CN115097220A - 一种有源天线模块微型暗室测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种有源天线模块微型暗室测试系统及测试方法，属于有源相控阵天线技测试技术领域，解决如何设计一种对场地要求小、测试指标项齐全、测试精度和效率高的有源天线模块微型暗室测试系统的问题；基于有源阵面前端划分为多个可扩充的有源天线模块的特点，设计了微型暗室测试系统用于测试有源天线模块，由于有源天线模块的体积比有源阵面小得多，因此可在微型暗室内测试，传统的测试方法由于有源阵面规模大、通道数多的，长期占用暗室资源的现象；本测试系统能够快速、精确的测试多通道有源天线的模块的接收增益、发射功率、移相/衰减/延时精度、相位非线性、通道间幅相一致性等指标，系统搭建成本低，搭建速度快，对场地要求小。
Description
技术领域
本发明属于有源相控阵天线技测试技术领域，涉及一种有源天线模块微型暗室测试系统及测试方法。
背景技术
有源阵面前端是有源相控阵雷达的核心装备之一，其设计极大影响着雷达的战术指标、机动性、可靠性和维修性。将有源阵面前端划分为多个可扩充的有源天线模块，可灵活的扩充阵面规模，简化阵面走线，降低阵面维修难度。
有源天线模块是将天线单元、收发组件、波束形成网络、末级波控及末级电源高度集成为一体的多通道微波子系统，具有射频和结构上的可扩充性，模块内部可进行去线缆化设计，集成度高。
单个有源天线模块的尺寸通常远远小于雷达系统的整个有源阵面，传统的测试方法，或通过内校网络测试模块各通道指标，该方法无法测试天线单元的性能；或通过喇叭天线与模块相互收发信号测试，该方法在测试时信号容易受到干扰，测试精度有限，且天线单元的信号辐射对测试人员有伤害；或将模块放入暗室中依次单通道扫描测试，该方法测试精确，但模块在交付前需进行初步调试、筛选试验、环境试验、返修等多个流程，历经多轮测试，对于规模大、通道数多的有源阵面，该方法将长期占用暗室资源，而对于后期数量少的备件和不定期发生故障的零星返修件，每次都进入暗室测试也会大大提高项目成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何设计一种对场地要求小、测试指标项齐全、测试精度和效率高有源天线模块微型暗室测试系统。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
一种有源天线模块微型暗室测试系统，所述的测试系统包括：微型暗室(1)、扫描架(2)、探头(3)、测试及校准适配器(4)、射频及控制机柜(5)、上位机(6)；所述的扫描架(2)设置于微型暗室(1)内部，所述的探头(3)设置于所述扫描架(2)上，所述的测试及校准适配器(4)设置在微型暗室(1)中，所述的微型暗室(1)用于为待测产品提供洁净的近场测试环境，并根据待测产品的工作模式，依次扫描待测产品的天线单元，接收待测产品的天线单元辐射信号，并向待测产品的天线单元提供接收激励信号；所述的测试及校准适配器(4)设置在微型暗室(1)中，将待测产品固定在测试及校准适配器(4)上，用于校准测试链路上的空间损耗，将射频及控制机柜(5)提供的电源、射频和时序控制信号、液冷提供给待测产品；所述的射频及控制机柜(5)用于为待测产品提供测试仪表、时序控制信号和射频收发链路；所述的上位机(6)配置待测产品的工作模式和测试流程、射频及控制机柜内测试仪表的状态参数，调取测试仪表的校准数据文件，向微型暗室(1)下发扫描指令，完成待测产品各通道的扫描指令，测试接收增益、发射功率、移相/衰减/延时精度、相位非线性、通道间幅相一致性等指标，并采集测试数据，生成测试结果报表；
