CN115189782B - 一种平面近场测试设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平面近场测试设备，属于天线测试技术领域，包括屏蔽暗箱，设于屏蔽暗箱内的四轴机械臂、天线升降台、控制与数据处理子系统、信号发生器和多通道信号接收机，四轴机械臂上携带有测试探头，天线升降台上可拆卸安装有待测天线；测试探头、待测天线同时均与信号发生器及多通道信号接收机连接，信号发生器、多通道信号接收机、待测天线、四轴机械臂与控制与数据处理子系统连接。本发明设备无需接入外部仪器设备即能实现平面相控阵天线近场测试；设备构成简单，占用空间小，集成度高，成本低，且方便搬运物流运输；天线升降台上可拆卸安装有待测天线，可替换不同口径的相控阵天线，兼容性强。
Description
技术领域
本发明涉及天线测试技术领域，尤其涉及一种平面近场测试设备。
背景技术
随着天线技术的发展，天线种类越来越多，随着卫星互联网的到来，各种面向卫星通信、导弹制导、5G通信等高端设备应用的小口径相控阵天线也应运而生，因此需要对各类天线研发验证，小口径相控阵天线规模量产的相控阵天线测试需求也需变得更为简洁、方便、低成本。
天线测试与诊断是测试与验证天线性能好坏的必须手段，特别是针对相控阵天线的近场测试与诊断。通过近场的通道校准去互耦技术获取通道的幅相补偿数据是相控阵天线出厂前的基本参数，通过对天线口面的幅度相位数据采样再经过傅里叶正变换为远场方向图，傅里叶逆变换为口面幅度相位分布，通过方向图判断天线性能指标，通过口面幅度相位分布诊断相控阵天线阵列通道的正常与异常。
由于天线测试的特殊性，特别是相控阵天线的测试特殊性，天线的测试需要在无电磁波干扰的自由空间环境下进行。现有的测试设备往往以大型暗室为主，再通过不同的设备例如扫描架、转台、仪器仪表等组合在一起进行测试，在测试过程中系统复杂、分散、效率低、故障率高，且往往需要以大型的厂房为基础建设条件，不可搬运，其建设成本与后期维护成本相当高，且很难兼容不同型号的相控阵天线测试。特别是针对与小口径相控阵天线的量产，为了保证其产能，对测试场地或设备的需求量相当大，按照传统的测试方法将会在场地上达到一个不可预计的规模，其建设成本也将无法估量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有平面相控阵天线的测试设备系统复杂、不可搬运、无法兼容不同型号的口面相控阵天线测试的问题，提供了一种平面近场测试设备。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种平面近场测试设备，所述设备包括屏蔽暗箱，屏蔽暗箱为具有上下两层结构的长方体箱体，屏蔽暗箱下层设有多个置物格；箱体内部采用龙骨支撑结构；屏蔽暗箱的上层设有四轴机械臂，屏蔽暗箱的下层设有天线升降台、控制与数据处理子系统、信号发生器和多通道信号接收机；所述四轴机械臂上携带有测试探头，天线升降台上可拆卸安装有待测天线；
所述测试探头、待测天线均与信号发生器连接，且测试探头、待测天线均与多通道信号接收机连接，信号发生器、多通道信号接收机、待测天线、四轴机械臂与控制与数据处理子系统连接，控制与数据处理子系统控制四轴机械臂运动至待测天线各通道；
所述信号发生器包括顺次连接的晶振、第一功分器，第一功分器一输出端依次连接有倍频器、DDS信号发生器、第一鉴相器、第一低通滤波器、第一压控振荡器、第一定向耦合器、第一放大器、第一分频器、第一混频器；
第一功分器另一输出端连接有第二功分器，第二功分器一输出端依次连接有第二鉴相器、第二低通滤波器、第二压控振荡器、第二定向耦合器、第二分频器、第二放大器、梳状波发生器，梳状波发生器与第一混频器输入端连接，第一混频器输出端依次连接有第一射频低通滤波器、第三放大器、第二射频低通滤波器，第二射频低通滤波器输出端与第一鉴相器连接；
第二功分器另一输出端依次连接有锁相介质振荡器、第二混频器；第二定向耦合器另一输出端经第四放大器连接至第二混频器，第二混频器输出端经第三射频低通滤波器与第二鉴相器连接；
第一定向耦合器输出端依次连接有第三分频器、数控衰减器，数控衰减器为信号发生器的信号输出端。
