CN107796995A - 微波暗室及相应的天线测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微波暗室及相应的天线测试系统，包括微波箱、辅助天线部分和待测天线部分，且所述的辅助天线部分和待测天线部分均具有可保持变量单一化的夹持机构，且所述的辅助天线部分和所述的待测天线部分都设置于箱体内部，微波箱为一覆盖有吸波材料的微波箱。本发明可用于远场测试，针对毫米波频段，由于其具有能够保持变量的单一性的辅助天线夹持机构和待测天线夹持机构，可以保证待测天线和辅助天线在测量过程中变化的变量可控，最大程度的保证了测试的单一变量原则及待测天线、辅助天线的稳定。因此，可针对不同的天线板使用，十分方便快捷，且节省空间，同时测量精度更高，并可通过调整不同的结构件可以测量各种形状的天线。
Description
技术领域
本发明涉及微波领域，具体是指一种微波暗室及相应的天线测试系统。
背景技术
现在的毫米波雷达天线测试，普遍使用的是微波暗室，微波暗室又叫“无反射室”或“吸波室”，它是以吸波材料作衬里的房间，能吸收入射到6个壁上的大部分电磁能量，较好的模拟自由空间测试条件。
微波暗室主要用来测量电小天线及馈源，同时还能测量雷达截面、研究电磁波的绕射、辐射和散射特性等。由于微波暗室具有全天候、宽频带、屏蔽性能好、安全保密等有点，因而在近20年间得到了迅速发展。微波暗室除常规的远场测量外，还包括近场测试和紧缩场测试。
然而，现有技术中构建微波暗室需要的场地较大，价格不菲，提出一种占用较小场地、易于拆卸、造价较低的微波暗室，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供一种占用较小场地、易于拆卸、造价较低的微波暗室及相应的天线测试系统。
为了实现上述目的，本发明的微波暗室及相应的天线测试系统具有如下构成：
该微波暗室，其主要特点是，包括微波箱、辅助天线部分和待测天线部分，且所述的辅助天线部分和待测天线部分都设置于箱体内部，且均具有运动可控的夹持机构，微波箱为一覆盖有吸波材料的微波箱。
较佳地，所述的辅助天线部分的夹持机构包括底部的工业三脚架，其上设置有第一伺服电机转台，所述的第一伺服电机转台其上设置有俯仰夹持部。
更佳地，所述的辅助天线为一喇叭天线。
较佳地，所述的待测天线部分的夹持机构夹持待测天线，且所述的辅助天线部分的夹持机构包括设置于底部的XY位移台，其上设置有伺服电机转台，且所述的伺服电机转台其上设置有俯仰角位移台。
更佳地，所述的XY位移台包括两个在水平面上垂直设置的水平位移台，且其中一个水平位移台具有较长运动行程，另一水平位移台具有较短运动行程，且所述的两个水平位移台的线性模组均使用重复定位精度为±0、02mm的精密级丝杠线性模组。
更佳地，所述的俯仰角位移台为俯仰工作范围为±10°的俯仰角位移台，且所述的俯仰角位移台上设置有丁字形结构。
较佳地，所述的微波箱的箱体为一铁板箱体，其内侧覆盖有吸波材料，且所述的吸波材料包括直锥材料、地板走道材料、边拐角材料和平板材料，其中，所述的箱体主墙面内侧贴覆所述的直锥材料，各墙面相接处填充边拐角材料，箱体底面靠近主墙面处铺设有地板走道材料，且所述的微波箱在其长端一侧设置有测试门。
基于上述所述的微波暗室所构成的天线测试系统，其主要特点是，所述的系统还包括一辅助天线和待测天线，该辅助天线安装于所述的辅助天线部分，该待测天线安装于待测天线部分，该天线测试系统还包括信号处理发生装置，其两端分别接所述的辅助天线和待测天线，控制所述的辅助天线发射参数已知的信号，并对待测天线接收到的信号进行分析保存。
较佳地，所述的系统还包括一转台控制器，连接至待测天线部分的夹持机构，对待测天线部分的夹持机构的运动进行控制，所述的信号处理发生装置包括信号源、频谱分析仪、主控计算机和低噪声放大器，其中，所述的信号源接辅助天线，控制辅助天线发射参数已知的信号，所述的频谱分析仪通过低噪声放大器接待测天线，由低噪声放大器待测天线接收到的信号进行低噪声放大后，交由所述的频谱分析仪进行相应信号分析，所述的主控计算机分别连接信号源、转台控制器和频谱分析仪，对信号源的输出和转台控制器的输出进行控制，并对所述的频谱分析仪分析获取的分析数据进行保存。
