CN111175583A - 一种高速高精桌面式小型近场测试仪 - Google Patents

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Abstract

本发明属于天线测试技术领域，具体涉及一种高速高精桌面式小型近场测试仪，包括光学平台、二维十字扫描机构、测试探头、控制箱、两维高精度调整转台、天线安装支架、平行度检测仪、控制终端和终端调整机构，两维高精度转台和二维十字机构前后平行间隔设置在光学平台上，在两维高精度调整转台的后部设有天线安装支架，测试探头与天线安装支架相对设置，测试探头通过二维十字扫描机构能够上下、左右移动扫描，控制终端通过终端调整机构与光学平台活动连接，控制终端和控制箱之间、控制箱与二维十字扫描机构的驱动元件之间通过线路或无线信号连接，整个测试仪系统集成在光学平台上，实现了高精度、高速测试、重复定位精度高、噪音低。

Description

一种高速高精桌面式小型近场测试仪
技术领域
本发明涉及天线测试技术领域，具体涉及一种高速高精桌面式小型近场测试仪。
背景技术
随着航空航天技术的迅猛发展，对于机载、弹载、星载天线的性能要求越来越高，天线特性参数测量是天线设计的重要环节，天线特性参数测量有多种方法，目前主要的方法包括三大类：天线的远场测量、天线的紧缩场测量、天线的近场测量，其中，天线的近场测量主要分为：平面近场、柱面近场和球面近场。
影响天线平面近场测量精度的误差源较多，但影响最大的误差项来源于近场测试仪自身的精度，尤其对毫米波、钛赫兹天线的测量，提高近场测试仪的精度至关重要，同时由于相控阵技术的不断发展，需要测试分析的天线单元数目愈来愈多，测试效率也成为制约天线研制的重要问题，提高测试效率通用的方式为提高扫描速度，因此高速性能也成为近场测试仪研究关注的重点。
目前，国内外近场测试仪所采用的传动形式多为传统的“旋转电机+滚珠丝杠或齿轮齿条”形式，这种形式需要减速机、联轴器等中间传递环节，存在反向间隙、噪音大、结构复杂等缺点，兼之传动元件的精度受制造成本影响难以提高，使得系统无法满足高精度、高速度的需求。
另外，国内外小型近场测试仪以倒“T”型结构为主，近场测试仪与被测天线之间多为分别独立安装，近场测试仪与被测天线之间的平行度是重要的调整指标，但受限于测量调整设备，调试复杂，精度更难以保证。
发明内容
为了解决背景技术中问题，本发明公开一种高速高精桌面式小型近场测试仪，包括整合在同一平台的二维十字扫描机构和两维高精度调整转台，二维十字扫描机构由直线电机驱动且通过磁栅位移传感器定位，测试精度高、速度高、调试方便。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：
一种高速高精桌面式小型近场测试仪，所述近场测试仪包括二维十字扫描机构和测试承载机构，测试承载机构、二维十字扫描机构前后平行间隔设置，测试承载机构包括两维高精度调整转台和设置在两维高精度调整转台的上部用于安装被测天线的天线安装支架，二维十字扫描机构包括水平设置的水平基座和竖直设置的垂向立柱，在水平基座上沿其长度方向设有水平导轨副，水平基座和垂向立柱之间通过L形转接板连接，转接板水平段的底部与水平导轨副滑块滑动连接，垂向立柱的后侧面与转接板的竖直段固定连接，在垂向立柱的左右侧面上沿其长度方向设有垂向导轨副，垂向导轨副包括垂向导轨和垂向滑块，在垂向滑块的前端安装有测试探头，测试探头与天线安装支架相对设置，在天线安装支架的一测设有平行度检测仪，平行度检测仪通过定位面安装的方式使镜与待测天线的轴线平行。
进一步的，所述近场测试仪还包括光学平台，光学平台包括水平设置的台面和台面底部四角垂直设置的支腿，两维高精度调整转台与二维十字扫描机构前后平行间隔设置在光学平台的台面上，二维十字扫描机构的水平基座平行设置在光学平台台面的上方，水平基座左右两端通过竖直设置的支撑柱与光学平台的台面固定连接。
