線陣插件常溫測(cè)試系統(tǒng)的搭建

馬勇　譚紅芳　肖韻

摘要 線陣插件作為相控陣天線重要組件，它的測(cè)試指標(biāo)是工程師們尤其關(guān)心的重點(diǎn)。線陣插件數(shù)量龐大、種類多樣、測(cè)試項(xiàng)目繁多，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，人工測(cè)試不能滿足批量檢測(cè)的需要。據(jù)此，本文設(shè)計(jì)了專用的測(cè)試工裝，以Visual C++為軟件平臺(tái)，利用GPIB接口總線實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與測(cè)試儀器間的通訊，搭建了線陣插件常溫測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)線陣插件的批量測(cè)試。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通路校準(zhǔn)數(shù)據(jù)管理、測(cè)試數(shù)據(jù)可視化、表格化，實(shí)現(xiàn)了線陣插件自動(dòng)化測(cè)試，大大提高了工作效率。

關(guān)鍵詞線 陣插件；自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

中圖分類號(hào) TN82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095—6363（2016）13—0060—03

相控陣天線是目前許多軍事雷達(dá)或衛(wèi)星應(yīng)用的主要天線方式，在雷達(dá)和衛(wèi)星通信領(lǐng)域中占有重要地位。而線陣插件作為相控陣天線的重要組件之一，它的技術(shù)指標(biāo)好壞，將直接關(guān)系到整個(gè)相控陣天線的效能優(yōu)劣。線陣插件的研制、生產(chǎn)、維護(hù)這一整個(gè)生命周期始終貫穿著技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試。

線陣插件種類多樣，尺寸大小各有不同，數(shù)量龐大，需測(cè)試的項(xiàng)目繁多，測(cè)試接口均為波導(dǎo)。采用人工測(cè)試，需要頻繁更換轉(zhuǎn)接頭及電纜，費(fèi)時(shí)耗力。為此，研制一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)迫在眉捷。

線陣插件的測(cè)試需要在特定的近似無(wú)回波環(huán)境和電磁屏蔽下進(jìn)行，本文設(shè)計(jì)了專用的測(cè)試工裝（由屏蔽暗箱和輻射信號(hào)接收裝置組成），適合特定5種線陣插件的裝載和定位。本文通過分析研究，組建了線陣插件常溫測(cè)試系統(tǒng)，能自動(dòng)完成線陣插件的指標(biāo)測(cè)試。

1總體方案設(shè)計(jì)

線陣插件常溫測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)目的是構(gòu)建適用于5種線陣插件的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。為滿足5類線陣插件的裝載、定位，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)分析，設(shè)計(jì)出了專用的測(cè)試工裝，能滿足這5類線陣插件在特定近似無(wú)回波環(huán)境和電磁屏蔽環(huán)境下的裝載、測(cè)試。

該測(cè)試系統(tǒng)基于VisualC++開發(fā)平臺(tái)，以PXI控制器為“中樞心臟”，負(fù)責(zé)向測(cè)試儀器、毫米波測(cè)試工裝發(fā)送控制信號(hào)，并與它們通訊，接收儀器及毫米波測(cè)試工裝發(fā)回的信息，做出判斷后，送給一體化顯示器，達(dá)到數(shù)據(jù)顯示、報(bào)錯(cuò)的目的。此系統(tǒng)能自動(dòng)完成以下技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試：波導(dǎo)口駐波比、增益、功率、幅相特性等，可實(shí)現(xiàn)測(cè)試參數(shù)可視化、測(cè)試數(shù)據(jù)表格化。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由專用測(cè)試工裝（由屏蔽暗箱和輻射信號(hào)接收裝置組成）、PXI機(jī)箱、一體化顯示器、帶GPIB總線的毫米波臺(tái)式儀器構(gòu)成，如圖1所示。

2關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于測(cè)試工裝的設(shè)計(jì)。測(cè)試工裝由屏蔽暗箱和輻射信號(hào)接收裝置組成。

2.1測(cè)試工裝總體結(jié)構(gòu)

測(cè)試工裝放置在一個(gè)長(zhǎng)方體的箱體內(nèi)，該箱體具備屏蔽微波及接收喇叭的二維移動(dòng)機(jī)構(gòu)?？傮w外觀如圖2所示。

