天线软件监测系统的设计及应用

深圳市广播电视技术中心：李军辉

随着无线电仪器设备在越来越多的场合应用和无线电技术发展速度日益加快，诸多行业中相继出现了诸多用途、类型多样的天线，同时应用越来越广泛。在工程应用中，对于系统各方面的性能要求，选择拥有何种特性、哪种类型的天线发挥了重要作用，这就需要我们加深对系统中所运用的天线的辐射特性的了解，而精确、可靠直观及清晰的分析天线辐射特性的方法则是准确的一张天线方向图。

手动电测法是一种传统的天线测量技术，其主要是对辅助天线信号源予以稳定，测量和记录被测天线逐点地旋转，处理和计算测出的结果（数据），从而绘制出所需的方向图，以将阻抗、增益和极化等参数数据获得。现阶段，手动点测法只适合在对精测度要求较小的小型卫星天线的测量中适合运用。而在测量时，因为天线转动采用人工手段，很难使其转速的均匀性和稳定性得到保证，与此同时，手动点测法的操作难度极大。针对上述问题，本文设计天线软件自动监测系统。

1.天线软件监测系统构成及运行流程设计

1.1 系统构成

针对传统测试方法，系统展开了诸多优化，构建了一个集自动控制、高速采集、报告打印和数据处理为一体的自动测试系统，同时，系统分析了远场测试环境中存在的误差，在对原有算法进行优化的同时，大大提升了天线测试系统的可靠性。

图1：天线自动测试系统总体结构图

天线自动测试系统的总体结构，如图1所示，硬件部分主要有打印机、监视器、转台/吊杆驱动控制器、天线测试吊杆、天线测试转台、矢量网络分析仪Aglient PNA-X5230A。而借助转台/吊杆驱动控制器，控制转台/吊杆运动，同时采集现阶段的角度参数，在此过程中，借助Aglient PNAX5230A，促使标准天线的发射和待测天线的接收顺利实现，同时由工控机对所采集的幅度与角度参数进行处理，从而实时绘制方向图，并计算天线性能参数，这是系统基本工作原理。

1.2 系统运行流程

图2：系统运行流程图

图2所示的是天线自动测试系统的运行流程，主要在工控机运行系统，具体实施步骤如下：

1）对系统机柜中的射频电缆、信号线路进行检查，确定它们了解正常与否，使机柜接地的良好性得到保证；

2）开启设备，工控机上的系统软件处于运行状态，借助界面上的指示灯查看各设备装套通，使系统运行的正常性得到保证；

3）天线测试的主要参数的配置，包括文件存储名称与路径、误差补偿参数、转台运行速率、转台/吊杆起始/终止角度、频率点数、发射功率、扫频范围等，结束设置后运行系统；

4）系统自动运行天线测试，同时将实时天线测试频率信息以及方向图显示处理，可以切换，在不同频点间显示；

5）测试结束之后，系统将天线性能参数测试结果显示出来，通过制定路径对测试数据予以保存，生成和打印天线测试报告；

6）将系统初始化，以便于下一次更好地开展测试工作。

2.误差校正与天线参数计算方法改进

由于受到地面反射波的影响，传统天线测量的测量精度难以达到较高。此外，测试场环境中还存在地网参数、电磁干扰、气候条件、障碍物杂乱反射等因素，需要借助分析误差来源，对测量误差进行修整，有效提升天线性能测试精度。在对天线进行测试时，会显著影响天线方向图和增益。

2.1 天线增益误差修正

天线测试过程中，天线的工作频率均有所区别，其增益测量的方法也不一样，诸多时候，计算均以收发天线和馈线匹配下的功率传输公式为基础，本系统运用比较法，其功率传输公式为：

因为馈线和天线存在匹配失调等问题，主要为阻抗失配，此误差对天线增益的计算造成了影响，下面详细分析了此阻抗失失配误差。

在实际天线测试中，馈线损耗及系统阻抗不匹配都可以导致增益测量误差，所以，将一个电失配因子M引入式（1）中：

图3：收发天线间的能量传输

2.2 天线方向图误差修正

其中，对天线方向图测试，天线发射功率测量不精确以及转台转轴与相位中心不重合而均形成的角度误差会造成极大影响，两者分别属于随即误差、系统误差。

2.2.1 转台转轴与相位中心不重合而形成的角度误差

2.2.2 测量不精确而形成的角度误差

3.结论

本文通过分析传统天线测试中存在的诸多问题，借助虚拟仪器技术对测试方案进行优化，与MatIab相结合校正误差，同时对天线参数计算方法予以扩展与优化，同时，通过实际应用，验证了方案的可靠性和可行性，为研究与应用天线测试技术提供了有效精确的一套自动测试系统。