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专利名称：三维高精度全自动超高频段雷达天线近场测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三维高精度全自动超高频段雷达天线近场测试系统。
背景技术：
天线近场测试在微波暗室中进行，其精度高、效率高、成本低，在天线测试中的应用越来越广泛。天线近场测试系统主要包括待测天线与探头系统、待测天线与探头定位系统、测试数据采集与处理系统。其中，待测天线与探头定位系统作为天线近场测试的关键平台，它的定位方式及精度决定着天线测试结果的精度。待测天线与探头定位系统的主要技术指标就是其定位精度探头的定位平面度、重复定位精度以及天线与探头之间相对位置精度。目前，国内研究天线近场测试平台的单位主要是一些高校和研究所，如西安电子科技 大学、北京航空航天大学及中电14所，他们的产品定位平面度可达O. 08mm左右，通过激光跟踪仪辅助和控制系统的优化最高可以达到O. 04mm。但大多采用塔基式结构，体积庞大、集成化程度不高、结构复杂、不便贴吸波材料以降低测试平台散射对测试结果的影响，一般只适用于大型雷达天线的测试。而且他们的产品一般只是探头定位系统(又可称作扫描架或取样架)，没有将天线定位系统和探头定位系统集成到一个平台上，使用局限性较大，使用不太方便。

发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种采用闭环自动控制系统实现高精度定位、定位精度高的，整个平台微波“零”散射、大大较低微波散射对近场测试精度的影响的，集成化程度高、体积小、重量轻，使用和维护方便的低成本三维高精度全自动超高频段雷达天线近场测试系统。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的三维高精度全自动超高频段雷达天线近场测试系统，它包括安装基座、Y轴定位组件和XZ平面定位系统，Y轴定位组件包括Y轴滚珠丝杆组件、Y轴滚珠线性滑轨、与Y轴滚珠线性滑轨相匹配的滑块组a、Y轴调平连接拖板、Y轴标尺和天线安装支座，Y轴滚珠丝杆组件包括Y轴滚珠丝杆、与Y轴滚珠丝杆相匹配的Y轴丝杆螺母和Y轴丝杆支座，Y轴丝杆螺母固定安装在Y轴调平连接拖板上，Y轴滚珠丝杆的顶端穿过Y轴丝杆螺母与Y轴丝杆支座活动连接，Y轴丝杆支座固定安装在安装基座上；两根Y轴滚珠线性滑轨分别固定安装在安装基座上，Y轴标尺平行于Y轴滚珠线性滑轨安装在安装基座上，天线安装支座固定安装在Y轴调平连接拖板的上平面，Y轴调平连接拖板的下平面安装滑块组a ；XZ平面定位系统由X轴自动定位组件和Z轴自动定位组件组成，X轴自动定位组件包括X轴滚珠丝杆组件、X轴滚珠线性滑轨、与X轴滚珠线性滑轨相匹配的滑块组b、x轴调平连接拖板、X轴驱动伺服电机和X轴光栅尺，X轴滚珠丝杆组件包括X轴滚珠丝杆、与X轴滚珠丝杆相匹配的X轴丝杆螺母和X轴丝杆支座，X轴丝杆螺母固定安装在X轴调平连接拖板上，X轴滚珠丝杆的一端通过联轴器连接X轴驱动伺服电机，另一端穿过X轴丝杆螺母与X轴丝杆支座活动连接，X轴丝杆支座固定安装在安装基座上；两根X轴滚珠线性滑轨分别固定安装在安装基座上，X轴光栅尺平行于X轴滚珠线性滑轨安装在安装基座上，X轴调平连接拖板的下平面安装滑块组b ;Z轴自动定位组件包括单轴机器人、测试传感器安装支架、Z轴光栅尺、Z轴重心调整背架和Z轴驱动伺服电机，Z轴自动定位组件通过Z轴重心调整背架固定安装于X轴调平连接拖板的上平面，单轴机器人的一端通过联轴器连接Z轴驱动伺服电机，单轴机器人固定安装在Z轴重心调整背架上，测试传感器安装支架固定安装在单轴机器人的滑块上，Z轴光栅尺平行于单轴机器人安装在Z轴重心调整背架上。