CN105515690A - 一种变频天线的近场扫频测试***及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变频天线的近场扫频测试***及其测试方法，该***包括测试信号源、耦合模块、测试通道、参考通道、接收机和控制计算机；其中，测试通道包括发射模块、被测变频天线、第二混频模块和第三混频模块。本发明测试通道中的第二混频模块对被测变频天线输出的多频点信号进行变频处理，该混频模块的本振信号按照设定的频率列表顺序选取，并在每次接收到触发信号后轮换本振信号频率，从而实现各频点天线输出信号的分时测试，每次将其中一个频点的输出信号变频到射频发射信号频段，然后采用与参考模块相同的本振信号进行下变频，得到用于比相和比幅的中频参考信号和中频测试信号；这种测试方法可以确保链路信号的相位一致性，实现变频天线的平面近场快速扫频测试功能，提高测试效率。

Description

一种变频天线的近场扫频测试***及其测试方法

技术领域

本发明涉及天线测试技术领域，特别涉及一种变频天线的近场扫频测试***及其测试方法。

背景技术

随着移动通信卫星等宇航技术的发展，对天线的功能及性能要求越来越高，与以往相比，卫星对天线及其分***提出了功能更复杂、性能非常苛刻的要求，靠传统的天线测试技术已不能满足卫星天线测试要求。某变频多波束天线，天线有效口径超过10米，形成数百个国土点波束覆盖国土，频率复用，测试时天线入口频率与辐射至空间的频率不一致。采用传统的天线平面近场测试方法，无法实现。

通过调研得知，国内没有单位进行过变频多波束天线的近场扫频测试，国内也没有现成的变频天线快速近场测试***可供采购。国外有变频多波束天线测试的远场方法，不涉及相位信息。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种变频天线的近场扫频测试***，该***包括测试通道和参考通道，用于为接收机提供测试信号和中频信号，确保了链路信号的相位一致性问题，满足变频天线近场扫频测试需求，并且本发明还提供了利用该***进行变频天线近场扫频测试的方法，解决了扫频快速测试的问题。

本发明的上述目的通过以下方案实现：

一种变频天线的近场扫频测试***包括测试信号源、耦合模块、测试通道、参考通道、接收机和控制计算机，其中：

测试信号源：产生射频测试信号；在接收到接收机发送的触发信号后发送所述射频测试信号到耦合模块，同时将接收到的触发信号转发到测试通道和参考通道；其中，所述射频测试信号的发射频率为f_RF；

耦合模块：接收测试信号源发送的射频测试信号，对所述信号进行功率放大后分成两路，其中一路发送到参考通道，另一路发送测试通道；

参考通道：包括第一混频模块；所述第一混频模块在接收到测试信号源转发的触发信号后，对接收到的射频测试信号进行下变频，得到中心频率为f_IF的中频参考信号，并发送所述中频参考信号到接收机；

测试通道：包括发射模块、被测的变频天线、第二混频模块和第三混频模块；所述发射模块接收耦合模块发送的射频测试信号，然后在设定的波束测试位置将所述射频测试信号向外辐射至自由空间；被测的变频天线接收发射模块辐射出的信号，进行变频处理后输出包括N个频点的信号到第二混频模块；第二混频模块接收测试信号源转发的触发信号，然后在设定的频率列表中按顺序选取本振信号频率，对接收信号进行变频处理，输出变频后信号到第三变频模块；第三混频模块对接收到信号进行变频处理后，输出中心频率为f_IF的中频测试信号到接收机；

接收机：发送触发信号到测试信号源，并接收参考通道发送的中频参考信号，以及测试通道发送的中频测试信号；将所述中频参考信号和中频测试信号进行比幅和比相处理，得到被测变频天线在所述波束测试位置上的接收信号的幅度和相位，然后发送所述波束测试位置、接收信号幅度和相位到控制计算机，同时发送下一个触发信号到测试信号源；

控制计算机：接收接收机发送的波束测试位置、接收信号幅度和相位，进行保存和数据处理。

在上述的变频天线的近场扫频测试***中，如果被测的变频天线输出信号的N个频点的频率分别为f₁、f₂、…、f_N，则第二混频模块的本振信号频率依次选取为f₁-f_RF、f₂-f_RF、…、f_N-f_RF，即设定的频率列表的频率按顺序排列依次为f₁-f_RF、f₂-f_RF、…、f_N-f_RF；并且第二混频模块对混频后信号进行滤波处理，选取差频信号输出，即得到中心频率为f_RF的混频输出信号。