较佳地，所述的系统还包括一转台控制器，连接至待测天线部分的夹持机构，对待测天线部分的夹持机构的运动进行控制，所述的信号处理发生装置包括矢量网络分析仪、主控计算机和低噪声放大器，其中，所述的矢量网络分析仪的输出端连接辅助天线，控制辅助天线发射参数已知的信号，所述的矢量网络分析仪的输入端通过低噪声放大器接待测天线，由低噪声放大器待测天线接收到的信号进行低噪声放大后，交由所述的矢量网络分析仪进行相应信号分析，所述的主控计算机分别连接矢量网络分析仪和转台控制器，对矢量网络分析仪的输出端的输出和转台控制器的输出进行控制，并对所述的矢量网络分析仪分析获取的分析数据进行保存。
基于上述天线测试系统实现天线测试的方法，其主要特点是，包括以下步骤：
(1)对所述的系统进行安装上电，将待测天线部分的夹持机构的运动状态归零，并设置该天线测试系统中的相应参数；
(2)控制所述的待测天线部分的夹持机构按一定方式进行运动；
(3)所述的信号处理发生装置控制所述的辅助天线发射参数已知的信号；
(4)所述的待测天线接收信号，并通过所述的信号处理发生装置对接收到的信号进行分析保存，进入步骤(2)。
较佳地，该系统实现天线测试的方法基于一天线测试机制，该天线测试机制包括设定待测天线部分的夹持机构的运动方式，以及设定信号处理发生装置控制辅助天线发射的信号的参数。
本发明的微波暗室及相应的天线测试系统，用于远场测试，针对毫米波频段，由于其具有能够保持变量的单一性的辅助天线夹持机构和待测天线夹持机构，可以保证待测天线和辅助天线在测量过程中变化的变量可控，最大程度的保证了测试的单一变量原则及待测天线、辅助天线的稳定。因此，可针对不同的天线板使用，十分方便快捷，且节省空间，同时测量精度更高，并可通过调整不同的结构件可以测量各种形状的天线。
附图说明
图1为本发明的微波暗室的微波箱的箱体示意图。
图2为本发明的微波暗室的辅助天线部分的夹持机构的局部示意图。
图3为本发明的微波暗室的辅助天线部分的夹持机构的整体示意图。
图4为本发明的微波暗室的待测天线部分的夹持机构的整体示意图。
图5为本发明的信号源与频谱分析仪构建的天线测量系统。
图6为本发明的信号源与频谱分析仪构建的天线测量系统的天线测量流程图
图7为本发明的矢量网络分析仪构建的测量系统。
图8为本发明的微波箱天线测试设计图。
图9为本发明的天线测试系统的测试流程图。
附图标记
1 辅助天线部分
2 待测天线部分
3 试验台
4 微波箱
5 喇叭天线
6 伺服电机转台
7 俯仰夹持部
8 长条孔
9 工业三脚架
10 Y位移台
11 X位移台
12 俯仰角位移台
13 丁字型结构件
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
参考图1至图8，该微波暗室，包括微波箱4、辅助天线部分1和待测天线部分2，且所述的辅助天线部分1和待测天线部分2均具有可保持变量单一化的夹持机构，在具体实施例中，表现为，可只改变一种变量，其他可改变的变量均不随该被改变的变量变化(如可改变X方向、Y方向、旋转度和俯仰角变量的情况下，可只改变X方向的位移，其他变量不发生变化，或只改变俯仰角的变化，其他方变量都不发生变化)。且所述的辅助天线部分1和所述的待测天线部分2都设置于箱体内部，微波箱4为一覆盖有吸波材料的微波箱4。
在一种较佳的实施方式中，所述的辅助天线部分1的夹持机构包括底部的工业三脚架9，其上设置有第一伺服电机转台6，所述的第一伺服电机转台6其上设置有俯仰夹持部7。
在一种更佳的实施方式中，所述的辅助天线为一喇叭天线5。
在一种较佳的实施方式中，所述的待测天线部分2的夹持机构夹持待测天线，且所述的辅助天线部分1的夹持机构包括设置于底部的XY位移台，其上设置有伺服电机转台6，且所述的伺服电机转台6其上设置有俯仰角位移台12。
