一种相控阵无源天线自动化测试装置的制作方法

1.本实用新型属于天线测试技术领域，具体涉及一种相控阵无源天线自动化测试装置。


背景技术：

2.随着科学的发展与进步，通信设备广泛的应用到人们的生活中。相控阵天线为通信设备中的重要组成部分。相控阵天线对于通信设备的通信质量至关重要。相控阵天线由多通道阵列天线组成，阵列天线中的每一个单元都对应了一个射频通路。相控阵天线(以下简称天线)属于一种多端口天线，在其研发、生产过程中需要多次测量相关射频指标。
3.相控阵天线需要测试端口的s参数，将待测件端口与矢量网络分析仪通过射频线缆连接，通过仪表相关配置即可测试相关参数，通常矢量网络分析仪包含2或4个测试端口，而待测试的相控阵天线包含多个端口需要测试，因此需要实现仪表测试端口与天线之间的端口连接，现有技术中采用人工手动测试，由于连接线缆复杂，安装调试繁琐，测试效率低、耗时长，费时费力，严重影响天线测试效率的。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种相控阵无源天线自动化测试装置、测试系统及测试方法。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.一种相控阵无源天线自动化测试装置，包括：测试箱体和设置所述测试箱体内的五轴测试台；
6.所述五轴测试台，包括：机架、测试连接件、工业数字相机、x轴运动机构、y轴运动机构、z轴运动机构、天线夹紧机构、x轴相位运动机构和y轴相位运动机构；
7.所述x轴运动机构、所述y轴运动机构、所述z轴运动机构和所述天线夹紧机构设置在所述机架的台面上，所述x轴相位运动机构和所述y轴相位运动机构设置在所述机架的台面下方；
8.所述x轴运动机构，与所述y轴运动机构连接；
9.所述y轴运动机构，与所述z轴运动机构连接；
10.所述天线夹紧机构，位于所述z轴运动机构的下方；
11.所述测试连接件，设置在所述z轴运动机构上，一端与待测天线的待测射频接口连接，另一端与矢量网络分析仪连接；
12.所述工业数字相机，设置在所述z轴运动机构上，位于所述测试连接件的一侧；
13.所述x轴相位运动机构，设置在所述机架上，轴向与所述x轴运动机构的轴向平行；
14.所述y轴相位运动机构，设置在所述x轴相位运动机构上，轴向与所述y轴运动机构的轴向平行。
15.在本实用新型的一个实施例中，所述x轴运动机构，包括：第一驱动轨道和第二驱
动轨道；
16.所述第一驱动轨道和所述第二驱动轨道平行且相对设置；
17.所述y轴运动机构，包括：第三驱动轨道；
18.所述第三驱动轨道的两端分别与所述第一驱动轨道和第二驱动轨道连接；
19.所述z轴运动机构，包括第四驱动轨道；
20.所述第四驱动轨道，与所述第三驱动轨道连接；
21.所述测试连接件和所述工业数字相机设置在所述第四驱动轨道上；
22.所述天线夹紧机构，位于所述第一驱动轨道和所述第二驱动轨道之间，且位于所述第四驱动轨道下方。
23.在本实用新型的一个实施例中，所述天线夹紧机构，包括：第五驱动轨道、两个导向杆和两个夹持件；
24.所述第五驱动轨道的轴向与所述第三驱动轨道的轴向平行，所述导向杆与所述第五驱动轨道的轴向平行，两个所述导向杆分别位于所述第五驱动轨道的上方和下方；
25.所述夹持件与所述第五驱动轨道连接，且与所述导向杆滑动连接。
26.在本实用新型的一个实施例中，所述x轴相位运动机构，包括：第六滑杆和第七滑杆；
27.所述第六滑杆，两端与所述机架固定连接；
28.所述第七滑杆，与所述第六滑杆平行且相对设置，两端与所述机架固定连接；
29.所述y轴相位运动机构，包括第八驱动轨道；
30.所述第八驱动轨道，两端分别与所述第六滑杆和所述第七滑杆滑动连接。
31.在本实用新型的一个实施例中，还包括安装座；
32.所述安装座，设置在所述第四驱动轨道上；
33.所述工业数字相机和所述测试连接件均设置在所述安装座上。
34.在本实用新型的一个实施例中，还包括定位件；
35.所述定位件，与所述安装座转动连接，位于所述工业数字相机的一侧。
36.在本实用新型的一个实施例中，所述定位件，包括：连接座和定位轴；
37.所述连接座，与所述安装座转动连接；
38.所述定位轴，与所述连接座连接，可与所述工业数字相机的光轴平行。
39.本实用新型的有益效果：
