一种宽频天线测量系统及测试方法与流程

本发明涉及一种宽频天线测量系统及测试方法，更具体地说，它涉及一种非对称探头天线测量系统及测试方法。

背景技术：

在天线测量系统中需要测定电磁性能的被测物通常会具有从米波级频带到毫米波级频带不同频段的波长，而一种探头只能覆盖有限的一段，为了实现米波级频带到毫米波级频带的频率覆盖一般需要几十种探头，在单一的多探头阵列中是无法实现的；要实现从米波级频带到毫米波级频带的测量通常采用多探头环及摆臂组合的测试方案。

现有技术中，通常采用摆臂方案对天线的辐射性能进行检测，其包括可旋转的承载台1、位于所述承载台1一侧的多探头阵列检测装置3、以及位于多探头阵列检测装置3相对的一侧的单探头检测装置4，多探头阵列检测装置3包括竖向设置的安装半环和多个位于安装半环上用于实现米波级频带与毫米波级之间频带检测的第一探头，单探头检测装置4包括在竖直面内转动的摆臂、设置于摆臂上的用于检测米波级到毫米波级频带之外的频带的第二探头。

在该组合测试方案中，在进行米波级频带与毫米波级之间频带检测时，载物台需要转动整一周，测量效率低；进行米波级到毫米波级频带之外的频带测量时，承载台每转动一个角度，需要摆臂转动一周以测得待测物单点辐射性能检测数据。但是由于摆臂的体积大重量大，为了保证装置的稳定性无法实现快速转动，因此测量效率较低。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种宽频天线测量系统，其具有测量效率高的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种宽频天线测量系统，包括间隔设置的多探头检测点和单探头检测点、在多探头检测点和单探头检测点之间移动且至少可旋转一周的承载台、环绕多探头检测点设置的多探头阵列检测装置、以及位于多探头阵列检测装置一侧并围绕单探头检测点设置的单探头检测装置，所述多探头阵列检测装置包括一组或多组呈环形阵列分布的第一探头，所述单探头检测装置包括围绕单探头检测点作圆弧形运动的第二探头，所述第一探头用于检测第一频段范围内的待测物的辐射性能，所述第二探头用于检测第一频段范围外的待测物的辐射性能。

通过采用上述技术方案，本系统调整承载台的位置，以使待测物位于多探头检测点，也就是第一探头形成的环形阵列的中心，对待测物进行检测获得辐射性能检测数据，再驱动承载台带动待测物转动一定角度，重复进行测量，直至旋转半周，相当于多探头阵列围绕被测物旋转，实现对被测物辐射强度的球面近场检测。

之后，调整承载台的位置，使得被测物位于单探头检测点，也就是第二探头圆弧形运动轨迹的中心，第二探头按固定步距作圆弧形运动，在运功轨迹的各个点上对被测物的辐射性能进行检测，将被测物各单点辐射性能检测数据汇总为一检测弧面的辐射特性检测数据。再驱动承载台转动一定角度，重复上述第二探头的测量步骤，直至承载台至少旋转一周，从而得到各个检测弧面的辐射特性检测数据，并结合形成球面近场检测数据。

现有技术，多探头检测阵列为半环设置，承载台需要转动至少一周才能获取得待测物的辐射强度近场球面检测数据，而系统中的多探头检测阵列为整环设置，承载台只需要转动半周即可获取得待测物的辐射强度近场球面检测数据。同时，在现有技术中，摆臂不仅尺寸较大重量高，安装时需要加固结构防止下垂变形，而且转动速率慢，相比而言，本系统通过移动第二探头进行检测，相比而言无须进行转动，移动速度快，检测效率高。

此外，由于单探头检测点和多探头检测点具有间距，多探头阵列检测装置顶部的第一探头与单探头检测装置中第二探头进行0°测试时（也就是第二探头位于最高点时）不会重合，而多探头阵列检测装置适用于检测第一频段内的被测物辐射强度，单探头检测装置适用于检测第一频段外的被测物辐射强度，因此两者相组合能够实现大量程的检测范围，而无需设置两套检测装置。在使用中，只需要根据实际需要，在多探头检测点和单探头检测点之间移动载物台的位置即可实现多探头阵列检测和单探头检测之间的切换。该种设计方案，实现多探头环顶部180°探头与摆臂0°测试错开，避免相互干涉。在对比技术中，摆臂测试运动轨迹是与多探头环正交的圆，摆臂移动圆相比多探头环要小，通过两个圆周运动上下错开方式即可实现多探头环顶部180°探头与摆臂0°测试错开。这种摆臂方案使得摆臂转动的圆周相比本系统中滑轨圆周要小，此外摆臂支架相比滑轨更接近测试转台，这样摆臂方案相比滑轨方案会明显削减暗室静区尺寸。此外，摆臂支架上的吸波角锥与摆臂运动圆周运动有一定的夹角，也会增加系统的多径反射，削减静区反射电平，减小暗室静区尺寸，降低测试系统测试结果的准确率和精度。