Y轴滚珠丝杆的末端与操作手轮相连或通过联轴器与伺服电机相连。安装基座、Y轴定位组件、X轴自动定位组件和Z轴自动定位组件的外表面均贴附吸波材料。本发明的有益效果是 (1)利用集成化设计思想，采用铸铁平台作为安装基座，选用高集成化的高精度滚珠线性滑轨与高精度滚珠丝杆组成X、Y轴移动机构，用高集成化的单轴机器人作为Z轴移动机构，实现了 X、Y、Z三个轴方向上的移动定位；
(2)γ轴根据使用要求既可采用人工控制也可采用自动控制方式，本发明可根据使用要求采用人工控制方式，行走平行度达到O. 05mm ；
(3)X、Z轴采用闭环自动控制系统实现高精度定位，XZ定位平面度小于O.05mm，重复定位精度达到O. Olmm ；
(4)采用隐身外形设计技术，减小了平台在微波方向的截面，同时整个平台表面尽可能设计成规则平面以便于贴附吸波材料，从而实现了整个平台的微波“零”散射，大大降低了微波散射对近场测试精度的影响；
(5)整个测试系统集成化程度高，精度高、散射小、体积小重量轻，使用维护方便，成本低，满足50GHz以下小型天线的测试要求。


图I为本发明结构示意 图中，I-安装基座，2-Y轴滚珠线性滑轨，3-Y轴调平连接拖板，4-操作手轮，5-Y轴标尺，6-天线安装支座，7-Y轴滚珠丝杆，8-Y轴丝杆螺母，9-Y轴丝杆支座，IO-X轴滚珠线性滑轨，Il-X轴调平连接拖板，12-X轴驱动伺服电机，13-X轴光栅尺，14-X轴滚珠丝杆，15- X轴丝杆螺母，16-X轴丝杆支座，17-单轴机器人，18-测试传感器安装支架，19-Z轴光栅尺，20-Z轴重心调整背架，21-Z轴驱动伺服电机，22-滑块。
具体实施例方式下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。如图I所示，三维高精度全自动超高频段雷达天线近场测试系统，它包括安装基座I、Y轴定位组件和XZ平面定位系统，安装基座I为“T”字型，整体铸造成型，安装基座I上表面安装X、Y轴的精密滚珠线性滑轨，平面度要求很高，所以通过磨削和铲刮等处理来保证其平面度的要求。安装基座I、Y轴定位组件和XZ平面定位系统的外表面均贴附吸波材料。 Y轴定位组件包括Y轴滚珠丝杆组件、Y轴滚珠线性滑轨2、与Y轴滚珠线性滑轨2相匹配的滑块组a、Y轴调平连接拖板3、Y轴标尺5和天线安装支座6，Y轴滚珠丝杆组件包括Y轴滚珠丝杆7、与Y轴滚珠丝杆7相匹配的Y轴丝杆螺母8和Y轴丝杆支座9，Y轴丝杆螺母8通过螺栓固定安装在Y轴调平连接拖板3上，Y轴滚珠丝杆7的顶端穿过Y轴丝杆螺母8与Y轴丝杆支座9活动连接，Y轴滚珠丝杆7的末端与操作手轮4相连或通过联轴器与伺服电机相连，本方案采用连接操作手轮4的方式，采用人工旋转操作手轮4的方式进行控制。