CN212459872U - 暗室静区测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种暗室静区测试系统，包括：发射装置、接收装置、伺服机器人、以及控制装置；发射装置设于暗室远离所述静区的一端并发射测试信号；接收装置设于伺服机器人上，包括用于接收毫米波信号的接收天线及处理毫米波信号的信号处理模块；伺服机器人设于暗室静区内，并用于调整接收天线的空间位置；所述控制装置用于控制发射天线发射毫米波信号、接收并处理信号处理模块的结果、控制伺服机器人的工作状态以支持接收天线的俯仰角和方位角调节及在对应俯仰角和方位角下在X轴、Y轴、Z轴三个轴向上行进并接收信号。该测试系统轻便、便于携带，可为有需要客户提供上门服务。

Description

暗室静区测试系统

技术领域

本实用新型涉及微波检测技术领域，具体而言，本实用新型涉及一种暗室静区测试系统。

背景技术

微波暗室是天线性能室内测试的试验场地，暗室内部通过贴敷微波吸波材料来模拟无反射空间，达到模拟室外开阔场地的测试效果。微波暗室的反射性能是主要的考核指标，暗室吸波材料的选择和暗室结构的设计均对暗室内的反射造成影响，一般将暗室内部反射最小的某一区域称为静区。静区的大小、反射电平、交叉极化度、场强均匀性、路径损耗、固有雷达截面、工作频率范围等参数是衡量微波暗室建设水平的主要指标。常规暗室的静区测试主要由扫描架完成，随着新一代移动通信以及汽车雷达的发展，使用的微波频段逐渐提高，毫米波频段(60GHz-90GHz)成为目前主流的通信频率，与此同时，相应频段的暗室也在大量建设中。但是很多新建的微波暗室没有进行静区检测，暗室所用的吸波材料的出厂数据甚至没有覆盖毫米波频率，暗室的建设和材料选取仅依靠理论和经验，没有实测数据保证。所以国内建设的毫米波暗室大多处于双盲状态，即建设方和使用方均不知暗室的静区性能究竟如何。

在国内，毫米波暗室的静区检测目前在业界还是空白，传统的二维扫描架等测试方法不再适用，因此业界急需毫米波暗室静区的替代性检测设备和检测方法，天线的性能测试也需要可靠的静区指标保证测试准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在提供一种可应用于毫米波频段、结构简单、轻便的暗室静区测试系统。

为实现以上目的，本实用新型提供以下方案：

本实用新型提供了一种暗室静区测试系统，适用于测试暗室静区参数，其包括：发射装置、接收装置、伺服机器人、以及与发射装置、接收装置及伺服机器人均电连接的控制装置；所述发射装置设于暗室远离所述静区的一端，包括用于发射测试所需毫米波信号的发射天线；所述接收装置设于伺服机器人上，用于接收毫米波信号；所述伺服机器人设于所述暗室静区内，并用于调整接收装置的空间位置；所述控制装置用于控制发射天线发射毫米波信号、接收并处理接收装置的信号、控制伺服机器人的工作状态以支持接收装置的俯仰角和方位角调节及在对应俯仰角和方位角下在X轴、Y轴、Z轴三个轴向上行进并接收信号。

可选地，所述控制装置设于所述暗室外部，并经传输线缆与发射装置、接收装置和伺服机器人电连接。

可选地，所述控制装置包括仪器柜和计算机，所述仪器柜与所述发射装置、接收装置和伺服机器人电连接，所述计算机与仪器柜电连接，用于向仪器柜发送控制信号和显示暗室静区的测试结果。

可选地，所述信号处理模块与接收天线之间连接有弯波导。

可选地，所述信号处理模块包括依次电连接的低噪声放大器、毫米波检波器、中频放大器和中频滤波器，所述低噪声放大器与弯波导连接，所述中频滤波器用于与仪器柜电连接以进一步根据同步检波远离处理接收装置的信号获得静区的性能参数。

