CN108254629A - 一种天线效率测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种天线效率测量装置。包括水平转台、第一水平导轨、第一平台、第二水平导轨、第二平台、支柱、极化转盘、方位角旋转电机、极化角旋转电机，水平转台中央为方位角旋转电机驱动的转子，转轴垂直于地面；第一水平导轨的底部与转子顶面固定连接；第一平台底部与第一水平导轨滑动接触，第一平台顶部与第二水平导轨的底部固定连接；第一水平导轨和第二水平导轨的方向互相垂直；第二平台底部与第二水平导轨滑动接触；支柱垂直地安装在所述第二平台顶部；极化转盘通过水平轴向的轴承安装在所述支柱的顶部，由极化角旋转电机驱动。所述支柱的材料为聚四氟乙烯。本发明解决金属支架对测量结果影响大且无法实现天线方向图全方位测量的问题。

Description

一种天线效率测量装置

技术领域

本申请涉及电磁场技术领域，尤其涉及一种用于天线测量的装置。

背景技术

天线效率是天线非常重要的一个参数，也是移动通信、卫星通信链路质量、对地观测、雷达作用距离、混响室性能等诸多测量中使用的一个关键参数。虽然天线效率是一个重要的参数，但是世界范围内天线效率测量结果的溯源还没有有效途径，英国国家物理实验室(NPL)、美国国家标准技术研究所(NIST)等国际一流校准实验室均未把天线效率溯源作为标准的服务项目，没有给出测量不确定度的分析和结果准确性的说明，难以保证天线效率测量结果的量值统一。

天线效率用于评价天线将输入功率辐射到自由空间中的能力，在IEEE std.145-2013“IEEE Standard for Definitions of Terms for Antennas”中天线效率定义为天线辐射功率与输入净功率的比值。由于天线辐射功率与输入净功率均不易直接测量，因此直接由天线效率定义进行天线效率测量的方法并不好用，而使用一些其它的方法。针对天线效率的测量目前有方向图综合法等方法，这些方法在实际实施时均存在一定的问题。

方向图综合法是在微波暗室中进行，它是基于天线的方向性系数开展测量的方法，原理上以测量天线的方向图为基础，获取空间各点的辐射功率，通过计算得到天线的效率。这种方法思路是清晰的，然而在实际操作过程中，由于天线定位误差的问题，使得测量结果的重复性变差，此外，目前国内使用的天线测量转台基本上是金属结构，对电磁波的传播有很大的影响，也影响到了测量结果的准确性。

发明内容

为了满足高准确度天线效率的测量需求，本发明提出了一种天线效率测量装置。

本申请提出一种天线效率测量装置，包括水平转台、第一水平导轨、第一平台、第二水平导轨、第二平台、支柱、极化转盘、方位角旋转电机、极化角旋转电机，所述水平转台中央为所述方位角旋转电机驱动的转子，转轴垂直于地面；所述第一水平导轨的底部与所述转子的顶面固定连接；所述第一平台底部与所述第一水平导轨滑动接触，所述第一平台顶部与所述第二水平导轨的底部固定连接；所述第一水平导轨和所述第二水平导轨的方向互相垂直；所述第二平台底部与所述第二水平导轨滑动接触；所述支柱垂直地安装在所述第二平台顶部；所述极化转盘通过水平轴向的轴承安装在所述支柱的顶部，由极化角旋转电机驱动。

优选地，所述天线效率测量装置，还包括传动齿轮、传送带，所述极化角旋转电机安装在所述支柱的底部，通过传送带、传动齿轮与所述轴承构成的传动机构，驱动所述极化转盘旋转；所述支柱为中空的柱体，所述传送带、传送齿轮与所述轴承构成的传动机构位于支柱内部。