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。
与现有技术相比，本发明有益效果是：
(1)在一示例中，本发明设备集成有屏蔽暗箱、四轴机械臂、天线升降台、控制与数据处理子系统、信号发生器和多通道信号接收机，无需接入外部仪器设备即能实现待测天线(平面相控阵天线)近场测试；设备构成简单，无冗余设计，占用空间小，集成度高，成本低，且方便搬运物流运输，可放置于不同地点完成天线测试，可直接放置于桌面进行使用完成测试工作；进一步地，天线升降台上可拆卸安装有待测天线，可替换不同口径的相控阵天线，兼容性强。
(2)在一示例中，本发明通过计算各通道与四轴机械臂的坐标映射关系，保证了四轴机械臂能够实现精准的平面运动，保证了测试(校准与扫描)精准度；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。
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设备安装示意图；
图2为本发明一示例中的设备安装示意图；
图3为本发明一示例中的设备框图；
图4为本发明一示例中的吸波材料示意图；
图5为本发明一示例中的四轴机械臂示意图；
图6为本发明一示例中的天线升降台示意图；
图7为本发明一示例中的信号发生器原理框图；
图8为本发明一示例中的多通道信号接收机原理框图；
图9(a)为本发明一示例中的机箱示意图；
图9(b)为本发明一示例中的机箱示意图；
图10为本发明一示例中的通道校准流程图；
图11为本发明一示例中的设备安装示意去除通道互耦及空间干扰原理图；
图12为本发明一示例中的天线口面扫描流程图。
图中：屏蔽暗箱1、吸波材料1-1、吊装环1-2、四轴机械臂2、四轴机械臂末端2-1、天线升降台3、测试接口盒4、控制与数据处理子系统5、机箱8、风扇安装台9、外部观察窗10、滑轮11、抽屉12、电源模块13、电气接口14、总开关15。
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。
本发明旨在提供一种平面近场测试设备，能够满足天线测试在无电磁波干扰环境下进行，且设备便捷一体可搬运，可直接放置于桌面进行测试使用，无需配合外部仪器仪表进行测试，整体小巧、灵活，达到天线上板即全自动完成天线的近场测试与诊断。
在一示例中，如图1-3所示，一种平面近场测试设备，所述包括屏蔽暗箱1，还包括设于屏蔽暗箱1内的四轴机械臂2、天线升降台3、控制与数据处理子系统5、信号发生器和多通道信号接收机，所述四轴机械臂2上携带有测试探头，天线升降台3上可拆卸安装有待测天线；所述测试探头、待测天线均与信号发生器连接，且测试探头、待测天线均与多通道信号接收机连接，信号发生器、多通道信号接收机、待测天线、四轴机械臂2与控制与数据处理子系统5连接，控制与数据处理子系统5控制四轴机械臂2运动至待测天线各通道，以使测试探头与待测天线对应通道对准。具体地，屏蔽暗箱1用于为天线测试提供无电磁波干扰的测试环境，整个测试过程中的控制主体为控制与数据处理子系统5，即控制与数据处理子系统5控制四轴机械臂2进行平面移动，以使测试探头沿着待测天线(平面相控阵天线)口面移动，同时，控制与数据处理子系统5控制信号发生器产生测试信号，该测试信号经测试探头辐射至待测天线，并经待测天线反馈至多通道信号接收机、控制与数据处理子系统5，形成闭合测试环路，实现待测天线的全口面幅相数据的采集。本发明无需额外接入外部仪器设备即能实现待测天线(平面相控阵天线)近场测试；设备构成简单，无冗余设计，占用空间小，集成度高，成本低，且方便搬运物流运输，可放置于不同地点完成天线测试，可直接放置于桌面进行使用完成测试工作；进一步地，天线升降台3上可拆卸安装有待测天线，可替换不同口径的相控阵天线，兼容性强。当然，作为一选项，本发明设备也可配合外部通用仪器仪表如矢量网络分析仪、频谱仪实现天线的近场测试。需要进一步说明的是，图3中上变频模块、下变频模块为TR组件中上变频模块与下变频模块，用于对接收的信号或者待发射的信号进行变频处理。
作为一选项，上述闭合测试环路可以替换为：
控制与数据处理子系统5控制信号发生器产生测试信号，该测试信号经待测天线辐射至测试探头，并经测试探头反馈至多通道信号接收机、控制与数据处理子系统5，形成闭合测试环路。
