CN106850086A - 一种基于阵列天线的电磁波室 - Google Patents

Abstract

本发明适用于无线通讯终端检测技术领域，提供了一种基于阵列天线的电磁波室，所述电磁波室内包括：功率分配器、若干阵列天线、测试台和高速数据滤波接口；功率分配器位于电磁波室内部侧壁，若干阵列天线呈等间距排列并且与功率分配器连接，所述若干阵列天线的信号辐射方向均与所述测试台上表面垂直；所述功率分配器用于为所述若干阵列天线同时提供等幅同相激励；所述若干阵列天线用于根据所述激励分别向空间产生辐射信号，以叠加形成准平面波，从而在用于放置被测件的所述测试台表面形成静区；所述高速数据滤波接口位于所述电磁波室的侧壁，用于传输带有被测件射频性能的信号。本发明提供的电磁波室可对无线通讯终端产品进行准确的射频性能测试。

Description

一种基于阵列天线的电磁波室

技术领域

本发明属于无线通讯终端检测技术领域，尤其涉及一种基于阵列天线的电磁波室。

背景技术

随着无线电技术的迅速发展，对无线电管理工作者提出了新的要求，为了从源头上保证正常使用，必须加强对无线终端设备的检测。现有技术主流测试是无源测试和有源测试；无源测试从天线的增益、效率、方向图等方面来考察天线辐射性能，无法直接得知天线与整机配合后最终发射功率和接收灵敏度指标，需要对终端设备的整机性能进行有源测试，即对手机发射性能评估的总辐射功率测试。OTA(Over The Air，空间辐射性能测试)测试就是正在成为手机、路由器、蓝牙等无线终端产品厂家认可的有源测试。

但是，OTA测试所用到的微波暗室体积庞大、费用昂贵，适合研发实验室做精准调试使用而非产线上大规模使用。因此横电磁波传输室(TEM Cell)应运而生，其结构封闭、不向外辐射能量，因而不干扰其他仪器，不危害测试人员健康且成本低廉。但依然存在缺陷，一方面，上限工作频率低，只能产生单极化电场，测试需要三个正交方向翻转被测件，并且由于内部模拟电磁波分布不均匀、不同位置电磁波能量差异大，从而造成了测试环境内对待测物放置位置要求高，被测件测试结果不准确的问题；另一方面，横电磁波传输室为三角锥形，形状不规则，高度高、体积大，不易加工，产线上用作测试不便与自动化产线协同作业，为自动化生产在提高效率、节约成本上带来局限；还有一种方法是基于耦合板的测试方法，它的缺点是内部模拟电磁波分布不均匀，对于同一被测件，需放置于指定位置，对于不同被测件，每次测量需要调整位置，并且测试时需要翻转被测件，加上耦合能量不均匀，使得测试一致性较差。

因此目前主流的横电磁波传输室测试多天线耦合和利用耦合板的测试方法，都存在由于内部模拟电磁波分布不均匀从而导致对被测件放置位置要求高，测试时需要翻转被测件，并且测试准确率低的问题，依然有很多缺点和极大改进空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于阵列天线的电磁波室，旨在解决利用现有装置对被测件测试时，由于内部模拟电磁波分布不均匀从而导致对被测件放置位置要求高，测试时需要翻转被测件，并且测试准确率低的问题。

本发明提供了一种基于阵列天线的电磁波室，所述电磁波室内包括：功率分配器、若干阵列天线、测试台和高速数据滤波接口；

所述功率分配器位于所述电磁波室内部侧壁，所述若干阵列天线呈等间距排列并且与所述功率分配器连接，所述若干阵列天线的信号辐射方向均与所述测试台上表面垂直；所述功率分配器用于为所述若干阵列天线同时提供等幅同相激励；所述若干阵列天线用于根据所述激励分别向空间产生辐射信号，以叠加形成准平面波，从而在用于放置被测件的所述测试台表面形成静区；

