專利名稱：一種基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天線測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前常規(guī)主流天線測試系統(tǒng)均采用頻域測試手段利用被測天線接收激勵信號，頻域測試不具備時域信號區(qū)分能力，在連續(xù)波測試中，不同時刻的發(fā)射信號經(jīng)不同傳播路徑延時后可能會在同一時刻進入接收機，如圖1所示，直達波有用信號7與多路徑干擾信號8 (測試環(huán)境中建筑物、支架等其他目標反射的直達波)疊加后同時進入接收機，接收機無法識別與區(qū)分信號7和8，這樣被測天線實際接收處理信號會包含干擾成分，造成測試結(jié)果誤差，這就是天線測試中的多徑干擾現(xiàn)象。為抑制多徑干擾信號，天線測試技術(shù)人員開發(fā)了時域門技術(shù)，其實現(xiàn)的基本理論是電磁波傳輸路徑不同則傳輸延遲也不同，原理如圖2所示，發(fā)射信號9產(chǎn)生的直達波10與多路徑干擾波11在時間軸上是分離的，依據(jù)發(fā)射信號9與直達波10的時間延遲設(shè)置時域門信號12打開時間，控制接收機僅接收直達波信號10，實現(xiàn)多徑干擾的有效 抑制。時域門技術(shù)可分別通過軟件與硬件實現(xiàn)，其中典型軟件時域門技術(shù)實現(xiàn)如圖3所示，其原理是系統(tǒng)首先進行掃頻連續(xù)波測試，獲取一定頻帶寬度下頻域信號的幅度和相位數(shù)據(jù)，通過逆傅立葉變換可以得到接收信號的時域數(shù)據(jù)，再通過軟件對該時域數(shù)據(jù)進行加窗函數(shù)處理，將時域上我們希望得到數(shù)據(jù)之外的其它數(shù)據(jù)進行截斷，只保留軟件門內(nèi)部的數(shù)據(jù)。對于軟件時域門技術(shù)，其時域分辨率僅同系統(tǒng)掃頻帶寬成反比，因此可以通過增加掃頻帶寬來提高時域分辨率。典型硬件時域門技術(shù)實現(xiàn)如圖4所示，首先信號源輸出連續(xù)波信號與脈沖發(fā)生器輸出脈沖信號進行脈沖調(diào)制，調(diào)制信號經(jīng)發(fā)射天線向外發(fā)射，該信號經(jīng)空間傳播延遲到達測試天線，測試通道接收開關(guān)在同一脈沖發(fā)生器輸出的另一路同步脈沖控制下，只在直達波信號到達時段接收信號，其他時間關(guān)斷接收機，通過控制接收機通斷時間實現(xiàn)只讓有用信號通過而抑制干擾信號，進而濾除多徑干擾信號。對于軟件時域門技術(shù)，由于采用的是數(shù)學運算的方法實現(xiàn)時域數(shù)據(jù)的人為截取，這種軟件上處理的截斷效應必然會引起誤差，表現(xiàn)在頻域就是吉布斯(Gibbs)效應，該效應引起通帶和阻帶內(nèi)的波動，對應于窗函數(shù)就是在通帶內(nèi)具有一定紋波，同時阻帶內(nèi)的衰減特性也是有限的，因此軟件時域門在數(shù)據(jù)處理中會引入測試誤差，影響測試精度。另外軟件時域門的實現(xiàn)基礎(chǔ)是掃頻測試，掃頻測試必須保證發(fā)射信號源與接收機的掃頻同步與控制，為達到掃頻測試目的，現(xiàn)有的天線測試系統(tǒng)普遍采用圖3所示技術(shù)方案，通過網(wǎng)線(或GPIB電纜)13傳輸控制命令完成測試設(shè)備的系統(tǒng)軟件控制，利用射頻電纜14傳輸?shù)腎OMHz頻率基準信號完成收發(fā)設(shè)備的頻率基準同步，以保證測試時收發(fā)設(shè)備的頻率對準，利用電纜15傳輸?shù)挠|發(fā)脈沖信號實現(xiàn)收發(fā)設(shè)備的硬件互觸發(fā)，保證收發(fā)設(shè)備頻率步進的同步與一致，硬件觸發(fā)技術(shù)實現(xiàn)掃頻同步具有速度寬、準確度高等優(yōu)點，也可通過網(wǎng)線(或GPIB電纜)實現(xiàn)收發(fā)設(shè)備的掃頻同步，缺點是速度慢。對于硬件時域門技術(shù)，其實現(xiàn)基礎(chǔ)是脈沖調(diào)制信號的收發(fā)測試，為此硬件設(shè)備需增加多路脈沖信號發(fā)生器、脈沖調(diào)制開關(guān)等設(shè)備，現(xiàn)有的硬件門功能天線測試系統(tǒng)普遍采用圖4所示技術(shù)方案，通過網(wǎng)線(或GPIB電纜)13傳輸控制命令完成測試設(shè)備的系統(tǒng)軟件控制，利用射頻電纜14傳輸?shù)腎OMHz頻率基準信號完成收發(fā)設(shè)備的頻率基準同步，以保證測試時收發(fā)設(shè)備的頻率對準，利用電纜16A傳輸?shù)拿}沖信號實現(xiàn)發(fā)射信號的脈沖調(diào)制，利用電纜16B傳輸?shù)耐矫}沖實現(xiàn)接收通道門控開關(guān)的通斷控制，達到接收直達波抑制干擾波的目的。通過上面的分析可見，無論是軟件時域門還是硬件時域門，現(xiàn)有的實現(xiàn)方式均離不開有線電纜的輔助，對于標準測試外場來講，由于測試場地的專用性，場地環(huán)境不存在其他建筑物或道路等基礎(chǔ)建設(shè)，電纜有線連接方式在短收發(fā)距離情況下是適用的，但是當測試距離較遠時，即使場地條件滿足要求，由于電信號傳輸限制與施工實施成本限制，電纜有線方式也已經(jīng)不能實現(xiàn)。