一种多用户电磁波成像及测量系统的制作方法

1.本实用新型涉及测量设备领域，尤其涉及一种多用户电磁波成像及测量系统。


背景技术：

2.目前矢量网络分析仪是一种广泛应用于微波测量的仪器，可以说是微波电子电路器件设计的万用表，但是只能满足单一用户使用，并且矢量网络分析仪价格昂贵难以大批量购买，还对运行环境要求比较苛刻。因此，很多教学或者研发单位很难以vna为平台组建完整的教学实验室平台和产线。而且在教学或企业工厂的测试环境下仪器的多次插拔等操作易造成机械磨损、意外损坏，维修也大大增加了仪器的使用成本。未来几年，低成本与高质量的微波测量及成像系统势必在高校的人才培养、企业工厂的大规模应用等领域市场前景广阔。鉴于此本发明提出一种多用户电磁波成像及测量系统，是十分有必要的。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种多用户电磁波成像及测量系统，旨在提高矢量网络分析仪的使用率，降低成本。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了一种多用户电磁波成像及测量系统，包括服务器、路由器、矢量网络分析仪、矩阵开关箱和多个测量端，多个所述测量端分别与所述矩阵开关箱连接，所述矢量网络分析仪与所述矩阵开关箱连接，所述路由器与多个所述测量端和矢量网络分析仪连接，所述服务器与所述路由器和所述矩阵开关箱连接；
5.所述测量端，用于对待测器件进行测试；
6.所述矩阵开关箱，用于分别传输多个所述测量端产生的测试信号；
7.所述矢量网络分析仪，用于对多个测试进行分析；
8.所述服务器，用于配置矢量网络分析仪以及读取数据；
9.所述路由器，用于在服务器和测量端之间传输数据。
10.其中，所述矩阵开关箱包括箱体、两个16路矩阵开关和开关控制电路，两个所述16路矩阵开关与多个所述测量端连接，并设置在所述箱体内，所述开关控制电路与两个所述16路矩阵开关连接，并设置在所述箱体一侧。
11.其中，所述箱体具有多个散热孔，多个所述散热孔分布在所述箱体上。
12.其中，所述测量端包括客户机、二维成像滑台、二维成像滑台控制芯片电路和探测针，所述客户机与所述路由器连接，所述二维成像滑台控制芯片电路与所述客户机连接，所述二维成像滑台与所述二维成像滑台控制芯片电路连接，所述探测针设置在所述二维成像滑台上；
13.所述客户机，用于发送测试指令；
14.所述二维成像滑台控制芯片电路，用于控制二维成像滑台移动；
15.所述二维成像滑台，用于带动探测针移动对待测器件进行检测。
16.其中，所述二维成像滑台包括滑台外壳、滑块、直线滑臂、步进电机和滑臂支架，所
述滑块与直线滑臂滑动连接，并位于滑台外壳内，所述步进电机设置在所述滑台外壳内，所述直线滑臂置于滑台外壳内，并固定于滑台外壳壁上，步进电机通过履带与滑块以及滑臂支架连接，所述滑臂支架置于滑台外壳外部，所述探测针设置在所述滑臂支架上。
17.其中，所述二维成像滑台还包括天线支架，所述天线支架与所述滑台外壳固定连接，并位于所述滑台外壳的一侧。
18.本实用新型的一种多用户电磁波成像及测量系统，所述矢量网络分析仪可以对信号进行分析测试，从而可以对多组信号进行测试。通过射频线的方式将测量端和矩阵开关箱连接以采集测量端采集的信号，然后通过矩阵开关箱集中对所有测量端的信号进行转换和传输，可以以并行或者串行的方式传输到所述矢量网络分析仪中进行分析，然后通过所述服务器可以对所述矢量网络分析仪采集的数据进行读取，并通过所述路由器下放到所述测量端，从而可以让多个所述测量端使用同一矢量网络分析仪进行分析，提高了矢量网络分析仪的使用效率，实现了微波测量仪器的多人同时使用，并且使用这种测试系统还拓展了网络分析仪的测量功能，通过设置不同长度的连接线还使微波测试环境与精密仪器隔离开，既大幅度增加仪器的使用效率，也保护了仪器，不仅致力于解决高校本科生实验教学的问题，还解决设备购买资金紧张的预算问题，更能带来后期维护费用的相应减少。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本实用新型的一种多用户电磁波成像及测量系统的实施结构图；
