本發(fā)明涉及一種同步實(shí)現(xiàn)天線方向圖與散射像測(cè)試的裝置及方法。

背景技術(shù)：

天線作為現(xiàn)代武器裝備的重要部件，其散射特性直接影響整機(jī)隱身性能。對(duì)于隱身裝備用天線，rcs是其一個(gè)重要指標(biāo)，天線散射像即散射中心分布是衡量天線rcs與驗(yàn)證天線隱身設(shè)計(jì)的重要技術(shù)手段，在隱身天線研發(fā)、生產(chǎn)階段，必然離不開(kāi)方向圖與散射成像測(cè)試。常用方向圖、散射成像測(cè)試方法有遠(yuǎn)場(chǎng)、近場(chǎng)、緊縮場(chǎng)等，其中因具有測(cè)試距離近、場(chǎng)地要求低、保密性好、測(cè)試精度高等優(yōu)點(diǎn)，平面近場(chǎng)測(cè)試技術(shù)已經(jīng)成為主要測(cè)試手段。

現(xiàn)有天線方向圖平面近場(chǎng)測(cè)試裝置如圖1所示，基本原理為：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)射端口輸出激勵(lì)信號(hào)經(jīng)電纜、近場(chǎng)探頭向被測(cè)天線輻射，被測(cè)天線接收該信號(hào)后經(jīng)電纜送入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀接收機(jī)，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)處理得到該信號(hào)的幅度與相位數(shù)據(jù)。整個(gè)測(cè)試過(guò)程要求近場(chǎng)探頭在機(jī)械掃描架帶動(dòng)下以一定距離間隔(推薦為半波長(zhǎng))完成設(shè)定平面的掃描，系統(tǒng)自動(dòng)完成該平面內(nèi)每一位置點(diǎn)下幅度、相位數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)，被測(cè)天線與近場(chǎng)探頭掃描面間距為3-5倍波長(zhǎng)(對(duì)應(yīng)測(cè)試頻率)，最后利用數(shù)學(xué)變換(fft)計(jì)算出被測(cè)天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。

現(xiàn)有散射成像平面近場(chǎng)測(cè)試裝置如圖2所示，基本原理為：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)射端口輸出激勵(lì)信號(hào)經(jīng)電纜、近場(chǎng)探頭向被測(cè)天線輻射，被測(cè)天線后向散射回波被另一近場(chǎng)探頭(與發(fā)射用近場(chǎng)探頭并排靠近放置)接收后經(jīng)電纜送入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀接收機(jī)，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部處理得到該信號(hào)的幅度與相位數(shù)據(jù)。整個(gè)測(cè)試過(guò)程要求收發(fā)近場(chǎng)探頭在機(jī)械掃描架帶動(dòng)下以一定距離間隔(推薦為半波長(zhǎng))完成設(shè)定平面的掃描，系統(tǒng)自動(dòng)完成該平面內(nèi)每一位置點(diǎn)下幅度、相位數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)，且被測(cè)天線與近場(chǎng)探頭掃描面間距為3-5倍波長(zhǎng)(對(duì)應(yīng)測(cè)試頻率)。最后利用數(shù)學(xué)變換(fft)計(jì)算出被測(cè)天線的散射像。

對(duì)于隱身天線來(lái)講，現(xiàn)有的將天線方向圖和散射像作為兩個(gè)獨(dú)立測(cè)試項(xiàng)目分時(shí)進(jìn)行的方法，首先存在測(cè)試效率低的問(wèn)題，其次，由于測(cè)試參數(shù)不同，需要不同的系統(tǒng)連接與組合方式，造成多次設(shè)備連接操作，耗費(fèi)時(shí)間且容易對(duì)測(cè)試電纜與被測(cè)天線(尤其是高頻段測(cè)試時(shí))造成損壞，降低系統(tǒng)使用壽命，另外，電纜的多次連接也會(huì)引入人為操作誤差，對(duì)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性、可信度造成影響。綜上分析，現(xiàn)有測(cè)試方法與技術(shù)的測(cè)試效率低，測(cè)試誤差大，且存在設(shè)備損害風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種利用平面近場(chǎng)掃描同步實(shí)現(xiàn)天線方向圖與散射像測(cè)試的裝置，以提高天線方向圖與散射成像測(cè)試的效率，還可有效提高測(cè)試結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種同步實(shí)現(xiàn)天線方向圖與散射像測(cè)試的裝置，包括矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、機(jī)械掃描架、發(fā)射用近場(chǎng)探頭、被測(cè)天線、被測(cè)天線支架以及接收用近場(chǎng)探頭；其中：

