CN105021902B - 应用于高频天线的远场方向图外场测试系统及测试方法 - Google Patents

应用于高频天线的远场方向图外场测试系统及测试方法 Download PDF

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Abstract

一种应用于高频天线的远场方向图外场测试系统，包括距离为R的第一、二高台、转台、转台控制器、射频接收通道、信号功率测量接收机、高频信号源、高频发射喇叭、自动升降支架、自动升降控制器及主控PC；待测高频天线放置在固定在第一高台上的转台上；转台由转台控制器控制，信号接收端连接射频接收通道，射频接收通道连接信号功率测量接收机，高频信号源连接高频发射喇叭，高频发射喇叭固定放置在固定在第二高台上的自动升降支架上，自动升降支架受自动升降控制器控制，主控PC控制转台控制器、信号功率测量接收机及自动升降控制器。本发明还公开了一种测试方法。本发明的优点：能够很好的解决传统暗室远场测试方法无法满足高频天线远场条件的问题。

Description

应用于高频天线的远场方向图外场测试系统及测试方法
技术领域
本发明涉及天线测试领域，具体是一种应用于高频天线的远场方向图外场测试系统。
背景技术
在天线设计中，为了确保所涉及的天线增益、主瓣宽度、旁瓣抑制等指标达到设计要求，需要对其设计的指标进行测试，其中天线的方向图是最重要的测试结果。常用的天线测试分为远场暗室测试和近场暗室测试。其中：对于高频天线来说远场暗室测试需要的远场测试距离大，一般的远场暗室空间有限，无法进行测试；而近场暗室测试需要的测试设备成本高，测试环境要求高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种能够进行高频天线测试的应用于高频天线的远场方向图外场测试系统及测试方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种应用于高频天线的远场方向图外场测试系统，包括两个距离为R的高台：第一高台和第二高台、转台、转台控制器、第一单串口服务器、第一交换机、射频接收通道、信号功率测量接收机、高频信号源、高频发射喇叭、自动升降支架、自动升降控制器、第二串口服务器、第二交换机，以及主控PC；
所述转台放置在第一高台上，待测高频天线安装在转台上，所述转台由转台控制器控制，转台控制器通过RS232口转RJ45接口连接第一单串口服务器，第一单串口服务器通过网线连接到第一交换机，待测高频天线通过电缆连接射频接收通道，所述射频接收通道通过电缆连接信号功率测量接收机，所述信号功率测量接收机通过网线连接到第一交换机；
所述高频信号源通过电缆连接高频发射喇叭，高频发射喇叭固定在自动升降支架上，自动升降支架放置在第二高台上，自动升降支架受自动升降控制器控制，自动升降控制器通过RS232口转RJ45接口连接第二单串口服务器，第二单串口服务器通过网线连接到第二交换机，第二交换机通过光纤连接到第一交换机；
所述第一交换机通过网线连接主控PC。
作为优化的方案，所述第一高台和第二高台之间的距离R为：
D为子阵面的有效口径长度，λ为天线对应频段的波长。
本发明还公开了一种使用上述的应用于高频天线的远场方向图外场测试系统进行测试的方法，包括如下步骤：
步骤1.将高频信号源的发射频率调到待测高频天线的频点；
步骤2.主控PC发送高度调节指令给自动升降控制器；
步骤3.自动升降控制器接收高度调节指令后，将自动升降支架在原来高度H1的基础上上升Δh高度；
步骤4.主控PC发送启动扫描指令给转台控制器，控制转台完成方位向连续旋转θ；
步骤5.转台控制器每隔Δt时间向主控PC上报一次转台当前方位向角度信息θi,j；
步骤6.主控PC每隔Δt时间收到方位向角度信息后，发送一次触发指令给信号功率测量接收机；
步骤7.信号功率测量接收机接收到主控PC的触发指令后，计算当前接收信号功率Pi,j，并将计算结果上报给主控PC；
步骤8.主控PC将功率值Pi,j与当前角度信息θi,j和高度信息hi组合后写入测量结果文件；
步骤9.主控PC将高度调节指令内容更新为若更新后的高度hi小于待测试高度H2，回到步骤2，否则进入步骤10；
步骤10.将测得的数据进行融合，以(θi,j，hi，Pi,j)为三维坐标得到待测高频天线远场方向图，结束测量流程。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本发明需要的测试环境要求简单，搭建容易。
2、本发明能够很好的解决外场环境下的自动化测量问题。
3、本发明解决传统暗室远场测试方法无法满足高频天线远场条件的问题；解决近场暗室测试需要的测试设备成本高，测试环境要求高的问题。
4、本发明设计自动化测试流程，兼容性高，可复用于其它天线的外场测试中。
附图说明
图1是本发明应用于高频天线的远场方向图外场测试系统结构示意图；
图2是本发明应用于高频天线的远场方向图外场测试方法流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例拟对Ka频段(30GHz)双反射面天线进行远场方向图扫描测试，首先依据图1所示搭建测试系统。
应用于高频天线的远场方向图外场测试系统包括两个距离为R的高台：第一高台和第二高台(图未示)、转台3、转台控制器4、第一单串口服务器5、第一交换机6、射频接收通道7、信号功率测量接收机8、高频信号源9、高频发射喇叭10、自动升降支架11、自动升降控制器12、第二串口服务器13、第二交换机14，以及主控PC15。待测高频天线100放置在第一高台上。
