CN218767124U - 相控阵天线测试系统 - Google Patents

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陈宇钦
何丽华
张佳莺
袁国强
王琳
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Abstract

本实用新型公开了一种相控阵天线测试系统,包括微波暗室、多轴被测物转台、线性滑轨、多轴机械臂、探头、控制系统和数据处理单元,所述多轴被测物转台和多轴机械臂分别安装于微波暗室的两侧,被测天线安装于多轴被测物转台上,多轴被测物转台能够带动被测天线分别绕两个相互垂直的转轴转动,所述探头安装在多轴机械臂上,多轴机械臂能够带动探头在微波暗室的三维空间内任意运动,本实用新型可实现对相控阵天线的球面近场测试、柱面近场测试、平面近场测试、以及阵子单元的标校测试等,适用于任意曲面形状的相控阵天线。

Description

相控阵天线测试系统
技术领域
本实用新型涉及一种天线测试系统,特别涉及一种相控阵天线测试系统。
背景技术
近年来,随着天线在卫星通信、电子导航、航天探测、雷达监测等领域的广泛应用,天线测试技术得到了快速发展。尤其是将相控阵天线技术应用到战术武器领域。相控阵天线的测试技术也发展了几十年,目前成熟的测试技术主要有:近场、远场以及紧缩场三大类。近场测试的优点是不需要构建大型微波暗室,可以很好地实现全天候测试,采集的数据信息量大,通过计算分析即可得到方向图等辐射特性参数;其缺点也非常明显,主要有对天线测试探头的位置和移动精度需求较高导致测试系统设计复杂、数据采集量大且需要经过大量计算才能得到辐射特性参数、测试结果不直观等。紧缩场是一种变相的远场测试系统,采用高精度反射面和馈源在较小的空间内模拟出远场测试条件,其优点是对场地需求相对较小,但存在造价昂贵、后期维护保养复杂、测试结果不直观等缺点。远场测试系统具有测试快捷方便、测试数据直观、长期稳定性高、造价适中等优点,主要缺点就是其微波暗室占地面积较大。
随着相控阵技术的发展,对阵面为曲面的相控阵天线,在同一系统内完成相控阵天线的无源有源测试和阵子单元标校,成为了一个新的迫切需要解决的问题。
实用新型内容
为了克服上述缺陷,本实用新型提供了一种相控阵天线测试系统,该相控阵天线测试系统可以实现平面近场、柱面近场、球面近场、相控阵单元幅度相位标校的快速测试转换,适用于任意曲面形状的相控阵天线,大大提高了暗室的利用效率,节约制造成本并提高检测效率。
本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是:1.一种相控阵天线测试系统,包括微波暗室、多轴被测物转台、多轴机械臂、探头、控制系统和数据处理单元,所述多轴被测物转台和多轴机械臂分别安装于微波暗室的两侧,被测天线安装于多轴被测物转台上,多轴被测物转台能够带动被测天线分别绕两个相互垂直的转轴转动,所述探头安装在多轴机械臂上,多轴机械臂能够带动探头在微波暗室的三维空间内任意运动,控制系统驱动多轴机械臂及探头在微波暗室内运动使其与相控阵被测天线的每个单元阵子以相同的距离和角度正对,控制系统控制多轴被测物转台和多轴机械臂动作,数据处理单元能够接收探头测试数据和控制系统控制数据并通过计算获取天线测试数据。
通过将被测天线安装在多轴被测物转台上实现被测天线的固定安装,被测天线在多轴被测物转台上可以保持固定不动状态,也可以绕单一转轴转动或同时要两个相互垂直的转轴转动,探头用于朝多轴被测物转台上的被测天线进行发射或接收信号的测试,探头在测试过程中可以固定不动,也可以通过多轴机械臂在微波暗室内进行运动实现对被测天线的测试,测试时,在一个微波暗室内,根据测试天线类型和测试要求使多轴被测物转台和多轴机械臂分别带动被测天线和探头进行运动以满足不同的测试要求,无需更换不同的测试系统,例如探头保持不动,控制系统控制被测天线绕两个相互垂直的轴转动以获得球面近场测试数据;控制系统驱动被测天线绕一个轴转动,同时控制多轴机械臂带动探头沿着平行于被测天线转动轴线方向直线运动以获得柱面近场测试数据;探头保持不动时,控制系统控制被测天线绕两个相互垂直的轴转动以获得球面近场测试数据;被测天线保持不动时,控制系统控制多轴机械臂带动探头沿着上下和左右运动使得探头在一个竖直平面上运动对被测天线进行测试以获得平面近场测试数据;被测天线保持不动时,控制系统控制多轴机械臂带动探头在微波暗室内运动进而与被测天线每个单元阵子在相同的距离和角度进行测试,以获得相控阵各单元阵子的标校数据,进行相控阵天线测试时,需要对相控阵天线建模,确认每个单元的具体位置和角度此时可进行幅度和相位标校。
