CN209525395U - 一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置 - Google Patents

Abstract

一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，包括计算机、测量仪表、控制模块、射频单元、摇臂转轴、摇臂、位于摇臂上的极化转轴、平面波产生器、被测件、被测件转台；该实用新型通过旋转由平面波产生器产生的小型化可旋转紧缩场，在特定的局部区域内产生测试所需的平面波，从而实现有限物理空间内的远场条件；该系统与传统金属大型反射面具有相同测试精度，却大大降低了所需的反射面尺寸，有效地降低测试场地成本以及后期维护成本。

Description

一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种天线测试系统，尤其涉及一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置。

背景技术

天线特性通常在远场测量；5G时代的到来，随着频率的升高，大型被测件(例如基站天线)的远场条件距离变得很长，意味着要求的微波暗室尺寸变大进而成本增加，这样才能保证暗室内静区的性能，因而在微波暗室的实现远场条件变得困难。并且随着远场距离的增加路径损耗变大，从而导致的测试精度下降也是不容忽视的问题。紧缩场的出现部分解决了上述2个问题。

紧缩场系统将馈源产生的球面波在近距离内变换成平面波，以获得极佳暗室静区性能，实现在有限物理空间内的无源/有源天线的远场测试；因此是5G通信及车载雷达产品天线测量的理想方案；紧缩场系统可测试不同种类的天线，例如有源天线系统、阵列天线、高方向性天线、特别适用于高频毫米波天线的测量。可以测试5G基站天线的波束赋形方向图和EIRP、EVM、占用带宽、ACLR(Adjacent Channel Leakage Power Ration，相邻频道泄漏功率比)、EIS、ACS(Adjacent Channel Selectivity，临道选择性)等射频辐射指标。

紧缩场测试的优点是：相比远场大幅缩减了场地尺寸，从而大大降低了场地建设成本和测量路径损耗。得益于路径损耗的降低，它可以比远场方案测量更多的射频辐射指标。但是对于大型被测件，例如基站天线，紧缩场反射面造价和后期维护成本较高。解决需要大型反射面场合时的成本造价以及加工难度问题。

实用新型内容

本实用新型公开了一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，该天线测试系统使用小型平面波产生器，在短距离内产生平面波，应用摇臂式结构，配合被测件转台以及极化转轴，可以在有限物理空间内实现理想的远场条件。

本实用新型公开了一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，其中被测件、放置被测件的被测件转台，还包括摇臂转轴、摇臂、位于摇臂上的极化转轴和平面波产生器；所述摇臂固定在所述摇臂转轴可随所述摇臂转轴绕水平轴旋转；所述极化转轴固定于所述摇臂上，所述平面波产生器固定于所述极化转轴上，所述极化转轴的轴向垂直于摇臂转轴的轴向，极化转轴旋转的轴向指向摇臂转轴的轴心；所述平面波产生器固定在所述极化转轴上，随着极化转轴旋转，改变所产生平面波的极化方向。

另外，根据本实用新型公开的一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置还具有如下附加技术特征：

进一步地，所述平面波产生器包括单极化平面波产生器，所述单极化平面波产生器固定于所述极化转轴上，可随着极化转轴旋转；所述单极化平面波产生器与所述极化转轴自身可旋转地跟随所述摇臂旋转，旋转过程中所述平面波产生器指向摇臂转轴的轴心。

进一步地，所述平面波产生器产生的平面波产生得平面波可以是单极化的，也可以是双极化的，若使用单极化平面波产生器，则极化转轴可以取消，将平面波产生器直接固定在摇臂上，跟随摇臂旋转。

优选地，所述被测件设置在所述摇臂转轴的轴向位置，所述被测件位于所述摇臂旋转时的圆心上。

进一步地，所述平面波产生器包括是小型的带有馈源的抛物面型金属反射面紧缩场，或者透镜式紧缩场，或者基于探头阵列天线的紧缩场反射器。

进一步地，所述摇臂的形状包括：“L”形，“Z”形，或弧形。此外，可以根据需求调整摇臂的形状以及实现方式，包括用机械手臂替代摇臂的方式，此类都是本领域技术人员看到本专利方案后能够想到的等同替代方案，实现同样功能，属于本专利保护范围。

进一步地，所述紧缩场天线测试装置还包括：计算机、测量仪表、控制模块、射频单元；所述计算机与所述测量仪表和所述控制模块连接，所述测量仪表分别与所述平面波产生器和被测件连接；所述被测件包括各种无源或者有源天线。

