基于电流探测的天线近场测量扫描系统设计
发布时间：2020-04-02 09:05
【摘要】：随着微波天线在卫星、雷达等领域的飞速发展,对天线的性能指标要求越来越高,在某些场合传统的天线远场测量已经不能满足测试要求。为了提高天线测量的准确性,南京信息工程大学于2016年7月展开天线平面近场测量系统的研究。其中,天线平面近场的测量原理、近远场变换的核心算法、天线扫描架运动平台以及控制系统都是天线平面近场测量系统的关键技术难题。因此,本文针对平面近场测量系统的核心算法、扫描架运动平台以及控制系统展开了研究,主要研究内容如下:(1)首先深入研究了天线平面近场测量的基本原理,简要介绍了平面波展开理论、扫描面参数的选取、等效磁流的电场积分方程以及偶极子测量原理。(2)通过matlab数值研究了基于电流探测的天线近远场变换实现方法,使用Galerkin型矩量法将电流积分的格林方程转化成矩阵方程,通过合理规范设计了扫描动差矩阵使它构造成Toeplitz分块矩阵,运用快速傅立叶共轭梯度算法计算矩阵方程,极大地降低计算量和运算时间。通过HOBBIES仿真软件建立偶极子阵列天线和喇叭天线模型,得到远场方向图,同时用偶极子探头采集天线近场区的感应电流,基于电流探测的等效磁流近远场变换算法获得天线前向辐射远场方向图,与HOBBIES软件直接得到的远场方向图对比,验证了本文所研究的基于电流探测的等效磁流法近远场变换理论在天线辐射主瓣两侧120度范围内完全吻合,所研究的方法可行。(3)为了获得准确的天线近场数据,设计了一款高精度的近场扫描架结构系统。该扫描架系统以倒“T”型平面为主体结构,以结构钢和玻璃钢为主材料,以丝杠为传动装置,步进电机为驱动方式的扫描架设计方案。通过COMSOL Multiphysics有限分析软件对扫描架设计结构进行仿真优化,最终研制一款符合设计指标的扫描架运动平台。(4)设计了天线平面近场扫描架的控制系统。选用STM32F407为处理器芯片,对外围串口通信、数据采集存储、三维电机运动控制和电源转换等硬件电路进行详细的设计。软件部分采用模块化思路分别设计主控单元和各个功能子模块程序,最后在主程序循环中调用功能模块,实现控制系统功能。(5)最后对控制系统硬软件进行调试,结果表明控制系统各个模块的功能符合设计要求,且运行可靠。
【图文】：
与天线的最大口径面尺寸和工作波长有关，根据辐射场的计算公式和工程实际可以推逡逑出：当0２￡）２／；１时为远场区；当ＺＤ２／Ａｈ２０．６２７＾７１时为辐射近场区；当ｒ幺０．６２＃／NB为逡逑感应近场区，如图２－１所示［１６］。逡逑Ｒｅａｃｔｉｖｅ逡逑Ｎｅｉｉｒ－ｆｉｃｌｄ逦ｓ逡逑、＇、、逡逑／邋＇邋、逡逑Ｔ邋／邋ｇ＼邋＇邋——－￣，＼逦逦逡逑；ｍ邋＼＼邋＾邋＼邋丨一逡逑N一，，邋Ｆｒｅｓｎｅｌ邋Ｉ逦Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ逡逑－－一逦１邋：邋减逡逑Ｈｅｌｄ邋—＾邋！邋ｊ邋！逦｜逦）逡逑Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋１＾１逦Ｉ逦、逡逑ｉ邋ｉ逦！逦＾逡逑图２－１天线辐射场区分布示意图逡逑实践是检验真理的唯一标准。现代天线设计分析永远不可能代替天线测量技术，在逡逑６逡逑
平面扫描又依据采样点采集方法分为直角坐标法、极坐标法和双极坐标法。近场测量不逡逑同扫描方式对应不同的变换算法，它们具有各自的优缺点和对应的测量范围。近场测量逡逑方法分类如图２－２所示。逡逑天线近场测量逡逑平面扫描逦柱面扫描１逦球面扫描逡逑Ｔ逡逑双极坐标法极坐标法直角坐标法逡逑Ｔ逦ｉ逦Ｔ邋%煎澹慑义辖冻”浠唬冻》较蛲煎义贤迹玻步〔饬糠椒ǚ掷嗤煎义希峰义
本文编号：2611745
【图文】：
与天线的最大口径面尺寸和工作波长有关，根据辐射场的计算公式和工程实际可以推逡逑出：当0２￡）２／；１时为远场区；当ＺＤ２／Ａｈ２０．６２７＾７１时为辐射近场区；当ｒ幺０．６２＃／NB为逡逑感应近场区，如图２－１所示［１６］。逡逑Ｒｅａｃｔｉｖｅ逡逑Ｎｅｉｉｒ－ｆｉｃｌｄ逦ｓ逡逑、＇、、逡逑／邋＇邋、逡逑Ｔ邋／邋ｇ＼邋＇邋——－￣，＼逦逦逡逑；ｍ邋＼＼邋＾邋＼邋丨一逡逑N一，，邋Ｆｒｅｓｎｅｌ邋Ｉ逦Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ逡逑－－一逦１邋：邋减逡逑Ｈｅｌｄ邋—＾邋！邋ｊ邋！逦｜逦）逡逑Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋１＾１逦Ｉ逦、逡逑ｉ邋ｉ逦！逦＾逡逑图２－１天线辐射场区分布示意图逡逑实践是检验真理的唯一标准。现代天线设计分析永远不可能代替天线测量技术，在逡逑６逡逑
平面扫描又依据采样点采集方法分为直角坐标法、极坐标法和双极坐标法。近场测量不逡逑同扫描方式对应不同的变换算法，它们具有各自的优缺点和对应的测量范围。近场测量逡逑方法分类如图２－２所示。逡逑天线近场测量逡逑平面扫描逦柱面扫描１逦球面扫描逡逑Ｔ逡逑双极坐标法极坐标法直角坐标法逡逑Ｔ逦ｉ逦Ｔ邋%煎澹慑义辖冻”浠唬冻》较蛲煎义贤迹玻步〔饬糠椒ǚ掷嗤煎义希峰义
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