一种新型多波位、多频点天线测试控制技术

海军装备部驻南京地区第三军事代表室 李大成

南京电子技术研究所 李海波

数字有源相控阵雷达天线由少则数百个、多则数千个T／R组件构成，采用单波位、单频点方法测试，完整测试完一个子阵面，需要约一小时；如果测试M个波位、N个频点，则需要MhN小时。对于数字相控阵雷达动辄几十或几百个工作频点来说，测试时间耗费巨大。本文介绍一种异步触发的多波位、多频点天线测试控制技术，并结合实际工程应用，验证了测试控制系统技术的有效性。

1 需求分析

T／R组件是数字有源相控阵天线重要部件，一部相控阵雷达由少则数百个、多则数千个T／R组件构成。T／R组件的性能优劣，直接影响雷达的性能和可靠性，T／R的良好性能是保证整个雷达稳定、可靠工作的前提。因此，T／R组件在安装到阵面之前必须进行测试。

雷达阵面天线进行测试时，一次阵面测试数据的产生，需要扫描架探头对天线阵面进行一次完整扫描，耗时较长。借助于扫描架，能够自动完成组件的批量测试；扫描架是机械式扫描，通过指令给出的X和Y二维坐标点，通过改变X和Y的值，探头可对阵面上所有的组件进行测试。在以前的阵面测试系统中，采取的是单频点、单波位测试，完整测试一个子阵面及数据分析处理，需要约1h；如果需要测试N个频点、M个波位，则需要MhN个小时。对于数字相控阵雷达动辄几十或几百个工作频点来说，测试时间耗费巨大。同时，通过人为的更改频点或波位，会造成漏测、误测和重复测试。这对于大规模的批量组件测试，严重影响其测试效率。因此，有效的减少测试时间，提高测试效率，是非常迫切需要的。

本文介绍一种基于异步触发的多波位、多频点天线测试控制系统技术，搭建了一套测试控制系统，并结合工程实际应用，验证了测试控制系统技术的有效性。

2 数字有源相控阵天线测试

2.1 数字有源相控阵天线原理

数字相控阵天线的核心技术是全数字T/R组件，它集成了接收机、发射机、衰减器、移相器、激励本振等，可组成为一个独立完整的收发系统。

（1）发射T时，数字收发组件（DTR）根据控制系统送来的幅度和相位值，经变频和放大后，再通过辐射单元，辐射到指定的空域。

（2）接收R时，数字收发组件（DTR）接收信号，经移相器、下变频及功率放大，转换成数字信号，送往后端处理单元。

2.2 数字天线测试方法

目前常用的天线阵面测试系统，大部分是以计算机为中心测试架构，只是测试的控制方式、数据采集、处理方式略微不同。如图1所示。

图1 天线测试系统原理框图

测试控制系统发出阵面控制指令，控制被测阵面的状态以及扫描架的工作，阵面本身设备自动完成测试激励和数据采集，然后将采集到的测试数据，传输到数据记录设备或计算机，数据处理分析记录的数据，给出阵面测试结果，从而完成数据的解析和数据分析。

3 异步触发的多波位、多频点天线测试控制技术

在阵面测试系统中，雷达控制系统起到了举足轻重的作用。它一方面接收上位机同步送来的指令和扫描架送来的异步触发信号，另一方面通过一定的算法，对指令解析，产生全机同步时序，然后把解析后的指令和时序送给阵面系统。雷达控制系统对控制技术的优劣，直接决定了测试系统的性能和效率。

阵面测试时，因为是多（M）波位、多（N）频点同时自动测试，雷达控制系统响应扫描架送来的异步触发信号，接收上位机一次性送来的M个波位、N个频点的雷达控制指令（MhN）K字节。雷达控制系统的高速千兆网络接收通道和大数据存储能力，有效的保证了数据接收不会出现丢包现象。

雷达控制系统按照指令表约定，对指令解析，产生雷达全机定时时序，从第一个波位第一个频点开始，顺序依次把M个波位、N个频点对应的控制指令表送给阵面，直至最后一个频点、最后一个波位，雷达控制系统进入等待下一次异步触发状态。图2为多波位、多频点测试控制技术的时序控制原理。

图2 多波位、多频点测试控制技术的时序控制原理图

图3 控制指令表接收处理框图

多波位、多频点测试控制技术主要包括以下三个关键点。

（1）多（M）波位、多（N）频点控制指令表接收处理；

（2）M波位N频点测试任务结束后打标处理；

（3）测试起始异步脉冲触发响应。

3.1 多（M）波位、多（N）频点控制指令表接收处理

多（M）波位、多（N）频点同时自动阵面测试时，假设单波位、单频点雷达控制指令为1K字节，那么M波位、N频点控制指令则为（MhN）K字节。雷达控制系统接收上位机送来的的（MhN）K字节控制指令，建立一个三维数组。x维是1K字节控制指令，y维是N个频点，z维是M个波位。按照建立的（x，y，z）三维数组，依次把对应的指令存储在相应位置上，为中断处理程序中的指令发送指针做准备。

3.2 M波位N频点测试任务结束后打标处理

雷达控制系统每一次响应中断，发送指针K加1，根据K的值，计算出第m个波位的第n个频点的控制指令表；中断处理程序退出之前，判断K是否等于MhN。若相等，则定时停止标志置1；不相等，则定时停止标志置0。

3.3 测试起始异步脉冲触发响应

向阵面发送MhN包指令完毕后，雷达控制系统的指令发送指针返回到第一个波位的第一个频点位置，等待下一次的测试开始；而此时扫描架上的探头由于是机械式的，还没有回归到原点（0，0）位置，雷达控制系统不允许向阵面发送控制指令表，必须等待下一次的扫描架起始异步触发。雷达控制系统向阵面发送完MhN包指令后，采用打标的方法，即在指令约定的位置，置标志为1，D触发器响应此标志，禁止定时导前信号计数器计数，雷达控制系统不再发送指令，此次阵面测试结束，等待下一次扫描架起始异步触发。

图4 测试任务结束后打标处理框图

图5 测试起始异步脉冲触发响应框图

4 测试验证

利用该测试控制技术，进行了实测验证，单通道100频点的收发测试项目，测试时间单波位、单频点测试方案时，测试指令发送重复周期从原来的30msü 100ms降低到1ms左右，时间效率提高近100倍，极大节约了时间，提高了效率。

同时，测试得到的数据更真实有效更精确，图6、图7为测试得到的天线阵面口径场分布和一维方位俯仰方向图和二维方向图。

图6 天线阵面口径场分布图

图7 一维和二维方向图

相控阵天线测试技术要求高、工程设计和测试复杂、繁琐。异步触发的阵面测试控制系统技术提高了测试数据的准确性和可信度，降低了测试强度，测试效率提高几十上百倍，同时减少了人为原因造成的测试失误，为数字相控阵天线的研制与发展，提供了有力的支撑和保障。