进一步地，所述测量仪表包括网络分析仪，示波器，频谱仪，矢量信号发生器，矢量信号分析仪；以完成各种电磁辐射参数测试；所述控制模块包括转台控制器单元，转台驱动单元，射频放大器，仪表切换单元。

进一步地，所述被测件转台与所述控制模块连接并由所述控制模块控制，被测件转台包括：方位旋转轴，平移轴，所述被测件转台包括上述转轴其中的一种或任意转轴的组合；被测件转台各轴设有异常触发开关以实现中断异常转动，避免设备损坏。

进一步地，所述平面波产生器可以是小型的带有馈源的抛物面型金属反射面紧缩场，或者介质透镜式紧缩场，或者基于全息光栅的平面波产生器，或者基于电磁超材料表面的平面波产生器，或者基于探头阵列天线的紧缩场反射器；金属反射器或者透镜式紧缩场，是利用金属反射面或透镜把位于焦点处的馈源发出的球面波转换为平面波，从而实现有限物理空间内的远场测试；对于基于探头阵列的紧缩场反射器，该阵列包括多个宽频带天线阵元天线，以一定的间隔呈1维或者2维分布在平面上，通过调整相控阵列天线的幅度和相位(即波束赋形网路)形成的基于天线阵列的紧缩场反射器，可在指定区域内产生测试所需要的平面波。

进一步地，测量设备可放置于含有吸波材料的微波暗室内。

另外，一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，包括被测件、放置被测件的被测件转台，还包括摇臂转轴、摇臂和平面波产生器；所述摇臂固定在所述摇臂转轴可随所述摇臂转轴绕水平轴旋转；所述平面波产生器还包括双极化平面波产生器，双极化平面波产生器直接固定在所述摇臂上，跟随所述摇臂旋转，所述平面波产生器指向摇臂转轴的轴心。

本实用新型中，通过旋转小型化旋转紧缩场，在特定的局部区域内产生测试所需的平面波，从而实现有限物理空间内的远场条件；计算机发出指令传至测量仪表，控制模块，被测件，被测件转台实现相应的控制功能，进而实现3D球面(或者部分球面)的数据扫描，其中包括幅度和相位等数据的扫描；可用于测量带射频端口或者不带射频端口的被测件，例如适用于基站天线的无源和有源空口OTA测试。

本实用新型的有益效果在于：在测试系统中使用了摇臂式结构对平面波产生器进行旋转，配合被测件转台以及极化转轴，在有限物理范围内实现了理想的远场条件，相比传统的大型平面波产生器，适用范围更广，对大型天线和小型天线都可以有良好的测量结果，尤其是在测量基站天线等大型天线的时候，大大降低了生产成本以及加工难度。本结构还可以和多颗微型平面波产生器配合使用，实现多波束紧缩场测试。

附图说明：

图1是本实用新型基于摇臂式的紧缩场天线测试装置的装置框图。

图2是本实用新型基于摇臂式的紧缩场天线测试装置的一个实施例的示意图。

其中，1为计算机；2为测量仪表；3为射频单元；4为控制模块； 5为被测件；6为被测件转台；7为摇臂；8为摇臂转轴；9为极化转轴；10为平面波产生器。

具体实施方式：

如图1所示，基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，其中包括被测件5、放置被测件5的被测件转台6，还包括摇臂转轴8、摇臂7、位于摇臂上的极化转轴9和平面波产生器10；所述摇臂7固定在所述摇臂转轴8上，所述摇臂转轴8以带动所述摇臂7绕水平轴向旋转；所述极化转轴9固定于所述摇臂7上，所述平面波产生器10固定于所述极化转轴9上，所述极化转轴9的轴向垂直于摇臂转轴8的轴向，极化转轴9旋转的轴向指向摇臂转轴8的轴心；需要说明的是，所述紧缩场天线测试装置还包括：计算机1、测量仪表2、控制模块4、射频单元3；所述计算机1与所述测量仪表2和所述控制模块4连接，所述测量仪表2分别与所述平面波产生器10和被测件4连接；所述被测件4包括无源或者有源天线。

