DIY 天线测量系统第 1 部分：介绍

将 ebm-papst EC 电动机与用于控制的 RevPi Core 和用于信号生成和接收的 LimeSDR Mini 集成在一起，以搭建一个可测量天线性能的系统。

在此处查看由 DesignSpark 预览的全新 K4 驱动系统开发套件系列

天线设计是真正令人着迷的领域之一，几乎像魔术一样。最细微的设计变更可能会产生深远的影响，从来不缺乏创新，而且常常会出现完全反直觉的设计，因此天线仍然属于研发密集型领域。

天线性能建模可以利用软件进行，但是最终，当设计完成后，需要对设计方案进行测量。在本系列帖子中，我们将跟踪一个主要基于增强型机器控制器天线范围 (EMCAR) 开放源代码项目的低成本系统的设计和构建进度。

基础知识

IEEE Std. 149-1979天线测量坐标系（来源：EMCAR 项目）

我们对测量天线辐射模式很感兴趣，在本文中，输出使用 2D 极坐标图。未来我们可能会考虑升级设计以生成 3D 坐标图，但是目前 2D 满足需求，可显示正向/反向以及侧向等方向的天线增益。例如，当我们需要全向天线、适用于点对点连接的高增益高方向性天线，或者适用于多天线“扇区”应用的窄角度天线时，这些信息非常重要。

天线测量系统块图（来源：EMCAR 项目）

天线测量的基本原理其实相当简单，我们将被测天线固定在旋转平台上，再将第二根固定天线放置在距离较远的位置。两者都连接至射频网络分析仪，然后在第一根天线旋转的过程中进行测量。非常简单。

本例中，我们不使用成熟的网络分析仪，而是使用一种基于 LimeSDR Mini 软件定义无线电 (SDR) 的解决方案，它更为简单，成本也较低。

电动机

电动机属于关键部件，它的性能将与测量系统的性能相关。我们需要能够准确知道电动机的位置，同时如果不希望过程耗费很长的时间，电动机运行需要非常平稳（否则，天线可能会晃动，那么可能需要在各运动步骤之间暂停一段时间）。

机动平台的尺寸可随意设置。本例中，我们希望它的尺寸较为合理。如有需要，未来可通过连接更大的平台轻松扩展。这样，我们就可以通过三脚架或其它安装底座来直接附加大型天线结构。这意味着我们需要一个坚固的框架来支撑平台，一个坚固的底部轴承，以及一台功率适当的电动机用于驱动平台。

我们的选择很多，可以选择原始 EMCAR 设计中所用的步进电动机。我们还可以使用皮带和皮带轮来降低速度，使运行更加平稳。但是，我们最终选用了带集成驱动电子设备和变速箱的 ebm-papst 电子整流电动机 (187-2145) ，这款电动机在编程后具有极其简单的界面，便于控制和稳定运行。

控制

控制系统将基于 Kunbus Revolution Pi Core (181-1141) ，此平台可轻松扩展，以增加多个工业模拟和数字输入/输出。通过这种方式，我们拥有多种不同的编程选项。我们很可能会结合 Python 与 EMCAR 项目中的已有 C 语言代码。

RF 射频测量

现在我们有了旋转被测天线的方法，还能控制天线的位置以及测量过程，我们需要实际执行射频连接测量。为此，我们将使用低成本的 LimeSDR Mini SDR 生成具有所需频率的信号，并在接收天线处测量这些信号。

下一步

在下一篇帖子中，我的同事 Dave 将介绍平台的电子和机械支撑结构的组合外壳设计和原型设计，以及平台设计，轴承和电动机联轴器。

Part 2

— Andrew Back