對于不滿足標準場要求的天線測試場，特別是布局在城市高樓上的測試場，電纜有線連接方式更是不可能實現(xiàn)。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法與系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種基于無線脈沖技術(shù)的天線測試系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)由脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元、脈沖調(diào)制信號接收單元、無 線脈沖收發(fā)單元、無線通信單元、主控計算機單元、頻率基準單元組成；所述脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元，由發(fā)射信號源、脈沖調(diào)制器、發(fā)射天線組成，用于激勵脈沖調(diào)制信號的產(chǎn)生；所述脈沖調(diào)制信號接收單元，由脈沖調(diào)制信號接收機、接收天線組成，用于脈沖調(diào)制信號的幅度相位信息接收與多路同步脈沖信號的發(fā)生；所述無線脈沖收發(fā)單元，由脈沖調(diào)制模塊、發(fā)射天線、接收天線、脈沖檢波與整形模塊組成，用于實現(xiàn)脈沖基帶信號由系統(tǒng)接收端到發(fā)射端的無線傳輸；所述無線通信單元，由無線發(fā)射模塊、發(fā)射天線、接收天線、無線接收模塊組成，用于實現(xiàn)系統(tǒng)控制命令的無線傳輸，完成脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元的自動控制；所述主控計算機單元，用于實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制與數(shù)據(jù)處理；所述頻率基準單元，用于為系統(tǒng)收發(fā)兩端設(shè)備提供同步頻率基準信號。所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試系統(tǒng)，其中，所述無線脈沖收發(fā)單元中脈沖調(diào)制模塊內(nèi)部信號發(fā)生器工作頻率應選擇在系統(tǒng)測試頻段外。所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試系統(tǒng)，其中，所述主控計算機可通過網(wǎng)絡接口連接無線路由器實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制；所述發(fā)射信號源通過USB無線網(wǎng)卡接收控制命令。所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試系統(tǒng)，其中，所述主控計算機還可通過網(wǎng)橋與網(wǎng)絡交換機組合的方式實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制。所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試系統(tǒng)，其中，脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元與脈沖調(diào)制信號接收單元工作頻率一致。
一種基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法，其中，包括以下步驟:步驟17:開機預熱；步驟18:脈沖參數(shù)確定，用于選擇與確定發(fā)射調(diào)制基帶脈沖寬度、中頻門控脈沖寬度、中頻門控脈沖延遲量、脈沖周期等參數(shù)；步驟19:系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，用于完成測試頻率、信號源功率、接收機中頻帶寬、脈沖參數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置；步驟20:主控軟件控制整套系統(tǒng)自動完成測試流程；步驟21:測試數(shù)據(jù)存儲、測試天線參數(shù)分析與顯示。所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法，其中，步驟18具體執(zhí)行以下步驟:步驟1801:依據(jù)收發(fā)天線距離R確定空間傳輸延遲t，t = R/C，其中C為電磁波空間傳輸速度，一般取3 X 108m/s ；步驟1802:依據(jù)系統(tǒng)動態(tài)范圍與測試場地干擾分布合理選擇發(fā)射調(diào)制基帶脈沖P3的 脈沖寬度參數(shù)τ，在系統(tǒng)動態(tài)范圍允許條件下，盡量選擇窄的脈沖寬帶，為避免信號混疊，脈寬τ要小于步驟1801確定的傳輸延遲t ；步驟1803:選擇步驟1802確定的脈寬τ作為中頻門控脈沖Ρ1、Ρ2的脈沖寬度參數(shù)；步驟1804:啟動圖5系統(tǒng)使其處于點頻脈沖工作狀態(tài)下，設(shè)置Ρ3脈寬為τ，周期為較大的數(shù)值(該值僅用于脈沖延遲參數(shù)確定，為暫用值，在系統(tǒng)動態(tài)范圍允許條件下盡量取大值)，設(shè)置中頻門控脈沖Pl脈寬為τ，周期與Ρ3相同，Pl相對Ρ3延遲量設(shè)置為2t+Atl，Atl為大于O的數(shù)值(以脈沖分辨率為步進量依次增大)，改變不同的Atl，記錄接收通道I顯示數(shù)值，出現(xiàn)最大值時對應Atl即為收發(fā)通道I硬件延遲量，進而確定收發(fā)通道I中頻門控延遲量2t+Atl (等效為圖8中2t+tp+ti)，同理可確定收發(fā)通道2中頻門控延遲量2t+ Δ t2 (等效為圖8中2t+tp+t2)；步驟1805:設(shè)置各路脈沖周期均為T，周期T取值應大于脈寬τ與最大脈沖傳輸延遲(2t+tp+t1;2t+tp+t2中的大者)的和，其中t為收發(fā)天線距離延遲，tp為無線脈沖收發(fā)單元電延遲，t2為收發(fā)通道2硬件電延遲，收發(fā)通道I硬件電延遲。所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法，其中，所述步驟1804具體實現(xiàn)方式與原理為:圖10所示為圖5中多路同步脈沖發(fā)生器214的實現(xiàn)框圖，利用FPGA內(nèi)部構(gòu)建計數(shù)器的靈活性及精密延時單元的高延時分辨率特點，結(jié)合脈沖整形電路，可產(chǎn)生周期、脈寬及延時精確可控的多路脈沖基帶信號。在圖10中，多路同步脈沖信號發(fā)生器包括FPGA電路214A及外部電路214B兩個部分，F(xiàn)PGA電路214A部分完成脈沖基帶信號周期、脈寬的計數(shù)及精密調(diào)節(jié)等主要功能，并產(chǎn)生脈沖基帶信號，外部電路214B主要實現(xiàn)脈沖沿特性的整形處理。時鐘模塊2141產(chǎn)生200MHz的時鐘信號，該信號為所有的計數(shù)器及精密調(diào)節(jié)電路提供公共的基準時鐘，同時整形輸出為脈沖PO，為接收機21的中頻處理模塊213提供同步時鐘。FPGA內(nèi)部脈沖參數(shù)與延遲量均由外部控制命令設(shè)置，外部控制命令依據(jù)圖8脈沖時序控制關(guān)系要求進行編寫。其中第一計數(shù)器2142為周期計數(shù)器，該計數(shù)器根據(jù)外部控制命令設(shè)定的脈沖周期時間產(chǎn)生周期信號START，該信號作為后面三路脈沖的啟動信號；根據(jù)脈沖參數(shù)設(shè)置對P3脈沖寬度的要求，第二計數(shù)器2143和第一精密調(diào)節(jié)電路2144相互配合，產(chǎn)生以START為周期、脈沖寬度滿足設(shè)定要求的脈沖調(diào)制基帶信號，并經(jīng)外部整形電路2145輸出為P3 ;第三計數(shù)器2146、第二精密調(diào)節(jié)電路2147、第四計數(shù)器2148及第三精密調(diào)節(jié)電路2149共同配合產(chǎn)生中頻門控脈沖P1，其中第三計數(shù)器2146和第二精密調(diào)節(jié)電路2147為中頻門控脈沖延時控制部分，第四計數(shù)器2148和第三精密調(diào)節(jié)電路2149為中頻門控脈沖脈沖寬度控制部分，最終產(chǎn)生以周期信號START為周期，與脈沖P3為同一起始時間基準，脈沖延時值和脈沖寬度滿足設(shè)定要求的中頻門控信號，并經(jīng)外部整形電路輸出為脈沖Pl ;同樣的方式產(chǎn)生以周期信號START為周期，與脈沖P3為同一起始時間基準，脈沖延時值和脈沖寬度滿足設(shè)定要求的中頻門控脈沖信號P2。所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法，其中，所述PO為中頻處理模塊AD采樣提供同步時鐘，P3經(jīng)無線脈沖收發(fā)單元傳輸后輸出為脈沖P4，作為發(fā)射信號源脈沖調(diào)制基帶信號，P1、P2以P3為基準延遲輸出后分別作為被測天線接收通道與參考天線接收通道中頻門控脈沖。采用上述方案，可有效提高天線測試精度與測試效率，具體優(yōu)點如下:(I)基于無線脈沖傳輸?shù)挠布r域門技術(shù)，可有效抑制測試環(huán)境多徑干擾，提高測試精度；(2)利用無線技術(shù)實現(xiàn)脈沖信號的傳輸，系統(tǒng)搭建不受環(huán)境布線施工限制，可在城市、工廠等非標準外場，或者遠距離外場實現(xiàn)硬件門測試功能。(3)利用無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制，節(jié)約人力資源，提高測試效率。(4)無線時鐘基準模塊引入，實現(xiàn)相距較遠的發(fā)射與接收設(shè)備的頻率參考同步，保證收發(fā)兩端設(shè)備的精確頻率對準，滿足接收機窄帶測試對收發(fā)端頻率一致性要求，提高系統(tǒng)動態(tài)范圍。