所述高速数据滤波接口位于所述电磁波室的侧壁，用于滤除所述电磁波室内的高频干扰信号，并用于传输带有被测件射频性能的信号。

进一步地，所述静区与所述若干阵列天线之间的距离L满足L≥(2*D2)/λ，其中，D为所述若干阵列天线辐射口径对角线长度，λ为所述若干阵列天线工作波长。

进一步地，所述电磁波室内还包括部分铺设吸波材料，所述部分铺设吸波材料铺设于所述电磁波室内壁的底面，用于均衡由所述若干阵列天线发射到所述电磁波室底部的电磁波。

进一步地，所述电磁波室内还包括全铺设吸波材料，所述全铺设吸波材料铺设于所述电磁波室内壁的侧面、顶面和底面，所述电磁波室内壁的底面铺设的全铺设吸波材料位于所述部分铺设吸波材料的上面，用于吸收分布在所述电磁波室内的杂乱电磁波。

进一步地，所述部分铺设吸波材料为铁氧体吸波材料。

进一步地，所述高速数据滤波接口包括DC、AC、USB3.0、RJ45、VGA、DB9、DB25接口中的至少一种。

进一步地，所述功率分配器与所述若干阵列天线通过电缆线连接，所述若干阵列天线的个数与所述功率分配器的通道个数相同。

进一步地，所述被测件为无线通讯终端产品。

进一步地，所述若干阵列天线为三天线阵列。

进一步地，所述电磁波室外观为方形结构。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供的一种基于阵列天线的电磁波室，一方面，由于引入了多阵列天线，其向空间辐射的信号叠加形成了静区环境，静区内为准平面波，手机、WIFI无线终端产品等被测件置于所述静区的任意位置皆能进行准确的射频性能指标测试，并且测试过程中不需要翻转被测件，测试准确度大大提高；另一方面，本发明提供的电磁波室为方形结构，比横电磁波传输室结构规则，体积小，使用方便，更适合产测。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于阵列天线的电磁波室的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的利用基于阵列天线的电磁波室进行被测件射频性能测试的流程示意图。

具体实施方式

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

本发明的主要实现思想为：设计了一种基于阵列天线的电磁波室，在所述电磁波室内设计有若干阵列天线、功率分配器和高速数据滤波接口，所述功率分配器置于所述电磁波室内的顶部，并与所述若干阵列天线连接；当外部仪器给电磁波室提供激励信号时，所述功率分配器将所述激励信号等分给所述若干阵列天线，所述若干阵列天线向空间产生辐射信号，并叠加形成静区，所述静区为近似均匀电磁波；将被测件置于所述静区内任何位置皆能准确测试其射频性能，并可通过高速数据滤波接口将测得的带有被测件射频性能的信号发送出去。

下面具体介绍这种基于阵列天线的电磁波室，所述电磁波室用于隔离外部基站信号和外部干扰信号，吸收室***频信号，降低干扰；如图1所示，所述电磁波室1内包括：功率分配器2、若干阵列天线3、测试台4和高速数据滤波接口5；

所述功率分配器2位于所述电磁波室1内部侧壁，所述若干阵列天线3呈等间距排列并且与所述功率分配器2连接，所述若干阵列天线3的信号辐射方向均与所述测试台4上表面垂直；所述功率分配器2用于为所述若干阵列天线3同时提供等幅同相激励。

具体地，所述功率分配器2与所述若干阵列天线3通过电缆线连接，所述若干阵列天线3的个数与所述功率分配器2的通道个数相同。

具体地，产生准平面波所需阵列天线的个数N则与被测件尺寸有关，被测件需要完全放置在静区内，假设静区为一个圆形区域，此圆直径为d，也认为d为被测件最长对角线长度，则阵列天线数目N与被测物之间的关系满足N≥2πd/λ，其中λ为所述若干阵列天线工作波长。从本发明来看，一旦被测件尺寸给定，工作波长确定，则可求出最适宜的阵列天线个数，以此作为产生准平面波的天线阵列。

具体地，本发明实施例提供的所述若干阵列天线3为三天线阵列。

所述若干阵列天线3用于根据所述激励同时分别向空间产生辐射信号，以叠加形成准平面波，从而在所述测试台4表面形成静区；所述测试台4位于所述电磁波室1底部，用于放置被测件8。

