CN107121600B - 一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，包括一个规则的几何框和与几何框分离的支撑杆，所述几何框上设置有若干个能沿着几何框的内框方向移动的定位杆，所述每一根定位杆指向几何框的中心且能伸缩，所述支撑杆的一端垂直于几何框截面并指向几何框中心，所述支撑杆的一端和定位杆上均设置有用于测试天线辐射场的探头；本发明设计巧妙，结构简单易于实现，使用方便且制作和维护费用较低，具有突出的实质性特点和显著进步，在天线测量与电磁波领域适合大规模推广应用。

Description

一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置

技术领域

所属天线测量与电磁波领域，具体涉及一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置。

背景技术

天线辐射场均匀区的判断是开展电磁兼容或效应实验的前提，只有确定了该天线的辐射场均匀区域，才能确定有效的实验边界，进而开展标准规约范围内的实验研究。

与传统电磁兼容领域不同，强电磁脉冲（如高功率微波，High Power Microwave）的特点在于其每一个脉冲的参数都有细微差别（如脉冲宽度、峰值功率），无法使用传统的多次测量进行均匀性评估，必须一次性完成所需评估区域内的多点测量。同时，由于强电磁脉冲载波频率一般在GHz量级至十GHz量级，所以必须考虑测试架对微波的散射和畸变。加之以往通常的木质结构尤其是在潮湿地区（如：云南，贵州，四川等地）会由于含水量高而加剧上述影响，故需要设计一种强电磁环境下的辐射场均匀性自动测试装置，通过材料的改进和结构的设计，在实现多点测量的同时尽量减少对于辐射场的扰动，并具备自动调节测试距离和测试点分布的能力，以加快测试速度，减小人为误差。

采用天线辐照法进行微波效应研究中，需要进行场均匀性测试以保证被测物周围的场充分均匀，以便能保证测试结果的有效性。传统的场均匀性测试是通过场强探头以指定步长在每个频段范围内一个位置接一个位置的测量（如IEC6100-4-3中介绍的场均匀性测试方法），因此在场均匀性测试过程中需要人工不断调整场强探头的位置，大大降低了测试效率。为了提高场均匀性测试的效率，实现场均匀性自动化测量，需要设计一个安装有多个场强探头的场均匀性测试装置，可同时测量多个位置的场强。

这时存在的技术难点有：一是需要降低测试装置对测试区域场均匀性的影响；二是场强探头的位置可根据需要进行调整，以满足不同测试区域的需要；三是探头位置必须足够精确。

发明内容

本发明的目的是为了准确测量天线辐射场均匀性，同时解决人为操作误差问题、测试效率低下问题、探头准确定位问题，并且保证结构紧凑、易于实现，本发明提供了一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，包括一个规则的几何框和与几何框分离的支撑杆，所述几何框上设置有若干个能沿着几何框的内框方向移动的定位杆，所述每一根定位杆指向几何框的中心且能伸缩，所述支撑杆的一端垂直于几何框截面并指向几何框中心，所述支撑杆的一端和定位杆上均设置有用于测试天线辐射场的探头，

其装置的自动测试方法，包括以下步骤：

在测试截面上设置有若干个用于测试的探头，其中中心探头与发射天线处于同一轴线，其他每一个探头沿着测试截面的周向可以移动，使得探头的测试位置变化，同时每一个探头能在测试截面上沿着径向伸缩使得探头的测试位置变化，所述测试截面可以沿着天线辐射方向移动从而调节测试截面与天线的距离，使得每一个探头对天线辐射场的不同位置进行测试。

在上述技术方案中，所述几何框上设置有可以移动的云台，所述定位杆设置在云台上。

在上述技术方案中，几何框的内框表面上内嵌有齿轮带，所述云台上设置有与内框表面齿轮啮合的径向定位齿轮。

在上述技术方案中，所述定位杆上设置有齿轮带，所述云台上设置有与定位杆上齿轮啮合的周向定位齿轮。

在上述技术方案中，几何框上相对立的两个外侧上设置有凹槽，所述凹槽与云台上的两个定位卡扣卡入凹槽内。

在上述技术方案中，所述几何框设置在支撑平台上，所述支撑平台上设置有若干个支撑腿，几何框与支撑腿固定连接。

在上述技术方案中，所述支撑腿的上端面上设置有凹槽，所述凹槽的直径大于几何框的框体的宽度，所述几何框通过螺钉固定连接在凹槽内。

在上述技术方案中，所述凹槽的深度小于几何框框体的高度。

在上述技术方案中，所述支撑平台上设置有移动机构，使得支撑平台能再地面进行移动。

在上述技术方案中，所述支撑杆上探测头的端部与所有定位杆在同一平面内。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