工裝主要由插件固定裝置、二維移動(dòng)結(jié)機(jī)構(gòu)及屏蔽暗箱組成。

插件固定裝置，用于安裝線陣插件上的天線單元；為確保天線單元發(fā)射不受到金屬的影響，將二維移動(dòng)機(jī)構(gòu)單獨(dú)放置在一個(gè)箱體內(nèi)，箱體外部貼附吸波材料。屏蔽暗箱主要用于輻射無(wú)線電騷擾（EMI）和輻射敏感度（EMS）測(cè)量的密閉屏蔽室。屏蔽室由屏蔽殼體、屏蔽門、通風(fēng)波導(dǎo)窗及各種電源濾波器等組成。屏蔽殼體采用焊接式結(jié)構(gòu)。吸波材料由工作頻率范圍在30MHz～1000MHz的單層鐵氧體片，以及錐形含碳海綿吸波材料構(gòu)成，錐形含碳海綿吸波材料是由聚氨脂泡沫塑料在碳膠溶液中滲透而成，具有較好的阻燃特性。同時(shí)二維移動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制通過屏蔽暗箱上的連接器來(lái)實(shí)現(xiàn)，最大限度地減少電磁輻射對(duì)天線的影響，如圖3所示。

2.1.1二維移動(dòng)機(jī)構(gòu)

要求喇叭天線可以精確對(duì)逐一對(duì)準(zhǔn)被測(cè)天線，根據(jù)要求設(shè)計(jì)的二維移動(dòng)機(jī)構(gòu)由兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)軸來(lái)控制，實(shí)現(xiàn)橫向和縱向的移動(dòng)，同時(shí)通過合理的布局、設(shè)計(jì)，使得機(jī)構(gòu)的空間達(dá)到很小。同時(shí)通過精確的運(yùn)動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)±0.05mm以內(nèi)的位置控制，喇叭天線可以做到準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)各通道輻射天線。具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)喇叭天線的上下移動(dòng)，可以方便地對(duì)兩組天線單元進(jìn)行。

測(cè)試；運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌選用工程塑料導(dǎo)軌，一方面可減少對(duì)測(cè)試的影響，另一方面該導(dǎo)軌可預(yù)緊，即可實(shí)現(xiàn)精確的導(dǎo)向，也具有非常高的耐磨性；小型的步進(jìn)電機(jī)配以高精度的絲杠傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了高精度運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)為防止步進(jìn)電機(jī)的丟步，我們?cè)O(shè)計(jì)有位置反饋系統(tǒng)，通過光柵尺來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)高精度位移控制。具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)喇叭天線的左右移動(dòng)，可以方便地對(duì)天線單元進(jìn)行精確定位測(cè)試；運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌選用工程塑料導(dǎo)軌，一方面可減少對(duì)測(cè)試的影響，另一方面該導(dǎo)軌可預(yù)緊，即可實(shí)現(xiàn)精確的導(dǎo)向，也具有非常高的耐磨性；小型的步進(jìn)電機(jī)配以高精度的絲杠傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了高精度運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了高精度運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)為防止步進(jìn)電機(jī)的丟步，我們?cè)O(shè)計(jì)有位置反饋系統(tǒng)，通過光柵尺來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋，實(shí)現(xiàn)高精度位移控制。安裝微小型的拖鏈可將控制系統(tǒng)的線纜和喇叭天線的線纜連接至箱體外部進(jìn)行控制，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。

2.1.2二維移動(dòng)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由PXI控制器、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置等組成?？梢栽O(shè)置運(yùn)動(dòng)模式，位置和速率等運(yùn)動(dòng)模式。

2.2測(cè)試工裝接口設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)天線單元的測(cè)試，需要對(duì)天線進(jìn)行供電，我們選用程控電源，方便對(duì)不同類天線進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)為方便移動(dòng)臺(tái)的控制和連接，在箱體外部設(shè)計(jì)有連接器。

2.3測(cè)試工裝控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)啟動(dòng)后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，同時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制部分。運(yùn)動(dòng)控制部分，通過參數(shù)配置讀取系統(tǒng)默認(rèn)配置參數(shù)包括速度、加速度、軟件限制等參數(shù)，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，通過RS485通訊將位置和狀態(tài)信息傳給上位機(jī)并等待上位機(jī)控制命令，運(yùn)動(dòng)控制程序獲取到控制命令后，根據(jù)參數(shù)配置，控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，監(jiān)控顯示程序收到軟件限位等信息后，通知運(yùn)動(dòng)控制程序控制機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)，急停和硬件限位會(huì)直接切斷主電源停止機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。

3結(jié)論

線陣插件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)能夠滿足批量自動(dòng)化測(cè)試的需求、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線測(cè)試，減輕人員工作量，能大大提高工作效率和測(cè)試的可靠性、準(zhǔn)確性，適用性強(qiáng)。endprint