在一种更佳的实施方式中，所述的XY位移台包括两个在水平面上垂直设置的水平位移台，且其中一个水平位移台具有较长运动行程，另一水平位移台具有较短运动行程，且所述的两个水平位移台的线性模组均使用重复定位精度为±0、02mm的精密级丝杠线性模组。
在一种更佳的实施方式中，所述的俯仰角位移台12为俯仰工作范围为±10°的俯仰角位移台12，且所述的俯仰角位移台12上设置有丁字形结构。
在一种较佳的实施方式中，所述的微波箱4的箱体为一铁板箱体，其内侧覆盖有吸波材料，且所述的吸波材料包括直锥材料、地板走道材料、边拐角材料和平板材料，其中，所述的箱体主墙面内侧贴覆所述的直锥材料，各墙面相接处填充边拐角材料，箱体底面靠近主墙面处铺设有地板走道材料，且所述的微波箱4在其长端一侧设置有测试门。
基于上述所述的微波暗室所构成的天线测试系统，其主要特点是，所述的系统还包括一辅助天线和待测天线，该辅助天线安装于所述的辅助天线部分，该待测天线安装于待测天线部分，该天线测试系统还包括信号处理发生装置，其两端分别接所述的辅助天线和待测天线，控制所述的辅助天线发射参数已知的信号，并对待测天线接收到的信号进行分析保存。
在一种较佳的实施方式中，所述的系统还包括一转台控制器，连接至待测天线部分的夹持机构，对待测天线部分的夹持机构的运动进行控制，所述的信号处理发生装置包括信号源、频谱分析仪、主控计算机和低噪声放大器，其中，所述的信号源接辅助天线，控制辅助天线发射参数已知的信号，所述的频谱分析仪通过低噪声放大器接待测天线，由低噪声放大器待测天线接收到的信号进行低噪声放大后，交由所述的频谱分析仪进行相应信号分析，所述的主控计算机分别连接信号源、转台控制器和频谱分析仪，对信号源的输出和转台控制器的输出进行控制，并对所述的频谱分析仪分析获取的分析数据进行保存。
在一种较佳的实施方式中，所述的系统还包括一转台控制器，连接至待测天线部分的夹持机构，对待测天线部分的夹持机构的运动进行控制，所述的信号处理发生装置包括矢量网络分析仪、主控计算机和低噪声放大器，其中，所述的矢量网络分析仪的输出端连接辅助天线，控制辅助天线发射参数已知的信号，所述的矢量网络分析仪的输入端通过低噪声放大器接待测天线，由低噪声放大器待测天线接收到的信号进行低噪声放大后，交由所述的矢量网络分析仪进行相应信号分析，所述的主控计算机分别连接矢量网络分析仪和转台控制器，对矢量网络分析仪的输出端的输出和转台控制器的输出进行控制，并对所述的矢量网络分析仪分析获取的分析数据进行保存。
基于上述天线测试系统实现天线测试的方法，其主要特点是，包括以下步骤：
(1)对所述的系统进行安装上电，将待测天线部分的夹持机构的运动状态归零，并设置该天线测试系统中的相应参数；
(2)控制所述的待测天线部分的夹持机构按一定方式进行运动；
(3)所述的信号处理发生装置控制所述的辅助天线发射参数已知的信号；
(4)所述的待测天线接收信号，并通过所述的信号处理发生装置对接收到的信号进行分析保存，进入步骤(2)。
在一种较佳的实施方式中，该系统实现天线测试的方法基于一天线测试机制，该天线测试机制包括设定待测天线部分的夹持机构的运动方式，以及设定信号处理发生装置控制辅助天线发射的信号的参数。
在一种具体实施例中，本发明的微波暗室包括：
(1)微波箱4设计
请参阅图4，微波箱4的设计尺寸为5000mm×2000mm×2000m，箱体由铁板焊接而成，内部覆盖吸波材料。吸波材料由直锥材料、地板走道材料、边拐角材料和其他平板材料组成。箱体的主墙面用不同高度的直锥材料覆盖，各个墙面相接的地方用边墙材料和拐角材料填充(即边拐角材料)，保证严密粘贴，且不交错。在微波箱4的墙边有一个走道，需要布置地板型吸波材料以便测试人员能够到达。测试门开在长端一侧，方便77GHz测试。
(2)辅助天线部分1
请参阅图2和图3，该辅助天线部分1由三部分组成，分别是底部的工业三脚架9，控制旋转的伺服电机转台6以及上半部分的俯仰夹持部7组成，且辅助天线是喇叭天线5，由所述的俯仰夹持部7所夹持。辅助天线调节机构除了俯仰调节以外，还可以通过底部的伺服电机转台6进行以喇叭天线5口中轴线为旋转轴线的旋转运动，且辅助天线部分1的夹持机构可以夹持不同规格的喇叭天线5。同时通过底部的长条孔8调整上部俯仰夹持部7的前后位置保证了不同规格的喇叭天线5的喇叭口都在转台的中心。