Y轴丝杆支座9通过螺栓固定安装在安装基座I上；两根Y轴滚珠线性滑轨2分别通过螺栓固定安装在安装基座I上，Y轴标尺5平行于Y轴滚珠线性滑轨2粘贴在安装基座I上，天线安装支座6通过螺栓固定安装在Y轴调平连接拖板3的上平面，Y轴调平连接拖板3的下平面安装滑块组a。通过旋转操作手轮4使Y轴滚珠丝杆7旋转，驱动Y轴丝杆螺母8沿直线运动，从而带动Y轴滚珠线性滑轨2、Y轴调平连接拖板3及天线安装支座6整体沿Y轴方向运动。 XZ平面定位系统由X轴自动定位组件和Z轴自动定位组件组成，定位行程范围为800mmX 800mm。X轴自动定位组件包括X轴滚珠丝杆组件、X轴滚珠线性滑轨10、与X轴滚珠线性滑轨10相匹配的滑块组b、X轴调平连接拖板11、X轴驱动伺服电机12和X轴光栅尺13，X轴滚珠丝杆组件包括X轴滚珠丝杆14、与X轴滚珠丝杆14相匹配的X轴丝杆螺母15和X轴丝杆支座16，X轴丝杆螺母15通过螺栓固定安装在X轴调平连接拖板11上，X轴滚珠丝杆14的一端通过联轴器连接X轴驱动伺服电机12，另一端穿过X轴丝杆螺母15与X轴丝杆支座16活动连接，X轴丝杆支座16通过螺栓固定安装在安装基座I上；两根X轴滚珠线性滑轨10分别通过螺栓固定安装在安装基座I上，X轴光栅尺13平行于X轴滚珠线性滑轨10粘贴在安装基座I上，X轴调平连接拖板11的下平面安装滑块组b，滑块组a和滑块组b均由通过螺栓安装在调平连接拖板下平面四个转角处的四块滑块组成。Z轴自动定位组件包括单轴机器人17、测试传感器安装支架18、Z轴光栅尺19、Z轴重心调整背架20和Z轴驱动伺服电机21，Z轴自动定位组件通过Z轴重心调整背架20固定安装于X轴调平连接拖板11的上平面，单轴机器人17的一端通过联轴器连接Z轴驱动伺服电机21，单轴机器人17固定安装在Z轴重心调整背架20上，测试传感器安装支架18固定安装在单轴机器人17的滑块22上，Z轴光栅尺19平行于单轴机器人17安装在Z轴重心调整背架20上。控制系统由伺服电机、伺服驱动、PLC控制器、位置反馈光栅尺构成闭环控制系统，可达到O. Olmm的到位精度。控制系统与上位机之间能通过以太网串行通讯接口实现连接通讯。整个控制系统既可以用手操盒进行快速移动控制，也可以通过上位机软件进行实时精确控制，方便测试采集坐标数据。控制系统与上位机之间连接通讯方便，可扩展性强，利于根据实际测试需要进行后续开发。XZ定位平面的平面度、天线安装支座6沿Y轴的行走平行度以及整个平台对电磁波的散射对天线近场测试结果的精度有着决定性的影响，通过采用上述高精度高集成的驱动、导向组件，闭环控制系统，合理的结构设计以及防散射措施，实现了 XZ定位平面度小于O. 05mm，重复定位精度小于O. 01mm，Y轴行走平行度小于O. 05mm的精度要求和面向电磁波方向“零”散射的要求，满足50GHz以下的小型天线近场测试要求。
权利要求
1.三维高精度全自动超高频段雷达天线近场测试系统，其特征在于它包括安装基座(1)、γ轴定位组件和XZ平面定位系统,Y轴定位组件包括Y轴滚珠丝杆组件、Y轴滚珠线性滑轨(2 )、与Y轴滚珠线性滑轨(2 )相匹配的滑块组a、Y轴调平连接拖板(3 )、Y轴标尺(5 )和天线安装支座(6)，Y轴滚珠丝杆组件包括Y轴滚珠丝杆(7)、与Y轴滚珠丝杆(7)相匹配的Y轴丝杆螺母(8)和Y轴丝杆支座(9)，Y轴丝杆螺母(8)固定安装在Y轴调平连接拖板(3)上，Y轴滚珠丝杆(7)的顶端穿过Y轴丝杆螺母(8)与Y轴丝杆支座(9)活动连接，Y轴丝杆支座(9 )固定安装在安装基座(I)上；两根Y轴滚珠线性滑轨(2 )分别固定安装在安装基座(I)上，Y轴标尺(5)平行于Y轴滚珠线性滑轨(2)安装在安装基座(I)上，天线安装支座(6)固定安装在Y轴调平连接拖板(3)的上平面，Y轴调平连接拖板(3)的下平面安装滑块组a ； XZ平面定位系统由X轴自动定位组件和Z轴自动定位组件组成，X轴自动定位组件包括X轴滚珠丝杆组件、X轴滚珠线性滑轨(10)、与X轴滚珠线性滑轨(10)相匹配的滑块组b、X轴调平连接拖板(11)、X轴驱动伺服电机(12)和X轴光栅尺(13)，X轴滚珠丝杆组件包括X轴滚珠丝杆(14)、与X轴滚珠丝杆(14)相匹配的X轴丝杆螺母(15)和X轴丝杆支座(16)，X轴丝杆螺母(15)固定安装在X轴调平连接拖板(11)上，X轴滚珠丝杆(14)的一端通过联轴器连接X轴驱动伺服电机(12)，另一端穿过X轴丝杆螺母(15)与X轴丝杆支座(16)活动连接，X轴丝杆支座(16)固定安装在安装基座(I)上；两根X轴滚珠线性滑轨(10)分别固定安装在安装基座(I)上，X轴光栅尺(13)平行于X轴滚珠线性滑轨(10)安装在安装基座(I)上，X轴调平连接拖板(11)的下平面安装滑块组b ; Z轴自动定位组件包括单轴机器人(17)、测试传感器安装支架(18)、Z轴光栅尺(19)、Z轴重心调整背架(20)和Z轴驱动伺服电机(21)，Z轴自动定位组件通过Z轴重心调整背架(20)固定安装于X轴调平连接拖板(11)的上平面，单轴机器人(17)的一端通过联轴器连接Z轴驱动伺服电机(21)，单轴机器人(17)固定安装在Z轴重心调整背架(20)上，测试传感器安装支架(18)固定安装在单轴机器人(17)的滑块(22)上，Z轴光栅尺(19)平行于单轴机器人(17)安装在Z轴重心调整背架(20)上。
2.根据权利要求I所述的三维高精度全自动超高频段雷达天线近场测试系统，其特征在于所述的Y轴滚珠丝杆(7)的末端与操作手轮(4)相连或通过联轴器与伺服电机相连。
3.根据权利要求I所述的三维高精度全自动超高频段雷达天线近场测试系统，其特征在于所述的安装基座(I)、γ轴定位组件、X轴自动定位组件和Z轴自动定位组件的外表面均贴附吸波材料。
全文摘要
本发明公开了一种三维高精度全自动超高频段雷达天线近场测试系统，它包括安装基座(1)、Y轴定位组件和XZ平面定位系统，Y轴定位组件包括Y轴滚珠丝杆组件、Y轴滚珠线性滑轨(2)、Y轴调平连接拖板(3)、和天线安装支座(6)；X轴自动定位组件包括X轴滚珠丝杆组件、X轴滚珠线性滑轨(10)、X轴调平连接拖板(11)、X轴驱动伺服电机(12)和X轴光栅尺(13)，Z轴自动定位组件包括单轴机器人(17)、测试传感器安装支架(18)、Z轴光栅尺(19)、Z轴重心调整背架(20)和Z轴驱动伺服电机(21)。本发明集成化程度高，精度高、散射小、体积小重量轻，使用维护方便，成本低，满足小型天线的测试要求。
文档编号G01R29/08GK102841265SQ20121032298
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者李明全, 高洋, 朱彦, 王云飞, 靳广成, 张休玉 申请人:成都锦江电子系统工程有限公司