相控阵天线检测装置和系统

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种相控阵天线检测装置和系统。

背景技术

阵列天线是一组个体天线的集合，每个个体天线可单独控制的天线阵列称为相控阵天线。相控阵天线的工作原理是，通过阵列天线的各电子部件对各天线的相位进行控制，使得不同相位的无线电波合成波束，从而达到波束的能量更加集中，传播更远的目的。

传统技术中，针对相控阵天线波束的检测方式，一般是通过数控机械臂移动带动相控阵天线移动，来实现检测三维空间各个位置的波束信号强度，然而，这种机械传动较慢，导致传统技术存在相控阵天线波束检测效率低的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高相控阵天线波束检测效率的相控阵天线检测装置和系统。

第一方面，本申请提供了一种相控阵天线检测装置，该装置包括：多个检测探头和上位机设备；多个检测探头分别设置于待检测的相控阵天线周围的不同位置处，且，各检测探头均包括可测量信号强度的检波器；上位机设备与各检测探头均连接，以接收各检测探头中的检波器测量得到的信号强度，并根据接收到的信号强度得到相控阵天线的波束测量信息。

在其中一个实施例中，检测探头还包括接收天线，接收天线与检波器连接。

在其中一个实施例中，检测探头还包括控制组件和通信组件；控制组件与检波器和通信组件均连接，以将信号强度通过通信组件发送至上位机设备。

在其中一个实施例中，检测探头还包括指示灯，指示灯与控制组件连接，以在接收到控制组件发送的指示驱动信息后进行亮度调节，指示驱动信息是控制组件在确定接收到的信号强度大于信号阈值时输出的。

在其中一个实施例中，多个检测探头排列为二维阵列，各检测探头设置于平面的不同位置处。

在其中一个实施例中，多个检测探头沿水平方向排列，或沿垂直方向排列，或呈十字形排列，或呈环形排列。

在其中一个实施例中，多个检测探头排列为三维阵列，各检测探头设置于球面的不同位置处。

在其中一个实施例中，装置还包括标有刻度的导轨支架；多个检测探头设置在导轨支架的不同刻度位置处。

在其中一个实施例中，导轨支架为可旋转支架。

在其中一个实施例中，导轨支架上设置倾角检测传感器，倾角检测传感器与上位机设备连接，以向上位机设备发送导轨支架的倾斜角度。

第二方面，本申请还提供了一种相控阵天线检测系统，该系统包括待检测的相控阵天线和上述第一方面中所述的相控阵天线检测装置。

上述相控阵天线检测装置包括多个检测探头和上位机设备；多个检测探头分别设置于待检测的相控阵天线周围的不同位置处，且，各检测探头均包括可测量信号强度的检波器；上位机设备与各检测探头均连接，以接收各检测探头中的检波器测量得到的信号强度，并根据接收到的信号强度得到相控阵天线的波束测量信息，这样，利用多个检测探头并行测量相控阵天线的波束，可以提高相控阵天线波束检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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申请的一些实施例，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。

图1为一个实施例中一种相控阵天线检测系统的示意图；

图2为一个实施例中一种多个检测探头排列示意图；

图3为一个实施例中另一种多个检测探头排列示意图；

图4为一个实施例中一种波束离轴角的计算原理图；

图5为一个实施例中一种上位机设备的界面展示示意图；

图6为一个实施例中一种检测探头的结构示意图；

图7为一个实施例中一种可视化相控阵天线检测装置示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

阵列天线是一组个体天线的集合，每个个体天线可单独控制的天线阵列称为相控阵天线。相控阵天线的工作原理是，通过阵列天线的各电子部件对各天线的相位进行控制，使得不同相位的无线电波合成波束，从而达到波束的能量更加集中，传播更远的目的。

