CN113447730A - 一种球面天线近场校准与扫描方法、系统及终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球面天线近场校准与扫描方法、系统及终端，属于天线测试技术领域，通道校准包括：获取球面天线中各通道在球面上的空间坐标及朝向信息，进而计算各通道与六轴机械臂的球坐标映射关系，以控制携带有测试探头的六轴机械臂运动至球面天线各通道；采集各通道的幅相数据，得到幅相数据补偿表，进而在波束合过程中对相应的通道进行幅度、相位补偿处理。通过计算各通道与六轴机械臂的球坐标映射关系，使六轴机械臂能够实现精准的球形运动，保证了测试精准度；通过幅相数据补偿表在波束合过程中对相应通道进行幅度、相位补偿处理，以满足波束合成的等幅等相要求，有效保证了每一通道的幅度、相位一致性，进而能够适应高频段天线测试。

Description

一种球面天线近场校准与扫描方法、系统及终端

技术领域

本发明涉及天线测试技术领域，尤其涉及一种球面天线近场校准与扫描方法、系统及终端。

背景技术

随着科学技术与应用场景的不断发展，球形天线、共性阵面天线、多波束天线、全向天线等天线技术也迅猛发展，因此针对上述类型天线测试也提出了更高的要求与指标。天线测试是验证天线性能好坏的必须手段，获取天线的方向图数据便能快速的分析出被测天线的各项指标是否达到了预期。

由于球面近场天线测试的特殊性，即高频段天线相较于低频段天线在测试过程中具有更大的空间损耗，在现有测试技术下，对于较高频段的球面近场测试往往不够准确，只能够保证一定频率范围内的低频测试准确性。针对拱形架多探头的测试方式，此种方式可以有效提升测试效率，但通过多探头开关矩阵切换的方式，不能有效保证每一条链路的幅度、相位一致性，同样无法保证测试的准确性，且由于较长的射频线缆以及电子开关其损耗往往过大，大大的降低了系统的测试动态范围。而采用传统的单探头配合双转台的方式测试球面近场，虽然其在一定程度上保证了幅度、相位一致性以及动态范围，但其笨重庞大的测试转台设备让整个测试效率大大降低。针对球形阵面的相控阵通道校准，目前尚无成熟的测试技术方案，更多的是依靠人为手动去对准测试，采用手动的方式校准，由于不能保证球形阵面的相控阵天线的平面度，测试高度不能保证，再者由于测试环境的反射影响，整个校准过程不仅耗时耗力，且得出的校准数据已经失真。针对上述两种球面近场测试方式，其系统建设复杂，设备繁多，建设成本很高，并非当下球面近场测试的最佳选择。

发明内容

本发明的目的在于克服现有球面相控阵天线近场测试中无法有效保证各通道幅度相位一致性的问题，提供了一种球面天线近场校准与扫描方法、系统及终端。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种球面天线近场校准与扫描方法，所述方法包括通道校准步骤，具体包括：

获取球面天线中各通道在球面上的空间坐标及朝向信息；

根据所述空间坐标及朝向信息计算各通道与六轴机械臂的球坐标映射关系，进而控制携带有测试探头的六轴机械臂运动至球面天线各通道；

采集六轴机械臂运动至球面天线对应通道时的幅相数据，直至完成所有通道的幅相数据采集，得到幅相数据补偿表；

根据所述幅相数据补偿表在波束合过程中对相应的通道进行幅度、相位补偿处理。

在一示例中，所述采集六轴机械臂运动至球面天线对应通道时的幅相数据具体包括：

产生测试信号，测试信号经测试探头辐射至球面天线，采集球面天线接收的测试信号，进而实现幅相数据的采集，或者：

产生测试信号，测试信号经球面天线辐射至测试探头，采集测试探头接收的测试信号，进而实现幅相数据的采集。

在一示例中，所述通道校准步骤还包括通道互耦及空间干扰去除步骤，具体包括：

产生具有第一幅度相位值的测试信号并输入至当前通道，采集当前通道反馈测试信号中的第一幅相值数据a；

产生具有第二幅度相位值的测试信号并输入至当前通道，采集当前通道反馈的测试信号的第二幅相值数据b，且第二幅度相位值为第一幅度相位值的反向状态，则当前通道的真实幅相数据a₁为：

