一种天线测试系统的制作方法

本发明涉及天线测试技术领域，更具体的说，涉及一种天线测试系统。

背景技术：

天线是射频系统(如通讯基站、无线路由、雷达等)中不可缺少的部件，天线用于发射和接收电磁波信号，天线性能的优劣很大程度上决定着整个射频系统的性能，如发射距离、发射角度、覆盖范围、发射效率等。天线工程师通过计算机软件对天线进行设计和优化，待天线生产之后，天线工程师需要对天线进行精确测试，判断天线的工作性能，以便确定天线是否适合特定的应用。

现有的天线测试系统可分为远场测试系统和近场测试系统。目前，无论是远场测试系统，还是近场测试系统，一般都采用标准测试仪器，如射频信号源、频谱仪、网络分析仪等，测试系统结构复杂，成本高。

技术实现要素：

为了解决上述问题本发明提供了一种天线测试系统，所述天线测试系统结构简单，成本低。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种天线测试系统，该天线测试系统包括：

微波暗箱；

设置在所述微波暗箱内的固定支架，所述固定支架安装有探针天线；

设置在所述微波暗箱内的可调节支架，所述可调节支架安装有待测天线；

设置在所述微波暗箱外的回波模拟器，所述回波模拟器与所述探针天线以及所述待测天线通信连接；

设置在所述微波暗箱外的控制主机，所述控制主机与所述可调节支架以及所述回波模拟器通信连接；

其中，当对所述待测天线进行性能测试时，所述可调节支架用于根据位置调节指令调节所述待测天线相对于所述探针天线的位置，使得所述待测天线的位置满足测试要求；所述回波模拟器用于根据预设的测试指令激励所述待测天线发射测试信号，根据所述探针天线接收的所述测试信号生成待处理信号，将所述待处理信号发送给所述控制主机；所述控制主机用于生成所述位置调节指令以及所述测试指令，还用于对所述待处理信号进行信号处理，并显示信号处理结果。

优选的，在上述天线测试系统中，所述微波暗箱包括：内表面以及外表面；

所述内表面具有主反射区域以及次反射区域，所述主反射区域的表面涂覆有第一吸波材料，所述次反射区域涂覆有第二吸波材料，所述第一吸波材料对电磁波的反射率小于所述第二吸波材料对电磁波的反射率。

优选的，在上述天线测试系统中，所述外表面设置有电磁屏蔽层。

优选的，在上述天线测试系统中，所述回波模拟器包括：信号处理板卡以及射频组件；所述射频组件与所述探针天线以及所述待测天线通信连接；所述信号处理板卡与所述射频组件以及所述控制主机通信连接；

所述信号处理板卡用于根据所述测试指令生成时域基带信号；

所述射频组件通过所述信号处理板卡与所述控制主机进行数据交互；

所述射频组件用于根据预设的本振信号以及所述时域基带信号生成激励信号，所述激励信号用于激励所述待测天线发射测试信号；所述射频组件还用于根据所述探针天线接收的所述测试信号以及所述本振信号生成所述待处理信号。

优选的，在上述天线测试系统中，所述射频组件包括：上变频器、下变频器以及本振模块；所述上变频器与所述待测天线通信连接；所述下变频器与所述探针天线通信连接；所述本振模块与所述上变频器以及所述下变频器通信连接；

所述本振模块用于生成所述本振信号；

所述上变频器用于根据所述本振信号以及所述时域基带信号生成所述激励信号；

所述下变频器用于根据所述探针天线接收的所述测试信号以及所述本振信号生成所述待处理信号。

优选的，在上述天线测试系统中，所述信号处理板卡包括：模数转换模块、数模转换模块以及现场可编程逻辑器件；

所述模数转换模块与所述下变频器通信连接；

所述数模转换模块与所述上变频器通信连接；

所述现场可编程逻辑器件与所述控制主机、所述模数转换模块以及所述数模转换模块通信连接；

其中，所述本振模块与所述模数转换模块、所述数模转换模块以及所述现场可编程逻辑器件均通信连接。

优选的，在上述天线测试系统中，所述回波模拟器与所述探针天线以及所述待测天线分别通过射频电缆实现通信连接。

优选的，在上述天线测试系统中，所述控制主机包括：控制器以及显示装置；

其中，所述控制器与所述显示装置以及所述回波模拟器通信连接；所述控制器用于生成所述位置调节指令以及所述测试指令，还用于对所述待处理信号进行信号处理，并驱动所述显示装置显示信号处理结果。

