CN104897976A - 一种片上天线测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种片上天线测试装置，调节机构放置在探针台底座上，调节结构由XYZ三个移动平台组成，通过CCD显微镜及所述调节机构对放置在天线承片台上的天线进行准确定位；探头支架对片上天线进行馈电，通过下方位轴和极化轴的转动使接收天线和发射天线的极化进行匹配，在收发天线极化匹配的情况下通过旋转轴进行0～360度的全方位数据采集；所述下方位轴中，直流伺服电机传动同步齿带轮，同步齿带轮传动涡轮涡杆，涡轮涡杆传动直齿轮，直齿轮传动滑动导轨。本发明的片上天线测试装置解决了天线馈电问题，并实现了具备天线前向后向的测试能力，减少了传统台体对天线干扰的影响，实现了被测天线全息立体方向图的测试功能。

Description

一种片上天线测试装置

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种片上天线测试装置。

背景技术

现代天线测量是建立在计算机应用的基础上，主要有远场测量、近场测量以及紧缩场测量等测量方法，包含了天线原理、机械控制、高性能仪器、计算机软件以及数据处理等内容，因此，高效、智能、自动化是天线测量技术发展的总趋势。

天线远场测量是指在天线的辐射远场区域内，直接获得天线的远场性能参数。一般情形下，天线远场测试距离R需满足R≥2D²/λ，D为天线口径的最大尺寸，λ是天线的工作波长。传统远场天线测试装置主要为测试转台，根据测试需求可设计为一维、二维或者三维测试转台，系统通过转台旋转来获取不同角度下的幅相信息，可直接通过采样数据进行天线参数的分析，测试速度快、效率高，天线馈电方式通常为同轴、波导馈电。传统远场天线测试原理图如图1所示，虚线部分为天线测试转动装置。

图2为天线转台结构示意图，天线安装在上方位转台1法兰盘上，通过上方位转台1和俯仰转台4的转动，可以实现被测天线方向图、极化、轴比等参数的测试。转台构架采用三个铸钢件组成凹形箱体底座5，支撑俯仰轴4、俯仰轴转动的驱动元件及主要减速装置安置于凹形底座的底部，传动链通过凹形构架的两侧箱体驱动俯仰轴。俯仰轴采用平道圆柱滚子轴承支撑，该轴承有优良的工艺性和较高的承载能力，经过仔细研磨后，精度较高。滚子轴承两侧装有球形推力轴承，用来限制轴向窜动。天线方位轴3通过一倒置的铸钢圆桶依附在俯仰轴上，并于俯仰轴正交。方位驱动及减速装置安装在铸钢圆桶内，随俯仰轴一起转动。为提高承载能力，方位转盘1通过聚四氟乙烯复合材料的滑动导轨2支撑在铸钢圆桶上，其旋转轴上安装两个径向推力轴承。

针对片上天线的测试方案可以利用标准探针台及弓形框实现，测试装置结构图如图3所示。测试仪器12通过射频电缆11和探针台上的探针14连接，利用光学CCD6和高精度调节机构7使探针给天线9馈电，通过接收天线10在弓型架8上滑动采样不同位置上的信号。

现有的方案通常是针对单体天线部件而言，要求被测天线必须提供馈线接口，测试目的主要用于天线的设计、验证等。

目前，随着天线技术的发展，出现了一类探针馈电的片上天线，伴随着无线通讯的快速发展，当前对片上天线的测试需求也日趋迫切，由于片上天线馈电方式的不同，特别是在毫米波频段，馈电接口由传统的同轴波导馈电变为GSG探针馈电，且由于接口尺寸非常小，必须配合CCD及高精度的调节装置才能完成馈电动作，而图3所示的方案虽然解决了被测天线的馈电问题，但是在测试方向图的时候受限于探针台结构的局限性，仅能测试上半空间的方向图，且探针台的整体结构对天线的电性能会产生一定的影响，造成一定的测试误差，所以采用传统连接方式已不能满足片上天线的测试需求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种片上天线测试装置，利用CCD、高精度微调装置使探针和天线接口进行精确定位，通过探针对天线进行馈电，通过一个二维转动装置围绕被测天线旋转，利用低损耗材料作为被测天线承片台，实现片上天线0～360度范围的方向图测试功能。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种片上天线测试装置，调节机构放置在探针台底座上，调节结构由XYZ三个移动平台组成，通过CCD显微镜及所述调节机构对放置在天线承片台上的天线进行准确定位；

