CN115097221A - 一种自动化天线测试装置、测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化天线测试装置、测试系统及测试方法，涉及自动化天线测试技术领域，包括调平底座；转台安装座，转台安装台固定安装于所述调平底座上端；转台组件，转台组件固定安装于所述转台安装座上端；双向调节组件，双向调节组件固定安装于所述转台上端，所述双向调节组件内部安装有双向调节座，所述双向调节座上端固定连接有天线测试插座，所述天线测试插座用于安装待测试天线。本发明的优点在于：实现了天线相位的自动化计算以及天线的自动化相位偏移调节，自动化程度高，可自动、独立地完成整个天线测试过程，极大的降低了工作人员侧试工作量，同时有效的降低了人工测试所带来的误差，有效的提高了天线辐射特性的检测精度。

Description

一种自动化天线测试装置、测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及自动化天线测试技术领域，具体是涉及一种自动化天线测试装置、测试系统及测试方法。

背景技术

随着科技生活的发展，物联网技术是未来的重要发展趋势，实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，在物联网技术中，无线通讯连接是其中重要的技术手段，天线的性能是影响无线通讯连接的关键因素，因此需要对天线进行综合性能测试。

天线相位中心是指微波天线的电气中心，天线所辐射出的电磁波在离开天线一定的距离后，其等相位面会近似为一个球面，该球面的球心即为该天线的等效相位中心，天线相位中心与几何中心之差称为天线相位中心偏差。

对于天线的测试需要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，现有的用于天线的辐射特性的测试装置通常不带有自动化相位中心校准，通常以天线几何中心作为辐射中心进行测量，天线相位中心偏差会极大影响天线的辐射特征测试结果精度。

发明内容

为解决上述技术问题，提供一种自动化天线测试装置、测试系统及测试方法，本技术方案解决了上述的对于天线的测试需要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，现有的用于天线的辐射特性的测试装置通常不带有自动化相位中心校准，通常以天线几何中心作为辐射中心进行测量，天线相位中心偏差会极大影响天线的辐射特征测试结果精度的问题。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种自动化天线测试装置，包括：

调平底座，所述调平底座周表面固定连接有若干个脚杯安装座，所述脚杯安装座中部螺纹连接有调平升降螺栓，所述调平升降螺栓下端固定安装有脚杯；

转台安装座，转台安装座固定安装于所述调平底座上端；

转台组件，转台组件固定安装于所述转台安装座上端；

双向调节组件，双向调节组件固定安装于所述转台组件上端，所述双向调节组件内部安装有双向调节座，所述双向调节座上端固定连接有天线测试插座，所述天线测试插座用于安装待测试天线。

优选的，所述转台组件包括驱动电机以及转台主轴，所述驱动电机输出端固定连接有主动齿轮，所述转台主轴下端固定连接有从动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮相啮合。

优选的，所述转台安装座上端中部向上凸起形成主轴安装座，所述转台主轴转动连接于主轴安装座上，所述转台安装座一侧固定安装有侧板，所述侧板上端固定安装有电机安装板，所述驱动电机固定安装于电机安装板上端，所述驱动电机输出端贯穿电机安装板并延伸至电机安装板下方与从动齿轮相固定连接。

优选的，所述转台主轴周表面设置有若干卡齿，所述转台主轴外侧套设有安装套，所述安装套内周表面开设有与卡齿相啮合的卡槽，所述转台主轴通过相互啮合的卡齿和卡槽将转动扭矩传动至安装套。

优选的，所述双向调节组件包括安装底板，所述安装底板上端前后对称的固定安装有X向滑轨，所述安装底板上端左右对称的Y向滑轨，所述双向调节座沿着X向滑轨和Y向滑轨进行双向滑动调节。

优选的，两侧所述X向滑轨上对称的滑动连接有X向滑块，两侧所述X向滑块内侧左端转动连接有Y向驱动丝杆，所述Y向驱动丝杆贯穿双向调节座，并与双向调节座螺纹连接，两侧所述X向滑块内侧右端固定连接有Y向滑动导杆，所述Y向滑动导杆贯穿双向调节座，并与双向调节座滑动连接，前侧所述X向滑块外侧固定安装有Y向驱动电机，所述Y向驱动电机输出端与Y向驱动丝杆固定连接。

