一种相控阵无源天线自动化测试系统及测试方法与流程

1.本发明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系统及测试方法。


背景技术：

2.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。天线在测试时无需供电，因此无需考虑供电及散热等问题，只需要考虑避免外界对测试结果的干扰，在测试的过程中通过依次将待测试天线的每个连接器与仪表测试接口连接，完成相关指标的测试。
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，通过配置仪表相关测试参数即可完成相关指标测试，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的待测试射频接口之间的连接，传统人工手动测试测试效率低、耗时长，特别是多次测试中因为人工测试带入的不确定因素导致测试结果不确定度较高。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种相控阵无源天线自动化测试系统及测试方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.本发明实施例的第一方面提供一种相控阵无源天线自动化测试系统，包括：测试箱体、工业控制计算机、测试模块、多轴运动控制器、五轴测试台和矢量网络分析仪；
6.所述工业控制计算机，设置在所述测试箱体内；
7.所述五轴测试台，设置在所述测试箱体内，包括：机架、工业数字相机、天线夹紧机构、三轴伺服运动机构和两轴伺服相位运动机构；
8.所述天线夹紧机构，设置在所述机架的台面上，用于固定待测天线；
9.所述三轴伺服运动机构，具有测试连接件，设置在所述机架的台面上，与所述天线夹紧机构对应设置，用于将测试连接件与所述待测天线的每个待测射频接口连接；
10.所述两轴伺服相位运动机构，设置在所述机架的台面下方；
11.所述工业数字相机，设置在所述三轴伺服运动机构上，与所述工业控制计算机电连接，用于对所述天线夹紧机构上的待测天线的待测射频接口进行图像采集；
12.所述多轴运动控制器，设置在所述测试箱体内，与所述工业控制计算机、天线夹紧机构、三轴伺服运动机构和两轴伺服相位运动机构电连接；
13.所述测试模块，设置在所述工业控制计算机中，用于仪表监控管理校准、根据所述待测天线的测试参数和预设测试模板进行测试，并对测试数据进行处理和管理以完成对所述待测天线的检测；
14.所述矢量网络分析仪，与所述三轴伺服运动机构的测试连接件和所述工业控制计算机连接。
15.在本发明的一个实施例中，所述测试模块，包括：仪表监控管理单元、校准单元、测试管理单元、结果分析单元、数据管理单元和参数配置单元；
16.所述仪表监控管理单元，用于根据所述工业数字相机、所述天线夹紧机构、所述三轴伺服运动机构、所述两轴伺服相位运动机构的型号对各个器件进行初始化测试和状态反馈；
17.所述校准单元，用于对矢量网络分析仪进行校准；
18.所述参数配置单元，用于预设所述待测天线的测试参数；
19.所述测试管理单元，用于根据与预设的所述测试参数匹配的预设测试模板进行s参数测试，以及进行相位和方位图测试，并通过矢量网络分析仪获取s参数的测试数据以及相位和方位图的测试数据；
20.所述结果分析单元，用于对测试数据进行处理并生成测试结果报告；
21.所述数据管理单元，用于对校准数据、所述测试参数和所述测试数据进行存储。
22.在本发明的一个实施例中，所述测试模块还包括：
23.标识单元，用于将所述测试结果与预设标准参数进行比较并在所述测试结果报告中进行异常标识；
24.ui单元，用于实时显示测试日志信息、所述测试结果和工作按钮；
25.在本发明的一个实施例中，所述参数配置单元，还用于预设与所述工业控制计算机通信的通信参数和所述预设标准参数。
26.在本发明的一个实施例中，还包括三轴驱动器组、三轴编码器组、两轴驱动器和两轴编码器；
27.所述多轴运动控制器与所述三轴驱动器组电连接；所述三轴驱动器组与所述三轴编码器组和所述三轴伺服运动机构的伺服电机组电连接，所述三轴伺服运动机构的伺服电机组与所述三轴编码器组电连接；所述两轴驱动器与所述两轴编码器和所述两轴伺服相位运动机构的伺服电机电连接，所述两轴伺服相位运动机构的伺服电机与所述两轴编码器电连接。
28.在本发明的一个实施例中，所述测试箱体内设置有供电电源，所述测试箱体上设置有总电源开关、伺服上电按钮和伺服断电按钮。
29.本发明实施例的第二方面提供一种相控阵无源天线自动化测试方法，应用于本发明实施例的第一方面所述的一种相控阵无源天线自动化测试系统，包括以下步骤：
30.步骤s1，通过所述测试模块预设测试参数；
31.步骤s2，测试模块对工业数字相机、天线夹紧机构、三轴伺服运动机构、两轴伺服相位运动机构和矢量网络分析仪进行初始化测试或校准并反馈状态至工业控制计算机；
32.步骤s3，将待测天线放置至所述天线夹紧机构中，所述天线夹紧机构将天线夹紧并反馈至所述工业控制计算机；
33.步骤s4，所述工业控制计算机根据所述测试参数控制所述三轴伺服运动机构运动，以实现测试连接件运动至待测射频接口的位置；
34.步骤s5，所述工业数字相机对所述待测射频接口进行图像采集，并将采集的图像发送至所述工业控制计算机中；
35.步骤s6，所述工业控制计算机进行图像识别并确定待测射频接口的实际位置信
息，并根据实际位置信息控制所述三轴伺服运动机构运动，以实现测试连接件与待测射频接口插接；
36.步骤s7，所述测试模块根据与所述测试参数匹配的预设测试模板进行s参数测试并通过矢量网络分析仪获取s参数的测试数据；
37.步骤s8，所述工业控制计算机控制所述两轴伺服相位运动机构运动，以使相位测试天线运动，所述测试模块进行相位和方位图测试并通过矢量网络分析仪获取相位和方位图的测试数据；
