【摘要】：隨著微波天線在衛(wèi)星、雷達等領域的飛速發(fā)展,對天線的性能指標要求越來越高,在某些場合傳統(tǒng)的天線遠場測量已經不能滿足測試要求。為了提高天線測量的準確性,南京信息工程大學于2016年7月展開天線平面近場測量系統(tǒng)的研究。其中,天線平面近場的測量原理、近遠場變換的核心算法、天線掃描架運動平臺以及控制系統(tǒng)都是天線平面近場測量系統(tǒng)的關鍵技術難題。因此,本文針對平面近場測量系統(tǒng)的核心算法、掃描架運動平臺以及控制系統(tǒng)展開了研究,主要研究內容如下:(1)首先深入研究了天線平面近場測量的基本原理,簡要介紹了平面波展開理論、掃描面參數(shù)的選取、等效磁流的電場積分方程以及偶極子測量原理。(2)通過matlab數(shù)值研究了基于電流探測的天線近遠場變換實現(xiàn)方法,使用Galerkin型矩量法將電流積分的格林方程轉化成矩陣方程,通過合理規(guī)范設計了掃描動差矩陣使它構造成Toeplitz分塊矩陣,運用快速傅立葉共軛梯度算法計算矩陣方程,極大地降低計算量和運算時間。通過HOBBIES仿真軟件建立偶極子陣列天線和喇叭天線模型,得到遠場方向圖,同時用偶極子探頭采集天線近場區(qū)的感應電流,基于電流探測的等效磁流近遠場變換算法獲得天線前向輻射遠場方向圖,與HOBBIES軟件直接得到的遠場方向圖對比,驗證了本文所研究的基于電流探測的等效磁流法近遠場變換理論在天線輻射主瓣兩側120度范圍內完全吻合,所研究的方法可行。(3)為了獲得準確的天線近場數(shù)據(jù),設計了一款高精度的近場掃描架結構系統(tǒng)。該掃描架系統(tǒng)以倒“T”型平面為主體結構,以結構鋼和玻璃鋼為主材料,以絲杠為傳動裝置,步進電機為驅動方式的掃描架設計方案。通過COMSOL Multiphysics有限分析軟件對掃描架設計結構進行仿真優(yōu)化,最終研制一款符合設計指標的掃描架運動平臺。(4)設計了天線平面近場掃描架的控制系統(tǒng)。選用STM32F407為處理器芯片,對外圍串口通信、數(shù)據(jù)采集存儲、三維電機運動控制和電源轉換等硬件電路進行詳細的設計。軟件部分采用模塊化思路分別設計主控單元和各個功能子模塊程序,最后在主程序循環(huán)中調用功能模塊,實現(xiàn)控制系統(tǒng)功能。(5)最后對控制系統(tǒng)硬軟件進行調試,結果表明控制系統(tǒng)各個模塊的功能符合設計要求,且運行可靠。
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與天線的最大口徑面尺寸和工作波長有關，根據(jù)輻射場的計算公式和工程實際可以推逡逑出：當0２￡）２／；１時為遠場區(qū)；當ＺＤ２／Ａｈ２０．６２７＾７１時為輻射近場區(qū)；當ｒ幺０．６２＃／NB為逡逑感應近場區(qū)，如圖２－１所示［１６］。逡逑Ｒｅａｃｔｉｖｅ逡逑Ｎｅｉｉｒ－ｆｉｃｌｄ邐ｓ逡逑、＇、、逡逑／邋＇邋、逡逑Ｔ邋／邋ｇ＼邋＇邋——－￣，＼邐邐逡逑；ｍ邋＼＼邋＾邋＼邋丨一逡逑N一，，邋Ｆｒｅｓｎｅｌ邋Ｉ邐Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ逡逑－－一邐１邋：邋減逡逑Ｈｅｌｄ邋—＾邋！邋ｊ邋！邐｜邐）逡逑Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋１＾１邐Ｉ邐、逡逑ｉ邋ｉ邐！邐＾逡逑圖２－１天線輻射場區(qū)分布示意圖逡逑實踐是檢驗真理的唯一標準�，F(xiàn)代天線設計分析永遠不可能代替天線測量技術，在逡逑６逡逑

平面掃描又依據(jù)采樣點采集方法分為直角坐標法、極坐標法和雙極坐標法。近場測量不逡逑同掃描方式對應不同的變換算法，它們具有各自的優(yōu)缺點和對應的測量范圍。近場測量逡逑方法分類如圖２－２所示。逡逑天線近場測量逡逑平面掃描邐柱面掃描１邐球面掃描逡逑Ｔ逡逑雙極坐標法極坐標法直角坐標法逡逑Ｔ邐ｉ邐Ｔ邋%煎澹懾義轄凍”浠唬凍》較蟯煎義賢跡玻步〔飭糠椒ǚ擲嗤煎義希峰義

本文編號：2611745