进一步设置：所述多探头阵列检测装置还包括用于固定所述第一探头的安装环、以及用于固定所述安装环的第一支撑架，所述安装环围绕多探头检测点设置，所述第一支撑架设置于安装环远离多探头探测点的一侧。

进一步设置：所述单探头检测装置还包括设置于安装环一侧的弧形滑轨、用于支撑固定弧形滑轨的第二支撑架、以及用于驱动所述第二探头沿弧形滑轨移动的驱动机构，所述弧形滑轨呈圆弧状且围绕单探头检测点设置，所述第二支撑架设置于弧形滑轨远离单探头检测点的一侧。

进一步设置：所述第二探头的圆弧形运动平面垂直于第一探头的环形阵列平面。

通过采用上述技术方案，在对比技术中，摆臂位于多探头半环的内侧，探头为整个摆臂带动旋转，而整个摆臂仅在0°时，与多探头半环是处于同一面上，如图1所示。在测试其他角度时，摆臂与多探头环存在一定的夹角，多探头环和摆臂上的吸波材料并不能很好的吸收彼此反射的电磁波。同时，其夹角随着测试角度的改变而改变，加剧了多径反射的复杂性，从而可能会削减整个暗室的静区。而在系统中，在测试时待测物发出的电磁波基本垂直入射到第二探头和各个第一探头，且待测物到各个第一探头的距离相等，到不同位置上的第二探头的距离也保持不变，因此从而使得其多径反射对测试结果造成的影响非常小。

在本系统中，半径长达2.5米的半圆滑轨一般有多个滑轨拼接而成，而非一体成型。故在拼接的时候，不可避免的存在拼接误差，但可通过高精度的倾角仪和测距仪实现高精度拼接从而减少误差，其运动精度完全可满足本测试系统所要求的测试精度的。对在对比技术中，具有相当重量的摆臂是竖直方向上绕圆心进行圆周运动的，但其长达2m的半径需要在结构上加固，否则将会发生下垂现象，使得摆臂各处到摆臂中心的距离不等。如果增加加固结构，既会增加装置的复杂性，也会增加系统内的多径反射，降低测试系统测试结果的准确率和精度。

此外，在对比技术中，由于摆臂运动位于多探头半环内侧，其转动的圆周相比本系统中滑轨圆周要小，此外摆臂支架相比滑轨更接近测试转台，这样摆臂方案相比滑轨方案会明显削减暗室静区尺寸。此外，摆臂支架上的吸波角锥与摆臂运动圆周运动有一定的夹角，也会增加系统的多径反射，削减静区反射电平，减小暗室静区尺寸，降低测试系统测试结果的准确率和精度。

第一支撑架设置于安装环远离多探头探测点的一侧，第二支撑架设置于弧形滑轨远离单探头检测点的一侧，降低了对被测物辐射的反射电平，提高了测试系统测试结果的准确率和精度。

进一步设置：还包括用于驱动承载台移动和旋转的驱动装置，所述驱动装置包括用于控制承载台转动至少一周的旋转轴、用于控制承载台移动以将待测物移至多探头检测点或单探头检测点的多轴机构、以及用于控制承载台在多探头检测点和单探头检测点之间滑移的平移轴。

通过采用上述技术方案，旋转轴用于使待测物相对多探头阵列检测装置转动，从而形成球面采样。多轴机构微调承载台，以将待测物精确移动到安装环或弧形滑轨的中心处。平移轴用于将承载台和待测物左右平移到安装环的中心或弧形滑轨的中心，以适应其辐射的频段。

