一种P波段天线罩方向图测试系统的制作方法

一种p波段天线罩方向图测试系统
技术领域
1.本实用新型属于射频与测试测量试验装置技术领域，涉及一种解决p波段天线罩方向图测试精度低的测试系统，具体涉及一种p波段天线罩方向图测试系统。


背景技术：

2.频率范围在230mhz～1000mhz之间为p波段，该频段天线配装的天线罩称为p波段天线罩。天线罩作为天线的电磁透波窗口，其性能的优劣与天线的性能密切相关，因此，天线罩的电性能测试也是很重要的一个环节。p波段天线罩传统的测试方法是在频域进行，有远场测试、近场测试和紧缩场测试。近场测试和紧缩场测试都在微波暗室内进行，远场测试又分为室内远场和室外远场。p波段波长较长，通常用于该波段的天线尺寸及重量都较大，远场测试距离需满足最小测试距离条件
[0003][0004]
其中，d为被测天线的最大口径，d为发射天线的最大口径，λ为最小测试波长。p波段的雷达天线根据此条件所确定的远场测试距离通常达到一两百米。若p波段天线罩采用室内远场测试，则暗室长度需满足远场测试距离的条件，测试静区的尺寸需大于天线口径，而巨型微波暗室的建设成本相当高，所以通常不被采用。若采用近场测试，为了保证扫描范围，则需要足够大的机械扫描架和微波暗室，采用紧缩场测试，为了保证静区尺寸，则需要足够大的反射面天线和微波暗室。然而当扫描架和反射面天线的尺寸大到一定程度后，工程实现上都比较困难，建设成本也相当高。采用室外远场测试，由于p波段天线通常波束较宽，在测试过程中容易受到多径信号的干扰，地面反射较严重，会引起天线方向图发生畸变，副瓣电平的测试精度降低。虽可采用在主反射区铺设防水防紫外线的吸波材料或在主反射区设置多重金属反射屏的方法。但由于材料价格昂贵,铺设面积大而难于适用。
[0005]
p波段波长较长，天线波束较宽，在测试过程中极易受到地面及周围环境引起的多径信号干扰，使得测试天线罩方向图发生畸变，普通吸波材料在p波段的性能又较差，因此，对于传统的频域测试方法，无论是室内远场和室外远场测试p波段天线罩方向图，都不能取得很好的效果。