在一示例中，所述通道校准步骤还包括通道诊断子步骤，具体包括：

产生通道测试信号并输入至待测通道，所述通道测试信号为幅度值保持不变，相位值以步长n递增的多个测试信号；

分析待测通道反馈的多个测试信号，若待测通道反馈的多个测试信号的幅度值相同且相位值以步长n递增，待测通道正常，反之，待测通道异常。

在一示例中，所述方法还包括球面扫描步骤，具体包括：

控制六轴机械臂携带测试探头沿球面天线进行经度方向的圆形运动，并以步进Δθ采集球面天线当前的幅相数据；

控制安装有球面天线的一维转台进行纬度方向的旋转运动，并以步进

采集球面天线当前的幅相数据；

重复上述两个步骤，直至完成经度方向、纬度方向的全扫描，获得球面天线全方向的测试数据。

在一示例中，所述获得球面天线全方向的测试数据后还包括：

将球面天线全方向的测试数据进行球面波展开，实现球面天线测试方向图的绘制。

需要进一步说明的是，上述方法各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。

本发明还包括一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述任一示例或多个示例组合形成的所述球面天线近场校准与扫描方法的步骤。

本发明还包括一种基于球面天线近场校准与扫描方法的系统，所述系统包括屏蔽暗室，还包括设于屏蔽暗室的六轴机械臂、一维转台、控制与数据处理子系统和矢量网络分析仪，所述六轴机械臂上携带有测试探头，一维转台上安装有球面天线；所述测试探头、球面天线均与矢量网络分析仪连接，矢量网络分析仪、球面天线、六轴机械臂、一维转台与控制与数据处理子系统连接。

在一示例中，所述屏蔽暗室上铺设有吸波材料，吸波材料长度大于等于1/2倍球面天线的最长波长。

在一示例中，所述系统还包括测试接口盒，测试接口盒上集成有射频接口、控制接口，所述球面天线经射频接口与矢量网络分析仪连接，球面天线经控制接口与控制与数据处理子系统连接。

需要进一步说明的是，上述系统各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

(1)在一示例中，本发明通过计算各通道与六轴机械臂的球坐标映射关系，保证了六轴机械臂能够实现精准的球形运动，保证了测试(校准与扫描)精准度，同时采用六轴机械臂，能够实现3D无盲点校准与扫描，且测试效率高；进一步地，通过幅相数据补偿表在波束合过程中对相应的通道进行幅度、相位补偿处理，以满足波束合成的等幅等相要求，即有效保证了每一通道的幅度、相位一致性，进而能够适应高频段天线测试，即能够对高频段天线进行精准地近场测试。

(2)在一示例中，本发明系统仅包括屏蔽暗室、六轴机械臂、一维转台、控制与数据处理子系统和矢量网络分析仪，系统构成简单，无冗余设计，占用空间小，在保证相同测试精准度的基础上，系统成本低且性能更加稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，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，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，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。

图1为本发明一示例中的通道校准流程图；

图2为本发明一示例中球面天线空间坐标图；

图3为本发明一示例中的球面天线阵面分布图；

图4为本发明一示例中通道校准过程中测试探头位移图；

图5为本发明一示例中的去除通道互耦及空间干扰原理图；

图6为本发明一示例中的球面扫描流程图；

图7(a)为本发明一示例中的系统示意图；

图7(b)为本发明一示例中的系统示意图；

图8为本发明一示例中的吸波材料示意图；

图9为本发明一示例中的六轴机械臂示意图；

图10为本发明一示例中的一维转台示意图。

图中：球面天线1、屏蔽暗室2、吸波材料21、六轴机械臂3、测试探头4、一维转台5、测试接口盒6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明一种球面天线近场校准与扫描方法、系统及终端，用于对球形天线、共性阵面天线、多波束天线、全向天线等天线的球面进行近场校准与扫描，满足天线测试在无电磁波干扰环境下进行，且设备满足高频测试，测试效率高。