进一步设置：所述多探头阵列检测装置的各组探头用于检测不同频段的待测物的辐射性能，各组探头的检测频段构成第一频段，各组探头阵列上的第一探头规律布置于安装环上。

通过采用上述技术方案，探头的测量范围越小，测量精度越高，使用多组不同测量范围的第一探头对待测物的辐射特性进行测量，能够提高多探头阵列的整体测量精度。此外，这些探头的大小相近，能够设置在同一个安装环上。通过不同的安装规律将第一探头安装在安装环上，能够起到不同的检测效果。

进一步设置：所述安装环上铺设有u型吸波棉，所述第一探头穿设于u型吸波棉并朝向多探头检测点。

进一步设置：所述弧形滑轨周围铺设有角锥吸波棉，所述第二探头在弧形滑轨上滑动并始终朝向单探头检测点。

通过采用上述技术方案，吸波材料能够降低电磁波在安装环和弧形滑轨发生多次反射而产生杂波影响检测结果。

进一步设置：所述第二探头可拆卸安装于弧形滑轨上。

通过采用上述技术方案，能够通过更换第二探头以改变单探头检测装置的检测范围。

本发明的第二目的是提供一种宽频天线频率测试方法，其具有测量效率高的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于宽频天线测量系统的测量方法，包括以下步骤：

s1.根据待测物频段选择对应频段的检测探头，若待测物的频段处于第一探头频段范围内转至s21；若否，则拆卸原有的第二探头并将对应频段的第二探头并安装至弧形滑轨上，转至s31；

s21.承载台将待测物移动至多探头检测点；

s22.多探头阵列检测装置上的第一探头依次扫描待测物，获取待测物一个面或半个面上的辐射性能检测数据；

s23.旋转承载台，重复s22；直至获取待测物球面辐射性能检测数据；转至s4；

s31.承载台朝向单探头检测点移动，并调整待测物位置，使其处于单探头检测点；

s32.第二探头扫描待测物，获取待测物单点辐射性能检测数据；第二探头在弧形滑轨0°~180°范围内按照固定角度间隔依次滑动，从而获取待测物半个面上的辐射性能检测数据；

s33.旋转承载台，重复步骤s32；直至获取待测物球面辐射性能检测数据；转至s4；

s4.处理所得球面辐射性能检测数据，输出待测物性能指标数据。

通过采用上述技术方案，该方法先预估待测物发出电磁波所在频率范围，以选择使用单探头检测装置或是多探头阵列检测装置对待测物进行检测。若待测物发出的电磁波频率位于第一频段范围内，则使用多探头阵列检测装置对被测物的辐射特性进行检测以生成球面近场辐射检测数据；若待测物发出的电磁波频率位于第一频段范围外，则使用单探头检测装置对被测物的辐射特性进行检测以生成球面近场辐射检测数据。

整个操作过程中，只需要操作承载台进行平移和转动，避免了对单探头检测装置和多探头阵列检测装置的移动，相比于现有技术中摆臂转动的方法，减少了各种加固结构的设置，同时降低了摆臂带来的多径反射，而且转动速度快，检测效率高。此外，待测物在多探头阵列检测装置和单探头检测装置之间通过承载台能够方便地实现切换，无须设计两套不同的测试系统以适应不同的频段范围。同时，无须人进入静室，避免了人的因素对检测环境造成影响。

进一步设置：所述s22包括以下步骤：

s221.根据待测物频段选择对应频段的探头组，开启测量范围在待测物频段内的第一探头，关闭测量范围在待测物频段外检测探头；

s222.测量范围在待测物频段内的第一探头依次扫描待测物，获取待测物一个面或半个面上的辐射性能检测数据。

通过采用上述技术方案，根据待测物的辐射频率选择适用的探头组进行检测，多组探头相配合，有利于提高检测的精度和范围。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、通过设置多探头阵列检测装置和单探头检测装置的同步使用，实现了对被测物辐射特性数据的测量；

2、通过将单探头滑轨和多探头整列环形部件（整环）左右平移错开一定距离解决了多探头环顶部探头与滑轨0°测试时重合问题，实现在组合形态中多探头整列环形整环的使用，使测量过程更加快速便捷；

3、通过多探头阵列检测装置不同频段的探头，扩展了常规测试频段范围，提高常规频段的测量速度；

4、单探头检测装置采用滑轨方案替代摆臂方案，滑轨轨道上都铺满了吸波材料，在测试时基本处于垂直入射的状态，其多径反射对测试结果造成的影响非常小，能够减小干扰信号对探头的影响，静区范围更大。

