关于通讯、雷达、导航、播送等无线电发射和接纳体系而言，天线是不可或缺的重要设备，而天线测验的使命便是用试验的办法取得表征天线功用的实践参数方针。本文选用了旋转测验天线方向图的规矩，在此基础上引入了电子技能、微操控技能，硬件上选用单片机作为整个体系的操控中心;规划了信号收集与数字化处理电路用来记载天线起伏信号;经驱动电路操控天线转台并合作守时器以发生可变的、准确的滚动视点;经过串口准确无误的将丈量数据传送给上位机。最终，经过调整采样频率，剖析在不同精度的情况下天线方向图的改变。
1 天线参数测验理论与办法
1.1 天线参数测验原理
依据天线互易定理，即发信天线能够用作收信天线，收信天线也能够用作发信天线，而且用作发信天线时的参数与用作收信天线时的参数坚持不变。把固定的辐射天线作为发射天线，被测天线作为接纳天线，由固定的发射天线辐射电磁波，转台带动接纳天线进行接纳，测出不同视点的信号强弱，便可得到被测天线的方向图。
1.2 天线参数测验办法
前期人们经过手艺的办法进行天线的测验，需求依托人工读取天线起伏信号与视点并进行手艺的制作，测验渠道难以构建、测验进程极为繁琐、作业量大，而且丈量得到的数据精度较低、差错大。跟着微电子技能和核算机技能的快速开展，通讯设备也正朝着小型化方向开展。现在试验室在用的天线中，小型天线占据很大的份额，因而最大程度地运用试验室现有设备，构建小型化的天线方向图自动测验体系，该体系为小型天线的试验室测验供给了有用的手法，具有较高的实用价值。该体系试验室装备原理框图如图1所示。
2 天线参数自动测验硬件完结
依据图1所示天线参数自动测验体系原理框图，针对小型天线工程试验室测验的实践需求和试验室现有设备，对体系各模块进行适宜的选型，整个体系的作业流程如下：
1)匹配信号源发生接连微波射频信号，并经固定不动的辅佐发射天线向空间辐射电磁波。
2)操控电路操控负载被测天线的转台接连滚动，并接纳信号源经过发射天线发射的电磁波。
3)接纳信号送天线起伏收集电路，经改换扩大及A/D转化后送给数据处理电路。
4)得到测验范围内每一方位的起伏信号电平，依据这组数据，经处理单元处理，由输出设备发送给PC做进一步的数据处理。
2.1 单片机操控的自动测验电路
本规划选用美国德州仪器公司(TI)推出的MSP4301F149微处理器，其集成了16位RISC结构CPU，外设和灵敏的时钟体系，经过将许多外设集成至MSP430内部并与高功用的CPU通力合作，MSP430可为混合信号处理运用供给完善的解决方案。与其他单片机比较MSP430F149大大缩小了产品的体积与本钱，而且选用多种低功耗节能作业办法。体系硬件结构如图2所示。
在本体系中单片机的首要作用是：
1)单片机P1口操控转台按要求滚动(正转，回转，中止);
2)单片机P2口作为转台中止信号的输入;
3)单片机P3口用作和PC机进行通讯;
4)单片机P6口对天线信号进行收集。
2.2 信号守时收集及数字化处理电路
信号收集电路首要由检波器、电流/电压转化器、直流扩大器组成。考虑到测验信号的起伏较小，选用二极管进行小信号检波，从检波器输出的反映辅佐天线辐射功率密度直流信号，通常在微安数量级，很难直接纳集，有必要经电流/电压转化后再经过直流扩大器进行扩大，以满意A/D转化的需求。本测验体系选用了具有低失调电压、低失调电流和低温漂的运放0P—07构成两级直流扩大器，以满意A/D转化量程的需求。在天线测验进程中，同轴电缆线作为信号输入通道，其遭到揉捏或教育转化器之间的接口的松动都会影响到测验成果的准确性，因而体系中要尽量挑选功用好的电缆线。信号收集电路如图3所示。
MSP430F149内置有高速的12位模数转化模块ADC12，因而不用再外接AD转化芯片即可完结对模拟量的数字化处理。由于AD模块和微操控器都会集在一块芯片上，所以大大减轻了规划担负，下降了产品本钱，灵敏便利，使结构愈加紧凑，体系愈加安稳，进步仪器的牢靠性。
3 天线测验软件完结
结合硬件电路规划的各个模块，经过相应的软件规划对各外围模块进行有用的办理以下降其及CPU的功耗，并运用软件替代测验设备中的某些硬件功用，以进步其精度，完结整个测验功用。体系软件测验流程图如图4所示。
