雷达天线近场测量平面扫描控制系统设计与研制
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摘要
天线测量是雷达天线研制过程中一项重要的工作，而近场测量技术是近几十年来发展起来的一种先进的天线测量技术，已广泛应用于雷达天线的测试中。航天部二院某所为测试其研制的新型雷达，向北京某公司提出了雷达天线近场测量平面扫描控制系统的设计任务。本课题正是为这项设计任务而研制开发的一项实际工程项目。
本课题以INTEL公司的80C196KB单片机和Xilinx公司的FPGA为技术核心设计了系统的硬件电路，采用Visual Basic6.0 设计系统所需要的工作平台，并采用VHDL语言编程实现FPGA所需要实现的功能。为了实现系统各部分之间正常的数据通信，本课题采用了常用的串行通讯和并行通讯技术，并制定了一套完整的通讯协议。针对步进电机运行不平稳及丢步现象，本课题采用10细分方式和PWM方式对步进电机进行控制，最终使测量探头的最大行程误差≤0.025mm。在硬件电路设计和印刷电路板设计过程中，采取一系列措施对系统进行了可靠性设计。系统软硬件设计完成后，完成了对各电路板的功能调试，并在确保电路实现的基本功能后，进行了联调试验。联调试验的结果证明，本课题所设计的系统已满足了设计任务书的要求和实际需要。
Antenna measurement is an important work in the course of the development of radar antenna, near-field measurement technology is an advanced antenna measurement technology developed in near several decades, which is used in the testing of radar antenna widely. In order to test its new-type radar, research institute of Aerospace Ministry consign a Beijing company the subject matter which is the design of radar antenna near-field measurement and flat-plane scan control system. This subject is just a practice engineering project developed for this design task.
In this subject, we design hardware circuits of the system based on Intel’s 80c196kb single-chip computer and Xilinx’s FPGA, design work console using Visual Basic6.0, and realize the function of FPGA using VHDL language. In order to realize the normal data communication between each part of the system, we adopt serial communication and parallel communication technology, and design the communication protocol. Against the problem of unstable and lose step during the running of stepper motor, this subject adopts ten subdivision mode and PWM mode to control the motor, which realizes the most error of measure probe is under 0.025mm. During the design of hardware circuits and printed circuit board, we take a series of measures to design the reliability of the system. After completing software and hardware designs of the system, we debug the relative functions on each circuit board. After ensuring the functions of each circuit realized, we debug the system. The results of system debug prove that the system has satisfied the request of the task and actual requirements.
本课题以INTEL公司的80C196KB单片机和Xilinx公司的FPGA为技术核心设计了系统的硬件电路，采用Visual Basic6.0 设计系统所需要的工作平台，并采用VHDL语言编程实现FPGA所需要实现的功能。为了实现系统各部分之间正常的数据通信，本课题采用了常用的串行通讯和并行通讯技术，并制定了一套完整的通讯协议。针对步进电机运行不平稳及丢步现象，本课题采用10细分方式和PWM方式对步进电机进行控制，最终使测量探头的最大行程误差≤0.025mm。在硬件电路设计和印刷电路板设计过程中，采取一系列措施对系统进行了可靠性设计。系统软硬件设计完成后，完成了对各电路板的功能调试，并在确保电路实现的基本功能后，进行了联调试验。联调试验的结果证明，本课题所设计的系统已满足了设计任务书的要求和实际需要。
Antenna measurement is an important work in the course of the development of radar antenna, near-field measurement technology is an advanced antenna measurement technology developed in near several decades, which is used in the testing of radar antenna widely. In order to test its new-type radar, research institute of Aerospace Ministry consign a Beijing company the subject matter which is the design of radar antenna near-field measurement and flat-plane scan control system. This subject is just a practice engineering project developed for this design task.
In this subject, we design hardware circuits of the system based on Intel’s 80c196kb single-chip computer and Xilinx’s FPGA, design work console using Visual Basic6.0, and realize the function of FPGA using VHDL language. In order to realize the normal data communication between each part of the system, we adopt serial communication and parallel communication technology, and design the communication protocol. Against the problem of unstable and lose step during the running of stepper motor, this subject adopts ten subdivision mode and PWM mode to control the motor, which realizes the most error of measure probe is under 0.025mm. During the design of hardware circuits and printed circuit board, we take a series of measures to design the reliability of the system. After completing software and hardware designs of the system, we debug the relative functions on each circuit board. After ensuring the functions of each circuit realized, we debug the system. The results of system debug prove that the system has satisfied the request of the task and actual requirements.
