CN209841969U - 紧缩场天线测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种紧缩场天线测试系统，包括计算机、控制模块、测量仪表、射频单元、机械手、极化转轴、平面波产生器和被测件转台，计算机分别与测量仪表和控制模块电性连接，测量仪表能够通过射频单元与平面波产生器和被测件转台上的被测件电性连接，极化转轴能够转动的安装于机械手上，平面波产生器固定安装于极化转轴上，被测件转台上的被测件恰位于极化转轴的轴线延长线上被测件转台能够带动被测件旋转，控制模块与射频单元、机械手及其上的极化转轴电性连接，能控制机械手动作使平面波产生器对被测件在三维空间内任意方位进行数据扫描，本实用新型适用范围广，对大型天线和小型天线都有良好的测量结果，降低了生产成本以及加工难度。

Description

紧缩场天线测试系统

技术领域

本实用新型涉及一种多探头测试系统，特别涉及一种紧缩场天线测试系统。

背景技术

在传统的测试中，天线的特性通常需要在远场测量。随着5G时代的到来，通信频率逐渐升高，基站天线等大型被测件的远场条件距离变得很长，这意味着对微波暗室尺寸的要求变得更大进而成本增加，才能保证暗室内静区的性能。其次，随着远场距离的增加，测试时路径损耗变大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问题。

紧缩场天线测试系统可以将馈源产生的球面波在短距离内转换成平面波，以获得极佳的暗室静区性能，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 PowerRation，相邻频道泄露功率比)、EIS、ACS(Adjacent Channel Selectivity，临道选择性)等射频辐射指标。

与远场测试相比，紧缩场测试的优点在于大幅度缩小了场地尺寸，从而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，需要解决大型反射场的成本造价以及加工难度问题。

实用新型内容

为了弥补以上不足，本实用新型提供了一种紧缩场天线测试系统，该紧缩场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配合多轴转台以及机械手和极化转轴，可以在有限物理空间内实现理想的远场条件。

本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种紧缩场天线测试系统，包括计算机、控制模块、测量仪表、射频单元、机械手、极化转轴、平面波产生器和被测件转台，所述计算机分别与测量仪表和控制模块电性连接，测量仪表能够通过射频单元与平面波产生器和被测件转台上的被测件电性连接，极化转轴能够转动的安装于机械手上，平面波产生器固定安装于极化转轴上，被测件转台上的被测件恰位于极化转轴的轴线延长线上被测件转台能够带动被测件旋转，控制模块与射频单元、机械手及其上的极化转轴电性连接，能够控制机械手动作使平面波产生器对被测件在三维空间内任意方位进行数据扫描。

作为本实用新型的进一步改进，所述平面波产生器为带有馈源的抛物面型金属反射面紧缩场、介质透镜式紧缩场、基于全息光栅的平面波产生器、基于电磁超材料表面的平面波产生器和基于探头阵列天线的平面波产生器中的任意一种。

作为本实用新型的进一步改进，所述测量仪表为网络分析仪、示波器、频谱仪、矢量信号发生器和矢量信号分析仪中的一种或多种的组合。

作为本实用新型的进一步改进，所述机械手为由至少三节自由臂顺序铰接而成的多轴机械手。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制模块包括机械手驱动单元、机械手控制器单元、极化转轴驱动单元、转台控制器单元、转台驱动单元、射频放大器和仪表切换单元，所述机械手控制器单元控制机械手驱动单元和极化转轴驱动单元，机械手驱动单元驱动机械手各节自由臂转动，极化转轴驱动单元驱动极化转轴旋转，转台控制器单元控制转台驱动单元，转台驱动单元驱动转台旋转，仪表切换单元通过射频放大器控制各个测量仪表之间进行切换。

作为本实用新型的进一步改进，被测件转台为单轴转台或多轴转台，其中多轴转台包括被测件固定装置、方位旋转轴、极化旋转轴和转台底座，所述极化旋转轴能够绕竖直轴旋转的安装于转台底座上，方位旋转轴能够绕与极化旋转轴垂直的转轴旋转的安装于极化旋转轴上，被测件固定装置固定安装于方位旋转轴上，被测件固定装置能够固定定位被测件。