进一步的，所述近场测试仪还包括控制机构，控制机构包括控制箱、控制终端和终端调整机构，控制终端通过终端调整机构与光学平台活动连接，控制箱设置在光学平台台面的下方，垂向滑块和转接板分别由直线电机驱动沿对应的导轨滑动，在垂向滑块和转接板上分别设置有磁栅位移传感器，控制终端和控制箱之间、控制箱与直线电机之间、控制箱与两个磁栅位移传感器之间分别通过线路或无线信号连接。
进一步的，两维高精度调整转台通过支架设置在光学平台台面中部的上方，两维高精度调整转台包括方位转台和俯仰转台。
进一步的，在垂向导轨和垂向滑块之间设置有电动钳制器。
进一步的，终端调整机构包括大臂、扭头和小臂，扭头的一端通过竖直设置的转轴与大臂转动连接，扭头的另一端通过水平设置的转轴与小臂转动连接，大臂的另一端通过竖直设置的转轴与固定在光学平台台面右侧的固定座转动连接，小臂的另一端设有用于固定控制终端的安装座，控制终端与安装座可拆卸连接。
进一步的，控制终端是笔记本电脑。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用十字形的二维十字扫描机构代替现有倒“T”型结构，便于实现轻量化，直线电机直接驱动代替传统的齿轮齿条、丝杠传动，测试精度高达0.02mm、重复定位精度<0.02mm、速度高噪音低，被测天线与平行度检测仪间的平行度可调，可实现快速的安装调试，垂向通过设置有电控钳制器起到抱闸作用可防止断电等引起的安全性问题，省掉了配重设备，系统的可靠性更高，且测试仪独立集成，便于移动。
附图说明
图1是本发明的结构示意图一；
图2是本发明的结构示意图二；
图3是本发明的结构示意图三；
图4是本发明中的终端调整机构的结构示意图；
上述图中：1-光学平台；2-控制机构；2.1-控制终端；2.2-终端调整机构；2.21-安装座；2.22-小臂；2.23-扭头；2.24-大臂；2.25-固定座；2.3-控制箱；3-二维十字扫描机构；3.1-水平基座；3.2-垂向立柱；3.3-测试探头；3.4-转接板；3.5-支撑柱；3.6-电动钳制器；4-测试承载机构；4.1-两维高精度调整转台；4.2-支架；4.3-平行度检测仪；4.4-被测天线；4.5-天线安装支架。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
结合附图1-4详细阐述本发明一种高速高精桌面式小型近场测试仪，所述近场测试仪包括二维十字扫描机构3和测试承载机构4，测试承载机构4、二维十字扫描机构3前后平行间隔设置，测试承载机构4包括两维高精度调整转台4.1和设置在两维高精度调整转台4.1的上部用于安装被测天线4.4的天线安装支架4.5，二维十字扫描机构3包括水平设置的水平基座3.1和竖直设置的垂向立柱3.2，在水平基座3.1上沿其长度方向设有水平导轨副，水平基座3.1和垂向立柱3.2之间通过L形的转接板3.4连接，转接板3.4水平段的底部与水平导轨副的滑块滑动连接，转接板3.4能够沿水平基座3.1上的水平导轨副左右移动，垂向立柱3.2的后侧面与转接板3.4的竖直段固定连接，在垂向立柱3.2的左右侧面上沿其长度方向设有垂向导轨副，垂向导轨副包括垂向导轨和垂向滑块，垂向滑块能够沿垂向立柱3.2上的垂向导轨副上下移动，在垂向滑块的前端安装有测试探头3.3，测试探头3.3在二维十字扫描机构3的作用下能够上下左右移动扫描，测试探头3.3与天线安装支架4.5相对设置，在天线安装支架4.5的一测设有平行度检测仪4.3，平行度检测仪4.3通过其定位面安装，使平行度检测仪4.3的目镜与待测天线的轴线平行。
