Автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс ближнего поля РМИК‑АНТ2444Б
Современные антенные измерения в диапазоне от 2,4 до 44 ГГц требуют не только высокой точности, но и полной автоматизации процесса – от позиционирования зонда до формирования готового отчёта. Автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс ближнего поля РМИК‑АНТ2444Б, представляет собой законченное решение для измерения характеристик остронаправленных антенных устройств и систем.
Что представляет собой комплекс
РМИК‑АНТ2444Б объединяет мехатронные устройства, сверхвысокочастотное измерительное оборудование и управляющий компьютер под управлением специализированного программного обеспечения «РМИК ПРО». Комплекс предназначен для обеспечения возможности измерений радиотехнических характеристик остронаправленных антенных устройств и систем в диапазоне частот от 2,4 до 44 ГГц.
В состав комплекса входят: автоматизированный планарный сканер РМПС‑2020‑44, управляющий с предустановленным ПО, автоматизированное опорно-поворотное устройство ОПУ‑100‑21, слайдер для перемещения ОПУ РМСЛ‑1000, комплект волноводных измерительных зондов, перекрывающих весь рабочий диапазон, а также комплекты кабельных сборок, коаксиальных переходов, передвижной и стационарный щиты с радиопоглощающим материалом ШТИЛЬ‑100.К20.
Рис. 1 — Внешний вид сканера с щитами, покрытыми РПМ, и без щитов
Комплекс работает совместно с векторным анализатором цепей (ВАЦ).
Технические возможности и точность позиционирования
Сердце комплекса – четырёхкоординатный планарный сканер РМПС‑2020‑44. Он обеспечивает перемещение антенны-зонда по горизонтальной оси X (диапазон 2000 мм), вертикальной оси Y (2000 мм), оси Z (300 мм) и вращение по оси поляризации φ (100°). Такие возможности позволяют сканировать апертуру антенн различных размеров с высокой детальностью.
Абсолютная погрешность позиционирования зонда относительно выбранного положения по осям X, Y, Z составляет всего ±0,5 мм, а среднеквадратическое отклонение траектории зонда от плоскости – не более 0,25 мм. Предельная масса антенны-зонда, устанавливаемой на сканер, – 2,5 кг. Управление сканером осуществляется через интерфейс USB.
Рис. 2 – Принцип планарного сканирования
Для точной установки углового положения испытываемой антенны предназначено опорно-поворотное устройство ОПУ‑100‑21, установленное на слайдере.
Рис. 3 – Внешний вид ОПУ
Оно обеспечивает вращение по азимуту (ось θ) в диапазоне от –180 до +180° и по углу места (ось ξ) от –30 до +100°. Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений углов поворота составляют всего ±0,1°. Устройство выдерживает антенны массой до 15 кг с максимальным изгибающим моментом 4,5 кг·м. В центре опорного фланца установлен вращающийся СВЧ-переход с соединителем типа 2,4 мм (розетка). Слайдер РМСЛ‑1000 дополняет систему возможностью линейного перемещения ОПУ на расстояние до 1000 мм.
Как работает комплекс: от ближней зоны к диаграмме направленности
Принцип действия основан на измерении амплитудно-фазового распределения (АФР) электромагнитного поля в ближней зоне испытываемой антенны. Антенна-зонд, установленная на каретку сканера, последовательно перемещается по плоскости, а векторный анализатор цепей регистрирует комплексный коэффициент передачи в каждой точке. В результате формируется матрица значений, описывающих напряжённость поля и его фазу.
Рис 4. — Функциональная схема АИВК
Далее с помощью дискретного преобразования Фурье и координатного преобразования (в соответствии с ГОСТ 8.309‑78) выполняется пересчёт измеренного поля из ближней зоны в дальнюю зону. Это позволяет восстановить объёмную диаграмму направленности антенны, её амплитудные и фазовые сечения, а также вычислить коэффициент усиления, поляризационные характеристики и эквивалентную изотропно-излучаемую мощность.
Рис.5 – К выбору размера зоны сканирования
Для получения корректных результатов важно правильно задать параметры сканирования: расстояние от зонда до апертуры антенны h должно составлять 3–5 длин волн, размеры зоны сканирования выбираются исходя из требуемого углового диапазона восстановления, а шаг сканирования не должен превышать λ/2 (рекомендуемый шаг – λ/3). Ширина главного лепестка оценивается по формуле, а угловое смещение апертуры напрямую связано со смещением по оси Z.
