如何进行天线罩透射率测试

为了确保有效地进行天线罩维修，透射率测试是必不可少的。

通过詹姆斯·杜瓦尔 10月9日

在航空工业中，飞机的鼻锥不仅仅是一个空气动力学特征。它通常用作雷达罩(雷达罩)，保护飞机天气雷达系统的天线。当然，天线罩的一个重要特性是它对天气雷达工作的频率是透明的。透射率是衡量天线罩传输电磁能量的好坏的指标。

测试天线罩的目的

飞机天线罩受到多种常见原因的损坏，包括鸟撞、冰雹损坏、撞机库门或维修设备。由于天线罩位于飞机的尾部，因此有较高的损伤倾向。雷达罩一旦损坏，就容易进水，严重影响天气雷达的性能。

考虑一下天气雷达系统的目的:识别飞机飞行路径上的危险天气状况。它正在前方的空中寻找水。受损的天线罩会将水困在飞机的鼻锥内，在天线和外部环境之间形成一层水。对于雷达来说，这就像它的样子，水就在飞机前面。这也会产生一种叫做雷达阴影的效果。

由于雷达天线信号的大部分能量被受损的天线罩中的水反射回来，没有能量通过，有效地使天气雷达看不到任何可能隐藏在那片水阴影中的东西。因此，除了在飞机正前方显示假阳性风暴外，飞行员无法看到除此之外是否存在任何真实的风暴——这使得雷达毫无用处。

雷达罩在人眼看来是不透明的，因为人眼是在可见光光谱下工作的。水在这些频率下是清澈的。在天气雷达频率时，情况正好相反，雷达罩变得清晰，而水变得不透明。被困在天线罩内的水就像涂在窗户上的黑色油漆一样。

在对天线罩进行维修后，必须测试它是否适合天气天线的透明。这必须用天线模拟真实的信号条件来完成，因为物理修复的天线罩可能看起来完全完整，但里面仍然有水。为了确保天线罩得到正确的修复，必须进行透射率测试。

测试系统设置

为了进行透射率测试，建造了一个大到足以支撑飞机天线罩的两轴万向节。测试系统有三个运动度，允许测试软件沿两个轴(表示方位角和仰角)改变天线罩相对于天线的方向。三度运动允许测试软件重新定位测试天线。

采用运动控制硬件和软件控制负责三轴运动的步进电机，并连续跟踪万向节的位置。家庭开关被放置在所有运动路径上，允许系统通过运行万向节环到其左上角的极端位置，并通过降低测试天线到其最低位置来进行自我校准。

为了减少信号反射，在任何可能的地方都使用雷达吸收材料覆盖云台。此外，发射天线悬挂在从测试设施天花板上掉落的杆子上。这样做是因为测试设备的天花板足够高，可以在天线的远场区域运行，并节省宝贵的地板空间。这就需要在测试万向节下面放置额外的雷达吸收材料。

10。接收天线采用x波段天线，发射天线采用喇叭天线。一个矢量网络分析仪(VNA)作为系统的主要测量设备。

雷达天线罩的测量

测量的目标是在天气雷达系统正常工作的同一频率下评估雷达罩的透射率。为了达到这一目的，使用VNA来评估测试系统的S21参数(从顶棚到接收天线)，无论是否有天线罩。在没有天线罩的情况下采集基线测量值。这允许测量系统中所有贡献者的总损耗，包括布线和空闲空间损耗。然后将天线罩引入系统并进行更多的测量。通过这种做法，天线罩的外观是环境中唯一改变的变量。因此，可以通过将有天线罩的S21参数与没有天线罩的S21参数进行比较来确定归因于天线罩的损失。

软件提示操作员提供一些有关待测天线罩的信息。然后，测试系统自动返回到home位置并开始校准扫描。在噪声和反射较小的理想环境中，可以将万向节放置在(0,0)位置或方位轴和仰角轴上的0度(表示两个轴都处于水平姿态)进行测量。

校准扫描的操作方式与测量扫描类似，只是此时没有将天线罩加载到测试系统中。这就创建了天线接收功率的基线测量，万向节在每个姿态下都与进行测量扫描时完全相同。例如，在用于测试修复天线罩的系统中，规格要求沿方位轴在-80、-60、-40、-20、0、+20、+40、+60和+80度进行测试。沿着标高的规格要求-20度，-10度，0度，+10度和+20度。测试首先移动到一个方位角位置(即-80开始)，然后沿着高程位置(即-20，-10等)移动，在每个位置进行测量。对于-80方位角位置，将测量以下点:(-80，-20)，(-80，-10)，(- 80,0)，(- 80,10)和(- 80,20)。

