專利名稱：一種二維全自動(dòng)電磁場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二維全自動(dòng)電磁場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)，屬于電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一直以來(lái)，電磁學(xué)在理論實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用方面的發(fā)展在很大程度上受制于電磁場(chǎng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展。例如在進(jìn)行超材料的零折射特性的研究中，需要產(chǎn)生較為穩(wěn)定的典型電磁場(chǎng)分布，并且較為精確地實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)內(nèi)幅值和相角的測(cè)量。能夠?qū)崿F(xiàn)這樣功能的測(cè)試系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)具有以下特性1)能夠?qū)^大范圍的平面空間進(jìn)行測(cè)量。2)接收極子天線能夠在垂直方向上移動(dòng)，使得測(cè)試結(jié)果可以反映電磁場(chǎng)在垂直方向上的變化。3)測(cè)試系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)幾種不同的典型電磁場(chǎng)分布。4)測(cè)試系統(tǒng)能夠在實(shí)驗(yàn)測(cè)試及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄過(guò)程中實(shí)現(xiàn)較高程 度的自動(dòng)化。目前國(guó)內(nèi)外已有一些可用于電磁場(chǎng)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，但目前其應(yīng)用仍有一定的局限性，因?yàn)槠錅y(cè)試范圍較小，且其接收極子天線沒(méi)有在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)自由度，使得其極子所接收到的能量較小，測(cè)試效果較差。同時(shí)，目前已有的測(cè)試平臺(tái)的上金屬平板起升和支撐裝置存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作不便等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種二維全自動(dòng)電磁場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)，能夠較為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)較大范圍的空間電磁場(chǎng)的二維測(cè)量，并且具有使用方便、較高的穩(wěn)定性和快速性等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種二維全自動(dòng)電磁場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)，包括二維電控平移臺(tái)、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)、控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及底板；所述波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)包括發(fā)射極子天線、接收極子天線、上金屬平板、下金屬平板、吸波材料、由上下兩塊金屬平板構(gòu)成的平行波導(dǎo)測(cè)試腔和測(cè)試腔開(kāi)啟裝置；所述發(fā)射極子天線安裝于下金屬平板上，接收極子天線安裝于上金屬平板的安裝孔中，測(cè)試腔開(kāi)啟裝置與上金屬平板相連，吸波材料位于下金屬平板的上表面，下金屬平板安裝在二維電控平移臺(tái)上；發(fā)射極子天線以及接收極子天線與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換線相連，其特征在于所述的測(cè)試系統(tǒng)還包括接收極子天線高度調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置包括舵機(jī)和擺桿，在擺桿上開(kāi)有滑槽，擺桿與舵機(jī)輸出軸相連，在接收極子天線上安裝有銷軸，銷軸安裝于滑槽中；在上金屬平板上沿X方向布置有三個(gè)接收極子天線安裝孔，接收極子天線安裝在其中一個(gè)孔中。