具体地，针对有源相控阵天线，为了合成需要的波束指向，则需要保证在波束指向方向的天线口面的各通道为等幅等相的状态，进而才能保证相控阵天线的正确波束指向，而由于各元器件的自身差异性、以及整机天线装配等工艺原因，则并不能保证所有通道的幅度、相位一致性，因此则需要通道校准，保证各通道的幅度相位一致性，尤其针对球面阵或其他更为复杂的阵面，通道间的幅度相位差，除自身带来的不一致性以外，还存在不同通道的行程幅度差、相位差，如何对球面或更为复杂的天线形状的通道进行校准是本本申请旨在解决的技术问题。

如图1所示，在实施例1中，一种球面天线近场校准与扫描方法，具体包括通道校准步骤，本示例中通道校准步骤的执行主体为控制与数据处理子系统，具体包括：

S11：获取球面天线中各通道在球面上的空间坐标及朝向信息；具体地，如图2所示，空间坐标及朝向信息具体包括位置角度θ(朝z轴方向与z轴的夹角)，位置角度

(在XY平面即方位面与x轴的夹角)，单元天线朝向正前方与垂直于大地的夹角α。更为具体地，球面天线(被测天线)在设计过程中根据本身的指标要求，需要对被测天线各通道的位置及朝向信息进行仿真，然后布局设计，以此得出被测天线各通道位置坐标系文件(空间坐标及朝向信息)。

S12：根据所述空间坐标及朝向信息计算各通道与六轴机械臂的球坐标映射关系，进而控制携带有测试探头的六轴机械臂运动至球面天线各通道，以使测试探头中心与对应通道(被测天线)中心对准。

S13：采集六轴机械臂运动至球面天线对应通道时的幅相数据，直至完成所有通道的幅相数据采集，得到幅相数据补偿表；具体地，通道校准过程中待测天线(球面天线)与测试探头需满足一定的测试距离，本实施例中测试距离为待测天线波长λ的1-2倍。

S14：根据所述幅相数据补偿表在波束合过程中对相应的通道进行幅度、相位补偿处理。

本示例中，通过幅相数据补偿表在波束合过程中对相应的通道进行幅度、相位补偿处理，以满足波束合成的等幅等相要求，即有效保证了每一通道的幅度、相位一致性，进而能够适应高频段天线测试。

具体地，如图3所示，步骤S12中控制携带有测试探头的六轴机械臂运动至球面天线各通道具体过程为：

定义球面天线阵面中的某一通道为坐标原点，则其坐标为(0，0，0)即x轴为0，y轴为0，与垂直于大地的夹角为0°，则相应的其他通道坐标为(x，y，θ)，此时控制与数据处理子系统控制机械臂携带测试探头垂直于坐标原点的天线阵元，且保证一定的测试高度(测试距离)，定义此时为机械臂携带测试探头的机械坐标原点(0，0，0)，因此在进行校准时，根据各通道与六轴机械臂的球坐标映射关系生成运动脚本，每一天线通道对应一个运动坐标(x1，y1，θ1)，因此在校准时只需控制六轴机械臂根据运动脚本移动至对应通道对应的坐标，即控制机械臂按照x，y，z以及rx，ry，rz做运动，运动至指定的坐标(x1，y1，θ1)即可。更为具体地，如图4所示，球面上序号1-9为待校准通道(待校准天线阵元)，六轴机械臂携带测试探头在校准不同通道时，测试探头的姿态，在进行通道校准时需保证测试探头与待测天线阵元的口面垂直高度一致，且测试探头口面与被测天线阵远口面平行；

更为具体地，如图3所示，在进行通道校准时，针对不同的通道(通道1、通道2、通道3)，在校准时均需满足测试探头与待测天线垂直高度相同，与待测天线通道阵元保持垂直的相同角度，因此在进行球面通道校准或其他共形阵通道校准时，如何保证测试探头与被校准通道的高度以及角度尤为重要，本示例中，通过计算各通道与六轴机械臂的球坐标映射关系，保证了六轴机械臂能够实现精准的球形运动，即保证测试探头移动平面与待测天线(球面天线)的平行度在0.1m以内，以保证在高频测试时距离对相位的影响误差，从而控制波束指向精度误差控制在0.02°以内，以此保证校准精准度，同时采用六轴机械臂，能够实现3D无盲点校准与扫描，彻底解决如球形相控阵等天线的通道校准难题，且测试效率高；