（1）本发明中，通过步进电机在环形导轨以及舵机控制的探针伸缩移动，确保在0.5m至2m的测试区域内任意调整，即指定区域内自由且循序测试；

（2）本发明中，支撑平台实现了发射天线与测试截面距离的有效步进定位。该装置与传统测试方法相比，达到了测试范围内无外物、降低环境因素、避免人为操作对测试准确性的影响，任意截面测试等设计要求，提高了工作效率与测试准确度；

（3）本发明中，支撑结构材料选用增强尼龙，该材料刚度、摩擦系数、易加工性都较为适合，确保了材料对电磁波影响小；

（4）本发明中，由于探针在可伸缩的支撑杆上测量，确保了测试时，测试区域内无外物遮挡，提高了测量准确度；

（5）本发明中，所有结构均采用标准件或者机械加工件，装配过程简便，不需要开展后续的浇注等加工，易于实现。

本发明设计巧妙，结构简单易于实现，使用方便且制作和维护费用较低，具有突出的实质性特点和显著进步，在天线测量与电磁波领域适合大规模推广应用。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的测试系统布设示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明中云台与几何框体的连接示意图；

其中：1是发射天线，2是中心探头，3是探头，4是几何框体，5是支撑杆，6是支撑平台，7、8是齿轮带，9、10是定位齿轮，11是云台。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本发明的一种强电磁环境下的辐射场均匀性自动测试装置。包括测试导轨和支撑平台两个部分组成，测试导轨为一个内侧嵌有环形齿轮带的环形导轨。导轨上布设了八个安装有步进电机的云台，通过步进电机带动与环形齿轮带啮合的齿轮使得云台沿着环形导轨做圆周运动；每个云台上安装有舵机，通过舵机控制云台上的支撑杆沿圆周做径向运动，使得支撑杆上的探针可沿导轨径向运动，云台的圆周运动与支撑杆的径向运动配合可使得探针到达测试区域内任意位置。支撑平台结构为“凹”字形结构，使环形导轨与之配合，支撑平台设计安装有两个平台运动电机和6个滚轮，其中两个为主动轮，四个为从动轮，通过平台运动电机带动主动轮实现整个装置的运动。

半径为1.5m的环形导轨，使其满足最大有效测试截面2m×2m，最小有效测试截面0.5m×0.5m。利用多个步进电机在环形导轨上联调联控，每个步进电机上装一个舵机使探针可以伸缩到达指定测试点，即可实现在测试截面上精准定位并确保测试范围内无外物遮挡和任意测试截面变换的功能。在此结构下设计与之匹配的定位轨道使该测试结构能在高度与纵向上可以精确调控，满足不同天线测试条件。在结构的材料选择上摒弃了木质材料改为增强尼龙，并在选用的材料上贴附0.03m~0.06m的吸波材料，使结构本身对测试的影响降到最低。

具体的结构如下：

如图2所示，一种天线辐射场均匀性自动化测试装置，包括环形导轨1和安装于环形导轨1内侧的环形齿轮带3，在环形导轨1上安装有八个云台4，每个云台四上均安装有圆周定位电机7、径向定位电机8、圆周定位齿轮5和径向定位齿轮6以及定位杆，整个环形导轨1安装在支撑平台10上，在支撑平台10上安装有一个中心支撑杆9，中心支撑杆9的末端指向环形导轨1圆心，并与定位杆2的末端在同一个平面上。本发明在定位杆2、环形导轨1、云台4、圆周定位电机7、径向定位电机8、中心支撑杆9、支撑平台10正对天线辐射面均贴有一定厚度的吸波材料，以减小测试装置对天线辐射场测试区域的影响。

如图3所示，支撑平台10上开有环形槽，宽度与环形导轨1的厚度相同，环形导轨通过非金属螺丝固定在环形槽中；环形槽的深度小于环形导轨1的厚度，使得环形导轨1上安装的云台不被支撑平台阻挡。