所述的测试系统的测试方法包括以下步骤：
步骤1：配置探头(3)位置文件、空间损耗和幅相校准数据、测试仪表的状态参数；
步骤2、基于完成设置后的探头(3)和测试仪表，进行空间功率损耗校准和脉冲矢网幅相校准，生成功率测试基准数据文件和脉冲矢网校准文件；
步骤3、选择需要测试的指标项生成测试流程，并根据待测产品的设计指标输入各测试指标的合格数据范围；
步骤4、根据预设的测试指令完成测试并生成各通道的测试数据；
步骤5、生成待测产品所有通道的测试数据报表。
本发明基于有源阵面前端划分为多个可扩充的有源天线模块的特点，设计了微型暗室测试系统，用于测试有源天线模块，由于有源天线模块的体积比有源阵面小得多，因此可以在微型暗室内测试，解决传统的测试方法由于有源阵面规模大、通道数多的，长期占用暗室资源的现象；本发明的测试系统能够快速、精确的测试多通道有源天线的模块的接收增益、发射功率、移相/衰减/延时精度、相位非线性、通道间幅相一致性等指标，系统搭建成本低，搭建速度快，对场地要求小，安装、拆卸、搬运方便。
进一步地，所述的微型暗室(1)尺寸为2.5m×2.0m×2.5m，内壁由吸波单元排列布置而成，微型暗室(1)的侧壁安装有信号转接板，射频线路、电源线路、液冷管路、控制线路均通过信号转接板引入微型暗室(1)内。
进一步地，所述的扫描架(2)包括水平伺服移动部分、垂直伺服移动部分和探头架，分别代表X、Y、Z三个直线空间自由度，探头(3)安装在探头架上，探头架前段安装有P轴部件，扫描架(2)具有程控和本控两种控制方式，通过上位机(6)或机械摇杆完成探头(3)的水平、垂直、前后方向的移动和360°旋转。
进一步地，所述探头(3)的根据上位机(6)发出的测试指令完成极化旋转并移动至待测产品的对应通道位置，发射测试时探头(3)接收待测产品的天线单元辐射信号，接收测试时探头(3)向待测产品的天线单元提供接收测试信号。
进一步地，所述的测试及校准适配器(4)包括测试适配器(41)和可拆卸天线校准单元(42)；所述的测试适配器(41)固定于微型暗室(1)的地面上，用于放置待测产品，为待测产品提供电源、控制、射频信号和液冷转接；所述的可拆卸天线校准单元(42)安装于测试适配器(41)上，安装位置和待测产品的天线单元位置相同，用于校准待测产品的天线单元与探头(3)之间的空间损耗和S参数，生成校准测试文件存储在测试仪表和上位机中。
进一步地，所述的射频及控制机柜(5)设置于微型暗室(1)的外部，射频及控制机柜(5)包括测试仪表(51)、射频收发模块(52)、时序控制模块(53)、电源(54)；所述的测试仪表(51)分层设置于射频及控制机柜(5)中，所述的射频收发模块(52)用于测试过程中收发链路和测试仪表之间的切换，在测试过程中无需更换仪表之间的线缆；所述的时序控制模块(53)与所述上位机(6)通过以太网连接，与待测产品通过同步串口连接，根据上位机(6)发送的测试指令，向待测产品发送幅相控制码值和收发时序信号；并为测试仪为表(51)提供同步触发信号，为射频收发模块(52)提供切换控制；所述的电源(54)分别为测试仪表(51)、射频收发模块(52)、所述时序控制模块(53)以及待测产品供电。
进一步地，所述的上位机(6)包括：参数输入模块(61)、测试模块(62)、数据处理模块(63)；所述的参数输入模块(61)用于配置待测产品的工作模式、测试流程、测试指标、参数超差阈值，调取校准测试文件以及配置测试仪表(51)的状态参数；所述的测试模块(62)根据参数输入模块(61)的配置参数，生成测试指令和扫描指令，通过以太网下发给测试仪表(51)、时序控制模块(53)以及扫描架(2)，完成待测产品的所有通道的逐一测试；所述的数据处理模块(63)用于采集所述测试仪表(51)的幅相测试数据并生成测试数据报表。
