基于无人机平台的天线测量系统设计与实验研究

发布时间：2020-05-21 07:07

【摘要】：针对目前现场使用中的天线辐射特性测量困难、精度较低等问题,本文提出了基于无人机平台的天线远场测量方法,并对该测量系统进行了设计与实验研究。从天线远场方向图测量原理出发,提出了无人机携带测试信号源飞行移动、被测天线固定不动的天线远场测量方法,并设计了由无人机平台、位姿测量子系统、信号发射前端子系统(含信号发射天线)、信号接收子系统等组成的测量系统;分析了测量系统中的定位精度、数据匹配、信号前端轻量化及电磁兼容等关键技术与难点问题。分析了测量系统的性能需求;选型了大疆M600 PRO小型旋翼无人机平台和厘米级精度的GPS-RTK位姿测量子系统;通过链路估算,选型设计了信号发射前端的噪声信号源、滤波器、放大器等射频器件;测试表明,信号前端在650MHz-1200MHz频段内满足系统测量需求,信号前端屏蔽盒具有较好的电磁兼容特性。针对基于无人机平台远场测量时对发射天线高频、宽频带及轻量化要求,分别设计了单偶极子天线和反射腔式双极化双偶极子天线。电磁仿真与样机实测表明:单偶极子发射天线方向性均匀,750MHz时,增益为2.2dBi、3dB波束宽度为79.1°;“铜箔+PA6”轻量化设计的双偶极子天线在650MHz-1200MHz内电压驻波比小于2.5、增益大于7dBi、方向图对称。设计并制作了信号前端无人机搭载结构;信号发射子系统重量为1.29kg,与GPS-RTK天空端共重1.54kg,满足无人机负载在3kg以内的设计要求。开展了验证性实验方案设计、被测天线搭建与仿真、测量数据处理方法等研究及验证性实验工作。实验结果表明:系统能有效地进行天线方向图辐射特性测量;与仿真方向图相比,主瓣和旁瓣形态对应性一致,并分析了引起方向图幅值和角度偏离原因。本文设计的天线测量系统及其实验成果,为天线测量提供了一个新的思路与方法,并为下一步开展天线实测系统研发奠定坚实的理论和设计基础。
【图文】：

卫星通讯,天线,辐射特性

图１．３贵州ＦＡＳＴ射电天线逦图１．４美国甚大射电天线阵ＶＬＡ逡逑天线辐射特性测量结果精确与否，不仅涉及天线性能设计指标的验证，，更关到天线系统的工作性能。目前室内与室外天线专用测试场可对小型或中小型可动天线的辐射特性进行有效的辐射特性测量，但对已处于工作场景的天线或大型天线及阵列辐射特性测试就很困难。这些天线目前的通用测量方法是利用地天体射电源或人造卫星信标进行远场测量。但由于：１）天体射电亮源数量有限尤其需精确测量天线旁瓣性质时，天体亮源的数量与强度明显不足；２）虽然人卫星信标功率较大且较稳定，但可供测量的频段极其有限。因此，目前处于工作景天线或大中型天线辐射特性的测量精度，尤其是旁瓣测量精度难以保证，并且试效率较低。因此，需要对处于工作场景的天线及大中型天线的辐射特性测量方１逡逑

贵州,天线

１．１研究背景及意义逡逑天线是广播、电视、通信、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等领域应逡逑用的重要装备［１］，如图Ｌ１至图１．４所示的卫星通信、雷达天线、射电天线［２］。逡逑少琴悘Ｋ逡逑图１．１卫星通讯天线逦图１．２军用雷达天线逡逑ｎｍｍ，逡逑图１．３贵州ＦＡＳＴ射电天线逦图１．４美国甚大射电天线阵ＶＬＡ逡逑天线辐射特性测量结果精确与否，不仅涉及天线性能设计指标的验证，更关系逡逑到天线系统的工作性能。目前室内与室外天线专用测试场可对小型或中小型可转逡逑动天线的辐射特性进行有效的辐射特性测量，但对已处于工作场景的天线或大中逡逑型天线及阵列辐射特性测试就很困难。这些天线目前的通用测量方法是利用地外逡逑天体射电源或人造卫星信标进行远场测量。但由于：１）天体射电亮源数量有限，逡逑尤其需精确测量天线旁瓣性质时，天体亮源的数量与强度明显不足；２）虽然人造逡逑卫星信标功率较大且较稳定，但可供测量的频段极其有限。因此，目前处于工作场逡逑景天线或大中型天线辐射特性的测量精度，尤其是旁瓣测量精度难以保证，并且测逡逑试效率较低。因此
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;TN820

【参考文献】