CN113176454A - 一种反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统及方法。系统包括矢量网络分析仪、太赫兹发射天线、反射式太赫兹液晶相控阵面、太赫兹接收天线、机器人端拾器、主控计算机。矢量网络分析仪发出毫米波信号，毫米波信号经第一扩频模块放大倍频到太赫兹频段，并经太赫兹发射天线照射至反射式太赫兹液晶相控阵面，反射式太赫兹液晶相控阵面将接收到的太赫兹信号反射出去，太赫兹接收天线安装在机器人端拾器上，并接收反射式太赫兹液晶相控阵面反射出的太赫兹信号，经第二扩频模块降频至毫米波频段，传递给矢量网络分析仪计算参数并传递给主控计算机。本发明实现了反射式太赫兹液晶相控阵面的远场测试，同时具有成本低廉、测试效率高的优点。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹天线测试技术领域，特别是一种反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统及方法。
背景技术
太赫兹频段在0.1-10THz之间，相比于微波毫米波，太赫兹波具有高达数百Gbps甚至Tbps数据传输速率、低延时、人体无害、高分辨率等特性，在6G通信、成像、雷达等领域具有广泛的应用前景。片上天线是基于传统固态相控阵架构实现太赫兹波束扫描的技术方案，由于天线与有源器件直接集成，其辐射效率较低，且目前片上天线并未实现大规模集成。为实现太赫兹频段的波束扫描，基于可调谐材料的可编程超表面技术得到了广泛的关注。典型的可调谐材料有温控二氧化钒、压控液晶、压控石墨烯、磁控铁氧体等。其中，基于压控液晶材料的相控阵在成本、实现难度上具有明显的优势，是实现太赫兹相控阵天线较好的方式。由于太赫兹相控阵天线损耗大。尺寸小，常规天线的测试方式并不适用。
据相关资料显示，国内外对太赫兹测试系统的研究较少。2017年天津大学安文星公开了中国专利：201710724508.X，一种太赫兹天线平面近场测量系统，该方法通过二维平面机械扫描支架的移动来接收待测天线发出的太赫兹信号，因太赫兹相控阵天线单元间距极窄，对平面机械扫描支架的移动精度要求较高，且要求待测天线具备发射功能，并不适用于反射式太赫兹液晶相控阵面的测试。2019年苏州特拉芯光电技术有限公司张宇公开了中国专利：201910596911.8，一种基于电扫天线的太赫兹紧缩场测试系统，该方法虽可实现对待测目标的测试，但是需要借助太赫兹电扫天线的配合，势必对电扫天线的口径要求较大，大大增加了测试成本。2018年苏州特拉芯光电技术有限公司张宇公开了中国专利：201810918444.1，一种太赫兹天线机器人近场三合一测试系统，该方法将待测天线和标准天线安装在两个机器人上，并通过两个机器人的配合完成天线测试，该测试系统过程复杂，且考虑到太赫兹信号在空气传播中较大损耗，但是该方法的可行性仍需验证，同样，该测试系统要求待测天线具备发射功能，并不适用于反射式太赫兹液晶相控阵面的测试。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可行性强、成本低廉、测试效率高的反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统，包括矢量网络分析仪、第一扩频模块、太赫兹发射天线、反射式太赫兹液晶相控阵面、调压装置、天线测试固定架、太赫兹接收天线、第二扩频模块、机器人端拾器、主控计算机；其中，
矢量网络分析仪发出毫米波信号，毫米波信号经第一扩频模块放大倍频到太赫兹频段，该太赫兹信号经太赫兹发射天线照射至反射式太赫兹液晶相控阵面，调压装置用于控制反射式太赫兹液晶相控阵面，反射式太赫兹液晶相控阵面将接收到的太赫兹信号反射出去，太赫兹接收天线安装在机器人端拾器上，并通过机器人的运动接收反射式太赫兹液晶相控阵面反射出的太赫兹信号，经第二扩频模块降频至毫米波频段，并传递给矢量网络分析仪，矢量网络分析仪计算参数并传递给主控计算机。