在上述的变频天线的近场扫频测试***中，第一混频模块和第三混频模块的本振信号频率为f_RF-f_IF，两个混频模块对混频后信号进行滤波处理，选取差频信号输出，即得到中心频率为f_IF的中频信号。

在上述的变频天线的近场扫频测试***中，第一混频模块和第二混频模块采用***本振信号源提供本振信号；第二混频模块具有独立的外置本振信号源，所述外置本振信号源按照设定的频率列表选取本振频率。

在上述的变频天线的近场扫频测试***中，控制计算机发送控制指令到所述***本振信号源和外置本振信号源，以及测试信号源，三个所述信号源根据接收到的控制指令设置发射信号的频率和功率。

在上述的变频天线的近场扫频测试***中，测试通道的发射模块包括扫描架和测试探头，所述测试探头安装在扫描架上；控制计算机通过发送控制指令操控扫描架移动到设定的波束测试位置，扫描架移动到所述位置后，发送反馈信号到接收机，接收机接收到所述反馈信号后，发送触发信号给测试信号源；测试探头接收到耦合模块发送的射频测试信号后，将所述射频测试信号向外辐射至自由空间。

在上述的变频天线的近场扫频测试***中，控制计算机通过GPIB总线发送控制指令到扫描架。

基于上述的变频天线的近场扫频测试***的测试方法，包括如下步骤：

(1)、控制计算机发送控制指令到发射模块，发射模块根据控制指令将发射信号位置设置到指定的波束测试位置，之后发射模块发送反馈信号到接收机；

(2)、接收机接收到所述反馈信号后，发送触发信号到测试信号源；

(3)、测试信号源产生中心频率为f_RF的射频测试信号，并发送到耦合模块；同时转发所述触发信号到第一混频模块、第二混频模块和第三混频模块；

(4)、耦合模块对所述射频测试信号进行功率放大后分为两路，其中，一路信号发送到参考通道；另一路信号发送测试通道；

(5)、参考通道和测试通道分别对接收到的射频测试信号进行处理，输出中频参考信号和中频测试信号到接收机，其中：

在参考通道中，第一混频模块对接收到的射频测试信号进行下变频处理，输出中心频率为f_IF的中频参考信号到接收机；

在测试通道中，发射模块将接收到的射频测试信号在设定的波束测试位置向外辐射至自由空间；被测的变频天线接收发射模块辐射出的信号，并进行变频处理后输出包括N个频点的信号到第二混频模块，所述N个频点分别为f₁、f₂、…、f_N；第二混频模块在接收到测试信号源转发的触发信号后，在设定的频率列表中按顺序选取1个频率作为本振信号频率，对接收信号进行变频处理，并输出变频后中心频率为f_RF信号到第三变频模块，其中，所述频率列表的频率按顺序排列依次为f₁-f_RF、f₂-f_RF、…、f_N-f_RF；第三混频模块对接收到信号进行变频处理后，得到中心频率为f_IF的中频测试信号并输出到接收机；

(6)、接收机接收参考通道和测试通道发送的中频参考信号和中频测试信号，将所述中频参考信号和中频测试信号进行比幅和比相处理，得到被测变频天线在所述波束测试位置上的接收信号的幅度和相位，然后发送所述波束测试位置、接收信号幅度和相位到控制计算机，同时发送下一个触发信号到测试信号源；

(7)、重复步骤(3)～(6)，完成变频天线输出的N个频点的信号测试，然后进行步骤(8)；

(8)、重复步骤(1)～(7)，完成所有指定波束测试位置的测试，得到被测变频天线的近场扫频测试结果。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)、本发明在测试通道中采用第二混频模块对被测变频天线输出的多频点信号进行变频处理，该混频模块的本振信号按照设定的频率列表顺序选取，并在每次接收到触发信号后轮换本振信号频率，从而实现各频点天线输出信号的分时测试，每次将其中一个频点的输出信号变频到射频发射信号频段，然后采用与参考模块相同的本振信号进行下变频，得到用于比相和比幅的中频参考信号和中频测试信号；这种测试方法可以确保链路信号的相位一致性，提高测试精度；

(2)、本发明的测试***配置简单，且能根据接收机发送的触发信号，控制测试流程，实现测试过程自动控制，从而大大提高了测试效率。

附图说明

图1为本发明的变频天线的近场扫频测试***的组成框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供的变频天线的近场扫频测试***及其测试方法，用于对变频天线的平面近场幅度和相位分布进行测试。