本發(fā)明的技術(shù)特征還在于所述測(cè)試腔開(kāi)啟裝置包括四套開(kāi)啟機(jī)構(gòu)，四套開(kāi)啟機(jī)構(gòu)對(duì)稱布置在底板上，每套包括上金屬平板支撐架、支撐桿和調(diào)節(jié)螺母，支撐桿一端通過(guò)上金屬平板鉸鏈與上金屬平板鉸接，另一端通過(guò)支撐架鉸鏈與上金屬平板支撐架鉸連，調(diào)整螺母安裝在支撐桿上，上金屬平板支撐架固定在底板上；二維電控平移臺(tái)包括兩條平行于X軸的導(dǎo)軌、X方向絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)和Y方向絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，其中X方向絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)包括X向步進(jìn)電機(jī)，X方向絲杠及X方向滑塊，Y方向絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)包括Y向步進(jìn)電機(jī)、Y方向絲杠和Y方向滑塊；第一導(dǎo)軌以及第二導(dǎo)軌平行安裝在底板上，X方向滑塊架設(shè)在第一條導(dǎo)軌和第二條導(dǎo)軌之上，并與X方向絲杠形成絲杠傳動(dòng)關(guān)系，Y方向滑塊、Y方向絲杠以及Y向步進(jìn)電機(jī)安裝在X方向滑塊內(nèi)，Y方向滑塊與Y方向絲杠形成絲杠傳動(dòng)關(guān)系。本發(fā)明與現(xiàn)有的電磁場(chǎng)測(cè)量平臺(tái)系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果由于本發(fā)明采用了接收極子天線高度調(diào)節(jié)裝置，可以使測(cè)試接收能量在較大范圍內(nèi)可調(diào)，從而改進(jìn)測(cè)試效果；通過(guò)改變接收極子天線在上金屬平板的位置可實(shí)現(xiàn)較大范圍的電磁場(chǎng)測(cè)量；通過(guò)舵機(jī)控制接收極子在垂直方向的運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)接收極子所接收的能量可調(diào)；能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)源和平面波源兩種發(fā)射模式，并能快速精確全自動(dòng)掃描測(cè)試平行波導(dǎo)測(cè)試腔內(nèi)的電磁場(chǎng)。



圖I為二維全自動(dòng)電磁場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為上金屬平板示意圖。圖3為接收極子天線高度調(diào)節(jié)裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖4為拆去上金屬平板后的二維電控平移臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為測(cè)試腔閉合時(shí)的測(cè)試腔開(kāi)啟裝置示意圖。圖6為測(cè)試腔開(kāi)啟時(shí)的測(cè)試腔開(kāi)啟裝置示意圖。圖7為開(kāi)啟機(jī)構(gòu)中支撐架和支撐桿連接處的放大圖。圖8為測(cè)試區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)源型電磁場(chǎng)分布示意圖。圖9為測(cè)試區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)的平面波型電磁場(chǎng)分布示意圖。圖中I-Y方向滑塊；2_X方向滑塊；3、4_導(dǎo)軌；5_Y向運(yùn)動(dòng)絲杠；6_X向運(yùn)動(dòng)絲杠；7-安裝孔；8_舵機(jī)；9_接收極子天線；10_上金屬平板；11_發(fā)射極子天線；12_吸波材料；13-電磁波波陣面；14_上金屬平板支撐架；15_下金屬平板；16-Y向步進(jìn)電機(jī)；17_同軸線；18-調(diào)節(jié)螺母；19-支撐桿；20_矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀；21-X向步進(jìn)電機(jī)；22-X向定位傳感器；23-Y向定位傳感器；24_ 二維電控平移臺(tái)；25_平行波導(dǎo)測(cè)試腔；26_測(cè)試腔開(kāi)啟裝置；27-擺桿；28_銷軸；29_上金屬平板鉸鏈；30_計(jì)算機(jī)；31_支撐架鉸鏈；32_底板；40_控制器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、工作原理和工作過(guò)程做進(jìn)一步的說(shuō)明。圖I為二維全自動(dòng)電磁場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖，包括二維電控平移臺(tái)24、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀20、波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)、控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及底板32 ;所述波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)包括發(fā)射極子天線11、接收極子天線9、上金屬平板10、下金屬平板15、吸波材料12、由上下兩塊金屬平板構(gòu)成的平行波導(dǎo)測(cè)試腔25和測(cè)試腔開(kāi)啟裝置26 ;所述發(fā)射極子天線11安裝于下金屬平板15上，接收極子天線9安裝于上金屬平板10的安裝孔7中，測(cè)試腔開(kāi)啟裝置26與上金屬平板10相連，吸波材料12位于下金屬平板15的上表面，下金屬平板15安裝在二維電控平移臺(tái)24上；所述控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換線17、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀20、計(jì)算機(jī)30、控制器40 ;發(fā)射極子天線11以及接收極子天線9通過(guò)同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換線17與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀20相連，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀20通過(guò)網(wǎng)線與計(jì)算機(jī)30相連，計(jì)算機(jī)30通過(guò)USB線與控制器40相連，控制器40通過(guò)電纜與二維電控平移臺(tái)24中的X向步進(jìn)電機(jī)21以及Y向步進(jìn)電機(jī)16相連。在系統(tǒng)工作時(shí)，首先由計(jì)算機(jī)30向控制器40發(fā)送二維電控平移臺(tái)移動(dòng)指令，控制器40將指令輸送至二維電控平移臺(tái)24中的X向步進(jìn)電機(jī)21以及Y向步進(jìn)電機(jī)16，使二維電控平移臺(tái)24移動(dòng)到需要測(cè)試的位置。隨后計(jì)算機(jī)30向矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀20發(fā)出測(cè)試指令，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀20即通過(guò)同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換線17將需要發(fā)送的電磁信號(hào)輸送到發(fā)射極子天線11進(jìn)行發(fā)射，發(fā)射的電磁信號(hào)經(jīng)過(guò)平行波導(dǎo)測(cè)試腔后，由接收極子天線9接收到，隨后通過(guò)同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換線17輸送回矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀20，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀20將接收到的信號(hào)輸送給計(jì)算機(jī)30，即完成了一個(gè)點(diǎn)的測(cè)試。隨后計(jì)算機(jī)30再次向控制器40發(fā)送二維電控平移臺(tái)移動(dòng)指令，進(jìn)行下一個(gè)位置的測(cè)試。圖2為上金屬平板示意圖。上金屬平板10由測(cè)試腔開(kāi)啟裝置26支撐。測(cè)試腔開(kāi)啟裝置26包括四套開(kāi)啟機(jī)構(gòu)，四套開(kāi)啟機(jī)構(gòu)對(duì)稱布置在底板32上，每套包括上金屬平板支撐架14、支撐桿19和調(diào)節(jié)螺母18，支撐桿19 一端通過(guò)上金屬平板鉸鏈29與上金屬平板10 鉸接，另一端通過(guò)支撐架鉸鏈31與上金屬平板支撐架14鉸連，調(diào)整螺母18安裝在支撐桿19上，上金屬平板支撐架14固定在底板32上。在上金屬平板10上沿X方向布置有三個(gè)接收極子天線安裝孔7，接收極子天線安裝在其中一個(gè)孔中。將接收極子安裝在不同的定位孔中，可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大測(cè)量范圍的功能。圖3為接收極子天線高度調(diào)節(jié)裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。該調(diào)節(jié)裝置包括舵機(jī)8和擺桿2，在擺桿27上開(kāi)有滑槽，擺桿27與舵機(jī)8輸出軸相連，在接收極子天線9上安裝有銷軸28，銷軸28安裝于滑槽中，接收極子天線9安裝在上金屬平板10上的安裝孔7中。舵機(jī)8的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)擺桿2轉(zhuǎn)動(dòng)，擺桿2帶動(dòng)接收極子天線9進(jìn)行垂直方向的運(yùn)動(dòng)，將舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)榱私邮諛O子的垂直方向運(yùn)動(dòng)。通過(guò)控制舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度可以控制接收極子在垂直方向上運(yùn)動(dòng)的位移，從而控制接收極子的高度。圖4為拆去上金屬平板后的二維電控平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。