作为本实用新型的进一步改进，所述多轴转台还包括俯仰转轴和平移轴，所述俯仰转轴能够绕水平转轴转动的安装于转台底座上，极化旋转轴绕竖直轴旋转的安装于俯仰转轴上，平移轴固定安装于转台底座下侧，平移轴能够朝向机械手方向滑动的定位于水平面上。

作为本实用新型的进一步改进，多轴转台的各个轴上分别设有异常触发开关。

作为本实用新型的进一步改进，所述计算机为PC机或者工控电脑，计算机通过GPIB或者USB标准接口与测量仪表和控制模块相连。

作为本实用新型的进一步改进，还设有由吸波材料形成的微波暗室，射频单元、机械手、极化转轴、平面波产生器和被测件转台均设于微波暗室内。

本实用新型的有益技术效果是：本实用新型在测试系统中使用了机械手对平面波产生器进行方位的改变，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。在测量多波束天线的时候，通过机械手上平面波产生器的球面化平移以及多轴转台的旋转，精准的对每一个波束进行测量，提高了测量精度。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型的第一种结构原理示意图；

图3为本实用新型的第二种结构原理示意图。

具体实施方式

实施例：一种紧缩场天线测试系统，包括计算机1、控制模块4、测量仪表2、射频单元3、机械手6、极化转轴5、平面波产生器7和被测件8转台9，所述计算机1分别与测量仪表2和控制模块4电性连接，测量仪表2能够通过射频单元3与平面波产生器7和被测件8转台9上的被测件8电性连接，极化转轴5能够转动的安装于机械手6上，平面波产生器7固定安装于极化转轴5上，被测件8转台9上的被测件8恰位于极化转轴5的轴线延长线上被测件8转台9能够带动被测件8旋转，控制模块4与射频单元3、机械手6 及其上的极化转轴5电性连接，能够控制机械手6动作使平面波产生器7对被测件8在三维空间内任意方位进行数据扫描。

测试时，通过机械手6带动平面波产生器7产生的小型化紧缩场，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1发出指令传至测量仪表2，控制模块4和被测件8，被测件8转台9以及机械手6来实现相应的控制功能，进而实现3D球面(或者弧面)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8，例如适用于基站天线的无源和有源空口OTA测试。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。在测量大型天线时，不需要对天线的物理位置以及角度进行变换就可以对天线完成3D球面测量，在测量多波束天线时，可以精准的对每一个波束进行测量，提高了测试的精度。

所述平面波产生器7为带有馈源的抛物面型金属反射面紧缩场、介质透镜式紧缩场、基于全息光栅的平面波产生器 7、基于电磁超材料表面的平面波产生器7和基于探头阵列天线的平面波产生器7中的任意一种。

其中，金属反射面紧缩场与介质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；基于探头阵列天线的平面波产生器7包括多个宽频带天线阵元天线，以一定的间隔呈一维或二维分布在平面上，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，可在指定区域内产生测试所需要的平面波。

所述测量仪表2为网络分析仪、示波器、频谱仪、矢量信号发生器和矢量信号分析仪中的一种或多种的组合。用来完成各种电磁辐射参数测试。

所述机械手6为由至少三节自由臂顺序铰接而成的多轴机械手6。实现平面波产生器7到达三维空间任意位置，进而实现3D球面(或者弧面)的数据扫描，除了采用多节自由臂铰接的机械手6结构外，还可以采用相互垂直的三个轨道的结构实现平面波产生器7到达三维空间任意位置的功能，此外，还可以是其它结构。

所述控制模块4包括机械手6驱动单元、机械手6控制器单元、极化转轴5驱动单元、转台控制器单元、转台驱动单元、射频放大器和仪表切换单元，所述机械手6控制单元控制机械手6驱动单元和极化转轴5驱动单元，机械手6驱动单元驱动机械手6各节自由臂转动，极化转轴5驱动单元驱动极化转轴5旋转，转台控制器单元控制转台驱动单元，转台驱动单元驱动转台旋转，仪表切换单元通过射频放大器控制各个测量仪表2之间进行切换。