所述近场测试仪还包括光学平台1，光学平台1包括水平设置的台面和台面底部四角垂直设置的支腿，两维高精度调整转台4.1与二维十字扫描机构3前后平行间隔设置在光学平台1的台面上，二维十字扫描机构3的水平基座3.1平行设置在光学平台1台面的上方，水平基座3.1左右两端通过竖直设置的支撑柱3.5与光学平台1的台面固定连接。
所述近场测试仪还包括控制机构2，控制机构2包括控制箱2.3、控制终端2.1和终端调整机构2.2，控制终端2.1通过终端调整机构2.2与光学平台1活动连接，控制箱2.3设置在光学平台1台面的下方，垂向滑块和转接板3.4分别由直线电机驱动沿对应的导轨滑动，在垂向滑块和转接板3.4上分别设置有磁栅位移传感器，控制终端2.1和控制箱2.3之间、控制箱2.3与直线电机之间、控制箱2.3与两个磁栅位移传感器之间分别通过线路或无线信号连接，两个磁栅位移传感器分别将垂向滑块和转接板3.4位移信息传送给控制箱2.3，控制箱2.3根据接收到的位移信息发送运动指令给直线电机的驱动器，精准的控制垂向滑块和转接板3.4的运动位移，从而实现精准控制测试探头3.3沿X、Y两轴的高精度移动扫描。
两维高精度调整转台4.1通过支架4.2设置在光学平台1台面中部的上方，两维高精度调整转台4.1包括方位转台和俯仰转台，方位转台和俯仰转台分别采用蜗轮蜗杆结构，具有手动调整旋钮及刻度显示，可以方便的进行角度调，两维高精度调整转台4.1是现有技术，在此不做赘述。
在垂向滑块和垂向导轨副之间设置有电动钳制器3.6，控制终端2.1控制电动钳制器3.6起到抱闸作用，防止断电引起测试探头4因重力下落。
终端调整机构2.2包括大臂2.24、扭头2.23和小臂2.22，扭头2.23的一端通过竖直设置的转轴与大臂2.24转动连接，扭头2.23能够相对大臂2.24在水平面上转动，扭头2.23的另一端通过水平设置的转轴与小臂2.22转动连接，小臂2.22能够相对扭头2.23在竖直面上转动，大臂2.24的另一端通过竖直设置的转轴与固定在光学平台1台面右侧面的固定座2.25转动连接，大臂2.24能够相对光学平台1的台面在水平面上转动，小臂2.22的另一端设有用于固定控制终端2.1的安装座2.21，控制终端2.1与安装座2.21可拆卸连接，可以根据测试需要调整控制终端2.1相对光学平台1台面的相对位置，控制终端2.1是笔记本电脑或其他终端设备。
平行度检测仪工作原理：
平行度检测仪4.3以自准直测量法为基础，平行度检测仪4.3以磁力吸附在参考工件表面进行检测，由激光作为检测光源，指向性好，亮度强，利用分束镜产生两束分别射向参考工件和被检工件表面的检测光束，通过目视两个自准直像的相对位置指导被测工件的姿态调整，检测步骤大致分为三步：固定、初调和精调，初调中，无需使用目视接收器，直接使用高亮度激光初调，方便快捷；精调中，使用目视接收器，通过看到的两个像点相对位置，来指导精调，操作直观。
本发明的工作过程如下：
先将平行度检测仪4.3通过定位面快速安装在天线安装支架4.5的左测，再将被测天线4.4安装在天线安装支架4.5上，平行度检测仪4.3采用自准直测量法，利用分束镜产生两束分别射向参考工件和被检工件表面，通过目视调整被测天线4.4与平行度检测仪4.3的平行度，通过平行度检测仪4.3进行平行度观测，同时利用两维高精度调整转台4.1进行平行度调整，当光斑重合后即平行度满足要求，即保证被测天线4.4与二维十字扫描机构3前端的测试探头3.3的扫描面平行，控制终端2.1通过控制箱2.3控制直线电机，在直线电机的驱动下二维十字扫描机构3的转接板3.4沿水平基座3.1上水平导轨副左右滑动，垂向滑块沿垂向立柱3.2侧面的垂向导轨副上下滑动，实现测试探头3.3在X、Y两轴的高精度移动扫描，扫描的范围通常比对被测天线4.4的阵面大，实现对被测天线4.4整个阵面的覆盖检测，测试完成后，在控制终端2控制下保证电控钳制器3.6在断电时起到抱闸作用抱紧垂向导轨副，防止测试探头3.3因重力而下落。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
