CN114487620A

CN114487620A - 天线测试装置及测试方法

Info

Publication number: CN114487620A
Application number: CN202210392549.4A
Authority: CN
Inventors: 陶子健; 冯友怀
Original assignee: Nanjing Forestry University; Nanjing Hawkeye Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Forestry University; Nanjing Hawkeye Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2022-04-15
Filing date: 2022-04-15
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2042-04-15
Also published as: CN114487620B

Abstract

本发明公开了一种天线测试装置及测试方法，天线测试装置包括：固定盘，用于固定待测试天线；在所述固定盘设置有第一定位固定轴和以第一定位固定轴为圆心的弧形滑槽；安装架，用于安装所述固定盘；在所述安装架上设置有第一横向滑槽以及设置在第一横向滑槽内的第二定位固定轴；支撑杆，用于安装所述安装架；支撑座，用于安装所述支撑杆；在所述支撑座上设置有第二横向滑槽；所述支撑杆下端位于所述第二横向滑槽内并可沿所述第二横向滑槽滑动；转盘，用于安装所述支撑座，并带动所述支撑座转动。本发明的天线姿态调整自由度高，易于操作，且操作过程简便，具有调整快且姿态调整准的优点，可完成天线各项性能指标的测试。

Description

天线测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及电子领域，具体是一种天线的测试装置。

背景技术

各种天线包括通信天线、雷达天线在使用前需测试天线的辐射能量在空间的分布，并绘制出天线的方向图。随着微波技术的发展，对天线的辐射特性和相位中心测试要求越来越高，天线测试需要各种形式的转用测试装置。现有技术的天线测试装置，由于结构原因测试功能单一，只能测试天线的辐射特性，不能适应各种形式天线的测试，也不能综合测试天线各种指标，如辐射特性和相位中心等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、方便测试的天线测试装置及测试方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明首先提供一种天线测试装置，包括：

固定盘，用于固定待测试天线；在所述固定盘设置有第一定位固定轴和以第一定位固定轴为圆心的弧形滑槽；

安装架，用于安装所述固定盘；在所述安装架上设置有第一横向滑槽以及设置在第一横向滑槽内的第二定位固定轴；所述第二定位固定轴同时位于所述弧形滑槽内，所述第一定位固定轴同时位于所述第一横向滑槽内；

支撑杆，用于安装所述安装架；在所述支撑杆上设置有用于调整所述安装架沿所述支撑杆高度方向不同位置的夹具；

支撑座，用于安装所述支撑杆；在所述支撑座上设置有第二横向滑槽；所述支撑杆下端位于所述第二横向滑槽内并可沿所述第二横向滑槽滑动；

转盘，用于安装所述支撑座，并带动所述支撑座转动。

所述转盘安装在一支撑座上。

所述转盘通过电机驱动。

在所述支撑座下端设置有底盘；所述电机固定在底盘上；在电机的输出轴上设置有用于带动所述转盘的驱动轮。

所述转盘和驱动轮均为齿轮。

固定装置设置于安装盘的背面；所述固定装置包括环形部、固定座、弹簧和套设在弹簧内部的螺栓；所述第一定位固定轴和所述第二定位固定轴为固定装置的螺栓。

环形部为两端开口的管状部件；其中内侧一端设有第一延伸部，使得开口直径小于外侧一端的开口直径。

固定座包括抵接部和第二延伸部；抵接部用于夹持固定盘的表面；第二延伸部沿垂直于螺栓的长度方向延伸；弹簧设置于固定座的抵接部和环形部的第一延伸部之间，用于提供夹持固定盘所需的弹力。

