CN105158585A - 一种lte天线智能测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LTE天线智能测量系统，该系统包括：发射装置子系统、转台子系统、射频子系统、伺服驱动子系统和计算机子系统。所述发射装置子系统中设置有发射极化装置；所述转台子系统包括七维运动装置、锁紧装置和待测天线安装架；所述射频子系统包括矢量网络分析仪和多路开关；所述伺服驱动子系统包括伺服驱动器和多轴控制卡，所述计算机子系统包括计算机、网卡、实时控制器(RTC)、控制软件和数据处理软件。所述伺服驱动子系统同时与发射装置子系统和转台子系统相连；所述计算机子系统同时与伺服驱动子系统和射频子系统相连；本发明所提供的天线测量系统具有测量速度快、测量精度高等优点，适用于LTE天线在研发和生产中的测量。

Description

一种LTE天线智能测量系统

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种天线测量系统,尤其涉及一种LTE天线智能测量系统。

背景技术

天线是通信设备电路信号与空间辐射电磁波的转换器，是移动通信系统的重要组成部分，其性能直接影响整个通信系统的性能。第四代移动通信采用的关键技术之一是LTE技术，LTE天线作为LTE技术应用于4G系统的终端设备，其技术要求包括宽频化、多频段和双极化等，随着LTE天线的问世，LTE天线对测量系统提出了高要求，而现有的天线测量系统（如图1）主要包括发射装置子系统、转台子系统和射频子系统，其中，转台子系统只有一个方位转轴，射频子系统采用点频信号发生装置，待测天线直接与接收机相连，该系统缺点是一次天线架设仅能完成一个频点、一个端口、一种极化状态下的辐射方向图的测量，对于多频点、多端口、双极化的LTE天线的测量，需要人为的去调整待测天线的测试频率、测试端口和极化方式，这将影响测量效率和测量精度。

发明内容

本发明针对现有天线测量系统存在的不足，提出了一种新型的天线测量系统，用以解决现有测量系统测量LTE天线时需要人为调整收发射天线的极化方式、测量端口和频率所带来的测量效率低和精度低的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种LTE天线智能测量系统，包括发射装置子系统1、转台子系统2、射频子系统、伺服驱动子系统和计算机子系统；所述伺服驱动子系统同时与发射装置子系统和转台子系统相连；所述计算机子系统同时与伺服驱动子系统和射频子系统相连。

上述LTE天线智能测量系统，所述发射装置子系统1中设置有发射极化装置11，用于调整发射天线的极化状态。

上述LTE天线智能测量系统，所述转台子系统2包括七维运动装置、锁紧装置21和待测天线安装架29；所述七维运动装置包括液压装置20、下方位装置23、俯仰装置24、上方位装置25、平动装置26、升降装置27和接收极化装置28；液压装置20与转台底座22连接，下方位装置23、俯仰装置24、上方位装置25、平动装置26、升降装置27和接收极化装置28由下至上依次安装在底座22上，底座22与液压装置20相连。转台子系统可调整待测天线的姿态。

上述LTE天线智能测量系统，所述射频子系统包含矢量网络分析仪7和多路开关9。所述伺服驱动子系统包括伺服驱动器（3）和多轴控制卡（4）；多轴控制卡（4）与伺服驱动器（3）相连，伺服驱动器（3）与转台子系统中各个装置所对应的伺服电机相连。

上述LTE天线智能测量系统，所述接收极化装置28上安装有待测天线安装架29。

上述LTE天线智能测量系统，所述转台底座22由支撑板221和与其垂直的立柱220组成，立柱220和支撑板221的连接处设置有锁紧装置21。

上述LTE天线智能测量系统，所述多路开关9包括可编程控制模块，其规模至少为8选1；多路开关9的射频输入端口90与待测天线10相连，控制端口91与实时控制器(RTC)6相连，射频输出端口92与矢量网络分析仪7相连。

