一   时、频域测量方法

频域测量指由超外差接收机或检波接收机直接获取待测对象频率特征的测量方法。通常，频域测量系统发射和接收连续的或经过调制的正弦波信号。当前，主流的频域测量设备都以矢量网络分析仪为基础。频域测量能达到的动态范围很大，且信噪比高，但是对测量环境要求较高，简单的频域测量不能剔除多径效应和电抗场耦合带来的测量误差。
时域测量指先以直接或间接的方式获取时域响应数据，然后通过傅里叶变换得到待测对象频率特性的测量方法。
直接时域测量系统采用冲激脉冲信号源，用超高速实时采样接收机或等效采样接收机完成信号的接收。冲激脉冲信号持续时间极短，前后沿变化极快，具有很宽的频谱范围。其优点是可以在信号接收过程中设置极窄的距离门，将多径效应、电抗场耦合等因素带来的测量误差减小到最低限度，并且只需进行一次测量即可得到很宽频带的结果，效率很高，尤其适用于宽带和超宽带测量，但是系统动态范围一般较小，信噪比不高。
间接时域测量利用现代超外差幅相接收机的矢量信号存储功能，采用扫频测量方式实现等效距离门(有的资料上称为“频域时间门”)。测量过程是这样的：首先进行一次扫频测量，采用逆傅立叶变换(InverseFourier Transform，IFT)计算出时域响应，然后根据预先估计的待测对象时域响应出现时间进行确认并将其从时域响应中取出，最后进行傅立叶变换(FT)得到待测对象的频域特性。
间接时域测量不但能够较好地去除多径效应带来的测量误差，而且承袭了频域系统动态范围大、信噪比高的优点，用于高精度、大动态范围的天线或目标特性测量时具有很大优势。但是间接时域测量远不如直接时域测量直观，数据处理也较复杂，存在提高测量效率与实现窄距离门二者之间的矛盾。由于测量过程必须进行频率扫描的固有原因，使得进行宽角度范围或小角度步进测量时，需时很长，甚至超过了测量系统的稳定连续工作时间，测量效率不高，而要提高测量效率，进行窄频带或者宽频带大频率步进扫描，则会导致距离分辨力下降而使得测量误差加大或者不能有足够密的频域结果。
一般来说，直接时域测量系统造价比间接时域测量系统便宜许多，测量效率也较高，尤其适用于宽带和超宽带测量。

二  紧缩场测试系统的集成

反射面式紧缩场研制一般可分为电气设计、面板和背架加工制造、机械定位和安装调整、电气测试调整、验收测试等几个环节。其中电气设计在前述的紧缩场系统的设计原理与指导原则下进行；面板和背架加工制造可以利用计算机技术和数控技术，例如反射面板采用金属蜂窝结构，面板成形采用“点阵钉模、真空负压”超精密成形技术，平均精度可以稳定在25μm；机械定位和安装调整可以结合激光跟踪仪与电子经纬仪来建立紧缩场装调基准；在电气测试调整过程中，则通过对静区场进行测试、分析，寻找并排除影响紧缩场性能的干扰源；电气测试调整阶段结束后，紧缩场才能够进入最后验收阶段。本小节简要阐述用于机械定位和安装调整的装调基准建立方法以及紧缩场的电气电气性能检测。

2.1  紧缩场的装调基准

紧缩场面板的制造、装调精度影响着紧缩场的实际特性，面型精度的高低决定了紧缩场所能达到的最高工作频率。在设计紧缩场时，面板的加工精度和安装调整精度均有严格的要求。装调工艺的优劣是保证紧缩场质量的关键，而装调过程中装调基准建立是整个装调工艺的基础。

2.1.1暗室坐标系

暗室坐标系保证紧缩场与暗室以及低反射扫描架等之间的位置关系。暗室坐标系是以大地水平为基准的坐标系，Y轴铅垂向上，以保证最终测量坐标系Y轴与面板设计坐标系Y轴重合，Z轴在面板、底座、馈源及样件的对称中心线上。

（1）利用电子经纬仪布置以大地水平为基准的水平面标志点

为保证在暗室内均匀布点，将电子经纬仪摆放在暗室中央。由于暗窜设计建立时，在馈源位置有标志线，用激光对点器置中仪器，将电子经纬仪置于标志线中心点上。将经纬仪调整到水平位置，锁死经纬仪垂直调整，偏转水平角，在暗室内均匀布点。通过经纬仪的望远镜观察，利用激光跟踪仪自带的附件反射靶标及磁性目标座，寻找水平等高点。将反射靶标的中心点移动到望远镜的十字中心线上，固定好发射靶标下的磁性目标座，此时目标座的位置可以作为建立水平面的参考点。均匀选取十个点，依次记为点Pl，P2，⋯⋯，P10。