具体地，所述若干阵列天线3为VIVALDI超宽带天线阵列，为整个电磁波室1提供辐射信号，其中，每个天线单元产生电磁波信号并叠加，从而在测试台4位置处形成一个“静区”，此静区内各点的电场强度和磁场强度分别近似相等，等效于准平面波来分析；在该区域内任一位置放置被测件，都能准确测得其射频性能。

具体地，天线***是一个线性***，所以所述若干阵列天线对被测物的照射响应可以由单个天线单元对被测物照射的加权求和来得出。由N个相同辐射单元组成的线阵，各个辐射单元同时辐射一个幅度和相位均相同的场，这些场在空间矢量相干叠加，恰当的选择一个与方向角有关的权函数，对每个辐射场进行加权，则所得的加权求和函数对应的波为准平面波，不同方向选择不同权函数，就可以获得不同方向上准平面波对被测物的照射，由此可得出阵列天线产生准平面波。

具体地，所述静区与所述若干阵列天线之间的距离L满足L≥(2*D2)/λ，其中，D为所述若干阵列天线辐射口径对角线长度，λ为所述若干阵列天线工作波长。

具体地，所述被测件8(DUT，Device Under Test)为手机或其它无线通讯终端产品。

所述高速数据滤波接口5位于所述电磁波室1的侧壁，用于滤除所述电磁波室1内的高频干扰信号，并传输所述电磁波室1内外的测试数据。

具体地，所述高速数据滤波接口5用于电磁波室1内与室外的通信，可以将室内测试的带有被测件射频性能的信号从高速数据滤波接口5传递到室外，也可以将室外需要引入室内辅助测试的数字信号传递到室内，且可以滤除高频干扰信号，只保留需要用到的低频数字信号，提高隔离；所述高速数据滤波接口5包括DC、AC、USB3.0、RJ45、VGA、DB9、DB25接口中的任意一种或几种的组合，在确保滤波性能较好的同时严格遵守每种接口的通讯协议，可满足多样化的用户测试设备。

进一步地，所述电磁波室1内还包括部分铺设吸波材料6，所述部分铺设吸波材料6为铁氧体吸波材料，铺设于所述电磁波室1内壁的底面，用于吸收由所述若干阵列天线3发射出来到电磁波室1底部、被测件周围的电磁波，使其无法再次反射，从而使得电磁波室1底部的电磁波矢量在静区每个位置尽可能近似相等。

进一步地，所述电磁波室1内还包括全铺设吸波材料7，所述全铺设吸波材料7铺设于所述电磁波室1内壁的侧面、顶面和底面，所述电磁波室1内壁的底面铺设的全铺设吸波材料7位于所述部分铺设吸波材料6的上面，用于吸收分布在所述电磁波室1内的杂乱电磁波，提高电磁波室1的屏蔽效能，实现场内电磁波均匀稳定分布。

具体地，在选择吸波材料时，通过分析不同吸波材料的成型工艺、承载能力和损耗机理，仿真在厚度相同的时候，不同类型在吸收电介质、干涉特性、形状等吸波效能方面的大小区别，最终选择适用于本方案的上述两种吸波材料。

下面具体介绍利用这种基于阵列天线的电磁波室对被测件进行射频性能测试的过程：

测试开始前，在所述测试台5放置DUT，所述被测件8在所述测试台5的静区内可随意放置，但将被测件8接收信号的部件朝上放置以便于最大强度的接收信号。

做好如上准备工作之后，给紧缩场电磁波室1通气通电。待电源显示灯亮且箱体内有气流吸气声音，则正常通气通电，仪器可正常启动。然后结合外部仪器来进行测试工作，该外部仪器有2个端口，外部仪器从端口1加入激励，功率分配器2将所述激励等分成与阵列天线个数相同的份数后，同时激励阵列天线的每一个，每个阵列天线同时分别向空间产生辐射，在指向被测件8方向上，辐射最强，其余较弱；由于天线阵列中相邻天线之间距离与被测件的工作波长之间具有一定关系，且辐射到达被测件的端面上距离特定，在此两种距离的共同作用下，到达被测件的端面上时，在被测件区域形成近似平面波，电磁波的叠加呈现一种静区状态，为被测件提供一种近似均匀的电磁环境。被测件接收电磁波，产生射频性能测试结果，一方面，可通过连接wifi天线将测试结果反馈回数据采集器，另一方面，可通过高速数据滤波接口5将测得的带有被测件射频性能的信号从外部仪器的端口2传输到所述外部仪器，供测试人员分析被测件的射频性能，最终得出被测件射频性能指标。与此同时，电磁波室1内的两种新型吸波材料各司其职，一方面，提高室内与室外隔离程度，另一方面，吸收杂波从而使电磁波保证均匀，即为了降低杂乱电磁波的干扰，使得电磁波室1里面由若干阵列天线3产生的均匀电磁波尽可能保证均匀，为测试环境提供更高保障。

