球面扫描测试系统的制作方法

1.本发明涉及通信的技术领域，尤其是涉及一种球面扫描测试系统。


背景技术：

2.天线的测试是用特性已知的探针在天线近场区或远场区某一表面上采样，得到场的幅度和相位分布，若为近场区采样，需要再通过严格的数学变换得到待测天线的远场特性，而若为远场区采样，那么便能直接得到待测天线的远场特性。根据采样表面的不同，分为平面扫描、柱面扫描和球面扫描。球面扫描中，探针围绕待测天线的虚拟球面移动并采样，球面扫描的测试坐标系如图1所示。
3.目前的一种球面扫描测试系统为多探针形式，其中的一种具体结构为：多个探针等间距的固定安装于扫描机构上，多个探针的位置对应于球面扫描坐标系中不同的θ角度，待测天线置于转台上，转台的转动中心位于坐标系的原点。当转台带动待测天线进行水平面转动时，便能实现对待测天线的球面扫描测试。该种球面扫描测试系统使用了多个探针，测试效率高。而在一些实际的测试场景中，需要的测试频段跨度非常大，也就是说需要在不同的测试频段对待测天线进行测试，一个探针的工作频段是有限的，那么就需要在测试中更换不同测试频段的探针，而上述系统由于探针数量多，更换探针的工作量大，并且对于一些大型的测试系统，扫描机构很高，更换探针操作极其不便。此外，同一个扫描机构为了兼容不同频率的探针，射频链路会变得庞大而复杂，也提高了成本。
4.目前还有一种球面扫描测试系统为单探针形式，其中的一种具体结构为：单个探针安装于扫描机构上，扫描机构可以带动探针在竖直方向做圆弧形运动以到达球面扫描坐标系中不同的θ角度，待测天线置于转台上，当转台带动待测天线进行水平面转动时，便能实现对待测天线的球面扫描测试。该种球面扫描测试系统中，由于探针只有一个，便于不同测试频段的探针的更换，进而实现测试频段跨度大的测试需求，但是，由于只有一个探针进行采样，测试效率极低。
5.综上，现有的球面扫描测试系统在测试频段跨度非常大的场景中应用时，无法兼顾测试的复杂度和测试的效率。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种球面扫描测试系统，以缓解现有的球面扫描测试系统在测试频段跨度非常大的场景中应用时，无法兼顾测试的复杂度和测试的效率的技术问题。
7.第一方面，本发明实施例提供了一种球面扫描测试系统，包括：探针、扫描机构和转台；
8.所述探针安装于所述扫描机构上，所述转台用于承载待测天线，并带动所述待测天线进行水平面转动，其中，所述探针包括：第一探针和第二探针，所述第一探针的数量至少为两个，且所述第一探针的测试频段不高于67ghz，所述第二探针的测试频段与所述第一
探针的测试频段不同；
9.所述扫描机构，用于带动所述探针在竖直方向做圆弧形运动，实现所述探针在圆弧形轨迹的不同位置对所述待测天线进行无线通信，以配合所述转台的转动对所述待测天线进行球面扫描测试。
10.进一步的，当所述第一探针的数量为多个时，多个所述第一探针等间距安装于所述扫描机构上。
11.进一步的，所述第一探针用于在所述扫描机构的带动下，完成以所述待测天线为球心，对所述待测天线进行θ角度范围为0
°
～x
°
的扫描测试，其中，θ表示所述第一探针与所述球心之间的连线和在所述球心位置与所述转台垂直的线之间的夹角，x为大于0的任意值；
12.所述第二探针的数量为1个，且所述第二探针可拆卸地安装于所述扫描机构上，所述第二探针用于在所述扫描机构的带动下，完成以所述待测天线为球心，对所述待测天线进行θ角度范围为0
°
～y
°
的扫描测试，其中，y为大于0的任意值。
13.进一步的，所述扫描机构包括：第一扫描机构和第二扫描机构；
14.所述第一探针安装于所述第一扫描机构上，所述第二探针安装于所述第二扫描机构上；
15.所述第一扫描机构，用于带动所述第一探针在竖直方向做圆弧形运动，实现所述第一探针对所述待测天线进行圆弧形轨迹的扫描测试，以配合所述转台的转动对所述待测天线在所述第一探针对应的测试频段进行球面扫描测试；