（2）利用电子经纬仪布置水平线标志点和竖直线标志点

偏转经纬仪的水平角，松开经纬仪垂直调整机构，使其发出的激光点正好打在馈源位置朝着面板方向的标志线上，锁死水平调整机构，将水平角清零。偏转垂直角，在标志线上依次均匀布点，依次记为点Z1，Z2，Z3，Z4。松开水平调整机构，将水平角转动至90°，再次锁死水平调整机构，旋转经纬仪垂直调整机构，在暗室内依次均匀布点，依次记为点X1，X2，X3，X4。

（3）利用标志点建立暗室坐标系

由于激光跟踪测量的原理是利用靶标反射激光进行测量，在利用激光跟踪仪进行各标志点的坐标测量过程中，需将电子经纬仪移除。兼顾整体面板测量精度和馈源位置，将激光跟踪仪放置于面板与馈源中间离馈源大约1m的位置。建立的暗室坐标系与激光跟踪仪位置如图1所示。

图1 暗室坐标系与跟踪仪位置示意图

图1 暗室坐标系与跟踪仪位置示意图

测量标志点Pl，P2，⋯⋯，P10的坐标，用这十个点拟合出一个平面P，将其法矢作为暗室坐标系的Y轴方向。由于地面不可能绝对平整，所以不能直接利用水平线和竖直线标志点直接进行直线拟合。将点Z1，Z2，Z3，Z4，X1，X2，X3，X4全部投影于平面P上，记为Z1p，Z2p，Z3p，Z4p，X1p，X2p，X3p，X4p。利用点Z1p，Z2p，Z3p，Z4p拟合出一条直线Z，同样，利用点X1p，X2p，X3p，X4p拟合出一条直线X。直线Z与直线X的交点作为暗室坐标系的原点，经过原点且与平面P法矢平行的直线作为暗室坐标系的Y轴，直线Z作为暗室坐标系的Z轴，按照右手坐标系的法则确立X轴。

2.1.2 装调坐标系

选取反射面板上的标志点进行坐标转换，从暗室坐标系获得装调坐标系，以指导整个紧缩场的装调。测量坐标系由暗室坐标系沿X，Y，Z方向平移可得。以悬挂基本到位的反射面板为基准，确定设计坐标系。面板的四个基准定位小孔依次为ABCD。通过坐标平移可以将暗室坐标系转换到设计坐标系，也就是紧缩场装调坐标系。装调坐标系与暗室坐标系位置，如图20所示。从而可以计算出从设计坐标系到暗室坐标系之间需要平移的量。于是，通过平移已经建立好的暗室坐标系，可以建立设计坐标系，即装调坐标系。

图2 反射面板上的参考点与坐标系平移

 

2.2 紧缩场的电气性能检测

在电气测试调整和验收阶段，都要对紧缩场静区场幅相分布进行测试。与一般天线测试和RCS测试不同，紧缩场静区场检测要求测试系统具有更高的机械定位精度和幅相测试精度，要求系统灵敏度更高，动态范围更大，稳定性和重复性更好。为了尽量避免外界因素对场测试产生干扰，紧缩场电气检测最好封闭式进行。

紧缩场性能鉴定方法有多种，国际上最通用的方法是探头扫描法，即用标准探头直接对紧缩场测试区准平面波场的幅度和相位进行测试评估，如图3所示。

图3探头扫描法

在理想平面波情况下，探头在静区平面波等相位面上探测到的场的幅度应该只呈理想锥削分布，相位恒定不变。实际工程上不可能做到这一点。根据具体应用不同，工程上对等相位面上的幅度和相位变化提出一定的考核指标。

在探头扫描法中需解决的关键技术问题包括：高精度、高稳定性、宽频带幅相测试系统设计和使用；高精度、高稳定性、多功能、低RCS平面扫描架设计和使用；局域网设计及相应测控软件包研制和开发等。

紧缩场电气性能检测系统主要由扫描架系统和微波幅相测试系统组成，扫描架系统可以控制检测探头的接收位置和姿态，微波幅相测试系统对探头接收信号进行幅度和相位测量。在大型紧缩场检测中，为避免外界因素对测试的影响，必须实现对收发端的自动控制。通过配备局域网，开发专门测试软件，可以实现该功能，从而进行正常测试。

由于紧缩场测试调整和验收周期很长，这就对测试系统的重复性和稳定性提出了高要求。测试系统稳定性和重复性主要由微波幅相测试系统、扫描架机械传动结构，以及地基的稳定性和重复性共同决定。

 

三  朗普达毫米波紧缩场测试系统LMD-CRTS-211-01