相控陣天線測試系統的製作方法

2023-11-11 13:34:58

1.本實用新型涉及一種天線測試系統，特別涉及一種相控陣天線測試系統。


背景技術：

2.近年來，隨著天線在衛星通信、電子導航、航天探測、雷達監測等領域的廣泛應用，天線測試技術得到了快速發展。尤其是將相控陣天線技術應用到戰術武器領域。相控陣天線的測試技術也發展了幾十年，目前成熟的測試技術主要有:近場、遠場以及緊縮場三大類。近場測試的優點是不需要構建大型微波暗室，可以很好地實現全天候測試，採集的數據信息量大，通過計算分析即可得到方向圖等輻射特性參數；其缺點也非常明顯，主要有對天線測試探頭的位置和移動精度需求較高導致測試系統設計複雜、數據採集量大且需要經過大量計算才能得到輻射特性參數、測試結果不直觀等。緊縮場是一種變相的遠場測試系統，採用高精度反射面和饋源在較小的空間內模擬出遠場測試條件，其優點是對場地需求相對較小，但存在造價昂貴、後期維護保養複雜、測試結果不直觀等缺點。遠場測試系統具有測試快捷方便、測試數據直觀、長期穩定性高、造價適中等優點，主要缺點就是其微波暗室佔地面積較大。
3.隨著相控陣技術的發展，對陣面為曲面的相控陣天線，在同一系統內完成相控陣天線的無源有源測試和陣子單元標校，成為了一個新的迫切需要解決的問題。