40.本实用新型通过五轴测试台可以对相控阵无源天线进行测试操作，通过天线夹紧机构将待测天线夹紧，控制x轴运动机构、y轴运动机构、z轴运动机构带动测试连接件和工业数字相机运动，工业数字相机采集待测天线的待测射频接口的图像，图像反馈至外部伺服控制系统，伺服控制系统控制x轴运动机构、y轴运动机构、z轴运动机构带动测试连接件运动到每个待测射频接口处并与待测射频接口完成对接连接，天线的测试全程自动化程度较高，大幅度提高了天线的测试效率。同时，通过x轴相位运动机构和y轴相位运动机构可以进行相位、方位图相关测试，增加了功能性。
41.以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
42.图1是本实用新型实施例提供的一种相控阵天线自动化测试装置测试面型天线的使用状态结构示意图；
43.图2是本实用新型实施例提供的一种相控阵天线自动化测试装置测试线型天线的使用状态结构示意图；
44.图3是本实用新型实施例提供的x轴相位运动机构和y轴相位运动机构的结构示意图；
45.图4是本实用新型实施例提供的定位件的工作状态的结构示意图；
46.图5是本实用新型实施例提供的定位件的非工作状态的结构示意图。
47.附图标记说明：
48.10-待测天线；20-机架；21-让位通孔；30-测试连接件；40-工业数字相机；50-x轴运动机构；51-第一驱动轨道；52-第二驱动轨道；60-y轴运动机构；61-第三驱动轨道；70-z轴运动机构；71-第四驱动轨道；72-安装座；73-连接座；74-定位轴；80-天线夹紧机构；81-第五驱动轨道；82-导向杆；83-夹持件；90-x轴相位运动机构；91-y轴相位运动机构；92-第六滑杆；93-第七滑杆；94-第八驱动轨道。
具体实施方式
49.下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
50.实施例一
51.参见图1，一种相控阵无源天线自动化测试装置，包括：测试箱体和设置测试箱体内的五轴测试台。
52.五轴测试台，包括：机架20、测试连接件30、工业数字相机40、x轴运动机构50、y轴运动机构60、z轴运动机构70、天线夹紧机构80、x轴相位运动机构90和y轴相位运动机构91。x轴运动机构50、y轴运动机构60、z轴运动机构70和天线夹紧机构80设置在机架20的台面上，x轴相位运动机构90和y轴相位运动机构91设置在机架20的台面下方。
53.x轴运动机构50与y轴运动机构60连接，x轴运动机构50可以驱动y轴运动机构60沿x轴方向运动。y轴运动机构60与z轴运动机构70连接，y轴运动机构60可以驱动z轴运动机构70沿y轴方向运动。测试连接件30设置在z轴运动机构70上，z轴运动机构70驱动测试连接件30沿z轴方向(上下)运动，测试连接件30的一端与待测天线10的待测射频接口连接，测试连接件30的另一端与矢量网络分析仪连接。其中，测试连接件30包括射频电缆组件和转接器，转接器与待测天线10的待测射频接口连接，射频电缆组件的一端连接转接器，另一端与矢量网络分析仪连接。
54.x轴方向和y轴方向为机架20台面内相互垂直的两个方向，z轴方向为垂直机架20台面的方向。工业数字相机40设置在z轴运动机构70上，工业数字相机40位于测试连接件30的一侧，z轴运动机构70驱动测试连接件30和工业数字相机40沿z轴方向(上下)运动。天线夹紧机构80位于z轴运动机构70的下方。天线夹紧机构80将待测天线10进行夹持定位，x轴运动机构50、y轴运动机构60、z轴运动机构70带动测试连接件30和工业数字相机40运动，工业数字相机40采集待测天线10的待测射频接口的图像发送至外部伺服控制系统，伺服控制
系统确定待测射频接口的位置后控制x轴运动机构50、y轴运动机构60、z轴运动机构70运动调整测试连接件30的位置，调整到位后(测试连接件30对准待测射频接口)z轴运动机构70带动测试连接件30向下运动以使测试连接件30与待测射频接口插接连接，完成相关测试。
55.完成一个连接器的测试后，重复上述过程依次完成所有待测射频接口的插接和测试。其中，待测天线10可以是面型天线或线型天线。
56.机架20的台面上还可以开设有让位通孔21，让位通孔21位于天线夹紧机构80下方，可以用于对体积较大、高度较高的待测天线10进行让位以提供足够的夹持空间。让位通孔21与待测天线10正对。x轴相位运动机构90设置在机架20上，x轴相位运动机构90的轴向与x轴运动机构50的轴向平行。y轴相位运动机构91设置在x轴相位运动机构90上，y轴相位运动机构91的轴向与y轴运动机构60的轴向平行。本实施例中，另一面天线设置在y轴相位运动机构91上，y轴相位运动机构91可以在x轴相位运动机构90上运动，y轴相位运动机构91带动该天线在y轴相位运动机构91上运动，从而该天线相对于天线夹紧机构80上的待测天线10运动，两个天线的相对位置改变，从而可以对待测天线10进行相位、方位图相关的测试。