可选地，所述毫米波检波器为毫米波检波二极管。

可选地，所述仪器柜设有数模转换器、90°电桥、各自两个输入端口对应与数模转换器和90°电桥连接的两个数字鉴相器，以及与两个数字鉴相器的输出端口一一对应连接的两个低通滤波器，所述数模转换器的输入端与中频滤波器的输出端连接，90°电桥用于接入与发射天线发出的测试信号同源的参考信号，两个低通滤波器的输出端与一合路器的输入端连接。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型的暗室静区测试系统，通过将接收装置设置在伺服机器人上，可支持接收天线在俯仰角和方位角两个方面的调节并且满足在对应俯仰角和方位角下在X轴、Y轴、Z轴三个轴向上的采样扫描，检测结果的准确度得到了提高。另外，测试系统的结构较为简单、轻便，方便携带，可支持为有需要的客户提供上门服务。此外，由于采用同步检波技术来对接收天线所接收信号进行检波处理，进一步提高了检测精度，也使得接收装置无需采用尺寸较大的器件，接收装置的结构更为紧凑。

本实用新型的暗室静区测试方法由上述暗室静区测试系统实施，具有较高的检测精度。另外，通过相关算法来进行同步检波，进一步提高了系统的测试能力和测试精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型一种实施例提供的暗室静区测试系统的结构示意图；

图2为本实用新型一种实施方式提供的接收装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的接收装置中天线俯仰角调节状态示意图；

图4为本实用新型实施例提供的接收装置中天线方位角调节状态示意图；

图5为本实用新型实施例提供的接收装置中天线沿X轴、Y轴、Z轴三轴移动示意图；

图6为本实用新型实施例提供的测试链路的电路框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的实施例。虽然附图中显示了本实用新型的某些实施例，然而应当理解的是，本实用新型可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本实用新型。应当理解的是，本实用新型的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本实用新型的保护范围。

应当理解，本实用新型的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本实用新型的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“连接”既可以是直接连接，也可通过其他部件间接连接。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

参见图1至图6，本实用新型涉及一种暗室静区测试系统(以下简称“测试系统”)，适用于测试暗室静区的性能参数，例如反射性能。本实用新型的测试系统优选为毫米波频段的暗室静区测试系统。

所述测试系统包括发射装置2、接收装置3、伺服机器人4，以及与三者均电连接的控制装置(未标示，下同)。

所述发射装置2设于暗室1内远离静区的一端，用以发射测试用的毫米波信号(即测试信号)。所述接收装置3设于伺服机器人4上并位于所述静区，用于接收所述测试信号。所述伺服机器人4用于调整接收装置3的空间位置，具体可完成接收装置3中接收天线31的俯仰角(也称下倾角)、方位角调节和支持接收天线31在相应俯仰角和方位角下沿X轴、Y轴和Z轴三个轴向移动一定位移，以供接收天线31完成在不同位置对测试信号进行采样，提高静区检测的精度。所述控制装置设于暗室1外并通过传输线缆(未标示，下同)与所述发射装置2、接收装置3和伺服机器人4电连接，以控制发射装置2发射测试信号、控制伺服机器人4调节接收装置3的空间位置、处理接收装置3所接收的信号并显示静区性能参数。

本测试系统中，通过发射装置2在远端发射电磁波，接收天线31在静区内测试电磁场幅度和相位分布，由此获得静区的反射性能参数。测试时将发射装置2置于暗室1一端，将接收天线31置于暗室1待鉴定的静区内，以静区中心点为坐标原点，将接收天线31沿横向(X轴)、竖直方向(Y轴)和纵向(Z轴)三个方向移动，分别考察暗室1侧壁、天花板、地面及后壁的反射性能。测试并记录接收天线31所接收的信号功率的电平，提取出信号包络曲线差和平均电平，即可按下式计算暗室1的静区反射系数：