而无线电波看不见摸不着，只能通过仪器设备来检测。现有的针对毫米波相控阵天线波束检测的设备，一般是通过数控机械臂带动相控阵天线移动或者旋转检测探头的方式，来检测三维空间各个位置的波束信号强度，然后通过上位机中的应用程序对各个点的数据采集并进行图像转化，最后生成二维或者三维的波束指向图，这就需要结合脉冲发生器、矢量网络分析仪、转台控制器等设备进行协同工作，如专利CN207281181U中所述的相控阵天线测试系统。

然而，上述系统存在以下几个缺点：

（1）系统中数控转台、矢量网络分析仪等设备属于贵重的仪器设备，整个系统成本至少几十万级别，存在成本较高的问题。

（2）检测结果不直观，仅用于专业人员对相控阵天线详尽的指标测试。

（3）操作流程复杂，一般需要专业实验室操作人员才能完成。

（4）转台控制器控制机械臂移动带动相控阵天线移动的机械传动方式使得检测时间长，存在检测效率低的问题。

基于此，有必要提出有效的技术手段来解决上述问题，下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种相控阵天线检测系统的示意图，该系统包括待检测的相控阵天线100和相控阵天线检测装置200。

相控阵天线检测装置200包括：多个检测探头201和上位机设备（图中未示出）；多个检测探头201分别设置于待检测的相控阵天线100周围的不同位置处，且，各检测探头201均包括可测量信号强度的检波器；上位机设备与各检测探头201均连接，以接收各检测探头201中的检波器测量得到的信号强度，并根据接收到的信号强度得到相控阵天线100的波束测量信息。

图1中的曲线代表的是相控阵天线100发射的波束，而波束有波束中心线，也称为波束指向，通常通过波束中心线的方向来确定波束离轴角。

可选的，多个检测探头201分别设置于待检测的相控阵天线100周围的不同位置处，具体可以是多个检测探头201排列为二维阵列，各检测探头201设置于平面的不同位置处，也可以是多个检测探头201排列为三维阵列，各检测探头201设置于球面的不同位置处。

多个检测探头201排列为二维阵列，具体可以是多个检测探头201沿垂直方向排列（如图1所示），或沿水平方向排列，或呈十字形排列（如图2所示），或呈环形排列（如图3所示），图2和图3中用圆圈表示检测探头201。需要说明的是，多个检测探头201的排列形式可以根据需要测量的精度以及波束方向来调整，在此不对多个检测探头201的排列形式做限定。

在另一个可选的实施方式中，相控阵天线检测装置200还包括导轨支架，该导轨支架具体可以是标有刻度的导轨支架，多个检测探头201可以设置在导轨支架的不同刻度位置处。此外，导轨支架还可以为可旋转支架，具体可以是支架平面可以绕中心旋转的旋转支架，其可以实现快速判断波束指向位置。

导轨支架上还可以设置有倾角检测传感器，倾角检测传感器与上位机设备连接，以向上位机设备发送导轨支架的倾斜角度。

波束测量信息包括波束信号强度、波束方位角和波束离轴角中的至少一种，相控阵天线检测装置200得到相控阵天线100的波束测量信息的原理如下：

相控阵天线100发射波束之后，多个检测探头201中的部分检测探头201会接收到信号，接收到信号的检测探头201中的检波器会对信号进行测量，得到信号强度，然后接收到信号的检测探头201会将测量得到的信号强度发送至上位机设备。

上位机设备接收到的各检测探头201发送的信号强度就是波束信号强度，然后上位机设备会根据各检测探头201的位置将各检测探头201发送的信号强度进行显示。

另外，上位机设备还会根据发送最大信号强度的检测探头201的位置计算得到波束离轴角，波束离轴角的计算原理如图4所示。其中，L为相控阵天线与检测探头所处平面之间的距离，H为发送最大信号强度的检测探头201偏离检测探头平面中心线的距离，