38.步骤s9，所述测试模块对所述测试数据进行处理并生成测试结果报告。
39.在本发明的一个实施例中，所述测试模块，包括：仪表监控管理单元、校准单元、测试管理单元、结果分析单元、数据管理单元和参数配置单元；
40.所述步骤s1具体包括：通过所述参数配置单元预设测试参数；
41.所述步骤s2具体包括：所述仪表监控管理单元对工业数字相机、天线夹紧机构、三轴伺服运动机构、两轴伺服相位运动机构和矢量网络分析仪进行初始化测试并反馈状态至工业控制计算机；所述校准单元对矢量网络分析仪进行校准；
42.所述步骤s7具体包括：所述测试管理单元根据与所述测试参数匹配的预设测试模板进行s参数测试并通过矢量网络分析仪获取s参数的测试数据；
43.所述步骤s8具体包括：所述工业控制计算机控制所述两轴伺服相位运动机构运动，以使相位测试天线运动，所述测试管理单元进行相位和方位图测试并通过矢量网络分析仪获取相位和方位图的测试数据；
44.所述步骤s9具体包括：所述结果分析单元对测试数据进行处理并生成测试结果报告；
45.所述方法还包括：
46.通过所述数据管理单元对校准数据、所述测试参数和所述测试数据进行存储。
47.本发明的有益效果：
48.本发明通过工业控制计算机和测试模块控制测试过程中各个机构的运动过程，并对测试数据进行处理和记录，以实现自动完成相控阵天线自动化测试系统对相控阵无源天线在研发、生产过程中射频相关指标的自动测试与记录。可实现一次放置、多端口、多参数自动测试，提高了测试效率和测试结果的准确度。
49.以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
50.图1是本发明实施例提供的一种相控阵天线自动化测试系统的结构框图；
51.图2是本发明实施例提供的五轴测试台的结构示意图；
52.图3是本发明实施例提供的测试模块的结构框图；
53.图4是本发明实施例提供的另一种测试模块的结构框图；
54.图5是本发明实施例提供的五轴测试台测试面型天线的使用状态结构示意图；
55.图6是本发明实施例提供的五轴测试台的测试线型天线的使用状态结构示意图；
56.图7是本发明实施例提供的两轴伺服相位运动机构的结构示意图；
57.图8是本发明实施例提供的定位件的工作状态的结构示意图；
58.图9是本发明实施例提供的定位件的非工作状态的结构示意图。
59.附图标记说明：
60.100-测试箱体；200-工业控制计算机；300-测试模块；310-仪表监控管理单元；320-校准单元；330-测试管理单元；340-结果分析单元；350-数据管理单元；360-参数配置单元；370-标识单元；380-ui单元；400-多轴运动控制器；500-五轴测试台；510-三轴伺服运动机构；520-两轴伺服相位运动机构；600-矢量网络分析仪；710-待测天线；720-机架；721-让位通孔；730-测试连接件；740-工业数字相机；750-x轴运动机构；751-第一驱动轨道；752-第二驱动轨道；760-y轴运动机构；761-第三驱动轨道；770-z轴运动机构；771-第四驱动轨道；772-安装座；773-连接座；774-定位轴；780-天线夹紧机构；781-第五驱动轨道；782-导向杆；783-夹持件；790-x轴相位运动机构；791-y轴相位运动机构；792-第六滑杆；793-第七滑杆；794-第八驱动轨道。
具体实施方式
61.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
62.实施例一
63.参见图1和图2，本发明实施例的第一方面提供一种相控阵无源天线自动化测试系统，包括：测试箱体100、工业控制计算机200、测试模块300、多轴运动控制器400、五轴测试台500和矢量网络分析仪600。工业控制计算机200设置在测试箱体100内。
64.五轴测试台500设置在测试箱体100内，五轴测试台500包括：机架720、工业数字相机740、天线夹紧机构780、三轴伺服运动机构510、两轴伺服相位运动机构520。天线夹紧机构780设置在机架720的台面上，用于固定待测天线710。
65.三轴伺服运动机构510具有测试连接件730，三轴伺服运动机构510设置在机架720的台面上，三轴伺服运动机构510与天线夹紧机构780对应设置，三轴伺服运动机构510用于将测试连接件730与待测天线710的每个待测射频接口连接。本实施例中，在测试天线时，可以先通过天线夹紧机构780将天线固定，然后三轴伺服运动机构510带动测试连接件730运动并与每个待测射频接口对接进行测试。
66.工业数字相机740设置在三轴伺服运动机构510上，工业数字相机740与工业控制计算机200电连接，工业数字相机740用于对天线夹紧机构780上的待测天线710的待测射频接口进行图像采集，采集的图像用于识别待测射频接口的位置。多轴运动控制器400设置在测试箱体100内，多轴运动控制器400与工业控制计算机200、天线夹紧机构780、三轴伺服运动机构510和两轴伺服相位运动机构520电连接。工业控制计算机200通过多轴运动控制器400控制天线夹紧机构780、三轴伺服运动机构510和两轴伺服相位运动机构520的伺服电机工作。测试模块300设置在工业控制计算机200中，测试模块300用于预设待测天线710的测试参数并对测试数据进行处理以完成对待测天线710的检测。矢量网络分析仪600与三轴伺服运动机构510的测试连接件730连接，矢量网络分析仪600与工业控制计算机200电连接，测试模块300通过矢量网络分析仪600获取测试数据。矢量网络分析仪600通过测试连接件730与待测射频接口连接，矢量网络分析仪600可以通过测试模块300设置相关参数。两轴伺服相位运动机构520设置在机架720的台面下方。两轴伺服相位运动机构520用于待测天线
