白宇 陳金龍 衛(wèi)學(xué)新

摘 要：近年來，我國的雷達(dá)技術(shù)不斷發(fā)展起來。針對雷達(dá)天線測試技術(shù)也提出了更高的要求，希望能夠不斷提高其精準(zhǔn)度。傳統(tǒng)的天線測試技術(shù)主要是利用遠(yuǎn)場測試，這種測試易受到環(huán)境的影響，存在一定的局限性。于是就產(chǎn)生了相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)，它具有精確度高、抗干擾能力強(qiáng)、探測遠(yuǎn)的優(yōu)勢，也因此得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要對相控陣?yán)走_(dá)天線進(jìn)行概述，并對雷達(dá)天線近場多任務(wù)測試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，不斷提高相控陣?yán)走_(dá)天線的測試效率。

關(guān)鍵詞：相控陣?yán)走_(dá);天線;多任務(wù)測試;設(shè)計

近場測試技術(shù)從開始應(yīng)用至今已經(jīng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其技術(shù)也在不斷的完善。而隨著我國雷達(dá)研制水平的不斷提高，相控陣?yán)走_(dá)天線不斷發(fā)展起來，成為現(xiàn)階段雷達(dá)的主要研究方向。而它的出現(xiàn)也對近場測試有了更高的要求，由傳統(tǒng)的單波束、單頻率變化成多波束、多頻率的測試方式，過程也越來越復(fù)雜。為了能夠滿足雷達(dá)的測試需求，需要不斷研究近場測試技術(shù)并對其多任務(wù)測試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，從而可以有效提高測試精度。

一、相控陣?yán)走_(dá)天線概述

相控陣?yán)走_(dá)天線的實現(xiàn)方式有頻率掃描和相位掃描，它主要是利用電子來對雷達(dá)波束進(jìn)行指引，幫助其在空間中進(jìn)行無慣性的掃描。這一天線系統(tǒng)主要由天線單元、控制系統(tǒng)、信號功率分配等組成，其中在系統(tǒng)的天線單元上會安裝移相器，利用移相器來使天線輻射信號的相位發(fā)生改變[1]。信號之間幅度主要是利用分配網(wǎng)絡(luò)和功率加權(quán)來進(jìn)行改變，如果利用波束控制計算機(jī)來改變天線的幅度和相位，就可以得到天線口徑照射函數(shù)，從而能夠讓天線波束的指向和形狀發(fā)生改變。

二、天線近場測試的原理及功能需求分析

相控陣?yán)走_(dá)的天線輻射具有遠(yuǎn)場特性，在實際測試過程中需要天線與信號源之間存在一定的距離才能夠準(zhǔn)確測量。在實際測量過程中，由于實驗室環(huán)境的限制，范圍十分有限，通過近場測試的方式更能夠突出測試優(yōu)勢。近場測試主要是通過抽樣的方式，利用探頭來探測相控陣天線表面的幅度和香味。一般來說，相控陣天線利用近場測試的方式更為準(zhǔn)確。由于天線表面的幅相特性存在差異，在近場測試中就可以利用探頭進(jìn)行測量。接著，通過電磁場平面波展開理論就可以進(jìn)行相應(yīng)的計算。相控陣?yán)走_(dá)天線的測試過程中近場測試優(yōu)勢顯著：它可以作為診斷工具，來對天線進(jìn)行故障檢測;還可以在實驗室中進(jìn)行測量，不受氣候、環(huán)境的影響;可以較好地屏蔽干擾信號，保持測量結(jié)果的準(zhǔn)確性;此外，近場測試獲得的測量信息遠(yuǎn)多于遠(yuǎn)場測試。

然而，在實際的近場測試系統(tǒng)設(shè)計的過程中，需要設(shè)計者首先做好軟件需求的分析，其主要有以下幾個方面。（1）所設(shè)計的系統(tǒng)能夠達(dá)到通用化的需求，可以在全測試周期內(nèi)處于可配置的狀態(tài)。要想實現(xiàn)該功能就需要在系統(tǒng)中多設(shè)置一些輸入接口、軟件界面、配置通信協(xié)議等，從而可以達(dá)到通用化的目的，能夠針對各種相控陣天線進(jìn)行測試[2]。（2）在測試過程中需要滿足多任務(wù)的測試，單任務(wù)測試在時代發(fā)展的過程中已經(jīng)不能滿足相控陣?yán)走_(dá)天線的測試需求。對此，需要為近場天線測試系統(tǒng)設(shè)置多任務(wù)，利用多個波束和頻率測試，以此來實現(xiàn)更為高效的測試。

三、相控陣?yán)走_(dá)天線近場多任務(wù)測試系統(tǒng)設(shè)計方法

（一）架構(gòu)設(shè)計方法

在相控陣?yán)走_(dá)天線近場多任務(wù)測試系統(tǒng)中采用的設(shè)計方法主要有架構(gòu)設(shè)計、多任務(wù)設(shè)計、系統(tǒng)接口設(shè)計、控制器設(shè)計等。在設(shè)計過程中，主要是依靠軟件來預(yù)設(shè)參數(shù)，利用數(shù)據(jù)處理軟件來進(jìn)行各項參數(shù)的處理，這樣可以得出具體的圖像。一般來說，架構(gòu)設(shè)計是多任務(wù)測試系統(tǒng)中最為基礎(chǔ)而重要的設(shè)計，該設(shè)計過程主要使利用構(gòu)件化設(shè)計，通過相應(yīng)的軟件將其組成元素，再通過接口來產(chǎn)生特定的服務(wù)，從而為系統(tǒng)的開發(fā)提供支持[3]。在此過程中，需要利用構(gòu)建管理工具才能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)的管理。這樣一來，針對系統(tǒng)開法可以進(jìn)一步復(fù)制構(gòu)件，最后控制版本。一般情況下，會使用GetTypes靜態(tài)方法來獲取構(gòu)件并對構(gòu)件的類型進(jìn)行判斷，以此來完成架構(gòu)的設(shè)計。