在一示例中，所述采集六轴机械臂运动至球面天线对应通道时的幅相数据具体包括：

产生测试信号，测试信号经测试探头辐射至球面天线，采集球面天线接收的测试信号，进而实现幅相数据的采集。具体地，采集对应通道幅相数据过程中，仅对对应通道天线单元上电。控制与数据处理子系统控制六轴机械臂移动至对应通道时，产生一TTL控制电平，以使矢量网络分析仪产生一测试信号，该测试信号经测试探头辐射至球面天线，球面天线将接收的测试信号反馈至矢量网络分析仪，从而实现测试信号的闭环传输。

作为一选项，可将上述幅相数据采集方式替换为：

产生测试信号，测试信号经球面天线辐射至测试探头，采集测试探头接收的测试信号，进而实现幅相数据的采集。具体地，控制与数据处理子系统控制六轴机械臂移动至对应通道时，产生一TTL控制电平，以使矢量网络分析仪产生一测试信号，该测试信号经球面天线和口或差口辐射至测试探头，测试探头将接收的测试信号反馈至矢量网络分析仪，从而实现测试信号的闭环传输。需要说明的是，测试探头中集成有发射天线与接收天线，以实现测试信号的辐射与接收。

在一示例中，所述通道校准步骤还包括通道诊断子步骤，此时整个球面天线上电，该通道诊断子步骤优选在通道校准步骤后进行，具体包括：

产生通道测试信号并输入至待测通道，所述通道测试信号为幅度值保持不变，相位值以步长n递增的多个测试信号；

分析待测通道反馈的多个测试信号，若待测通道反馈的多个测试信号的幅度值相同且相位值以步长n递增，待测通道正常，反之，待测通道异常。

具体地，控制与数据处理子系统控制矢量网络分析仪产生通道测试信号，作为一具体实施例，令矢量网络分析仪当前状态产生的测试信号的相位值为p，幅度值为m，在此基础上，依次对测试信号的相位进行3次步长为n的递增处理，在此基础上，采集的待测通道的反馈的测试信号的相位依次为p1，p2，p3，p4，采集的待测通道的反馈的测试信号的幅度依次为m1，m2，m3，m4，则反馈的测试信号的相位值及幅度值应满足如下关系：

p4-p3＝n，p3-p2＝n，p2-p1＝n

m4＝m3＝m2＝m1

若满足上述关系式，则证明当前通道为正常，否则当前通道存在异常，以此实现对当前通道的相位控制，进而实现对通道的移相与增益判断。

进一步地，在毫米波天线领域，通道间的间距往往也比较小，要满足携带测试探头的设备不仅要满足高速运动的同时还需要满足运动的精度，同时在进行通道校准时还需考虑被测天线通道间的互耦信号以及空间干扰噪声对测试的影响。在一示例中，所述通道校准步骤还包括通道互耦及空间干扰去除子步骤，该子步骤优选与采集六轴机械臂运动至球面天线对应通道时的幅相数据步骤同步进行，具体包括：

产生具有第一幅度相位值的测试信号并输入至当前通道，采集当前通道反馈测试信号中的第一幅相值数据a；

产生具有第二幅度相位值的测试信号并输入至当前通道，采集当前通道反馈的测试信号的第二幅相值数据b，且第二幅度相位值为第一幅度相位值的反向状态，则当前通道的真实幅相数据a₁为：

具体地，如图5所示，在进行某一通道校准时，控制与数据处理子系统控制矢量网络分析仪产生具有第一幅度相位值的测试信号并输入至当前通道，采集到通道反馈的测试信号的第一幅相数据为a，则a是由真实信号a1与通道互耦以及空间噪声c合成，即满足a＝a1+c。采集完当前数据以后控制与数据处理子系统再次设定当前通道的幅度相位值(第二幅度相位值)为前一次测试状态的反相状态，即使他们方向相反采集得出幅相数据b，则b是由真实信号b1与通道互耦以及空间噪声c合成，即满足b＝b1+c。因此有满足如下关系：

a-b＝a1+c-(b1+c)

a-b＝a1-b1

由于a1与b1为反相状态，因此a-b＝2*a1，由此我们可以通过校准求出此时通道的真实信号幅度相位值，即两次校准采数的差值除以2，以此实现对通道的耦合以及空间干扰噪声的去除，保证了近场测试的准确性。