21.图2是本实用新型的一种多用户电磁波成像及测量系统的结构图；
22.图3是本实用新型的二维成像滑台的结构图；
23.图4是本实用新型的矩阵开关箱的结构图。
24.1-服务器、2-路由器、3-矢量网络分析仪、4-矩阵开关箱、5-测量端、41-箱体、42-16路矩阵开关、43-开关控制电路、51-客户机、52-二维成像滑台、53-二维成像滑台控制芯片电路、54-探测针、411-散热孔、521-滑台外壳、522-滑块、523-直线滑臂、524-步进电机、525-滑臂支架、526-天线支架。
具体实施方式
25.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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实用新型和简化描述，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
实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.请参阅图1～图4，本实用新型提供一种多用户电磁波成像及测量系统：
28.包括服务器1、路由器2、矢量网络分析仪3、矩阵开关箱4和多个测量端5，多个所述测量端5分别与所述矩阵开关箱4连接，所述矢量网络分析仪3与所述矩阵开关箱4连接，所述路由器2与多个所述测量端5和矢量网络分析仪3连接，所述服务器1与所述路由器2和所述矩阵开关箱4连接；
29.所述测量端5，用于对待测器件进行测试；
30.所述矩阵开关箱4，用于分别传输多个所述测量端5产生的测试信号；
31.所述矢量网络分析仪3，用于对多个测试进行分析；
32.所述服务器1，用于配置矢量网络分析仪3以及读取数据；
33.所述路由器2，用于在服务器1和测量端5之间传输数据。
34.在本实施方式中，所述矢量网络分析仪3可以对信号进行分析测试，从而可以对多组信号进行测试。通过射频线的方式将测量端5和矩阵开关箱4连接以采集测量端5采集的信号，然后通过矩阵开关箱4集中对所有测量端5的信号进行转换和传输，可以以并行或者串行的方式传输到所述矢量网络分析仪3中进行分析，然后通过所述服务器1可以对所述矢量网络分析仪3采集的数据进行读取，并通过所述路由器2下放到所述测量端5，从而可以让多个所述测量端5使用同一矢量网络分析仪3进行分析，提高了矢量网络分析仪3的使用效率，实现了微波测量仪器的多人同时使用，并且使用这种测试系统还拓展了网络分析仪的测量功能，通过设置不同长度的连接线还使微波测试环境与精密仪器隔离开，既大幅度增加仪器的使用效率，也保护了仪器，不仅致力于解决高校本科生实验教学的问题，还解决设备购买资金紧张的预算问题，更能带来后期维护费用的相应减少。
35.进一步的，所述矩阵开关箱4包括箱体41、两个16路矩阵开关42和开关控制电路43，两个所述16路矩阵开关42与多个所述测量端5连接，并设置在所述箱体41内，所述开关控制电路43与两个所述16路矩阵开关42连接，并设置在所述箱体41一侧。
36.在本实施方式中，通过箱体41对所述16路矩阵开关42和所述开关控制电路43进行保护，两个16路矩阵开关42的一对输出端由用户连接各自二维成像滑台52射频探针和待测器件，通过所述开关控制电路43可以对两个所述16路矩阵开关42进行控制。
37.进一步的，所述箱体41具有多个散热孔411，多个所述散热孔411分布在所述箱体41上。
38.在本实施方式中，所述散热孔411可以散出所述箱体41内部的热量，改善工作环境。