引文
1. 李清杰，钟鹰，康应业，504所天线近场测量实验室（二），空间电子技术，2003，（3）：35～40
2．张福顺，焦永昌，天线近场测量的综述，电子学报，1997，25（9）：74～77，63
3．李清杰，钟鹰，天线平面近场测量系统发展概况，空间电子技术，2000，（1）：61～64
4．宋晓强，杨波，室外柱面近场扫描技术及其测量系统，雷达与对抗，1999，（1）：39～43
5. E．B．乔利，雷达天线的近场测量，雷达与对抗，1991，(2):64～69
6. E．B．Joy, A Brief History of the Development of the Near-Fie1d Measurement Technique at the Geogin Institute of Technology，IEEE Trans. on Antennas and Propagation, Vol.36, No.6, 1998:740～745
7. E．C．Baird，A．C．Newell，C.Stuben-rauch, A Brief History of Near-Field Measurements 0f Antennas at the National Bureau of Standards, IEEE Trans. On Antennas and Propagation, Vol.36, No．6, 1998:727～733
8．陈建铎，Intel 单片机应用技术，西安：陕西科技技术出版社，1991，452～462，480～490，504～523
9. 孙涵芳，Intel 16位单片机，北京：北京航空航天大学出版社，1995，7～26，38～85，105～144
10．丁北生，FPGA技术在数据通讯中的应用，实用测试技术，1998，（3）：1～3
11. 杨聂锐，陈子平，刘晓辉，FPGA在工控系统中的应用，1998，（6）：36～38
12．黄再银，FPGA的工作原理及其应用，世界电子，2003，（2）：47～49
13．徐志军，徐光辉，CPLD/FPGA的开发与应用，北京：电子工业出版社，2002
14．张景元，王江红，巩秀刚，一种实用键盘/显示电路的设计与实现，山东建材学院学报，2000，14（3）：264～265，272
15．蔺鹏，王炜奇，多数字数码管显示驱动电路设计，兰州工业高等专科学校学报，2002,9(1)：25～27
16．任继平，王泗宏，使用PC机与下位单片机串行通讯的方法，飞行器测控学报，2001，20（2）：60～65
17．马延，王健，PC机与单片机串行通信的实现方法，电气时代，2002，（2）：46～47
18．邵勇，黄纯华，沙立民，PC机与80C196KB的串行通信，微计算机信息，2001，17（12）：26～27
19．王杉杉，胡继胜，马修真，IBM-PC/MCS-96系列单片机并行通讯系统的设计，计算机应用研究，1992,(6)：31～33
20．赵文敏，多单片机系统的主从式并行通讯，仪表技术，2000，（3）：27～30
21．薛亮，Visual Basic 实用教程，西安：西安电子科技大学出版社，2002
22．袁涛，孙腾谌，PL/M-96程序设计语言及其应用，北京：清华大学出版社，1990
23．付晓宇，吴诗其，用VHDL设计专用串行通信芯片，电子技术应用，2002，（1）：76～78
24．侯伯亨，硬件描述语言与数字逻辑电路设计，西安：西安电子科技大学出版社，1999
25．周江伟，段奇法，用VB6.0实现PC机与单片机的串行通信，武汉理工大学学报，2001, 25（4）：508～511
26．周子琛，申振宁，用VB实现计算机与单片机的串行通信，半导体技术，2002，27（1）：42～44
27．黄波士，孙正凤，张晓洁，基于VB6的PC机与多台单片机通信的应用，微计算机信息，2002，18（10）：32～33
28．张红兵，张宁达，郑云萍，VB6.0环境下利用Mscomm控件实现串行通信，微计算机信息，2002，18（12）：67～68
29．王建成，谈士力，王永贞，VB与单片机串行通信在球面移动机器人控制中的应用，计算机测量与控制，2003，11（3）：216～218，221
30．荆茂祥，李东辉，基于VB的主从机串行通信系统设计，红外与激光工程，2003，32（2）：207～210
31．李东，提高单片机应用系统可靠性的研究，信阳师范学院学报，1999，12（3）：354～357
32．邵贝贝，单片机系统可靠性技术及发展，电子产品世界，1998，（8） ：20～21
33. 谢志明，刘易勇，单片机应用系统抗干扰技术，新疆工学院学报，2002，21（4）：338～343
34．孙殿红，硕力更，单片机控制系统的可靠性及电磁兼容，电子制作，2000，（11）：30～32
35. 宿亚莉，王彤，许伟晔，浅谈单片机系统设计的可靠性，山东电子，2003，（1）：24～25
36．袁子建，吴志敏，PCB的布局布线设计，世界产品与技术，2002，（5）：62～63
37．李丕垠，单片机系统的电磁兼容性技术，电子技术，1998，（11）：30～34
38. 高忠民，印制电路板的可靠性设计措施，电子产品可靠性与环境试验，1991，（1）：30～33
39．海涛，印制板设计的电磁抑制技术，通信技术，2002，（2）：98～100
40．谷树忠，双面印制板的电磁兼容性设计，电子工艺技术，2000，21（5）：213～215
41．李贵山，杨建平，印制电路板设计中的抗干扰措施与电磁兼容性研究，电子工艺技术，2001，22（6）：248～251
42．陈瑞，杨建平，印制电路设计的抗干扰措施与电磁兼容，电子工艺技术，2001，23（1）：16～19
43．柴瑜，沙婓，电磁兼容设计在印制电路板中的应用，电子工程师，2002，28（1）：54～56，67
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45．刘鹏程，邱阳，电磁兼容原理与设计，西安：西安电子科技大学出版社，1992：127～133
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