优选的，在上述天线测试系统中，所述显示装置具有三维显示功能以及二维显示功能；

其中，所述三维显示功能包括三维球坐标、三维极坐标以及三维直角坐标显示功能；所述二维显示功能包括二维直角坐标以及二维极坐标显示功能。

优选的，在上述天线测试系统中，所述控制主机还用于通过调节所述可调节支架调节所述待测天线的位置；所述回波模拟器通过所述探针天线采集所述待测天线相对于所述探针天线不同的近场位置时的时域近场信号；所述控制主机还用于根据所述时域近场信号进行远近场变换，计算出所述待测天线的远场参数，以及再根据口面反演算计算所述待测天线的口径场。

通过上述描述可知，本发明技术方案提供的天线测试系统包括：微波暗箱；设置在所述微波暗箱内的固定支架，所述固定支架安装有探针天线；设置在所述微波暗箱内的可调节支架，所述可调节支架安装有待测天线；设置在所述微波暗箱外的回波模拟器，所述回波模拟器与所述探针天线以及所述待测天线通信连接；设置在所述微波暗箱外的控制主机，所述控制主机与所述可调节支架以及所述回波模拟器通信连接；其中，当对所述待测天线进行性能测试时，所述可调节支架用于根据位置调节指令调节所述待测天线相对于所述探针天线的位置，使得所述待测天线的位置满足测试要求；所述回波模拟器用于根据预设的测试指令激励所述待测天线发射测试信号，根据所述探针天线接收的所述测试信号生成待处理信号，将所述待处理信号发送给所述控制主机；所述控制主机用于生成所述位置调节指令以及所述测试指令，还用于对所述待处理信号进行信号处理，并显示信号处理结果。

可见，本发明技术方案所述天线测试系统中，信号的产生以及采集均由回波模拟器完成，信号完全相参和同步，避免了常规天线测试系统信号不同步的问题。同时，测试系统包括微波暗箱、两个天线支架、回波模拟器以及控制主机，结构简单，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种天线测试系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种天线测试系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

正如背景技术中所述，现有的天线测试系统结构复杂，成本高。且现有的天线测试系统中，远场测试以及近场测试需要不同的测试系统。在传统的远场测试系统中，发射和接收天线分别位于对方的远场处，两者通常需隔得足够远以模拟想要的工作环境,远场测量可以在室内或室外测试场进行，通常需要较大的场地。传统的近场测试系统是虽然需要的场地空间小，但需要对空间内部进行特殊设计，来减少来自墙体、地板和天花板的反射。

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种天线测试系统，该天线测试系统包括：

微波暗箱；

设置在所述微波暗箱内的固定支架，所述固定支架安装有探针天线；

设置在所述微波暗箱内的可调节支架，所述可调节支架安装有待测天线；

设置在所述微波暗箱外的回波模拟器，所述回波模拟器与所述探针天线以及所述待测天线通信连接；

设置在所述微波暗箱外的控制主机，所述控制主机与所述可调节支架以及所述回波模拟器通信连接；

其中，当对所述待测天线进行性能测试时，所述可调节支架用于根据位置调节指令调节所述待测天线相对于所述探针天线的位置，使得所述待测天线的位置满足测试要求；所述回波模拟器用于根据预设的测试指令激励所述待测天线发射测试信号，根据所述探针天线接收的所述测试信号生成待处理信号，将所述待处理信号发送给所述控制主机；所述控制主机用于生成所述位置调节指令以及所述测试指令，还用于对所述待处理信号进行信号处理，并显示信号处理结果。

可见，本发明技术方案所述天线测试系统中，信号的产生以及采集均由回波模拟器完成，信号完全相参和同步，避免了常规天线测试系统信号不同步的问题。同时，测试系统包括微波暗箱、两个天线支架、回波模拟器以及控制主机，结构简单，成本低。

为了使本发明实施例提供的技术方案更加清楚，下面结合附图对上述方案进行详细描述。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种天线测试系统的结构示意图，该天线测试系统包括：微波暗箱11、设置在所述微波暗箱11内的固定支架12、设置在所述微波暗箱11内的可调节支架14、设置在所述微波暗箱11外的回波模拟器16以及设置在所述微波暗箱11外的控制主机17。

所述固定支架12安装有探针天线13。所述可调节支架14安装有待测天线15。所述回波模拟器16与所述探针天线13以及所述待测天线15通信连接。所述控制主机17与所述可调节支架14以及所述回波模拟器16通信连接。