Программное обеспечение «РМИК ПРО»: управление, обработка, отчётность
Все операции с комплексом – от настройки параметров измерения до формирования итогового протокола – выполняются через специализированное ПО «РМИК ПРО», работающее под управлением Windows 11 на рабочей станции. Программа привязана к серийному номеру управляющего компьютера.
Рис.6 – Главное окно программы, вкладка „Измерения“
Интерфейс программы включает вкладки «Измерения» и «Настройки». В настройках задаются тип векторного анализатора цепей (с указанием IP-адреса или DCOM-подключения), параметры измерительного прибора (начальная и конечная частоты, количество частотных точек, мощность, полоса фильтра ПЧ), выбираются оси движения (X, Y, Z, PHI_Zond), шаг сканирования и диапазон перемещения.
Рис. 7 – Окно „Управление осями“
Перед началом измерений программа позволяет вручную переместить зонд по всем осям, задать нулевое положение, проверить линейность тракта. Во время измерений отображаются промежуточные графики и прогнозируется оставшееся время. Результаты сохраняются в файлы с расширение .mat с возможностью добавления комментариев (ФИО оператора, основание, примечания).
Рис.8 – Форма сохранения измерений
Для обработки результатов служит подпрограмма «Синтез БЗ → ДЗ» (ближняя зона → дальняя зона). Она позволяет задать параметры синтеза (количество точек БПФ-интерполяции, шаг и максимальный угол ДН), выполнить нормировку по эталонной антенне, учесть две ортогональные поляризации, рассчитать коэффициент усиления или ЭИИМ.
Рис. 9 – Окно „ОбработкаPLSc“, вкладка „Настройки“
После синтеза доступна визуализация АФР на плоскости сканирования (двумерные карты амплитуды и фазы, сечения), а также объёмной диаграммы направленности с возможностью вращения, масштабирования и построения сечений по азимуту и углу места.
Рис.10 – Окно „ОбработкаPLSc“, вкладка „Просмотр АФР“
Рис.11 – Окно „ОбработкаPLSc“, вкладка «Синтез ДН»
Для каждой частоты автоматически рассчитываются типовые характеристики: ширина главного лепестка по уровням –1, –3, –10 дБ, уровни первых боковых лепестков, максимальные уровни кроссполяризации в секторах главного лепестка, коэффициент эллиптичности и угол наклона эллипса поляризации.
Все результаты могут быть экспортированы в форматы Microsoft Excel (.xls), CSV, MAT, а также в виде растровых или векторных изображений. Формирователь отчётов позволяет создать готовый протокол измерений в формате .pdf или .doc, выбрав необходимые частоты, типы графиков (АФР, ДН, сечения) и таблицы с характеристиками.
Рис. 12– Окно настройки содержимого отчета
Метрологические возможности и условия эксплуатации
Комплекс позволяет измерять: диаграммы направленности (объёмные, двумерные сечения), поляризационные характеристики, коэффициент усиления (относительно эталона) и эквивалентную изотропно-излучаемую мощность. На основе измеренного АФР выполняется реконструкция поля на плоскости апертуры антенны.
Опорно-поворотное устройство обеспечивает диапазон измерений углов поворота от –180 до +180° по азимуту и от –45 до 100° по углу места с пределом допускаемой абсолютной погрешности ±0,1°.
Условия эксплуатации: напряжение питающей сети от 207 до 253 В, частота 49–51 Гц, потребляемая мощность не более 2000 В·А, температура окружающего воздуха от +15 до +25 °С, относительная влажность от 30 до 80 % при +20 °С. Комплекс должен эксплуатироваться в помещении без подключения управляющего компьютера к локальным или глобальным информационным сетям (Интернет).
Заключение
Автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс ближнего поля РМИК‑АНТ2444Б – это готовое, полностью укомплектованное решение для антенных измерений высокого класса. Широкий частотный диапазон, высокая точность позиционирования, поддержка ведущих векторных анализаторов цепей и мощное программное обеспечение «РМИК ПРО» делают его незаменимым инструментом, позволяющим работать не используя безэховую камеру, в обычной лаборатории.
Ссылка на материалы:
Комментарии отключены.