(一)、测试***

如图1所示的***组成框图，本发明的变频天线的近场扫频测试***包括测试信号源、耦合模块、测试通道、参考通道、接收机和控制计算机。

(1)、测试信号源

在本发明中，测试信号源产生频率为f_RF的CW信号作为射频测试信号。该信号源在接收到接收机发送的触发信号后发送产生的射频测试信号到耦合模块，同时将接收到的触发信号转发到测试通道和参考通道。为了实现自动化测试，本发明的测试信号源和控制计算机之间通过串口通信，使得控制计算机可以对该测试信号源的发射信号参数进行设置，其中包括信号类别、信号功率和信号频率等参数。

(2)耦合模块

在本发明中，耦合模块接收测试信号源发送的射频测试信号，对该信号进行功率放大后分成两路，其中一路发送到参考通道，另一路发送测试通道。

(3)参考通道

在本发明中参考通道包括第一混频模块。该第一混频模块在接收到测试信号源转发的触发信号后，对接收到的射频测试信号进行下变频，得到中心频率为f_IF的中频参考信号，并发送该中频参考信号到接收机。

(4)测试通道

测试通道包括发射模块、被测的变频天线、第二混频模块和第三混频模块。

发射模块包括扫描架和测试探头，用于辐射测试信号。为了得到变频天线的近场幅度和相位分布，需要在天线近场接收空间内设置多个离散测试点，作为天线的波束测试位置，然后在各波束测试位置上辐射测试信号。为了实现自动化测试，本发明将测试探头安装在扫描架上，扫描架的控制器可以接收控制计算机的控制指令，并按照该控制指令移动到设定的波束测试位置。当扫描架到达设定位置后发送反馈信号到接收机，接收机接收到所述反馈信号后，发送触发信号给测试信号源，启动测试。之后测试探头在接收到耦合模块发送的射频测试信号后，将射频测试信号向外辐射至自由空间。

被测的变频天线接收发射模块辐射出的信号，进行变频处理后输出包括N个频点的信号到第二混频模块。第二混频模块接收测试信号源转发的触发信号，然后在设定的频率列表中按顺序选取本振信号频率，对接收信号进行变频处理，输出变频后信号到第三变频模块；第三混频模块对接收到信号进行变频处理后，输出中心频率为f_IF的中频测试信号到接收机。

如果被测的变频天线输出信号的N个频点的频率分别为f₁、f₂、…、f_N，则第二混频模块的本振信号频率依次选取为f₁-f_RF、f₂-f_RF、…、f_N-f_RF，即设定的频率列表的频率按顺序排列依次为f₁-f_RF、f₂-f_RF、…、f_N-f_RF；并且第二混频模块对混频后信号进行滤波处理，选取差频信号输出，即得到中心频率为f_RF的混频输出信号。

其中，第一混频模块和第三混频模块的本振信号频率为f_RF-f_IF，两个混频模块对混频后信号进行滤波处理，选取差频信号输出，即得到中心频率为f_IF的中频信号，这两个混频模块采用同一个***本振信号源提供本振信号。第二混频模块具有独立的外置本振信号源，该外置本振信号源按照设定的频率列表选取本振频率，在每次接收到触发信号后，在列表中选取下一个频率作为本振信号。

为了实现自动化测试，控制计算机与***本振信号源和外置本振信号源，以及测试信号源进行串口通信，这三个信号源可以根据控制计算机的控制指令设置发射信号的参数，具体包括信号类型、功率和频率等。

(5)接收机

在本发明中接收机用于控制测试流程并实现测试计算。其中，在测试开始时，当发射信号的扫描架到达指定位置后，会发送反馈信号给接收机，接收机在接到该反馈后，可以确定测试准备就绪，则发送触发信号到测试信号源，用于同时触发测试信号源和三个混频模块的本振信号源。

在测试过程中，接收机接收参考通道发送的中频参考信号，以及测试通道发送的中频测试信号，然后将所述中频参考信号和中频测试信号进行比幅和比相处理，得到被测变频天线在所述波束测试位置上的接收信号的幅度和相位，并发送所述波束测试位置、接收信号幅度和相位到控制计算机，同时发送下一个触发信号到测试信号源，用于触发第二混频模块选择下一个本振频率，进行天线输出信号的下一个频点测试。当该测试位置上所有频点的测试都完成后，则由控制计算机控制扫描架移动到下一个测试，进行下一个波束位置的测试。