此外，上位机设备还可以根据发送最大信号强度的检测探头201的位置以及倾角检测传感器发送的导轨支架的倾斜角度计算得到波束方位角。

如图5所示，提供了一种上位机设备的界面展示示意图，其中展示有波束信号强度、波束离轴角和波束方位角。

上述相控阵天线检测装置200包括多个检测探头201和上位机设备；多个检测探头201分别设置于待检测的相控阵天线100周围的不同位置处，且，各检测探头201均包括可测量信号强度的检波器；上位机设备与各检测探头201均连接，以接收各检测探头201中的检波器测量得到的信号强度，并根据接收到的信号强度得到相控阵天线100的波束测量信息，这样，利用多个检测探头并行测量相控阵天线的波束，且操作简单，因此可以提高相控阵天线波束检测效率。

在其中一个实施例中，如图6所示，提供了一种检测探头的结构示意图，检测探头201还包括接收天线601，接收天线601与检波器602连接。

检测探头201还包括控制组件603和通信组件604；控制组件603与检波器602和通信组件604均连接，以将信号强度通过通信组件604发送至上位机设备。

检测探头201还包括指示灯605，指示灯605与控制组件603连接，以在接收到控制组件603发送的指示驱动信息后进行亮度调节，指示驱动信息是控制组件603在确定接收到的信号强度大于信号阈值时输出的。

其中，接收天线用于接收电磁波信号，也即是相控阵天线发射的波束。

检波器602是电磁波强度检测芯片，在接收到电磁波信号后，可以将电磁波信号转化为电压信号，也即是得到信号强度，然后将信号强度发送至控制组件603。另外，检波器602可以采用宽频带检波器，这样可以实现各个波段的相控阵天线的波束检测，增大相控阵天线检测装置的使用范围。

控制组件603可以是单片机，能够将接收到的信号强度通过通信组件604发送至上位机设备，还可以根据信号强度来控制指示灯605的亮度，具体可以是控制组件603在接收到信号强度后，将信号亮度与信号阈值进行比较，若大于信号阈值，说明电磁波信号强度较强，则向指示灯605发送指示驱动信息，指示灯605在接收到指示驱动信息后会变亮，该指示驱动信息可以是电压信号，这样可以实现电磁波的“可视化”，如图7所示。

通信组件可以是RS485接口，使得检测探头和上位机设备通过RS485总线连接。

综上所述，相控阵天线检测装置包括多个检测探头、上位机设备、可旋转且标有刻度的导轨支架和倾角检测传感器；其中，倾角检测传感器设置于导轨支架上，且，与上位机设备连接，各检测探头包括接收天线、检波器、控制组件、通信组件和指示灯，这些器件的连接关系和用途上述已做详细描述，在此不再赘述。而这样设计相控阵天线检测装置具有如下优点：

（1）无需数控转台、矢量网络分析仪等贵重的仪器设备，主要成本是检测探头，但检测探头的成本不高，而且可以根据测量精度要求调整检测探头的数量。另外，可旋转的导轨支架由于能够旋转带动检测探头移动，因此可以减少检测探头的数量，通过旋转检测探头的方式来实现波束的测量，从而能够进一步降低相控阵天线检测装置的成本。

（2）通过指示灯实现了可视化检测，具有检测直观的特点。

（3）操作简单，易于上手。

（4）相比于传统技术中的机械传动方式，多个检测探头并行检测，极大缩短了检测时间，可以提高检测效率。

（5）相控阵天线检测装置技术实现简单，测试环境部署容易。

在本申请中，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，除非另有明确的限定。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申请中的具体含义。

在本申请中，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至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如，两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

在本申请的描述中，应理解，在本申请中“电连接”可理解为元器件物理接触并电导通；也可理解为线路构造中不同元器件之间通过印制电路板(printed circuit board，PCB)铜箔或导线等可传输电信号的实体线路进行连接的形式。“耦合”可理解为通过间接耦合的方式隔空电导通，其中，本领域人员可以理解的是，耦合现象即指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。