一种测试系统的制作方法

本实用新型涉及通信领域，尤其是一种测试系统。

背景技术：

随着通信和雷达技术发展，作为通信产品测试的重要设备之一，微波暗室的技术水平也有日新月异的发展。暗室主要采用吸波材料来实现室内测试空间的无反射特性，因此吸波材料的吸波性能，也就是在多大程度上实现无反射特性将直接影响微波暗室的测试准确性。吸波材料能够有效吸收电磁入射波、消除电磁辐射，减少电磁污染，保护电子电气设备远离电磁干扰，吸波材料的评价指标包括反射率、频率带宽、最小反射率及对应的频率、密度、拉伸强度、硬度、温度等，对于微波暗室来说，吸波材料的反射指标是表征吸波性能最重要指标，直接决定暗室的反射率电平和静区的安静程度。传统吸波材料测试设备自动化程度不高，难以实现大批量吸波材料的低成本出厂测试，不适合当前新一代通信所使用的毫米波和太赫兹的吸波材料的性能测试。拱形法测试设备一般设计为一个圆弧形状，在其上安装有收发测试天线，收发天线馈电端口与网络分析仪的输出和输入端口连接，通过测试射频链路的损耗来推定吸波材料的吸波性能。测试时，首先需要测试金属反射板的链路损耗作为参考，然后测试待测吸波材料的链路损耗，该损耗与金属板参考损耗的差值即为吸波材料的反射率。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种测试系统，解决现有吸波材料测试系统成本高，自动化程度低，测试能力较低等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种测试系统，包括向待测试表面发射入射波的发射模块以及接收待测试表面反射波的接收模块；所述发射模块和/或接收模块由伺服机器人携带，伺服机器人的配套控制器伺服控制机器臂的轴旋转或移动相应携带发射模块和/或接收模块旋转或移动，以扫描空间的任意位置和/或任意角度，和/或，配置任意极化。

进一步地，所述测试系统采用喇叭天线与测试仪器配合，实现完整的射频环路测试；发射模块包括发射扩频模块和发射喇叭；接收模块包括接收扩频模块和接收喇叭；接收喇叭的接收信号经接收扩频模块处理后输出信号有两种选择处理模式：外接测试仪器处理或者由内置检波电路完成。所述扩频模块采用外供射频信号源和内置信号源两种选择模式。所述测试系统的发射模块将测试信号的频率经发射扩频模块提升至毫米波波段后由发射喇叭发射。

进一步地，发射扩频模块的电路采用倍频架构提升测试信号频率；发射扩频模块的电路链路中，倍频器之前和/或之后连接有分段滤波器和驱动放大器，信号最后输送至发射喇叭。接收扩频模块的电路包括本振信号链路、接收信号链路、混频器以及输出链路。本振信号链路包括倍频器，用于将信号源的频率提升后作为本振信号；本振信号链路中，倍频器之前和/或之后连接有分段滤波器和驱动放大器。接收信号链路包括驱动放大器，与接收喇叭连接，以放大接收信号后与混频器连接。混频器与本振信号链路、接收信号链路、输出链路连接，且将本振信号与接收信号混频后由输出链路输出。接收扩频模块电路的输出链路设置有所述检波电路用于本地检波直接得到测试结果，或者，输出链路与外部测试仪器连接。接收扩频模块电路的输出链路在混频器之后连接有下边带滤波器，本振信号与接收信号混频并取下边带滤波得到中频信号；中频信号直接输出给外部测试仪器，或者，输出至本地检波直接得到测试结果；本地检波直接得到测试结果再通过串口传输给主控计算机。

