一种相控阵雷达全链路方向图的测试装置的制作方法

本实用新型属于雷达测试技术领域，尤其涉及一种相控阵雷达全链路方向图的测试装置。

背景技术：

天线方向图，表征了天线辐射能量在空间的分布，反映了天线的性能指标与工作状态。通过测量天线方向图可以确定天线的方向系数、增益、半功率波束宽度和副瓣电平等重要天线参数。对天线的辐射特性进行分析，可以为天线在使用过程中的调试、安装、维护、检修提供分析数据，判定天线性能指标是否符合要求，天线是否存在故障。

目前行业内相控阵雷达方向图的测试方法或装置主要有以下三种：

第一种是仅针对无源部分的天线做单独的方向图测试，这种方法不是全链路测试，只能够得到天线的性能，且只能测试法向波束。

第二种是将天线+tr组件一起进行方向图测试，这种方法主要的不足之处是：a、不是全链路测试，只能反映天线+tr射频端的性能，对于每个通道都包含变频链路的方案，测不到变频和中频电路，反应不了全链路性能；b、在接收方向图测试时，对于一般的相控阵雷达，tr组件内部具备移相功能的，能够测试各个波束的方向图，对于采用数字波束形成（dbf）技术的接收链路，tr组件本身不需要移相功能，因此也只能测试法向方向图。

第三种是将相控阵雷达整机作为一个整体被测件，进行方向图测试，这种测试方法是全链路测试，这种方法主要不足之处是，对场地条件要求复杂，需要具备远场测试条件，对于频段较低的相控阵雷达测试场地要求大，且测试结果容易受环境影响。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种相控阵雷达全链路方向图的测试装置，在近场测试系统不具备变频功能时实现全射频链路流程的测试，在接收方向图测试时能够实现所有波束方向图的测试，降低测试的复杂度。

本实用新型是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种相控阵雷达全链路方向图的测试装置，包括：分别与被测雷达连接的近场测试系统和pc机，其特征是，还包括：分别与被测雷达、近场测试系统以及pc机连接的辅助测试设备；

所述辅助测试设备包括多路移相电路、合路器、上变频器以及无源下变频器；多路所述移相电路的输入端分别与被测雷达的多路中频电路连接，多路移相电路的输出端与所述合路器的输入端连接；所述合路器的输出端与所述上变频器的输入端连接，所述上变频器的输出端与所述近场测试系统连接；所述无源下变频器的输出端与被测雷达的变频电路连接，所述无源下变频器的输入端与所述近场测试系统连接；所述上变频器的输入端、无源下变频器的输入端还分别与被测雷达的本振电路连接。

本实用新型的测试装置，在进行发射方向图测试时，利用无源下变频器将射频参考信号变频到中频信号，实现了全发射射频链路流程的测试；采用独立的无源下变频器，无需在近场测试系统中增加变频功能，降低了测试链路的复杂度，降低了对近场测试系统的要求，降低了测试设备的成本；在进行接收方向图测试时，利用移相电路的移相功能，能够进行所有波束指向的测试，利用上变频器与被测雷达的本振电路能够抵消变频带来的误差，提高了测试准确度；该测试装置在近场测试系统不具备变频功能的情况下，能够进行全射频链路流程的测试，使测试参数更加完整，且降低了测试链路的复杂度，降低了测试设备的成本；该测试装置利用近场测试系统获取远场发射和接收方向图，无需具备远场测试条件，降低了对场地条件的要求。

进一步地，其中一路所述移相电路包括依次连接的一级开关电路、一级衰减电路、一级放大电路、变压器电路、二级开关电路、模拟移相电路、二级衰减电路、二级放大电路以及滤波电路；所述一级开关电路其中一个输入端与被测雷达的一路中频电路连接，所述滤波电路的输出端与合路器的输入端连接。

进一步地，所述一级开关电路、二级开关电路均是以型号为hmc349ams8ge的单刀双掷开关为主的电路。

进一步地，所述一级衰减电路、二级衰减电路均是以型号为rfsa3714的衰减器为主的电路。

进一步地，所述模拟移相电路包括型号为jsphs-51的移相器u11，移相器u11的第1脚通过电容c30与二级开关电路的输出端连接，移相器u11的第7脚通过由电容c31、电阻r16和电容c29构成的串联电路与二级衰减电路的输入端连接。