进一步地，步骤1中配置探头(3)位置文件的方法具体如下：探头(3)初始位置坐标为(X0，Y0，Z0，P0)，X0、Y0与待测产品的第一通道天线单元的坐标相同，Z0设置为待测产品的第一通道天线单元前方5mm处，P0与待测产品的天线单元极化方向相同；根据待测产品的天线单元间距，计算各通道测试的探头位置，生成探头(3)位置文件(Xi，Yi，Zi，Pi)，其中i为待测产品的通道数，并存储在上位机(6)中。
进一步地，步骤1中配置空间损耗和幅相校准数据的方法具体如下：将可拆卸天线校准单元(42)安装于测试适配器(41)上，脉冲矢网的信号馈入可拆卸天线校准单元(42)的馈电口，信号输入电平为Pin，经过探头(3)接收，由功率计读取的输出功率值为Pout，生成待测产品至探头(3)的空间损耗文件PLoss＝Pout-Pin，存储在上位机(6)中。
进一步地，步骤1中配置测试仪表的状态参数的方法具体如下：设置脉冲矢网接收和发射测试时的脉宽、重频、触发门套，点击测试模块(62)的接收测试和发射测试，将脉冲矢网设置为“本地控制”，进行直通校准，生成接收校准文件和发射校准文件存在脉冲矢网中。
本发明的优点在于：
本发明的测试系统能够快速、精确的测试多通道有源天线的模块的接收增益、发射功率、移相/衰减/延时精度、相位非线性、通道间幅相一致性等指标，系统搭建成本低，搭建速度快，对场地要求小，安装、拆卸、搬运方便。
附图说明
图1是本发明实施例的有源天线模块微型暗室测试系统的结构布置图；
图2是本发明实施例的获取空间损耗和幅相校准数据时测试及校准适配器的安装示意图；
图3是本发明实施例的测试时测试及校准适配器和待测产品的安装示意图；
图4是本发明实施例的有源天线模块微型暗室测试系统的测试方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明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，都属于本发明保护的范围。
下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：
实施例一
如图1所示，一种有源天线模块微型暗室测试系统，包括：微型暗室1、扫描架2、探头3、测试及校准适配器4、射频及控制机柜5、上位机6、待测产品7。
所述的微型暗室1的尺寸大小综合考虑实验室空间、待测产品7的尺寸及工作频段、近场测试距离和人工操作空间，本实施例中，待测产品7工作在X频段，微型暗室1尺寸为2.5m×2.0m×2.5m，可放置于实验室内，内壁由吸波单元紧密排列布置而成，吸波单元的功率容量不低于800W/平方连续波，屏蔽性能优于90dB，为待测产品7提供洁净的近场测试环境，微型暗室1的侧壁安装有有信号转接板，射频线路、电源线路、液冷管路、控制线路均通过信号转接板引入微型暗室1内。
所述的扫描架2设置于微型暗室1内部，扫描架2包括水平伺服移动部分、垂直伺服移动部分和探头架，分别代表X、Y、Z三个直线空间自由度，探头3安装在探头架上，探头架前段安装有P轴部件，扫描架2具有程控和本控两种控制方式，可通过上位机6或机械摇杆完成探头3的水平、垂直、前后方向的移动和360°旋转。
所述探头3设置于所述扫描架2上，根据上位机6发出的测试指令完成极化旋转并移动至待测产品7的对应通道位置，发射测试时探头3接收待测产品7的天线单元辐射信号，接收测试时探头3向待测产品7的天线单元提供接收测试信号。