上述LTE天线智能测量系统，所述计算机子系统包括计算机、网卡5、实时控制器(RTC)（6）、数据处理软件和控制软件，网卡5、数据处理软件和控制软件安装在计算机上，网卡5同时与多轴控制卡4和实时控制器6相连，实时控制器(RTC)6同时与矢量网络分析仪7和多路开关9相连。控制软件包括智能测量模块、转台控制模块和矢量网络分析仪控制模块。其中，所述转台控制模块包括系统初始化模块、控制器参数设置模块、旋转状态控制模块、零位控制模块、位置值显示功能模块、事故处理模块。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明的转台子系统包括七维运动装置和锁紧装置，其中接收极化装置和俯仰装置能够实现仅需一次天线架设即可获得待测天线水平面和垂直面的辐射方向图；平动装置可以调节待测天线的相位中心，实现天线轴心与转轴重合；升降装置可以补偿电调天线下倾或上仰时相位中心的纵向偏移，实现收发天线高度精确对准；锁紧装置保证了转台底座的平稳；液压装置使得天线架设方便、快速；上述装置的有机结合，有利于提高测量效率和精度。

2、本发明的射频子系统设置有多路开关和失量网络分析仪，其中，多路开关通过程序控制实现多个射频输入端口的自动切换，一次架设可以获得多个端口的辐射方向图；矢量网络分析仪配备了扫频功能的信号发生装置，因此系统具有扫频测量功能，与现有的需要人为更换天线端口和更改测量频率相比，大大提高了测量效率。

3、本发明的发射装置子系统中设置有发射极化装置，实现了仅需一次架设发射天线，即可完成待测天线多个极化状态下的辐射方向图的测量，与现有的需要反复手动变换发射天线的极化方式相比，提高了天线测量效率，同时减少了多次装夹带来的误差，提高了测量精度。

附图说明

图1是现有测量系统的结构示意图；

其中，10、测试转台；20、待测天线支架；30、待测天线；14、转台驱动器；16、转台控制器；40、发射天线；50、信号源；60、接收机；

62、电磁波；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明的转台子系统的结构示意图；

图4是本发明的多路开关原理示意图；

图2-图4中，1-发射装置子系统，2—转台子系统，3—伺服驱动器，4—多轴控制卡，5—网卡，6—实时控制器(RTC)，7—矢量网络分析仪，8—低噪声放大器，9—多路开关，10—待测天线，11—发射极化装置，20—液压装置，21—锁紧装置，22—底座，220—立柱，221—支撑板，23—下方位装置，24—俯仰装置，25—上方位装置，26—平动装置，27—升降装置，28—接收极化装置，29—待测天线安装架，90—射频输入端口，91—控制端口，92—射频输出端口。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清晰，以下结合附图作进一步描述:

参照图2，本发明包括发射装置子系统、转台子系统、射频子系统、伺服驱动子系统和计算机子系统；发射装置子系统和转台子系统分别与伺服驱动子系统相连；射频子系统和伺服驱动子系统分别与计算机子系统相连。

发射装置子系统包括发射极化装置11、高频旋转关节、法兰盘和发射极化装置支架，发射极化装置11采用蜗轮蜗杆减速器结构，该结构具有精度高、可程控360度连续运动和自锁的特点；高频旋转关节用于解决测试过程中线缆缠绕问题；法兰盘用于固定发射天线；高频旋转关节和法兰盘分别固定在发射极化装置11的前侧和后侧；发射极化装置支架由三角刚制作，用于固定和支撑发射极化装置11。

射频子系统包括多路开关9、矢量网络分析仪7、低噪声放大器8、功率放大器、电缆转接头和射频线缆。多路开关9使用可程控的多路开关，用于实现多端口天线端口间的自动切换；矢量网络分析仪7的输出端口依次连接功率放大器和发射天线，矢量网络分析仪7的输入端口依次连接低噪声放大器8、多路开关9和待测天线；为了便于连接，多路开关9可安装于待测天线安装架29的背面；矢量网络分析仪7除了具有高灵敏度外，还具备丰富的编程指令，可由计算机程序进行控制，以提高测量效率；功率放大器用于提高发射功率，增益应大于20dB；低噪声放大器8用于提高本系统的动态范围，噪声系数应小于2。

伺服驱动子系统包括伺服驱动器3和多轴控制卡4。多轴控制卡4与伺服驱动器3相连，伺服驱动器3与转台各个轴所对应的伺服电机相连，伺服电机选用交流伺服电机，电机可配置多种编码器，以满足用户的多种需求，伺服驱动器3和多轴控制卡4安装在控制机箱中。