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有一個(gè)發(fā)射端口、一個(gè)接收端口a和一個(gè)接收端口b；

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的發(fā)射端口通過(guò)一條測(cè)試電纜與發(fā)射用近場(chǎng)探頭連接；

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收端口a通過(guò)一條測(cè)試電纜與接收用近場(chǎng)探頭連接；

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收端口b通過(guò)一條測(cè)試電纜與被測(cè)天線連接；

發(fā)射用近場(chǎng)探頭和接收用近場(chǎng)探頭位于機(jī)械掃描架上；被測(cè)天線位于被測(cè)天線支架上。

優(yōu)選地，機(jī)械掃描架、發(fā)射用近場(chǎng)探頭和接收用近場(chǎng)探頭采用吸波材料進(jìn)行遮擋和隔離。

優(yōu)選地，被測(cè)天線支架是由聚苯乙烯材料制成的，且設(shè)計(jì)為具有一定傾角的圓錐外形。

優(yōu)選地，所述測(cè)試電纜采用微波電纜。

優(yōu)選地，發(fā)射用近場(chǎng)探頭與接收用近場(chǎng)探頭縱向或橫向并排放置，兩近場(chǎng)探頭間加裝吸波材料。

優(yōu)選地，所述機(jī)械掃描架包括機(jī)械掃描架本體和基座。

此外，本發(fā)明還提出了一種同步實(shí)現(xiàn)天線方向圖與散射像測(cè)試的方法，該方法采用上述裝置，且通過(guò)一次平面近場(chǎng)掃描，即可同步完成被測(cè)天線方向圖與散射成像測(cè)試，利用一次連接、一次測(cè)試同時(shí)自動(dòng)完成兩項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)測(cè)試，大大提高測(cè)試效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種同步實(shí)現(xiàn)天線方向圖與散射像測(cè)試的方法，包括如下步驟：

啟動(dòng)測(cè)試程序，設(shè)置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀頻率、輸出功率、中頻帶寬以及觸發(fā)方式，完成機(jī)械掃描架掃描范圍、掃描中心、運(yùn)動(dòng)步進(jìn)間隔設(shè)置；控制機(jī)械掃描架帶動(dòng)發(fā)射用近場(chǎng)探頭和接收用近場(chǎng)探頭移動(dòng)到設(shè)定掃描面的起始位置點(diǎn)，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部信號(hào)源輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)分離裝置分離后，一部分進(jìn)入內(nèi)部參考信號(hào)接收機(jī)，另一部分經(jīng)發(fā)射端口輸出，輸出信號(hào)經(jīng)測(cè)試電纜到達(dá)發(fā)射用近場(chǎng)探頭并向被測(cè)天線輻射，被測(cè)天線接收的信號(hào)經(jīng)測(cè)試電纜進(jìn)入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀接收端口b，該信號(hào)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部參考信號(hào)運(yùn)算處理，得到輻射信號(hào)的幅度和相位數(shù)據(jù)；被測(cè)天線散射的后向信號(hào)，經(jīng)接收用近場(chǎng)探頭與測(cè)試電纜后進(jìn)入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀接收端口a，該信號(hào)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部參考信號(hào)運(yùn)算處理，得到散射信號(hào)的幅度和相位數(shù)據(jù)；控制機(jī)械掃描架帶動(dòng)發(fā)射用近場(chǎng)探頭和接收用近場(chǎng)探頭移動(dòng)到下一掃描位置；重復(fù)以上測(cè)試過(guò)程，完成設(shè)定平面內(nèi)每個(gè)位置點(diǎn)的輻射與散射信號(hào)的幅度和相位數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)；對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)分別進(jìn)行fft變換處理，利用天線近遠(yuǎn)場(chǎng)變換算法與近場(chǎng)散射成像算法，計(jì)算得出被測(cè)天線方向圖與散射像，利用散射像外推遠(yuǎn)場(chǎng)rcs算法得到被測(cè)天線rcs參數(shù)。

