某雷达天线方向图自动测试系统的软硬件原理详解

天线是雷达的重要组成部分，天线方向图的测试在雷达性能测试中占有极其重要的位置。早期人们采用手动法进行方向图测量，数据的录取、方向图的绘制以及参数的计算都是手工方式，操作复杂，工作量大，耗时长，精度低。随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，天线方向图自动测试逐渐取代了手动测量，实现了信号录取、数据处理以及方向图绘制的自动化，大大提高了测量速度和精度。本文介绍了一种雷达天线方向图的自动化测量系统，分析了软硬件结构及原理。

1 方向图自动测试原理及实验配置

根据天线的互易性原理，将被测天线作为接收天线，固定的辐射天线作为发射天线，由发射天线发射电磁波，转动被测天线进行接收，测出被测范围内不同角度处的信号电平，便可得到被测天线的方向图[1]。

方向图的自动测量与手动测量原理相同，不同的是利用电子和计算机技术，实现了数据采集、处理和方向图绘制的自动化。图1是某雷达天线方向图自动测试的实验配置。

方向图的自动测量属于动态测量。测量时被测天线连续转动，并接收信号源通过喇叭天线发射的微波信号。接收信号送天线幅度信号采集电路，经变换放大及 A/D转换后送

给微机。天线转动的同时，天线角度信号录取装置将天线位置转换成角度数字信号送给微机。这样就可以得到测量范围内每一位置的幅度信号电平，根据这组数据，微机就可以进行数据处理并由输出装置输出计算结果。

2 硬件电路设计

系统硬件包括微机控制部分、天线幅度信号录取装置、天线角度信号录取装置和绘图仪。组成框图如图2所示。

2.1 微机控制电路

微机控制电路采用51系列单片机，由CPU、程序存储器、外部数据存储器和地址译码器等组成[2]。

2.2 天线幅度信号录取装置

幅度信号录取装置由测量放大器、采样/保持电路s/H和A/D转换电路组成。

天线接收的微波信号送至测量放大器，对微波信号进行高频检波，输出调制方波信号，然后进行放大、检波、滤波等处理，输出一个幅度满足要求、波形较好的直流信号。该信号经采样S/H后送到A/D，A/D在单片机控制下将模拟信号转换成数字信号，并存入外部数据存储器，从而完成幅度信号的录取。

测量放大器是该系统的信号变换放大电路，有较高的灵敏度、大的动态范围、稳定的工作特性和快的响应速度。

S/H的选取原则是：如果在A/D转换期间输入信号电平的变化小于1个LSB，可以不加S/H；否则，必须加S/H。下式是不加S/H时信号变化率应满足的关系：

式中：关系式为信号变化率的绝对值；Vm为A/D的满度电压；n为A/D的位数；T为A/D的转换时间。

A/D芯片采用AD574，其参数为：Vm=10 V，n=12，T=25μs，代入式(1)得关系式。雷达波束的最大变化率不小于10 V/(。)，天线转速一般不小于2 r/min，信号电压变化率不小于：10 ×(2 × 360/60)=120 V/s，超过极限值97.7 V/s，所以必须加S/H。

AD574具有量化误差小(2.44 mV)、动态范围大(72 dB)、转换速度高(25μs)等优点。