进一步地，如图6所示，本发明方法还包括球面扫描步骤，本示例中球面扫描步骤的执行主体为控制与数据处理子系统，具体包括：

S21：控制六轴机械臂携带测试探头沿球面天线进行经度方向的圆形运动，并以步进Δθ采集球面天线当前的幅相数据；具体地，在进行球面扫描时，根据球面扫描采样定理，测试探头与扫描球面的最小垂直距离h应该满足：h应大于包围待测天线最小球面的半径。更为具体地，根据不同频率的待测天线(球面天线)，设球面天线波长为λ，N＝kr+d，其中k＝2Π/λ,d取10，则在球面扫描时θ与Φ方向的角度步进均应满足最小点数为2N+1，则θ方向的角度步进△θ≤360/(2N+1),在Φ方向的角度步进△Φ≤360/(2N+1)。进一步地，在进行球面扫描时，机械臂末端携带的测试探头应绕球面做平滑运动，且其运动轨迹为一个标准的圆形或球形，即运动轨迹为天线球面的当前剖面，在球面扫描运动过程中测试探头的口面一直需保持与当前采集点的球面切线平行，即测试探头与球面之间的垂直高度不变；更进一步地，控制与数据处理子系统集成有球面近场测试分析软件，以使控制与数据处理子系统控制六轴机械臂末端携带的测试探头垂直于被测球面的切面，且测试探头与待测天线之间的垂直高度保持不变，同时，控制与数据处理子系统根据各通道与六轴机械臂的球坐标映射关系控制六轴机械臂在经度方向进行圆形运动，即控制与数据处理子系统根据各通道与六轴机械臂的球坐标映射关系，计算此时六轴机械臂末端携带的测试探头对应到每一个天线通道的球坐标位置，并控制六轴机械臂末端携带测试探头运动到指定x、y、z、rx、ry、rz，对应被测天线的天线单元通道，然后控制矢量网络分析仪进行当前幅相数据采集并保存。

S22：控制安装有球面天线的一维转台进行纬度方向的旋转运动，并以步进

采集球面天线当前的幅相数据；具体地，控制与数据处理子系统控制一维转台以步进

在纬度方向进行转动，采集待测通道全纬度方向的幅相数据，且一维转台进行旋转时，控制六轴机械臂保持不动。

S23：重复上述两个步骤，直至完成经度方向、纬度方向的全扫描，获得球面天线全方向的测试数据。

进一步地，所述获得球面天线全方向的测试数据后还包括：

将球面天线全方向的测试数据进行球面波展开，实现球面天线测试方向图的绘制。具体地，该步骤的执行主体为控制与数据处理子系统，通过控制与数据处理子系统完成数据的数学变换，即对测试数据傅里叶变换处理，获得天线的方向图，通过方向图判断天线性能指标，从而实现天线性能的分析。至此，本发明实现了全自动化完成球面近场的通道校准与球面扫描，测试流程简单，测试效率高。

进一步地，在本发明一示例中，提供了一种存储介质，与上述一个或多个示例组合具有相同的发明构思，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述一个示例或多个示例组合中所述球面天线近场校准与扫描方法的步骤。

基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

进一步地，在本发明一示例中，还提供一种终端，与上述一个或多个示例组合具有相同的发明构思，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述一个示例或多个示例组合中所述球面天线近场校准与扫描方法的步骤。处理器可以是单核或者多核中央处理单元或者特定的集成电路，或者配置成实施本发明的一个或者多个集成电路。

在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

本发明还包括一种球面天线1近场校准与扫描系统，如图7(a)-7(b)所示，所述系统包括屏蔽暗室2，还包括设于屏蔽暗室2的六轴机械臂3、一维转台5、控制与数据处理子系统和矢量网络分析仪，所述六轴机械臂3上携带有测试探头4，一维转台5上安装有球面天线1；所述测试探头4、球面天线1均与矢量网络分析仪连接，矢量网络分析仪、球面天线1、六轴机械臂3、一维转台5与控制与数据处理子系统的控制端连接。需要说明的是，本系统中各组件之间连接线缆如电源线缆、控制线缆、射频线缆等，按照事先分区设计进行的隐蔽走线。