所述螺栓包括一端设置有第一螺帽的主体、限位件、垫片和第二螺帽；垫片的一端抵接环形部的第一延伸部；限位件的内部设有螺纹。

本发明还提供一种天线测试方法，包括：

A、将天线固定于固定盘上，将固定盘固定于安装架的第一横向滑槽的中间，控制转盘复位，将支撑杆设置于支撑座的正中间；

B、使转盘旋转一周，测量获得第一幅度、第一相位方向图，并计算第一角域范围内相位中心，计算得到第一偏移量；

C、按照所述第一偏移量调整安装架的高度和支撑杆在第二横向滑槽中的位置，再重复使转盘旋转一周，测量获得第二幅度、第二相位方向图，并计算获得第二偏移量；

D、按照所述第二偏移量调整安装架的高度和支撑杆在第二横向滑槽中的位置，计算第三相位中心偏移量；

E、判断第三相位中心偏移量是否小于预定阈值，如果是则结束测量，如果否，则调整固定盘1在第一横向滑槽25中的位置，重复步骤B至E。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明采用固定盘固定待测天线，固定盘通过第一定位固定轴、第二定位固定轴、弧形滑槽以及第一横向滑槽实现在安装架上转动调节和水平位置调节，第一定位固定轴、第二定位固定轴、弧形滑槽以及第一横向滑槽相互配合；同时在第一横向滑动槽内移动第一定位固定轴和第二定位固定轴，就可以实现待测天线的横向移动；第一定位固定轴的位置保持固定，使固定盘的弧形滑槽沿第二定位固定轴转动，就可以实现待测天线在平面内的转动；当第一定位固定轴的位置不固定，同时固定盘的弧形滑槽沿第二定位固定轴转动，就可以同步实现待测天线在平面内的转动和横向移动。因此，本发明的天线姿态调整自由度高，易于操作，且在固定装置作用下能够方便改变位置，操作过程简便，具有调整快且姿态调整准的优点，可完成天线各项性能指标的测试。

2.在转盘上采用第二横向滑槽连接支撑杆，使得天线测试装置能够测试天线的相位中心，根据测试方法的调节步骤，提供从O点出发移动到O’点的可能。

3.实现对天线的辐射特性和天线相位等多功能测试。通过各部件的转动或平移，按测试要求的方向转动，将天线的极化中心调整到限定的空间位置，完成天线各项性能指标的测试，包括测试天线在不同极化方向下的E、H面的方向图以及测量相位中心。整个测试装置仅需要一个马达，上半部分为夹具，无需采用现有技术中精密的马达。本申请的测试装置在伺服系统和计算机的控制下完成对天线各项参数的测试，测试的灵敏度和准确性高。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1是本发明天线测试装置结构的立体图；

图2是图1的平面图；

图3是固定盘、安装架与支撑杆的连接示意图（正面）；

图4是固定盘、安装架与支撑杆的连接示意图（背面）；

图5为固定装置的结构示意图（第一视角）；

图6为固定装置的结构示意图（第二视角）；

图7为固定装置的爆炸图；

图8为固定装置的使用示意图；

图9为固定装置的安装图；

图10为天线参考点偏移示意图；

图11为测试时的坐标系；

图12为测试的初始状态；

图13首次测量的幅度、相位方向图；

图14第二次测量的幅度、相位方向图；

图15第三次测量的幅度、相位方向图；

图16为测试调整后的状态。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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，本领域技术人员在没有作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。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。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申请中的具体含义。

参见图1、2，本申请的天线测试装置，包括固定盘1、安装架2、支撑杆3、支撑座4以及转盘5。

固定盘1活动设置在安装架2上，安装架2固定设置在支撑杆3上的预定高度。支撑杆3设置在支撑座4上。支撑座4设置在转盘5的上表面。

参见图3、4，固定盘1上设置有弧形滑槽11、第一定位固定轴12、固定孔13。弧形滑槽11内设置有第二定位固定轴21。固定孔13用于固定待测的天线。在一种典型的情况下，可以采用尼龙扎带穿过固定孔13的至少两个。在另一情况下，可以在待测物体上设置与固定孔13对应的安装孔，从而通过螺钉固定。固定盘1可以在第一定位固定轴12松脱状态下绕第一定位固定轴12旋转，以调整固定盘1的角度，调整至特定位置后旋紧螺栓，从而调整待测天线的姿态。

安装架2上设置有第一横向滑槽25。在第一定位固定轴12和第二定位固定轴21松脱状态下，第一定位固定轴12和第二定位固定轴21可以在第一横向滑槽25中横向移动，调整至特定位置后旋紧螺栓，从而调整待测天线的横向位置。

在一个实施例中，第一定位固定轴12和第二定位固定轴21为固定装置100的螺栓。参见图5-8所示。固定装置100包括环形部101，固定座102、弹簧103和套设在弹簧103内部的螺栓。

环形部101为两端开口的管状部件。在安装时内侧一端靠近固定座102，外侧为开放端。环形部101的内侧一端设有第一延伸部1011，第一延伸部1011自环形部101的外表面向内部延伸使得开口直径小于外侧一端的开口直径。优选地，环形部101的外侧一端的半径为适合手指按压的大小。

固定座102包括抵接部1021和第二延伸部1022。抵接部1021用于夹持固定盘1的表面。第二延伸部1022沿垂直于螺栓的长度方向延伸，其长度和宽度为适合手指勾住的大小，方便安装人员操作。优选地，第二延伸部1022为两个，自抵接部1021延伸，对称地设置于抵接部1021的两侧。