其中，当对所述待测天线15进行性能测试时，所述可调节支架14用于根据位置调节指令调节所述待测天线15相对于所述探针天线13的位置，使得所述待测天线15的位置满足测试要求；所述回波模拟器16用于根据预设的测试指令激励所述待测天线15发射测试信号，根据所述探针天线13接收的所述测试信号生成待处理信号，将所述待处理信号发送给所述控制主机17；所述控制主机17用于生成所述位置调节指令以及所述测试指令，还用于对所述待处理信号进行信号处理，并显示信号处理结果。

本发明实施例中，所述天线测试系统中，信号的产生以及采集均由回波模拟器完成，信号完全相参和同步，避免了常规天线测试系统信号不同步的问题。同时，测试系统包括微波暗箱、两个天线支架、回波模拟器以及控制主机，结构简单，成本低。

在所述天线测试系统中，通过所述控制主机17的位置调节指令调节所述可调节支架14，可以调整待测天线15与探针天线13之间的相对位置，回波模拟器16通过探针天线13进行天线信号采集，将待处理信号发送给控制主机17进行信号处理，控制主机17根据所述待处理信号可实现平面内的场分布测量，再经过校准和算法处理后，可推导出待测天线15的方向图、增益等参数。

在所述天线测试系统中，所述回波模拟器16还可以用于对射频传感器系统(雷达、GPS等)进行系统级功能和性能测试，回波模拟器16通过空馈或线馈的方式采集射频传感器的发射信号，分析发射信号的特征参数，并根据注入的目标信号、干扰信号、环境信号的参数，生成相应的仿真回波信号，实现目标模拟、干扰模拟、环境模拟等。

本实施例所述天线测试系统将回波模拟器应用于天线测试，将天线测试和传感器系统测试合二为一，不仅降低了研发成本和测试复杂度，还提高了设备利用效率，缩短研发周期。

待测天线15布置在可调节支架14上，通过控制主机17控制可调节支架14的位置，调整待测天线与接收探针天线的相对位置，实现对待测天线的近场的平面扫描取样。可调节支架14的设计要求需要满足如下条件：在水平、俯仰向旋转过程中，应保证被测天线稳定；在控制主机17控制下可以不同转速实现天线的二维旋转；可调节支架14及可调节支架14的控制器(控制可调节支架14的硬件电路，包括供电模块、控制电路板等)对电磁波的反射能力低，以降低暗箱内电磁波的多径反射效应；可调节支架14的转动角度范围水平为-90度～90度，俯仰为-90度～90度；可以实时输出可调节支架14的实际位置角度，用于控制主机17的监控及闭环控制；可调节支架14具有水平、垂直以及伸缩三个自由度，每个自由度可由程序独立控制。

本实施例所述天线测试系统中，通过所述控制主机17的位置调节指令可以调节所述可调节支架14带动所述待测天线15在绕水平方向的转轴转动或是绕竖直方向的转轴转动。同时，所述可调节支架14还具有伸缩功能，通过所述控制主机17的位置调节指令可以调节所述可调节支架14带动所述待测天线15，以调节所述待测天线15的高度以及在预设平高度下的位置，如调节所述待测天线15在所述预设平高度的水平面内进行伸缩。

本实施例所述天线测试系统中，微波暗箱11的主要功能是模拟自由空间环境，首先是防止外部电磁波的干扰，使测量活动不受外界电磁环境的影响；其次是防止测试信号向外辐射形成干扰源，污染外部电磁环境，对其他电子设备造成干扰；第三，在暗室环境下执行测试任务可以做到全天候工作，不受环境因素干扰，工作稳定可靠。

可选的，微波暗箱11为立方体结构。所述微波暗箱11包括：内表面以及外表面。内表面的各个面全部粘贴吸波材料，在主反射区粘贴比其他区域性能更优质的吸波材料。在理想状态下暗箱各个方向都应无电磁波反射。如果暗箱外部电磁环境较恶劣，可能影响到测试结果时，或者在天线测试时发射功率较大，会影响到周围的电磁环境时，因此，所述外表面设置有电磁屏蔽层。

所述内表面具有主反射区域以及次反射区域，为了保证测试结构的准确性，同时使得测系统的成本较低，所述主反射区域的表面涂覆有第一吸波材料，所述次反射区域涂覆有第二吸波材料，所述第一吸波材料对电磁波的反射率小于所述第二吸波材料对电磁波的反射率。

在所述天线测试系统中，为了保证测试结构的准确性，所述探针天线13为标准增益探针天线；探针天线13自身对电磁波的反射小，易于安装；探针天线13与待测天线14的几何关系需要精确校准，可采用激光瞄准器进行校准。