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中天線測試多徑干擾示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中時域門實現(xiàn)原理圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中軟件時域門天線測試示意圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)中硬件時域門天線測試示意圖；圖5為本發(fā)明天線測試系統(tǒng)示意圖；圖6為本發(fā)明天線測試系統(tǒng)中無線脈沖收發(fā)單元示意圖；圖7為本發(fā)明天線測試系統(tǒng)中無線通信單元示意圖；圖8為本發(fā)明測試方法中脈沖時序控制關(guān)系示意圖；圖9為本發(fā)明測試方法中測試流程示意圖；圖10為本發(fā)明測試方法中多路同步脈沖產(chǎn)生原理示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。實施例1如圖5-圖7所示，本發(fā)明提出的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試系統(tǒng)如圖5所示，系統(tǒng)由脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元1、脈沖調(diào)制信號接收單元2、無線脈沖收發(fā)單元3、無線通信單元4、主控計算機單元(系統(tǒng)軟件)5、頻率基準單元6組成。脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元I由發(fā)射信號源11、脈沖調(diào)制器12、發(fā)射天線13組成，用于激勵脈沖調(diào)制信號的產(chǎn)生。脈沖調(diào)制信號接收單元2由脈沖調(diào)制信號接收機21 (配置內(nèi)部脈沖發(fā)生器的具有脈沖信號幅度相位測量能力的設(shè)備，典型代表為中國電子科技集團公司研制的AV3654系列脈沖矢量網(wǎng)絡分析儀、AV3655系列天線與RCS測試儀)、接收天線22 (參考天線、被測試天線)組成，用于脈沖調(diào)制信號的幅度相位信息接收與多路同步脈沖信號的發(fā)生。無線脈沖收發(fā)單元3，具體如圖6所示，由脈沖調(diào)制模塊34、發(fā)射天線33、接收天線32、脈沖檢波與整形模塊31組成，實現(xiàn)脈沖基帶信號由系統(tǒng)接收端到發(fā)射端的無線傳輸。為避免該單元模塊無線信號對天線測試系統(tǒng)收發(fā)信號的干擾，脈沖調(diào)制模塊34內(nèi)部信號發(fā)生器36的工作頻率應選在系統(tǒng)測試頻段外。無線通信單元4，具體如圖7所示，由無線發(fā)射模塊44、發(fā)射天線43、接收天線42、無線接收模塊41相互連接及相互通訊，用于實現(xiàn)系統(tǒng)控制命令的無線傳輸，完成脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元的遠程自動控制。該部分設(shè)備可選用貨架式產(chǎn)品，如無線路由器、無線網(wǎng)卡、網(wǎng)橋、交換機等低成本設(shè)備實現(xiàn)。主控計算機單元(含系統(tǒng)軟件)5實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制。頻率基準單元6用于為收發(fā)兩端設(shè)備提供IOMHz同步頻率基準信號，可選用商用GPS時鐘基準模塊與GPS天線實現(xiàn)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)中如圖4所示的方案主要區(qū)別在于脈沖信號傳輸方式與接收通道硬件門位置不同，測 試方法如下:在主控計算機5控制下，接收機21內(nèi)部多路同步脈沖發(fā)生器214產(chǎn)生4路脈沖信號P0-P3，其中PO為中頻處理模塊AD采樣提供同步時鐘，P1-P3以同一時鐘沿作為起始基準，可分別獨立進行傳輸延遲與脈沖參數(shù)設(shè)置。P3脈沖經(jīng)無線脈沖收發(fā)單元傳輸后輸出為脈沖P4，作為發(fā)射信號源脈沖調(diào)制基帶信號，P1、P2以P3為基準延遲輸出后分別作為被測天線接收通道與參考天線接收通道中頻門控脈沖。由于收發(fā)天線傳輸距離與硬件設(shè)備電延遲時間固定，因此可通過設(shè)置脈沖PU P2固定延遲時間來保證只在直達波信號到達時刻接收信號，實現(xiàn)脈沖時域門功能，有效抑制多徑干擾，提高測試精度。實施例2在上述實施例的基礎(chǔ)上，如圖8-9所示，本發(fā)明提供一種基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法，主要測試方法流程如圖9所示，開機預熱步驟17可以確保信號源與接收機的穩(wěn)定性，同時為頻率基準模塊6鎖定預留足夠時間。脈沖參數(shù)確定步驟18完成發(fā)射調(diào)制基帶脈沖寬度、中頻門控脈沖寬度、脈沖周期、如圖8所示的各路脈沖延遲等參數(shù)。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置步驟19完成測試頻率、信號源功率、接收機中頻帶寬、脈沖參數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。