附图说明

图1是现有技术方案的示意图；

图2是第一种实施方式中一种宽频天线测量系统的整体示意图一；

图3是第一种实施方式中一种宽频天线测量系统的整体示意图二。

图中，

1、承载台；

2、驱动装置；

3、多探头阵列检测装置；31、第一探头；32、安装环；33、第一支撑架；34、吸波材料；341、u型吸波棉；342、角锥吸波棉；

4、单探头检测装置；41、第二探头；42、弧形滑轨；43、第二支撑架；44、驱动机构；

5、暗室。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

第一种实施方式：

一种宽频天线测量系统，用于测量天线等待测物发出电磁波的球面辐射性能检测数据以获得辐射性能指标，参考图2和图3，包括在同一水平面上间隔设置的单探头检测点和多探头检测点、在单探头检测点和多探头检测点之间移动的用于搭载待测物的承载台1、用于驱动承载台1旋转和平移的驱动装置2、环绕承载台1设置的多探头阵列检测装置3、以及位于多探头阵列检测装置3一侧的单探头检测装置4。

多探头阵列检测装置3包括一组或多组呈环形阵列分布的第一探头31、用于固定第一探头31且呈扇形的安装环32、以及用于固定安装环32的第一支撑架33。

系统的暗室尺寸根据实际情况而定，在本实施例中采用6m*6m*7m的规格。安装环32为带缺口的圆环，整体呈扇形并垂直于地面设置，缺口位置靠近暗室地面，在本实施例中，安装环32的内径为4.5m。安装环32的表面铺设有吸波材料34，其上设置有朝向安装环32中心的开孔，在本实施例中，吸波材料34优选为u型吸波棉341，第一探头31穿设于开孔并朝向安装环32的中心设置。

多探头阵列检测装置3上各组第一探头31分别用于检测不同的辐射频段，各组探头的检测频段组合成第一频段，在本实施例中，第一探头31分为两组，分别为低频型和高频型两类，低频型的第一探头31和高频型的第一探头31按照固定角度间隔交错布置于安装环32上。进一步优选，第一频段为400mhz~18ghz，多探头阵列检测装置3包括64个400mhz~6ghz的低频型第一探头31和63个6ghz~18ghz的高频型第一探头31，在竖直平面内建立极坐标系，以安装环32中心处为坐标原点，以坐标原点到安装环32最高点所在射线为极轴，则相邻的高频型第一探头31和低频型第一探头31相距2.5°的圆心角，每个同频段的相邻探头相距5°的圆心角。400mhz~6ghz的低频型第一探头31所在范围为0°~155°，6ghz~18ghz的高频型第一探头31所在范围为2.5°~152.5°。承载台1带动待测物转动一周即可完成待测物的球面近场检测。

单探头检测装置4包括一个能够围绕单探头检测点作圆弧形运动的第二探头41、设置于安装环32一侧的呈圆弧状的弧形滑轨42、用于支撑固定弧形滑轨42的第二支撑架43、以及用于驱动第二探头41沿弧形滑轨42移动的驱动机构44。

弧形滑轨42呈以单探头检测点为圆心的圆弧状，其同时垂直于暗室地面所在平面和安装环32所在平面，且内表面的曲率半径与安装环32的内径相同。弧形滑轨42的最高点即为弧形滑轨42的一端部，其与安装环32最高点距离地面的距离相同，且弧形滑轨42与安装环32的中心间距即为单探头检测点与多探头检测点的间距，在本实施例中，该间距为200mm。弧形滑轨42上同样铺设有吸波材料34，在本实施例中，该吸波材料34为角锥吸波棉342。