由于有9个方位角位置和5个仰角位置，因此一次完整扫描总共测量了45个点。最容易想到的是如何将雷达用于其预定的目的。方位轴本质上就是地平线。飞机需要能够将雷达扫过它所追逐的整个地平线。然后，仰角轴在逻辑上跟随作为平面水平之上和之下的区域。自然地，由于飞行的性质，这个轴是两个轴中较小的。

飞机的天线罩可以安装在裙摆上，因此必须进行一些数学计算，以使上面规定的兴趣角作为天线系统通过天线罩的观察窗口照射的角度来缩放所安装的万向节的运动。查看窗口之外的区域与此测试无关。

在观察窗口的每个点上，运动扫描都短暂休息并进行测量。测量包括一些扫掠的平均值，以降低噪声，在这个测试中，中心在9.4 GHz左右。一旦测量完毕，就会储存起来以备以后使用。

在校准扫描结束时，万向节返回到其(0,0)位置，并提示操作员将天线罩安装到万向节中。在操作员确认天线罩已安装并准备继续测试后，软件开始第一次测量扫描。

测量扫描以与校准扫描相同的方式进行，只是附加了天线罩。通过调用相同的软件函数在每个点上收集测量值。在我们的例子中，这是VNA的S21响应，其连接方式是安装在天花板上的天线是发射天线，信号由天线罩下的天线接收到远场。

随着测试的进行，操作员得到一个持续的信息流，显示测试框架的当前方向，通过校准或测量扫描的进展，以及整体测试的阶段，如图5所示。

在第一次测量扫描结束时，测试系统使用连接到平移台的步进电机将接收天线的位置调整为四分之一波长。一旦天线处于下一个位置，第二次测量扫描与第一次一样，在所有45个点停止并测量S21参数。

第二次测量扫描完成后，万向节回到(0,0)位置，便于卸载。此时将生成一份报告，该报告可打印并包含在天线罩中，以实现可追溯性。

测量扫描结果

从第一次和第二次测量扫描收集的数据按位置平均，这意味着第一次测量扫描(-80，+10)处的dB损失与第二次测量扫描(-80，+10)处的dB损失平均，依此类推。然后将这些平均值与相应的校准扫描值进行比较，以计算将天线罩包括在系统中的dB损失。然后将得到的数字转换为通过天线罩传输的功率的百分比(其中100%为无损失无增益)。然后将这些值显示给操作员并保存到报告中。

雷达罩的评分分为a、B、C、D和e四个字母，评分由所有收集百分比的平均值以及任何单个位置的最低百分比决定。在图5所示的结果中，蓝色标记的区域高于85%的“A”级性能的最低阈值。评分标准见表1。

表1:评分标准

类	最低	平均	颜色
一个	85	90	蓝色的
B	82	87	绿色
C	78	84	黄色的
D	75	80	橙色
E	55	70	红色的

绿色标记的区域代表“B”级性能范围，足以使该特定的天线罩被评为B级。彩色编码显示允许维修技术人员轻松识别天线罩性能下降的区域，提高快速维修的能力。

对于图5所示的天线罩(试验件)，试验结果为:

平均透射率:89.8
最小透射率:83.5
修理天线罩等级:B级

目前的测试表明，测试系统在超过4小时的测试持续时间内表现出+/- 2%的稳定性。稳定性是通过在延长的时间内每30秒进行一次自由空间测量并比较极低值和最高值来评估的。附加的稳定性测试是通过运行完整的测试周期进行的，在任何一点上都没有安装天线罩。这模拟了一个“理想的”天线罩，损耗为0%。该测试的错误率通常为+/- 0.1%。

这些测试系统中的第一个已经运行了6个多月，测试了x波段频率系统的各种天线罩形状和尺寸。这使得客户，一个维修天线罩和其他飞机部件的设施，开始测试他们修理的天线罩，节省他们的时间和金钱。这提高了他们对初始测试显示需要额外维修的天线罩进行更快维修的能力。

RTCA DO-213A文档概述了该测试系统所遵循的要求。该文件可在www.rtca.org．虽然这个特殊的系统是为测试飞机天线罩而设计的，但其基本方法可以应用于汽车天线罩和其他需要进行透射率测试的天线罩或材料。

詹姆斯·杜瓦尔作者是G Systems公司的高级项目工程师。控制工程， CFE传媒，eguenther@cfemedia.com．

更多的答案www.globalelove.com关键词:自动化测试

更多的建议

关键概念