地；

所选用的电源稳压器具有如下优点，LT1763稳压器具有低输出噪声。在增设一个外部0.01μF旁路电容器的情况下，输出噪声将降至20μVRMS(在一个 10Hz至100kHz的带宽之内)。LT1763稳压器可在采用低至3.3μF的输出电容器时实现稳定。内部保护电路包括反向电池保护、电流限制、热限制和反向电流保护。这些器件可提供1.5V、1.8V、2.5V、3V、3.3V和5V的固定输出电压，并可用作一款具一个1.22V基准电压的可调型器件。故电源采用次芯片供电，区别余ADF5355芯片数据手册参考电路所采用的电源供电芯片。

如图7所示，为本实施例中将混频器、滤波器和对数检波器连接到一起的电路原理图。通过外部+9V电源为第一射频信号发生器13和第二射频信号发生器 12供电，通过外接+5V的混频电路电源，为对数检波器9、混频器、单片机8、和显示器供电，混频电路电源和电源总线上安装电源指示灯电路，该电源指示灯电路包括电容C21，接电容C21一端+5V，另一端接地，电源+5V串联电感L6、电阻R6发光二极管D1，使+5V电源供电时，打光二极管D1常亮，以显示电路状态。+5V混频电路电源并联电容C2、C3、C4、C5、C6、C7、C1接地，可以起到滤波作用，滤除电源中的纹波。

本实用新型的测量装置还可应用于高校教学，通过对不同频段天线特性的测试加深学生对定向天线方向图的感知认识，同时学生可用该系统设计各种天线进行天线特性测试。可针对实验教学，将单一频点的测试模式升级为多频点测试模式，以提升测试的整体效率，同时包含定向天线方向图自动绘制软件，在液晶界面上直接显示，测量各种天线的特性，实现测试过程的全面自动化。主要包括: 测试设备的控制自动化、待测天线射频通路(通道)切换的自动化、数据采集和报告生成的自动化增加。

同时,本实用新型可替代矢量网络分析仪“黑匣子”式的测试方法，学生在测试的同时了解天线的测试原理及电路构成，系统组成部件均可调，改变组成部件的参数，观察不同的实验现象，因此可以直接应用于实验教学。

本实用新型公开了一种简易经济性价比高的定向天线方向图自动化测量系统，可实现频率为58MHz～13.6GHz的定向天线方向图测量，可用于工厂中的定向天线方向图检测，也可用于高校实验教学中，本实用新型结构简单，成本低，且工作可靠稳定。