其中R为反射系数，E_R为反射电平，E_D为直射电平，A为测试天线方向图平均电平，σ为驻波曲线包络差。同理地，在不同视角(俯仰角和/或方位角)情况下连续移动接收天线31，根据记录的驻波曲线求出反射系数。

可选地，所述发射装置2包括发射天线(未标示，下同)及支撑架(未标示，下同)。所述发射天线优选为喇叭天线，其设于支撑架的顶端并用于发射毫米波信号以用作测试信号。所述支撑架优选为可伸缩的支撑架，以支持发射天线在不同高度位置处发射测试信号，测量暗室静区在不同高度上的性能参数。

可选地，所述接收装置3包括接收天线31和信号处理模块32，所述接收天线31用于接收所述测试信号，所述信号处理模块32用于对接收天线31接收的信号进行预处理，并输出到所述控制装置中。在一种实施方式中，所述信号处理模块32包括依次电连接的低噪声放大器(LNA)、毫米波检波器、中频放大器及中频滤波器，所述低噪声放大器用于放大接收天线31所接收的信号，所述毫米波检波器对经过放大的信号进行检波，形成低频的视频信号，以供数字电路直接处理获得暗室静区的性能参数。其中，毫米波检波器优选采用检波二极管，其尺寸较小，以缩小接收装置3的尺寸。

可选地，所述接收天线31与低噪声放大器之间连接有弯波导，以减小信号的反射和衰减，提高检测结果的准确度。

请结合图2至图5，本实施方式中，所述伺服机器人4为六轴工业机器人，其末端设有法兰，所述接收装置3设于所述法兰，并可相对初始角度实现-120°～120°的方位面旋转，其中，初始角度指的是接收天线31指向发射天线时的角度，即0°。接收天线31的俯仰角范围为-45°～45°，由机器人隔周综合运动实现，方位角旋转时，俯仰角为0°；同样俯仰角旋转时，方位角为0°。在进行方位角或俯仰角调节时，接收装置3旋转时要保证接收天线31的相位中心为旋转轴心。待转到某个角度状态后，再实现X轴、Y轴和Z轴三轴的平移运行。由此，可以实现接收天线31方位角、俯仰角的调节，及对应角度下三轴移动，实现接收天线31在不同空间位置对测试信号进行采样，提高检测结果的准确度。可选地，接收天线31在三个轴向上，可满足每个轴线直线移动300mm，即相对初始位置可以向两侧各移动150mm。

可选地，所述控制装置包括仪器柜5和计算机6，所述仪器柜5与所述发射天线、信号处理模块32和伺服机器人4电连接，所述计算机6与仪器柜5电连接，用于供测试人员输入参数或控制指令向仪器柜5发送控制信号并显示暗室静区的测试结果。较佳地，所述仪器柜5于所述暗室1外通过传输线缆与发射装置2、接收装置3和伺服机器人4电连接，以避免占用暗室1内空间，更可以避免仪器柜5的金属结构对测试信号进行反射，影响检测结果，提高检测结果的准确度。

所述仪器柜5内设有数模转换器、90°电桥、两个数字鉴相器和两个低通滤波器，所述数模转换器的输入端与中频滤波器的输出端连接，90°电桥用于接入与发射天线发出的测试信号同源的参考信号，两个所述数字鉴相器的输入端口均与数模转换器和90°电桥连接，数字鉴相器的输出端口与低通滤波器的输入端连接，两个低通滤波器的输出端与一合路器的两个输入端一一对应连接。由此，可通过仪器柜5内的器件，直接利用接收装置3的信号处理模块32预处理后的信号，获得静区的性能参数。

可选地，在一种实施方式中，发射装置2还包括毫米波信号源(即发射机)，其也设置在仪器柜5内，通过同轴线缆连接到喇叭天线上，以减小发射装置2的尺寸，另外，将毫米波信号源集成在仪器柜5中，实现了多种器件的集成，结构更为紧凑，也方便携带。