技术实现要素：

[0006]
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种p波段天线罩方向图测试系统，可以最大程度上消除p波段天线罩传统测试系统中存在的多径信号的干扰，提高测试精度，提高测试效率，降低开发成本。
[0007]
本实用新型的技术方案是：
[0008]
一种p波段天线罩方向图测试系统，包括窄脉冲发射源、发射天线、天线罩及接收天线、测试转台、时域接收系统和计算机，窄脉冲发射源与发射天线连接，天线罩及接收天线设在在测试转台上并根据测试转台转动，天线罩及接收天线连接时域接收系统，计算机
连接控制时域接收系统和测试转台。
[0009]
进一步的，时域接收系统包括采样单元和数字采样变换器；其中，天线罩及接收天线通过放大器连接采样单元，采样单元连接数字采样变换器，数字采样变换器连接计算机。
[0010]
进一步的，窄脉冲发射源与发射天线的连接线路上设有定向耦合器。
[0011]
进一步的，定向耦合器与采样单元连接；采样单元具有双采样通道，一个采样通道是放大器，另一个采样通道是定向耦合器。
[0012]
进一步的，窄脉冲发射源包括脉冲发生器主机和脉冲头，脉冲头是产生极窄单极性高斯脉冲信号的脉冲头结构。
[0013]
进一步的，脉冲发生器主机连接并接收数字采样变换器的触发脉冲信号。
[0014]
本实用新型的优点是：
[0015]
1、本实用新型可以最大程度上消除p波段天线罩传统测试系统中存在的多径信号的干扰，提高测试精度，提高测试效率，降低开发成本；
[0016]
2、本实用新型适用于采用时域方法排除干扰信号，可以选择时窗大小和移动时窗位置，将来自不同路径的反射信号和干扰信号阻挡在时窗之外，而只对时间窗内的信号进行测试，降低由于反射信号带来的测试误差；
[0017]
3、该方案不需要昂贵的微波暗室，即可进行天线罩方向图测试，尤其对于波长较长的p波段天线，反射信号比较明显，频域测试天线罩方向图都不能取得很好的效果，而采用时域测试方法很容易通过时间窗将反射信号滤除掉
[0018]
4、提高天线罩方向图测试精度，一次测试可以获得整个频带的性能，测试效率较高；系统构成简单，建设成本较低。
附图说明
[0019]
图1是本实用新型的结构原理示意图；
[0020]
图2是典型时域信号示意图；
[0021]
图3是单极性高斯脉冲信号示意图；
[0022]
其中，1—窄脉冲发射源，1-1—脉冲发生器主机，1-2—脉冲头，2—发射天线，3—天线罩及接收天线，4—测试转台，5—时域接收系统，5-1—采样单元。5-2—数字采样变换器，6—计算机，7—定向耦合器，8—放大器。
具体实施方式
[0023]
本部分是本实用新型的实施例，用于解释和说明本实用新型的技术方案。
[0024]
一种p波段天线罩方向图测试系统，包括窄脉冲发射源1、发射天线2、天线罩及接收天线3、测试转台4、时域接收系统5和计算机6，窄脉冲发射源1与发射天线2连接，天线罩及接收天线3设在在测试转台4上并根据测试转台4转动，天线罩及接收天线3连接时域接收系统5，计算机6连接控制时域接收系统5和测试转台4。
[0025]
时域接收系统5包括采样单元5-1和数字采样变换器5-2；其中，天线罩及接收天线3通过放大器8连接采样单元5-1，采样单元5-1连接数字采样变换器5-2，数字采样变换器5-2连接计算机6。
[0026]
窄脉冲发射源1与发射天线2的连接线路上设有定向耦合器7。
[0027]
定向耦合器7与采样单元5-1连接；采样单元5-1具有双采样通道，一个采样通道是放大器8，另一个采样通道是定向耦合器7。
[0028]
窄脉冲发射源1包括脉冲发生器主机1-1和脉冲头1-2，脉冲头1-2是产生极窄单极性高斯脉冲信号的脉冲头结构。
[0029]
脉冲发生器主机1-1连接并接收数字采样变换器5-2的触发脉冲信号。
[0030]
下面说明本实用新型的使用测试原理及可行的组成结构。
[0031]
测试原理：
[0032]
天线罩方向图测试是在满足远场测试条件下利用时域方法进行测试。该方法是窄脉冲发射源发射一串窄脉冲信号，被测天线及天线罩安装在测试转台上，转台带动天线罩运动，天线罩运动到每一个位置，采样单元进行一次测试采样，接收到的也是窄脉冲信号，同时配合软件功能将得到的时域信号经过傅里叶变换转化为频域的信号。该测试方法效率较高，一次窄脉冲测试可以得到该脉宽的所有频率上的幅度和相位方向图，不同的脉冲宽度包含的频率信息不同，通常一个脉宽为25ps的窄脉冲，其包含的频率信息可至40ghz，而且脉冲越窄，其频率信息越丰富。因此，测试效率极高。
[0033]
3.2测试系统技术指标
[0034]
p波段天线罩方向图测试系统技术指标如下：
[0035]
工作频率：200mhz～1000mhz