作为本实用新型的进一步改进,所述多轴被测物转台包括方位转轴、极化转轴和平移轴,所述方位转轴安装于微波暗室内,方位转轴能够绕竖直方向延伸的轴线转动,平移轴能够沿方位转轴径向滑动的安装于方位转轴上,极化转轴安装于平移轴上,极化转轴能够绕水平方向延伸的轴线转动,极化转轴上设有用于固定被测天线的天线定位装置,控制系统控制方位转轴和极化转轴转动。方位轴绕竖直转轴转动,被测天线运动轨迹在一个圆柱面上,探头竖直运动的情况下适用于柱面近场测试,方位转轴绕竖直转轴转动,同时极化轴绕水平转轴转动,使得被测天线运动轨迹在一个球面上,探头不动的情况下适用于球面近场测试,平移轴沿方位轴径向滑动可调节被测物的中心至转台中心,即方位轴的轴线和极化轴轴线交点位置上,平移轴通过一个柱体连接极化转轴。测试时,方位转轴精度≤0.02度,极化转轴精度≤0.02度,二者可以通过程控和手动控制模式进行控制,其可以具有限位和寻零功能。
作为本实用新型的进一步改进,所述极化转轴的轴线位于方位转轴轴线所在的竖直平面上,且天线定位装置能够使被测天线中心位于极化轴轴线和方位轴的轴线交点位置上。
作为本实用新型的进一步改进,所述多轴被测物转台还包括转轴安装底座,所述转轴安装底座安装于微波暗室的地面上,方位转轴安装于转轴安装底座上。通过转轴安装底座实现多轴被测物转台在微波暗室内安装,安装方便。
作为本实用新型的进一步改进,所述多轴被测物转台还包括俯仰转轴,所述俯仰转轴安装于转轴安装底座上,所述俯仰转轴能够绕水平延伸的轴线转动,俯仰转轴圆周外侧壁上设有安装台面,所述方位转轴安装于俯仰转轴圆周外侧壁上的安装台面上,所述俯仰转轴的轴线与极化转轴的轴线垂直。通过俯仰转轴转动可以调节多轴被测物转台的俯仰角度,进而调节被测天线的俯仰角度,防止因地面不平等原因导致被测天线本身存在俯仰倾角,通过俯仰转轴的转动还可以方便的架设天线,其中俯仰转轴、方位转轴和极化转轴最终都通过电机驱动,控制系统控制电机转动即可控制各个转轴转动。
作为本实用新型的进一步改进,所述微波暗室内还固定设有第一水平滑轨,所述多轴被测物转台能够滑动的安装于第一水平滑轨上,第一水平滑轨上还设有第一水平驱动装置,所述第一水平驱动装置驱动多轴被测物转台沿第一水平滑轨滑动改变被测天线与探头之间的水平距离。通过多轴被测物转台在第一水平滑轨上滑动来改变其与探头之间的距离,进而适应不同测试距离要求。
作为本实用新型的进一步改进,所述微波暗室内还固定设有第二水平滑轨,所述第二水平滑轨延伸方向与天线定位装置上相控阵被测天线的水平延伸方向平行,所述第二水平滑轨上能够滑动的设有探头滑座,探头驱动装置安装于探头滑座上,第二水平滑轨上还设有第二水平驱动装置,所述第二水平驱动装置驱动探头滑座沿第二水平滑轨滑动使探头与相控阵天线上沿水平方向排列的各个单元阵子正对。通过探头滑座在第二水平滑轨上滑动,改变探头在相控阵被测天线水平延伸方向的位置,使得在相控阵单元标校模式时,探头可以与被测天线每个单元阵子在相同的距离和角度进行测试。
作为本实用新型的进一步改进,所述第一水平滑轨和第二水平滑轨均为直线滑轨,且第一水平滑轨与第二水平滑轨垂直相交形成T形结构。第一水平滑轨和第二水平滑轨最佳采用高精度导轨和线性轴,其定位精度≤0.1mm,保证被测天线与探头精确对位,提高测试精确,第一水平驱动装置和第二水平驱动装置可以由丝杆螺母机构和电机组成,丝杆螺母机构的丝杆固定安装于第一、二水平滑轨上,电机驱动丝杆螺母机构的丝杆转动,丝杆螺母机构的螺母与转轴安装底座或探头滑座固定连接,或者丝杆与转轴安装底座或探头滑座螺纹连接,丝杆螺母机构的螺母固定安装在第一、二水平滑轨上,电机驱动丝杆转动实现多轴被测物转台位置的调整,此外,也可以在第一、二水平滑轨上设置齿条或链条,电机安装在转轴安装底座或探头滑座上,电机主轴上设置齿轮,通过齿轮与齿条或链条啮合传动,带动转轴安装底座或探头滑座沿第一、二滑轨运动,此类都是本领域技术人员根据本专利很容易想到的等同替换结构,属于本专利保护范围。
