CN121663190B - 一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多通道紧缩场天线测试系统技术领域，公开了一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，包括平移机构、支撑框架和馈源支架，支撑框架顶部平台安装馈源支架，平移机构采用滚珠丝杆传动，侧边配有测距仪和感应块作为相位中心定位辅助，馈源支架上的安装位覆盖不同频率馈源。装置通过程控平移轴运动自动切换全频段P~Ka馈源，通过微调机构和极化轴多维度调整，满足复杂场景下宽频带覆盖与高测试精度需求，适配多通道并行测试场景。

Description

一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置

技术领域

本发明涉及紧缩场天线测试系统技术领域，尤其是适用于多通道测试的一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置。

背景技术

紧缩场暗室通过抛物面反射器将球面波转换为平面波，模拟远场测试环境。而馈源作为发射或者接收天线，其位置和类型对测试结果至关重要。为应对宽频段的测试要求，单一馈源无法覆盖所有测试频段，必须使用多个馈源进行测试。传统手动切换馈源存在更换操作复杂，影响测试效率的缺点。同时手动切换馈源可能存在机械定位偏差较大的问题，影响测试精度。

为了提高效率、精度、可靠性，实现自动化配置，馈源自动切换装置有着更好的优势。专利CN110133327A提出了直线型紧缩场馈源自动切换系统及馈源切换方法，通过在机架上设可滑动底板，其上间隔安装多个搭载不同频段馈源喇叭支架，通过直线驱动机构使馈源对准吸波材料孔洞，配合伸缩、俯仰、旋转机构实现馈源位置调整。实现全自动化更换馈源，提升测试效率和精度。但该方案多馈源尺寸适配同一吸波材料孔洞，需要馈源尺寸大小相当。若馈源因频段差距大而尺寸差距明显时，该方案并不适用。

专利CN117878592A提出了一种紧缩场测试用自动化切换馈源装置，采用双转盘设计集成两套馈源系统，通过旋转、前后、左右多轴驱动组件，实现馈源自动切换并精准调整至紧缩场中心，实现收发独立测试。两套馈源可覆盖不同频段，配合吸波挡板抑制干扰，显著提升测试效率与精度，解决传统单馈源切换自动化程度低，定位繁琐的问题。但该方案，定位精度依赖控制算法，不涉及传感器反馈，仅依赖单机开环控制，长期使用可能因螺杆磨损导致定位偏差，影响测试精度。同时该设计仅满足两套系统独立收发，在三通道及以上使用场景下不适用。

发明内容

为了解决面对大型紧缩场暗室宽频带、多通道的测试需求，提供一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，实现多通道并行测试且配备传感器定位反馈，定位精度提升。

本发明是通过下述方案来实现的：

一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，包括底部的平移机构，平移机构上承载支撑框架，支撑框架的设备台面直线排列设置有多个馈源支架，多个馈源支架的同侧设置馈源安装面；

平移机构包括底座和平移平台，底座上设置导轨，导轨与平移平台的底部滑块接触，平移平台通过平移轴在导轨上传动平移；平移轴包括滚珠丝杆和滚珠丝杆一端连接的驱动组件，驱动组件配置有传感器，用于反馈末级转动的角度及触发精度；平移机构的驱动组件电性连接控制器，控制器根据馈源支架上不同馈源的安装位置进行相应的位置移动，用于调节单、双馈源与反射面焦点的相对位置。

进一步的，平移机构还设置有激光测距仪及多个测距仪感应块，感应块沿平移机构的移动方向排列于平移平台的侧边，激光测距仪设置于底座上与感应块同侧正对，每个感应块分别对应一组馈源相位中心，由激光测距仪采集多组馈源相位中心位置数据。

进一步的，馈源支架背侧与支撑框架的上部连接一体并封闭，支撑框架移动方向上的两侧面封板分别设置有进风口和出风口。

进一步的，平移机构通过软件、电气及机械结构的配合实现多重限位；其中，平移机构配置软件限位程序，用于在平移机构抵达预设位置时发出停止指令；底座上固定有行程开关；机械限位包括设于滚珠丝杆两端的轴承座，通过丝杆母与轴承座接触而强制停止。

