一种自动天线测试转台的设计

张国志,齐晓娜

(中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄 050081)

一种自动天线测试转台的设计

张国志,齐晓娜

(中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄 050081)

介绍一种自动天线测试转台的设计,解决了天线测试中重复性的工作。设计主要采用了交流电机驱动的测试转台,安捷伦的8563EC频谱仪以及利用监控计算机的VC平台环境开发测试系统软件,编写了系统的通信、控制、测量等应用程序。

测试转台;天线控制器

在天线研制过程中,往往需要对其进行远场性能测试,描绘天线方向图,获取相关信息,再进行分析处理,从而获得该天线的实际指标。一般情况下这项测试需要两人互相配合,一人设置频谱仪,一人转动天线测试转台,在频谱仪上绘出方向图,更换测试频点后又需要重复进行。测试的方向图只能暂存在频谱仪中,而频谱仪容量有限,为了减少人员消耗并保证大规模测试的进行,提高效率,笔者开发了这套自动天线测试转台。

1 系统组成与功能

系统伺服部分主要由三部分组成:天线控制器、频谱仪、监控计算机。各部分连接关系如图1所示。

图1 系统框图

天线控制器主要由C8051F040单片机控制实现,单片机通过采集转台上的轴角信息,控制电机启停实现位置闭环。天线控制器通过RS422接口与监控计算机实现通信,接受监控计算机的控制命令并实时上报工作状态及角度数据。

频谱仪采用的是安捷伦的8563EC,该频谱仪具有从9KHz到26.5GHz的标准频率范围,可适应大部分的天线频段要求。采用GPIB接口与监控计算机相连,接受监控计算机的命令并可实时读取当前频点的信号大小。

监控计算机采用的是研华高性能工控机,具有较高的处理器速度、较大的内存、大容量的硬盘以及稳定性,满足长时间测试以及数据存储的需要。扩展一块RS422多串口卡,与天线控制器相连。

2 系统设计与实现

2.1 硬件设计

天线测试转台控制器的主要功能是控制天线指向位置,并且将天线的指向位置数据、运动状态数据上报给监控计算机。系统框图如图2所示。

图2 天线控制器系统框图

天线测试结果中对角度非常敏感,这套控制器所用的轴角采集元件为旋转变压器,配合以高精度的A/D器件,轴角分辨率达0.001°。可满足各个频段的天线测试要求。

电机驱动采用西门子变频器,具有完善的过流、过压保护,带有起始段和结束段的平滑特性,不会给系统造成强烈的电磁干扰。同时控制相对简单,仅用几个I/O操作便可完成电机的启停。

频谱仪和监控计算机均采用的成熟设备,无需过多设置。

2.2 软件设计

自动天线测试的核心在于监控计算机软件,下面着重介绍其软件设计。

软件使用 visual C++6.0编写,采用M FC架构,主要分为显示模块、串口通信模块、GPIB通信模块、自动测试模块和数据分析存储模块等。各模块之间的相互关系如图3所示。

人机交互界面,在工作过程中,它将实时显示以下信息:当前的方位俯仰角度,运动状态,实时绘制角度,幅值曲线等,如图4所示。

图3 软件模块关系图

图4 软件界面图

在RS422通信模块和GPIB模块中分别采用多线程方式实现,在程序初始化函数当中分别创建线程:

RS422通信模块初始化如下:

初始化完成后便在主程序的On Timer()函数中实时调用这两处的数据。

图5 天线自动测试流程图

分析存储模块采用的是实时记录当前天线角度和信号大小,以当前时间为文件名存于计算机中

实现如下:

传统天线测试的流程为:天线方位或俯仰轴旋转,过程中记录当前信号电平值和转动范围,在坐标系中绘出方向图。基于这种工作方式,设计的自动测试的工作流程如图5所示。

测试结束后调用数据分析存储模块可绘制方向图,分析天线性能,或打印方向图。点击数据管理按钮,选中需要查看的方向图文件则可以调出该方向图,文件所绘制方向图,如图6所示。

图6 方向图

3 结束语

本文探讨了天线自动测试系统设计的方法和步骤,提出了在进行天线测试试验中,软件所需实现的控制功能以及数据的后续处理,同时给出了设计样例。较传统的天线测试方法来说,这套系统只需一人便可完成整个天线测试工作,在大量数据需要测试的情况下更是做到了有人值守,无人操作。因此在实际应用中有着广泛的推广意义。

[1] 童长飞.C8051F系列单片机开发与C语言编程[M].北京航空航天大学出版社.2005.

Design of auto antenna test-bed

ZHANG Guo-zhi,QIXiao-na

(The54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei050081,China)

This paper introduces the design of auto antenna test-bed,in o rder to solve the p roblem brought by repetitive wo rk in antenna test.It adop ts the antenna test-bed of AC moto r,the 8563 EC sepectrometer,and develops testing system by monitoring the VC p latform environment,then w rites p rogram s for communication,control,measurement.

A ntenna test-bed;Antenna contro ller

TN820

:A

1001-9383(2011)02-0045-04

2011-04-05

张国志(1983-),男,河北省衡水市人,助理工程师,主要从事天线伺服控制技术研究与开发.