39.进一步的，所述测量端5包括客户机51、二维成像滑台52、二维成像滑台控制芯片电路53和探测针54，所述客户机51与所述路由器2连接，所述二维成像滑台控制芯片电路53与所述客户机51连接，所述二维成像滑台52与所述二维成像滑台控制芯片电路53连接，所述探测针54设置在所述二维成像滑台52上；
40.所述客户机51，用于发送测试指令；
41.所述二维成像滑台控制芯片电路53，用于控制二维成像滑台52移动；
42.所述二维成像滑台52，用于带动探测针54移动对待测器件进行检测。
43.在本实施方式中，所述客户机51利用c#编程语言编写并搭载到电脑上，通过网口与路由器2相连接，或者连接由路由器2建立的局域网，并基于c/s通信模式实现与服务器1之间的通信，进而实现指令发送和数据传输；用户通过在客户机51上自定义测量设置完成相应微波器件测量任务。通过由矩阵开关箱4接出的射频线一端连接到所述二维成像滑台52的探测针54端口上，一端连接到待测样品上，经由客户机51的测量设置完成待测样品的二维电磁波成像，并显示在客户机51上，所述二维成像滑台控制芯片电路53可以控制所述二维成像滑台52移动对待测器件进行检测扫描。
44.进一步的，所述二维成像滑台52包括滑台外壳521、滑块522、直线滑臂523、步进电机524和滑臂支架525，所述滑块522与直线滑臂523滑动连接，并位于滑台外壳内521，所述步进电机524设置在所述滑台外壳521内，所述直线滑臂523置于滑台外壳521内，并固定于滑台外壳521壁上，步进电机524通过履带与滑块522以及滑臂支架525连接，所述滑臂支架525置于滑台外壳521外部，所述探测针54设置在所述滑臂支架525上。
45.在本实施方式中，所述滑台外壳521对所述滑块522进行支撑，所述步进电机524可以带动履带转动，从而可以带动所述滑块522相对所述滑台外壳521滑动，所述滑块522上设置有滑臂支架525用于安装所述探测针54进行检测，从而可以方便地对所述探测针54的移动进行控制。
46.进一步的，所述二维成像滑台52还包括天线支架526，所述天线支架526与所述滑台外壳521固定连接，并位于所述滑台外壳521的一侧。
47.在本实施方式中，所述天线支架526方便安装天线。
48.下面采用几个具体的实施例进行说明。
49.实施例1：
50.将矢量网络分析仪3与路由器2通过网口连接，使用服务器1和16个客户机51通过网线连接路由器2，或连接由路由器2建立的局域网，矢量网络分析仪3的输出连接两个16路矩阵开关42，两个16路矩阵开关42的一对输出端由用户连接各自二维成像滑台52射频探针和待测器件，每个二维成像滑台控制芯片电路53由用户连接至每个客户端，用于控制滑台的运动。
51.二维成像滑台52，由滑台外壳521，两个直线滑杆，两个直线滑臂523，两个步进电机524，两个滑臂支架525，电磁波探测针54，三个天线支架526，履带，滑块522组成；滑台外壳521可黏贴吸波材料，两个直线滑臂523使用非金属材质，两个滑臂支架525也由非金属材料构成。
52.在多用户进行电磁波近场成像时，通过服务机设置网络分析仪创立测量参数，每个用户在测量时首先调整待测器件位置高度，使之到二维成像滑台52上所连接的射频探针针尖的距离小于10mm,每个用户使用客户机51调节探针位置使之正对待测器件的一个顶点处并将此处定位探针扫描的起始位置，再将探针移动到所扫描矩形区域的对角处，使之扫描的矩形区域刚好包围住整个待测器件；每个用户通过客户机51设置扫描点数和起始频率后开始扫描，客户机51通过二维成像滑台控制芯片电路53控制二维成像滑台52使射频探针做等间距的有规律的自动扫描，运动到每一个所设置的坐标点，客户机51通过服务器1控制矢量网络分析仪3都会进行一次幅值和相位的采集工作，最终完成场图的绘制。因为待测器件会发射一个自由的电磁场，当滑台外壳521黏贴上吸波材料，两个直线滑臂523和滑臂支