探头支架对片上天线进行馈电，通过下方位轴和极化轴的转动使接收天线和发射天线的极化进行匹配，在收发天线极化匹配的情况下通过旋转轴进行0～360度的全方位数据采集；

所述下方位轴中，直流伺服电机传动同步齿带轮，同步齿带轮传动涡轮涡杆，涡轮涡杆传动直齿轮，直齿轮传动滑动导轨。

可选地，在所述旋转轴处内置旋转关节。

可选地，所述探针台平台为被动式减震平台，弹簧减震系统集成在机械支撑系统的底座上。

可选地，所述探针台平台材质为不锈钢材质，表面沉镍处理。

可选地，所述机械支撑系统采用高刚性支架结构。

可选地，通过凸起的直角材料和圆柱体材料对片上天线进行定位和固定，使探针和馈电接口有效接触。

可选地，所述承片台利用圆柱体材料使天线和承片台之间留出一定的空隙。

本发明的有益效果是：

(1)承片台选用低损耗材料，降低承片台对被测天线的干扰，实现了天线后向辐射信号的数据采集；

(2)实现0～360度方向图的数据采集；

(3)基于防震底座的设计可使探针和被测天线保持有效馈电，提高了系统的稳定性；

(4)通过承片台上增加的凸起部分，有效保持了片上天线在馈电时的稳定性，同时利用支撑材料使天线和承片台留出一定的空隙，大大降低了承片台对天线性能的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的天线测试系统原理示意图；

图2为现有的天线测试转台结构示意图；

图3为基于现有探针台的系统原理示意图；

图4为本发明的片上天线测试装置的结构示意图；

图5为本发明的下方位轴传动链结构示意图；

图6为本发明的片上天线固定结构示意图；

图7为本发明的片上天线测试装置测试流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于片上天线馈电方式的不同，特别是在毫米波频段，馈电接口由传统的同轴波导馈电变为GSG探针馈电，且由于接口尺寸非常小，必须配合CCD及高精度的调节装置才能完成馈电动作，所以采用传统连接方式已不能满足片上天线的测试需求。

针对以上局限性，本发明提出一种基于定制探针台和L型悬臂转台的片上天线测试装置，通过设计一种可上下左右调节的探针固定装置给天线馈电，使片上天线有效固定在低损耗材料的托盘支架上，L型悬臂在转台的配合下，可实现片上天线前向和后向辐射的全息方向图测试，通过旋转转台下方位，可实现线天线极化纯度、圆极化轴比以及片上天线边射的测试功能。

本发明提供了一种三轴运动的片上天线测试装置，如图4所示，在进行测试的时候，调节机构17放置在具备防震功能的探针台底座18上，调节结构17分别由XYZ三个移动平台组成，移动行程均大于25mm，移动最小分辨率达到5um，通过CCD显微镜19及调节机构17对放置在天线承片台22上的天线26进行准确定位，CCD显微镜19带旋转转轴、导套，可水平摆动，前后伸缩显微镜。

显微镜光学参数为：变焦倍率：0.7～4.5X，物镜倍数：5X，最小光学分辨率：2.1μm，同时显微镜具备150W可见光光源，采用光纤传导及同轴照明方式。

CCD传感器有效像素尺寸为1024*768V，像元尺寸4.65μm*4.65μm，最大帧率为30fps，USB接口，使用USB数据线可直接连接CCD到电脑，将采集到实时图像通过数据线41传送到计算机40上。