啟動測試后，主控軟件控制系統(tǒng)信號的收發(fā)處理等整個自動測試流程20。測試完成后，進行數(shù)據(jù)存儲、天線參數(shù)分析顯示等數(shù)據(jù)處理流程21。多路脈沖時序控制方法是本發(fā)明實現(xiàn)的關(guān)鍵，是完成測試必備的條件，各主要脈沖參數(shù)與時序控制關(guān)系如圖8所示，首先依據(jù)收發(fā)天線(測試用天線、脈沖傳輸用天線距離相同)距離確定傳輸延遲t，設(shè)置脈沖調(diào)制信號P3的脈寬τ要小于t，否則將引起直達波和發(fā)射波之間的混疊；其次通過對接收中頻門延遲的調(diào)節(jié)，結(jié)合對中頻接收信號的判別，確定由無線脈沖收發(fā)單元、收發(fā)通道內(nèi)部電纜與硬件等延遲導致的傳輸時延，最終確定門控脈沖與發(fā)射基準脈沖的延遲量；最后設(shè)置各路脈沖周期T 一致，周期T取值應大于脈寬τ與最大脈沖傳輸延遲(2t+tp+t1;2t+tp+t2中的大者)的和，其中t為收發(fā)天線距離延遲、tp為無線脈沖收發(fā)單元電延遲、t2為收發(fā)通道2硬件電延遲、tl為收發(fā)通道I硬件電延遲。為實現(xiàn)整個系統(tǒng)在無線狀態(tài)下的自動測試，本發(fā)明給出基于無線通信單元的控制方法，主控計算機通過網(wǎng)絡接口連接無線路由器，作為控制命令發(fā)射機，被控發(fā)射信號源通過USB無線網(wǎng)卡接收控制命令，當無線路由器無法滿足傳輸距離要求時，或者信號源不具備USB無線網(wǎng)卡接入能力時，可通過網(wǎng)橋與網(wǎng)絡交換機組合的方式實現(xiàn)控制命令的無線傳輸。中頻硬件時域門測試要求接收機工作于窄中頻帶寬模式下，要求收發(fā)兩端設(shè)備工作頻率必須精確一致，本發(fā)明給出利用GPS時鐘基準模塊提供高精度IOMHz參考時鐘的無線解決方法，發(fā)射源與接收機分別連接GPS時鐘基準模塊輸出，在衛(wèi)星鎖定狀態(tài)下可實現(xiàn)高精度頻率同步。實施例3在上述實施例的基礎(chǔ)上，如圖5-圖7所示，本發(fā)明提供一種基于無線脈沖技術(shù)的天線測試系統(tǒng)，由脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元1、脈沖調(diào)制信號接收單元2、無線脈沖收發(fā)單元
3、無線通信單元4、主控計算機單元(系統(tǒng)軟件)5、頻率基準單元6組成；所述脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元I由發(fā)射信號源11、脈沖調(diào)制器12、發(fā)射天線13組成，用于激勵脈沖調(diào)制信號的產(chǎn)生；所述脈沖調(diào)制信號接收單元2由脈沖調(diào)制信號接收機21 (配置內(nèi)部脈沖發(fā)生器的具有脈沖信號幅相測量能力的設(shè)備，典型代表為中國電子科技集團公司研制的AV3654系列脈沖矢量網(wǎng)絡分析儀、AV3655系列天線與RCS測試儀)、接收天線22 (參考天線、被測試天線)組成，用于脈沖調(diào)制信號的幅度相位信息接收與多路同步脈沖信號的發(fā)生；所述無線脈沖收發(fā)單元3，具體如圖6所示，由脈沖調(diào)制模塊34、發(fā)射天線33、接收天線32、脈沖檢波與整形模塊31組成，用于實現(xiàn)脈沖基帶信號由系統(tǒng)接收端到發(fā)射端的無線傳輸；所述無線通信單元4，具體如圖7所示，由無線發(fā)射模塊44、發(fā)射天線43、接收天線42、無線接收模塊41組成，用于實現(xiàn)系統(tǒng)控制命令的無線傳輸，完成脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元的遠程自動控制；所述主控計算機單元(含系統(tǒng)軟件)`5用于實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制；所述頻率基準單元6用于為系統(tǒng)收發(fā)兩端設(shè)備提供IOMHz同步頻率基準信號，可選用商用GPS時鐘基準模塊與GPS天線實現(xiàn)。所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試系統(tǒng)，其中，所述無線脈沖收發(fā)單元中脈沖調(diào)制模塊內(nèi)部信號發(fā)生器的工作頻率應選擇在系統(tǒng)測試頻段外。進一步，所述主控計算機5可通過網(wǎng)絡接口連接無線路由器實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制；所述發(fā)射信號源11通過USB無線網(wǎng)卡接收控制命令；進一步，所述主控計算機5還可通過網(wǎng)橋與網(wǎng)絡交換機組合的方式實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制。進一步，脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元及脈沖調(diào)制信號接收單元的工作頻率一致。