與傳統(tǒng)測(cè)試技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.測(cè)試效率高：僅需一次平面近場(chǎng)掃描，便可同步完成被測(cè)天線方向圖與散射像兩項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容，且無(wú)需傳統(tǒng)方法分時(shí)測(cè)試時(shí)的系統(tǒng)連線與調(diào)整過(guò)程，測(cè)試效率大大提高。

2.測(cè)試獲取信息量大：利用一次測(cè)試可以獲取天線方向圖參數(shù)、散射點(diǎn)分布、遠(yuǎn)場(chǎng)rcs。

3.測(cè)試設(shè)備改造代價(jià)低：只需要在傳統(tǒng)平面近場(chǎng)天線測(cè)試場(chǎng)的基礎(chǔ)上增加微波電纜、近場(chǎng)探頭、吸波材料、低散射支架等設(shè)備，不需要分別準(zhǔn)備天線測(cè)試場(chǎng)地和rcs測(cè)試場(chǎng)地。

4.提高測(cè)試可靠性與準(zhǔn)確性：該技術(shù)一次連線便可完成兩種指標(biāo)測(cè)試，可有效減少傳統(tǒng)測(cè)試方法多次連線帶來(lái)的人為操作誤差，提高測(cè)試可靠性與準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有天線方向圖平面近場(chǎng)測(cè)試裝置的示意圖；

圖2為現(xiàn)有散射成像平面近場(chǎng)測(cè)試裝置的示意圖；

圖3為本發(fā)明中一種同步實(shí)現(xiàn)天線方向圖與散射像測(cè)試的裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

結(jié)合圖3所示，一種同步實(shí)現(xiàn)天線方向圖與散射像測(cè)試的裝置，包括矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀1、機(jī)械掃描架2、發(fā)射用近場(chǎng)探頭3、被測(cè)天線4、被測(cè)天線支架5以及接收用近場(chǎng)探頭6。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀1具有一個(gè)發(fā)射端口、一個(gè)接收端口a和一個(gè)接收端口b；其中：

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀1的發(fā)射端口通過(guò)一條測(cè)試電纜7-1與發(fā)射用近場(chǎng)探頭3連接；

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀1的接收端口a通過(guò)一條測(cè)試電纜7-2與接收用近場(chǎng)探頭6連接；

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀1的接收端口b通過(guò)一條測(cè)試電纜7-3與被測(cè)天線4連接。

發(fā)射用近場(chǎng)探頭3和接收用近場(chǎng)探頭6位于機(jī)械掃描架2上。

被測(cè)天線4位于被測(cè)天線支架5上。

測(cè)試場(chǎng)地干擾抑制處理：對(duì)于低rcs天線測(cè)試來(lái)講，場(chǎng)地干擾是影響測(cè)試精度的重要因素，因此必須進(jìn)行場(chǎng)地干擾分析與抑制處理。本發(fā)明采用如下方式進(jìn)行處理

對(duì)于機(jī)械掃描架2、發(fā)射用近場(chǎng)探頭3和接收用近場(chǎng)探頭6采用吸波材料進(jìn)行遮擋和隔離。對(duì)于被測(cè)天線支架5則通過(guò)材料選型和外形設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)低散射的目的。

優(yōu)選地，被測(cè)天線支架5是由聚苯乙烯材料制成的，且設(shè)計(jì)為具有一定傾角的圓錐外形。

優(yōu)選地，本發(fā)明中的測(cè)試電纜7-1、7-2以及7-3均采用微波電纜。

機(jī)械掃描架2包括機(jī)械掃描架本體和基座?；枪潭ǖ?，機(jī)械掃描架本體有x軸和y軸兩個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)軸，可分別沿x/y軸運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明中近場(chǎng)探頭固定于y軸上，通過(guò)掃描架xy軸的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)探頭在xy平面內(nèi)任意位置的停留與數(shù)據(jù)采集。