进一步的，馈源支架包括支架底板和上部的斜板，支架底板安装于设备台面上形成支架安装面，斜板上放置吸波挡板以及安装馈源，多个馈源支架的斜板均朝向同侧形成馈源安装面。

进一步的，支架安装面包括支架底板、中间隔板及下垫板，支架安装面上设置有微调机构，支架安装面背侧设置有调整块，用于调整微调机构。

进一步的，微调机构包括方位定心轴、平移导向柱、升降调节杆以及方位调节弧槽，其中，升降调节杆贯穿支架底板、中间隔板及下垫板，通过调节丝杆上的螺母从而实现馈源支架的升降微调。

进一步的，设备台面上共有五个馈源支架及馈源安装位，至少两个馈源支架安装有馈源极化转台；馈源安装位分别为第一安装位、第二安装位、第三安装位、第四安装位、第五安装位，安装位一至五覆盖P波段至Ka波段的不同频率馈源。

进一步的，第一安装位安装的馈源为f ₀～2.67f ₀宽带馈源；第二安装位安装的馈源为2.67f ₀～6.67f ₀宽带馈源；第三安装位安装的馈源为覆盖f ₁～9f ₁的四对宽带馈源；第四安装位安装的馈源为9f ₁～20f ₁宽带馈源。

进一步的，馈源极化转台设置于馈源支架上，包括馈源极化电机、减速器以及馈源极化传感器，柱型座体内设置极化同步模块和驱动模块，馈源极化传感器与极化转台同轴安装。

进一步的，底座与地基之间设置有多个高度调节器。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

馈源平移切换装置保证单次组合能够覆盖关键频段，支持f ₀ ~9f ₀三通道/频段并行测试，从而减少了馈源切换的步骤，根据测试需求远程电动实现馈源位置调整，灵活地切换不同馈源组合。馈源安装面上分为五个焦点区域，各焦点区域均以馈源阵中心横线呈对称分布，保证单/双馈源的相位中心位于反射面的焦点，可根据测试需求远程电动实现馈源位置调整，灵活地切换不同馈源组合。

装置下方为高精度的平移机构，控制器根据馈源支架上不同馈源安装位置，进行相应的位置移动，调节单/双馈源与反射面焦点的相对位置。全流程自动化操作降低了人工干预和误差，该装置结合吸波挡板抑制干扰信号，满足复杂场景下宽频带覆盖与高测试精度需求，适配多通道并行测试场景，显著提升了紧缩场测试效率。

附图说明

图1是本发明多馈源平移切换装置结构整体示意图；

图2是本发明平移机构结构示意图；

图3是本发明馈源安装位示意图；

图4是本发明馈源支架安装的微调机构位置布局示意图；

图5是本发明馈源支架及馈源极化转台结构示意图；

附图标记：

100-平移机构；101-底座；102-平移平台；103-丝杆；104-减速器；105-传感器；106-拖链；107-激光测距仪；108-感应块；109-高度调节器；

200-支撑框架；201-进风口；202-出风口；203-设备台面；

300-馈源支架；310-支架安装面；311-支架底板；312-中间隔板；313-下垫板；314-方位定心轴；315-平移导向柱；316-升降调节杆；317-方位调节弧槽；318-调整块；318a-方位调节螺栓；318b-平移调节螺栓；320-馈源安装面；321-吸波挡板；322-馈源；

401-第一安装位；402-第二安装位；403-第三安装位；404-第四安装位；405-第五安装位；

500-馈源极化转台；501-馈源极化电机；502-传动减速器；503-馈源极化传感器。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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设备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，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1-图5所示，提供一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，主要由平移机构100、支撑框架200和馈源支架300三部分构成，平移机构100安装于底座101上，支撑框架200固定在平移机构100上，支撑框架200顶部设置设备台面203，馈源支架300安装于设备台面203上。

地基与底座101之间设有高度调节器，使底座101高度抬升或下降,实现整体在±80mm范围内的高低方向调节。

支撑框架200内置机柜，机柜内部为设备控制器机箱及相应的配套射频组件；支撑框架200采用钢管整体焊接成型、热处理去除焊接应力，封板采用钢板包覆框架形成密封的支撑柜体,空调进风口201和出风口202分别设置在左、右侧面封板上，通过空调风管引入低温空气为控制机柜和多组馈源有效的散热降温；同时，为方便控制机柜检修及馈源的接线等工作，馈源安装面320有仪器设备安装孔位，设备台面203设置过线孔及模块器件安装板，馈源支架300背侧与支撑框架200的上部连接一体并封闭，支撑框架200对应控制机柜位置的背侧封板及馈源支架300背侧的封板均设有开门。