16.所述第二扫描机构，用于带动所述第二探针在竖直方向做圆弧形运动，实现所述第二探针对所述待测天线进行圆弧形轨迹的扫描测试，以配合所述转台的转动对所述待测天线在所述第二探针对应的测试频段进行球面扫描测试。
17.进一步的，所述第一扫描机构和所述第二扫描机构均为圆弧形导轨，两者固定连接或者为一体结构。
18.进一步的，所述第一扫描机构和第二扫描机构共同构成一个轴对称的圆弧形导轨。
19.进一步的，所述第二探针通过探头指向调节机构可拆卸地安装于所述扫描机构上；
20.所述探头指向调节机构，用于调整所述第二探针的指向，以使所述第二探针的指向方向对准所述待测天线的相位中心。
21.进一步的，还包括：测试仪表；
22.每个所述第一探针和所述第二探针分别与所述测试仪表连接。
23.进一步的，所述测试仪表通过射频开关与至少两个所述第一探针连接，所述射频开关用于切换各所述第一探针，以实现各所述第一探针逐个扫描的采样方式。
24.进一步的，各所述第一探针分别连接所述测试仪表的端口，以实现各所述第一探针同时并行扫描的采样方式。
25.进一步的，还包括：电波暗室；
26.所述探针、所述扫描机构和所述转台设置于所述电波暗室内，所述电波暗室，用于提供测试所需的电磁环境。
27.进一步的，所述第一探针的测试频段不高于40ghz。
28.进一步的，所述第二探针的测试频段不低于40ghz。
29.在本发明实施例中，提供了一种球面扫描测试系统，包括：探针、扫描机构和转台；探针安装于扫描机构上，转台用于承载待测天线，并带动待测天线进行水平面转动，其中，探针包括：第一探针和第二探针，第一探针的数量至少为两个，且第一探针的测试频段不高于67ghz，第二探针的测试频段与第一探针的测试频段不同；扫描机构，用于带动探针在竖直方向做圆弧形运动，实现探针在圆弧形轨迹的不同位置对待测天线进行无线通信，以配合转台的转动对待测天线进行球面扫描测试。通过上述描述可知，本发明的球面扫描测试系统在测试频段跨度非常大的场景中应用时，至少两个第一探针能够对待测天线在不高于67ghz的测试频段进行高效率的测试，当需要在其它测试频段对待测天线进行测试时，则可以使用第二探针，当扫描机构带动第二探针运动到较低的空间位置时，即可方便地对其进行更换，简单方便，能够兼顾测试的复杂度和测试的效率，缓解了现有的球面扫描测试系统在测试频段跨度非常大的场景中应用时，无法兼顾测试的复杂度和测试的效率的技术问题。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为球面扫描的测试坐标系的示意图。
32.图2为本发明实施例提供的一种球面扫描测试系统的结构示意图。
33.图3为本发明实施例提供的另一种球面扫描测试系统的俯视结构示意图。
34.图标：11-探针；12-扫描机构；13-转台；14-测试仪表；15-电波暗室；111-第一探针；112-第二探针；121-第一扫描机构；122-第二扫描机构。
具体实施方式
35.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
36.传统的球面扫描测试系统在测试频段跨度非常大的场景中应用时，无法兼顾测试的复杂度和测试的效率。
37.基于此，本发明的球面扫描测试系统在测试频段跨度非常大的场景中应用时，至少两个第一探针能够对待测天线在不高于67ghz的测试频段进行圆弧形轨迹的同时扫描通信，测试效率高，当需要在其它测试频段对待测天线进行测试时，只需要对运动到扫描机构底部的第二探针进行更换即可，简单方便，能够兼顾测试的复杂度和测试的效率。
38.为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种球面扫描测试系统进行详细介绍。
39.为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种球面扫描测试系统进行详细介绍。
40.图2是根据本发明实施例的一种球面扫描测试系统的结构示意图，如图2所示，包括：探针11、扫描机构12和转台13；