(6)控制计算机

在本发明中，控制计算机用于实现自动化测试和测试结果记录。

其中，在自动化测试中，控制计算机可以通过GPIB总线发送控制指令到扫描架的控制器，控制该扫描架进行位置移动。并且该控制计算机可以与测试信号源，以及各混频模块的本振信号源进行串口通信，用于对各信号源的输出信号参数进行设置。

在测试过程中，控制计算机接收接收机发送的波束测试位置、接收信号幅度和相位等测试结果，进行保存和数据处理。

(二)测试方法

基于以上的测试***，本发明的变频天线的近场扫频测试方法，包括如下步骤：

(1)、控制计算机发送控制指令到发射模块的扫描架，扫描架根据控制指令将发射信号位置设置到指定的波束测试位置，当扫描架到达设定位置后，扫描架发送反馈信号到接收机；

(2)、接收机接收到所述反馈信号后，发送触发信号到测试信号源；

(3)、测试信号源产生中心频率为f_RF的射频测试信号，并发送到耦合模块；同时转发所述触发信号到第一混频模块、第二混频模块和第三混频模块；

(4)、耦合模块对所述射频测试信号进行功率放大后分为两路，其中，一路信号发送到参考通道；另一路信号发送测试通道；

(5)、参考通道和测试通道分别对接收到的射频测试信号进行处理，输出中频参考信号和中频测试信号到接收机，其中：

在参考通道中，第一混频模块对接收到的射频测试信号进行下变频处理，输出中心频率为f_IF的中频参考信号到接收机；

在测试通道中，发射模块将接收到的射频测试信号在设定的波束测试位置向外辐射至自由空间；被测的变频天线接收发射模块辐射出的信号，并进行变频处理后输出包括N个频点的信号到第二混频模块，所述N个频点分别为f₁、f₂、…、f_N；第二混频模块在接收到测试信号源转发的触发信号后，在设定的频率列表中按顺序选取1个频率作为本振信号频率，对接收信号进行变频处理，并输出变频后中心频率为f_RF信号到第三变频模块，其中，所述频率列表的频率按顺序排列依次为f₁-f_RF、f₂-f_RF、…、f_N-f_RF；第三混频模块对接收到信号进行变频处理后，得到中心频率为f_IF的中频测试信号并输出到接收机；

(6)、接收机接收参考通道和测试通道发送的中频参考信号和中频测试信号，将所述中频参考信号和中频测试信号进行比幅和比相处理，得到被测变频天线在所述波束测试位置上的接收信号的幅度和相位，然后发送所述波束测试位置、接收信号幅度和相位到控制计算机，同时发送下一个触发信号到测试信号源；

(7)、重复步骤(3)～(6)，完成变频天线输出的N个频点的信号测试，然后进行步骤(8)；

(8)、重复步骤(1)～(7)，完成所有指定波束测试位置的测试，得到被测变频天线的近场扫频测试结果。

以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种变频天线的近场扫频测试***，其特征在于：包括测试信号源、耦合模块、测试通道、参考通道、接收机和控制计算机，其中：

测试信号源：产生射频测试信号；在接收到接收机发送的触发信号后发送所述射频测试信号到耦合模块，同时将接收到的触发信号转发到测试通道和参考通道；其中，所述射频测试信号的发射频率为f_RF；

耦合模块：接收测试信号源发送的射频测试信号，对所述信号进行功率放大后分成两路，其中一路发送到参考通道，另一路发送测试通道；

参考通道：包括第一混频模块；所述第一混频模块在接收到测试信号源转发的触发信号后，对接收到的射频测试信号进行下变频，得到中心频率为f_IF的中频参考信号，并发送所述中频参考信号到接收机；

测试通道：包括发射模块、被测的变频天线、第二混频模块和第三混频模块；所述发射模块接收耦合模块发送的射频测试信号，然后在设定的波束测试位置将所述射频测试信号向外辐射至自由空间；被测的变频天线接收发射模块辐射出的信号，进行变频处理后输出包括N个频点的信号到第二混频模块；第二混频模块接收测试信号源转发的触发信号，然后在设定的频率列表中按顺序选取本振信号频率，对接收信号进行变频处理，输出变频后信号到第三变频模块；第三混频模块对接收到信号进行变频处理后，输出中心频率为f_IF的中频测试信号到接收机；

接收机：发送触发信号到测试信号源，并接收参考通道发送的中频参考信号，以及测试通道发送的中频测试信号；将所述中频参考信号和中频测试信号进行比幅和比相处理，得到被测变频天线在所述波束测试位置上的接收信号的幅度和相位，然后发送所述波束测试位置、接收信号幅度和相位到控制计算机，同时发送下一个触发信号到测试信号源；