环形导轨1内侧开有环形槽，环形槽的宽度与环形齿轮带3的宽度相同，环形齿轮带3通过粘合剂固定在环形槽中；在环形导轨1的两侧对称开有环形槽，用于云台的定位安装，云台可沿环形槽在环形导轨1上做圆周运动。

通过圆周定位电机7转动圆周定位齿轮5，使得云台4可在环形导轨上1上做圆周运动；通过径向定位电机8转动径向定位齿轮6，使得定位杆2可沿环形导轨1的径向运动；通过平台运动电机11转动滚轮12使得测试装置在纵向移动。通过设置圆周定位电机7、径向定位电机8和平台运动电机11的参数，可使得定位杆2上的探针定位在指定测试位置。本发明优先采用大扭矩舵机作为圆周定位电机7和径向定位电机8，重量轻，定位精确，易于程序控制。

当然，本发明中用于承载云台的导轨采用的是规则的几何框，可以是上述的圆形导轨，也可以是矩形矩形导轨。上述的圆形导轨是最理想的几何框，具有最好的测试效果，但是就目前的工艺而言，圆形导轨的加工工艺是难度最大的，最不好加工的。而矩形框是加工难度最小的，因此本方案可以用矩形导轨代替圆形导轨。

测试流程：

步骤一，估算发射天线远场距离和该处的均匀场区域测试点，如图1中圆圈所示；

步骤二，测试系统布设于发射天线远场边缘，中心探头位于发射天线轴线，周围8探头呈矩形排布，测试区域面积为估算均匀测试区域面积的1/2，如图1圆点所示；

步骤三，测试辐射场场强，判断该区域是否满足均匀场定义（一般标准定义周围8点与中心场点场强相差不超过3dB）；

步骤四，若满足均匀性要求，周围8点通过步进电机以一定步长扩大测试范围，直至某一点不满足场均匀性要求，即可确定该天线辐射截面的场均匀区域；

步骤五，若第三步测试不满足均匀性要求，则周围8点通过步进电机以一定步长缩小测试范围，直至所有点满足场均匀性要求，即可确定该天线辐射截面的场均匀区域；

步骤六，沿发射天线轴线以指定步长移动测试台架，在下一个测试平面重复上述过程，直至完成所有指定区域的均匀区分布测试。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，其特征在于包括一个规则的几何框和与几何框分离的支撑杆，所述几何框上设置有若干个能沿着几何框的内框方向移动的定位杆，所述每一根定位杆指向几何框的中心且能伸缩，所述支撑杆的一端垂直于几何框截面并指向几何框中心，所述支撑杆的一端和定位杆上均设置有用于测试天线辐射场的探头，

其装置的自动测试方法，包括以下步骤：

在测试截面上设置有若干个用于测试的探头，其中中心探头与发射天线处于同一轴线，其他每一个探头沿着测试截面的周向可以移动，使得探头的测试位置变化，同时每一个探头能在测试截面上沿着径向伸缩使得探头的测试位置变化，所述测试截面可以沿着天线辐射方向移动从而调节测试截面与天线的距离，使得每一个探头对天线辐射场的不同位置进行测试。

2.根据权利要求1所述的一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，其特征在于所述几何框上设置有可以移动的云台，所述定位杆设置在云台上。

3.根据权利要求2所述的一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，其特征在于几何框的内框表面上内嵌有齿轮带，所述云台上设置有与内框表面齿轮啮合的径向定位齿轮。

4.根据权利要求2所述的一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，其特征在于所述定位杆上设置有齿轮带，所述云台上设置有与定位杆上齿轮啮合的周向定位齿轮。

5.根据权利要求2所述的一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，其特征在于几何框上相对立的两个外侧上设置有凹槽，所述凹槽与云台上的两个定位卡扣卡入凹槽内。

6.根据权利要求1所述的一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，其特征在于所述几何框设置在支撑平台上，所述支撑平台上设置有若干个支撑腿，几何框与支撑腿固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，其特征在于所述支撑腿的上端面上设置有凹槽，所述凹槽的直径大于几何框的框体的宽度，所述几何框通过螺钉固定连接在凹槽内。

8.根据权利要求7所述的一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，其特征在于所述凹槽的深度小于几何框框体的高度。

9.根据权利要求6-8任一所述的一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，其特征在于所述支撑平台上设置有移动机构，使得支撑平台能在地面进行移动。

10.根据权利要求1所述的一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，其特征在于所述支撑杆上探测头的端部与所有定位杆在同一平面内。

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