(3)待测天线部分2
待测天线部分2由三部分组成，分别是底部的XY位移台，负责精密旋转的伺服电机转台6级负责精密俯仰运动的俯仰角位移台12。
其中XY位移台由两个水平位移台搭建而成，其中X位移台11具有X方向的较长运动行程，Y位移台10具有Y方向的较短运动行程。线性模组使用精密级丝杠线性模组，其重复定位精度为±0、02mm，使用步进电机进行驱动。
俯仰角位移台12的俯仰范围为±10°，且俯仰角位移台12的上方安装有丁字型结构件13，用于安装待测天线，即天线测试板。
微波暗室的相关应用为在微波暗室中加入相关测量仪器，在微波暗室中加入试验台33，放置测量仪器。构成的测量系统包括两种，一种是信号源加频谱分析仪与微波暗室构建的天线测量系统，一种是矢量网络分析仪与微波暗室构建的天线测量系统。
方案一：信号源+频谱分析仪构建的测量系统
请参阅图5和图6，辅助天线作为发射天线，待测天线作为接收天线，分别置于天线支架和转台上。在初始角度下，计算机通过GPIB电缆或网线对信号发生器(即信号源)进行配置，后者发射信号经电缆传输至辅助天线并由辅助天线辐射出去，待测天线接收信号并将信号经低损耗电缆返回频谱分析仪，信号经预处理后，参数被传输至计算机，并由计算机进行显示，实时绘制天线方向图。此后，计算机控制转台转向下一角度，重复上述步骤。保持发射信号不变，转台转动一圈，即可获得天线的方向性数据。
该方案中，设备参数如下：
信号源型号：8267D，频谱分析仪型号：9030A，测试频率范围：250KHz～31、8GHz，扩展到60GHz～90GHz，最小输出功率电平：-130dBm，最大输出功率电平：＞10dBm@30GHz，接收机灵敏度(1Hz RBW)：-172dBm@1GHZ。扩展到毫米波的灵敏度：(1Hz RBW)：-140dBm。
方案二：应用矢量网络分析仪的测量系统
请参阅图7，应用矢量网络分析仪分析仪测量，只是将方案一中对应的“信号源发射信号”和“频谱分析仪接收信号”更改为“矢网发射信号”和“矢网接收信号”，测量过程的时序不变。与频谱分析仪不同的是，由矢量网络分析仪计算S21参数并传输至主控计算机。
该方案中，设备参数如下：
矢网型号：N5222A，测试频率范围：10MHz～26、5GHz，扩展到60GHz～90GHz，动态范围：＞110dB，测试功能：S参数，24小时范围内系统性能的漂移小于1％。
请参阅图9，在具体实施方式中，进行测量的流程(时域测试)包括以下步骤：
(1)启动测控软件，设置示波器参数、转动参数和发射参数；
(2)启动脉冲信号发生器产生并传输窄脉冲至发射天线，同时发送同步触发信号至取样示波器的触发端；
(3)天线将信号辐射至反射面并变换为平面波传播至待测天线，待测天线接收后经放大器放大后送至取样示波器；
(4)计算机读取示波器数据并保存；
(5)控制机制转台转至下一个待测角度，窄脉冲发生器再次发射窄脉冲及同步信号，重复上述过程，直到完成所有待测角度；
至此完成天线方向图的测量数据获取，可进一步进行计算，并绘制天线方向图。
本发明的微波暗室及相应的天线测试系统，用于远场测试，针对毫米波频段，由于其具有能够保持变量的单一性的辅助天线夹持机构和待测天线夹持机构，可以保证待测天线和辅助天线在测量过程中变化的变量可控，最大程度的保证了测试的单一变量原则及待测天线、辅助天线的稳定。因此，可针对不同的天线板使用，十分方便快捷，且节省空间，同时测量精度更高，并可通过调整不同的结构件可以测量各种形状的天线。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (12)
1.一种微波暗室，其特征在于，包括微波箱、辅助天线部分和待测天线部分，且所述的辅助天线部分和待测天线部分都设置于箱体内部，且均具有运动可控的夹持机构，微波箱为一覆盖有吸波材料的微波箱。
2.根据权利要求1所述的微波暗室，其特征在于，所述的辅助天线部分的夹持机构包括底部的工业三脚架，其上设置有第一伺服电机转台，所述的第一伺服电机转台其上设置有俯仰夹持部。