實施例4在上述實施例的基礎(chǔ)上，如圖8-圖9所示，本發(fā)明提供一種基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法，一種基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法，其中，包括以下步驟:步驟17:開機預熱；步驟18:脈沖參數(shù)確定，用于選擇與確定發(fā)射調(diào)制基帶脈沖寬度、中頻門控脈沖寬度、脈沖周期、中頻門控脈沖延遲量等參數(shù)；步驟19:系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，用于完成測試頻率、信號源功率、接收機中頻帶寬、脈沖參數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)的軟件設(shè)置；步驟20:主控軟件控制整套系統(tǒng)自動完成測試；步驟21:測試數(shù)據(jù)存儲、測試天線參數(shù)分析與顯示。進一步，步驟18具體執(zhí)行以下步驟:步驟1801:依據(jù)收發(fā)天線距離R確定空間傳輸延遲t，t = R/C，其中C為電磁波空間傳輸速度，一般取3 X 108m/s ；步驟1802:依據(jù)系統(tǒng)動態(tài)范圍與測試場地干擾分布合理選擇發(fā)射調(diào)制基帶脈沖P3的脈沖寬度參數(shù)τ，在系統(tǒng)動態(tài)范圍允許條件下，盡量選擇窄的脈沖寬帶，為避免信號混疊，脈寬τ要小于步驟1801確定的傳輸延遲t ；步驟1803:選擇步驟1802確定的脈寬τ作為中頻門控脈沖Ρ1、Ρ2的脈沖寬度參數(shù)；步驟1804:圖5系統(tǒng)處于點頻脈沖工作狀態(tài)下，設(shè)置Ρ3脈寬為τ，周期為較大的數(shù)值(該值僅用于脈沖延遲參數(shù)確定，為暫用值，盡量取大值)，設(shè)置中頻門控脈沖Pi脈寬為τ，周期與Ρ3相同，Pl相對Ρ3延遲量設(shè)置為2t+Atl，Atl為大于O的數(shù)值(以脈沖分辨率為步進量依次增大)，改變不同的Λ tl，記錄接收通道I顯示數(shù)值，出現(xiàn)最大值時對應Δ tl即為收發(fā)通道I硬件延遲量，進而確定收發(fā)通道I中頻門控延遲量2t+ Λ tl (等效為圖8中2t+tp+ti)，同理，確定收發(fā)通道2中頻門控延遲量2t+At2(等效為圖8中2t+tp+t2)；步驟1805:設(shè)置各路脈沖周期一致，周期T取值應大于脈寬τ與最大脈沖傳輸延遲(2t+tp+t1;2t+tp +t2中的大者)的和，其中t為收發(fā)天線距離延遲，tp為無線脈沖收發(fā)單元電延遲，t2為收發(fā)通道2硬件電延遲，收發(fā)通道I硬件電延遲；進一步，所述步驟1804實現(xiàn)方式與原理為:圖10所示為圖5中多路同步脈沖發(fā)生器214的實現(xiàn)現(xiàn)框圖，利用FPGA內(nèi)部構(gòu)建計數(shù)器的靈活性及精密延時單元的高延時分辨率特點，結(jié)合脈沖整形電路，可產(chǎn)生周期、脈寬及延時精確可控的多路脈沖基帶信號。在圖10中，多路同步脈沖信號發(fā)生器包括FPGA電路214A及外部電路214B兩個部分，F(xiàn)PGA電路214A部分完成脈沖基帶信號周期、脈寬的計數(shù)及精密調(diào)節(jié)等主要功能，并產(chǎn)生脈沖基帶信號，外部電路214B主要實現(xiàn)脈沖沿特性的整形處理。時鐘模塊2141產(chǎn)生200MHz的時鐘信號，該信號為所有的計數(shù)器及精密調(diào)節(jié)電路提供公共的基準時鐘，同時整形輸出為脈沖PO，為接收機21的中頻處理模塊213提供同步時鐘。FPGA內(nèi)部脈沖參數(shù)與延遲量均由外部控制命令設(shè)置，外部控制命令依據(jù)圖8脈沖時序控制關(guān)系要求進行編寫。其中第一計數(shù)器2142為周期計數(shù)器，該計數(shù)器根據(jù)外部控制命令設(shè)定的脈沖周期時間產(chǎn)生周期信號START，該信號作為后面三路脈沖的啟動信號；根據(jù)脈沖參數(shù)設(shè)置對P3脈沖寬度的要求，第二計數(shù)器2143和第一精密調(diào)節(jié)電路2144相互配合，產(chǎn)生以START為周期、脈沖寬度滿足設(shè)定要求的脈沖調(diào)制基帶信號，并經(jīng)外部整形電路2145輸出；第三計數(shù)器2146、第二精密調(diào)節(jié)電路2147、第四計數(shù)器2148及第三精密調(diào)節(jié)電路2149共同配合產(chǎn)生中頻門控脈沖Pl，其中第三計數(shù)器2146和第二精密調(diào)節(jié)電路2147為中頻門控脈沖延時控制部分，第四計數(shù)器2148和第三精密調(diào)節(jié)電路2149為中頻門控脈沖脈沖寬度控制部分，最終產(chǎn)生以周期信號START為周期，與脈沖P3為同一起始時間基準，脈沖延時值和脈沖寬度滿足設(shè)定要求的中頻門控信號，并經(jīng)外部整形電路輸出為脈沖Pl ;同樣的方式產(chǎn)生以周期信號START為周期，與脈沖P3為同一起始時間基準，脈沖延時值和脈沖寬度滿足設(shè)定要求的中頻門控脈沖信號P2.