被测件8转台9为单轴转台91或多轴转台92，其中多轴转台92包括被测件8固定装置、方位旋转轴、极化旋转轴和转台底座，所述极化旋转轴能够绕竖直轴旋转的安装于转台底座上，方位旋转轴能够绕与极化旋转轴垂直的转轴旋转的安装于极化旋转轴上，被测件8固定装置固定安装于方位旋转轴上，被测件8固定装置能够固定定位被测件8。根据测试要求选择单轴转台91或多轴转台92，多轴转台92能够实现被测件8绕多个转轴转动进行高精度测试。

所述多轴转台92还包括俯仰转轴和平移轴，所述俯仰转轴能够绕水平转轴转动的安装于转台底座上，极化旋转轴绕竖直轴旋转的安装于俯仰转轴上，平移轴固定安装于转台底座下侧，平移轴能够朝向机械手6方向滑动的定位于水平面上。俯仰转轴能够实现被测件8升降，方便被测件8的安装、拆卸，平移轴能够实现被测件8与机械手6距离的调节，便于对不同被测件8进行测试。

多轴转台92的各个轴上分别设有异常触发开关。以实现异常转动的中断，避免设备损坏。

所述计算机1为PC机或者工控电脑，计算机1通过GPIB 或者USB标准接口与测量仪表2和控制模块4相连。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4(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3，平面波产生器7和被测天线等相连；计算机1可以控制各种测试仪表，射频设备，平面波产生器7，被测件8转台9等，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。

还设有由吸波材料形成的微波暗室，射频单元3、机械手6、极化转轴5、平面波产生器7和被测件8转台9均设于微波暗室内。

实施例1：如图2所示，所述机械手6被固定于机箱边角，极化转轴5被固定于机械手6的末端，平面波产生器7 固定在极化转轴5上，极化转轴5配合机械手6的球面平移，平面波产生器7始终正对单轴转台91中心，平面场产生器7 由抛物面反射面和馈源天线组成，单轴转台91上的被测件放置在多轴机械手平移球面的球心处，可以旋转转台使被测天线始终处于平面波产生器7所产生的平面波的静区中。测试时将被测件放置在单轴转台91上，通过计算机控制控制模块与射频单元，多轴机械手6球面平移配合单轴转台91 旋转，在标准的坐标系中，固定单轴转台91在0 度，机械手臂6带动平面波产生器7在竖直平面上绕被测件旋转360度，得到天线phi＝0平面上的电磁参数。固定单轴转台91在0度，机械手臂6带动平面波产生器7在水平面上绕被测件旋转360度，得到天线theta＝90°平面上的电磁参数。单轴转台91和机械手臂7配合可以得到被测件的3D 电磁辐射参数，旋转极化转轴5可以完成平面波极化方向的旋转。在测量多波束天线的时候，可通过控制模块调整机械手6，使反射面正对着每一个需要测量的波瓣，在测量过程中可以始终保证平面波产生器物理位置的稳定性，进而精确地得到每一个波瓣的测量结果。

实施例2：

如图3所示，所述机械手6被固定于机箱边角，极化转轴5被固定于机械手6的末端，平面波产生器7固定在极化转轴5上，极化转轴5配合机械手6的半球面平移，平面波产生器7始终正对多轴转台92中心，图中的平面场产生器7 由抛物面反射镜和馈源天线组成，多轴转台92包含一个方位旋转轴93，多轴转台92上的被测件放置在多轴机械手平移半球面的球心处，可以调整多轴转台92使被测天线始终处于平面波产生器7所产生的平面波的静区中。测试时将被测件放置在多轴转台92上，通过计算机控制控制模块与射频单元，多轴机械手6的半球面平移配合被测件多轴转台92 的旋转，在标准的坐标系中，固定单轴转台92在 90度，机械手臂6带动平面波产生器7在水平面上绕被测件旋转360度，得到天线phi＝0平面上的电磁参数。固定单轴转台92在0度，机械手臂6带动平面波产生器7在水平面上绕被测件旋转180度，得到天线theta＝90°平面上的电磁参数。单轴转台92和机械手臂7配合可以得到被测件的3D 电磁辐射参数可以完成对被测件的3D球面扫描，旋转极化转轴5可以完成平面波极化方向的旋转。在测量多波束天线的时候，可通过控制模块调整机械手6，使反射面正对着每一个需要测量的波瓣，在测量过程中可以始终保证平面波产生器物理位置的稳定性，进而精确地得到每一个波瓣的测量结果。