所述的测试及校准适配器4设置在微型暗室1中，如图2和图3所示，测试及校准适配器4包括测试适配器41和可拆卸天线校准单元42；所述的测试适配器41固定于微型暗室1的地面上，用于放置待测产品7，为待测产品7提供电源、控制、射频信号和液冷转接，保证多次测试的一致性；所述的可拆卸天线校准单元42安装于测试适配器41上，安装位置和待测产品7的天线单元位置相同，用于校准待测产品7的天线单元与探头3之间的空间损耗和S参数，生成校准测试文件存储在测试仪表和上位机中，校准完毕后将可拆卸天线校准单元42从测试适配器41上取下。
所述的射频及控制机柜5设置于微型暗室1的外部，射频及控制机柜5包括测试仪表51、射频收发模块52、时序控制模块53、电源54；所述的测试仪表51分层设置于射频及控制机柜5中，包含但不限于脉冲矢量网络分析仪、峰值功率计、频谱仪，脉冲矢量网络分析仪用于测试驻波、增益、相位、移相/延时/衰减精度指标，峰值功率计用于测试输出峰值功率、顶降指标，频谱仪用于测试杂散指标；所述的射频收发模块52用于测试过程中收发链路和测试仪表之间的切换，在测试过程中无需更换仪表之间的线缆；所述的时序控制模块53与所述上位机6通过以太网连接，与待测产品7通过同步串口连接，根据上位机6发送的测试指令，向待测产品7发送幅相控制码值和收发时序信号；并为测试仪为表51提供同步触发信号，为射频收发模块52提供切换控制；所述的电源54分别为测试仪表51、射频收发模块52、所述时序控制模块53以及待测产品7供电。
所述的上位机6包括：参数输入模块61、测试模块62、数据处理模块63；所述的参数输入模块61用于配置待测产品的工作模式、测试流程、测试指标、参数超差阈值，调取校准测试文件以及配置测试仪表51的状态参数；所述的测试模块62根据参数输入模块61的配置参数，生成测试指令和扫描指令，通过以太网下发给测试仪表51、时序控制模块53以及扫描架2，完成待测产品7的所有通道的逐一测试；所述的数据处理模块63用于采集所述测试仪表51的幅相测试数据并生成测试数据报表。
如图4所示，本发明实施例的有源天线模块微型暗室测试系统的测试方法包括以下步骤：
步骤1：配置探头位置文件、空间损耗和幅相校准数据、测试仪表的状态参数；
配置探头3位置文件：探头3初始位置坐标为(X0，Y0，Z0，P0)，X0、Y0与待测产品7的第一通道天线单元的坐标相同，Z0设置为待测产品7的第一通道天线单元前方5mm处，该距离根据待测产品的工作频段确定，P0与待测产品7的天线单元极化方向相同；根据待测产品7的天线单元间距，计算各通道测试的探头7位置，生成探头3位置文件(Xi，Yi，Zi，Pi)，(其中，i为待测产品的通道数)并存储在上位机6中；
如图3所示，将可拆卸天线校准单元42安装于测试适配器41上，脉冲矢网的信号馈入可拆卸天线校准单元42的馈电口，信号输入电平为Pin，经过探头3接收，由功率计读取的输出功率值为Pout，生成待测产品7至探头3的空间损耗文件PLoss＝Pout-Pin，存储在上位机6中；
根据预设的测试条件，设置脉冲矢网接收和发射测试时的脉宽、重频、触发门套等，点击测试模块62的接收测试和发射测试，将脉冲矢网设置为“本地控制”，进行直通校准，生成接收校准文件和发射校准文件，存在脉冲矢网中；
完成探头位置文件、空间损耗和幅相校准数据、测试仪器的状态参数的配置后，取下可拆卸天线校准单元42，下次启动测试模块62时可加载，无需重复设置和校准。
步骤2、基于完成设置后的探头和测试仪器，进行空间功率损耗校准和脉冲矢网幅相校准，生成功率测试基准数据文件和脉冲矢网校准文件；
步骤3、选择需要测试的指标项，生成测试流程；根据待测产品的设计指标，输入各测试指标的合格数据范围；
启动参数输入模块61，勾选上位机界面中需要测试的指标项，如接收增益、发射功率、收/发相位非线性、移相/衰减/延时精度、杂散等，也可根据测试需求单独勾选接收指标或发射指标，生成测试流程，保存设置，下次启动测试模块62时加载上一次保存值，无需重复设置；