如图1、图2所示，平移机构100包括底座101和平移平台102，底座101上设置导轨，导轨与平移平台102的底部滑块接触，平移平台102通过平移轴在导轨上传动平移，平移平台102与平移轴之间连接拖链106；平移轴采用滚珠丝杆103配合直线导轨传动，滚珠丝杆103一端连接减速器104，伺服电机配合精密减速器104驱动，带动滚珠丝杆103做旋转运动从而实现平移平台102左右位置移动。减速器104配置有传感器105，用于反馈末级转动的角度及触发精度。平移机构控制器电性连接驱动组件，控制器根据馈源支架上不同馈源的安装位置控制平移轴进行相应的位置移动，用于调节单、双馈源与反射面焦点的相对位置。

馈源相位中心切换方式为：光电编码器作为末级平移的传感器105，平移机构控制器内部采集光编位置信息转换为长度信息，收到每个预设位置后，会进行判定距离并移动，到达位置后会减速进行二次判定，进行微小移动，达到控制位置后结束。

平移机构100所承载的负载主要包括上部结构件、天线及机柜的重量，本发明的平移机构总误差约为0.013mm，达到较高的精度要求。具体的，结构件与天线的总重量约为3000kg，两组机箱及其它附属设备的总重量按500kg考虑，优选伺服电机功率1000w，额定转矩4.77Nm，额定转速2000rpm。减速器104选用高精密双导程蜗轮蜗杆减速机，其精度为1弧分，额定扭矩245Nm滚珠丝杆103采用双螺帽结构形式加长与丝杆103的配合，制造安装时增加预压力，使丝杆103的重复定位精度优于0.02mm。其中，双导程蜗轮蜗杆减速机理想状态下可调节至0背隙；选用精度≤1弧分、直线运动单元为50mm大直径的滚珠丝杆103来传动，丝杆103导程50mm，同时采用双螺帽加长与丝杆103的配合，制造安装时增加预压力，定位精度可达0.013mm。而减速器104的传动精度为1/60=0.0167°，折算为直线精度为50/360×0.0167=0.002319mm，由此可见，减速器104对平移轴的定位精度影响极小，可忽略减速器104对平移轴的精度影响。从而平移机构100的精度主要受限于滚珠丝杆103传动精度，总误差约为0.013mm，已达到较高精度要求。

如图2所示，平移平台102侧边固定有五个测距仪感应块108，感应块108保持一定间距沿平移平台102的移动方向直线排列，激光测距仪107固定于同侧底座101上与经过的感应块108正对，五个感应块108位置分别对应支撑框架200上五组馈源的相位中心。感应块与测距仪作为相位中心定位的备用方案安装于平移机构上；在调试和使用初期，使用激光测距仪107采集到五组馈源相位中心的数据，如果后期转台在测试旋转过程中光编失效，无法到达零点和准确定位时，则采用人工干预方式，将转台旋转到激光测距仪107初始记录的点，此位置就是转台的馈源相位中心位置。此外，更换新的光编后按照该零点位置设置光编即可。

为保证馈源移动安全，平移机构100设置有软件限位、电气限位、机械限位三重限位保护。正常工作状态下平移轴按照软件设定范围工作；电气限位为左右两侧的行程开关，当软件限位失效，设备将触发行程开关，电气限位触发并反馈触发信号给驱动电机，电机停止工作从而平移轴停止运行，保护设备安全；如果电气限位失效时，机械限位作为最终保护，机械限位利用丝杆103两侧的轴承座，当丝杠母和轴承座接触后，平移轴强制停止，满足设备使用前提下，三级限位可以有效保证设备的安全。