41.探针11安装于扫描机构12上，转台13用于承载待测天线，并带动待测天线进行水平面转动，其中，探针11包括：第一探针111和第二探针112，第一探针111的数量至少为两个，且第一探针111的测试频段不高于67ghz，第二探针112的测试频段与第一探针111的测试频段不同；
42.扫描机构12，用于带动探针11在竖直方向做圆弧形运动，实现探针11在圆弧形轨迹的不同位置对待测天线进行无线通信，以配合转台13的转动对待测天线进行球面扫描测试。
43.具体的，上述第一探针111的测试频段即不高于67ghz的频段能够覆盖常用的测试频段，例如，ka波段、ku波段等，相关技术中，在5g fr2的商用频段目前最高到52.6ghz，卫星通讯的商用频段目前最高到40ghz，所以当至少两个第一探针111安装于扫描机构12上后，一般不需更换，这样，便能避免更换操作的复杂度，因为第一探针111的数量至少为两个，即便是将最下方的第一探针111运动到扫描机构12的最低处时，其它的第一探针111的位置仍然很高，且数量较多，更换不便，所以，设计时，便要求至少两个第一探针111覆盖的测试频段不高于67ghz，后期测试时便不对第一探针111进行更换。另一方面，测试仪表、射频器件、射频线缆和射频连接器等，它们的工作频段划分可以以67ghz为一个分界，低于67ghz频段的测试可以共用同样的测试仪表、射频器件、射频线缆和射频连接器等，但射频器件、射频线缆和射频连接器难以向更高的频段兼容，此外，高于67ghz频段的测试还可能需要增加昂贵的变频器(混频器)，提高了系统的复杂度和成本。
44.另外，还要求第一探针111的数量至少为两个，这样能够实现至少两个第一探针111对待测天线的同时扫描通信，提高了测试效率。
45.在具体安装时，第一探针111可以固定安装于运动件上，运动件可以在扫描机构12的轨道上滑动。
46.上述第二探针112的测试频段与第一探针111的测试频段不同，当需要在其它测试频段对待测天线进行测试时，只需要对运动到扫描机构12底部的第二探针112进行更换即可，另外，第二探针112的数量为一个(下文中有记载)，进一步降低了更换操作的复杂性，降低了测试的复杂度。
47.上述水平面转动具体可以为360
°
范围转动。
48.在本发明实施例中，提供了一种球面扫描测试系统，包括：探针11、扫描机构12和转台13；探针11安装于扫描机构12上，转台13用于承载待测天线，并带动待测天线进行水平面转动，其中，探针11包括：第一探针111和第二探针112，第一探针111的数量至少为两个，且第一探针111的测试频段不高于67ghz，第二探针112的测试频段与第一探针111的测试频段不同；扫描机构12，用于带动探针11在竖直方向做圆弧形运动，实现探针11在圆弧形轨迹的不同位置对待测天线进行无线通信，以配合转台13的转动对待测天线进行球面扫描测试。通过上述描述可知，本发明的球面扫描测试系统在测试频段跨度非常大的场景中应用时，至少两个第一探针111能够对待测天线在不高于67ghz的测试频段进行高效率的测试，
则可以使用第二探针，当扫描机构带动第二探针运动到较低的空间位置时，即可方便地对其进行更换，简单方便，能够兼顾测试的复杂度和测试的效率，缓解了现有的球面扫描测试系统在测试频段跨度非常大的场景中应用时，无法兼顾测试的复杂度和测试的效率的技术问题。
49.上述内容对本发明的球面扫描测试系统进行了简要介绍，下面对其中涉及到的具体内容进行详细描述。
50.在本发明的一个可选实施例中，当第一探针111的数量为多个时，多个第一探针111等间距安装于扫描机构12上。
51.在本发明的一个可选实施例中，第一探针111用于在扫描机构12的带动下，完成以待测天线为球心，对待测天线进行θ角度范围为0
°
～x
°
的扫描测试，θ表示第一探针与球心之间的连线和在球心位置与转台垂直的线之间的夹角，x根据球面扫描的测试需求设置。