在一示例中，如图1-2所示，屏蔽暗箱1为具有上下两层结构的长方体箱体，屏蔽暗箱1下层设有多个置物格；箱体内部采用龙骨支撑结构。龙骨主要用于满足设备组件的安装，使整个设备集成于屏蔽暗箱1内，同时保证结构设计的工艺水平，并将屏蔽空间内按区域进行划分块，在不同的块安装不同的分部件，以达到不同的块功能，从而高集成的构造便捷式暗箱天线近场诊断设备。本发明设备整体结构小巧、重量轻，能够直接放置于桌面进行小口径相控阵天线的近场测试。需要说明的是，本发明在不同的块安装不同的分部件具体为，在屏蔽暗箱1内部实行分区设计，使设备各组件之间的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，以实现规整的线缆走线，利于后期设备维护。进一步地，屏蔽箱体顶面四角设有吊装环1-2，通过吊装环1-2利于本发明天线近场设备的物流搬运。更进一步地，屏蔽箱体底面四角设有具有锁紧功能的滑轮11，正常使用时，通过锁紧结构锁紧滑轮11，保证设备设备的稳定运行，若需搬运本发明设备设备，解除锁紧结构的锁紧功能，即可通过滑轮11实现设备设备的便携移动。
在一示例中，如图4所示，屏蔽暗箱1上铺设有吸波材料1-1，吸波材料1-1长度大于等于1/2倍待测天线的最长波长。具体地，屏蔽暗箱1主要由屏蔽金属层与吸波材料1-1层构成，在贴上吸波材料1-1以后构造一个自由空间(无电磁波干扰)，满足测试环境。将吸波材料1-1采用强力结构胶粘接牢固在吸波材料1-1粘贴层，能吸收或者大幅减弱测试区域内电磁波能量反射，从而减少电磁波的干扰，本发明中所采用的吸波材料1-1为尖劈形吸波材料1-1，该吸波材料1-1除本身的材料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。
在一示例中，如图5所示，四轴机械臂2设于屏蔽暗室的上层，四轴机械臂2末端21经夹具固定有测试探头，通过四轴机械臂2带动测试探头进行移动，能够保证运动过程中测试探头与待测天线的平面度精度保证。具体地，四轴机械臂2(四轴平面机械臂)整个设备的运动控制核心设备，四轴平面机械臂采用坐装装形式的scara机器人模式，采用众为兴FR3215四轴平面机械臂。四轴机械臂2通过吊装法兰盘与屏蔽暗箱1的顶部龙骨经螺装固定，四个轴的运动配合从而保证了较小体型下较大的运动范围，吊装四轴机械臂2在以其有效的行程为半径的一个圆不存在任何盲区，可以有效的增大测试区域的面积。进一步地，四轴机械臂2小巧灵活稳定的结构更保证了整套设备的稳定性，进而保证在四轴机械臂2末端安装的测试探头在运动过程中的平面度精度，以此保证天线测试过程中对测试平面度的要求。
在一示例中，如图6所示，天线升降台3设于屏蔽暗室的下层，在控制与数据处理子系统5的控制下实现自动的上移定位与下移定位，以满足不同被测天线对测试空间高度的要求。具体地，天线升降台3满足上下行程最大距离为150mm，速度10mm/s，负载最大满足50kg。进一步地，天线升降台3顶部设有安装台面，以方便不同测试夹具的安装与拆卸，待测天线经测试夹具固定于安装台面上。
在一示例中，控制与数据处理子系统5设于屏蔽暗箱1下层置物格中，具体为FPGA，FPGA与信号发生器、多通道信号接收机、待测天线、四轴机械臂2连接。具体地，FPGA在运行过程中提供时序与TTL电平输入输出，在进行多任务工作(通道校准、扫描等)运行时进行时序的优先级控制，并通过输入输出的TTL电平控制信号发生器的工作状态，实现数据采集的开始与停止信号输出，并针对相控阵天线测试的波控协议转发、解析等。作为一优选项，FPGA与外部工控机通信连接，FPGA和构成本发明优选的控制与数据处理子系统，FPGA将多通道信号接收机反馈至FPGA的数据信息传输至工控机，通过工控机进一步根据该数据信息分析的待测天线的性能。