进一步地，所述无源下变频器包括依次连接的一级混频电路、一级滤波电路、二级滤波电路、二级混频电路以及三级滤波电路；所述一级混频电路的lo端、二级混频电路的lo端分别与被测雷达的本振电路连接，一级混频电路的rf端与近场测试系统的输出端连接；所述三级滤波电路的输出端与被测雷达的变频电路连接。

通过两级混频电路将射频参考信号变频至中频信号馈给被测雷达，通过三级滤波器有效滤除了变频时产生的谐波和杂散，避免了这些谐波和杂散对测试过程中被测雷达的影响。

进一步地，所述一级混频电路包括型号为mac-113h的混频器u39，混频器u39的第10脚通过电容c186与被测雷达的本振电路连接，混频器u39的第5脚通过电容c190与近场测试系统的输出端连接，混频器u39的第3脚通过电容c151与一级滤波电路的输入端或输出端连接。

进一步地，所述一级滤波电路、二级滤波电路均为以声表面波滤波器为主的滤波电路。

进一步地，所述二级混频电路采用型号为mba-15l的混频器。

进一步地，所述三级滤波电路包括型号为bpf-a60的滤波器u100，滤波器u100的第1脚或第12脚与二级混频电路的if端连接，滤波器u100的第12脚或第1脚通过由电容c165、电阻r185和电容c164构成的串联电路与被测雷达的变频电路连接。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型提供的一种相控阵雷达全链路方向图的测试装置，在进行发射方向图测试时，利用无源下变频器将射频参考信号变频到中频信号，实现了全发射射频链路流程的测试；采用独立的无源下变频器，无需在近场测试系统中增加变频功能，降低了测试链路的复杂度，降低了对近场测试系统的要求，降低了测试设备的成本；在进行接收方向图测试时，利用移相电路的移相功能，能够进行所有波束指向的测试，利用上变频器与被测雷达的本振电路能够抵消变频带来的误差，提高了测试准确度；该测试装置在近场测试系统不具备变频功能的情况下，能够进行全射频链路流程的测试，使测试参数更加完整，且降低了测试链路的复杂度，降低了测试设备的成本；该测试装置利用近场测试系统获取远场发射和接收方向图，无需具备远场测试条件，降低了对场地条件的要求。

该测试装置既可以进行发射方向图的全链路测试，又可以进行接收方向图的全链路测试，且无源下变频器无需外界电源，电路结构简单，测试方便快捷。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本实用新型实施例中测试装置的结构框图；

图2是本实用新型实施例中一路移相电路的电路原理图，其中，图2(a)为以开关u6为主的电路原理图，图2(b)为以衰减器u7和放大器u8为主的电路原理图，图2(c)为以变压器u9和开关u10为主的电路原理图，图2(d)为以移相器u11为主的电路原理图，图2(e)为以衰减器u12和放大器u14为主的电路原理图，图2(f)为以滤波器u13为主的电路原理图；图2(a)中电容c16与图2(b)中u7的第5脚连接，图2(b)中电阻r5与图2(c)中电容c19连接，图2(c)中u10的第3脚与图2(d)中电容c30连接，图2(d)中电容c29与图2(e)中u12的第5脚连接，图2(e)中u14的第3脚与图2(f)中电容c33连接；

图3是本实用新型实施例中无源下变频器的结构框图；

图4是本实用新型实施例中无源下变频器的电路原理图，其中，图4(a)为以滤波器u100为主的电路原理图，图4(b)为以混频器u1为主的电路原理图，图4(c)为以声表面波滤波器rf2为主的电路原理图，图4(d)为以声表面波滤波器rf1为主的电路原理图，图4(e)为以混频器u39为主的电路原理图；图4(a)中u100的第12脚与图4(b)中u1的第3脚连接，图4(b)中u1的第5脚与图4(c)中电容c1连接，图4(c)中电容c2与图4(d)中rf1的第2脚连接，图4(d)中电阻r2与图4(e)中电容c151连接。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型所提供的一种相控阵雷达全链路方向图的测试装置，包括近场测试系统、pc机、以及辅助测试设备，辅助测试设备又包括多路移相电路、合路器、上变频器以及无源下变频器；多路移相电路的输入端分别与被测雷达的多路中频电路连接，多路移相电路的输出端与合路器的输入端连接；合路器的输出端与上变频器的输入端连接，上变频器的输出端与近场测试系统连接；无源下变频器的输出端与被测雷达的变频电路连接，无源下变频器的输入端与近场测试系统连接；上变频器的输入端、无源下变频器的输入端还与被测雷达的本振电路连接。