弹簧103设置于固定座102的抵接部1021和环形部101的第一延伸部1011之间，用于提供夹持固定盘1所需的弹力。

螺栓包括一端设置有第一螺帽1041的主体、限位件1042、垫片1043和第二螺帽1044。垫片1043的一端抵接环形部101的第一延伸部1011。限位件1042的内部设有螺纹，将第二螺帽1044和限位件1042相向旋紧，能够固定垫片1043使得弹簧103固定在预定高度以提供预设弹力。第一螺帽1041的一端设置有一字或者十字的开槽以便于采用螺丝刀旋转固定。第一螺帽1041的直径大于第一横向滑槽25的宽度。

如图8所示，按压环形部101使得第一螺帽1041和抵接部1021分开预设距离，使得安装盘1能够滑动到预定位置，释放固定装置100即可使得第一螺帽1041和抵接部1021在弹簧的弹力下夹持固定安装盘1。如此，无需特定安装工具就能够方便改变安装盘1在安装架2的第一横向滑槽25中的位置，使得测试过程更有效率。为了避免金属件对测试的干扰，优选地，如图9所示，固定装置100设置于安装盘1的背面。图9中避免线条干扰，仅示出了一个固定装置，本领域技术人员可以理解可以采用两个相同的固定装置100，使得固定装置100的螺栓作为第一定位固定轴12和第二定位固定轴21。

在一个实施例中，安装架2通过夹具与支撑杆3连接，其中夹具包括安装部24和至少一个夹具垫片23。安装部24设置在安装架3上，安装部24通过螺钉与至少一个夹具垫片23固定在支撑杆3上。

在一个实施例中，支撑杆3的下端设置有安装插销31，在支撑座4上设置有第二横向滑槽41。支撑杆3通过安装插销31设置在支撑座4上的第二横向滑槽41内，使得支撑杆3能够沿第二横向滑槽41滑动，调整待测天线的位置。

在一个实施例中，安装插销31为T型，第二横向滑槽41为T型燕尾槽。

在一个实施例中，转盘5通过支撑座4的转轴81设置在底座8上。支撑座4与转盘5的连接方式可以为粘贴、螺钉固定等方式。

在一个实施例中，转盘5通过电机7驱动。

在一个实施例中，转盘周向边缘设有齿，与驱动轮6啮合，电机7带动驱动轮6转动，从而带动转盘5转动。

在一个实施例中，底座8和电机7设置在底盘9的表面。

电机7与控制单元电气连接。电机7优选采用带抱闸的直流伺服电机，能够消除传动回差，保证对测试天线指向调整的精确度，以便得到精确的天线方向图。带抱闸的直流伺服电机在初始对准调整后，测试中不转动的轴处于断电自锁状态，既节省了能源，又保证了测试精度和系统的可靠性。

架设天线时，理想的情况是待测天线的相位中心与旋转中心(静区中心)重合。当天线测试装置是转盘时，该旋转中心即为转盘的旋转轴。但是，对于某些天线，例如由多个阵元构成的天线阵列，一方面由于各个截面各个频点的相位中心本身并不重合。另一方面，现有技术中，业界在安装中普遍采用天线几何中心或者天线外表面中心与旋转中心重合的标定方式，而实际上，该点并不是天线的相位中心，也即天线的参考点由图10中的O点移动至O’点，这将会带来测量误差。

测试时的坐标系如图11所示。对任意天线，其远区辐射场的某个分量在球坐标系可写为：

E =

Fu(θ,ϕ)exp(j

)(exp(-jkr)/r)

式中，E为其远区辐射场的某个具体分量，

为幅度系数，Fu(θ,ϕ)为幅度方向图函数，θ为俯仰角，ϕ 为方位角，j为虚数单位，

为相位方向图函数，r为测试距离，k为波数，k=2π/λ，λ为波长。

当假设相位中心与旋转中心不同时，则天线的参考点移动到O'，根据远场近似，得到以O'为参考点的远场表达式为：

式中，r'为相位中心与转动中心之间的距离；

令

，天线的相位中心与转动中心的偏差用小矢量r'表示为：

r'=△xx'+△yy'+△zz'