710进行相位相关测试时可以改变另一面相位测试天线的位置。其中，测试连接件730包括射频电缆组件和转接器，转接器与待测天线710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600连接。
67.本实施例中，工业控制计算机200根据测试模块300中的测试参数控制三轴伺服运动机构510运动至每个待测射频接口处，工业数字相机740对每个待测射频接口采集图像，将采集的图像发送至工业控制计算机200中，工业控制计算机200通过图像识别计算得到待测射频接口的实际位置信息，根据实际位置信息再次控制三轴伺服运动机构510驱动测试连接件730运动到待测射频接口的正上方，以使测试连接件730与待测射频接口准确接触，完成连接，并发送相关测试指令进行测试，测试数据输入测试模块300中，完成相关测试。
68.本实施例中，系统工作主要过程为：1、在测试模块300中输入测试参数。
69.2、系统自检：系统启动后，需要进行初始化以及系统自检，完成各个机构状态检查或校准并实现状态反馈。
70.3、天线安装：测试人员根据不同测试天线，将待测天线710装入天线夹紧机构780。
71.4、装夹完成后，工业控制计算机200根据测试模块300中的测试参数控制三轴伺服运动机构510运动至每个待测射频接口处，工业数字相机740对每个待测射频接口采集图像，将采集的图像发送至工业控制计算机200中，工业控制计算机200通过图像识别计算得到待测射频接口的实际位置信息，根据实际位置信息再次控制三轴伺服运动机构510驱动测试连接件730运动到待测射频接口的正上方，以使测试连接件730与待测射频接口准确接触，完成连接，并根据待测天线710的测试参数和预设测试模板完成相关测试。
72.5、依次执行上述动作，测试模块300从矢量网络分析仪600中获取s参数的测试数据，测试模块300对测试数据进行处理，完成整个待测天线710的s参数测试，在测试过程中，外部指示灯以及测试模块300均会显示当前测试状态以及测试信息，测试完成后，测试模块300提示测试结果并生成相关测试结果报告。之后还可以调节两轴伺服相位运动机构520的位置以调整另一相位测试天线的位置，测试模块300从矢量网络分析仪600中获取相位和方位图的测试数据，测试模块300对测试数据进行处理，完成整个待测天线710的相位、方位图相关测试，测试模块300提示测试结果并生成相关测试结果报告。
73.本实施例中，测试环境采用全封闭暗室的测试箱体100内，尽可能减少环境带来的测试误差，以确保整个测试系统准确可靠。测试设备要求对通信和测量数据进行分析和显示，因此，测试模块300采用多线程访问来完成各项任务已达到即可实时相应用户操作，又同时对数据进行分析、处理。测试系统采用模块化、功能化，满足后续产品升级、维修等功能。
74.进一步地，如图3所示，测试模块300，包括：仪表监控管理单元310、校准单元320、测试管理单元330、结果分析单元340、数据管理单元350和参数配置单元360。
75.仪表监控管理单元310，用于根据工业数字相机740、天线夹紧机构780、三轴伺服运动机构510、两轴伺服相位运动机构520的型号对各个器件进行初始化测试和状态反馈。
76.校准单元320，用于对矢量网络分析仪600进行校准。对系统中除待测天线以外的射频通路进行校准实现标定作用，去除其驻波、插损对其测试结果的影响。系统校准的射频链路从矢量网络分析仪开始，到待测射频接口，整个校准端面延伸至待测射频接口。
77.对矢量网络分析仪600可以进行向导校准(自动化校准)、非向导校准采用机械校
准件、电子校准(ecal)等多种校准类型，可根据实际测试需要选择同轴机械校准件以及电子校准件等多种校准件，方便不同接口类型器件的测试。
78.参数配置单元360，用于预设待测天线710的测试参数。测试参数包括制定测试频率范围，测试点数，测试标准等等，配置完成后，自动按照参数执行测试和检测。
79.测试管理单元330，用于根据与测试参数匹配的预设测试模板进行s参数测试，以及进行相位和方位图测试，并通过矢量网络分析仪600获取s参数的测试数据以及相位和方位图的测试数据。结果分析单元340，用于对测试数据进行处理并生成测试结果报告。数据管理单元350，用于对校准数据、测试参数和测试数据进行存储。预设测试模板为预先存储在测试模块300中，不同的测试参数匹配对应的预设测试模板，不同的预设测试模板的测试序列不同，匹配预设测试模板之后，执行测试序列，测试序列完成后，测试停止，生成相应测试结果报告。若需要整个产品重新测试，重复上述动作，则测试结果覆盖上述报告或重新生成报告。若需要对其某个通道进行复测，则选择其对应通路进行复测，对应通路测试结果覆盖或重新生成。数据管理单元350采用mysql数据库对历史测试管理，可实现查询、管理、删除等多项功能。
80.进一步地，如图4所示，测试模块300还包括：标识单元370和ui单元380。
81.标识单元370用于将测试结果与预设标准参数进行比较并在测试结果报告中进行异常标识。对于不符合预设标准参数的测试结果进行标识提示。
82.ui单元380，用于实时显示测试日志信息、测试结果和工作按钮。
83.在一种可行的实现方式中，ui单元380用单文档视图结构显示测试主界面，显示仪器连接操作，以及当前正在测试的情况。采用菜单操作进行设置、保存和载入各种配参数。菜单配合对话框操作，对测试条目进行选择配置。工具栏显示常用配置按钮，以及快速操作项目，如：启动自检，启动测试，暂停测试、停止测试等；信息窗口滚动显示各种提示信息，日志信息及测试结果；用户数据可通过配置文件、输入框编辑等方式进行录入；重要提示信息，以及需要人工干预的时候弹出对话框进行人机交互；错误、警告等信息以黄色、红色字体显示。
84.进一步地，参数配置单元360，还用于预设与工业控制计算机200通信的通信参数和预设标准参数。用户可以根据计算机通讯接口硬件情况，在参数配置单元360中配置通讯参数、用户可根据各测试仪器的ip地址，配置各测试仪器的通讯参数、操作界面允许用户手工设定以上参数，保存或载入预置参数。