如图3所示，本实施例共有五个馈源支架300及馈源安装位，五个安装位分别为第一安装位401、第二安装位402、第三安装位403、第四安装位404、第五安装位405；同时，包含三个极化轴，第一安装位401具备一个极化轴，第五安装位405具备两个极化轴。安装位一至五覆盖P波段至Ka波段的不同频率馈源。通过程控平移轴运动，无需手动更换馈源即可实现微波至毫米波频段馈源切换。

其中馈源配置为：第一安装位401安装的馈源为f ₀～2.67f ₀宽带馈源；第二安装位402安装的馈源为2.67f ₀～6.67f ₀宽带馈源；第三安装位403安装的馈源为覆盖f ₁～9f ₁的四对宽带馈源；第四安装位404安装的馈源为9f ₁～20f ₁宽带馈源；第五安装位405可根据需要配置特定馈源。

具体的，在多通道测试模式下，平移装置使第三安装位403测试点对准反射面中心，此模式下为保证f ₁～9f ₁重点频段的快速测试，采用相应多通道子频段馈源，以馈源阵中心横线呈对称分布，单次组合即可覆盖重点频段且均采用双馈源模式。

如图4、图5所示，本实施例中馈源支架300包括支架底板311和上部的斜板，支架底板311用于支架安装，斜板用于放置吸波挡板321以及馈源安装。其中，支架安装面310由支架底板311、中间隔板312及下垫板313三部分组成。支架安装面310上布设有方位定心轴314、平移导向柱315、升降调节杆316、方位调节弧槽317等微调机构。升降调节杆316贯穿支架底板311、中间隔板312及下垫板313，通过调节丝杆103上的螺母从而实现馈源支架300的升降微调。

馈源支架300与中间隔板312在方位调节弧槽317位置用螺栓连接成一体，需要前后调节时，只需松紧调节块处平移调节螺栓318b，推动馈源支架300及中间隔板312整体前后移动，从而达到将馈源前后微调的目的。需要调节方位轴时，只需松开馈源支架300与中间隔板312的连接螺栓，顶紧调整块318上的方位调节螺栓318a，馈源支架300以中间隔板312的方位定心轴314为圆心做旋转运动，从而实现馈源方位方向的微调。综上所述，在馈源转台粗定位完成后，此结构可满足各组馈源在升降、前后、方位的微调补偿，可以更方便快捷的校准对正。

其中，图4为微调机构位置布局的一种具体实施例，支架安装面310中心设置为方位定心轴314，方位定心轴314两侧设置平移导向柱315，底板四角角落设置有升降调节杆316，平移导向柱315与升降调节杆316之间设置有方位调节弧槽317。

如图5所示，本实施例中的馈源322设置于馈源支架300上，馈源极化转台500由馈源支架300、馈源极化电机501、馈源极化传感器503及传动减速器502组成。极化驱动采用中空旋转平台加行星减速器形式，极化同步和驱动全部位于柱型座体内，提高电气元件和驱动部件的防护能力，馈源天线座采用整体铸造成形，并做失效和热处理，防止其加工后变形，为设备机械加工精度提供保障。

而馈源极化传感器503在极化轴上安装，采用高精度空心轴绝对式角度编码器，编码器与极化轴采用同轴安装方式以消除跨轴安装所引入的传动误差。编码器与极化轴的同轴度通过打表安装控制在0.02mm以内，且采用四点弹性连接方式安装，以减少编码器轴向、径向方向的外力作用，从而保证编码器的检测精度。编码器的安装平面为磨削平面，平面精度可以达到0.01mm，满足传感器平面度安装精度要求。

本发明通过平移轴电动切换至各馈源阵列相位中心，自动切换全频段P~Ka馈源，即使用时通过平移机构100将需要的安装位移动到对应焦点处，即可实现RCS测量时的多馈源布局，解决对焦问题；上部极化轴调整馈源天线的极化方向，极化通过射频系统的射频开关进行电切换，实现水平、垂直极化切换，解决极化匹配问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，其特征在于：

包括底部的平移机构（100），所述平移机构（100）上承载支撑框架（200），所述支撑框架（200）的设备台面（203）直线排列设置有多个馈源支架（300），多个所述馈源支架（300）的同侧设置馈源安装面（320）；所述设备台面（203）上共有五个馈源支架（300）及馈源安装位，安装位一至五覆盖P波段至Ka波段的不同频率馈源，至少两个所述馈源支架（300）安装有馈源极化转台（500）；支持三通道/频段并行测试；