式中，△表示差值，xyz为O点在笛卡尔坐标中的坐标，x'y'z'为O'点在笛卡尔坐标中的坐标；

而单位矢

可表示为：

所以以O'为参考点的相位中心方向图函数为：

而

为参考中心与旋转中心重合时的相位方向图函数。

相位中心测定就是通过改变O'的位置来寻找相位中心。改变O'的位置即改变上式中的Δx、Δy、Δz，使得

的变化率最小，从而来寻找相位中心。

现假设相位方向图测量是在ϕ=0°和ϕ=90°面进行，则

式中，Δt代表Δx或Δy（当ϕ=0°代表Δx；当ϕ=90°代表Δy）。可得到某截面Δt,Δz 与相位偏差的关系：

其中，所述的相位偏差是指某方向上的远场相位与最大辐射方向上远场相位之差。对该式应用最小二乘法，可求出相位中心偏差Δt与Δz。

实践表明选择Δz=(Δz(0°)+Δz(90°))/2可获得较高的精度。

有的天线可能在不同截面有不同相位中心，而且它们可能不重合，因此测量的相位中心是指某个截面上的相位中心。

图12为测试的初始状态，待测天线10固定在固定盘1上。A A'为转盘5的旋转轴。支撑座4设置在转盘5的几何中心。第二横向滑槽41的上表面还设置有刻度的标尺，安装插销31上设置有与标尺对应的记号线。同理，第一横向滑槽25和支撑杆3上也设置有带刻度的标尺。

具体而言，包括以下步骤：

A、将天线固定于固定盘1上，将固定盘1固定于安装架2的第一横向滑槽25的中间，开机使得马达控制转盘复位，将支撑杆3设置于支撑座4的正中间；

B、旋转马达使得转盘5旋转一周，测量获得第一幅度、第一相位方向图，并计算第一角域范围内相位中心，计算得到第一相位中心偏移量；

C、按照所述第一相位中心偏移量调整安装架2的高度和支撑杆3在第二横向滑槽41中的位置，再重复旋转马达使得转盘5旋转一周，测量获得第二幅度、第二相位方向图，并计算获得第二相位中心偏移量；

D、按照所述第二偏移量调整安装架2的高度和支撑杆3在第二横向滑槽41中的位置，计算第三相位中心偏移量；

其中第一角域范围优选为[-60°, 60°]，第一相位中心偏移量△x=-6.5mm, △z=9. 6mm。

从图13-15中可以看出，经过3次测量已经获得比较好的结果。

此时，天线的旋转中心（转盘5的旋转轴AA'）即为相位中心，如图16所示，预定阈值优选为1mm。

如果需要切换天线的极化，则通过弧形滑槽11旋转固定盘1至另一角度。例如初始为0度，旋转90°测试垂直极化下天线的幅度、相位方向图。

如此，采用本申请的天线测量装置，能够有效消除相位中心与天线口面几何中心不重合造成的测量误差，并且可以兼容不同极化下的天线测试，具有良好的适应性。

在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。

Claims

1.一种天线测试装置，包括：

转盘，用于安装所述支撑座，并带动所述支撑座转动。

2.根据权利要求1所述的天线测试装置，其特征在于，所述第二横向滑槽为T型燕尾槽；所述支撑杆下端设置有在所述T型燕尾槽内滑动的安装插销。

3.根据权利要求1所述的天线测试装置，其特征在于，所述夹具包括安装部和至少一个具有弧形过渡的夹具垫片，所述安装部与夹具垫片采用紧固件固定；所述安装部固定在所述安装架上。

4.根据权利要求1-3任一所述的天线测试装置，其特征在于，固定装置设置于安装盘的背面；所述固定装置包括环形部、固定座、弹簧和套设在弹簧内部的螺栓；所述第一定位固定轴和所述第二定位固定轴为固定装置的螺栓。

5.根据权利要求4所述的天线测试装置，其特征在于，环形部为两端开口的管状部件；其中内侧一端设有第一延伸部，使得开口直径小于外侧一端的半径。

6.根据权利要求4所述的天线测试装置，其特征在于，固定座包括抵接部和第二延伸部；抵接部用于夹持固定盘的表面；第二延伸部沿垂直于螺栓的长度方向延伸；弹簧设置于固定座的抵接部和环形部的第一延伸部之间，用于提供夹持固定盘所需的弹力。

7.根据权利要求4所述的天线测试装置，其特征在于，所述螺栓包括一端设置有第一螺帽的主体、限位件、垫片和第二螺帽；垫片的一端抵接环形部的第一延伸部；限位件的内部设有螺纹。

8.根据权利要求4所述的天线测试装置，其特征在于，在所述支撑座下端设置有底盘；电机固定在底盘上；在电机的输出轴上设置有用于带动所述转盘的驱动轮。

9.根据权利要求8所述的天线测试装置，其特征在于，所述转盘和驱动轮均为齿轮。

10.一种基于权利要求1-9任一所述天线测试装置的天线测试方法，其特征在于，包括：

E、判断第三相位中心偏移量是否小于预定阈值，如果是则结束测量，如果否，则调整固定盘在第一横向滑槽中的位置，重复步骤B至E。