85.进一地，一种相控阵无源天线自动化测试系统还包括三轴驱动器组、三轴编码器组、两轴驱动器和两轴编码器。
86.多轴运动控制器400与三轴驱动器组电连接。三轴驱动器组与三轴编码器组和三轴伺服运动机构510的伺服电机组电连接，三轴伺服运动机构510的伺服电机组与三轴编码器组电连接。
87.多轴运动控制器400与两轴驱动器电连接；两轴驱动器与两轴编码器和两轴伺服相位运动机构520的伺服电机电连接，两轴伺服相位运动机构520的伺服电机与两轴编码器电连接。
88.进一步地，测试箱体100内设置有供电电源，测试箱体100上设置有总电源开关、伺服上电按钮和伺服断电按钮。本实施例中，测试箱体100内部放置多轴运动控制器400、三轴
驱动器组、两轴驱动器、转接板和供电电源，测试箱体100的面板上有总电源开关，伺服上电按钮和伺服断电按钮。供电电源用于给所有用电机构供电，伺服上电按钮和伺服断电按钮用于控制伺服电机上电或断电。
89.进一步地，如图5所示，三轴伺服运动机构510包括：x轴运动机构750、y轴运动机构760、z轴运动机构770。两轴伺服相位运动机构520包括：x轴相位运动机构790和y轴相位运动机构791。
90.x轴运动机构750与y轴运动机构760连接，x轴运动机构750可以驱动y轴运动机构760沿x轴方向运动。y轴运动机构760与z轴运动机构770连接，y轴运动机构760可以驱动z轴运动机构770沿y轴方向运动。测试连接件730设置在z轴运动机构770上，z轴运动机构770驱动测试连接件730沿z轴方向(上下)运动，测试连接件730的一端与待测天线710的待测射频接口连接，测试连接件730的另一端与矢量网络分析仪600连接。x轴方向和y轴方向为机架720台面内相互垂直的两个方向，z轴方向为垂直机架720台面的方向。工业数字相机740设置在z轴运动机构770上，工业数字相机740位于测试连接件730的一侧，z轴运动机构770驱动测试连接件730和工业数字相机740沿z轴方向(上下)运动。天线夹紧机构780位于z轴运动机构770的下方。天线夹紧机构780将待测天线710进行夹持定位，x轴运动机构750、y轴运动机构760、z轴运动机构770带动测试连接件730和工业数字相机740运动，工业数字相机740采集待测天线710的待测射频接口的图像发送至工业控制计算机200，工业控制计算机200确定待测射频接口的位置后控制x轴运动机构750、y轴运动机构760、z轴运动机构770运动调整测试连接件730的位置，调整到位后(测试连接件730对准待测射频接口)z轴运动机构770带动测试连接件730向下运动以使测试连接件730与待测射频接口插接连接，完成相关测试。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。
91.机架720的台面上还可以开设有让位通孔721，让位通孔721位于天线夹紧机构780下方，可以用于对体积较大、高度较高的待测天线710进行让位以提供足够的夹持空间。让位通孔721与待测天线710正对。x轴相位运动机构790设置在机架720上，x轴相位运动机构790的轴向与x轴运动机构750的轴向平行。y轴相位运动机构791设置在x轴相位运动机构790上，y轴相位运动机构791的轴向与y轴运动机构760的轴向平行。本实施例中，另一面相位测试天线设置在y轴相位运动机构791上，y轴相位运动机构791可以在x轴相位运动机构790上运动，y轴相位运动机构791带动该天线在y轴相位运动机构791上运动，从而该天线相对于天线夹紧机构780上的待测天线710运动，两个天线的相对位置改变，从而可以对待测天线710进行相位、方位图相关的测试。
92.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790和y轴相位运动机构791可以进行相位、方位图相关测试，增加了功能性。
93.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740采集天线的图像，以便于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。
94.进一步地，如图6所示，x轴运动机构750，包括：第一驱动轨道751和第二驱动轨道752。第一驱动轨道751和第二驱动轨道752平行且相对设置。y轴运动机构760包括：第三驱动轨道761。第三驱动轨道761的两端分别与第一驱动轨道751和第二驱动轨道752连接。第一驱动轨道751和第二驱动轨道752同步驱动第三驱动轨道761运动沿第一驱动轨道751和第二驱动轨道752的轴向(x轴)运动。z轴运动机构770，包括第四驱动轨道771。第四驱动轨道771与第三驱动轨道761连接。第三驱动轨道761驱动第四驱动轨道771在第三驱动轨道761的轴向(y轴)上运动，测试连接件730和工业数字相机740设置在第四驱动轨道771上，第四驱动轨道771驱动射频插头和工业数字相机740在第四驱动轨道771的轴向(z轴)上运动。天线夹紧机构780位于第一驱动轨道751和第二驱动轨道752之间且位于第四驱动轨道771下方。
95.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。其中，待测天线710可以是面型天线或线型天线。
96.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751和第二驱动轨道752分别单独驱动且保持同步驱动。第一驱动轨道751的滑块和第二驱动轨道752的滑块分别与第三驱动轨道761的直线滑轨的两端固定连接，第三驱动轨道761的滑块与第四驱动轨道771的直线滑轨固定连接，第四驱动轨道771的滑块与测试连接件730和工业数字相机740固定连接。第一驱动轨道751的滑块和第二驱动轨道752的滑块带动第三驱动轨道761和第四驱动轨道771运动，第三驱动轨道761的滑块运动带动第四驱动轨道771运动，第四驱动轨道771的滑块运动带动测试连接件730和工业数字相机740运动。