如图2所示，一路移相电路包括依次连接的一级开关电路u6、一级衰减电路u7、一级放大电路u8、变压器电路u9、二级开关电路u10、模拟移相电路u11、二级衰减电路u12、二级放大电路u14以及滤波电路u13；一级开关电路u6其中一个输入端（rf1端）与被测雷达的一路中频电路连接，滤波电路u13的输出端与合路器的输入端连接；一级开关电路u6的另一个输入端（rf2端）在需要实现其他功能时与对应电路连接，不需要实现其他功能时不需要连接。本实施例中，无需实现其他功能，因此，一级开关电路u6的rf2端无需与其他电路连接。本实施例中，一级开关电路u6、二级开关电路u10均是以型号为hmc349ams8ge的单刀双掷开关为主的电路，型号为hmc349ams8ge的单刀双掷开关具有高隔离度，低插入损耗，高输入线性度，高功率处理等优势。

如图2所示，一级衰减电路u7、二级衰减电路u12均是以型号为rfsa3714的衰减器为主的电路，根据波束指向哪个角度来确定衰减器具体衰减量是多少；型号为rfsa3714的7位数字步进衰减器在整个31.75db增益控制范围内具有高线性度，步长为0.25db，在2ghz时具有1.5db的低插入损耗。该衰减器衰减量的控制可以参考申请号为cn200910189482.9名称为一种射频前端装置及其增益控制方法、系统的专利文献。

如图2所示，模拟移相电路包括型号为jsphs-51的移相器u11，移相器u11的第1脚通过电容c30与二级开关电路的输出端连接，移相器u11的第7脚通过由电容c31、电阻r16和电容c29构成的串联电路与二级衰减电路的输入端连接。型号为jsphs-51的模拟移相器具有低插入损耗，优异的电压驻波比，优异的可焊性和应变消除能力。

移相电路由pc机控制对被测雷达主体各个通道进行信号移相，这样能够测试所需要的所有波束指向的方向图，如果是射频链路上不具备接收移相功能的相控阵雷达，一般只能够进行一个法向波束的测试，例如，x波段相控阵雷达（在不利用移相功能前提下，只能测试0°波束），而本实用新型利用移相电路的移相功能，能测试±45°波束（该雷达的设计波束区域）。合路器的功能是将多个通道的数据合成一路。上变频器的功能是利用被测雷达主体传送的本振信号，完成从中频到射频的变频功能，最终将射频信号传送给近场测试系统进行测试，上变频器降低了测试的复杂度，同时降低了对近场测试系统的要求，被测雷达主体的本振电路为上变频器提供了与雷达主体变频电路一致的本振信号，使测试结果更为准确可信。

如图3所示，无源下变频器主要是由无源下变频电路、滤波电路组成，无源下变频电路的主要功能是将近场测试系统发出的射频信号变频到中频，再馈给被测雷达，滤波电路的主要功能是抑制变频产生的谐波和杂散，避免了这些信号对测试过程中被测雷达的影响。无源下变频器与被测雷达的本振电路连接，利用本振电路抵消了变频带来的误差，使测试结果更为准确可信；无源下变频器能够不采用外界电源，电路结构简单，测试方便快捷。

如图4所示，无源下变频器包括依次连接的一级混频电路、一级滤波电路、二级滤波电路、二级混频电路以及三级滤波电路；一级混频电路的lo端（第10脚）、二级混频电路的lo端（第10脚）分别与被测雷达的本振电路连接，一级混频电路的rf端（第3脚）与近场测试系统的输出端连接；三级滤波电路的输出端（第1脚或第12脚）与被测雷达的变频电路连接。