架525采用非金属材料使可以提高测量数据的精准度，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
53.实施例2：
54.将矢量网络分析仪3与路由器2通过网口连接，使用服务器1和16个客户机51通过网线连接路由器2，或连接由路由器2建立的局域网，矢量网络分析仪3的输出连接两个16路矩阵开关42，两个16路矩阵开关42的一对输出端由用户连接各自的发射和接收天线，并将天线安装二维成像滑台52的两端的天线架上，并在二维成像滑台52中间滑块522的天线支架526上安装电磁波挡板或者电磁波反射板，每个二维成像滑台控制芯片电路53由用户连接至每个客户端，用于控制滑台的运动。
55.二维成像滑台52，由滑台外壳521，两个直线滑杆，两个直线滑臂523，两个步进电机524，两个滑臂支架525，电磁波探测针54，三个天线支架526，履带，滑块522组成；滑台外壳521可黏贴吸波材料，天线支架526采用非金属材料构成。
56.在多用户进行电磁波折射和绕射实验时，通过服务机设置网络分析仪创立测量参数，由于二维成像滑台52的两端的天线架固定，每个用户可通过客户机51完成二维成像滑台52滑块522的定向定距移动，从而实现电磁波反射板或挡板的定向定距移动，当电磁波反射板或挡板的移动到设定的位置时，每个用户可以再客户机51上设置测量的起始频率和点数并开始测量，客户机51通过服务器1控制矢量网络分析仪3进行一次测量数据的采集工作，并将数据和图显示在客户机51中，从而完成电磁波的折射和绕射实验。此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
57.实施例3：
58.将矢量网络分析仪3与路由器2通过网口连接，使用服务器1和16个客户机51通过网线连接路由器2，或连接由路由器2建立的局域网，矢量网络分析仪3的输出连接两个16路矩阵开关42，两个16路矩阵开关42的一对输出端由用户测量器件使用。
59.在多用户进行器件测量时，通过服务机设置网络分析仪设立测量参数，每个用户可通过客户机51设置测量的参数起始频率和点数，每个用户通过由两个16路矩阵开关42所接出的一对射频线并根据自己的测量需求选择相应端口进行器件测量，在测量前，每个用户可通过客户机51间接控制矢量网络分析仪3完成器件测量前的校准工作，提高测量数据的精准度，待器件测量完成后，客户机51自动将测量数据绘制到客户机51显示界面，并完成数据保存。此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
60.综上所述本实用新型的优点及有益效果如下：
61.减少成本；与传统的微波成像系统相比，本系统采用高指标的矢量网络分析仪3一套，16通道矩阵开关箱4一套，1个服务器1，16个客户机51、二维成像二维成像滑台16套构成的综合性实验平台。在相同的仪器设备条件下能够完成最多32人(16组)的实验测试。能解决传统电磁场及电磁波实验系统的多人同时开设实验课程耗费资金巨大的缺点。
62.基于网络分析仪的二次开发，功能强大；通过二次开发拓展了网络分析仪原本不具备的功能，成像模块在教学仪器应用中实时地获取空间信息，将电磁波可视化。还能通过扩展进行如下测量(部分举例，不限于此)：波导和共面波导内传播、截止模式的直接成像、表面等离子体激元的传播测试、拓扑绝缘体的测试成像、材料介电常数的测量等。
63.提高仪器使用寿命和降低维修成本；通过网络将仪器设备与用户隔离，在教学及
测试环境下可以避免仪器的意外损坏和多次插拔给仪器带来的机械磨损，极大的提高了仪器的使用寿命。而且vna的接口是具有一定的机械磨损和使用寿命的，本系统给仪器设备的维护和保养带来极大的便利。
64.以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。