97.进一步地，如图6所示，天线夹紧机构780，包括：第五驱动轨道781、两个导向杆782和两个夹持件783。第五驱动轨道781的轴向与第三驱动轨道761的轴向平行，导向杆782与第五驱动轨道781的轴向平行，两个导向杆782位于第五驱动轨道781的上方和下方。夹持件783与第五驱动轨道781连接，且与导向杆782滑动连接。本实施例中，第五驱动轨道781和导向杆782位于第三驱动轨道761下方，第五驱动轨道781驱动两个夹持件783沿y轴方向相向运动或相背离运动。导向杆782能够使两个夹持件783更加平稳地运动。待测天线可以被夹持在两个夹持件783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783之间，第五驱动轨道781驱动两个夹持件783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。
98.在一种可行的实现方式中，第五驱动轨道781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782滑动连接，两个夹持件783分别与两个滑块固定连接，导向杆782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783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783相背离运动将待测天线松开。两个夹持件783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783。
99.在一种可行的实现方式中，在装夹待测天线时，可以预设天线夹紧机构780的伺服电机的力矩，通过力矩反馈来保证不同天线的准确装夹。例如，不同形状的待测天线装夹时
所需的力矩大小不同，根据力矩的反馈可以自动将待测天线装夹到位。
100.进一步地，如图6和图7所示，x轴相位运动机构790，包括：第六滑杆792和第七滑杆793。第六滑杆792的两端与机架720固定连接。第七滑杆793与第六滑杆792平行且相对设置，第七滑杆793的两端与机架720固定连接。第六滑杆792和第七滑杆793位于让位通孔721的两侧。y轴相位运动机构791包括第八驱动轨道794。第八驱动轨道794的两端分别与第六滑杆792和第七滑杆793滑动连接。
101.本实施例中，y轴相位运动机构791的位置需要移动时，手动推动第八驱动轨道794在第六滑杆792和第七滑杆793上滑动运动即可。第八驱动轨道794上还设置有安装件，用于安装另一面相位测试天线，第八驱动轨道794可以驱动安装件和另一面相位测试天线在沿y轴方向运动。因此，另一面相位测试天线可以在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。
102.在一种可行的实现方式中，第八驱动轨道794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，螺母滑块带动安装件沿丝杠运动。
103.三轴驱动器组包括x轴运动机构750的电机驱动器、y轴运动机构760的电机驱动器、z轴运动机构770的电机驱动器。三轴编码器组包括：x轴运动机构750的编码器、y轴运动机构760的编码器、z轴运动机构770的编码器。两轴驱动器为y轴相位运动机构791的驱动器，两轴编码器为y轴相位运动机构791的编码器。工业控制计算机200通过多轴运动控制器400、三轴驱动器组、三轴编码器组控制x轴运动机构750的伺服电机、y轴运动机构760的伺服电机、z轴运动机构770的伺服电机工作。工业控制计算机200通过多轴运动控制器400、y轴相位运动机构791的驱动器、y轴相位运动机构791的编码器控制y轴相位运动机构791的伺服电机工作。
104.进一步地，如图8所示，一种相控阵无源天线自动化测试装置还包括安装座772。安装座772设置在第四驱动轨道771上。工业数字相机740和测试连接件730均设置在安装座772上。本实施例中，安装座772设置在第四驱动轨道771的螺母滑块上，用于安装测试连接件730和工业数字相机740。
105.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772转动连接，定位件位于工业数字相机740的一侧。在测试开始前，x轴运动机构750、y轴运动机构760、z轴运动机构770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，以便于后续工业控制计算机200计算待测射频接口的位置坐标。
106.进一步地，如图8和图9所示，定位件，包括：连接座773和定位轴774。连接座773与安装座772转动连接。定位轴774与连接座773连接，定位轴774可与工业数字相机740的光轴平行。本实施例中，需要定位时，手动转动连接座773，使定位轴774与工业数字相机740的光轴平行(工业数字相机740的镜头朝向待测天线)，工业数字相机740的光轴与z轴方向平行，然后进行定位。定位完成后可以转动连接座773将定位轴774横置以避免安装座772向下运动时与待测天线接触干涉安装座772的运动。
107.工业数字相机740、天线夹紧机构780、三轴伺服运动机构510和两轴伺服相位运动机构520具体使用过程如下：