优选的，两侧所述Y向滑轨上对称的滑动连接有Y向滑块，两侧所述Y向滑块内侧后端转动连接有X向驱动丝杆，所述X向驱动丝杆贯穿双向调节座，并与双向调节座螺纹连接，两侧所述Y向滑块内侧前端转动连接有X向滑动导杆，所述X向滑动导杆贯穿双向调节座，并与双向调节座滑动连接，左端所述Y向滑块左侧固定安装有X向驱动电机，所述X向驱动电机输出端与X向驱动丝杆固定连接。

一种自动化天线测试系统，包括上述的天线测试装置，此外还包括：

相位计算模块，相位计算模块用于计算所述待测试天线的相位中心；

主控模块，主控模块与相位计算模块电性连接，所述主控模块用于接收相位计算模块的相位中心计算数据，并根据相位中心计算数据进行处理计算出相位中心偏移数据；

伺服控制模块，伺服控制模块与主控模块电性连接，伺服控制模块包括转台控制组件、X向控制组件以及Y向控制组件，所述转台控制组件信号输出端与驱动电机电性连接，所述转台控制组件用于控制转台组件转动，所述X向控制组件信号输出端与X向驱动电机电性连接，所述X向控制组件用于控制双向调节座沿着X向滑轨进行滑动，所述Y向控制组件信号输出端与Y向驱动电机电性连接，所述Y向控制组件用于控制双向调节座沿着Y向滑轨进行滑动。

一种自动化天线测试方法，适用于上述的天线测试系统，包括如下步骤：

系统组装，通过旋转调平升降螺栓进行调平底座的调平，之后将待检测天下插接于天线测试插座上，并进行固定；

相位校准测试，通过伺服控制模块驱动转台组件转动一周，测量当前偏移量下的幅度以及相位方向图，并通过相位计算模块计算待检测天线在当前截面的相位中心；

相位偏移，主控模块根据相位中心计算数据进行处理计算出相位中心偏移数据，X向控制组件以及Y向控制组件通过相位中心偏移数据驱动双向调节座沿着X向滑轨和Y向滑轨进行双向滑动调节，使转台主轴的旋转轴与相位中心重合；

辐射特性测试，改变测试点与天线的距离，进行待检测天线的辐射特性综合测试。

可选的，所述测试点的高度发生变化时，需要重新进行相位校准测试步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明采用双向调节组件进行天线测试时的天线偏移调节，测试时，根据天线相位点位置进行实时的调节待检测天线的位置调节，使天线的相位中心与检测中心点重合，进而消除天线相位中心偏差对天线辐射特征测试结果带来的精度影响，有效的保证了天线的辐射特性的检测精度；

本发明实现天线相位的自动化计算以及天线的自动化相位偏移调节，自动化程度高，可以自动、独立地完成整个测试过程，极大的降低了工作人员侧试工作量，同时有效的降低了人工测试所带来的误差，有效的提高了天线辐射特性的检测精度。

附图说明

图1为本发明提出的测试装置的立体结构示意图；

图2为本发明提出的测试装置的调平底座和转台安装座的安装结构图；

图3为本发明提出的测试装置的的双向调节组件的立体结构示意图；

图4为本发明提出的测试装置的的状态组件的立体结构示意图；

图5为本发明中的测试坐标系示意图；

图6为本发明提出的测试方法流程图。

图中标号为：

1、调平底座；101、脚杯安装座；102、调平升降螺栓；103、脚杯；

2、转台安装座；201、主轴安装座；202、侧板；203、电机安装板；

3、转台组件；301、驱动电机；302、主动齿轮；303、转台主轴；304、从动齿轮；305、安装套；

4、双向调节组；401、安装底板；402、X向滑轨；403、Y向滑轨；404、X向滑块；405、Y向滑块；406、双向调节座；407、天线测试插座；408、Y向驱动丝杆；409、Y向滑动导杆；410、Y向驱动电机；411、X向驱动丝杆；412、X向滑动导杆；413、X向驱动电机。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

参照图1-4所示，一种自动化天线测试装置，包括：

调平底座1，调平底座1周表面固定连接有若干个脚杯安装座101，脚杯安装座101中部螺纹连接有调平升降螺栓102，调平升降螺栓102下端固定安装有脚杯103，进行调平时，在调平底座1上设置调平仪，通过转动调平升降螺栓102实现脚杯103相对于调平底座1的升降，进而实将调平底座1调节至水平状态，保证转台组件3的转台主轴303的轴线处于竖直状态；

