相控阵雷达天线近场多任务测试系统设计方法探究

白宇 陈金龙 卫学新

摘 要：近年來，我国的雷达技术不断发展起来。针对雷达天线测试技术也提出了更高的要求，希望能够不断提高其精准度。传统的天线测试技术主要是利用远场测试，这种测试易受到环境的影响，存在一定的局限性。于是就产生了相控阵雷达技术，它具有精确度高、抗干扰能力强、探测远的优势，也因此得到了广泛的应用。本文主要对相控阵雷达天线进行概述，并对雷达天线近场多任务测试系统进行设计，不断提高相控阵雷达天线的测试效率。

关键词：相控阵雷达;天线;多任务测试;设计

近场测试技术从开始应用至今已经经过几十年的发展，其技术也在不断的完善。而随着我国雷达研制水平的不断提高，相控阵雷达天线不断发展起来，成为现阶段雷达的主要研究方向。而它的出现也对近场测试有了更高的要求，由传统的单波束、单频率变化成多波束、多频率的测试方式，过程也越来越复杂。为了能够满足雷达的测试需求，需要不断研究近场测试技术并对其多任务测试系统进行设计，从而可以有效提高测试精度。

一、相控阵雷达天线概述

相控阵雷达天线的实现方式有频率扫描和相位扫描，它主要是利用电子来对雷达波束进行指引，帮助其在空间中进行无惯性的扫描。这一天线系统主要由天线单元、控制系统、信号功率分配等组成，其中在系统的天线单元上会安装移相器，利用移相器来使天线辐射信号的相位发生改变[1]。信号之间幅度主要是利用分配网络和功率加权来进行改变，如果利用波束控制计算机来改变天线的幅度和相位，就可以得到天线口径照射函数，从而能够让天线波束的指向和形状发生改变。

二、天线近场测试的原理及功能需求分析

相控阵雷达的天线辐射具有远场特性，在实际测试过程中需要天线与信号源之间存在一定的距离才能够准确测量。在实际测量过程中，由于实验室环境的限制，范围十分有限，通过近场测试的方式更能够突出测试优势。近场测试主要是通过抽样的方式，利用探头来探测相控阵天线表面的幅度和香味。一般来说，相控阵天线利用近场测试的方式更为准确。由于天线表面的幅相特性存在差异，在近场测试中就可以利用探头进行测量。接着，通过电磁场平面波展开理论就可以进行相应的计算。相控阵雷达天线的测试过程中近场测试优势显著：它可以作为诊断工具，来对天线进行故障检测;还可以在实验室中进行测量，不受气候、环境的影响;可以较好地屏蔽干扰信号，保持测量结果的准确性;此外，近场测试获得的测量信息远多于远场测试。

然而，在实际的近场测试系统设计的过程中，需要设计者首先做好软件需求的分析，其主要有以下几个方面。（1）所设计的系统能够达到通用化的需求，可以在全测试周期内处于可配置的状态。要想实现该功能就需要在系统中多设置一些输入接口、软件界面、配置通信协议等，从而可以达到通用化的目的，能够针对各种相控阵天线进行测试[2]。（2）在测试过程中需要满足多任务的测试，单任务测试在时代发展的过程中已经不能满足相控阵雷达天线的测试需求。对此，需要为近场天线测试系统设置多任务，利用多个波束和频率测试，以此来实现更为高效的测试。

三、相控阵雷达天线近场多任务测试系统设计方法

（一）架构设计方法

在相控阵雷达天线近场多任务测试系统中采用的设计方法主要有架构设计、多任务设计、系统接口设计、控制器设计等。在设计过程中，主要是依靠软件来预设参数，利用数据处理软件来进行各项参数的处理，这样可以得出具体的图像。一般来说，架构设计是多任务测试系统中最为基础而重要的设计，该设计过程主要使利用构件化设计，通过相应的软件将其组成元素，再通过接口来产生特定的服务，从而为系统的开发提供支持[3]。在此过程中，需要利用构建管理工具才能够实现动态的管理。这样一来，针对系统开法可以进一步复制构件，最后控制版本。一般情况下，会使用GetTypes静态方法来获取构件并对构件的类型进行判断，以此来完成架构的设计。