需要注意的是，如图2所示，所述平面波产生器10包括单极化平面波产生器，所述单极化平面波产生器固定于所述极化转轴9上，可随着极化转轴9旋转；所述单极化平面波产生器与所述极化转轴9 自身可旋转地跟随所述摇臂7旋转，旋转过程中所述平面波产生器 10指向摇臂转轴的轴心；另外，所述平面波产生器10包括双极化平面波产生器(图中未示出)，双极化平面波产生器直接固定在所述摇臂7上，跟随所述摇臂7旋转，在旋转过程中所述平面波产生器10 指向摇臂转轴的轴心。

另外，所述平面波产生器10可以是小型的带有馈源的抛物面型金属反射面紧缩场，或者透镜式紧缩场，或者基于探头阵列天线的紧缩场反射器；金属反射器或者透镜式紧缩场，是利用金属反射面或透镜把位于焦点处的馈源发出的球面波转换为平面波，从而实现有限物理空间内的远场测试；对于基于探头阵列的紧缩场反射器，该阵列包括多个宽频带天线阵元天线，以一定的间隔呈1维或者2维分布在平面上，通过调整相控阵列天线的幅度和相位(即波束赋形网路)形成的基于天线阵列的紧缩场反射器，可在指定区域内产生测试所需要的平面波。

本实用新型的有益效果在于：在测试装置中使用了摇臂式结构对平面波产生器10进行旋转，配合被测件转台6以及极化转轴9，在有限物理范围内实现了理想的远场条件，相比传统的大型平面波产生器，适用范围更广，对大型天线和小型天线都可以有良好的测量结果，尤其是在测量基站天线等大型天线的时候，大大降低了生产成本以及加工难度。本结构还可以和多颗微型平面波产生器配合使用，实现多波束紧缩场测试。

具体实施例如下：

如图2所示，所述摇臂7形状为L形，所述摇臂转轴8固定在一个支架上，可绕水平轴旋转，摇臂7一端固定在摇臂转轴8上，可以跟随摇臂转轴8绕着水平轴向旋转，极化转轴9固定放置在摇臂7的另一端，平面场产生器10固定在极化转轴9上，极化转轴9跟随摇臂旋转的时候转轴的轴向始终正对着摇臂转轴旋转时的的圆心，图2 中的平面场产生器10由反射面和馈源天线构成，被测件5与被测件转台6在摇臂转轴8轴向位置，可以调整位置使被测件7位于摇臂7 旋转时的圆心上。

测试时将被测件5放置在被测件转台6上，被测件转台6为一轴转台，可绕竖直方位轴旋转，带动被测件在水平面内旋转，通过计算机1控制控制模块4与射频模块，在被测件区域形成平面波，摇臂转轴8旋转配合被测件转台6旋转，在标准的IEEE坐标系中，固定被测件转台在0度，使摇臂转轴旋转360度可以得到天线theta＝0 平面上的电磁参数，固定摇臂转轴为90度，使被测件转台旋转360 度可以得到天线phi＝90°平面上的电磁参数，摇臂转轴和被测件转台同时配合旋转可以得到被测件5的3D电磁辐射参数。旋转极化转轴9可以带动平面场产生器10完成平面波极化方向的旋转。

所述被测件转台6可以是如图2所示的形状也可以根据需求调整转台结构以及旋转方式，并不局限于图中的形状。

所述摇臂7可以是如图2所示的L形，也可以根据需求调整摇臂的形状，并不局限于图中的形状；另，所述摇臂7的形状还包括：“Z”形，或弧形或者其他形状，此形状能够使所述极化转轴9的轴向垂直于摇臂转轴8的轴向，且极化转轴9旋转的轴向指向摇臂转轴8的轴心；且所述被测件5设置在所述摇臂转轴8的轴向位置，所述被测件 5位于所述摇臂7旋转时的圆心上。

本实用新型的基于摇臂式的紧缩场天线测试装置通过旋转小型化旋转紧缩场，在特定的局部区域内产生测试所需的平面波，从而实现有限物理空间内的远场条件；在测量过程中，计算机1通过GPIB 或者USB等标准接口与测试仪器(例如网络分析仪)相连；通过控制接口与控制模块(例如转台控制器、转台驱动器等)相连；测试仪器通过射频接口与各射频单元，平面波产生器10，被测件5等相连；计算机发出指令传至测量仪表2，控制模块4，被测件5，被测件转台6实现相应的控制功能，进而实现3D球面或部分球面的数据扫描，其中包括幅度和相位等数据的扫描；可用于测量带射频端口或者不带射频端口的被测件，也适用于基站天线的无源和有源空口OTA测试；该系统大大降低了所需的反射面尺寸，与传统金属大型反射面具有相同测试精度，有效地降低测试场成本以及后期维护成本。