进一步地，所述第一扩频模块、太赫兹发射天线、反射式太赫兹液晶相控阵面均安装至天线测试固定架上。
进一步地，所述反射式太赫兹液晶相控阵面接收调压装置的控制，将固定太赫兹信号调制出不同角度的太赫兹信号反射出去。
进一步地，所述第一扩频模块与太赫兹发射天线之间、第二扩频模块与太赫兹接收天线之间，均通过短波导进行连接。
进一步地，所述机器人端拾器上安装有激光定位器，以获得太赫兹接收天线的位置数据。
进一步地，所述主控计算机安装有测试软件，该测试软件用于自由配置太赫兹发射天线与反射式太赫兹液晶相控阵面的位置信息，并实时接收机器人控制下的太赫兹接收天线的位置信息，结合矢量网络分析仪传送的数据，完成反射式太赫兹液晶相控阵面的远场测试，得到测试天线远场方向图。
进一步地，所述机器人端拾器为六自由度机器人的端拾器。
一种反射式太赫兹液晶相控阵面测试方法，具体如下：
矢量网络分析仪发出毫米波信号，毫米波信号经第一扩频模块放大倍频到太赫兹频段，该太赫兹信号经太赫兹发射天线照射至反射式太赫兹液晶相控阵面，调压装置用于控制反射式太赫兹液晶相控阵面；
反射式太赫兹液晶相控阵面将接收到的太赫兹信号反射出去，太赫兹接收天线安装在机器人端拾器上，并通过机器人的运动接收反射式太赫兹液晶相控阵面反射出的太赫兹信号，经第二扩频模块降频至毫米波频段，并传递给矢量网络分析仪，矢量网络分析仪计算参数并传递给主控计算机。
进一步地，所述反射式太赫兹液晶相控阵面接收调压装置的控制，将固定太赫兹信号调制出不同角度的太赫兹信号反射出去。
进一步地，所述主控计算机安装有测试软件，该测试软件用于自由配置太赫兹发射天线与反射式太赫兹液晶相控阵面的位置信息，并实时接收机器人控制下的太赫兹接收天线的位置信息，结合矢量网络分析仪传送的数据，完成反射式太赫兹液晶相控阵面的远场测试，得到测试天线远场方向图。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)利用机器人取代了传统天线测试系统使用的转台，并借助太赫兹发射天线、太赫兹接收天线完成对反射式太赫兹液晶相控阵面的测试；(2)通过测试软件的计算，获得天线远场方向图，该方法成本低、可操作性强、测试效率较高。
附图说明
图1是本发明一种反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统原理示意图。
具体实施方式
本发明一种反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统，包括矢量网络分析仪1、第一扩频模块2、太赫兹发射天线3、反射式太赫兹液晶相控阵面4、调压装置5、天线测试固定架6、太赫兹接收天线7、第二扩频模块8、机器人端拾器9、主控计算机10；其中，
矢量网络分析仪1发出毫米波信号，毫米波信号经第一扩频模块2放大倍频到太赫兹频段，该太赫兹信号经太赫兹发射天线3照射至反射式太赫兹液晶相控阵面4，调压装置5用于控制反射式太赫兹液晶相控阵面4，反射式太赫兹液晶相控阵面4将接收到的太赫兹信号反射出去，太赫兹接收天线7安装在机器人端拾器9上，并通过机器人的运动接收反射式太赫兹液晶相控阵面4反射出的太赫兹信号，经第二扩频模块8降频至毫米波频段，并传递给矢量网络分析仪1，矢量网络分析仪1计算参数并传递给主控计算机10。
作为一种具体示例，所述第一扩频模块2、太赫兹发射天线3、反射式太赫兹液晶相控阵面4均安装至天线测试固定架6上。
作为一种具体示例，所述反射式太赫兹液晶相控阵面4接收调压装置5的控制，将固定太赫兹信号调制出不同角度的太赫兹信号反射出去。
作为一种具体示例，所述第一扩频模块2与太赫兹发射天线3之间、第二扩频模块8与太赫兹接收天线7之间，均通过短波导11进行连接。
作为一种具体示例，所述机器人端拾器9上安装有激光定位器，以获得太赫兹接收天线7的位置数据。