图1所示天线测试系统中，所述回波模拟器16以及所述控制主机17的结构可以如图2所示。

参考图2，图2为本发明实施例提供的另一种天线测试系统的结构示意图。该天线测试系统中，回波模拟器16包括：信号处理板卡162以及射频组件161；所述射频组件161与所述探针天线13以及所述待测天线15通信连接；所述信号处理板卡162与所述射频组件161以及所述控制主机17通信连接。

所述信号处理板卡162用于根据所述测试指令生成时域基带信号。所述射频组件161通过所述信号处理板卡162与所述控制主机17进行数据交互。

所述射频组件161用于根据预设的本振信号以及所述时域基带信号生成激励信号，所述激励信号用于激励所述待测天线15发射测试信号；所述射频组件还用于根据所述探针天线13接收的所述测试信号以及所述本振信号生成所述待处理信号。

所述射频组件161包括：上变频器26、下变频器24以及本振模块25；所述上变频器26与所述待测天线15通信连接；所述下变频器24与所述探针天线13通信连接；所述本振模块25与所述上变频器26以及所述下变频器24通信连接。所述本振模块25用于生成所述本振信号。所述上变频器26用于根据所述本振信号以及所述时域基带信号生成所述激励信号。所述下变频器24用于根据所述探针天线13接收的所述测试信号以及所述本振信号生成所述待处理信号。

所述射频组件161集成于回波模拟器16内部。上变频器26以及下变频器24均具有均衡、滤波及放大功能。

一方面，所述射频组件161通过上变频器26接收信号处理板卡162发送的时域基带信号，将本振信号以及时域基带信号进行上变频后，再进行均衡、滤波及放大处理，进而生成所述激励信号，以激励所述待测天线15发射测试信号，探针天线13可接收待测天线15发射的测试信号，图2中探针天线13与待测天线15之间虚线表示二者之间进行无线通信。

另一方面，所述射频组件161通过下变频器24获取探针天线13接收的测试信号，将经过均衡、滤波及放大处理的测试信号与本振信号进行下变频，生成待处理信号，发送给信号处理板卡162。

信号处理板卡162集成于回波模拟器16内部。信号处理板卡162用于信号的产生、传输以及采集。所述信号处理板卡162包括：模数转换模块22、数模转换模块21以及现场可编程逻辑器件23。现场可编程逻辑器件23用于生成上述时域基带信号。时域基带信号经过数模转换模块21进行数模转换处理后发送给上变频器26。下变频器24将待处理信号发送给模数转换模块22，待处理信号经过模数转换处理后发送给现场可编程逻辑器件23，经过现场可编程逻辑器件23发送给控制主机17。

模数转换模块22可以为ADC(模数转换器)，数模转换模块21可以为DAC(数模转换器)，现场可编程逻辑器件23可以为FPGA(现场可编程门阵列)。所述模数转换模块22与所述下变频器24通信连接。所述数模转换模块21与所述上变频器26通信连接。所述现场可编程逻辑器件23与所述控制主机17、所述模数转换模块22以及所述数模转换模块21通信连接。其中，所述本振模块25与所述模数转换模块22、所述数模转换模块21以及所述现场可编程逻辑器件23均通信连接。

在本发明中，ADC和DAC具有很高的位宽，以满足对小信号的测量能力，FPGA可以实现发射信号的时域生成和接收信号的频谱分析，以及与控制主机的通信。信号处理板卡162采用基于“ADC+FPGA+DAC”的高性能硬件板卡，控制主机17的信号处理算法运行于该板卡上的现场可编程门阵列(FPGA)内。

所述控制主机17包括：控制器171以及显示装置172。其中，所述控制器171与所述显示装置172以及所述回波模拟器16通信连接，具体的所述控制器171与所述回波模拟器16的现场可编程逻辑器件23通信连接。所述控制器171用于生成所述位置调节指令以及所述测试指令，还用于对所述待处理信号进行信号处理，并驱动所述显示装置172显示信号处理结果。

可选的，所述回波模拟器16与所述探针天线13以及所述待测天线15分别通过射频电缆实现通信连接。具体的，所述上变频器26通过一射频电缆与所述待测天线15通信连接，所述下变频器24通过另一射频电缆与所述探针天线13通信连接。

可选的，所述显示装置172具有三维显示功能以及二维显示功能。其中，所述三维显示功能包括三维球坐标、三维极坐标以及三维直角坐标显示功能；所述二维显示功能包括二维直角坐标以及二维极坐标显示功能。