二維電控平移臺(tái)包括兩條平行于X軸的導(dǎo)軌，以及X方向絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)和Y方向絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，其中X方向絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)包括X向步進(jìn)電機(jī)21、X方向絲杠(6)及X方向滑塊2，Y方向絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)包括Y向步進(jìn)電機(jī)16、Y方向絲杠5和Y方向滑塊I ;第一導(dǎo)軌3以及第二導(dǎo)軌4平行安裝在底板32上，X方向滑塊2架設(shè)在第一條導(dǎo)軌3和第二條導(dǎo)軌4之上，并與X方向絲杠6形成絲杠傳動(dòng)，Y方向滑塊1，Y方向絲杠5以及Y向步進(jìn)電機(jī)16安裝在X方向滑塊2內(nèi)，Y方向滑塊I與Y方向絲杠5形成絲杠傳動(dòng)。當(dāng)X方向絲杠6通過(guò)X向步進(jìn)電機(jī)21帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，X方向滑塊2即可在X方向運(yùn)動(dòng)；Y方向絲杠5固定于X方向滑塊2之上，并且與Y方向滑塊I形成絲杠傳動(dòng)，當(dāng)Y向步進(jìn)電機(jī)16旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)Y方向絲杠5旋轉(zhuǎn)時(shí)，Y方向滑塊I即可在Y方向運(yùn)動(dòng)；通過(guò)Y方向和X方向的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成，滑塊I即可實(shí)現(xiàn)在XY平面內(nèi)的任意二維運(yùn)動(dòng)。圖5為測(cè)試腔閉合時(shí)的測(cè)試腔開(kāi)啟裝置示意圖，圖6為測(cè)試腔開(kāi)啟時(shí)的測(cè)試腔開(kāi)啟裝置示意圖，圖7為支撐架鉸鏈部分的放大圖。測(cè)試腔開(kāi)啟裝置26包括四套開(kāi)啟機(jī)構(gòu)，四套開(kāi)啟機(jī)構(gòu)對(duì)稱布置在底板32上，每套包括上金屬平板支撐架14、支撐桿19和調(diào)節(jié)螺母18，支撐桿19 一端通過(guò)上金屬平板鉸鏈29與上金屬平板10鉸接，另一端通過(guò)支撐架鉸鏈31與上金屬平板支撐架14鉸連，調(diào)整螺母18安裝在支撐桿19上，上金屬平板支撐架14固定在底板32上。當(dāng)需要開(kāi)啟測(cè)試腔時(shí)，推動(dòng)上金屬平板10，支撐桿19旋轉(zhuǎn)使得上金屬平板10升起，如圖6，此時(shí)上金屬平板10可以通過(guò)靠在支撐架14上進(jìn)行支撐。通過(guò)調(diào)節(jié)螺母18，可以調(diào)節(jié)上下金屬平板之間的間距，從而調(diào)節(jié)平行波導(dǎo)的高度和平行度。圖8為測(cè)試區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)源型電磁場(chǎng)分布示意圖，圖9為測(cè)試區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)的平面波型電磁場(chǎng)分布示意圖。本系統(tǒng)可以通過(guò)極子的不同位置以及吸波材料的放置形成兩種典型的電磁場(chǎng)分布一是將發(fā)射極子11置于下金屬平板測(cè)試區(qū)域中心，吸波材料12呈完整的圓周放置，電磁波將形成圓形波陣面從中心出射，即可形成電源型電磁場(chǎng)分布，如圖8所示；二是將發(fā)射極子置于波導(dǎo)內(nèi)，使其先在波導(dǎo)內(nèi)行進(jìn)一段距離，隨后進(jìn)入圓形區(qū)域內(nèi)。由于波導(dǎo)的作用，使得電磁波在從波導(dǎo)口出射時(shí)不再是圓形的波陣面，而形成了平行波陣面， 從而形成了平面波型電磁場(chǎng)分布，如圖9所示。這兩種典型的電磁場(chǎng)分布在實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)都有較多的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種二維全自動(dòng)電磁場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)，包括二維電控平移臺(tái)(24)、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(20)、波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)、控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及底板(32);所述波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)包括發(fā)射極子天線(11)、接收極子天線(9)、上金屬平板(10)、下金屬平板(15)、吸波材料(12)、由上下兩塊金屬平板構(gòu)成的平行波導(dǎo)測(cè)試腔(25)和測(cè)試腔開(kāi)啟裝置(26);所述發(fā)射極子天線(11)安裝于下金屬平板(15)上，接收極子天線(9)安裝于