转台安装座2，转台安装座2固定安装于调平底座1上端，转台安装座2上端中部向上凸起形成主轴安装座201，转台主轴303转动连接于主轴安装座201上，转台安装座2一侧固定安装有侧板202，侧板202上端固定安装有电机安装板203；

转台组件3，转台组件3固定安装于转台安装座2上端，转台组件3包括驱动电机301以及转台主轴303，驱动电机301固定安装于电机安装板203上端，驱动电机301输出端贯穿电机安装板203并延伸至电机安装板203下方与从动齿轮304相固定连接，转台主轴303下端固定连接有从动齿轮304，主动齿轮302与从动齿轮304相啮合，通过驱动电机301驱动主动齿轮302转动，主动齿轮302通过啮合传动将转动扭矩输送至主动齿轮302进而转台主轴303进行转动，转台主轴303周表面设置有若干卡齿，转台主轴303外侧套设有安装套305，安装套305内周表面开设有与卡齿相啮合的卡槽，转台主轴303通过相互啮合的卡齿和卡槽将转动扭矩传动至安装套305，进而带动安装套305以及安装在安装套305上端的双向调节组件4绕转台主轴303的轴线转动；

双向调节组件4，双向调节组件4固定安装于转台组件3上端，双向调节组件4内部安装有双向调节座406，双向调节座406上端固定连接有天线测试插座407，天线测试插座407用于安装待测试天线。

双向调节组件4包括安装底板401，安装底板401上端前后对称的固定安装有X向滑轨402，安装底板401上端左右对称的Y向滑轨403，双向调节座406沿着X向滑轨402和Y向滑轨403进行双向滑动调节。

两侧X向滑轨402上对称的滑动连接有X向滑块404，两侧X向滑块404内侧左端转动连接有Y向驱动丝杆408，Y向驱动丝杆408贯穿双向调节座406，并与双向调节座406螺纹连接，两侧X向滑块404内侧右端固定连接有Y向滑动导杆409，Y向滑动导杆409贯穿双向调节座406，并与双向调节座406滑动连接，前侧X向滑块404外侧固定安装有Y向驱动电机410，Y向驱动电机410输出端与Y向驱动丝杆408固定连接，两侧Y向滑轨403上对称的滑动连接有Y向滑块405，两侧Y向滑块405内侧后端转动连接有X向驱动丝杆411，X向驱动丝杆411贯穿双向调节座406，并与双向调节座406螺纹连接，两侧Y向滑块405内侧前端转动连接有X向滑动导杆412，X向滑动导杆412贯穿双向调节座406，并与双向调节座406滑动连接，左端Y向滑块405左侧固定安装有X向驱动电机413，X向驱动电机413输出端与X向驱动丝杆411固定连接，通过双向的丝杆传动调节结构，使用时，通过Y向驱动电机410和X向驱动电机413分别带动Y向驱动丝杆408和X向驱动丝杆411转动，进而通过螺纹连接驱动双向调节座406进行双向位置调节。

本装置通过双向调节组件进行天线测试时的天线偏移调节，测试时，根据天线相位点位置进行实时的调节待检测天线的位置调节，使天线的相位中心与检测中心点重合，进而消除天线相位中心偏差对天线辐射特征测试结果带来的精度影响。

进一步的本发明提出一种包括上述测试装置的测试系统，测试系统还包括：

相位计算模块，相位计算模块用于计算所述待测试天线的相位中心，

测试坐标系如图5所示，假设待测试天线的相位中心点与旋转轴在X轴和Y轴分别存在着dX和dY的中心偏差值，将测试点设置于Y轴方向上，且设定测试点与旋转轴的距离为1，则图中θ角满足：