所述计算机子系统包括计算机、网卡5、实时控制器(RTC)6、系统控制软件和数据处理软件，网卡5、数据处理软件和系统控制软件安装在计算机上，网卡5同时与多轴控制卡4和实时控制器6连接，实时控制器(RTC)6同时与多路开关9和矢量网络分析仪7相连。实时控制器(RTC)6根据方位转轴的位置反馈信息，当到达扫描位置时，先进行多路开关通道切换，然后进行扫频测量。实时控制器(RTC)6的主要任务是：测量的初始化设定、测量的开始和停止控制、等待外部位置信号、控制多路开关9切换和触发矢量网络分析仪7；

系统控制软件包括转台控制模块、矢量网络分析仪控制模块和智能测量模块，，控制软件可采用Delphi语言编程，该语言能提供多种图形化编程的框架。

转台控制模块包括系统初始化模块：对系统中使用的板卡进行初始化；控制器参数设置模块：对系统中使用的控制器进行参数设置；旋转状态控制模块：设置旋转起始位置和终止位置以及旋转速度，单击开始键后进行旋转运动，可选择旋转轴，可设置速度，输入旋转速度后按此速度连续旋转；零位控制模块：将所选中的轴自动定位在零位；位置值显示功能模块：转台运动轴的位置值实时显示；事故处理模块：对系统运行时出现的故障进行显示；

矢量网络分析仪控制模块包括了发射功率、中频带宽以及频率的设定，如果进行扫频测量还应该进行带宽和频点个数的设定；

智能测量模块，根据测试需求进行相应的参数设置，点击智能测量按钮从而完成待测天线空间所有姿态动作，在此过程中测量人员不需要进行任何操作，提高了测量效率。测量完成后通过网卡5对存储在矢量网络分析仪7中的幅度、相位数据进行采集和存储。

数据处理软件可计算天线辐射参数，同时显示测量结果和自动生成测量报告。

参照图3，所述转台子系统2包括液压装置20、锁紧装置21、转台底座22、下方位装置23、俯仰装置24、上方位装置25、平动装置26、升降装置27、接收极化装置28和待测天线安装架29；连接在液压装置20上的是转台底座22。转台底座22的上方自下而上依次安装有下方位转台装置23、俯仰装置24、上方位转台装置25、平动装置26、升降装置27和发射极化装置28。该转台底座22由支撑板221和与其垂直的立柱220组成，液压装置20的一端固定在立柱220的侧面，另一端固定在支撑板221上，在支撑板221与立柱220的连接处设置有锁紧装置21，锁紧装置位于液压装置的相反一侧。

液压装置20用于实现转台的举升和放倒。举升时夹紧缸先行缩回，松开锁紧装置，当夹紧缸完全松开到位，接触感应开关后，放倒油缸活塞杆开始伸出，开始举升。举升终点前，活塞杆进入缓冲区，油缸慢慢伸出到位后，接触感应开关后，液压油缸停止伸出，同时，夹紧缸开始伸出，锁紧到位后，举升动作完成。如果举升过程中突然停电或按下急停按钮，液压系统自行锁定放倒油缸，防止油缸下滑。放倒时夹紧缸先行缩回，松开锁紧装置，当夹紧缸完全松开到位，接触感应开关后，开始缩回，开始放倒转台。在放倒终点前，活塞杆进入缓冲区，放倒油缸活塞杆缩回到位后，接触感应开关后，放倒油缸停止缩回，放倒动作完成。放倒过程中突然停电或人工停止，液压系统自行锁定放倒油缸，防止油缸下滑。液压装置采用PLC控制，可进行远程控制，电器部分具有电源缺相、漏电、过载、欠压、短路等保护功能。

下方位装置23和上方位装置25可带动待测天线做方位旋转,采用蜗轮蜗杆结构，精度高且能自锁。回转支撑采用YRT轴承，该型轴承具有高轴向和径向承载能力,高倾斜刚度,保证了820kg的负载能力和大的偏心，极高的精度保证了台面转动精度。台面中间预留导电滑环过孔，并配置高频旋转关节，用于防止缠绕高频线。

俯仰装置24用来调整天线俯仰姿态，采用涡轮蜗杆减速机和扇形齿轮两级减速装置和驱动电机，俯仰范围为±30度，扇形齿轮中间安装有零位开关，两边安装有电限位和机械限位。

平动装置26用于调整待测天线的相位中心与转轴重合，以便天线架设更加准确，平移托板材料为钢板，驱动装置由伺服电机、三角精密丝杠、涡轮蜗杆减速机和直线导轨组成，行程150mm，配置有电限位和机械限位，电动或手动定位。