技術實現要素：

4.為了克服上述缺陷，本實用新型提供了一種相控陣天線測試系統，該相控陣天線測試系統可以實現平面近場、柱面近場、球面近場、相控陣單元幅度相位標校的快速測試轉換，適用於任意曲面形狀的相控陣天線，大大提高了暗室的利用效率，節約製造成本並提高檢測效率。
5.本實用新型為了解決其技術問題所採用的技術方案是：1.一種相控陣天線測試系統，包括微波暗室、多軸被測物轉臺、多軸機械臂、探頭、控制系統和數據處理單元，所述多軸被測物轉臺和多軸機械臂分別安裝於微波暗室的兩側，被測天線安裝於多軸被測物轉臺上，多軸被測物轉臺能夠帶動被測天線分別繞兩個相互垂直的轉軸轉動，所述探頭安裝在多軸機械臂上，多軸機械臂能夠帶動探頭在微波暗室的三維空間內任意運動，控制系統驅動多軸機械臂及探頭在微波暗室內運動使其與相控陣被測天線的每個單元陣子以相同的距離和角度正對，控制系統控制多軸被測物轉臺和多軸機械臂動作，數據處理單元能夠接收探頭測試數據和控制系統控制數據並通過計算獲取天線測試數據。
6.通過將被測天線安裝在多軸被測物轉臺上實現被測天線的固定安裝，被測天線在多軸被測物轉臺上可以保持固定不動狀態，也可以繞單一轉軸轉動或同時要兩個相互垂直的轉軸轉動，探頭用於朝多軸被測物轉臺上的被測天線進行發射或接收信號的測試，探頭在測試過程中可以固定不動，也可以通過多軸機械臂在微波暗室內進行運動實現對被測天線的測試，測試時，在一個微波暗室內，根據測試天線類型和測試要求使多軸被測物轉臺和
多軸機械臂分別帶動被測天線和探頭進行運動以滿足不同的測試要求，無需更換不同的測試系統，例如探頭保持不動，控制系統控制被測天線繞兩個相互垂直的軸轉動以獲得球面近場測試數據；控制系統驅動被測天線繞一個軸轉動，同時控制多軸機械臂帶動探頭沿著平行於被測天線轉動軸線方向直線運動以獲得柱面近場測試數據；探頭保持不動時，控制系統控制被測天線繞兩個相互垂直的軸轉動以獲得球面近場測試數據；被測天線保持不動時，控制系統控制多軸機械臂帶動探頭沿著上下和左右運動使得探頭在一個豎直平面上運動對被測天線進行測試以獲得平面近場測試數據；被測天線保持不動時，控制系統控制多軸機械臂帶動探頭在微波暗室內運動進而與被測天線每個單元陣子在相同的距離和角度進行測試，以獲得相控陣各單元陣子的標校數據，進行相控陣天線測試時，需要對相控陣天線建模，確認每個單元的具體位置和角度此時可進行幅度和相位標校。
7.作為本實用新型的進一步改進，所述多軸被測物轉臺包括方位轉軸、極化轉軸和平移軸，所述方位轉軸安裝於微波暗室內，方位轉軸能夠繞豎直方向延伸的軸線轉動，平移軸能夠沿方位轉軸徑向滑動的安裝於方位轉軸上，極化轉軸安裝於平移軸上，極化轉軸能夠繞水平方向延伸的軸線轉動，極化轉軸上設有用於固定被測天線的天線定位裝置，控制系統控制方位轉軸和極化轉軸轉動。方位軸繞豎直轉軸轉動，被測天線運動軌跡在一個圓柱面上，探頭豎直運動的情況下適用於柱面近場測試，方位轉軸繞豎直轉軸轉動，同時極化軸繞水平轉軸轉動，使得被測天線運動軌跡在一個球面上，探頭不動的情況下適用於球面近場測試，平移軸沿方位軸徑向滑動可調節被測物的中心至轉臺中心，即方位軸的軸線和極化軸軸線交點位置上，平移軸通過一個柱體連接極化轉軸。測試時，方位轉軸精度≤0.02度，極化轉軸精度≤0.02度，二者可以通過程控和手動控制模式進行控制，其可以具有限位和尋零功能。
8.作為本實用新型的進一步改進，所述極化轉軸的軸線位於方位轉軸軸線所在的豎直平面上，且天線定位裝置能夠使被測天線中心位於極化軸軸線和方位軸的軸線交點位置上。
9.作為本實用新型的進一步改進，所述多軸被測物轉臺還包括轉軸安裝底座，所述轉軸安裝底座安裝於微波暗室的地面上，方位轉軸安裝於轉軸安裝底座上。通過轉軸安裝底座實現多軸被測物轉臺在微波暗室內安裝，安裝方便。
10.作為本實用新型的進一步改進，所述多軸被測物轉臺還包括俯仰轉軸，所述俯仰轉軸安裝於轉軸安裝底座上，所述俯仰轉軸能夠繞水平延伸的軸線轉動，俯仰轉軸圓周外側壁上設有安裝臺面，所述方位轉軸安裝於俯仰轉軸圓周外側壁上的安裝檯面上，所述俯仰轉軸的軸線與極化轉軸的軸線垂直。通過俯仰轉軸轉動可以調節多軸被測物轉臺的俯仰角度，進而調節被測天線的俯仰角度，防止因地面不平等原因導致被測天線本身存在俯仰傾角，通過俯仰轉軸的轉動還可以方便的架設天線，其中俯仰轉軸、方位轉軸和極化轉軸最終都通過電機驅動，控制系統控制電機轉動即可控制各個轉軸轉動。
11.作為本實用新型的進一步改進，所述微波暗室內還固定設有第一水平滑軌，所述多軸被測物轉臺能夠滑動的安裝於第一水平滑軌上，第一水平滑軌上還設有第一水平驅動裝置，所述第一水平驅動裝置驅動多軸被測物轉臺沿第一水平滑軌滑動改變被測天線與探頭之間的水平距離。通過多軸被測物轉臺在第一水平滑軌上滑動來改變其與探頭之間的距離，進而適應不同測試距離要求。
12.作為本實用新型的進一步改進，所述微波暗室內還固定設有第二水平滑軌，所述第二水平滑軌延伸方向與天線定位裝置上相控陣被測天線的水平延伸方向平行，所述第二水平滑軌上能夠滑動的設有探頭滑座，探頭驅動裝置安裝於探頭滑座上，第二水平滑軌上還設有第二水平驅動裝置，所述第二水平驅動裝置驅動探頭滑座沿第二水平滑軌滑動使探頭與相控陣天線上沿水平方向排列的各個單元陣子正對。通過探頭滑座在第二水平滑軌上滑動，改變探頭在相控陣被測天線水平延伸方向的位置，使得在相控陣單元標校模式時，探頭可以與被測天線每個單元陣子在相同的距離和角度進行測試。