公式一；

观察点处的电磁波信号为：

公式二；

其中，k为测量频率对应的波数，δ为天线绕旋转轴旋转的角度，d为相位中心到测试点之间的距离，d满足：

公式三；

将公式三带入公式二，得到：

公式四；

其中，测试点与天线之间的距离远大于天线尺寸，因此dV＜＜1，因此公式四可化简，得到：

公式五；

此时，测试点处测得的相位

可表示为：

公式六；

将公式一带入公式六可得到：

公式七；

其中

；

根据理想的相位中心定义，在观察点信号的相位

是一个不随天线旋转角度变化的常量中，因此我们可以通过求出天线远场相位差值平方和S的最小值，计算得到相位中心的位置,其中S计算方式如下：

公式八；

对S分别对dX、dY 以及

求偏导，并令其为0，则得到：

公式九；

公式十；

公式十一；

公式九、公式十以及公式十一给出了远场相位与位置偏差之间的关系,将天线远场方向图数据代入公式九、公式十以及公式十一之后，可以根据该公式计算得到中心偏差值dX和dY；

主控模块，主控模块与相位计算模块电性连接，主控模块接收相位计算模块的计算出的中心偏差值dX和dY，并根据相位中心计算数据进行处理计算出相位中心偏移数据；

伺服控制模块，伺服控制模块与主控模块电性连接，伺服控制模块包括转台控制组件、X向控制组件以及Y向控制组件，转台控制组件信号输出端与驱动电机301电性连接，转台控制组件用于控制转台组件3转动，X向控制组件信号输出端与X向驱动电机413电性连接，X向控制组件用于控制双向调节座406沿着X向滑轨402进行滑动，Y向控制组件信号输出端与Y向驱动电机410电性连接，Y向控制组件用于控制双向调节座406沿着Y向滑轨403进行滑动。

再进一步的，本方案还提出一种自动化天线测试方法，适用于上述的天线测试系统，包括如下步骤：

系统组装，通过旋转调平升降螺栓102进行调平底座1的调平，之后将待检测天下插接于天线测试插座407上，并进行固定；

相位校准测试，通过伺服控制模块驱动转台组件3转动一周，测量当前偏移量下的幅度以及相位方向图，并通过相位计算模块计算待检测天线在当前测试点高度截面的相位中心，对于不同高度截面，其相位中心可能存在不同，因此在进行测试点高度调节时，需要重新进行相位点计算；

相位偏移，主控模块根据相位中心计算数据进行处理计算出相位中心偏移数据，X向控制组件以及Y向控制组件通过相位中心偏移数据驱动双向调节座406沿着X向滑轨402和Y向滑轨403进行双向滑动调节，使转台主轴303的旋转轴与相位中心重合；

辐射特性测试，改变测试点与天线的距离，进行待检测天线的辐射特性综合测试；

通过改变测试点的高度，进行重复上述测试过程，即可得到测试天线的辐射能量在空间上的分布，获取待检测天线的方向图，进而实现天线的自动化校准测试，实现自动、独立地完成整个测试过程，极大的降低了工作人员侧试工作量，同时有效的降低了人工测试所带来的误差，有效的提高了天线辐射特性的检测精度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种自动化天线测试装置，其特征在于，包括：

调平底座（1），所述调平底座（1）周表面固定连接有若干个脚杯安装座（101），所述脚杯安装座（101）中部螺纹连接有调平升降螺栓（102），所述调平升降螺栓（102）下端固定安装有脚杯（103）；

转台安装座（2），转台安装座（2）固定安装于所述调平底座（1）上端；

转台组件（3），转台组件（3）固定安装于所述转台安装座（2）上端；

双向调节组件（4），双向调节组件（4）固定安装于所述转台组件（3）上端，所述双向调节组件（4）内部安装有双向调节座（406），所述双向调节座（406）上端固定连接有天线测试插座（407），所述天线测试插座（407）用于安装待测试天线。

2.根据权利要求1所述一种自动化天线测试装置，其特征在于，所述转台组件（3）包括驱动电机（301）以及转台主轴（303），所述驱动电机（301）输出端固定连接有主动齿轮（302），所述转台主轴（303）下端固定连接有从动齿轮（304），所述主动齿轮（302）与从动齿轮（304）相啮合。

3.根据权利要求2所述一种自动化天线测试装置，其特征在于，所述转台安装座（2）上端中部向上凸起形成主轴安装座（201），所述转台主轴（303）转动连接于主轴安装座（201）上，所述转台安装座（2）一侧固定安装有侧板（202），所述侧板（202）上端固定安装有电机安装板（203），所述驱动电机（301）固定安装于电机安装板（203）上端，所述驱动电机（301）输出端贯穿电机安装板（203）并延伸至电机安装板（203）下方与从动齿轮（304）相固定连接。