进一步优选地，所述第二平台顶部用于固定支柱的位置，包含一箱体，用于容纳所述极化角旋转电机。

在本发明进一步优化的实施例中，所述天线效率测量装置还包含长导轨，所述长导轨固定安装于地面基准；所述水平转台包含底座，所述底座的底面与所述长导轨滑动接触。

在本发明进一步优化的实施例中，所述第一水平导轨端部包含第一平动电机，用于驱动所述第一平台沿第一水平导轨滑动，和/或，所述第二水平导轨端部包含第二平动电机，用于驱动所述第二平台沿第二水平导轨滑动。

优选地，所述极化转盘的中心包含同轴线旋转关节。

优选地，所述支柱的材料为聚四氟乙烯。

优选地，所述轴承距离地面的高度为1.6米。

优选地，所述第一水平导轨、第一平台、第二水平导轨、第二平台覆盖吸波材料。

优选地，所述支柱为内径100mm、外径115mm的中空杆。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

该装置采用低反射介质支架，具有前后平移、左右平移、极化、方位四个维度移动的机械装置，能够保证天线在测量过程中的准确定位，并能够保证天线支架对电磁场影响较小。该装置在微波暗室中能够实现1GHz～40GHz频段(或更宽频段)天线的天线效率准确测量，借助激光定位设备可以解决传统支架的定位溯源问题，介质支架的使用可以解决金属支架对测量结果影响较大并且无法实现天线方向图360度全方位测量的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为机架整体轴侧图；

图2为极化轴剖视图；

图3为直线长导轨结构示意图；

图4为水平转台结构示意图；

图5为水平导轨结构示意图；

图6为支柱结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本发明涉及一种用于天线效率测量的装置，特别是设计一种可以在直线导轨上移动的低散射、多维度接收天线支架，可以完成天线的天线效率参数测量。

本发明主要的创新点为：设计并实现了能够在直线长导轨上滑动的天线效率测量装置，实现了天线效率测量过程中接收天线移动的准确定位，实现了天线360度全方位信息采集；设计并实现了一种低介电、低损耗材料的介质支杆，可以大幅度降低天线支杆对测量结果的影响。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为机架整体轴侧图。本申请提出一种天线效率测量装置，包括水平转台20、第一水平导轨30、第一平台(31，图1中未示出)、第二水平导轨40、第二平台(41，图1中未示出)、支柱60、极化转盘80、方位角旋转电机、极化角旋转电机，所述水平转台中央为所述方位角旋转电机驱动的转子，转轴垂直于地面；所述第一水平导轨的底部与所述转子的顶面固定连接；所述第一平台底部与所述第一水平导轨滑动接触，所述第一平台顶部与所述第二水平导轨的底部固定连接；所述第一水平导轨和所述第二水平导轨的方向互相垂直；所述第二平台底部与所述第二水平导轨滑动接触；所述支柱垂直地安装在所述第二平台顶部；所述极化转盘通过水平轴向的轴承(81，图1中未示出)安装在所述支柱的顶部，由极化角旋转电机驱动。

在本发明进一步优化的实施例中，所述天线效率测量装置还包含长导轨10，所述长导轨固定安装于地面基准。所述水平转台底部与所述长导轨滑动接触。

在本发明的实施例中，所述支柱的顶部包含极化转台70，为可分离的柱状体，用于容纳所述轴承。所述轴承安装在水平相对的耳片结构上，并从所述极化转台的侧面穿出，端部于所述极化转盘的中心固定连接。所述轴承为中空的管状结构，内部容纳馈电同轴线。

在本发明的实施例中，所述极化转盘的中心包含同轴线旋转关节。

在本发明的实施例中，所述支柱的材料为聚四氟乙烯。

在本发明的实施例中，所述第一水平导轨、第一平台、第二水平导轨、第二平台覆盖吸波材料。吸波材料的支撑板采用聚碳酸酯板，长宽为1.2m×1.7m，厚度为10mm。吸波材料减少金属转台及导轨的反射影响。

本发明实施例所述的用于天线效率测量的装置，整体安装于微波暗室中，还包含被测天线夹具、控制系统、矢量网络分析仪等部分。测量装置可实现支架整体大范围移动，特别具有使被测天线方位、极化、二维平动精密定位等功能，控制系统在暗室外中控室内实现对支架的手动/自动控制，矢量网络分析仪实现微波信号的发射与接收。