接收扩频模块电路的输出链路包括选择开关，通过选择开关与外部测试仪器或内置检波电路连接。

发射扩频模块的电路和/或接收扩频模块的电路中分段滤波器前连接有选择开关以进行分段滤波。

进一步地，发射扩频模块的电路将输入的10～15ghz信号分别经2倍频和3倍频将频率提升至60～90ghz，链路上的2倍频之后设置分段滤波器将信号分为20～24ghz和24～30ghz两段，3倍频的分段滤波器将信号分为60～72ghz和72～90ghz两段。接收扩频模块的电路采用倍频和下变频架构，输入的10.08～15.08ghz信号分别经2倍频和3倍频将频率提升至60.48～90.48ghz作为本振信号，本振信号链路上的2倍频之后设置分段滤波器将信号分为20～24ghz和24～30ghz两段，3倍频的分段滤波器将信号分为60～72ghz和72～90ghz两段；60.48～90.48ghz本振信号与外部接收的60～90ghz信号混频并取下边带滤波得到480mhz中频信号。

进一步地，发射扩频模块的测试信号源有两种路径：外部输入信号和内部锁相环合成信号；相应地，发射扩频模块电路的链路中设置有选择开关，选择地与外部信号输入端或内部锁相环连接。外部输入信号与微波信号源或网络分析仪连接。内部锁相环合成信号经滤波器滤波；发射扩频模块的电路相应设置有内部锁相环和分段滤波器。

接收扩频模块的电路的本振信号源有两种路径：外部输入信号和内部锁相环合成信号；相应地，接收扩频模块电路的本振信号链路中设置有选择开关，选择地与外部信号输入端或内部锁相环连接；外部输入信号与微波信号源或网络分析仪连接；内部锁相环合成信号经滤波器滤波，接收扩频模块的电路相应设置有内部锁相环和分段滤波器。

进一步地，外部输入信号或内部锁相环合成信号频率为10～15ghz。内部锁相环合成信号经两段滤波器滤波。所述两段滤波为10-12ghz和12-15ghz。10～15ghz的测试信号经6倍频将频率提升至60～90ghz毫米波信号，经幅度放大和稳幅处理后经发射喇叭辐射。伺服机器人的机器臂的终端轴通过法兰安装发射扩频模块和/或接收扩频模块。

所述发射喇叭位于发射模块的底部。发射扩频模块为盒状结构，内部设置电路板，顶部设有接口，盒体外侧设有安装法兰板，通过安装法兰板将发射扩频模块安装于伺服机器人的终端轴上。发射喇叭垂直于发射扩频模块盒体设置于盒体底部。所述接收喇叭位于接收模块的底部。接收扩频模块为盒状结构，内部设置电路板，顶部设有接口，盒体外侧设有安装法兰板，通过安装法兰板将接收扩频模块安装于伺服机器人的终端轴上。接收喇叭垂直于接收扩频模块盒体设置于盒体底部。

进一步地，伺服机器人的运动终端轴上安装所述发射模块和/或接收模块，伺服机器人的配套控制器控制机器臂的轴旋转或移动，从而带动发射模块和接收模块旋转或移动来配置任意的喇叭天线口径方向和极化方向，且自动独立地调节入射波和反射波的角度。所述测试系统采用时域滤波和/或位置调制方式来区分和消除直接耦合信号。所述测试系统包括两台所述伺服机器人，两台伺服机器人的机器臂的运动终端轴分别安装所述发射模块和接收模块。

进一步地，两伺服机器人的终端轴的法兰上安装发射扩频模块和接收扩频模块。发射喇叭连接于发射扩频模块输出端。接收扩频模块输入端连接接收喇叭。发射喇叭和接收喇叭指向测试系统的待测试表面。伺服机器人携带发射模块和接收模块旋转和移动，实现发射喇叭和接收喇叭的各种极化布置。所述时域滤波是根据接收喇叭和发射喇叭的间距计算时域门的阈值，构建时域滤波器将直接耦合波滤除，滤波后得到的纯净的反射波信号。所述位置调制方式：通过保持入射波和反射波的角度不变，提高或降低发射喇叭或接收喇叭的高度，调整反射路径的长度来改变反射波的相位。

在一些实施例中，伺服机器人调节发射模块和接收模块的位置：发射模块和接收模块对称设置，使入射波与反射波与中心线的夹角相同，以实现吸波材料的镜面反射测试。或者，发射模块和接收模块非对称设置，以测试吸波材料的漫反射性能。