（二）多任务设计方法

多任务设计是相控阵雷达天线近场测试中最为主要的设计，需要设计者注意好各波束的状态，针对它们的状态来设计波控分系统，让天线在测试的过程中能够接收到波控指令，进而能够处理波控分系统，从而控制波束扫描过程[4]。一般情况下，多任务设计的目的主要是在测试过程中，让天线能够全面的扫描各种波束，进而再通过系统来控制天线波束和频率的变化，这样才能够实现同步切换，提高检测效率和准确性。在实际检测过程中会生成大量数据，这些数据在检测过程中会产生访问冲突，为了避免这种冲突，就需要在设计过程中利用多线程的设计方式来对数据进行处理。在创建好相应的线程之后，该系统就会运行起来，多线程就会在相应的时段中执行自己的指令，发挥自己的功效。

（三）控制器设计

控制器主要在进场多任务测试系统中起到控制的作用，在这一设计的过程中主要是通过设计信号转换电路、雷控信号仿真电路来实现对信号的控制和转换作用。在进场多任务测试系统运行之前，就需要通过控制器来协调天线所发射的各种信号。该控制器需要在运行时通过接受指令来完成控制工作，指令的接收主要是利用GPIB接口电路。在接受到指令之后就可以进行相应的测试，在系统中会记录下波位码和频率码的数据，并将这些数据传输至雷控信号仿真电路，这些数据就会完成解码和缓存[5]。在近场多任务测试开始之后，各测试点的控制器中的信号电路就会接收到信号并将其进行转化，转化后的定时与雷控信号再传输给天线，从而能够完成波位之间的变换。控制器中的仿真电路能够协调雷控和定时信号，从而完成信号的协调工作。控制器主要也是通过协调各种信号来完成多任务测试的目的。

（四）系统接口设计

在天线进场多任务测试系统中的系统接口设计十分重要，它能够确保各项测试的顺利进行，能够帮助数据之间形成交互，也能够让客户端和数据层之间形成交互。该测试系统通常会借助数据源插件系统中来完成通讯协议的封装，进而能够实现动态链接库的建立，能够有效提高测试的实时性。要想在测试系统中形成插件容器，就需要利用数据服务层，这样能够在运行的过程中快速地将插件配置到相应的系统构架中，或者将其从系统构架中取出，以此来完成功能的配置[6]。在系统接口设计过程中，可以通过TCP网络通信来完成客户端与数据层之间的信息交互，用户在使用的过程中可以创设一个账号，在登陆账号后下载相应的界面文件，输入请求，客户端会将用户的请求发送到数据服务层，进而实现信息之间的交互，让测试结果更具实时性。

结束语：

综上所述，近场测量的方式是当前天线测量技术中最为主要的手段，能够为大型的天线提供精准测试。为了有效提高其工作效率，可以设置多任务测试系统来探测相控阵雷达天线近场测试的效率。在设计过程中我们可以从多角度出发，在确保测量效果的基础上不断提高其测试效率。

参考文献

[1] 袁婕.浅谈相控阵雷达天线近场多任务测试系统设计方法[J].中国新通信，2017，19（5）：61.

[2] 董扬.相控阵雷达天线近场多任务测试系统设计[D].江苏：南京理工大学，2014.

[3] 蔡瑾曜，陈晓阳.近场效应对船载双通道雷达相位标校影响及应对方法研究[J].国外电子测量技术，2017，36（7）：27-30.

[4] 黄艳.天线近场测试仪系统总控软件（2.0版本）及DBF监测控制软件的设计与实现[D].山东：烟台大学，2017.

[5] 严继军.相控阵雷达天线电性能测试平台设计与实现[D].辽宁：大连理工大学，2015.

[6] 邵余峰，候飞，陈升一.平面近场天线多任务测试系统工程设计[J].现代雷达，2013，35（1）：77-79.