调节结构17可以水平左右移动和垂直上下移动，然后通过探头支架23对片上天线进行馈电，通过下方位轴20和极化轴15的转动可以使接收天线16和发射天线的极化进行匹配，在收发天线极化匹配的情况下通过旋转轴21进行0～360度的全方位数据采集，在旋转轴20、21和15处分别内置旋转关节来降低由于旋转给电缆带来的幅度和相位的变化。

探针台平台18为被动式减震平台，弹簧减震系统集成在机械支撑系统29的底座上，平台18材质为不锈钢材质，表面沉镍处理，平台离地面高度1400mm，支撑系统29采用高刚性支架结构设计，可使探针和被测天线保持有效馈电，保证微波测试的稳定性。

二维转动部分的转动机构包括下方位轴20、俯仰轴21，均采用高精度丝杆，从而保证定位精度。电机采用伺服电机，降低了运行时的噪声。二维转动部分主要分为台体和控制机箱两部分，台体主要分为机座、导轨、和运动部件三大部分。整个台体除导轨、齿轮和电机外，几乎全用非金属材料制成。这使得本发明的转台具有重量轻的特点，易于拆装和搬动。

为实现较大的减速比并具有自锁功能和较小的体积，在参考了其他天线测试转台结构的基础上，本发明的传动方案如下：

下方位轴传动链结构如图5所示，直流伺服电机39传动同步齿带轮38，同步齿带轮38传动涡轮涡杆35，涡轮涡杆35传动直齿轮36，直齿轮36传动滑动导轨37。

片上天线的固定结构如图6所示，通过凸起的直角材料24和圆柱体材料25对片上天线26进行定位和固定，尽可能减少了固定材料对片上天线的影响，使探针27和馈电接口28有效接触，承片台22采用低损耗材料，利用圆柱体材料25使天线和承片台22留出一定的空隙，可以避免承片台22对天线26性能的影响。

如图7所示，本发明的片上天线测试装置在测试时，首先正确连接设备电缆及控制线，然后打开仪器设备及转台控制器，操作调节机构17使探头支架23上的探针和片上天线26有效接触馈电，调整下方位20及上方位15，使片上发射天线26和接收天线16保持极化一致，在主控计算机40的控制下转动俯仰轴21，控制计算机根据俯仰轴发送的同步脉冲信号采集数据并绘图。

本发明的片上天线测试装置解决了天线馈电问题，并实现了具备天线前向后向的测试能力，减少了传统台体对天线干扰的影响，实现了被测天线全息立体方向图的测试功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种片上天线测试装置，其特征在于，调节机构放置在探针台底座上，调节结构由XYZ三个移动平台组成，通过CCD显微镜及所述调节机构对放置在天线承片台上的天线进行准确定位；

探头支架对片上天线进行馈电，通过下方位轴和极化轴的转动使接收天线和发射天线的极化进行匹配，在收发天线极化匹配的情况下通过旋转轴进行0～360度的全方位数据采集；

所述下方位轴中，直流伺服电机传动同步齿带轮，同步齿带轮传动涡轮涡杆，涡轮涡杆传动直齿轮，直齿轮传动滑动导轨。

2.如权利要求1所述的片上天线测试装置，其特征在于，在所述旋转轴处内置旋转关节。

3.如权利要求1所述的片上天线测试装置，其特征在于，所述探针台平台为被动式减震平台，弹簧减震系统集成在机械支撑系统的底座上。

4.如权利要求3所述的片上天线测试装置，其特征在于，所述探针台平台材质为不锈钢材质，表面沉镍处理。

5.如权利要求3所述的片上天线测试装置，其特征在于，所述机械支撑系统采用高刚性支架结构。

6.如权利要求1所述的片上天线测试装置，其特征在于，通过凸起的直角材料和圆柱体材料对片上天线进行定位和固定，使探针和馈电接口有效接触。

7.如权利要求6所述的片上天线测试装置，其特征在于，所述承片台利用圆柱体材料使天线和承片台之间留出空隙。