点击上位机界面中的“测试阈值设置”，根据待测产品7的设计指标，输入各测试指标的合格数据范围，保存设置，下次启动测试模块62时加载上一次保存值，无需重复设置。
步骤4、根据预设的测试指令完成测试并生成各通道的测试数据；
如图3所示，将待测产品7装入测试适配器41上，启动测试模块62，选择待测产品7的生产流程，如初测、筛选、返修、封盖等，输入待测产品7的序列号，点击“测试”，即可全完成所有测试流程，生成各通道数据表格，超出测试阈值范围的测试数据会显示为红色。
步骤5、生成待测产品所有通道的测试数据报表
启动数据处理模块63合成待测产品7各通道的数据表格，生成待测产品7的完整测试数据报表，存放在以生产流程和产品序列号联合命名的文件夹中，便于后期查询。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种有源天线模块微型暗室测试系统，其特征在于，所述的测试系统包括：微型暗室(1)、扫描架(2)、探头(3)、测试及校准适配器(4)、射频及控制机柜(5)、上位机(6)；所述的扫描架(2)设置于微型暗室(1)内部，所述的探头(3)设置于所述扫描架(2)上，所述的测试及校准适配器(4)设置在微型暗室(1)中，所述的微型暗室(1)用于为待测产品提供洁净的近场测试环境，并根据待测产品的工作模式，依次扫描待测产品的天线单元，接收待测产品的天线单元辐射信号，并向待测产品的天线单元提供接收激励信号；所述的测试及校准适配器(4)设置在微型暗室(1)中，将待测产品固定在测试及校准适配器(4)上，用于校准测试链路上的空间损耗，将射频及控制机柜(5)提供的电源、射频和时序控制信号、液冷提供给待测产品；所述的射频及控制机柜(5)用于为待测产品提供测试仪表、时序控制信号和射频收发链路；所述的上位机(6)配置待测产品的工作模式和测试流程、射频及控制机柜内测试仪表的状态参数，调取测试仪表的校准数据文件，向微型暗室(1)下发扫描指令，完成待测产品各通道的扫描指令，测试接收增益、发射功率、移相/衰减/延时精度、相位非线性、通道间幅相一致性等指标，并采集测试数据，生成测试结果报表；
所述的测试系统的测试方法包括以下步骤：
步骤1：配置探头(3)位置文件、空间损耗和幅相校准数据、测试仪表的状态参数；
步骤2、基于完成设置后的探头(3)和测试仪表，进行空间功率损耗校准和脉冲矢网幅相校准，生成功率测试基准数据文件和脉冲矢网校准文件；
步骤3、选择需要测试的指标项生成测试流程，并根据待测产品的设计指标输入各测试指标的合格数据范围；
步骤4、根据预设的测试指令完成测试并生成各通道的测试数据；
步骤5、生成待测产品所有通道的测试数据报表。
2.根据权利要求1所述的有源天线模块微型暗室测试系统，其特征在于，所述的微型暗室(1)尺寸为2.5m×2.0m×2.5m，内壁由吸波单元排列布置而成，微型暗室(1)的侧壁安装有信号转接板，射频线路、电源线路、液冷管路、控制线路均通过信号转接板引入微型暗室(1)内。
3.根据权利要求2所述的有源天线模块微型暗室测试系统，其特征在于，所述的扫描架(2)包括水平伺服移动部分、垂直伺服移动部分和探头架，分别代表X、Y、Z三个直线空间自由度，探头(3)安装在探头架上，探头架前段安装有P轴部件，扫描架(2)具有程控和本控两种控制方式，通过上位机(6)或机械摇杆完成探头(3)的水平、垂直、前后方向的移动和360°旋转。
4.根据权利要求3所述的有源天线模块微型暗室测试系统，其特征在于，所述探头(3)的根据上位机(6)发出的测试指令完成极化旋转并移动至待测产品的对应通道位置，发射测试时探头(3)接收待测产品的天线单元辐射信号，接收测试时探头(3)向待测产品的天线单元提供接收测试信号。