Claims (10)

1.一种紧缩场天线测试系统，其特征为：包括计算机(1)、控制模块(4)、测量仪表(2)、射频单元(3)、机械手(6)、极化转轴(5)、平面波产生器(7)和被测件转台(9)，所述计算机分别与测量仪表和控制模块电性连接，测量仪表能够通过射频单元与平面波产生器和被测件转台上的被测件电性连接，极化转轴能够转动的安装于机械手上，平面波产生器固定安装于极化转轴上，被测件转台上的被测件(8)恰位于极化转轴的轴线延长线上被测件转台能够带动被测件旋转，控制模块与射频单元、机械手及其上的极化转轴电性连接，能够控制机械手动作使平面波产生器对被测件在三维空间内任意方位进行电磁参数扫描。

2.根据权利要求1所述的紧缩场天线测试系统，其特征为：所述平面波产生器为带有馈源的抛物面型金属反射面紧缩场、介质透镜式紧缩场、基于全息光栅的平面波产生器、基于电磁超材料表面的平面波产生器和基于探头阵列天线的平面波产生器中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的紧缩场天线测试系统，其特征为：所述测量仪表为网络分析仪、示波器、频谱仪、矢量信号发生器和矢量信号分析仪中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的紧缩场天线测试系统，其特征为：所述机械手为由至少三节自由臂顺序铰接而成的多轴机械手。

5.根据权利要求4所述的紧缩场天线测试系统，其特征为：所述控制模块包括机械手驱动单元、机械手控制器单元、极化转轴驱动单元、转台控制器单元、转台驱动单元、射频放大器和仪表切换单元，所述机械手控制器单元控制机械手驱动单元和极化转轴驱动单元，机械手驱动单元驱动机械手各节自由臂转动，极化转轴驱动单元驱动极化转轴旋转，转台控制器单元控制转台驱动单元，转台驱动单元驱动转台旋转，仪表切换单元通过射频放大器控制各个测量仪表之间进行切换。

6.根据权利要求1或5所述的紧缩场天线测试系统，其特征为：被测件转台为单轴转台(91)或多轴转台(92)，其中多轴转台包括被测件固定装置、方位旋转轴、极化旋转轴和转台底座，所述极化旋转轴能够绕竖直轴旋转的安装于转台底座上，方位旋转轴能够绕与极化旋转轴垂直的转轴旋转的安装于极化旋转轴上，被测件固定装置固定安装于方位旋转轴上，被测件固定装置能够固定定位被测件。

7.根据权利要求6所述的紧缩场天线测试系统，其特征为：所述多轴转台还包括俯仰转轴和平移轴，所述俯仰转轴能够绕水平转轴转动的安装于转台底座上，极化旋转轴绕竖直轴旋转的安装于俯仰转轴上，平移轴固定安装于转台底座下侧，平移轴能够朝向机械手方向滑动的定位于水平面上。

8.根据权利要求7所述的紧缩场天线测试系统，其特征为：多轴转台的各个轴上分别设有异常触发开关。

9.根据权利要求1所述的紧缩场天线测试系统，其特征为：所述计算机为PC机或者工控电脑，计算机通过GPIB或者USB标准接口与测量仪表和控制模块相连。

10.根据权利要求1所述的紧缩场天线测试系统，其特征为：还设有由吸波材料形成的微波暗室，射频单元、机械手、极化转轴、平面波产生器和被测件转台均设于微波暗室内。