转台3放置在第一高台上，待测高频天线100安装在转台3上，所述转台3由转台控制器4控制，转台控制器4通过RS232口转RJ45接口连接第一单串口服务器5，第一单串口服务器5通过网线连接到第一交换机6，待测高频天线100通过电缆连接射频接收通道7，所述射频接收通道7通过电缆连接信号功率测量接收机8，所述信号功率测量接收机8通过网线连接到第一交换机6。
所述高频信号源9通过电缆连接高频发射喇叭10，高频发射喇叭10固定在自动升降支架11上，自动升降支架11放置在第二高台上，自动升降支架11受自动升降控制器12控制，自动升降控制器12通过RS232口转RJ45接口连接第二一单串口服务器13，第二单串口服务器13通过网线连接到第二交换机14，第二交换机14通过光纤连接到第一交换机6。
所述第一交换机6通过网线连接主控PC15。
所述第一高台和第二高台之间的距离R为：
D为子阵面的有效口径长度，λ为天线对应频段的波长。
开始使用时，将高频信号源9打开，主控PC 15同时控制转台控制器4、信号功率测量接收机8和自动升降控制器12，启动天线方向图扫描测试。
使用上述应用于高频天线的远场方向图外场测试系统进行天线方向图的扫描测试方法分为如下步骤：
步骤1.将高频信号源9的发射频率调到待测高频天线100的频点；
步骤2.主控PC 15发送高度调节指令给自动升降控制器12；
步骤3.自动升降控制器12接收高度调节指令后，将自动升降支架11在原来高度H1的基础上上升Δh高度；
步骤4.主控PC 15发送启动扫描指令给转台控制器4，控制转台3完成方位向连续旋转θ；
步骤5.转台控制器4每隔Δt时间向主控PC 15上报一次转台3当前方位向角度信息θi,j；
步骤6.主控PC 15每隔Δt时间收到方位向角度信息后，发送一次触发指令给信号功率测量接收机8；
步骤7.信号功率测量接收机8接收到主控PC 15的触发指令后，计算当前接收信号功率Pi,j，并将计算结果上报给主控PC 15；
步骤8.主控PC 15将功率值Pi,j与当前角度信息θi,j和高度信息hi组合后写入测量结果文件；
步骤9.主控PC 15将高度调节指令内容更新为若更新后的高度hi小于待测试高度H2，回到步骤2，否则进入步骤10；
步骤10.将测得的数据进行融合，以(θi,j，hi，Pi,j)为三维坐标得到待测高频天线远场方向图,结束测量流程。
上述转台控制器4和转台3是市面上可购买的高精度设备，可以接收串口指令，控制转台伺服完成转台3俯仰、方位的转动。同时转台控制器4可以将转台3的俯仰、方位角度信息通过串口周期性的外发。
信号功率测量接收机8可以使用市面上可购买的频谱仪，如安捷伦E4447。
自动升降控制器12通过串口和外部连接，可以接收、解析串口指令用于控制自动升降支架11的垂直高度。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种应用于高频天线的远场方向图外场测试方法，其特征在于，该应用于高频天线的远场方向图外场测试方法使用的测试系统包括两个距离为R的高台：第一高台和第二高台、转台、转台控制器、第一单串口服务器、第一交换机、射频接收通道、信号功率测量接收机、高频信号源、高频发射喇叭、自动升降支架、自动升降控制器、第二串口服务器、第二交换机，以及主控PC；
所述转台放置在第一高台上，待测高频天线安装在转台上，所述转台由转台控制器控制，转台控制器通过RS232口转RJ45接口连接第一单串口服务器，第一单串口服务器通过网线连接到第一交换机，待测高频天线通过电缆连接射频接收通道，所述射频接收通道通过电缆连接信号功率测量接收机，所述信号功率测量接收机通过网线连接到第一交换机；
所述高频信号源通过电缆连接高频发射喇叭，高频发射喇叭固定在自动升降支架上，自动升降支架放置在第二高台上，自动升降支架受自动升降控制器控制，自动升降控制器通过RS232口转RJ45接口连接第二单串口服务器，第二单串口服务器通过网线连接到第二交换机，第二交换机通过光纤连接到第一交换机；
所述第一交换机通过网线连接主控PC；
进行测试的方法包括如下步骤：
步骤1.将高频信号源的发射频率调到待测高频天线的频点；
步骤2.主控PC发送高度调节指令给自动升降控制器；
步骤3.自动升降控制器接收高度调节指令后，将自动升降支架在原来高度H1的基础上上升Δh高度；
步骤4.主控PC发送启动扫描指令给转台控制器，控制转台完成方位向连续旋转θ；
步骤5.转台控制器每隔Δt时间向主控PC上报一次转台当前方位向角度信息θi,j；
步骤6.主控PC每隔Δt时间收到方位向角度信息后，发送一次触发指令给信号功率测量接收机；
步骤7.信号功率测量接收机接收到主控PC的触发指令后，计算当前接收信号功率Pi,j，并将计算结果上报给主控PC；
步骤8.主控PC将功率值Pi,j与当前角度信息θi,j和高度信息hi组合后写入测量结果文件；
步骤9.主控PC将高度调节指令内容更新为若更新后的高度hi小于待测试高度H2，回到步骤2，否则进入步骤10；
步骤10.将测得的数据进行融合，以(θi,j，hi，Pi,j)为三维坐标得到待测高频天线远场方向图，结束测量流程。
2.根据权利要求1所述的应用于高频天线的远场方向图外场测试方法，其特征在于，所述第一高台和第二高台之间的距离R为：
<mrow> <mi>R</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msup> <mi>D</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mi>&amp;lambda;</mi> </mfrac> </mrow>
D为子阵面的有效口径长度，λ为天线对应频段的波长。
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