5.根据权利要求4所述的有源天线模块微型暗室测试系统，其特征在于，所述的测试及校准适配器(4)包括测试适配器(41)和可拆卸天线校准单元(42)；所述的测试适配器(41)固定于微型暗室(1)的地面上，用于放置待测产品，为待测产品提供电源、控制、射频信号和液冷转接；所述的可拆卸天线校准单元(42)安装于测试适配器(41)上，安装位置和待测产品的天线单元位置相同，用于校准待测产品的天线单元与探头(3)之间的空间损耗和S参数，生成校准测试文件存储在测试仪表和上位机中。
6.根据权利要求5所述的有源天线模块微型暗室测试系统，其特征在于，所述的射频及控制机柜(5)设置于微型暗室(1)的外部，射频及控制机柜(5)包括测试仪表(51)、射频收发模块(52)、时序控制模块(53)、电源(54)；所述的测试仪表(51)分层设置于射频及控制机柜(5)中，所述的射频收发模块(52)用于测试过程中收发链路和测试仪表之间的切换，在测试过程中无需更换仪表之间的线缆；所述的时序控制模块(53)与所述上位机(6)通过以太网连接，与待测产品通过同步串口连接，根据上位机(6)发送的测试指令，向待测产品发送幅相控制码值和收发时序信号；并为测试仪为表(51)提供同步触发信号，为射频收发模块(52)提供切换控制；所述的电源(54)分别为测试仪表(51)、射频收发模块(52)、所述时序控制模块(53)以及待测产品供电。
7.根据权利要求6所述的有源天线模块微型暗室测试系统，其特征在于，所述的上位机(6)包括：参数输入模块(61)、测试模块(62)、数据处理模块(63)；所述的参数输入模块(61)用于配置待测产品的工作模式、测试流程、测试指标、参数超差阈值，调取校准测试文件以及配置测试仪表(51)的状态参数；所述的测试模块(62)根据参数输入模块(61)的配置参数，生成测试指令和扫描指令，通过以太网下发给测试仪表(51)、时序控制模块(53)以及扫描架(2)，完成待测产品的所有通道的逐一测试；所述的数据处理模块(63)用于采集所述测试仪表(51)的幅相测试数据并生成测试数据报表。
8.根据权利要求7所述的有源天线模块微型暗室测试系统，其特征在于，步骤1中配置探头(3)位置文件的方法具体如下：探头(3)初始位置坐标为(X0，Y0，Z0，P0)，X0、Y0与待测产品的第一通道天线单元的坐标相同，Z0设置为待测产品的第一通道天线单元前方5mm处，P0与待测产品的天线单元极化方向相同；根据待测产品的天线单元间距，计算各通道测试的探头位置，生成探头(3)位置文件(Xi，Yi，Zi，Pi)，其中i为待测产品的通道数，并存储在上位机(6)中。
9.根据权利要求1所述的有源天线模块微型暗室测试系统，其特征在于，步骤1中配置空间损耗和幅相校准数据的方法具体如下：将可拆卸天线校准单元(42)安装于测试适配器(41)上，脉冲矢网的信号馈入可拆卸天线校准单元(42)的馈电口，信号输入电平为Pin，经过探头(3)接收，由功率计读取的输出功率值为Pout，生成待测产品至探头(3)的空间损耗文件PLoss＝Pout-Pin，存储在上位机(6)中。
10.根据权利要求1所述的有源天线模块微型暗室测试系统，其特征在于，步骤1中配置测试仪表的状态参数的方法具体如下：设置脉冲矢网接收和发射测试时的脉宽、重频、触发门套，点击测试模块(62)的接收测试和发射测试，将脉冲矢网设置为“本地控制”，进行直通校准，生成接收校准文件和发射校准文件存在脉冲矢网中。
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