57.本实施例中，天线的测试全程自动化程度较高，大幅度提高了天线的测试效率。同时，通过x轴相位运动机构90和y轴相位运动机构91可以进行相位、方位图相关测试，增加了功能性。
58.在一种可行的实现方式中，由于各种不同类型的天线在设计、生产过程中有各种误差，导致不同类型、同一类型不同天线在装夹过程中其装夹位置很难保证一致性，其位置的的偏差就会导致测试装置的行走位置与天线连接器位置无法准确重合，无法完成测试工作并且存在损伤天线的风险，通过工业数字相机40采集天线的图像，以便于伺服控制系统能够准确的识别天线的每一个连接器位置，从而完成高精度的定位工作。其中，采用全封闭式测试箱体设计保证操作者安全。
59.进一步地，如图2所示，x轴运动机构50，包括：第一驱动轨道51和第二驱动轨道52。第一驱动轨道51和第二驱动轨道52平行且相对设置。y轴运动机构60包括：第三驱动轨道61。第三驱动轨道61的两端分别与第一驱动轨道51和第二驱动轨道52连接。第一驱动轨道51和第二驱动轨道52同步驱动第三驱动轨道61运动沿第一驱动轨道51和第二驱动轨道52的轴向(x轴)运动。z轴运动机构70，包括第四驱动轨道71。第四驱动轨道71与第三驱动轨道61连接。第三驱动轨道61驱动第四驱动轨道71在第三驱动轨道61的轴向(y轴)上运动，测试连接件30和工业数字相机40设置在第四驱动轨道71上，第四驱动轨道71驱动射频插头和工业数字相机40在第四驱动轨道71的轴向(z轴)上运动。天线夹紧机构80位于第一驱动轨道51和第二驱动轨道52之间且位于第四驱动轨道71下方。
60.本实施例中，四个驱动轨道采用电控驱动，结构简单且便于维护。
61.在一种可行的实现方式中，四个驱动轨道均采用伺服电机、滚珠丝杠和直线滑轨结构，滚珠丝杠的滑块与丝杠螺纹连接，滑块与直线滑轨滑动连接，直线滑轨与丝杠平行，伺服电机驱动丝杠转动，滑块沿丝杠直线运动。第一驱动轨道51和第二驱动轨道52分别单独驱动且保持同步驱动。第一驱动轨道51的滑块和第二驱动轨道52的滑块分别与第三驱动轨道61的直线滑轨的两端固定连接，第三驱动轨道61的滑块与第四驱动轨道71的直线滑轨固定连接，第四驱动轨道71的滑块与测试连接件30和工业数字相机40固定连接。第一驱动
轨道51的滑块和第二驱动轨道52的滑块带动第三驱动轨道61和第四驱动轨道71运动，第三驱动轨道61的滑块运动带动第四驱动轨道71运动，第四驱动轨道71的滑块运动带动测试连接件30和工业数字相机40运动。
62.进一步地，如图2所示，天线夹紧机构80，包括：第五驱动轨道81、两个导向杆82和两个夹持件83。第五驱动轨道81的轴向与第三驱动轨道61的轴向平行，导向杆82与第五驱动轨道81的轴向平行，两个导向杆82位于第五驱动轨道81的上方和下方。夹持件83与第五驱动轨道81连接，且与导向杆82滑动连接。本实施例中，第五驱动轨道81和导向杆82位于第三驱动轨道61下方，第五驱动轨道81驱动两个夹持件83沿y轴方向相向运动或相背离运动。导向杆82能够使两个夹持件83更加平稳地运动。待测天线可以被夹持在两个夹持件83之间。在需要夹持待测天线时，将待测天线放置在两个夹持件83之间，第五驱动轨道81驱动两个夹持件83沿y轴方向相向运动运动，将待测天线夹紧，从而将待测天线定位，然后进行相关测试。
63.在一种可行的实现方式中，第五驱动轨道81可以包括伺服电机、正反牙丝杠和两个滑块，两个滑块与正反牙丝杠螺纹连接且与导向杆82滑动连接，两个夹持件83分别与两个滑块固定连接，导向杆82与丝杠平行，伺服电机驱动正反牙丝杠转动，两个滑块带动两个夹持件83相向运动将待测天线夹紧，测试完成之后，两个滑块带动两个夹持件83相背离运动将待测天线松开。两个夹持件83与滑块通过螺栓连接，根据待测天线的不同形状和型号可以更换使用不同的夹持件83。
64.进一步地，如图2和图3所示，x轴相位运动机构90，包括：第六滑杆92和第七滑杆93。第六滑杆92的两端与机架20固定连接。第七滑杆93与第六滑杆92平行且相对设置，第七滑杆93的两端与机架20固定连接。第六滑杆92和第七滑杆93位于让位通孔21的两侧。y轴相位运动机构91包括第八驱动轨道94。第八驱动轨道94的两端分别与第六滑杆92和第七滑杆93滑动连接。本实施例中，y轴相位运动机构91的位置需要移动时，手动推动第八驱动轨道94在第六滑杆92和第七滑杆93上滑动运动即可。第八驱动轨道94上还设置有安装件，用于安装另一面天线，第八驱动轨道94可以驱动安装件和另一面天线在沿y轴方向运动。因此，另一面天线可以在xy平面内相对待测天线的位置发生变化，从而可以对待测天线进行相位、方位图相关的测试。