4.根据权利要求3所述一种自动化天线测试装置，其特征在于，所述转台主轴（303）周表面设置有若干卡齿，所述转台主轴（303）外侧套设有安装套（305），所述安装套（305）内周表面开设有与卡齿相啮合的卡槽，所述转台主轴（303）通过相互啮合的卡齿和卡槽将转动扭矩传动至安装套（305）。

5.根据权利要求1所述一种自动化天线测试装置，其特征在于，所述双向调节组件（4）包括安装底板（401），所述安装底板（401）上端前后对称的固定安装有X向滑轨（402），所述安装底板（401）上端左右对称的Y向滑轨（403），所述双向调节座（406）沿着X向滑轨（402）和Y向滑轨（403）进行双向滑动调节。

6.根据权利要求5所述一种自动化天线测试装置，其特征在于，两侧所述X向滑轨（402）上对称的滑动连接有X向滑块（404），两侧所述X向滑块（404）内侧左端转动连接有Y向驱动丝杆（408），所述Y向驱动丝杆（408）贯穿双向调节座（406），并与双向调节座（406）螺纹连接，两侧所述X向滑块（404）内侧右端固定连接有Y向滑动导杆（409），所述Y向滑动导杆（409）贯穿双向调节座（406），并与双向调节座（406）滑动连接，前侧所述X向滑块（404）外侧固定安装有Y向驱动电机（410），所述Y向驱动电机（410）输出端与Y向驱动丝杆（408）固定连接。

7.根据权利要求6所述一种自动化天线测试装置，其特征在于，两侧所述Y向滑轨（403）上对称的滑动连接有Y向滑块（405），两侧所述Y向滑块（405）内侧后端转动连接有X向驱动丝杆（411），所述X向驱动丝杆（411）贯穿双向调节座（406），并与双向调节座（406）螺纹连接，两侧所述Y向滑块（405）内侧前端转动连接有X向滑动导杆（412），所述X向滑动导杆（412）贯穿双向调节座（406），并与双向调节座（406）滑动连接，左端所述Y向滑块（405）左侧固定安装有X向驱动电机（413），所述X向驱动电机（413）输出端与X向驱动丝杆（411）固定连接。

8.一种自动化天线测试系统，包括如权利要求1-7任一项所述的天线测试装置，其特征在于，还包括：

相位计算模块，相位计算模块用于计算所述待测试天线的相位中心；

主控模块，主控模块与相位计算模块电性连接，所述主控模块用于接收相位计算模块的相位中心计算数据，并根据相位中心计算数据进行处理计算出相位中心偏移数据；

伺服控制模块，伺服控制模块与主控模块电性连接，伺服控制模块包括转台控制组件、X向控制组件以及Y向控制组件，所述转台控制组件信号输出端与驱动电机（301）电性连接，所述转台控制组件用于控制转台组件（3）转动，所述X向控制组件信号输出端与X向驱动电机（413）电性连接，所述X向控制组件用于控制双向调节座（406）沿着X向滑轨（402）进行滑动，所述Y向控制组件信号输出端与Y向驱动电机（410）电性连接，所述Y向控制组件用于控制双向调节座（406）沿着Y向滑轨（403）进行滑动。

9.一种自动化天线测试方法，适用于如权利要求8所述的天线测试系统，其特征在于，包括如下步骤：

系统组装，通过旋转调平升降螺栓（102）进行调平底座（1）的调平，之后将待检测天下插接于天线测试插座（407）上，并进行固定；

相位校准测试，通过伺服控制模块驱动转台组件（3）转动一周，测量当前偏移量下的幅度以及相位方向图，并通过相位计算模块计算待检测天线在当前截面的相位中心；

相位偏移，主控模块根据相位中心计算数据进行处理计算出相位中心偏移数据，X向控制组件以及Y向控制组件通过相位中心偏移数据驱动双向调节座（406）沿着X向滑轨（402）和Y向滑轨（403）进行双向滑动调节，使转台主轴（303）的旋转轴与相位中心重合；

辐射特性测试，改变测试点与天线的距离，进行待检测天线的辐射特性综合测试。

10.根据权利要求9所述的一种自动化天线测试方法，其特征在于，所述测试点的高度发生变化时，需要重新进行相位校准测试和相位偏移步骤。

Images