所述测试系统适用于测试吸波材料在不同极化波情况下的镜面反射率和漫反射率。

在一些实施例中，所述测试系统包括若干对光栅定位系统，用于判断吸波材料是否已处在待测位置。所述测试系统还包括工业传送带，将待测吸波材料传送至测试位作为待测试表面。

所述测试系统采用毫米波波段扩频模块，测试40ghz以上的毫米波波段吸波材料的反射特性。

所述伺服机器人为六轴机器人。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的吸波材料测试系统，可实现毫米波波段吸波材料的自动化测试，基于工业机器人和扩频模块对毫米波吸波材料测试，该系统可灵活配置极化波的类型、自动且独立的调节入射波和反射波的角度，可测试吸波材料在不同极化波情况下的镜面反射率和漫反射率。该系统采用毫米波波段扩频模块，能够测试60～90ghz频段吸波材料的性能，填补了国内外空白。

本实用新型的测试系统配合工业传送带可实现产线批量化的测试，测试成本较低。

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本实用新型实施例吸波材料测试系统的结构示意图。

图2是本实用新型实施例吸波材料测试系统的结构示意图。

图3是本实用新型实施例吸波材料测试系统的一种工作状态示意图。

图4是本实用新型实施例吸波材料测试系统的另一工作状态示意图。

图5是本实用新型实施例吸波材料测试系统的发射和接收喇叭多种极化方式的配置，其中图5(a)为垂直布置-垂直极化配置，图5(b)为水平布置-水平极化布置，图5(c)为水平布置-垂直极化配置，图5(d)为垂直布置-水平极化布置。

图6是本实用新型实施例吸波材料测试系统的耦合波和反射波示意图。

图7是本实用新型实施例扩频模块的立体图。

图8是本实用新型实施例发射扩频模块的电路图。

图9是本实用新型实施例接收扩频模块的电路图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的各实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型实施例的吸波材料测试系统如图1-3所示，可测试吸波材料4在不同极化波情况下的镜面反射率和漫反射率。其中，图1所示为一种自动化测试系统的实施例，包括物料台1和2、工业传送带3、伺服机器人5和射频测试模块61/62，该自动化测试系统可以实现产品批量化的测试，为吸波材料厂家的出厂测试和暗室建设单位的入场检验提供检测手段。

工业传送带3可以是现有技术的各种传送带，用于传送待测吸波材料4，待测吸波材料4放置于上物料台1上，测试时转移至工业传送带3上，由工业传送带3传送带传送至测试位置进行测试，测试完成后由传送带送出至下物料台2。伺服机器人5位于测试位置，伺服机器人5机器人携带射频测试模块61、62，用于发射测试波和接收反射波。伺服机器人5还可通过软件指令来实现自由调节，自动且独立的调节入射波和反射波的角度，且可测试吸波材料4在不同极化波情况下的镜面反射率和漫反射率。待测吸波材料4可以暗室铺设的单元为尺寸形状来进行测试，相应地，传送带3的尺寸与待测吸波材料4尺寸形状相适配。

测试伺服采用两台6轴(或其他多轴)工业机器人51、52，可实现多维度的旋转、坐标和指向，当两台机器人51、52对称设置，即相对于中心线的夹角相同，则可实现吸波材料的镜面反射测试，而当伺服机器人5非对称设置时，可测试吸波材料的漫反射性能。

本实用新型采用六轴工业机器人及其配套控制器实现伺服控制，机器臂有六个轴，可以携带辅助测试天线在上半空间的立体角内高精度移动，具有极高的运动自由度。机器臂的六个轴分别是s(底座，旋转)轴或第一轴516、l(下臂，摆动)轴或第二轴515、u(上臂，摆动)轴或第三轴514、r(手腕，旋转)轴或第四轴513、b(手腕，摆动)轴或第五轴512、t(法兰，回转)轴或第六轴511，依靠这六个轴的运动，机器臂的运动终端携带射频测试模块61、62能够精确移动到扫描空间的任意位置、任意角度。伺服机器人5可设置如表1所示的技术参数。