52.具体的，第一探针111的数量较多，可以提高测试效率。
53.在本发明的一个可选实施例中，还包括：测试仪表14；
54.每个第一探针111和第二探针112分别与测试仪表14连接。
55.具体的，上述测试仪表14可以为矢量网络分析仪，每个探针11与矢量网络分析仪的端口连接。
56.在本发明的一个可选实施例中，测试仪表14通过射频开关与至少两个第一探针111连接，射频开关用于切换各第一探针111，以实现各第一探针111逐个扫描的采样方式。
57.在本发明的一个可选实施例中，各第一探针111分别连接测试仪表14的端口，以实现各第一探针111同时并行扫描的采样方式。
58.具体的，至少两个第一探针111同时并行扫描通信的采样方式可以大大加快测试速度。
59.在本发明的一个可选实施例中，至少两个第一探针111同时并行扫描测试时，至少两个第一探针111同时并行连续采样。
60.具体的，至少两个第一探针111同时并行连续采样的方式为：至少两个第一探针111在连续运动的状态下并行扫描测试，即移动的同时持续采样，连续采样能够进一步提高测试效率。
61.在本发明的一个可选实施例中，第二探针112的数量为1个，且第二探针112可拆卸地安装于扫描机构12上，第二探针112用于在扫描机构12的带动下，完成以待测天线为球心，对待测天线进行θ角度范围为0
°
～y
°
的扫描测试，θ表示第一探针与球心之间的连线和在球心位置与转台垂直的线之间的夹角，y根据球面扫描的测试需求设置，y的值与x的值可以不同。
62.具体的，第二探针112的数量为1个，其与第一探针111的测试频段不同，一般为不常用的测试频段，例如较低的s波段、c波段、x波段等，或者较高的e波段、w波段等，或者更高的测试频段(例如110ghz以上)，第二探针112可拆卸地安装于扫描机构12上，便于更换，以适于测试不同的不常用测试频段。
63.在本发明的一个可选实施例中，第二探针112通过探头指向调节机构可拆卸地安装于扫描机构12上；
64.探头指向调节机构，用于调整第二探针112的指向，以使第二探针112的指向方向
对准待测天线的相位中心。
65.可选地，探头指向调节机构包括以下任一种：万向关节、多轴关节。
66.具体的，球面扫描测试中，待测天线的相位中心需要置于测试系统的中心，即球坐标系的球心。在一些测试场景中，待测天线的相位中心可能未处于这个中心位置，原因可能包括：被测设备(待测天线设置于被测设备上)太大不便移动；被测设备具有多个待测天线，各个待测天线位于被测设备的不同位置。在这种情况下，探头指向调节机构可以用于调整第二探针112的指向方向，以对准待测天线的相位中心，避免测试误差。
67.可以理解，由于第一探针111不便调节，其指向方向可以始终指向测试系统的中心，相应地，在使用第一探针111执行测试时，需要将被测设备置于该中心位置。
68.在本发明的一个可选实施例中，扫描机构12包括：第一扫描机构121和第二扫描机构122；
69.第一探针111安装于第一扫描机构121上，第二探针112安装于第二扫描机构122上；
70.第一扫描机构121，用于带动第一探针111在竖直方向做圆弧形运动，实现第一探针111对待测天线进行圆弧形轨迹的扫描测试，以配合转台13的转动对待测天线在第一探针111对应的测试频段进行球面扫描测试；
71.第二扫描机构122，用于带动第二探针112在竖直方向做圆弧形运动，实现第二探针112对待测天线进行圆弧形轨迹的扫描测试，以配合转台13的转动对待测天线在第二探针112对应的测试频段进行球面扫描测试。
72.在本发明的一个可选实施例中，第一扫描机构121和第二扫描机构122均为圆弧形导轨，两者固定连接或者为一体结构。
73.在本发明的一个可选实施例中，参考图2，第一扫描机构121和第二扫描机构122共同构成一个轴对称的圆弧形导轨。
74.具体的，第一扫描机构121和第二扫描机构122构成的轴对称的圆弧形导轨便于加工和建造，也比较稳定。