本发明中，属于“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (9)

1.一种高速高精桌面式小型近场测试仪，其特征在于，所述近场测试仪包括：
二维十字扫描机构(3)和与所述二维十字扫描机构(3)相对设置的测试承载机构(4)；
所述二维十字扫描机构(3)包括水平设置的水平基座(3.1)、竖直设置的垂向立柱(3.2)和能够沿着固定在所述水平基座(3.1)上的水平导轨副滑块上滑动的L型转接板(3.4)；所述垂向立柱(3.2)竖向固定在所述转接板(3.4)上，并能够随着所述转接板(3.4)而水平移动；所述垂向立柱(3.2)上沿其长度方向设有垂向导轨副，在垂向导轨副上设有对应的垂向滑块，所述垂向滑块上安装有测试探头(3.3)；
所述测试承载机构(4)包括两维高精度调整转台(4.1)和设置在两维高精度调整转台(4.1)的上部用于安装被测天线(4.4)的天线安装支架(4.5)；在天线安装支架(4.5)的一侧设有平行度检测仪(4.3)，平行度检测仪(4.3)的目镜与被测天线(4.4)的轴线平行。
2.根据权利要求1所述一种高速高精桌面式小型近场测试仪，其特征在于，所述近场测试仪还包括:
光学平台(1)；
所述两维高精度调整转台(4.1)与二维十字扫描机构(3)前后相对设置在光学平台(1)的台面上。
3.根据权利要求2所述一种高速高精桌面式小型近场测试仪，其特征在于，所述近场测试仪还包括：
控制机构(2)；
所述控制机构(2)包括控制箱(2.3)、控制终端(2.1)和终端调整机构(2.2)；
所述控制终端(2.1)通过终端调整机构(2.2)与所述光学平台(1)活动连接，所述控制箱(2.3)固定在光学平台(1)台面的下方；
所述控制箱(2.3)通过有线或无线方式分别与所述控制终端(2.1)、二维十字扫描机构的驱动元件直线电机连接。
4.根据权利要求3所述一种高速高精桌面式小型近场测试仪，其特征在于，
在所述水平导轨副和垂向导轨副上分别设置有磁栅位移传感器；
所述磁栅位移传感器与所述控制箱(2.3)之间通过有线或无线方式连接。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种高速高精桌面式小型近场测试仪，其特征在于，所述两维高精度调整转台(4.1)通过支架(4.2)设置在光学平台(1)台面中部的上方。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种高速高精桌面式小型近场测试仪，其特征在于，所述两维高精度调整转台(4.1)包括方位转台和俯仰转台。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种高速高精桌面式小型近场测试仪，其特征在于，
在垂向导轨和垂向滑块之间设置有电动钳制器(3.6)。
8.根据权利要求3所述一种高速高精桌面式小型近场测试仪，其特征在于，
所述终端调整机构(2.2)包括大臂(2.24)、扭头(2.23)和小臂(2.22)；所述扭头(2.23)的两端分别通过转轴与大臂(2.24)和小臂(2.22)转动连接，所述大臂(2.24)的另一端通过与固定在光学平台(1)上的固定座(2.25)转动连接，所述小臂(2.22)的另一端设有用于固定控制终端(2.1)的安装座(2.21)，所述控制终端(2.1)与安装座(2.21)可拆卸连接。
9.根据权利要求3所述一种高速高精桌面式小型近场测试仪，其特征在于，所述控制终端(2.1)是笔记本电脑。
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