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

Claims (10)

1.一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，包括被测件(5)、放置被测件(5)的被测件转台(6)，其特征在于：还包括摇臂转轴(8)、摇臂(7)、位于摇臂上的极化转轴(9)和平面波产生器(10)；

所述摇臂(7)固定在所述摇臂转轴(8)可随所述摇臂转轴(8)绕水平轴旋转；所述极化转轴(9)固定于所述摇臂(7)上，所述平面波产生器(10)固定于所述极化转轴(9)上，所述极化转轴(9)的轴向垂直于摇臂转轴(8)的轴向，极化转轴(9)旋转的轴向指向摇臂转轴(8)的轴心。

2.根据权利要求1中所述的一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，其特征在于：所述平面波产生器(10)包括单极化平面波产生器，所述单极化平面波产生器固定于所述极化转轴(9)上，可随着极化转轴(9)旋转；所述单极化平面波产生器与所述极化转轴(9)自身可旋转地跟随所述摇臂(7)旋转，旋转过程中所述平面波产生器(10)指向摇臂转轴的轴心。

3.根据权利要求1中所述的一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，其特征在于：所述平面波产生器(10)包括是带有馈源的抛物面型金属反射面紧缩场，或者介质透镜式紧缩场，或者基于全息光栅的平面波产生器，或者基于电磁超材料表面的平面波产生器，或者基于探头阵列天线的紧缩场反射器。

4.根据权利要求1中所述的一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，其特征在于：所述摇臂(7)的形状包括：“L”形，“Z”形，或弧形。

5.根据权利要求1中所述的一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，其特征在于：所述紧缩场天线测试装置还包括：计算机(1)、测量仪表(2)、控制模块(4)；所述计算机(1)与所述测量仪表(2)和所述控制模块(4)连接，所述测量仪表(2)分别与所述平面波产生器(10)和被测件(5)连接；所述被测件(5)包括无源或者有源天线。

6.根据权利要求5中所述的一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，其特征在于：所述测量仪表(2)包括网络分析仪，示波器，频谱仪，矢量信号发生器，矢量信号分析仪；以完成各种电磁辐射参数测试；所述控制模块(4)包括转台控制器单元，转台驱动单元，射频放大器，仪表切换单元。

7.根据权利要求5中所述的一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，其特征在于：所述被测件(5)设置在所述摇臂转轴(8)的轴向位置，放置在所述被测件转台(6)上，所述被测件(5)位于所述摇臂(7)旋转时的圆心上；所述被测件转台(6)与所述控制模块(4)连接并由所述控制模块(4)控制，被测件转台(6)包括：方位旋转轴，平移轴，所述被测件转台(6)包括上述转轴其中的一种或任意转轴的组合；被测件转台(6)各轴设有异常触发开关以实现中断异常转动，避免设备损坏。

8.根据权利要求5中所述的一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，其特征在于：紧缩场天线测试装置还包括：射频单元(3)，计算机(1)包括PC机或者工控电脑，通过GPIB或者USB标准接口与测量仪表(2)和控制模块(4)相连，测量仪表通过射频单元(3)与平面波产生器(10)、被测件(5)相连。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，其特征在于：通过旋转小型化旋转紧缩场，在特定的局部区域内产生测试所需的平面波，从而实现有限物理空间内的远场条件；计算机发出指令传至测量仪表(2)，控制模块(4)，被测件(5)，被测件转台(6)实现相应的控制功能，进而实现3D球面或部分球面的数据扫描，其中包括幅度和相位等数据的扫描；可用于测量带射频端口或者不带射频端口的被测件，也适用于基站天线的无源和有源空口OTA测试；该系统大大降低了所需的反射面尺寸，与传统金属大型反射面具有相同测试精度，有效地降低测试场成本以及后期维护成本。

10.一种基于摇臂式的紧缩场天线测试装置，包括被测件(5)、放置被测件(5)的被测件转台(6)，其特征在于：还包括摇臂转轴(8)、摇臂(7)和平面波产生器(10)；所述摇臂(7)固定在所述摇臂转轴(8)可随所述摇臂转轴(8)绕水平轴旋转；所述平面波产生器(10)还包括双极化平面波产生器，双极化平面波产生器直接固定在所述摇臂(7)上，跟随所述摇臂(7)旋转，所述平面波产生器(10)指向摇臂转轴的轴心。