在一示例中，如图7所示，信号发生器包括恒温晶振，恒温晶振一端与FPGA连接，恒温晶振另一端顺次连接有第一功分器，第一功分器一输出端依次连接有倍频器、DDS信号发生器、第一鉴相器(PD)、第一低通滤波器(LPF)、第一压控振荡器(VCO1)、第一定向耦合器、第一放大器、第一分频器、第一混频器；第一功分器另一输出端连接有第二功分器，第二功分器一输出端依次连接有第二鉴相器、第二低通滤波器、第二压控振荡器、第二定向耦合器、第二分频器、第二放大器、梳状波发生器，梳状波发生器(Comb Generator)与第一混频器输入端连接，第一混频器输出端依次连接有第一射频低通滤波器、第三放大器、第二射频低通滤波器，第二射频低通滤波器输出端与第一鉴相器连接；第二功分器另一输出端依次连接有锁相介质振荡器、第二混频器；第二定向耦合器另一输出端经第四放大器连接至第二混频器，第二混频器输出端经第三射频低通滤波器与第二鉴相器连接；第一定向耦合器输出端依次连接有第三分频器、数控衰减器，数控衰减器为信号发生器的信号输出端输出射频测试信号，本发明信号发生器性能参数如表1所示：
表1信号发生器性能参数表
在一示例中，信号发生器还包括第一数模转换器，第一数模转换器、第一低通滤波器经一切换开关与第一压控振荡器连接，第一数模转换器另一端与FPGA连接，用于产生调频信号。
在一示例中，信号发生器还包括温补模块，温补模块与数控衰减器输出端连接，以输出稳定的射频测试信号。
在一示例中，如图8所示，多通道信号接收机包括若干接收通道模块，接收通道模块包括两路信号接收电路，信号接收电路包括顺次连接的第一模数转换器、正交调制器，一接收通道模块中两个正交调制器均与一数字振荡器(NCO)连接，数字振荡器与FPGA连接，正交调制器的I路输出端、Q路输出端均连接有滤波器，滤波器输出端与数据处理器连接，数据处理器与FPGA连接。作为一选项，数据处理器可以直接采用控制与数据处理子系统中的FPGA。
进一步地，多通道信号接收机、信号发生器集成在机箱8中，设于屏蔽暗箱下层置物格中。更为具体地，箱体8采用网口通信的形式使多通道信号接收机、信号发生器与控制与数据处理子系统产生通信连接，如图9(a)-9(b)所示，机箱8预留j30j连接器接口，分别有9个2.92射频连接头，其中4发4收，用于射频信号的发射与接收，分别标识为R1-R4与T1-T4，其中留有一路IF射频接口，其作为中频参考信号设置用。
在一示例中，设备还包括靠近天线升降台3设置的测试接口盒4，测试接口盒4上集成有第一射频接口、控制接口，所述待测天线经第一射频接口与信号发生器及多通道信号接收机连接；待测天线经控制接口与控制与数据处理子系统5连接，进而使控制与数据处理子系统5实现对待测天线波束合成控制等。更为具体地，测试接口盒4上集成有电源接口等，用于为待测天线供电。
在一示例中，屏蔽暗箱1下层设有外部观察窗10，外部观察窗10大小与多通信号接收机、信号发生器、控制与数据处理子系统5的安装位置范围适应，即通过所述外部观察窗10观察多通信号接收机、信号发生器、控制与数据处理子系统5的工作状态是否正常，便于工作人员能够及时处理异常情况。
在一示例中，屏蔽暗箱1下层还设有用于存储辅助工具，如螺丝刀、测试探头的多格抽屉12。
在一示例中，屏蔽暗箱1上设有电气接口14，包括供电接口、通信接口(网口、串口)、第二射频接口等，用于实现本发明设备与外界的互联，其中通过该第二射频接口以接入外部通用仪器仪表，如矢量网络测量仪。
在一示例中，屏蔽暗箱1上层设有风扇安装台9，用于安装散热风扇，用于为大功率设备如四轴机械臂2进行散热处理，使屏蔽暗箱1中的测试环境保持一个相对恒定的温度。
在一示例中，屏蔽暗箱1下层置物格上设有电源模块13，用于为设备组件供电，如照明供电、监控供电、散热风扇供电等。
在一示例中，屏蔽暗箱1表面设有设备总开关15，包括电源总开关15、急停开关、复位开关等，通过急停开关及复位开关能够在突发情况急停或复位设备。
本发明还包括一种便携式平面近场测试方法，如图10所示，所述方法包括通道校准步骤：
S11：获取待测天线中各通道的平面坐标信息；
S12：根据所述平面坐标信息计算各通道与四轴机械臂的坐标映射关系，进而控制携带有测试探头的四轴机械臂运动至待测天线各通道，以使测试探头中心与对应通道(被测天线)中心对准；
S13：采集四轴机械臂运动至待测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(待测天线)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，即能够适应对不同型号相控阵天线进行近场测试，兼容性强。