13.作為本實用新型的進一步改進，所述第一水平滑軌和第二水平滑軌均為直線滑軌，且第一水平滑軌與第二水平滑軌垂直相交形成t形結構。第一水平滑軌和第二水平滑軌最佳採用高精度導軌和線性軸，其定位精度≤0.1mm，保證被測天線與探頭精確對位，提高測試精確，第一水平驅動裝置和第二水平驅動裝置可以由絲杆螺母機構和電機組成，絲杆螺母機構的絲杆固定安裝於第一、二水平滑軌上，電機驅動絲杆螺母機構的絲杆轉動，絲杆螺母機構的螺母與轉軸安裝底座或探頭滑座固定連接，或者絲杆與轉軸安裝底座或探頭滑座螺紋連接，絲杆螺母機構的螺母固定安裝在第一、二水平滑軌上，電機驅動絲杆轉動實現多軸被測物轉臺位置的調整，此外，也可以在第一、二水平滑軌上設置齒條或鏈條，電機安裝在轉軸安裝底座或探頭滑座上，電機主軸上設置齒輪，通過齒輪與齒條或鏈條嚙合傳動，帶動轉軸安裝底座或探頭滑座沿第一、二滑軌運動，此類都是本領域技術人員根據本專利很容易想到的等同替換結構，屬於本專利保護範圍。
14.作為本實用新型的進一步改進，所述多軸機械臂為六軸機械臂。六軸機械臂可帶動探頭在三維空間內任意運動的安裝於微波暗室內。
15.測試時：所述控制系統控制多軸被測物轉臺和機械手臂運動，同時，控制系統還控制多軸被測物轉臺和機械手臂分別在第一、二水平滑軌上滑動，進而調整被測物與探頭的距離以及對應關係。如探頭保持不動，控制系統可以控制被測天線繞兩個相互垂直的軸轉動以獲得球面近場測試數據；控制系統可以通過多軸被測物轉臺驅動被測天線繞一個軸轉動，同時控制多軸機械臂帶動探頭沿著平行於被測天線轉動軸線方向直線運動以獲得柱面近場測試數據；被測天線保持不動時，控制系統控制多軸機械臂帶動探頭沿著上下和左右運動使得探頭在一個豎直平面上運動，對被測天線進行測試以獲得平面近場測試數據；被測天線保持不動時，控制系統控制多軸機械臂帶動探頭在微波暗室內運動進而與被測天線每個單元陣子在相同的距離和角度進行測試，以獲得相控陣各單元陣子的標校數據。
16.本實用新型的有益效果是：本實用新型通過多軸被測物轉臺固定被測天線，多軸被測物轉臺通過方位轉軸帶動被測天線繞豎直軸轉動，多軸被測物轉臺通過極化轉軸帶動被測天線繞水平轉軸轉動，進而使得被測天線在圓柱面上運行或在球面上運行，配合探頭所在x-y掃描架實現柱面近場測試或球面近場測試，通過採用六軸機械臂帶動探頭在三維空間內運動，實現平面近場測試和相控陣單元標校模式，本實用新型在一個微波暗室內實現了平面近場、柱面近場、球面近場、相控陣單元幅度相位標校的快速測試轉換，尤其可標校任意曲面形狀的相控陣天線，大大提高了暗室的利用效率，節約製造成本並提高測試精度。
附圖說明
17.圖1為本實用新型的結構原理立體圖；
18.圖2為本實用新型的標校示意圖。
具體實施方式
19.實施例：以下針對本實用新型的一個較佳實施例加以詳細說明：
20.如圖1所示實施例，提供一種相控陣天線測試系統，包括微波暗室1、被測天線2、多軸被測物轉臺3、六軸機械臂4、探頭9、第一水平滑軌5、第二水平滑軌8、控制系統和數據處理單元。
21.所述微波暗室內固定安裝有直線型的第一水平滑軌5和第二水平滑軌8，第一水平滑軌5和第二水平滑軌8在微波暗室1內以t字型固定放置在地面上；所述多軸被測物轉臺3包括轉軸安裝底座、方位轉軸6、極化轉軸7和平移軸，轉軸安裝底座能夠滑動的設於第一水平滑軌5上，第一水平驅動裝置驅動轉軸安裝底座沿第一水平滑軌5滑動，方位轉軸6能夠繞豎直方向軸線轉動的安裝於轉軸安裝底座上，平移軸在方位轉軸上，平移軸能沿方位軸徑向滑動，極化軸7能夠繞水平方向延伸的軸線轉動的安裝於連接柱上端，極化軸上設有一個天線定位裝置，被測天線2能夠固定安裝於天線定位裝置上；
22.第二水平滑軌8上能夠滑動的設有探頭滑座，第二水平驅動裝置驅動探頭滑座沿第二水平滑軌8滑動，所述六軸機械臂4固定安裝在探頭滑座上，探頭9安裝在六軸機械臂4的運動端上，六軸機械臂的運動端帶著探頭9在微波暗室1內運動使其與相控陣被測天線的每個單元陣子以相同的距離和角度正對；
23.控制系統控制多軸被測物轉臺和探頭驅動裝置運動，數據處理單元能夠接收探頭測試數據和控制系統控制數據並通過計算獲取天線測試數據。
24.實現平面近場測試時，被測天線2是固定不動的，六軸機械臂4則上下運動構成y軸，平移軸左右運動構成x軸，而被測天線2到六軸機械臂3的距離可以通過轉軸安裝底座在第一水平滑軌5上滑動進行調節，以此形成平面近場測試模式。
25.實現柱面近場測試時，被測天線2沿著被測轉臺3上的方位軸6進行旋轉，六軸機械臂4則進行上下運動構成y軸，此時方位軸6可以進行360
°
旋轉，被測天線2到六軸機械臂4的距離同樣是可以通過轉軸安裝底座在第一水平滑軌5上滑動進行調節，這時，六軸機械臂3和方位軸6共同構成柱面近場測試系統。
26.實現球面近場測試時，被測天線2沿著方位軸6和極化軸7進行旋轉，方位軸6可以進行0-360
°
的旋轉，極化軸7可進行0-180
°
的旋轉，六軸機械臂4的一端固定著探頭與3軸被測物轉臺3共同構成球面近場測試系統，其中被測天線2到六軸機械臂4的距離是可通過轉軸安裝底座在第一水平滑軌5上滑動進行調節。
27.實現相控陣單元標校模式時，通過轉軸安裝底座在第一水平滑軌5上滑動使被測天線2靠近六軸機械臂4到合適位置，探頭通過六軸機械臂4運動以及探頭滑座在第二水平滑軌上滑動實現精準對準每個單元陣子到相同的距離和角度。需要對相控陣天線建模，確認每個單元的具體位置和角度此時可進行幅度和相位標校。
28.以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換，均應包含在本發明的保護範圍之內。