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天线近场测量系统的控制设计研究 　　【摘 要】目前国际上通用的关于天线测量的高性能的技术是天线近场测量、远场测量、紧缩场测量技术等，这些技术能够为天线的研究提供准确、快速的资料，受到天线设计爱好者的广泛青睐。这几年来，天线近场测量技术成为大型天线研究中非常重要的工具，尤其在当今，这更加突出了天线近场测量技术的作用。天线近场测量系统的特点是简捷、精确、快速，能够降低系统成本、简化控制设计、提高控制性能。本文通过对天线近场测量系统的控制设计的研究，找出在控制的方式以及误差的补偿上的意见，希望能够给工作人员一定的指导和建议。 　　【关键词】天线近场；测量系统；控制设计 　　前言 　　要实现天线的增益、频带宽度、效率、极化等实际性能的测量，精准的测量手段是不可或缺的。不同的应用场合天线有着极其严格的标准。在很多情况下，对于简单的天线的性能可以准确地得计算，然而对于复杂的天线却是很难做到的，要做太多的假设。加上加工以及制造中存在的误差，使得其远远低于预期设计的天线性能。只有实际测量结果才能给出具有价值的信息。 　　1 天线近场测量综述 　　1.1 近场测量技术 　　近场测量是指将电磁场理论、自动控制、传感器技术、机械制造、检测等学科融为一体的一种先进的测量技术。近场测量技术信息量大、工作全天候、测试距离短、效率高，被IEEE列为天线测量标准方法。近场测量技术主要方法有四种，具体情况见表1： 　　场源分布法 在紧邻天线的电抗区，用一小探头测出天线上的电流分布或口径场，然后根据标量或矢量绕射积分求出辐射场。 　　探头不够理想，计算公式也用了太多的近似，其结果不能令人满意。 　　缩距法 用聚束器制造一个均匀照射待测天线的平面波，从而使得在缩短距离上获得天线远场特性的直接测量。 　　必须要解决聚束器件边缘绕射和馈源直接辐射等误差因素。 　　近场扫描法 在天线3～10个波长的距离上，测出天线场的相位分布，应用较严格的模式展开理论求出辐射场 　　在计算中补偿了探头的影响，因而解决了场源分布法中存在的问题，成为天线方向图和增益测量最准确的技术。 　　1.2 近场测量的步骤及特点 　　近场测量的步骤主要分三步：第一步是对探头进行校准；第二步是在待测的某一区域的表面上，用相互正交的两种取向同时配以合适的间隔进行抽样测量；第三步是完成近场方向图的计算。 　　为了更好的对天线近场测量与天线常规测量特点的区分，先对各自的特点进行论述，见表2： 　　1.3 近场测量技术的发展趋势 　　半个世纪以来天线测量技术得到了迅猛的发展，其趋势主要有：第一，测试的场地由室外变为室内；第二，电参数的精度提高；第三，自动化程度高；第四，对使用者能力的要求不断提高。 　　2 控制功能和性能要求 　　以天线平面近场为例进行分析控制功能和性能。 　　2.1 工作方式 　　工作方式主要有：反向测量同步方式，多任务采样触发方式，诊断方式，校准方式。 　　2.2 光栅扫描方式 　　光栅扫描方式主要有以下几种，即连续垂直双向扫描、连续水平双向扫描、连续水平和垂直单向扫描、程控水平和垂直单向扫描、程控水平和垂直双线扫描、单点测试等方式。 　　2.3 辅助功能 　　零位定位是指采用高精度、高分辨率的激光定位器件或者光电器件，为近场测量系统提供准确的绝对零位。限位保护，先由软件对区域实施限位；然后由行程开关对最大行程进行限位；再次如果上述限位失效后采用机械缓冲装置实施机械限位保护。 　　2.4 指标和参数 　　对天线平面近场的各种参数做了诸多的规定，具体细节见表3： 　　3 经典控制方式 　　早期的研究者对天线近场测量系统进行研究时，主要兴趣集中表现为“近场测量如何补充或者代替远场测量。但是到了后来，研究者把天线近场测量发展到柱面的近场测量，开始注重对近场测量体系以及测量方法的完善。以前的近场测量系统，对控制的要求较低，多为单任务工作，所以采用成熟的控制方法，可以起到满足近场测量的要求。对于驱动元件的选择，主要有以下几种方式：直流有刷电机、交流伺服电机、无刷伺服电机等。对于传感器的选择，可以采用光栅尺、码盘、线性激光等高性能或者常规器件。 　　4 近场定位控制 　　近场测量系统的工作离不开软件的支持。在研究Delphi和PMAC之间的基础上，利用Delphi和PMAC多轴控制卡进行定位控制，实现探头的垂直、伸缩、水平、极化、俯仰等伺服驱动以及精确定位。 　　4.1 闭环与半闭环控制系统概念 　　基于反馈原理而建立的自动控制系统，我们称之为闭环控制系统。所谓的反馈原理是指系统的行为和期望的行为之间的偏差，通过消除偏差从而实现预期的性能。闭环控制系统由三部分组成，分别是控制器、受控对象、反馈通路。闭环控制系统最大优势是不管是外