進一步，所述PO為中頻處理模塊AD采樣提供同步時鐘，P3為發(fā)射信號源脈沖調(diào)制基帶信號，P1、P2以P3為基準延遲輸出后分別作為被測天線接收通道與參考天線接收通道中頻門控脈沖。進一步，所述步驟20具體為主控計算機通過網(wǎng)絡接口連接無線路由器，作為控制命令發(fā)射機，被控發(fā)射信號源通過USB無線網(wǎng)卡接收控制命令，(當無線路由器無法滿足傳輸距離要求時，或者信號源不具備USB無線網(wǎng)卡接入能力時，可通過網(wǎng)橋與網(wǎng)絡交換機組合的方式實現(xiàn)控制命令的無線傳輸)，接收機通過網(wǎng)線接收控制命令，主控程序以主控計算機為平臺，通過有線與無線網(wǎng)絡自動完成測試頻率、信號源功率、接收機中頻帶寬、脈沖參數(shù)的設(shè)置，通過對系統(tǒng)各設(shè)備的自動控制完成測試數(shù)據(jù)的采集。由于中頻硬件時域門測試要求接收機工作于窄中頻 帶寬模式下，要求收發(fā)兩端設(shè)備工作頻率必須精確一致，本發(fā)明給出利用GPS時鐘基準模塊提供高精度IOMHz參考時鐘的無線解決方法，發(fā)射源與接收機分別連接GPS時鐘基準模塊輸出，在衛(wèi)星鎖定狀態(tài)下可實現(xiàn)高精度頻率同步。應當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于無線脈沖技術(shù)的天線測試系統(tǒng)，其特征在于，由脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元、脈沖調(diào)制信號接收單元、無線脈沖收發(fā)單元、無線通信單元、主控計算機單元、頻率基準單元相互連接與通訊；所述脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元，由發(fā)射信號源、脈沖調(diào)制器、發(fā)射天線組成，用于激勵脈沖調(diào)制信號的產(chǎn)生；所述脈沖調(diào)制信號接收單元，由脈沖調(diào)制信號接收機、接收天線組成，用于脈沖調(diào)制信號的幅度相位信息接收與多路同步脈沖信號的發(fā)生；所述無線脈沖收發(fā)單元，由脈沖調(diào)制模塊、發(fā)射天線、接收天線、脈沖檢波與整形模塊組成，用于實現(xiàn)脈沖基帶信號由系統(tǒng)接收端到發(fā)射端的無線傳輸；所述無線通信單元，由無線發(fā)射模塊、發(fā)射天線、接收天線、無線接收模塊組成，用于實現(xiàn)系統(tǒng)控制命令的無線傳輸，完成脈沖信號發(fā)射單元的自動控制；所述主控計算機單元，用于實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制與數(shù)據(jù)處理；所述頻率基準單元，用于為系統(tǒng)收發(fā)兩端設(shè)備提供同步頻率基準信號。
2.如權(quán)利要求1所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖調(diào)制模塊內(nèi)部的信號發(fā)生器的工作頻率應選擇在系統(tǒng)測試工作頻段外。
3.如權(quán)利要求1所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試系統(tǒng)，其特征在于，所述主控計算機通過網(wǎng)絡接口連接無線路由器實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制；所述發(fā)射信號源通過USB無線網(wǎng)卡接收控制命令。
4.如權(quán)利要求1所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試系統(tǒng)，其特征在于，所述主控計算機通過網(wǎng)橋與網(wǎng)絡交換機組合的方式實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制。
5.如權(quán)利要求1所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試系統(tǒng)，其特征在于，脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元與脈沖調(diào)制信號接收單元工作頻率一致。
6.一種基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟17:開機預熱； 步驟18:脈沖參數(shù)確定，用于選擇與確定發(fā)射調(diào)制基帶脈沖寬度、中頻門控脈沖寬度、中頻門控脈沖延遲量及脈沖周期； 步驟19:系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，用于完成測試頻率、信號源功率、接收機中頻帶寬、脈沖參數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置； 步驟20:完成測試流程； 步驟21:測試數(shù)據(jù)存儲、測試天線參數(shù)分析與顯示。