3.1 守时体系规划
测验天线参数之前，有必要首要丈量天线的实践转速，即运用公式：V=S/T，核算转台的实践转速，其间S为天线转台滚动的视点，T为滚动视点所用的时刻。由于本次试验选用的设备在天线转台上加载了限位开关，经过实践丈量，水平面内转台限位之间滚动的视点为355度。
测验进程经过装载不同的负载，运用MSP430单片机内置的守时器模块设置必定的时刻，以零点方位为滚动的起始点，并在滚动进程中由软件进行计数，以计数值和守时时刻得到滚动的时刻。详细测验如表1所示。
经测验可知，在额外的负载范围内，转速不因负载不同，或许相同负载而受力均匀有所影响，详细速度核算如下：
V=S/T=355°/(60±1)≈5.9°/s (1)
当守时时刻为1 s时，守时器设置如下：
TACTL=TASSEL0+TACLR; //ACLK辅佐时钟
CCR0=32768; //采样60个点，守时时刻为1 s
CCTL0=CCIE; //答应守时器中止
TACTL=MC0; //增计数
3.2 串行通讯规划
串行通讯是核算机与其他设备进行数据通讯是最常运用的办法，它具有完结简略，运用便利，数据传输安稳牢靠的长处，因而在数据收集，长途遥控，实时监测等方面有广泛的运用。在本体系中，收集的天线测验参数与上位机的通讯也是经过串口来完结的。MSP430F149单片机内置了USART模块，与传统的串行通讯比较，它能够用低时钟频率完结高速通讯。内部含有两个串行通讯模块：串口0(USART0)和串口1(USART1)，模块在发送和接纳每一个字节的一起都能够触发中止，从而是单片机退出低功耗办法，发送和接纳是由两个独立的中止寄存器来操控的。
该串口的比特率设置页十分便利，能够经过比特率寄存器UBR0和UBR1粗略地调整波特率，再经过波特率调整寄存器UMCTL0进一步地细调波特率。经过串口操控寄存器UCTL0设置串行通讯办法，经过串口发送操控寄存器UTCTLD设置发生波特率所需的时钟。串口通讯初始化程序如下：
ME1 |=URXE0+UTXE0： //使能USART0的发送和接纳
UCTL0 |=CHAR; //8位数据位
UTCTL0 |=SSEL1; //UCLK=SMCLK
UBR00=0x41; //32k/9600—3.41
UBR10=0x03;
UMCTL0=0x00;
4 试验测验及成果剖析
为了确保测验的准确性，需挑选适宜的测验环境和最小测验间隔。选用试验室设备小型喇叭天线，选取水平面作为测验方针。关于小型喇叭天线而言，能够挑选室内关闭场作为测验的场所，扫除相关反射体，尽量营建一个纯洁的电磁环境。依据天线的结构办法确认收、发天线之间的最小距离以及其具有相同的极化办法。调整转台，使得收、发天线处于同一水平方位并对准其最大辐射方向。另使转台限位背对辅佐天线口面，即自动测验时以限位方位为测验起点和结尾，使得方向图主瓣坐落方向图的中点方位，图形显现更为直观。
采样结束后，单片机把数据发送给PC机，将数据作归一化处理，转化成天线的功率方向图，用Matlab绘图后得到图5。体系测验进程中，需求对采样个数进行滤波处理，图5中的四幅图都是选用32位滤波均匀，不同的是采样点数分别为60、120、240、360个。从四幅图的比较能够看出，采样点数越多，方向图越不滑润，这是由于当采样点个数到达36 0时且作32位均匀时，单片机每秒钟需求收集1 920个数据，这时会形成相当大的搅扰。本体系中天线的口径为65 mm，理论半功率角为65°，归纳滑润性和半功率角理论剖析得知，图5(b)是最接近抱负的天线方向图。此外，方向图曲线高度的重复性也反映了天线转台的精度较高，体系的归纳性完全能到达预期的方针。
5 定论
依据天线参数测验的相关理论研究办法，本文构建了以MSP430F149单片机为中心的天线测验参数的数据收集与处理体系，该体系经过驱动负载待测天线的转台滚动，完结不同视点的参数信号的收集、转化和选取，将收集的数据发送给上位机进行保存或许进一步的处理，经过很多的试验数据剖分出最接近理论值的天线方向图，整个体系不只到达了预期的测验方针，一起统筹了体积、本钱与功耗，契合试验室测验的要求。