3.根据权利要求2所述的微波暗室，其特征在于，所述的辅助天线为一喇叭天线。
4.根据权利要求1所述的微波暗室，其特征在于，所述的待测天线部分的夹持机构夹持待测天线，且所述的辅助天线部分的夹持机构包括设置于底部的XY位移台，其上设置有伺服电机转台，且所述的伺服电机转台其上设置有俯仰角位移台。
5.根据权利要求4所述的微波暗室，其特征在于，所述的XY位移台包括两个在水平面上垂直设置的水平位移台，且其中一个水平位移台具有较长运动行程，另一水平位移台具有较短运动行程，且所述的两个水平位移台的线性模组均使用重复定位精度为±0、02mm的精密级丝杠线性模组。
6.根据权利要求4所述的微波暗室，其特征在于，所述的俯仰角位移台为俯仰工作范围为±10°的俯仰角位移台，且所述的俯仰角位移台上设置有丁字形结构。
7.根据权利要求1所述的微波暗室，其特征在于，所述的微波箱的箱体为一铁板箱体，其内侧覆盖有吸波材料，且所述的吸波材料包括直锥材料、地板走道材料、边拐角材料和平板材料，其中，所述的箱体主墙面内侧贴覆所述的直锥材料，各墙面相接处填充边拐角材料，箱体底面靠近主墙面处铺设有地板走道材料，且所述的微波箱在其长端一侧设置有测试门。
8.一种基于权利要求1至7中任一项所述的微波暗室所构成的天线测试系统，其特征在于，所述的系统还包括一辅助天线和待测天线，该辅助天线安装于所述的辅助天线部分，该待测天线安装于待测天线部分，该天线测试系统还包括信号处理发生装置，其两端分别接所述的辅助天线和待测天线，控制所述的辅助天线发射参数已知的信号，并对待测天线接收到的信号进行分析保存。
9.根据权利要求8所述的天线测试系统，其特征在于，所述的系统还包括一转台控制器，连接至待测天线部分的夹持机构，对待测天线部分的夹持机构的运动进行控制；
所述的信号处理发生装置包括信号源、频谱分析仪、主控计算机和低噪声放大器，其中，所述的信号源接辅助天线，控制辅助天线发射参数已知的信号，所述的频谱分析仪通过低噪声放大器接待测天线，由低噪声放大器待测天线接收到的信号进行低噪声放大后，交由所述的频谱分析仪进行相应信号分析，所述的主控计算机分别连接信号源、转台控制器和频谱分析仪，对信号源的输出和转台控制器的输出进行控制，并对所述的频谱分析仪分析获取的分析数据进行保存。
10.根据权利要求8所述的天线测试系统，其特征在于，所述的系统还包括一转台控制器，连接至待测天线部分的夹持机构，对待测天线部分的夹持机构的运动进行控制；
所述的信号处理发生装置包括矢量网络分析仪、主控计算机和低噪声放大器，其中，所述的矢量网络分析仪的输出端连接辅助天线，控制辅助天线发射参数已知的信号，所述的矢量网络分析仪的输入端通过低噪声放大器接待测天线，由低噪声放大器待测天线接收到的信号进行低噪声放大后，交由所述的矢量网络分析仪进行相应信号分析，所述的主控计算机分别连接矢量网络分析仪和转台控制器，对矢量网络分析仪的输出端的输出和转台控制器的输出进行控制，并对所述的矢量网络分析仪分析获取的分析数据进行保存。
11.一种基于权利要求8中所述的天线测试系统实现天线测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对所述的系统进行安装上电，将待测天线部分的夹持机构的运动状态归零，并设置该天线测试系统中的相应参数；
(2)控制所述的待测天线部分的夹持机构按一定方式进行运动；
(3)所述的信号处理发生装置控制所述的辅助天线发射参数已知的信号；
(4)所述的待测天线接收信号，并通过所述的信号处理发生装置对接收到的信号进行分析保存，进入步骤(2)。
12.根据权利要求11所述的天线测试系统实现天线测试的方法，其特征在于，该系统实现天线测试的方法基于一天线测试机制，该天线测试机制包括设定待测天线部分的夹持机构的运动方式，以及设定信号处理发生装置控制辅助天线发射的信号的参数。
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