第二探头41用于探测第一频段范围外的待测物的辐射性能，在本实施例中优选为波导探头，检测频率范围为18ghz~40ghz。该探头可拆卸安装于弧形滑轨42上，以便于根据实际需要更换以适配其他探测需求以及拆装维护。第二探头41与弧形滑轨42滑动连接，且始终朝向弧形滑轨42的中心。在本实施例中，在竖直平面内建立极坐标系，以弧形滑轨42中心处为坐标原点，以坐标原点到弧形滑轨42最高点所在射线为极轴，则第二探头41的活动角度为2.5°~155°，移动精度为0.05°。驱动机构44可根据实际情况采取不同的结构形式，比如为设置于滑轨上的滑块和设置于滑块上的步进电机，第二探头41安装于滑块上，步进电机的转轴上连接有深入滑轨内滑道的齿轮，滑道内设有与齿轮相啮合的齿条，步进电机通过控制齿轮在齿条上的运动，以调节滑块和第二探头41的位置。也可以为压紧于滑轨上的滑块和设置于滑块上的步进电机，第二探头41安装于滑块上，步进电机的转轴通过齿轮传动有滚轮，滚轮伸入并抵接于滑轨内的滑道，步进电机通过控制滚轮在滑道内的滚动，以调节滑块与第二探头41的位置。在本实施例中，采用双导轨双滑块设置，弧形滑轨42均采用日本thkshs25系列，单滑块动态载荷为36.8kn，容许力矩为3.98kn，双导轨双滑块则为3.98*2=7.96kn。当载荷为200kg，力臂l=3米。根据m=f*l和f=mg，力矩m=200kg*9.8*3m=5.88kn。7.96kn＞5.88kn，满足载荷要求。

驱动装置2包括用于控制承载台1在水平面上绕轴转动至少一周的旋转轴、用于控制承载台移动以将待测物（优选方案为待测物的相位中心）对准多探头检测点或单探头检测点的多轴机构、以及用于控制承载台在多探头检测点和单探头检测点之间滑移的平移轴。

多轴机构的设置旨在微调承载台的位置，其可以包括三轴、四轴甚至更多的轴以提高移动的精度，在本实施例中多轴机构为三轴机构。三轴机构包括用于控制承载台1前后移动的前后平移轴、用于控制承载台1左右移动的左右平移轴、用于控制承载台1升降的升降轴。前后平移轴和左右平移轴的运动范围均为-250mm~250mm，运动精度为±0.1mm，升降轴的运动范围为0-1000mm，运动精度为±0.1mm，该三轴相互配合，以将待测物（优选方案为待测物的相位中心）对准安装环32或弧形滑轨42的中心。旋转轴的转动范围为0~360°，精度为±0.05°，在进行频谱采集时对待测物进行旋转，以完成整个球面的近场数据采集。

平移轴用于将承载台1和待测物左右平移到安装环32的中心或弧形滑轨42的中心，以匹配待测物与检测装置辐射的频段。

一种基于宽频天线测量系统的测量方法，包括以下步骤：

s11.将待测物吊装到承载台1上；

s12.根据待测物频段选择对应频段的检测探头，若待测物的频段处于第一探头31频段范围内转至s21；若否，则拆卸原有的第二探头41并将对应频段的第二探头41并安装至弧形滑轨42上，转至s31；

s21.承载台1将待测物移动至多探头检测点；

s221.根据待测物频段选择对应频段的探头组，开启测量范围在待测物频段内的第一探头31，关闭测量范围在待测物频段外的第一探头31；

s222.测量范围在待测物频段内的第一探头31依次扫描待测物，获取待测物一个面或半个面上的辐射性能检测数据；

s23.旋转承载台1，重复s22；直至获取待测物球面辐射性能检测数据；转至s4；

s31.承载台1朝向单探头检测点移动，并调整待测物位置，使其处于单探头检测点；

s32.第二探头41扫描待测物，获取待测物单点辐射性能检测数据；第二探头41在弧形滑轨0°~180°范围内按照固定角度间隔依次滑动，从而获取待测物半个面上的辐射性能检测数据；

s33.旋转承载台1，重复步骤s32；直至获取待测物球面辐射性能检测数据；转至s4；

s4.处理所得球面辐射性能检测数据，输出待测物性能指标数据。

第二种实施方式：

与第一种实施方式的区别之处在于，多探头阵列检测装置3包括127个400mhz~6ghz的低频型第一探头31和126个6ghz~18ghz的高频型第一探头31，在竖直平面内建立极坐标系，以安装环32中心处为坐标原点，以坐标原点到安装环32最高点所在射线为极轴，则相邻的高频型第一探头31和低频型第一探头31相距2.5°的圆心角，每个同频段的相邻探头相距5°的圆心角。400mhz~6ghz的低频型第一探头31所在范围为-155°~155°，6ghz~18ghz的高频型第一探头31所在范围为-152.5°~152.5°。承载台1带动待测物转动半周即可完成待测物的球面近场检测。

上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。