具体地，步骤S12中控制携带有测试探头的四轴机械臂运动至待测天线各通道具体过程为：
定义待测天线阵面中的某一通道为坐标原点，则其坐标为(0，0，0)，则相应的其他通道坐标为(x，y，z)，此时控制与数据处理子系统控制四轴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，根据各通道与四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，z1)，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运动至指定的坐标(x1，y1，z1)即可。
在步骤S11前还包括测试准备步骤：
S01：将待测天线(待测天线)安装于天线升降台上；具体地，优选通过夹具将待测天线安装于天线升降台的正上方，安装平面度为3mm/2m2，并控制天线升降台上升至一定高度。
S02：控制四轴机械臂末端携带的测试探垂直于待测天线口面；
S03：调节测试探头与待测天线之间的测试距离；
S04：打开散热风扇，使测试环境处于相对恒定的温度状态。
在一示例中，所述采集四轴机械臂运动至待测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待测天线，采集待测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四轴机械臂移动至对应通道时，产生一TTL控制电平使信号发生器产生一测试信号，该测试信号经测试探头辐射至待测天线，待测天线将接收的测试信号反馈至多通道信号接收机，从而实现测试信号的闭环传输。作为一优选，多通道信号接收机将采集的测试信号反馈至控制与数据处理子系统进行保存。
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，测试信号经待测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四轴机械臂移动至对应通道时，产生一TTL控制电平使信号发生器产生一测试信号，该测试信号经待测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多通道信号接收机，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，此时整个待测天线上电，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信号发生器产生通道测试信号，作为一具体实施例，令信号发生器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。
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四轴机械臂运动至待测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11所示，在进行某一通道校准时，控制与数据处理子系统控制信号发生器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12所示，本发明方法还包括口面扫描步骤，本示例中口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：控制四轴机械臂携带测试探头沿待测天线口面进行平面扫描，并以步进dx采集待测天线当前的幅相数据；具体地，在进行口面扫描时，根据口面扫描采样定理，测试探头与扫描口面的最小垂直距离h应该满足：h应大于1.5倍待测天线波长。更为具体地，设待测天线的最大口径长度为d，则在口面扫描时需满足扫描矩阵的大小S为，S≥L2，L为扫描范围的边长，且L≥2*h*tanθ+d，针对本申请便携式暗箱平面近场，取θ＝60°。进一步地，在进行口面扫描时，四轴机械臂末端携带的测试探头绕口面做S型曲线运动，且在口面扫描运动与通道校准过程中测试探头的口面一直需保持与当前采集点的口面平行，即使测试探头移动平面与天线平面的平行度控制在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。