本实施例中，一级混频电路包括型号为mac-113h的高混频器u39，混频器u39的第10脚通过电容c186与被测雷达的本振电路连接，混频器u39的第5脚通过电容c190与近场测试系统的输出端连接，混频器u39的第3脚通过电容c151与一级滤波电路的输出端（第6脚）连接；二级混频电路采用型号为mba-15l的低混频器；一级滤波电路rf1、二级滤波电路rf2均为以声表面波滤波器为主的滤波电路，且声表面波滤波器的型号为sf1362m38ma，以滤波高中频1362m，该滤波器芯片的输入端和输出端可逆；三级滤波电路包括型号为bpf-a60的滤波器u100，滤波器u100的第12脚与二级混频电路的if端（第3脚）连接，滤波器u100的第1脚通过由电容c165、电阻r185和电容c164构成的串联电路与被测雷达的变频电路连接，滤波器u100为无源滤波器，滤除中频信号以外的杂散，再馈给被测雷达的变频电路，滤波器u100的输入端和输出端互逆。

利用辅助测试设备能够进行全射频链路流程的测试（全发射射频链路和全接收射频链路），一般利用不具备变频功能的近场测试系统进行测试时只能单独测试天线，或者测试tr组件+天线，测试不了变频后的链路，而增加变频功能在近场测试系统中造价比较昂贵，且链路复杂，本实用新型中，利用辅助测试设备后能在近场测试系统不具备变频功能的前提下，进行全射频链路流程的测试，使测试参数更加完整，且降低了测试条件的复杂度，降低了对近场测试系统的要求，降低了测试设备的成本。

近场测试系统通过射频接口（高精度时钟）、lvttl电平接口（脉冲同步信号）与被测雷达的控制电路连接。近场测试系统的主要功能是运用近场测试原理，利用近场扫描架获取被测雷达的近场福相数据，推算出远场方向图，该系统一般分为带变频功能和不带变频功能，带变频功能的近场测试系统链路复杂，设备昂贵。本实施例中，近场测试系统不带变频功能，且为现有技术，可以根据测试需要由厂家定制，例如微波暗室就是一种近场测试系统，测试场地的接收与分析部分以n5227a型pna高性能矢量网络分析仪为主，辅以高性能射频放大器n4985a单元组成，整个测试自成体系，不同测试频段及不同测试方法公用测试仪器，通过更换不同频段的参考/测试混频组件和相应的连接电缆、转接器，即可完成不同频段天线的各种天线、各种参数的测量。还可以参考授权公告号为cn107329003b，名称为优化sar天线方向图测试的方法的专利文献，其中公开了在平面近场测试系统环境下，采用平面近场测试系统获取相应波位的近场测试数据，再将近场测试数据完成近远场数据变换后得到sar天线测试方向图；或者百度百科天线近场测试系统，也有相应的介绍。

相应的，一种相控阵雷达全链路方向图的测试方法，包括以下步骤：

步骤1：对近场测试系统的中心频率和采样频率进行初始化设置；

步骤2：pc机控制被测雷达处于发射测试模式，被测雷达在发射测试模式下产生相应的时序控制信号，无源下变频器获取近场测试系统发出的射频参考信号，将该射频参考信号变频到中频信号并作为激励信号馈给被测雷达；

步骤3：被测雷达将接收到的中频信号变频到射频信号，经功分器馈给各路tr组件，并通过天线阵面辐射出去；

步骤4：近场测试系统的探头接收到天线阵面辐射出的信号，并将该信号与输出的射频参考信号进行比较得到近场幅相数据，完成整个天线阵面扫描后获取到远场方向图，即获取发射方向图；

步骤5：pc机控制被测雷达处于接收测试模式，被测雷达在接收测试模式下产生相应的时序控制信号，近场测试系统通过探头辐射出射频参考信号馈给被测雷达的天线阵面；

步骤6：被测雷达将步骤5的射频参考信号经过各路tr组件、变频电路变频到中频信号，并将该中频信号馈给移相电路；

步骤7：该中频信号经移相（由pc机控制使波束指向想要测试的某一个波位）后由合路器合成一路信号；

步骤8：步骤7的一路信号经上变频器变频到射频信号后馈给近场测试系统；

步骤9：近场测试系统将步骤8的射频信号与步骤5输出的参射频考信号进行比较得到近场幅相数据，完成整个天线阵面扫描后获取到远场方向图，即获取接收方向图。

以上所揭露的仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。