请结合图6，图6为一种实施方式的测试链路的电路框图。其中，发射装置2采用六倍频电路，输入信号频率范围10GHz～15GHz，输出信号60GHz～90GHz，输出信号幅度10dBm，输出信号经25dB增益的喇叭天线发射，经过暗室1空间的损耗(在90GHz时，按最大室内暗室120m长度计算)为97.5dB，接收装置3的喇叭天线也为25dB增益，则接收装置3的输入信号功率为：-37.5dBm。由于接收装置3的喇叭天线的输入信号为-37.5dBm，而常规检波器的灵敏度约-40dBm～-50dBm量级，意味着直接检波的接收装置3的动态范围仅2.5dB～12.5dB，该小动态范围无法使直接检波的接收装置3成为一种有效的毫米波接收机形式。

为了提高接收装置3的动态范围，本实施方式中采用同步检波方式提升直接检波电路的信噪比，虽然检波器的正切灵敏度在-40dBm～-50dBm量级，低于正切灵敏度的信号将被噪声淹没，无法被数字采样电路识别，但经过同步检波，检波的信噪比可提升80dB，即接收装置3能够识别最低在-120dBm～-130dBm的毫米波接收信号，提升了测试系统的动态范围。

具体地，采用低频的正弦波或方波信号为同步信号，该信号首先作为调制信号与毫米波信号源(即发射机)的毫米波信号混频，即对输入10～15GHz的射频信号采用射频开关进行通断操作即可以实现信号的调制，脉冲调制的毫米波信号经天线发射、空间传输、天线接收以及二极管检波，生成方波调制信号。由于接收的毫米波信号幅度过低，检波输出的方波淹没于噪声中无法识别，此时将检波出的噪声信号与调制方波同源的方波(即参考信号，由90°电桥接入)进行互相关运算来提取噪声中存在的有效信号。由于噪声与参考信号不相关，噪声贡献的相关输出为零，而噪声信号中存在的与参考信号同频的信号将会与参考信号形成较大的相关输出。毫米波检波的噪声信号经过相关器将会有一定幅度的直流输出，若进一步的使参考信号与有用信号同相，则相关运算输出的直流幅度最大。

实际上由于有用信号与参考信号的相位未知，相关器未必工作于最大输出状态，进一步地，采用IQ双通道电路，将参考信号经过一90°电桥分为0度和90度两路，分别与输入的噪声信号进行相关运算，两路相关输出的矢量和即得到相关信号的模值(即最大值)，此时接收装置3的信号处理模块32具有最大的信噪比，接收装置3的灵敏度可达-120dBm左右，此时测试链路的动态范围为82.5dB，极大地提升了系统的测试能力。

所述仪器柜5处理后的信号输出到计算机6，由计算机6进行进一步计算获得所述静区性能参数的数值并予以显示、记录和输出。

作为第二方面，本实用新型还提供一种上述测试系统实施的测试方法，包括以下步骤：

首先，控制所述发射天线发射测试信号。

具体地，在将发射装置2安装在暗室1一端，伺服机器人4安装在静区，接收装置3连接到伺服机器人4末端的法兰上，并通过线缆将发射装置2、接收装置3、伺服机器人4与仪器柜5连接，将仪器柜5与计算机6连接后，调整接收天线31使其与发射天线相对，即定义出接收天线31的初始位置。通过计算机6输出控制指令，使毫米波信号源输出预定频率的毫米波信号，并通过所述发射天线发射于暗室1的空间内。

然后，控制伺服机器人4调整接收天线31的空间位置，通过接收天线31接收所述测试信号，所述接收天线31的空间位置包括方位角、俯仰角及在对应方位角和俯仰角下在X轴、Y轴、Z轴三个轴向上的位置。