65.在一种可行的实现方式中，第八驱动轨道94的结构可以为伺服电机、直线滑轨和滚珠丝杠结构，滚珠丝杠的滑块与丝杠螺纹连接，滑块与安装件固定连接，安装件与直线滑轨滑动连接，滑块带动安装件沿丝杠运动。
66.进一步地，如图4所示，一种相控阵无源天线自动化测试装置还包括安装座72。安装座72设置在第四驱动轨道71上。工业数字相机40和测试连接件30均设置在安装座72上。本实施例中，安装座72设置在第四驱动轨道71的螺母滑块上，用于安装测试连接件30和工业数字相机40。
67.进一步地，一种相控阵无源天线自动化测试装置还包括定位件。定位件与安装座72转动连接，定位件位于工业数字相机40的一侧。在测试开始前，x轴运动机构50、y轴运动机构60、z轴运动机构70运动带动定位件运动至与待测天线上的定位孔对准定位，作为待测天线的位置坐标的相对原点，以便于后续伺服控制系统计算待测射频接口的位置坐标。
68.进一步地，如图4和图5所示，定位件，包括：连接座73和定位轴74。连接座73与安装
座72转动连接。定位轴74与连接座73连接，定位轴74可与工业数字相机40的光轴平行。本实施例中，需要定位时，手动转动连接座73，使定位轴74与工业数字相机40的光轴平行(工业数字相机40的镜头朝向待测天线)，工业数字相机40的光轴与z轴方向平行，然后z轴运动机构70带动定位轴74向下运动插入待测天线的定位孔进行定位。定位完成后可以转动连接座73将定位轴74横置以避免安装座72向下运动时与待测天线接触干涉安装座72的运动。
69.在一种可行的实现方式中，一种相控阵无源天线自动化测试装置的伺服控制系统包括设置在测试箱体内的工业控制计算机。工业控制计算机，与第一驱动轨道51的伺服电机、第二驱动轨道52的伺服电机、第三驱动轨道61的伺服电机、第四驱动轨道71的伺服电机、第五驱动轨道81的伺服电机、第八驱动轨道94的伺服电机工业数字相机40和矢量网络分析仪电连接。工业控制计算机控制各个电动元件工作以及进行测试数据的处理。
70.本实用新型的具体使用和测试过程如下：
71.1、天线安装：测试人员根据不同测试天线，在天线夹紧机构80装入对应的夹持件83，将待测天线放入，若该类型待测天线为第一次测试，需要伺服控制系统控制xyz轴运动机构运动，使工业数字相机40对该待测天线整体进行拍照，完成图像数据导入；待天线夹紧机构完成待测天线固定安装后，反馈给伺服控制系统，完成待测天线装夹。
72.2、装夹完成后，伺服控制系统依据导入的天线参数，控制xyz轴运动机构运动带动定位轴74插入待测天线的定位孔中，通过定位轴74定位待测天线的位置坐标的相对原点，之后控制xyz轴运动机构运动至每一个待测射频接口附近，伺服控制系统通过图像识别和坐标计算得到待测射频接口的实际位置信息，完成待测射频接口的位置定位，伺服控制系统根据相实际位置信息再次控制xyz轴运动机构运动，完成测试连接件30与待测天线的待测射频接口的准确对接连接，发送相关测试指令进行测试，测试数据通过矢量网络分析仪输入伺服控制系统的软件中，完成相关测试。
73.3、测试连接件30与待测天线的连接器依次对接，完成整个天线的测试，之后还可以调节相位运动机构的位置，完成相位、方位图相关测试。
74.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。
75.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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。
76.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；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。
77.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
78.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
79.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。