表1伺服机器人的技术参数

测试材料的镜面性能时，本实用新型的测试系统布置如图3所示，机器人携带射频测试模块按中心线对称设置，确保接收和发射模块的轴线与中心线角度相等，且轴线交点位于待测表面，即处于镜面反射位置，测试材料的镜面反射性能，测试时可在吸波材料4顶部放置校准金属板41进行校正。由于机器人具有高度的调整自由度，可根据待测材料的高度和大小通过软件控制自动调整交点的位置，确保其位于材料的表面，可测试的镜面反射角度范围从接近0度到接近180度。机器人的携带射频测试模块61、62的轴例如六轴机器人的第6轴的法兰上安装扩射频测试模块611、621。

射频测试模块包括发射模块61和接收模块62，具体地，由两机器人51、52分别携带发射模块61和接收模块62。本实用新型实施例的吸波材料测试系统，是将测试频率提升至毫米波波段(一般认将40～300ghz称为毫米波波段)，由发射模块61发射后经由吸波材料4或金属板反射后由接收模块62接收。射频测试模块包括扩频模块和喇叭，相应地，发射模块61包括毫米波发射扩频模块611和发射喇叭612，接收模块62包括毫米波接收扩频模块621和接收喇叭622。

测试频率提升至毫米波波段由发射模块61发射后经由吸波材料4或金属板反射后由接收模块62接收经接收扩频模块621处理后送往射频仪器处理，最终得到射频环路的损耗。机器人的终端轴例如六轴机器人的第六轴的法兰上安装扩频模块611、612，发射喇叭和接收喇叭分别安装于扩频模块611、612末端，发射喇叭和接收喇叭轴线与中心线角度相等。测试时，可在吸波材料4顶部放置校准金属板41进行校正，确保发射模块(或发射喇叭612)和接收模块(或接收喇叭622)对称设置。

毫米波扩频模块配合喇叭天线和测试仪器即可实现完整的射频环路测试。

参照图2，本实用新型的测试系统还包括光栅定位系统7，设置于测试位置，可设置一对或两对或多对，用于判断待测试的吸波材料是否已处在待测位置。

进一步地，本实用新型的测试系统还可测试材料的非镜面反射性能，如图4所示，调整机器人51、52的指向角度，即调整发射模块的发射喇叭512和接收模块的接收喇叭612的角度)，使得电磁波的发射角度<α和接收角度<β不相等，既可方便测试材料的漫反射性能，也可方便测试非平面放置的待测材料或者是非常规形状的材料，机器人的位置可以通过软件控制来自动实现，无需改动硬件，具有极大的测试灵活性。

本实用新型的测试系统采用机器人携带射频测试模块旋转和移动，实现任意的喇叭天线口径方向和极化方向。参照图5，分别实现了收发喇叭的垂直布置-垂直极化(图5(a))、水平布置-水平极化(图5(b))、水平布置-垂直极化(图5(c))、垂直布置-水平极化(图5(d))四种典型的布置和极化，也可根据客户需求调整实现其他形式的布置和极化形式，使得系统能够测试材料的交叉极化吸收率等特殊材料特性。

拱形法测试时，接收喇叭不可避免的接收到发射喇叭的直接耦合信号，参照图6，直接耦合信号将干扰正常反射信号的幅度和相位，带来测试误差。本实用新型采用时域滤波和/或位置调制方式来区分直接耦合信号并消除，提高测试准确性。直接耦合信号传播距离小，因此耦合波将先于反射波到达接收机，根据接收喇叭和发射喇叭的间距计算时域门的阈值，一次构建时域滤波器将直接耦合波滤除，滤波后得到的纯净的反射波信号。时域滤波方法在接收和发射夹角接近180度时将失效，此时直接耦合波和反射波的传输路径基本相同，时间延迟也差不多，时域滤波器无法起作用。位置调制方式：通过保持入射波和反射波的角度不变，提高或降低收发喇叭的高度，调整反射路径的长度，一般为半个波长，来改变反射波的相位，因为接收信号为反射波和直接耦合波叠加，将出现一定的幅度调制。由于直接耦合波相位基本不变，根据幅度调制参数即可以推算出实际反射波的幅度，即完成了滤波操作。位置调制方式在收发夹角接近180度时也会失效，因为直接耦合波相位会同反射不近乎同步变化，失去了位置调制的功能。