本测试方法中，接收天线31在不同方位角、不同俯仰角，以及在相应方位角和俯仰角下在不同位置上进行信号采样，以获得暗室静区不同位置处的性能参数(如反射系数)，本实用新型中，通过控制伺服机器人4对接收天线31进行方位角、俯仰角的旋转及接收天线31沿X轴、Y轴和Z轴三个方向的直线移动来实现以上功能。可选地，当进行方位角调节时，保持俯仰角为0°；当进行俯仰角调节时，方位角保持为0°，以便于角度的调节。

最后，通过信号处理模块32和控制装置处理所述接收天线31所接收的测试信号，获得静区的性能参数。

具体地，所述通过信号处理模块32和控制装置处理所述接收天线31所接收的测试信号，获得静区的性能参数的步骤包括：

通过信号处理模块32对接收的测试信号进行检波及中频滤波；

采用与发射天线的测试信号同源的参考信号对中频滤波后的信号进行相关计算，以通过同步检波获得静区的信号幅度和相位分布情况。

进一步地，采用IQ双通道电路，使参考信号分成正交的两路信号，与接收装置3输出的信号分别进行相关计算，并进行信号合路后输出。通过采用IQ双通道电路，两路参考信号分别与输入的噪声信号进行相关运算再进行矢量相加，两路相关输出的矢量和即得到相关信号的模值，由此获得接收装置3的最大信噪比，提高了接收装置3的灵敏度(可达-120dBm左右)，此时测试链路的动态范围为82.5dB，极大地提升了系统的测试能力。

以上描述仅为本实用新型的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本实用新型中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本实用新型中实用新型的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (7)

1.一种暗室静区测试系统，适用于测试暗室静区参数，其特征在于，包括：发射装置、接收装置、伺服机器人、以及与发射装置、接收装置及伺服机器人均电连接的控制装置；所述发射装置设于暗室远离所述静区的一端，包括用于发射测试所需毫米波信号的发射天线；所述接收装置设于伺服机器人上，用于接收毫米波信号；所述伺服机器人设于所述暗室静区内，并用于调整接收装置的空间位置；所述控制装置用于控制发射天线发射毫米波信号、接收并处理接收装置的信号、控制伺服机器人的工作状态以支持接收装置的俯仰角和方位角调节及在对应俯仰角和方位角下在X轴、Y轴、Z轴三个轴向上行进并接收信号。

2.根据权利要求1所述的暗室静区测试系统，其特征在于，所述控制装置设于所述暗室外部，并经传输线缆与发射装置、接收装置和伺服机器人电连接。

3.根据权利要求1所述的暗室静区测试系统，其特征在于，所述控制装置包括仪器柜和计算机，所述仪器柜与所述发射装置、接收装置和伺服机器人电连接，所述计算机与仪器柜电连接，用于向仪器柜发送控制信号和显示暗室静区的测试结果。

4.根据权利要求3所述的暗室静区测试系统，其特征在于，所述接收装置包括用于接收毫米波信号的接收天线和用于对接收天线接收的信号进行预处理的信号处理模块，所述信号处理模块与接收天线之间通过弯波导连接。

5.根据权利要求4所述的暗室静区测试系统，其特征在于，所述信号处理模块包括依次电连接的低噪声放大器、毫米波检波器、中频放大器和中频滤波器，所述低噪声放大器与弯波导连接，所述中频滤波器用于与仪器柜电连接以向其输出经信号处理模块处理过的信号。

6.根据权利要求5所述的暗室静区测试系统，其特征在于，所述毫米波检波器为毫米波检波二极管。

7.根据权利要求6所述的暗室静区测试系统，其特征在于，所述仪器柜设有数模转换器、90°电桥、各自两个输入端口对应与数模转换器和90°电桥连接的两个数字鉴相器，以及与两个数字鉴相器的输出端口一一对应连接的两个低通滤波器，所述数模转换器的输入端与中频滤波器的输出端连接，90°电桥用于接入与发射天线发出的测试信号同源的参考信号，两个低通滤波器的输出端与一合路器的输入端连接。

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