作为一种具体示例，所述主控计算机10安装有测试软件，该测试软件用于自由配置太赫兹发射天线3与反射式太赫兹液晶相控阵面4的位置信息，并实时接收机器人控制下的太赫兹接收天线7的位置信息，结合矢量网络分析仪1传送的数据，完成反射式太赫兹液晶相控阵面4的远场测试，得到测试天线远场方向图。
作为一种具体示例，所述机器人端拾器9为六自由度机器人的端拾器。
本发明一种反射式太赫兹液晶相控阵面测试方法，具体如下：
矢量网络分析仪1发出毫米波信号，毫米波信号经第一扩频模块2放大倍频到太赫兹频段，该太赫兹信号经太赫兹发射天线3照射至反射式太赫兹液晶相控阵面4，调压装置5用于控制反射式太赫兹液晶相控阵面4；
反射式太赫兹液晶相控阵面4将接收到的太赫兹信号反射出去，太赫兹接收天线7安装在机器人端拾器9上，并通过机器人的运动接收反射式太赫兹液晶相控阵面4反射出的太赫兹信号，经第二扩频模块8降频至毫米波频段，并传递给矢量网络分析仪1，矢量网络分析仪1计算参数并传递给主控计算机10。
作为一种具体示例，所述反射式太赫兹液晶相控阵面4接收调压装置5的控制，将固定太赫兹信号调制出不同角度的太赫兹信号反射出去。
作为一种具体示例，所述主控计算机10安装有测试软件，该测试软件用于自由配置太赫兹发射天线3与反射式太赫兹液晶相控阵面4的位置信息，并实时接收机器人控制下的太赫兹接收天线7的位置信息，结合矢量网络分析仪1传送的数据，完成反射式太赫兹液晶相控阵面4的远场测试，得到测试天线远场方向图。
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
结合图1，本发明所述的一种反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统，包括：矢量网络分析仪1、第一扩频模块2、太赫兹发射天线3、反射式太赫兹液晶相控阵面4、调压装置5、天线测试固定架6、太赫兹接收天线7、第二扩频模块8、机器人9、主控计算机10。其中，矢量网络分析仪1发出毫米波信号，毫米波信号经扩频模块一2放大倍频到太赫兹频段，该太赫兹信号经太赫兹发射天线3照射至反射式太赫兹液晶相控阵面4，反射式太赫兹液晶相控阵面4将接收到的太赫兹信号反射出去，太赫兹接收天线7安装在六自由度机器人的端拾器9上，并通过机器人的运动接收液晶相控阵面4反射出的太赫兹信号，经第二扩频模块8降频至毫米波频段，并传递给矢量网络分析仪1，矢量网络分析仪1计算参数并传递给主控计算机10。
第一扩频模块2、太赫兹发射天线3、反射式太赫兹液晶相控阵面4均安装至天线测试固定架6上，且相对位置已知，天线安装位置数据可直接输入至主控计算机10中的测试软件中。
所述反射式太赫兹液晶相控阵面可接收调压装置5的控制，并将某固定太赫兹信号调制出不同角度的太赫兹信号并反射出去。
所述第一扩频模块2与太赫兹发射天线3、第八扩频模块8与太赫兹接收天线7之间均通过短波导11进行连接。
所述机器人端拾器9上安装有激光定位器，以获得太赫兹接收天线的高精度位置数据，并将该数据实时传递至主控计算机10中的测试软件中。
所述主控计算机10安装有测试软件，该软件可输入太赫兹发射天线3与反射式太赫兹液晶相控阵面4的位置信息，在实时接收到机器人9控制下的太赫兹接收天线7的位置信息后，结合矢量网络分析仪1传送的数据，可得到测试天线远场方向图。
本发明利用机器人取代了传统天线测试系统使用的转台，并借助太赫兹发射天线、太赫兹接收天线完成对反射式太赫兹液晶相控阵面的测试；通过测试软件的计算，获得天线远场方向图，该方法成本低、可操作性强、测试效率较高。
Claims (10)
1.一种反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统，其特征在于：包括矢量网络分析仪(1)、第一扩频模块(2)、太赫兹发射天线(3)、反射式太赫兹液晶相控阵面(4)、调压装置(5)、天线测试固定架(6)、太赫兹接收天线(7)、第二扩频模块(8)、机器人端拾器(9)、主控计算机(10)；其中，