图7所示为本实用新型的射频测试模块(包括发射模块61和接收模块62)，包括扩频模块以及喇叭天线，接收模块结构与发射模块相同。发射模块/接收模块安装于伺服机器人的机器臂终端轴上，例如六轴机器人的第6轴上，发射喇叭612/接收喇叭622位于底部，垂直于扩频模块611/612设置于扩频模块底部，扩频模块611/612为盒状结构，内部设置电路板；顶部设有接口613包括射频接口、供电和串口控制端口等，在扩频模块611/612的盒体顶部外侧设有安装法兰板614，通过安装法兰板614将射频测试模块61/62固定于机器人的轴上。

扩频模块611、621可将常规微波测试仪器的频段拓展至毫米波波段。本实用新型所采用的扩频架构是基于倍频和混频方式。

发射扩频模块611的电路框图如图8所示，发射扩频模块的电路采用倍频架构将测试信号经倍频提升频率，包括倍频器以及分段滤波器和驱动放大器。接收扩频模块的电路中分段滤波器前连接有选择开关以进行分段滤波。具体地，将输入的10～15ghz信号分别经2倍频(x2)6117和3倍频(x3)6122将频率提升至60～90ghz，为确保频谱的纯净和必要的功率幅度，发射扩频模块电路的链路上适当位置设置有分段滤波器和驱动放大器。其中，2倍频的分段滤波分为20～24ghz和24～30ghz两段滤波器6119/6120，3倍频的分段滤波分为60～72ghz和72～90ghz两段段滤波6124/6125。发射扩频模块电路中设置有选择开关6116/6118/6121/6123/6126进行分段滤波，滤波后的信号通过放大器6127进行放大后由输出端6128输出。输出端6128与喇叭612连接，信号由喇叭612发射至测试面。

射频输入源有两个路径可选，外部输入射频信号6110和内部锁相环pll6111的射频合成信号，图8所示的发射扩频模块电路的链路中设置有选择开关6116，选择地与外部信号输入端或内部锁相环连接。外部输入射频信号6110(自扩频模块611顶部的接口613)输入的10～15ghz信号与微波信号源或网络分析仪连接，但需要连接若干根微波电缆，在机器人运动时，布线还要确保电缆的稳定性和安全性。内部锁相环合成射频源则不需要微波仪器，也免去了微波电缆，可使测试系统更加紧凑化。

图8所示的例子中，内部锁相环合成源合成的10～15ghz信号经选择开关6112分成两段滤波器6113/6114滤波后，由选择开关6115输出，可进一步地通过选择开关6116与外部输入10～15ghz信号6110选择性作为测试信号源，测试信号分别进行2倍频及3倍频提升频率。将输入的10～15ghz信号经6倍频将频率提升至60～90ghz毫米波信号，经幅度放大和稳幅处理后经发射喇叭612辐射。