（二）多任務(wù)設(shè)計方法

多任務(wù)設(shè)計是相控陣?yán)走_(dá)天線近場測試中最為主要的設(shè)計，需要設(shè)計者注意好各波束的狀態(tài)，針對它們的狀態(tài)來設(shè)計波控分系統(tǒng)，讓天線在測試的過程中能夠接收到波控指令，進(jìn)而能夠處理波控分系統(tǒng)，從而控制波束掃描過程[4]。一般情況下，多任務(wù)設(shè)計的目的主要是在測試過程中，讓天線能夠全面的掃描各種波束，進(jìn)而再通過系統(tǒng)來控制天線波束和頻率的變化，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)同步切換，提高檢測效率和準(zhǔn)確性。在實際檢測過程中會生成大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在檢測過程中會產(chǎn)生訪問沖突，為了避免這種沖突，就需要在設(shè)計過程中利用多線程的設(shè)計方式來對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在創(chuàng)建好相應(yīng)的線程之后，該系統(tǒng)就會運行起來，多線程就會在相應(yīng)的時段中執(zhí)行自己的指令，發(fā)揮自己的功效。

（三）控制器設(shè)計

控制器主要在進(jìn)場多任務(wù)測試系統(tǒng)中起到控制的作用，在這一設(shè)計的過程中主要是通過設(shè)計信號轉(zhuǎn)換電路、雷控信號仿真電路來實現(xiàn)對信號的控制和轉(zhuǎn)換作用。在進(jìn)場多任務(wù)測試系統(tǒng)運行之前，就需要通過控制器來協(xié)調(diào)天線所發(fā)射的各種信號。該控制器需要在運行時通過接受指令來完成控制工作，指令的接收主要是利用GPIB接口電路。在接受到指令之后就可以進(jìn)行相應(yīng)的測試，在系統(tǒng)中會記錄下波位碼和頻率碼的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至雷控信號仿真電路，這些數(shù)據(jù)就會完成解碼和緩存[5]。在近場多任務(wù)測試開始之后，各測試點的控制器中的信號電路就會接收到信號并將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后的定時與雷控信號再傳輸給天線，從而能夠完成波位之間的變換?？刂破髦械姆抡骐娐纺軌騾f(xié)調(diào)雷控和定時信號，從而完成信號的協(xié)調(diào)工作。控制器主要也是通過協(xié)調(diào)各種信號來完成多任務(wù)測試的目的。

（四）系統(tǒng)接口設(shè)計

在天線進(jìn)場多任務(wù)測試系統(tǒng)中的系統(tǒng)接口設(shè)計十分重要，它能夠確保各項測試的順利進(jìn)行，能夠幫助數(shù)據(jù)之間形成交互，也能夠讓客戶端和數(shù)據(jù)層之間形成交互。該測試系統(tǒng)通常會借助數(shù)據(jù)源插件系統(tǒng)中來完成通訊協(xié)議的封裝，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)鏈接庫的建立，能夠有效提高測試的實時性。要想在測試系統(tǒng)中形成插件容器，就需要利用數(shù)據(jù)服務(wù)層，這樣能夠在運行的過程中快速地將插件配置到相應(yīng)的系統(tǒng)構(gòu)架中，或者將其從系統(tǒng)構(gòu)架中取出，以此來完成功能的配置[6]。在系統(tǒng)接口設(shè)計過程中，可以通過TCP網(wǎng)絡(luò)通信來完成客戶端與數(shù)據(jù)層之間的信息交互，用戶在使用的過程中可以創(chuàng)設(shè)一個賬號，在登陸賬號后下載相應(yīng)的界面文件，輸入請求，客戶端會將用戶的請求發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)層，進(jìn)而實現(xiàn)信息之間的交互，讓測試結(jié)果更具實時性。

結(jié)束語：

綜上所述，近場測量的方式是當(dāng)前天線測量技術(shù)中最為主要的手段，能夠為大型的天線提供精準(zhǔn)測試。為了有效提高其工作效率，可以設(shè)置多任務(wù)測試系統(tǒng)來探測相控陣?yán)走_(dá)天線近場測試的效率。在設(shè)計過程中我們可以從多角度出發(fā)，在確保測量效果的基礎(chǔ)上不斷提高其測試效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 袁婕.淺談相控陣?yán)走_(dá)天線近場多任務(wù)測試系統(tǒng)設(shè)計方法[J].中國新通信，2017，19（5）：61.

[2] 董揚.相控陣?yán)走_(dá)天線近場多任務(wù)測試系統(tǒng)設(shè)計[D].江蘇：南京理工大學(xué)，2014.

[3] 蔡瑾曜，陳曉陽.近場效應(yīng)對船載雙通道雷達(dá)相位標(biāo)校影響及應(yīng)對方法研究[J].國外電子測量技術(shù)，2017，36（7）：27-30.

[4] 黃艷.天線近場測試儀系統(tǒng)總控軟件（2.0版本）及DBF監(jiān)測控制軟件的設(shè)計與實現(xiàn)[D].山東：煙臺大學(xué)，2017.

[5] 嚴(yán)繼軍.相控陣?yán)走_(dá)天線電性能測試平臺設(shè)計與實現(xiàn)[D].遼寧：大連理工大學(xué)，2015.

[6] 邵余峰，候飛，陳升一.平面近場天線多任務(wù)測試系統(tǒng)工程設(shè)計[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2013，35（1）：77-79.