作为本实用新型的进一步改进,所述多轴机械臂为六轴机械臂。六轴机械臂可带动探头在三维空间内任意运动的安装于微波暗室内。
测试时:所述控制系统控制多轴被测物转台和机械手臂运动,同时,控制系统还控制多轴被测物转台和机械手臂分别在第一、二水平滑轨上滑动,进而调整被测物与探头的距离以及对应关系。如探头保持不动,控制系统可以控制被测天线绕两个相互垂直的轴转动以获得球面近场测试数据;控制系统可以通过多轴被测物转台驱动被测天线绕一个轴转动,同时控制多轴机械臂带动探头沿着平行于被测天线转动轴线方向直线运动以获得柱面近场测试数据;被测天线保持不动时,控制系统控制多轴机械臂带动探头沿着上下和左右运动使得探头在一个竖直平面上运动,对被测天线进行测试以获得平面近场测试数据;被测天线保持不动时,控制系统控制多轴机械臂带动探头在微波暗室内运动进而与被测天线每个单元阵子在相同的距离和角度进行测试,以获得相控阵各单元阵子的标校数据。
本实用新型的有益效果是:本实用新型通过多轴被测物转台固定被测天线,多轴被测物转台通过方位转轴带动被测天线绕竖直轴转动,多轴被测物转台通过极化转轴带动被测天线绕水平转轴转动,进而使得被测天线在圆柱面上运行或在球面上运行,配合探头所在X-Y扫描架实现柱面近场测试或球面近场测试,通过采用六轴机械臂带动探头在三维空间内运动,实现平面近场测试和相控阵单元标校模式,本实用新型在一个微波暗室内实现了平面近场、柱面近场、球面近场、相控阵单元幅度相位标校的快速测试转换,尤其可标校任意曲面形状的相控阵天线,大大提高了暗室的利用效率,节约制造成本并提高测试精度。
附图说明
图1为本实用新型的结构原理立体图;
图2为本实用新型的标校示意图。
具体实施方式
实施例:以下针对本实用新型的一个较佳实施例加以详细说明:
如图1所示实施例,提供一种相控阵天线测试系统,包括微波暗室1、被测天线2、多轴被测物转台3、六轴机械臂4、探头9、第一水平滑轨5、第二水平滑轨8、控制系统和数据处理单元。
所述微波暗室内固定安装有直线型的第一水平滑轨5和第二水平滑轨8,第一水平滑轨5和第二水平滑轨8在微波暗室1内以T字型固定放置在地面上;所述多轴被测物转台3包括转轴安装底座、方位转轴6、极化转轴7和平移轴,转轴安装底座能够滑动的设于第一水平滑轨5上,第一水平驱动装置驱动转轴安装底座沿第一水平滑轨5滑动,方位转轴6能够绕竖直方向轴线转动的安装于转轴安装底座上,平移轴在方位转轴上,平移轴能沿方位轴径向滑动,极化轴7能够绕水平方向延伸的轴线转动的安装于连接柱上端,极化轴上设有一个天线定位装置,被测天线2能够固定安装于天线定位装置上;
第二水平滑轨8上能够滑动的设有探头滑座,第二水平驱动装置驱动探头滑座沿第二水平滑轨8滑动,所述六轴机械臂4固定安装在探头滑座上,探头9安装在六轴机械臂4的运动端上,六轴机械臂的运动端带着探头9在微波暗室1内运动使其与相控阵被测天线的每个单元阵子以相同的距离和角度正对;
控制系统控制多轴被测物转台和探头驱动装置运动,数据处理单元能够接收探头测试数据和控制系统控制数据并通过计算获取天线测试数据。
实现平面近场测试时,被测天线2是固定不动的,六轴机械臂4则上下运动构成Y轴,平移轴左右运动构成X轴,而被测天线2到六轴机械臂3的距离可以通过转轴安装底座在第一水平滑轨5上滑动进行调节,以此形成平面近场测试模式。
实现柱面近场测试时,被测天线2沿着被测转台3上的方位轴6进行旋转,六轴机械臂4则进行上下运动构成Y轴,此时方位轴6可以进行360°旋转,被测天线2到六轴机械臂4的距离同样是可以通过转轴安装底座在第一水平滑轨5上滑动进行调节,这时,六轴机械臂3和方位轴6共同构成柱面近场测试系统。