[0036]
测试系统动态范围：≥60db；
[0037]
副瓣电平精度：
±
1db(在-36db电平上)。
[0038]
测试方法：
[0039]
本方案采用脉冲源发射脉冲信号，接收机采用等效采样接收机，包含采样单元和数字采样变换器。数字采样变换器产生触发脉冲信号，触发脉冲源，脉冲头产生极窄单极性高斯脉冲信号。该脉冲信号通过发射天线发射，脉冲信号透过天线罩被测试天线接收，采样单元在同步信号的作用下采取由天线接收通过放大器的脉冲信号。接收信号可以通过软件在时间轴上显示，由于这些信号到达被测天线的时间不同，因而在时间轴上是分离的，故可以选择时窗大小和移动时窗位置，将来自不同路径的反射信号和干扰信号阻挡在时窗之外，而只对时间窗内的信号进行测试，降低由于反射信号带来的测试误差。该方案不需要昂贵的微波暗室，即可进行天线罩方向图测试，尤其对于波长较长的p波段天线，反射信号比较明显，频域测试天线罩方向图都不能取得很好的效果，而采用时域测试方法很容易通过时间窗将反射信号滤除掉。
[0040]
本系统可行的组成结构：
[0041]
时域系统通过快速同步信号取样技术和时窗滤除杂波功能，并经过重复测量和数字滤波的分析处理，将外界干扰信号隔离掉，以在大动态范围内，高分辨率地获取所要的真正信号，即测试主信号，并经软件分析处理后，最终呈现出测量结果。从测试系统框图可知，测量系统的硬件组成部分主要包括：窄脉冲发射源1、射频链路、测试转台4、时域接收系统5和计算机6。
[0042]
窄脉冲发射源1：
[0043]
窄脉冲发射源1是用来产生天线罩测试的脉冲信号，由脉冲发生器主机1-1和脉冲头1-2构成，脉冲发生器主机1-1为脉冲头1-2提供同步信号和触发电平，脉冲头1-2产生单
极性高斯脉冲信号。脉冲信号越窄，信号所覆盖的频带越宽，同时其脉冲幅度就会很难提高。目前的技术水平，脉冲信号的幅度会制约着脉冲信号的频谱宽度，因此，综合考虑本系统选用信号源可以产生脉冲信号：脉冲幅度为30v，半高宽50ps，最大重复频率1mhz，脉冲信号如图3所示。
[0044]
射频链路：
[0045]
射频链路包括发射天线2、定向耦合器7、天线罩及接收天线3、同步电缆、放大器5-1等。
[0046]
发射天线2将脉冲信号发射出去，选用时域信号专用天线，天线阻抗为50ω，频率范围：300mhz～1ghz，天线极化为线性极化。
[0047]
天线罩及接收天线3用来接收脉冲信号，采用天线罩装机天线。
[0048]
定向耦合器7、放大器8是用来传递信号，选用参数与信号频带相匹配的器件。
[0049]
时域接收系统5：
[0050]
本时域接收系统5采用的是示波器，主要功能是将从天线接收下来所要的信号截取下来并暂存，并配合软件功能即可得到的波形从时域转为频域的信号数据。示波器主要可以分为实时示波器和采样示波器。实时示波器采集速度快，灵活性较高，但其成本相当高，且实时示波器的噪声要高于采样示波器。采样示波器可以借助于等效采样技术达到实时效果，且成本相比实时示波器低很多，采样示波器的低噪使其成为测量的“最佳标准”，因此，本系统选用采样示波器，包含双通道的采样头和数字采样变换器，其测量频率范围：0.1～26ghz，采样率为1mhz。
[0051]
测试转台4：
[0052]
天线及罩安装在测试转台上，转台由多个自由度，可以进行俯仰、方位、滚转运动，实现测量天线罩的不同角度的方向图。转台控制器通过lan总线与主控计算机相连，在主控计算机的控制下与整个测试系统保持同步。测试转台需要提供脉冲触发输出信号。
[0053]
计算机6及测量控制软件
[0054]
计算机6，即主控计算机，是整个测试系统的控制中心和数据处理中心。它通过lan接口控制采样示波器和测试转台4等设备，使数据测量系统协调工作。在计算机6的协调下，系统进行数据采集，同时计算机6获取测量数据并进行存贮，通过主控计算机中的数据处理软件对测试数据进行处理，可以得到需要的天线罩参数。
[0055]
本实用新型的系统是采用时域脉冲信号测试p波段天线罩方向图，其原理是采用脉冲信号源发射脉冲信号，透过天线罩被接收天线接收，用等效采样接收机获取时域响应数据，最终根据我们需要转换为频域幅度或者相位方向图。
[0056]
本系统的特点是发射和接收信号均是时域上的脉冲信号，由于测试主信号和反射、绕射或其它干扰信号到达被测目标的时间不同，它们在时间轴上是相互分离的，如图1所示，这样就可以通过选择时间窗大小和移动时间窗位置，将反射信号和干扰信号等多径信号阻挡在时窗之外，而只对时间窗内的信号进行测试，从而保证测试结果的正确性和准确性，提高了测试精度。并且，冲激脉冲信号持续时间短，前后沿变化较快，因此具有较宽的频谱范围，脉冲越窄,其频谱分量越丰富，这样一次采样测试即可得到全频段内的性能数据，测试效率较高。