| 摘要：自从产生了近场测试的方法 起，扫描架就是一个极其重要的 设备. 为了适应不同天线测试的 需要，人们研究出了各式各样的 扫描架，并对提高其性能进行着 不断探索. 本文是从扫描架制造 过程中，特别是有关误差修正方 面的实践，所作的一次梳理。 【关键词】平面扫描架 定位 精度 1 天线的近场测试 在实际的天线近场测试中，为了确保数 据的真实有效，必须做到以下几点： （1）扫描架的扫描平面度要满足小于等 于1/100λ; （2）能够获取足够的辐射能量，即最大 限度地减小能量的截断误差； （3）对探头进行误差校正以满足辐射能 量波瓣图精度的需要； （4）探头在X 、Y 方向上的扫描间距应 为1/2λ。 其中，第1、4 条就是对扫描架最主要的 技术指标！ 2 扫描架及其运动控制 2.1 扫描架简介 以平面扫描架为例，如图1 所示，分 以下几个部分： （1）基座———X 轴方向运动的承载； （2）塔架——Y 轴方向运动的依托； （3）齿轮、齿条———形成各向运动的 运动副； （4）一维滑台——Z 轴运动的执行机构； （5）一维转台——极化旋转的执行机构； （6）滑轮、配重——构成Y 轴运动平衡 系统； （7）电机——各向运动的动力源； （8）拖链——各种控制电缆的过渡； （9）撞块——机械保护； （10）限位——机械保护； 扫描架使得装在其上的探头，沿着X、 Y 轴方向做往返运动形成扫描平面，采样天线 近场辐射能量的幅相参数，再通过FFT 变换 形成被测天线的波瓣图，最终完成对天线的性 能测量。 保持扫描平面的平面度要求，从机械角 度上讲，关键在于解决好X、Y 导轨方向上的 直线度及两个方向上的垂直度，这是最主要也 是最重要的一点。主要从两个方面入手：一是 机械加工的精度保证；二是安装调试的最佳装 配及配合。 2.2 扫描架的控制 扫描架的运动，分为水平扫描和垂直扫 描，就是一个反复经历慢速启动，加速升速， 高速运行，减速和低速停止的过程，即所谓的 梯形运动形式，这样，既能保证运动速度，又 能保持运动的平稳性，有利于实现控制定位精 度。如果用数学模型来表述，可以理解为一系 列脉冲响应的过程。 由于系统采用计算机控制方式，比较有 效的控制是，使用 PID 的控制算法，可以很好 地实现控制要求。因为PID 的控制算法包括了 控制过程中的过去、现在和将来的主要信息， 其配置几乎达到最优。比例P 代表当前信息， 起到纠正偏差作用，使过程反应迅速，微分D 在信号变化时有超前控制作用，代表将来信息， 在过程开始时强迫进行，结束时减少超调，克 服振荡，提高系统稳定性，加强系统的过渡过 程，微分I 代表了过去积累的信息，能消除偏 差，改善系统静态特性。三者适当配合，可使 动态过程快速、平稳。 PID 控制算法有一套完整的设计和参数调 整方法，使用起来容易掌握，对于保证扫描架 的精度，能达到满意的结果。 PID 控制已形成一系列改进的算法，滤波 PID 控制可以克服微分带来的高频干扰；积分 分离控制可克服大偏差时出现饱和超调；可变 增益可补偿控制对象非线性因素。 3 定位误差的补偿 对于扫描采样来说，关键在于要能确保每 一点的定位精度，即X、Y 方向上的定位精度。 由于机械磨损、安装调试等方面的因素 扫描架在运动时必然产生系统误差，导致定位 精度不能满足测试要求，因此就必须对其进行 消除，需要采用软件修正的方法。 在工程上，通常把用激光干涉仪测出的 实际移动距离，同软件控制移动的理论距离进 行比较，建立误差表，经过软件修正，形成一 个新的软件控制移动的理论距离，再通过激光 干涉仪检测验证，直到满足误差要求为止。这 时所建立的误差补偿表，就可以被用于测试扫 描的控制软件中。然而因为环境的因素，又会 导致系统出现新的误差，因此必须经常进行这 种修正工作，才能确保系统的定位精度要求持 续有效。 对于开环控制系统来讲，使用激光干涉 仪作为随动系统，随时为系统进行修正提供精 确的位置信息，这即简化了系统，又能保证控 制精度。和使用闭环控制系统相比，省时、省 力，控制效果也毫不逊色，因此被广泛使用。 但是，需要特别指出的是，软件修正有 一定条件，就是系统的机械性能，必须保证能 被控制到实现误差要求。也就是说，一个步进 脉冲所产生的移动距离要小于定位误差的指标 要求。比如，一个脉冲的移动距离为±50 丝， 而误差精度要求却要达到±10 丝，这时软件修 正就无能为力了。再就是系统要确保没有随机 误差发生，否则，就需要通过闭环控制系统和 软件修正共同解决。 软件修正所取的采样点，对于修正结果 也非常关键。为了保证测量的定位精度，在 进行修正时，可以根据被测天线扫描步距0.5λ 间距，选取采样点来进行修正有利于减少累积 误差的产生，特别是使用激光随动系统，在进 行不同天线测试时，进行一次修正会十分方便， 收效更好。 4 误差修正的软件实现 首先根据有效长度确定采样点数和步距 长度，计算出每一步距移动的控制电机的脉冲 数，控制部件一个步距一个步距的移动，记录 下激光干涉仪测到的实际移动距离，计算出每 一点的误差值，换算成控制电机的偏差脉冲数， 对每一个点进行修正，实际值大于理论值的减 去偏差脉冲值；实际值小于理论值的加上偏差 脉冲值，做完第一次修正之后，进行第二次移 动测试，记录下第二次的偏差数据，再按同样 的方法进行第二次修正，如此这样再进行第三 次，第四次……，值到满足精度要求为止。 5 结论 通过上述介绍和概略分析，可以清楚看 出：扫描架在天线近场测试中的机械性能和定 位精度补偿，对于测试结果的好坏起到了关键 作用。 |
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