实现球面近场测试时,被测天线2沿着方位轴6和极化轴7进行旋转,方位轴6可以进行0-360°的旋转,极化轴7可进行0-180°的旋转,六轴机械臂4的一端固定着探头与3轴被测物转台3共同构成球面近场测试系统,其中被测天线2到六轴机械臂4的距离是可通过转轴安装底座在第一水平滑轨5上滑动进行调节。
实现相控阵单元标校模式时,通过转轴安装底座在第一水平滑轨5上滑动使被测天线2靠近六轴机械臂4到合适位置,探头通过六轴机械臂4运动以及探头滑座在第二水平滑轨上滑动实现精准对准每个单元阵子到相同的距离和角度。需要对相控阵天线建模,确认每个单元的具体位置和角度此时可进行幅度和相位标校。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,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,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种相控阵天线测试系统,其特征在于:包括微波暗室(1)、多轴被测物转台、多轴机械臂、探头(9)、控制系统和数据处理单元,所述多轴被测物转台和多轴机械臂分别安装于微波暗室的两侧,被测天线安装于被测物转台上,多轴被测物转台能够带动被测天线(2)分别绕两个相互垂直的转轴转动,所述探头安装在多轴机械臂上,多轴机械臂能够带动探头在微波暗室的三维空间内任意运动,控制系统驱动多轴机械臂及探头在微波暗室内运动使其与相控阵被测天线的每个单元阵子以相同的距离和角度正对,控制系统控制多轴被测物转台和多轴机械臂动作,数据处理单元能够接收探头测试数据和控制系统控制数据并通过计算获取天线测试数据。
2.根据权利要求1所述的相控阵天线测试系统,其特征在于:所述多轴被测物转台包括方位转轴(6)、极化转轴(7)和平移轴,所述方位转轴安装于微波暗室内,方位转轴能够绕竖直方向延伸的轴线转动,平移轴能够沿方位转轴径向滑动的安装于方位转轴上,极化转轴安装于平移轴上,极化转轴能够绕水平方向延伸的轴线转动,极化转轴上设有用于固定被测天线的天线定位装置,控制系统控制方位转轴和极化转轴转动。
3.根据权利要求2所述的相控阵天线测试系统,其特征在于:所述极化转轴的轴线位于方位转轴轴线所在的竖直平面上,且天线定位装置能够使被测天线中心位于极化轴轴线和方位轴的轴线交点位置上。
4.根据权利要求2所述的相控阵天线测试系统,其特征在于:所述多轴被测物转台还包括转轴安装底座,所述转轴安装底座安装于微波暗室的地面上,方位转轴安装于转轴安装底座上。
5.根据权利要求4所述的相控阵天线测试系统,其特征在于:所述多轴被测物转台还包括俯仰转轴,所述俯仰转轴安装于转轴安装底座上,所述俯仰转轴能够绕水平延伸的轴线转动,俯仰转轴圆周外侧壁上设有安装台面,所述方位转轴安装于俯仰转轴圆周外侧壁上的安装台面上,所述俯仰转轴的轴线与极化转轴的轴线垂直。
6.根据权利要求1所述的相控阵天线测试系统,其特征在于:所述微波暗室内还固定设有第一水平滑轨(5),所述多轴被测物转台能够滑动的安装于第一水平滑轨上,第一水平滑轨上还设有第一水平驱动装置,所述第一水平驱动装置驱动多轴被测物转台沿第一水平滑轨滑动改变被测天线与探头之间的水平距离。
7.根据权利要求6所述的相控阵天线测试系统,其特征在于:所述微波暗室内还固定设有第二水平滑轨(8),所述第二水平滑轨延伸方向与天线定位装置上相控阵被测天线的水平延伸方向平行,所述第二水平滑轨上能够滑动的设有探头滑座,探头驱动装置安装于探头滑座上,第二水平滑轨上还设有第二水平驱动装置,所述第二水平驱动装置驱动探头滑座沿第二水平滑轨滑动使探头与相控阵天线上沿水平方向排列的各个单元阵子正对。
8.根据权利要求7所述的相控阵天线测试系统,其特征在于:所述第一水平滑轨和第二水平滑轨均为直线滑轨,且第一水平滑轨与第二水平滑轨垂直相交形成T形结构。
9.根据权利要求1所述的相控阵天线测试系统,其特征在于:所述多轴机械臂为六轴机械臂。
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