图2为极化轴剖视图。优选地，所述天线效率测量装置，还包括传动齿轮91、传送带92，所述极化角旋转电机93安装在所述支柱的底部，通过传送带、传动齿轮与所述轴承81构成的传动机构，驱动所述极化转盘旋转。

通过极化角旋转电机，精密转台极化轴极化角度定位精度±0.1°。

在本发明的实施例中，所述支柱为中空的柱体，所述传送带、传送齿轮与所述轴承构成的传动机构位于支柱内部。

在本发明的实施例中，所述第二平台顶部用于固定支柱的位置，包含一箱体50，用于容纳所述极化角旋转电机。

在本发明的实施例中，所述箱体的外表面被吸波材料包围。

所述水平转台中央为所述方位角旋转电机驱动的转子22，轴向与底面垂直；所述水平转台包含底座21，所述底座的底面包含限制机构，用于容纳所述长导轨，并与所述长导轨滑动接触。

图3为直线长导轨结构示意图。在本发明的实施例中，所述长导轨与地面基准平台的用螺栓连接，所述长导轨在所述地面基准平台的端面处不采用齐头安装，而是一端突出，另一端缩进。

在本发明的实施例中，直线长导轨总长度11米，总体承重不小于200公斤，总体高度不高于260毫米。

图4为水平转台结构示意图。所述水平转台，包含底座21、转子22、定子23。所述水平转台中央为所述方位角旋转电机驱动的转子，转轴垂直于地面。底座的底部包含限制机构，用于容纳长导轨10，并与所述长导轨滑动接触。底座方位台面负载重量50kg，方位角度定位精度±0.1°。

图5为水平导轨结构示意图。在本发明进一步优化的实施例中，所述第一水平导轨端部包含第一平动电机32，用于驱动所述第一平台31沿第一水平导轨滑动；所述第二水平导轨端部包含第二平动电机42，用于驱动所述第二平台41沿第二水平导轨滑动。作为本发明优化的实施例，所述第一水平导轨、第二水平导轨的水平承载力50kg。精密水平导轨(二维)平动定位精度0.1mm。

作为本发明简化的实施例，仅包含第一平动电机、或仅包含第二平动电机。

图5所示实施例中的水平导轨结构，未包含吸波材料。所述第一水平导轨或第二水平导轨用于图1的机架整体结构中时，首先用板材覆盖，作为吸波材料的支撑板；支撑板的外表面用吸波材料覆盖。

图6为支柱结构示意图。非金属支撑杆要求采用低介电常数、低损耗材料，中空型式，确保不出现滑动、倾斜、翻倒等现象。，所述支柱采用聚四氟乙烯(PTFE)材料，为内径100mm、外径115mm，高度0.822m的中空杆。支架塔顶所有配件同时也为均为非金属材质，包括齿轮、轴承等内部件。

需要说明的是，由于暗室本身空间限制，加上地面已经铺设有高度253.5mm轨道，因此设计的转台及滑台部分尽量做低，非金属杆下面部分距地面60～70cm左右，非金属杆+极化轴高度为0.9m，所述轴承距离地面的高度为1.6米。确保架设在极化轴上的被测天线距地面高度1.6m。

极化台面负载重量20kg，非金属支架要求采用低介电、低损耗材料，中空型式，确保不出现滑动、倾斜、翻倒等现象。

作为本发明进一步优化的实施例，支架塔顶所有配件同时也为均为非金属材质，包括齿轮、轴承等内部件。

需要说明的是，按照本发明最佳实施例的设计精度，所述水平转台为精密转台、所述水平导轨为精密水平导轨。根据天线效率测量接收天线可能的尺寸与重量，结合几何定位精度要求，方位精度采用伺服闭环控制方式实现，极化精度采用齿轮+传送带并由光栅盘反馈控制确保精度。平动精度选用高精度直线导轨实现。