108.1、天线安装：测试人员根据不同测试天线，在天线夹紧机构780装入对应的夹持件783，将待测天线放入，若该类型待测天线为第一次测试，需要工业控制计算机200控制xyz轴运动机构运动，使工业数字相机740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，反馈给工业控制计算机200，完成待测天线装夹。
109.2、装夹完成后，工业控制计算机200根据测试模块300中的测试参数，控制xyz轴运动机构运动带动定位轴774插入待测天线的定位孔中，通过定位轴774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，工业数字相机740对每个待测射频接口采集图像，将采集的图像发送至工业控制计算机200中，工业控制计算机200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，根据实际位置信息再次控制xyz轴运动机构运动，驱动测试连接件730运动到待测射频接口的正上方，以使测试连接件730与待测射频接口准确接触，完成定位，并发送相关测试指令进行测试，测试数据输入测试模块300中，完成相关测试。
110.3、测试连接件730与待测天线的连接器依次对接，完成整个天线的测试，在测试过程中，外部指示灯以及测试模块300均会显示当前测试状态以及测试信息，测试完成后，测试模块300提示测试结果并生成相关测试结果报告。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。
111.实施例二
112.本发明实施例的第二方面提供一种相控阵无源天线自动化测试方法，应用于实施例一中的一种相控阵无源天线自动化测试系统，包括以下步骤：
113.步骤s1，通过测试模块300预设测试参数。
114.步骤s2，测试模块300对工业数字相机740、天线夹紧机构780、三轴伺服运动机构510、两轴伺服相位运动机构520和矢量网络分析仪600进行初始化测试或校准并反馈状态至工业控制计算机200。
115.步骤s3，将待测天线放置至天线夹紧机构780中，天线夹紧机构780将天线夹紧并反馈至工业控制计算机200。
116.步骤s4，工业控制计算机200根据测试参数控制三轴伺服运动机构510运动，以实现测试连接件730运动至待测射频接口的位置；
117.步骤s5，工业数字相机740对待测射频接口进行图像采集，并将采集的图像发送至工业控制计算机200中；
118.步骤s6，工业控制计算机200进行图像识别并确定待测射频接口的实际位置信息，并根据实际位置信息控制三轴伺服运动机构510运动，以实现测试连接件730与待测射频接口插接；
119.步骤s7，测试模块300根据与测试参数匹配的预设测试模板进行s参数测试并通过矢量网络分析仪600获取s参数的测试数据；
120.步骤s8，所述工业控制计算机200控制所述两轴伺服相位运动机构520运动，以使相位测试天线运动，所述测试模块300进行相位和方位图测试并通过矢量网络分析仪600获取相位和方位图的测试数据；
121.步骤s9，测试模块300对测试数据进行处理并依次生成s参数的和相位和方位图的测试结果报告。
122.本实施例的测试方法为对待测天线进行s参数测试，同时，也可以进行相位测试或方位图测试。工业控制计算机200和测试模块300控制测试过程中各个机构的运动过程，并对测试数据进行处理和记录，以实现自动完成相控阵天线自动化测试系统对相控阵无源天线在研发、生产过程中射频相关指标的自动测试与记录。可实现一次放置、多端口、多参数自动测试，自动化程度较高，提高了测试效率和测试结果的准确度。
123.实施例三
124.一种相控阵无源天线自动化测试方法，应用于实施例一中的一种相控阵无源天线自动化测试系统，包括以下步骤：
125.步骤s21，通过参数配置单元360预设测试参数、预设与工业控制计算机200通信的通信参数和预设标准参数。测试参数可以包括预设测试频率范围，测试点数，测试标准等等。参数配置单元360可以对测试参数进行查看和编辑，以便在测试中能拦截指标外的测试件。
126.步骤s22，仪表监控管理单元310对工业数字相机740、天线夹紧机构780、三轴伺服运动机构510、两轴伺服相位运动机构520和矢量网络分析仪600进行初始化测试并反馈状态至工业控制计算机200。
127.测试系统启动后，需要进行初始化以及系统自检。仪表监控管理单元310用于系统所有器件仪表型号检验，系统所有器件仪表通讯连接测试，系统所有器件仪表工作状态测试，并提示相关检验结果。通过多轴运动控制器400依次检查系统各个驱动器、电机运行是否正常，是否能够回归零位，各部分通讯是否正常，工业控制相机系统是否通讯正常，是否可正常拍照以及返回具体坐标信息。
128.自检完成之后，校准单元320对矢量网络分析仪600进行校准。对系统中的射频通路进行校准实现标定作用，去除其驻波、插损对其测试结果的影响。系统校准的射频链路从矢量网络分析开始，到最终与天线bma对接的连接器，整个校准端面延伸至最终bma连接器。
129.对矢量网络分析仪600可以进行向导校准(自动化校准)、非向导校准采用机械校准件、电子校准(ecal)等多种校准类型，可根据实际测试需要选择同轴机械校准件以及电子校准件等多种校准件，方便不同接口类型器件的测试。
130.步骤s23，将待测天线放置至天线夹紧机构780中，天线夹紧机构780将天线夹紧并反馈至工业控制计算机200。天线夹紧机构780的工作过程以及待测天线按照过程为上述实施例一中描述的过程，在此不再赘述。
131.步骤s24，工业控制计算机200根据测试参数控制三轴伺服运动机构510运动，以实现测试连接件730运动至待测射频接口的位置。工业控制计算机200根据测试模块300中的测试参数，控制xyz轴运动机构运动带动定位轴插入待测天线的定位孔中，通过定位轴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。
132.步骤s25，工业数字相机740对待测射频接口进行图像采集，并将采集的图像发送至工业控制计算机200中。