所述平移机构（100）包括底座（101）和平移平台（102），所述底座（101）上设置导轨，所述导轨与平移平台（102）的底部滑块接触，所述平移平台（102）通过平移轴在导轨上传动平移；所述平移轴包括滚珠丝杆（103）和滚珠丝杆（103）一端连接的驱动组件，所述驱动组件配置有传感器（105），所述传感器（105）配置于减速器（104）末级，采用光电编码器，控制器内部采集光编位置信息转换为长度信息，并进行二次判定微小移动，用于反馈末级转动的角度及触发精度；所述平移机构（100）的驱动组件电性连接控制器，所述控制器根据所述馈源支架（300）上不同馈源的安装位置进行相应的位置移动，用于调节单、双馈源与反射面焦点的相对位置；

所述平移机构（100）还设置有激光测距仪（107）及多个测距仪感应块（108），作为光编失效后的备用方案，用于提供初始标定基准点，为更换新光编提供校准依据。

2.如权利要求1所述的一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，其特征在于，

所述感应块（108）沿所述平移机构（100）的移动方向排列于所述平移平台（102）的侧边，激光测距仪（107）设置于底座（101）上与感应块（108）同侧正对，每个所述感应块（108）分别对应一组馈源相位中心，由所述激光测距仪（107）采集多组馈源相位中心位置数据。

3.如权利要求1所述的一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，其特征在于，

所述馈源支架（300）背侧与支撑框架（200）的上部连接一体并封闭，支撑框架（200）移动方向上的两侧面封板分别设置有进风口（201）和出风口（202）。

4.如权利要求1所述的一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，其特征在于，

所述平移机构（100）通过软件、电气及机械结构的配合实现多重限位；其中，平移机构（100）配置软件限位程序，用于在所述平移机构（100）抵达预设位置时发出停止指令；所述底座（101）上固定有行程开关；机械限位包括设于滚珠丝杆（103）两端的轴承座，通过丝杆（103）母与轴承座接触而强制停止。

5.如权利要求1所述的一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，其特征在于，

所述馈源支架（300）包括支架底板（311）和上部的斜板，所述支架底板（311）安装于设备台面（203）上形成支架安装面（310），所述斜板上放置吸波挡板（321）以及安装馈源，多个所述馈源支架（300）的斜板均朝向同侧形成馈源安装面（320）。

6.如权利要求5所述的一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，其特征在于，

所述支架安装面（310）包括支架底板（311）、中间隔板（312）及下垫板（313），所述支架安装面（310）上设置有微调机构，支架安装面（310）背侧设置有调整块（318），用于调整微调机构。

7.如权利要求6所述的一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，其特征在于，

所述微调机构包括方位定心轴（314）、平移导向柱（315）、升降调节杆（316）以及方位调节弧槽（317），其中，升降调节杆（316）贯穿支架底板（311）、中间隔板（312）及下垫板（313），通过调节丝杆（103）上的螺母从而实现馈源支架（300）的升降微调。

8.如权利要求6或7所述的一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，其特征在于，

所述馈源安装位分别为第一安装位（401）、第二安装位（402）、第三安装位（403）、第四安装位（404）、第五安装位（405），安装位一至五覆盖P波段至Ka波段的不同频率馈源。

9.如权利要求8所述的一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，其特征在于，

第一安装位（401）安装的馈源为f ₀～2.67f ₀宽带馈源；第二安装位（402）安装的馈源为2.67f ₀～6.67f ₀宽带馈源；第三安装位（403）安装的馈源为覆盖f ₁～9f ₁的四对宽带馈源；第四安装位（404）安装的馈源为9f ₁～20f ₁宽带馈源。

10.如权利要求8所述的一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，其特征在于，

所述馈源极化转台（500）设置于所述馈源支架（300）上，包括馈源极化电机（501）、传动减速器（502）以及馈源极化传感器（503），柱型座体内设置极化同步模块和驱动模块，所述馈源极化传感器（503）与极化转台同轴安装。

11.如权利要求1所述的一种紧缩场高精度多馈源平移切换装置，其特征在于，

所述底座（101）与地基之间设置有多个高度调节器（109）。