接收扩频模块的电路框图如图9所示，接收扩频模块的电路包括本振信号链路、接收信号链路、混频器以及输出链路。本振信号链路包括倍频器6217/6222，将信号源的频率提升后作为本振信号。本振信号链路中，倍频器之前和/或之后连接有分段滤波器6219/6220和6224/6225和驱动放大器6227。接收信号链路包括驱动放大器6230，与接收喇叭连接，以放大接收信号后与混频器6228连接。混频器6228与本振信号链路、接收信号链路、输出链路连接，且将本振信号与接收信号混频后由输出链路输出。接收扩频模块电路的输出链路设置有所述检波电路(或内置检测电路)6234用于本地检波直接得到测试结果，或者，输出链路与外部测试仪器连接。接收扩频模块电路的输出链路在混频器6228之后连接有下边带滤波器6232，本振信号与接收信号混频并取下边带滤波得到中频信号；中频信号直接输出给外部测试仪器，或者，输出至本地检波直接得到测试结果。本地检波直接得到测试结果再通过串口传输给主控计算机。接收扩频模块电路的输出链路包括选择开关6233，通过选择开关与外部测试仪器或内置检波电路连接。接收扩频模块的电路中分段滤波器前连接有选择开关以进行分段滤波。

具体地，输入的10.08～15.08ghz信号分别经2倍频6217和3倍频6222将频率提升至60.48～90.48ghz作为本振信号，为确保频谱的纯净和必要的功率幅度，链路上适当位置设置有分段滤波器6219/6220、6224/6225和驱动放大器6227，且使用选择开关6218、6221、6223、6226分成两段滤波。

射频输入本振有两个路径可选，外部输入射频信号6210和内部锁相环6211合成射频信号。内部锁相环合成源合成的10～15ghz信号可经两段滤波后使用，具体地，先经选择开关6212分成两段滤波器6213/6214滤波后，由选择开关6215输出进行倍频放大。

外部输入射频信号6210和内部锁相环6211合成射频信号选择其中一种进行2倍频(x2)6217和3倍频(x3)6222将频率提升至60～90ghz作为本征信号。

外部输入的10.08～15.08ghz信号与微波信号源或网络分析仪连接，连接若干根微波电缆，在机器人运动时，布线需要确保电缆的稳定性和安全性。内部锁相环合成源则不需要微波仪器，也免去了微波电缆。

接收喇叭622接收的反射信号6231，例如60～90ghz信号，可以经功率放大器6230放大后，与上述60.48～90.48ghz本振信号由混频器6228混频，并通过滤波器6232取下边带滤波得到480mhz中频信号，中频信号通过输出端6235可直接输出给外部测试仪器进行检波，也可本地检波装置6234检波直接得到测试结果，再通过串口613/6229传输给主控计算机。

发射扩频模块和接收扩频模块配合即实现了完整的毫米波射频模块闭环测试。本实用新型的测试系统：

1)本实用新型采用六轴(或多轴)工业机器人5作为伺服机构，可灵活定位空间中坐标位置和方位角指向，定位精度优于±0.05mm，角度精度优于±0.05度；

2)可通过软件灵活配置微波极化波的类型、自动且独立的调节入射波和反射波的角度，可测试吸波材料4在不同极化波情况下的镜面反射率和漫反射率；

3)本实用新型射频测试模块的高度自动化，可为吸波材料生产厂家的出厂检测和暗室建设单位的入场检测提供低成本的测试；

4)该测试系统采用毫米波波段扩频模块61、62，配备扩频模块能够测试40ghz以上的毫米波波段吸波材料的反射特性，没有频率上限限制；

5)扩频模块采用外供射频信号源和内置信号源(结合电路设置检波装置进行检波)两种选择模式，内置信号源与检波装置可以最大限度的降低系统复杂性和微波仪器的资金投入，且系统复杂度低，集成度更高。

发射扩频模块可以使用外部仪器(信号源)提供信号，接收模块接收回来的中频信号也可由外部仪器(频谱仪)接收来完成测试，此时系统至少需要额外配置两台信号源：一台与发射模块连接，一台与接收模块连接；还需配置接收模块连接的频谱仪。较佳地，发射模块51的信号源以及接收模块61的最终的中频检波均采用内置电路完成，这样测试不需要使用外部仪器，避免使用贵重的射频仪器。内置电路指内部锁相环合成信号的电路，或者输出链路中设置的内置检波电路。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可传输数据或信号连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，均应属于本申请的范围；本实用新型的保护范围由所附权利要求及其等同范围限定。