133.步骤s26，工业控制计算机200进行图像识别并确定待测射频接口的实际位置信息，并根据实际位置信息控制三轴伺服运动机构510运动，以实现测试连接件730与待测射频接口插接。
134.工业控制计算机200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，根据实际位置信息再次控制xyz轴运动机构运动，驱动测试连接件730运动到待测射频接口的正上方，以使测试连接件730与待测射频接口准确接触，完成连接，并向测试模块300发送相关测试指令。
135.步骤s27，测试模块300根据与测试参数匹配的预设测试模板进行s参数测试并通过矢量网络分析仪600获取s参数的测试数据。具体地，测试管理单元330根据与测试参数匹配的预设测试模板进行s参数测试并通过矢量网络分析仪600获取s参数的测试数据。
136.步骤s28，测试完成之后测试模块300对测试数据进行处理并生成测试结果报告。具体地，结果分析单元340对s参数的测试数据进行处理并生并生成s参数的测试结果报告。
137.在上述s参数测试完成之后还可以进行相位或方位图的测试：步骤s9，工业控制计算机200控制两轴伺服相位运动机构520运动，以使测试管理单元330进行相位和方位图测试并通过矢量网络分析仪600获取相位和方位图的测试数据。两轴伺服相位运动机构520进行相位和方位图测试的具体工作过程为实施例一中描述的过程。
138.步骤s30，测试模块300对相位和方位图的测试数据进行处理并生成测试结果报告。具体地，结果分析单元340对相位和方位图的测试数据进行处理并生成相位和方位图的测试结果报告。
139.步骤s31，测试完成之后通过数据管理单元350对校准数据、测试参数和测试数据进行存储。测试数据支持图片、文本文档、excel等多种保存格式，并根据客户实际使用要求生成相应报表，上述数据均保存在本地，也支持远程上传到用户云空间或者接入用户的mems系统。
140.本实施例中，测试模块300还包括标识单元370和ui单元380，标识单元370和ui单元380的具体作用为实施例一中描述的内容，在此不再赘述。本实施例中各个步骤中未详细描述的内容均参照实施例一中的内容。
141.在一种可行的实现方式中，用户还可以进行选择性测试，测试开始前，手动选择待测试连接器以及进行相关配置，手动设置预设测试模板以及手动控制伺服运动机构完成单点测试，测试完成后测试停止，生成测试结果报告。
142.在一种可行的实现方式中，采用待测天线的条形码作为产品研发、测试中唯一标识码，用于整个生命周期内的数据追踪溯源，用户也可以可在参数配置单元360中自行设置待测产品的序号。用户可通过标识码查询整个研发、生产过程中所有测试数据。
143.在本发明的描述中，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。
144.在本发明中，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发明中的具体含义。
145.在本发明中，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。
146.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发明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。
147.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种相控阵无源天线自动化测试系统，其特征在于，包括：测试箱体(100)、工业控制计算机(200)、测试模块(300)、多轴运动控制器(400)、五轴测试台(500)和矢量网络分析仪(600)；所述工业控制计算机(200)，设置在所述测试箱体(100)内；所述五轴测试台(500)，设置在所述测试箱体(100)内，包括：机架(720)、工业数字相机(740)、天线夹紧机构(780)、三轴伺服运动机构(510)和两轴伺服相位运动机构(520)；所述天线夹紧机构(780)，设置在所述机架(720)的台面上，用于固定待测天线(710)；所述三轴伺服运动机构(510)，具有测试连接件(730)，设置在所述机架(720)的台面上，与所述天线夹紧机构(780)对应设置，用于将测试连接件(730)与所述待测天线(710)的每个待测射频接口连接；所述两轴伺服相位运动机构(520)，设置在所述机架(720)的台面下方；所述工业数字相机(740)，设置在所述三轴伺服运动机构(510)上，与所述工业控制计算机(200)电连接，用于对所述天线夹紧机构(780)上的待测天线(710)的待测射频接口进行图像采集；所述多轴运动控制器(400)，设置在所述测试箱体(100)内，与所述工业控制计算机(200)、天线夹紧机构(780)、三轴伺服运动机构(510)和两轴伺服相位运动机构(520)电连接；所述测试模块(300)，设置在所述工业控制计算机(200)中，用于仪表监控管理校准、根据所述待测天线(710)的测试参数和预设测试模板进行测试，并对测试数据进行处理和管理以完成对所述待测天线(710)的检测；所述矢量网络分析仪(600)，与所述三轴伺服运动机构(510)的测试连接件(730)和所述工业控制计算机(200)连接。2.根据权利要求1所述的一种相控阵无源天线自动化测试系统，其特征在于，所述测试模块(300)，包括：仪表监控管理单元(310)、校准单元(320)、测试管理单元(330)、结果分析单元(340)、数据管理单元(350)和参数配置单元(360)；所述仪表监控管理单元(310)，用于根据所述工业数字相机(740)、所述天线夹紧机构(780)、所述三轴伺服运动机构(510)、所述两轴伺服相位运动机构(520)的型号对各个器件进行初始化测试和状态反馈；所述校准单元(320)，用于对矢量网络分析仪(600)进行校准；所述参数配置单元(360)，用于预设所述待测天线(710)的测试参数；所述测试管理单元(330)，用于根据与预设的所述测试参数匹配的预设测试模板进行s参数测试，以及进行相位和方位图测试，并通过矢量网络分析仪(600)获取s参数的测试数据以及相位和方位图的测试数据；所述结果分析单元(340)，用于对测试数据进行处理并生成测试结果报告；所述数据管理单元(350)，用于对校准数据、所述测试参数和所述测试数据进行存储。3.根据权利要求2所述的一种相控阵无源天线自动化测试系统，其特征在于，所述测试模块(300)还包括：标识单元(370)，用于将所述测试结果与预设标准参数进行比较并在所述测试结果报告中进行异常标识；