75.图2中，第一扫描机构121和第二扫描机构122构成轴对称的圆弧形导轨，即，第一扫描机构121和第二扫描机构122在测试坐标系中φ方向的夹角为180
°
。另外，若测试的场地不够大，那么上述第一扫描机构121和第二扫描机构122可以不是轴对称的圆弧形导轨，也就是说，第一扫描机构121和第二扫描机构122在测试坐标系中φ方向的夹角可以呈任意角度，可以根据测试场地的大小进行适应性调整。例如，参照图3，当电波暗室15场地受限时，第一扫描机构121和第二扫描机构122设置为在测试坐标系中的φ方向的夹角为90
°
。
76.在本发明的一个可选实施例中，还包括：电波暗室15；
77.探针11、扫描机构12和转台13设置于电波暗室15内，电波暗室15，用于提供测试所需的电磁环境。
78.在本发明的一个可选实施例中，第一探针111的测试频段不高于40ghz，第二探针112的测试频段不低于40ghz。
79.上述不高于40ghz的测试频段为更加常用的测试频段，上述不低于40ghz的测试频段为不常用的测试频段，当第二探针112的测试频段不低于40ghz时，第二探针112通过混频器与测试仪表14连接，混频器的设置用于降低线损。
80.上述内容对本发明的球面扫描测试系统进行了具体介绍，下面再通过一个具体的实施例对本发明的球面扫描测试系统进行整体描述：
81.如图2所示，球面扫描测试系统包括：电波暗室15，用于提供测试环境；扫描机构12包括：圆弧形导轨；第一探针111和第二探针112安装在扫描机构12上，可以在扫描机构12的圆弧形导轨上运动；一维转台13，可以在水平面转动；测试仪表14(测试仪表14的数量不限于图中所示的1个，也可以包括两个或多个，根据测试需求和仪表参数进行适配)。
82.其中，第一探针111的数量为4个，各第一探针111等间距设置，第一探针111用于常用频段的测试，因此第一探针111选用能够覆盖测试常用测试频段的天线，以减少更换或不必更换。4个第一探针111分别与矢量网络分析仪的四个端口相连，可以并行采样(即4个第一探针111同时接收待测天线的信号)，大大提高了测试效率。4个第一探针111可以在扫描机构12上同时滑动并连续采样(边移动边采样)，连续采样进一步提高了测试效率。本实施例中，4个第一探针111用于完成θ角度范围为0
°
～90
°
的扫描，配合转台13在360
°
的转动，可以实现待测天线的上半球面的采样。
83.第二探针112的数量为1个，第二探针112用于不常用频段或高频的测试，第二探针112可替换，当第二探针112在扫描机构12上滑动到较低的位置时，便于更换。尤其是对于较大的测试系统来说，扫描机构12的尺寸可能很高，该结构避免了更换不便的问题。第二探针112也可以连续采样，提高测试效率。本实施例中，第二探针112用于完成θ角度范围为0
°
～90
°
的扫描，配合转台13在360
°
的转动，可以实现待测天线的上半球面的采样。
84.本实施例中，扫描机构12可以为一个一体式的半圆形的弧形轨道，以俯仰角0
°
为界分为两段(即两段扫描机构12在连接位置处的切线方向的夹角为180度)，分别用于两组探针11的运动扫描。扫描机构12的上述对称结构便于加工和建造，也比较稳定。
85.本发明的球面扫描测试系统能够在一个测试系统中兼顾测试效率和测试频段调整的灵活性，两组探针共用一个轨道的不同段，机械结构简单稳定，第一探针的设置能够提高测试效率，第二探针的设置能够适配更宽频段的测试产品，本测试系统尤其适于测试大型被测件，例如车辆。
86.另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
87.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
88.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
89.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。