所述天线效率测量装置控制电路采用精密电机、控制器、驱动器、电源以及控制卡来实现手动/自动控制。其中，控制器可以调节水平转台、极化角旋转电机、水平导轨上第一平台、第二平台的速度；驱动器可以调节电机电流和细分数。为尽量避免暗室内金属物品对天线电磁参数测量的影响，对支架的四维运动精密定位的自动控制系统拟采用放在10米外的中控室内，控制电缆全部用线槽整理，控制方式采用中控计算机通过RS232/USB/LAN等其中之一方式实现。

通过计算机上的程序调用相应函数，发送相应的串口指令，来实现对4轴的运动自动控制。控制命令分别对应方位旋转、平行前后平移、垂直左右平移、极化旋转四轴。移动速度的控制、方位旋转、平行前后平移、垂直左右平移、极化旋转四轴等方面。

需要说明的是，本发明提出了一种天线的天线效率测量装置。与国内现有的天线测量系统相比，采用了非金属支杆，避免了金属支杆对电磁场测量的影响，可以实现方位、极化360度全方位的测量，角度定位精度±0.1°，平动定位精度0.1mm，除了可实现天线增益、方向图参数的测量外，还可以实现天线的天线效率参数测量，从而解决目前国内天线效率参数测量与溯源问题，为移动通信、卫星通信链路质量、对地观测、雷达作用距离、混响室性能等诸多测量应用的发展提供依据。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种天线效率测量装置，其特征在于，包括水平转台、第一水平导轨、第一平台、第二水平导轨、第二平台、支柱、极化转盘、方位角旋转电机、极化角旋转电机，

所述水平转台中央为所述方位角旋转电机驱动的转子，转轴垂直于地面；

所述第一水平导轨的底部与所述转子的顶面固定连接；所述第一平台底部与所述第一水平导轨滑动接触，所述第一平台顶部与所述第二水平导轨的底部固定连接；所述第一水平导轨和所述第二水平导轨的方向互相垂直；所述第二平台底部与所述第二水平导轨滑动接触；

所述支柱垂直地安装在所述第二平台顶部；所述极化转盘通过水平轴向的轴承安装在所述支柱的顶部，由极化角旋转电机驱动。

2.如权利要求1所述天线效率测量装置，其特征在于，还包括传动齿轮、传送带，

所述极化角旋转电机安装在所述支柱的底部，通过传送带、传动齿轮与所述轴承构成的传动机构，驱动所述极化转盘旋转；

所述支柱为中空的柱体，所述传送带、传送齿轮与所述轴承构成的传动机构位于支柱内部。

3.如权利要求1所述天线效率测量装置，其特征在于，所述第二平台顶部用于固定支柱的位置，包含一箱体，用于容纳所述极化角旋转电机。

4.如权利要求1所述天线效率测量装置，其特征在于，还包含长导轨，所述长导轨固定安装于地面基准；所述水平转台包含底座，所述底座的底面与所述长导轨滑动接触。

5.如权利要求1～4任意一项所述天线效率测量装置，其特征在于，

所述第一水平导轨端部包含第一平动电机，用于驱动所述第一平台沿第一水平导轨滑动，和/或

所述第二水平导轨端部包含第二平动电机，用于驱动所述第二平台沿第二水平导轨滑动。

6.如权利要求1～4任意一项所述天线效率测量装置，其特征在于，

所述支柱的材料为聚四氟乙烯。

7.如权利要求1～4任意一项所述天线效率测量装置，其特征在于，所述轴承距离地面的高度为1.6米。

8.如权利要求1～4任意一项所述天线效率测量装置，其特征在于，所述第一水平导轨、第一平台、第二水平导轨、第二平台覆盖吸波材料。

9.如权利要求1～4任意一项所述天线效率测量装置，其特征在于，所述支柱为内径100mm、外径115mm的中空杆。

10.如权利要求1～4任意一项所述天线效率测量装置，其特征在于，所述极化转盘的中心包含同轴线旋转关节。