进一步地，使用上述系统进行通道校准或者球面扫描前，需要完成以下准备工作：

将球面天线1(待测天线)安装于一维转台5的上方；具体地，优选通过夹具将待测天线安装于一维转台5的正上方，安装平面度为3mm/2m²。

控制六轴机械臂3末端携带的测试探垂直于被测球面的切面；

获取测试参数，包括待测天线的频率、波长等；

调节测试探头4与待测天线之间的测试距离；

选择测试模式，即选择通道校准或球面扫描。

在一示例中，根据尺寸要求，在保证机械臂臂展以及天线安装区的范围内构建屏蔽暗室2，屏蔽室具有屏蔽层，屏蔽层需采用大于等于2mm厚镀锌钢板，且镀锌钢板上粘贴有不小于(待测天线的中心工作频率对应的最长波长)最长波长的一半高度的吸波材料21，以构建无无电磁波干扰测试环境，达到测试效果。具体地，屏蔽暗室2主要用于构造一个屏蔽空间，在贴上吸波材料21以后构造一个自由空间，以满足无电磁波干扰的测试环境。采用强力结构胶将吸波材料21粘接牢固在吸波材料21粘贴层，常温下存贮24小时，使吸波材料21与吸波材料21粘贴层粘接牢固，进而使屏蔽暗室2能吸收或者大幅减弱测试区域内电磁波能量反射。如图所示，本发明中所采用的吸波材料21为尖劈形吸波材料21，该吸波材料21除本身的材料8具有吸收电磁波特性外，其外形特征能够使辐射在尖形的几何空缺形成多次反射和透射-反射，降低反射出去的能量，具有较好的抑制无用杂波，使测试效果更具真实性，并能够将屏蔽空间按区域进行划分块，在不同的块安装不同的分部件，以达到不同的块功能，从而达到测试需求。

在一示例中，如图9所示，六轴机械臂3与控制与数据处理子系统的控制端连接，是完成球面近场校准与扫描的核心关键设备。在球面近场天线测量中，通过控制六轴机械臂3能精确改变安装在其末端的测试探头4在空间的任意机械指向，能够满足任意姿态的测试需求，满足可靠性、稳定性，其具有绝佳的稳定性和重复定位精度，满足了多元化测试需要。本发明中六轴机械臂3主要采用库卡的KR_70_R2100型号机械臂，其机械臂末端负载70kg，能够满足不同型号、大小以及重量的测试探头4，最大臂展2100mm，可实现口径内任意空间位置的末端指向，重复定位精度精度0.05°，以保证其在运动过程中的精度。在球面扫描与球面通道校准过程中，根据空间坐标及朝向信息计算各通道与六轴机械臂3的球坐标映射关系，进而控制六轴机械臂3移动，进而实现了满足运动轨迹内的空间坐标位置以及朝向的定位，在六轴机械臂3本身的高速运转下，从而达到球面近场测试的高效率以及高精度。

在一示例中，六轴机械臂3还包括机械臂安装底座，机械臂安装底座主要用于安装机械臂，其具有一定的承重能力即强度，以保证机械臂在高速运行中的稳定性，且安装平面度满足3mm/2m²。更进一步地，六轴机械臂3上粘贴有吸波材料21，以减少反射，防止对测试造成影响。

在一示例中，一维转台5用于带动球面天线1实现纬度方向的360°旋转，进而实现球面天线1的全方向测试。具体地，一维转台5包括底座，设于底座上的旋转台，且底座内设有动力装置如步进电机，步进电机于控制与数据处理子系统控制端连接，通过控制与数据处理子系统控控制步进电机进行旋转进而带动球面天线1旋转。更为具体地，如图10所示，一维转台5表面设计有多个螺纹安装孔便于通过安装夹具实现被测天线与一维转台5之间的连接。在球面近场扫描系统中，一维转台5需要实现方位方向的自动控制，且需满足运动范围为0-360°，控制精度需满足±0.05°，速度10°/s，进一步地，一维转台5负载为100kg，在100kg以内重量的待测天线均可通过夹具安装至法兰面。在球面扫描过程中，一维转台5自身方位方向的转动，从而实现了整个球面扫描过程中的Φ方向的步进过程。