控制计算机：接收接收机发送的波束测试位置、接收信号幅度和相位，进行保存和数据处理。

2.根据权利要求1所述的一种变频天线的近场扫频测试***，其特征在于：如果被测的变频天线输出信号的N个频点的频率分别为f₁、f₂、…、f_N，则第二混频模块的本振信号频率依次选取为f₁-f_RF、f₂-f_RF、…、f_N-f_RF，即设定的频率列表的频率按顺序排列依次为f₁-f_RF、f₂-f_RF、…、f_N-f_RF；并且第二混频模块对混频后信号进行滤波处理，选取差频信号输出，即得到中心频率为f_RF的混频输出信号。

3.根据权利要求1或2所述的一种变频天线的近场扫频测试***，其特征在于：第一混频模块和第三混频模块的本振信号频率为f_RF-f_IF，两个混频模块对混频后信号进行滤波处理，选取差频信号输出，即得到中心频率为f_IF的中频信号。

4.根据权利要求3所述的一种变频天线的近场扫频测试***，其特征在于：第一混频模块和第二混频模块采用***本振信号源提供本振信号；第二混频模块具有独立的外置本振信号源，所述外置本振信号源按照设定的频率列表选取本振频率。

5.根据权利要求4所述的一种变频天线的近场扫频测试***，其特征在于：控制计算机发送控制指令到所述***本振信号源和外置本振信号源，以及测试信号源，三个所述信号源根据接收到的控制指令设置发射信号的频率和功率。

6.根据权利要求1所述的一种变频天线的近场扫频测试***，其特征在于：测试通道的发射模块包括扫描架和测试探头，所述测试探头安装在扫描架上；控制计算机通过发送控制指令操控扫描架移动到设定的波束测试位置，扫描架移动到所述位置后，发送反馈信号到接收机，接收机接收到所述反馈信号后，发送触发信号给测试信号源；测试探头接收到耦合模块发送的射频测试信号后，将所述射频测试信号向外辐射至自由空间。

7.根据权利要求6所述的一种变频天线的近场扫频测试***，其特征在于：控制计算机通过GPIB总线发送控制指令到扫描架。

8.根据权利要求1所述的一种变频天线的近场扫频测试***的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、控制计算机发送控制指令到发射模块，发射模块根据控制指令将发射信号位置设置到指定的波束测试位置，之后发射模块发送反馈信号到接收机；

(2)、接收机接收到所述反馈信号后，发送触发信号到测试信号源；

(3)、测试信号源产生中心频率为f_RF的射频测试信号，并发送到耦合模块；同时转发所述触发信号到第一混频模块、第二混频模块和第三混频模块；

(4)、耦合模块对所述射频测试信号进行功率放大后分为两路，其中，一路信号发送到参考通道；另一路信号发送测试通道；

(5)、参考通道和测试通道分别对接收到的射频测试信号进行处理，输出中频参考信号和中频测试信号到接收机，其中：

在参考通道中，第一混频模块对接收到的射频测试信号进行下变频处理，输出中心频率为f_IF的中频参考信号到接收机；

在测试通道中，发射模块将接收到的射频测试信号在设定的波束测试位置向外辐射至自由空间；被测的变频天线接收发射模块辐射出的信号，并进行变频处理后输出包括N个频点的信号到第二混频模块，所述N个频点分别为f₁、f₂、…、f_N；第二混频模块在接收到测试信号源转发的触发信号后，在设定的频率列表中按顺序选取1个频率作为本振信号频率，对接收信号进行变频处理，并输出变频后中心频率为f_RF信号到第三变频模块，其中，所述频率列表的频率按顺序排列依次为f₁-f_RF、f₂-f_RF、…、f_N-f_RF；第三混频模块对接收到信号进行变频处理后，得到中心频率为f_IF的中频测试信号并输出到接收机；

(6)、接收机接收参考通道和测试通道发送的中频参考信号和中频测试信号，将所述中频参考信号和中频测试信号进行比幅和比相处理，得到被测变频天线在所述波束测试位置上的接收信号的幅度和相位，然后发送所述波束测试位置、接收信号幅度和相位到控制计算机，同时发送下一个触发信号到测试信号源；

(7)、重复步骤(3)～(6)，完成变频天线输出的N个频点的信号测试，然后进行步骤(8)；

(8)、重复步骤(1)～(7)，完成所有指定波束测试位置的测试，得到被测变频天线的近场扫频测试结果。