升降装置27用以调整待测天线的相位中心，配置有电限位和机械限位。驱动装置由伺服电机、三角精密丝杠、涡轮蜗杆减速机和直线导轨组成，外配罩壳，防尘美观，升降范围700mm电动升降。

接收极化装置28用于安装待测天线和调整极化状态。接收极化装置28的一端安装高频旋转关节，用于防止测试过程中高频线缆缠绕，另一端连接待测天线安装架29，用于架设待测天线。接收极化装置28采用蜗轮蜗杆减速器结构，该结构具有精度高、可程控360度连续运动和自锁的优点。

整个系统的工作原理是：计算机通过控制多轴控制卡4输出控制信号到伺服驱动器3，分别控制方位装置，俯仰装置、平动装置、升降装置、接收天线极化装置、发射极化装置的运动。计算机通过网卡5控制实时控制器(RTC)6以实现多路开关9的切换，通过触发矢量网络分析仪7采集待测天线辐射方向图的幅度和相位的数据，使用数据处理软件对采集的数据进行计算和处理。控制软件和数据处理软件采用模块结构，操作人员只需根据菜单提示，键入所要求的相应参数，就可自动进行测量和分析计算，并可快速得到所需的高精度的测量结果且自动生成测试报告。

以上描述和实施例，仅为本发明的优选实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和设计原理后，都可能在基于本发明的原理和结构的情况下，进行形式上和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LTE天线智能测量系统，其特征在于：包括发射装置子系统(1)、转台子系统(2)、射频子系统、伺服驱动子系统和计算机子系统；所述伺服驱动子系统同时与发射装置子系统(1)和转台子系统(2)相连；所述计算机子系统同时与射频子系统和伺服驱动子系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种LTE天线智能测量系统，其特征在于：所述发射装置子系统(1)中设置有发射极化装置(11)。

3.根据权利要求2所述的一种LTE天线智能测量系统，其特征在于：所述转台子系统(2)包括液压装置(20)、下方位装置(23)、俯仰装置(24)、上方位装置(25)、平动装置(26)、升降装置(27)和接收极化装置(28)；下方位装置(23)、俯仰装置(24)、上方位装置(25)、平动装置(26)、升降装置(27)和接收极化装置(28)由下至上依次安装在底座(22)上，底座(22)与液压装置(20)相连。

4.根据权利要求3所述的一种LTE天线智能测量系统，其特征在于：所述射频子系统包括矢量网络分析仪(7)和多路开关(9)。

5.根据权利要求4所述的一种LTE天线智能测量系统，其特征在于：所述伺服驱动子系统包括伺服驱动器(3)和多轴控制卡(4)；多轴控制卡(4)与伺服驱动器(3)相连，伺服驱动器(3)与转台子系统中各个装置所对应的伺服电机相连。

6.根据权利要求5所述的一种LTE天线智能测量系统，其特征在于：所述接收极化装置(28)中设置有待测天线安装架(29)。

7.根据权利要求6所述的一种LTE天线智能测量系统，其特征在于：所述底座(22)包括支撑板(221)和立柱(220)，支撑板(221)和立柱(220)相互垂直，两者连接处设置有锁紧装置(21)。

8.根据权利要求7所述的一种LTE天线智能测量系统，其特征在于：所述多路开关(9)包括可编程控制模块，多路开关(9)的射频输入端口(90)与待测天线(10)相连，控制端口(91)与实时控制器(RTC)(6)相连，射频输出端口(92)与矢量网络分析仪(7)相连。

9.根据权利要求8所述的一种LTE天线智能测量系统，其特征在于：所述计算机子系统包括计算机、网卡(5)、实时控制器(RTC)(6)、数据处理软件和控制软件；网卡(5)同时与多轴控制卡(4)和实时控制器(RTC)(6)相连，实时控制器(RTC)(6)同时与矢量网络分析仪(7)和多路开关(9)相连；控制软件包括智能测量模块、转台控制模块和矢量网络分析仪控制模块。

10.根据权利要求9所述的一种LTE天线智能测量系统，其特征在于：所述转台控制模块包括系统初始化模块、控制器参数设置模块、旋转状态控制模块、零位控制模块、位置值显示功能模块、事故处理模块。