某雷達天線方向圖自動測試系統(tǒng)的軟硬件原理詳解

天線是雷達的重要組成部分，天線方向圖的測試在雷達性能測試中占有極其重要的位置。早期人們采用手動法進行方向圖測量，數(shù)據(jù)的錄取、方向圖的繪制以及參數(shù)的計算都是手工方式，操作復雜，工作量大，耗時長，精度低。隨著微電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，天線方向圖自動測試逐漸取代了手動測量，實現(xiàn)了信號錄取、數(shù)據(jù)處理以及方向圖繪制的自動化，大大提高了測量速度和精度。本文介紹了一種雷達天線方向圖的自動化測量系統(tǒng)，分析了軟硬件結構及原理。

1 方向圖自動測試原理及實驗配置

根據(jù)天線的互易性原理，將被測天線作為接收天線，固定的輻射天線作為發(fā)射天線，由發(fā)射天線發(fā)射電磁波，轉動被測天線進行接收，測出被測范圍內不同角度處的信號電平，便可得到被測天線的方向圖[1]。

方向圖的自動測量與手動測量原理相同，不同的是利用電子和計算機技術，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、處理和方向圖繪制的自動化。圖1是某雷達天線方向圖自動測試的實驗配置。

方向圖的自動測量屬于動態(tài)測量。測量時被測天線連續(xù)轉動，并接收信號源通過喇叭天線發(fā)射的微波信號。接收信號送天線幅度信號采集電路，經(jīng)變換放大及 A/D轉換后送

給微機。天線轉動的同時，天線角度信號錄取裝置將天線位置轉換成角度數(shù)字信號送給微機。這樣就可以得到測量范圍內每一位置的幅度信號電平，根據(jù)這組數(shù)據(jù)，微機就可以進行數(shù)據(jù)處理并由輸出裝置輸出計算結果。

2 硬件電路設計

系統(tǒng)硬件包括微機控制部分、天線幅度信號錄取裝置、天線角度信號錄取裝置和繪圖儀。組成框圖如圖2所示。

2.1 微機控制電路

微機控制電路采用51系列單片機，由CPU、程序存儲器、外部數(shù)據(jù)存儲器和地址譯碼器等組成[2]。

2.2 天線幅度信號錄取裝置

幅度信號錄取裝置由測量放大器、采樣/保持電路s/H和A/D轉換電路組成。

天線接收的微波信號送至測量放大器，對微波信號進行高頻檢波，輸出調制方波信號，然后進行放大、檢波、濾波等處理，輸出一個幅度滿足要求、波形較好的直流信號。該信號經(jīng)采樣S/H后送到A/D，A/D在單片機控制下將模擬信號轉換成數(shù)字信號，并存入外部數(shù)據(jù)存儲器，從而完成幅度信號的錄取。

測量放大器是該系統(tǒng)的信號變換放大電路，有較高的靈敏度、大的動態(tài)范圍、穩(wěn)定的工作特性和快的響應速度。

S/H的選取原則是：如果在A/D轉換期間輸入信號電平的變化小于1個LSB，可以不加S/H；否則，必須加S/H。下式是不加S/H時信號變化率應滿足的關系：

式中：關系式為信號變化率的絕對值；Vm為A/D的滿度電壓；n為A/D的位數(shù)；T為A/D的轉換時間。

A/D芯片采用AD574，其參數(shù)為：Vm=10 V，n=12，T=25μs，代入式(1)得關系式。雷達波束的最大變化率不小于10 V/(。)，天線轉速一般不小于2 r/min，信號電壓變化率不小于：10 ×(2 × 360/60)=120 V/s，超過極限值97.7 V/s，所以必須加S/H。

AD574具有量化誤差小(2.44 mV)、動態(tài)范圍大(72 dB)、轉換速度高(25μs)等優(yōu)點。