上金屬平板(10)的安裝孔(7)中，測(cè)試腔開(kāi)啟裝置(26)與上金屬平板(10)相連，吸波材料(12)位于下金屬平板(15)的上表面，下金屬平板(15)安裝在二維電控平移臺(tái)(24)上；發(fā)射極子天線(11)以及接收極子天線(9)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(20)通過(guò)同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換線(17)相連，其特征在于所述的測(cè)試系統(tǒng)還包括接收極子天線高度調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置包括舵機(jī)(8)和擺桿(27)，在擺桿(27)上開(kāi)有滑槽，擺桿(27)與舵機(jī)(8)輸出軸相連；在接收極子天線上安裝有銷軸(28)，銷軸(28)安裝于所述滑槽中；在上金屬平板(10)上沿X方向布置有三個(gè)接收極子天線安裝孔(7)，接收極子天線(9)安裝在其中一個(gè)孔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二維全自動(dòng)電磁場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述測(cè)試腔開(kāi)啟裝置(26)包括四套開(kāi)啟機(jī)構(gòu)，四套開(kāi)啟機(jī)構(gòu)對(duì)稱布置在底板(32)上，每套包括上金屬平板支撐架(14)、支撐桿(19)和調(diào)節(jié)螺母(18)，支撐桿(19)一端通過(guò)上金屬平板鉸鏈(29)與上金屬平板(10)鉸接，另一端通過(guò)支撐架鉸鏈(31)與上金屬平板支撐架(14)鉸連，調(diào)整螺母(18 )安裝在支撐桿(19 )上，上金屬平板支撐架(14 )固定在底板(32 )上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的二維全自動(dòng)電磁場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述二維電控平移臺(tái)包括兩條平行于X軸的導(dǎo)軌、X方向絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)和Y方向絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，其中X方向絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)包括X向步進(jìn)電機(jī)(21)、X方向絲杠(6)及X方向滑塊(2)，Y方向絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)包括Y向步進(jìn)電機(jī)(16)、Y方向絲杠(5)和Y方向滑塊(I);兩條平行于X軸的第一導(dǎo)軌(3)和第二導(dǎo)軌(4)平行安裝在底板(32)上，所述X方向滑塊(2)架設(shè)在第一條導(dǎo)軌(3)和第二條導(dǎo)軌(4)之上，并與X方向絲杠(6)形成絲杠傳動(dòng)關(guān)系，Y方向滑塊(I)、Y方向絲杠(5)以及Y向步進(jìn)電機(jī)(16)安裝在X方向滑塊(2)內(nèi)，Y方向滑塊(I)與Y方向絲杠(5)形成絲杠傳動(dòng)關(guān)系。
全文摘要
一種二維全自動(dòng)電磁場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)，屬于電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括二維電控平移臺(tái)、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)和控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)包括發(fā)射極子天線、接收極子天線、上金屬平板、下金屬平板、吸波材料、由上下兩塊金屬平板構(gòu)成的平行波導(dǎo)測(cè)試腔和測(cè)試腔開(kāi)啟裝置。通過(guò)改變接收極子在上金屬平板的位置，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)較大空間范圍和電磁波掃描頻率的電磁場(chǎng)測(cè)量；通過(guò)控制接收極子天線在垂直方向運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)不同高度的電磁場(chǎng)測(cè)量。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)源和平面波源兩種發(fā)射模式，并能快速精確全自動(dòng)掃描測(cè)試平行波導(dǎo)測(cè)試腔內(nèi)的電磁場(chǎng)，在實(shí)驗(yàn)電磁場(chǎng)測(cè)試領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01R29/08GK102967772SQ20121044926
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者趙乾, 孟永鋼, 肖宗祺, 喬明 申請(qǐng)人:清華大學(xué)