7.如權(quán)利要求6所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法，其特征在于，步驟18具體執(zhí)行以下步驟: 步驟1801:依據(jù)收發(fā)天線距離R確定空間傳輸延遲t，t = R/C，其中C為電磁波空間傳輸速度，一般取3 X 108m/s ； 步驟1802:依據(jù)系統(tǒng)動態(tài)范圍與測試場地干擾分布合理選擇發(fā)射調(diào)制基帶脈沖P3的脈沖寬度參數(shù)τ，在系統(tǒng)動態(tài)范圍允許條件下，盡量選擇窄的脈沖寬帶，為避免信號混疊，脈寬τ要小于步驟1801確定的傳輸延遲t ； 步驟1803:選擇步驟1802確定的脈寬τ作為中頻門控脈沖Ρ1、Ρ2的脈沖寬度參數(shù)； 步驟1804:啟動系統(tǒng)使其處于點頻脈沖工作狀態(tài)下，設(shè)置Ρ3脈寬為τ，周期為預設(shè)值中最大數(shù)值，設(shè)置中頻門控脈沖Pl脈寬為τ，周期與Ρ3相同，Pl相對Ρ3延遲量設(shè)置為2t+Atl, Atl為大于O的數(shù)值，改變不同的Λ tl，記錄接收通道I顯示數(shù)值，出現(xiàn)最大值時對應Λ tl即為收發(fā)通道I硬件延遲量，進而確定收發(fā)通道I中頻門控延遲量2t+ Δ tl,同理可確定收發(fā)通道2中頻門控延遲量2t+Λ t2 ； 步驟1805:設(shè)置各路脈沖周期均為T，周期T取值應大于脈寬τ與最大脈沖傳輸延遲(2t+tp+t1；2t+tp+t2中的大者)的和，其中t為收發(fā)天線距離延遲，tp為無線脈沖收發(fā)單元電延遲，t2為收發(fā)通道2硬件電延遲，收發(fā)通道I硬件電延遲。
8.如權(quán)利要求7所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法，其特征在于，所述步驟1804實現(xiàn)方式為: 利用FPGA內(nèi)部構(gòu)建計數(shù)器及延時單元，結(jié)合脈沖整形電路，產(chǎn)生周期、脈寬及延時可控的多路脈沖基帶信號；多路同步脈沖信號發(fā)生器包括FPGA電路及外部電路兩個部分，F(xiàn)PGA電路部分完成脈沖基帶信號周期、脈寬的計數(shù)及調(diào)節(jié)過程，并產(chǎn)生脈沖基帶信號，外部電路實現(xiàn)脈沖沿特性的整形處理；時鐘模塊產(chǎn)生200MHz的時鐘信號，用于為計數(shù)器及調(diào)節(jié)電路提供公共的基準時鐘，同時整形輸出為脈沖PO，為接收機的中頻處理模塊提供同步時鐘；FPGA內(nèi)部脈沖參數(shù)與延遲量均由外部控制命令設(shè)置，外部控制命令依據(jù)脈沖時序控制關(guān)系設(shè)置；其中，第一計數(shù)器為周期計數(shù)器，該計數(shù)器根據(jù)外部控制命令設(shè)定的脈沖周期時間產(chǎn)生周期信號START，該信號作為后面三路脈沖的啟動信號；根據(jù)脈沖參數(shù)設(shè)置對P3脈沖寬度的要求，第二計數(shù)器和第一調(diào)節(jié)電路相互配合，產(chǎn)生以START為周期、脈沖寬度滿足設(shè)定要求的脈沖調(diào)制基帶信號，并經(jīng)外部整形電路輸出為P3 ;第三計數(shù)器、第二調(diào)節(jié)電路、第四計數(shù)器及第三調(diào)節(jié)電路共同配合產(chǎn)生中頻門控脈沖P1，其中第三計數(shù)器和第二調(diào)節(jié)電路為中頻門控脈沖延時控制部分，第四計數(shù)器和第三調(diào)節(jié)電路為中頻門控脈沖脈沖寬度控制部分，最終產(chǎn)生以周期信號START為周期，與脈沖P3為同一起始時間基準，脈沖延時值和脈沖寬度滿足設(shè)定要求的中頻門控信號，并經(jīng)外部整形電路輸出為脈沖Pl ;同樣的方式產(chǎn)生以周期信號START為周期，與脈沖P3為同一起始時間基準，脈沖延時值和脈沖寬度滿足設(shè)定要求的中頻門控脈沖信號P2。
9.如權(quán)利要求8所述的基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法，其特征在于，所述PO為中頻處理模塊AD采樣提供 同步時鐘，P3經(jīng)無線脈沖收發(fā)單元傳輸后輸出為脈沖P4，作為發(fā)射信號源脈沖調(diào)制基帶信號；P1、P2以P3為基準延遲輸出后分別作為被測天線接收通道與參考天線接收通道的中頻門控脈沖。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于無線脈沖技術(shù)的天線測試方法與系統(tǒng)，其中系統(tǒng)由脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元、脈沖調(diào)制信號接收單元、無線脈沖收發(fā)單元、無線通信單元、主控計算機單元、頻率基準單元組成；所述脈沖調(diào)制信號發(fā)射單元，用于激勵脈沖調(diào)制信號的產(chǎn)生；所述脈沖調(diào)制信號接收單元，用于脈沖調(diào)制信號幅度相位信息的接收與同步脈沖信號的發(fā)生；所述無線脈沖收發(fā)單元，用于實現(xiàn)基帶脈沖信號的無線傳輸；所述無線通信單元，用于實現(xiàn)系統(tǒng)控制命令的無線傳輸；所述主控計算機單元，用于實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制與數(shù)據(jù)處理；所述頻率基準單元，用于為系統(tǒng)收發(fā)兩端設(shè)備提供同步頻率基準信號。
文檔編號H04B17/00GK103248384SQ20131018783
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月20日
發(fā)明者常慶功, 王亞海, 趙銳, 杜劉革 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所