在一示例中，控制与数据处理子系统具有较强的数据处理能力，本实例中，控制与数据处理子系统为双向连接的FPGA与工控机，且该工控机上集成有球面近场测试分析软件。

在一示例中，系统还包括靠近一维转台5设置的测试接口盒6，测试接口盒6上集成有射频接口、控制接口，所述球面天线1经射频接口与矢量网络分析仪连接；球面天线1经控制接口与控制与数据处理子系统连接，进而使控制与数据处理子系统对待测天线进行波束合成控制等。更为具体地，测试接口盒6上集成有电源接口等，用于为球面天线1供电。

以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种球面天线近场校准与扫描方法，其特征在于：所述方法包括通道校准步骤，具体包括：

获取球面天线中各通道在球面上的空间坐标及朝向信息；

根据所述空间坐标及朝向信息计算各通道与六轴机械臂的球坐标映射关系，进而控制携带有测试探头的六轴机械臂运动至球面天线各通道；

采集六轴机械臂运动至球面天线对应通道时的幅相数据，直至完成所有通道的幅相数据采集，得到幅相数据补偿表；

根据所述幅相数据补偿表在波束合过程中对相应的通道进行幅度、相位补偿处理。

2.根据权利要求1所述球面天线近场校准与扫描方法，其特征在于：所述采集六轴机械臂运动至球面天线对应通道时的幅相数据具体包括：

产生测试信号，测试信号经测试探头辐射至球面天线，采集球面天线接收的测试信号，进而实现幅相数据的采集，或者：

产生测试信号，测试信号经球面天线辐射至测试探头，采集测试探头接收的测试信号，进而实现幅相数据的采集。

3.根据权利要求1所述球面天线近场校准与扫描方法，其特征在于：所述通道校准步骤还包括通道互耦及空间干扰去除子步骤，具体包括：

产生具有第一幅度相位值的测试信号并输入至当前通道，采集当前通道反馈测试信号中的第一幅相值数据a；

产生具有第二幅度相位值的测试信号并输入至当前通道，采集当前通道反馈的测试信号的第二幅相值数据b，且第二幅度相位值为第一幅度相位值的反向状态，则当前通道的真实幅相数据a₁为：

4.根据权利要求1所述球面天线近场校准与扫描方法，其特征在于：所述通道校准步骤还包括通道诊断子步骤，具体包括：

产生通道测试信号并输入至待测通道，所述通道测试信号为幅度值保持不变，相位值以步长n递增的多个测试信号；

分析待测通道反馈的多个测试信号，若待测通道反馈的多个测试信号的幅度值相同且相位值以步长n递增，待测通道正常，反之，待测通道异常。

5.根据权利要求1所述球面天线近场校准与扫描方法，其特征在于：所述方法还包括球面扫描步骤，具体包括：

控制六轴机械臂携带测试探头沿球面天线进行经度方向的圆形运动，并以步进Δθ采集球面天线当前的幅相数据；

控制安装有球面天线的一维转台进行纬度方向的旋转运动，并以步进

采集球面天线当前的幅相数据；

重复上述两个步骤，直至完成经度方向、纬度方向的全扫描，获得球面天线全方向的测试数据。

6.根据权利要求5所述球面天线近场校准与扫描方法，其特征在于：所述获得球面天线全方向的测试数据后还包括：

将球面天线全方向的测试数据进行球面波展开，实现球面天线测试方向图的绘制。

7.一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，其特征在于：所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1-7任意一项所述球面天线近场校准与扫描方法的步骤。

8.根据权利要求1-6任意一项所述一种球面天线近场校准与扫描方法的系统，其特征在于：所述系统包括屏蔽暗室，还包括设于屏蔽暗室的六轴机械臂、一维转台、控制与数据处理子系统和矢量网络分析仪，所述六轴机械臂上携带有测试探头，一维转台上安装有球面天线；

所述测试探头、球面天线均与矢量网络分析仪连接，矢量网络分析仪、球面天线、六轴机械臂、一维转台与控制与数据处理子系统连接。

9.根据权利要求8所述系统，其特征在于：所述屏蔽暗室上铺设有吸波材料，吸波材料长度大于等于1/2倍球面天线的最长波长。

10.根据权利要求8所述系统，其特征在于：所述系统还包括测试接口盒，测试接口盒上集成有射频接口、控制接口，所述球面天线经射频接口与矢量网络分析仪连接，球面天线经控制接口与控制与数据处理子系统连接。

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