可选的，所述控制主机17还用于通过调节所述可调节支架14调节所述待测天线15的位置；所述回波模拟器16通过所述探针天线13采集所述待测天线15相对于所述探针天线13不同的近场位置时的时域近场信号；所述控制主机17还用于根据所述时域近场信号进行远近场变换，计算出所述待测天线15的远场参数，以及再根据口面反演算计算所述待测天线15的口径场。

控制器171内置有处理软件，包括支架控制模块、数据处理模块和结果显示模块三部分。支架控制模块用于对可调节支架14进行位置调节，包括对可调节支架14水平角、俯仰角以及伸缩的控制，实现对待测天线15相对于探针天线13几何位置的调整以及校准。数据处理模块用于对待处理信号进行数据处理，如对待处理信号进行排列和配对、数据预处理、近场到远场变换、近场到口径场反演、探头修正与其他误差修正等。结果显示模块用于驱动显示装置进行显示。

本实施例所述天线测试系统通过时域近场测试方式对待测试天线15进行性能测试，还可以通过远近场变换计算远场参数，实现对待测天线15远场参数的测试。

需要说明的是，本发明实施例所述天线测试系统还包括：电源装置以及线缆部分。电源装置用于为测试系统的电气元件提供工作电压，电缆部分包括射频线缆以及控制线缆等，实现天线测试系统电气元件之间的电连接或是通信连接。

所述天线测试系统对待测天线15进行性能测试时，具体工作流程如下：

首先，进行系统校准，以调节待测天线15相对于探针天线13的位置满足测试要求。

为了保证测试的准确性，需要对待测天线15以及探针天线13的几何关系进行精确校准。可以先通过激光瞄准器进行粗校准，通过控制主机对可调节支架的位置进行调节，使得待测天线15与探针天线13的几何关系满足测试需求；然后，对待测天线15的位置进行细校准，微调可调节支架位置，通过观测控制主机17上显示的信号强弱，找到最大值位置，即为最大增益点。经过粗校准和细校准之后，即可进行待测天线15的性能测量。

当完成系统校准以后，通过信号处理板卡162可以灵活生成不同频率的时域基带信号，通过控制主机17内的处理软件可以对时域基带信号的频率、时长、幅度等参数进行设置，以满足不同的测试需求。时域基带信号经过数模转换器21输入给上变频器26，上变频器26将本振信号以及时域基带信号进行上变频后，再进行均衡、滤波及放大处理，进而生成所述激励信号，以激励所述待测天线15发射测试信号，即实现了天线发射信号的产生。

当上变频器26生成的激励信号激励待测天线15发射测试信号后，待测天线15发射的测试信号经过空馈发射探针天线13，下变频器24获取探针天线13接收的测试信号，将经过均衡、滤波及放大处理的测试信号与本振信号进行下变频，生成待处理信号，待处理信号发送给信号处理板卡162的模数转换模块22。其中待处理信号为一时域基带信号。处理板卡162的模数转换模块22以及可编程逻辑器件23对此基带信号进行采集、存储和传输。

可见，本发明技术方案所述天线测试系统中，信号的产生以及采集均由回波模拟器完成，信号完全相参和同步，避免了常规天线测试系统信号不同步的问题。在完成待测天线15某一位置的信号生成以及采集以后，进行扫描采集。进行扫描采集时，根据控制主机17的指令，调节可调节支架14按照预设的方式运动，调节可调节支架14实时反馈位置和速度信息给控制主机17，控制主机17与信号处理板卡162相配合完成平面扫描采样，信号处理板卡完成信号的产生、传输、辐射、接收和采集。

信号处理板卡162将采集的基带信号传输给控制主机17，控制主机17首先对待处理信号预处理，包括滤波，校准等，然后进行时域到频域的变换，获得频谱和相位信息，将对应信息与位置进行排列和编组，待所有测试位置的信息获取完成，再进行近远场变换和口径反演，待修正各种误差后，输出处理结果。

所述天线测试系统的时域近场测量方式可输出待测天线的频域方向图和时域辐射场，结果显示软件可包含静态显示和动态显示两种，还可包括三维显示和二维显示功能。本发明实施例为例解决现有天线测试系统仪器设备价格昂贵、系统结构复杂等问题，提出了一种基于回波模拟器的天线测试系统，将用于射频传感器系统测试的回波模拟器应用于天线测试，将天线测试和传感器系统测试合二为一，不仅降低了研发成本和测试复杂度，还提高了设备利用效率，缩短研发周期。

所述天线测试系统用时域近场测试方式对待测天线进行性能测试，通过探针天线13同步采集被测天线15的时域近场信号，进而利用所采得的时域近场信号通过近远场变换算出测天线15的远场信号，以及再通过口面反演算出被测天线的口径场。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。