ui单元(380)，用于实时显示测试日志信息、所述测试结果和工作按钮。4.根据权利要求3所述的一种相控阵无源天线自动化测试系统，其特征在于，所述参数配置单元(360)，还用于预设与所述工业控制计算机(200)通信的通信参数和所述预设标准参数。5.根据权利要求1所述的一种相控阵无源天线自动化测试系统，其特征在于，还包括三轴驱动器组、三轴编码器组、两轴驱动器和两轴编码器；所述多轴运动控制器(400)与所述三轴驱动器组电连接；所述三轴驱动器组与所述三轴编码器组和所述三轴伺服运动机构(510)的伺服电机组电连接，所述三轴伺服运动机构(510)的伺服电机组与所述三轴编码器组电连接；所述两轴驱动器与所述两轴编码器和所述两轴伺服相位运动机构(520)的伺服电机电连接，所述两轴伺服相位运动机构(520)的伺服电机与所述两轴编码器电连接。6.根据权利要求1所述的一种相控阵无源天线自动化测试系统，其特征在于，所述测试箱体(100)内设置有供电电源，所述测试箱体(100)上设置有总电源开关、伺服上电按钮和伺服断电按钮。7.一种相控阵无源天线自动化测试方法，其特征在于，应用于权利要求1-6任一项所述的一种相控阵无源天线自动化测试系统，包括以下步骤：步骤s1，通过所述测试模块(300)预设测试参数；步骤s2，测试模块(300)对工业数字相机(740)、天线夹紧机构(780)、三轴伺服运动机构(510)、两轴伺服相位运动机构(520)和矢量网络分析仪(600)进行初始化测试或校准并反馈状态至工业控制计算机(200)；步骤s3，将待测天线(710)放置至所述天线夹紧机构(780)中，所述天线夹紧机构(780)将天线夹紧并反馈至所述工业控制计算机(200)；步骤s4，所述工业控制计算机(200)根据所述测试参数控制所述三轴伺服运动机构(510)运动，以实现测试连接件(730)运动至待测射频接口的位置；步骤s5，所述工业数字相机(740)对所述待测射频接口进行图像采集，并将采集的图像发送至所述工业控制计算机(200)中；步骤s6，所述工业控制计算机(200)进行图像识别并确定待测射频接口的实际位置信息，并根据实际位置信息控制所述三轴伺服运动机构(510)运动，以实现测试连接件(730)与待测射频接口插接；步骤s7，所述测试模块(300)根据与所述测试参数匹配的预设测试模板进行s参数测试并通过矢量网络分析仪(600)获取s参数的测试数据；步骤s8，所述工业控制计算机(200)控制所述两轴伺服相位运动机构(520)运动，以使相位测试天线运动，所述测试模块(300)进行相位和方位图测试并通过矢量网络分析仪(600)获取相位和方位图的测试数据；步骤s9，所述测试模块(300)对所述测试数据进行处理并生成测试结果报告。8.根据权利要求7所述的一种相控阵无源天线自动化测试方法，其特征在于，所述测试模块(300)，包括：仪表监控管理单元(310)、校准单元(320)、测试管理单元(330)、结果分析单元(340)、数据管理单元(350)和参数配置单元(360)；所述步骤s1具体包括：通过所述参数配置单元(360)预设测试参数；
所述步骤s2具体包括：所述仪表监控管理单元(310)对工业数字相机(740)、天线夹紧机构(780)、三轴伺服运动机构(510)、两轴伺服相位运动机构(520)和矢量网络分析仪(600)进行初始化测试并反馈状态至工业控制计算机(200)；所述校准单元(320)对矢量网络分析仪(600)进行校准；所述步骤s7具体包括：所述测试管理单元(330)根据与所述测试参数匹配的预设测试模板进行s参数测试并通过矢量网络分析仪(600)获取s参数的测试数据；所述步骤s8具体包括：所述工业控制计算机(200)控制所述两轴伺服相位运动机构(520)运动，以使相位测试天线运动，所述测试管理单元(330)进行相位和方位图测试并通过矢量网络分析仪(600)获取相位和方位图的测试数据；所述步骤s9具体包括：所述结果分析单元(340)对所述测试数据进行处理并生成测试结果报告；所述方法还包括：通过所述数据管理单元(350)对校准数据、所述测试参数和所述测试数据进行存储。

技术总结
本发明公开了一种相控阵无源天线自动化测试系统及测试方法，包括：测试箱体、工业控制计算机、测试模块、多轴运动控制器、五轴测试台和矢量网络分析仪；测试模块，设置在工业控制计算机中，用于仪表监控管理校准、根据待测天线的测试参数和预设测试模板进行测试，并对测试数据进行处理和管理以完成对待测天线的检测。本发明通过工业控制计算机和测试模块控制测试过程中各个机构的运动过程，并对测试数据进行处理和记录，以实现自动完成相控阵天线自动化测试系统对相控阵无源天线在研发、生产过程中射频相关指标的自动测试与记录。可实现一次放置、多端口、多参数自动测试，提高了测试效率和测试结果的准确度。率和测试结果的准确度。率和测试结果的准确度。


技术研发人员：李建超 朱娟宁 周棋 贾建波 南茂义
受保护的技术使用者：西安伟伦实业发展有限公司
技术研发日：2021.09.30
技术公布日：2023/8/24