矢量网络分析仪(1)发出毫米波信号，毫米波信号经第一扩频模块(2)放大倍频到太赫兹频段，该太赫兹信号经太赫兹发射天线(3)照射至反射式太赫兹液晶相控阵面(4)，调压装置(5)用于控制反射式太赫兹液晶相控阵面(4)，反射式太赫兹液晶相控阵面(4)将接收到的太赫兹信号反射出去，太赫兹接收天线(7)安装在机器人端拾器(9)上，并通过机器人的运动接收反射式太赫兹液晶相控阵面(4)反射出的太赫兹信号，经第二扩频模块(8)降频至毫米波频段，并传递给矢量网络分析仪(1)，矢量网络分析仪(1)计算参数并传递给主控计算机(10)。
2.根据权利要求1所述的反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统，其特征在于：所述第一扩频模块(2)、太赫兹发射天线(3)、反射式太赫兹液晶相控阵面(4)均安装至天线测试固定架(6)上。
3.根据权利要求1所述的反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统，其特征在于：所述反射式太赫兹液晶相控阵面(4)接收调压装置(5)的控制，将固定太赫兹信号调制出不同角度的太赫兹信号反射出去。
4.根据权利要求1所述的反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统，其特征在于：所述第一扩频模块(2)与太赫兹发射天线(3)之间、第二扩频模块(8)与太赫兹接收天线(7)之间，均通过短波导(11)进行连接。
5.根据权利要求1所述的反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统，其特征在于：所述机器人端拾器(9)上安装有激光定位器，以获得太赫兹接收天线(7)的位置数据。
6.根据权利要求1所述的反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统，其特征在于：所述主控计算机(10)安装有测试软件，该测试软件用于自由配置太赫兹发射天线(3)与反射式太赫兹液晶相控阵面(4)的位置信息，并实时接收机器人控制下的太赫兹接收天线(7)的位置信息，结合矢量网络分析仪(1)传送的数据，完成反射式太赫兹液晶相控阵面(4)的远场测试，得到测试天线远场方向图。
7.根据权利要求1所述的反射式太赫兹液晶相控阵面测试系统，其特征在于：所述机器人端拾器(9)为六自由度机器人的端拾器。
8.一种反射式太赫兹液晶相控阵面测试方法，其特征在于：具体如下：
矢量网络分析仪(1)发出毫米波信号，毫米波信号经第一扩频模块(2)放大倍频到太赫兹频段，该太赫兹信号经太赫兹发射天线(3)照射至反射式太赫兹液晶相控阵面(4)，调压装置(5)用于控制反射式太赫兹液晶相控阵面(4)；
反射式太赫兹液晶相控阵面(4)将接收到的太赫兹信号反射出去，太赫兹接收天线(7)安装在机器人端拾器(9)上，并通过机器人的运动接收反射式太赫兹液晶相控阵面(4)反射出的太赫兹信号，经第二扩频模块(8)降频至毫米波频段，并传递给矢量网络分析仪(1)，矢量网络分析仪(1)计算参数并传递给主控计算机(10)。
9.根据权利要求8所述的反射式太赫兹液晶相控阵面测试方法，其特征在于：所述反射式太赫兹液晶相控阵面(4)接收调压装置(5)的控制，将固定太赫兹信号调制出不同角度的太赫兹信号反射出去。
10.根据权利要求8所述的反射式太赫兹液晶相控阵面测试方法，其特征在于：所述主控计算机(10)安装有测试软件，该测试软件用于自由配置太赫兹发射天线(3)与反射式太赫兹液晶相控阵面(4)的位置信息，并实时接收机器人控制下的太赫兹接收天线(7)的位置信息，结合矢量网络分析仪(1)传送的数据，完成反射式太赫兹液晶相控阵面(4)的远场测试，得到测试天线远场方向图。
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