需要說(shuō)明的是，機(jī)械掃描架2并非本發(fā)明的創(chuàng)新之處，可以參考已有技術(shù)。

本發(fā)明中發(fā)射用近場(chǎng)探頭3和接收用近場(chǎng)探頭6按照如下方式設(shè)置于機(jī)械掃描架2上：

發(fā)射用近場(chǎng)探頭與接收用近場(chǎng)探頭縱向或橫向并排鄰近放置，兩近場(chǎng)探頭間加裝吸波材料，用于減小收發(fā)隔離以及與被測(cè)天線4之間的干擾。

本發(fā)明還提出了一種同步實(shí)現(xiàn)天線方向圖與散射像測(cè)試的方法，該方法采用上述裝置，具體的，該方法包括如下步驟：

啟動(dòng)測(cè)試程序，系統(tǒng)軟件完成矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀頻率、輸出功率、中頻帶寬以及觸發(fā)方式設(shè)置，完成機(jī)械掃描架掃描范圍、掃描中心、運(yùn)動(dòng)步進(jìn)間隔等設(shè)置；系統(tǒng)軟件控制機(jī)械掃描架帶動(dòng)發(fā)射用近場(chǎng)探頭和接收用近場(chǎng)探頭移動(dòng)到設(shè)定掃描面的起始位置點(diǎn)，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部信號(hào)源輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)分離裝置分離后，一部分進(jìn)入內(nèi)部參考信號(hào)接收機(jī)，另一部分經(jīng)發(fā)射端口輸出，輸出信號(hào)經(jīng)測(cè)試電纜到達(dá)發(fā)射用近場(chǎng)探頭并向被測(cè)天線輻射，被測(cè)天線接收的信號(hào)經(jīng)測(cè)試電纜進(jìn)入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀接收端口b，該信號(hào)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部參考信號(hào)運(yùn)算處理，得到輻射信號(hào)的幅度和相位數(shù)據(jù)；被測(cè)天線散射的后向信號(hào)，經(jīng)接收用近場(chǎng)探頭與測(cè)試電纜后進(jìn)入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀接收端口a，該信號(hào)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部參考信號(hào)運(yùn)算處理，得到散射信號(hào)的幅度和相位數(shù)據(jù)；系統(tǒng)軟件控制機(jī)械掃描架帶動(dòng)發(fā)射用近場(chǎng)探頭和接收用近場(chǎng)探頭移動(dòng)到下一掃描位置；重復(fù)以上測(cè)試過(guò)程，最終完成設(shè)定平面內(nèi)每個(gè)位置點(diǎn)的輻射與散射信號(hào)的幅度和相位數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)；系統(tǒng)軟件對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)分別進(jìn)行fft變換處理，利用天線近遠(yuǎn)場(chǎng)變換算法與近場(chǎng)散射成像算法，計(jì)算得出被測(cè)天線方向圖與散射像，進(jìn)一步利用散射像外推遠(yuǎn)場(chǎng)rcs算法，得到被測(cè)天線rcs參數(shù)。系統(tǒng)軟件包括兩個(gè)部分：一是控制部分，實(shí)現(xiàn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、掃描架的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，該部分軟件為本領(lǐng)域公知的軟件，所有的微波毫米波自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)均配備該類軟件；二是數(shù)據(jù)處理軟件，完成采集數(shù)據(jù)的近遠(yuǎn)場(chǎng)變換處理與結(jié)果顯示輸出，其中的天線近遠(yuǎn)場(chǎng)變換算法、近場(chǎng)散射成像算法、散射像外推遠(yuǎn)場(chǎng)rcs算法具有一定的技術(shù)保密性，但是很多國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)都有相關(guān)技術(shù)內(nèi)容介紹。

本發(fā)明方法利用一次平面近場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與后續(xù)數(shù)據(jù)處理，即可同步完成天線方向圖與散射像(天線散射點(diǎn)分布)測(cè)試，大大提高測(cè)試效率。

當(dāng)然，以上說(shuō)明僅僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說(shuō)明書(shū)的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說(shuō)明書(shū)的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護(hù)。