S22：重复上述步骤S21，直至完成待测天线的全口面扫描，获得待测天线口面扫描数据。
进一步地，所述获得待测天线口面扫描数据后还包括：
将待测天线口面扫描数据进行口面波展开，实现待测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，从而实现天线性能的分析；同时，将口面扫描数据进行傅里叶逆变换，从而反推至天线阵面口面幅度、相位分布，通过口面幅度、相位分布的数据判断，从而实现对天线的好坏进行诊断。
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便携式平面近场测试方法的步骤。
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便携式平面近场测试方法的步骤。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。
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)
1.一种平面近场测试设备，其特征在于：所述设备包括屏蔽暗箱，屏蔽暗箱为具有上下两层结构的长方体箱体，屏蔽暗箱下层设有多个置物格；箱体内部采用龙骨支撑结构；屏蔽暗箱的上层设有四轴机械臂，屏蔽暗箱的下层设有天线升降台、控制与数据处理子系统、信号发生器和多通道信号接收机；所述四轴机械臂上携带有测试探头，天线升降台上可拆卸安装有待测天线；
所述测试探头、待测天线均与信号发生器连接，且测试探头、待测天线均与多通道信号接收机连接，信号发生器、多通道信号接收机、待测天线、四轴机械臂与控制与数据处理子系统连接，控制与数据处理子系统控制四轴机械臂运动至待测天线各通道；
所述信号发生器包括顺次连接的晶振、第一功分器，第一功分器一输出端依次连接有倍频器、DDS信号发生器、第一鉴相器、第一低通滤波器、第一压控振荡器、第一定向耦合器、第一放大器、第一分频器、第一混频器；
第一功分器另一输出端连接有第二功分器，第二功分器一输出端依次连接有第二鉴相器、第二低通滤波器、第二压控振荡器、第二定向耦合器、第二分频器、第二放大器、梳状波发生器，梳状波发生器与第一混频器输入端连接，第一混频器输出端依次连接有第一射频低通滤波器、第三放大器、第二射频低通滤波器，第二射频低通滤波器输出端与第一鉴相器连接；
第二功分器另一输出端依次连接有锁相介质振荡器、第二混频器；第二定向耦合器另一输出端经第四放大器连接至第二混频器，第二混频器输出端经第三射频低通滤波器与第二鉴相器连接；
第一定向耦合器输出端依次连接有第三分频器、数控衰减器，数控衰减器为信号发生器的信号输出端。
2.根据权利要求1所述平面近场测试设备，其特征在于：所述设备还包括靠近天线升降台设置的测试接口盒，测试接口盒上集成有第一射频接口、控制接口，所述待测天线经第一射频接口与信号发生器及多通道信号接收机连接；待测天线经控制接口与控制与数据处理子系统连接。
3.根据权利要求1所述平面近场测试设备，其特征在于：所述屏蔽暗箱内部实行分区设计，按照分区设计进行隐蔽走线。
4.根据权利要求1所述平面近场测试设备，其特征在于：所述屏蔽暗箱上设有电气接口，包括供电接口、通信接口、第二射频接口，通过第二射频接口以接入外部通用仪器仪表。
5.根据权利要求1所述平面近场测试设备，其特征在于：所述屏蔽暗箱下层设有外部观察窗。
6.根据权利要求1所述平面近场测试设备，其特征在于：所述屏蔽暗箱底面四角设有具有锁紧功能的滑轮。
7.根据权利要求1所述平面近场测试设备，其特征在于：所述屏蔽暗箱顶面四角设有吊装环。
8.根据权利要求1所述平面近场测试设备，其特征在于：所述屏蔽暗箱下层设有用于存储辅助工具的多格抽屉。
9.根据权利要求1所述平面近场测试设备，其特征在于：所述屏蔽暗箱下层置物格设有电源模块。
10.根据权利要求1所述平面近场测试设备，其特征在于：所述屏蔽暗箱表面设有设备总开关，包括电源总开关、急停开关、复位开关。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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