具体地，本发明理论上是通过三维电磁仿真软件仿真分析阵列天线在电磁波室内的电磁场叠加，形成的静区内反射电平计算，然后加入不同参数吸波材料，实现场内电磁波均匀稳定分布。测试过程中，DUT周围直径为170mm的圆形区域内，近似均匀的电磁波环境使得不同的位置电磁场分布一致，对DUT影响一致，则测试结果差异较小且此差异可量化处理，最终得到最逼近真实的测试结果，整个测试流程如附图2所示。测试结果表明，在静区内，位置随意摆放对DUT影响很小，可忽略不计，并且测试过程中不需要翻转被测件，体现了此技术的优越性。

本发明提供的一种基于阵列天线的电磁波室，引入了多阵列天线，通过阵列天线产生准平面波的方式为电磁波室提供了一个“静区”，简化了OTA理论中场产生方式，形成超宽带阵列天线紧缩场技术；为无线通讯产品测试创造了一个良好环境，大大降低了无线通讯产品在进行辐射发射功率测试、辐射敏感度测试及场强计量时对环境的严格要求，测试准确度大大提高；并且本发明提供的电磁波室为方形结构，比横电磁波传输室结构规则，使用方便，更适合产测；与国外Tescom等厂商相比，生产成本也大大降低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于阵列天线的电磁波室，其特征在于，所述电磁波室内包括：功率分配器、若干阵列天线、测试台和高速数据滤波接口；

所述功率分配器位于所述电磁波室内部侧壁，所述若干阵列天线呈等间距排列并且与所述功率分配器连接，所述若干阵列天线的信号辐射方向均与所述测试台上表面垂直；所述功率分配器用于为所述若干阵列天线同时提供等幅同相激励；所述若干阵列天线用于根据所述激励分别向空间产生辐射信号，以叠加形成准平面波，从而在用于放置被测件的所述测试台表面形成静区；

所述高速数据滤波接口位于所述电磁波室的侧壁，用于滤除所述电磁波室内的高频干扰信号，并用于传输带有被测件射频性能的信号。

2.如权利要求1所述的基于阵列天线的电磁波室，其特征在于，所述静区与所述若干阵列天线之间的距离L满足L≥(2*D2)/λ，其中，D为所述若干阵列天线辐射口径对角线长度，λ为所述若干阵列天线工作波长。

3.如权利要求1所述的基于阵列天线的电磁波室，其特征在于，所述电磁波室内还包括部分铺设吸波材料，所述部分铺设吸波材料铺设于所述电磁波室内壁的底面，用于均衡由所述若干阵列天线发射到所述电磁波室底部的电磁波。

4.如权利要求3所述的基于阵列天线的电磁波室，其特征在于，所述电磁波室内还包括全铺设吸波材料，所述全铺设吸波材料铺设于所述电磁波室内壁的侧面、顶面和底面，所述电磁波室内壁的底面铺设的全铺设吸波材料位于所述部分铺设吸波材料的上面，用于吸收分布在所述电磁波室内的杂乱电磁波。

5.如权利要求3所述的基于阵列天线的电磁波室，其特征在于，所述部分铺设吸波材料为铁氧体吸波材料。

6.如权利要求1所述的基于阵列天线的电磁波室，其特征在于，所述高速数据滤波接口包括DC、AC、USB3.0、RJ45、VGA、DB9、DB25接口中的至少一种。

7.如权利要求1所述的基于阵列天线的电磁波室，其特征在于，所述功率分配器与所述若干阵列天线通过电缆线连接，所述若干阵列天线的个数与所述功率分配器的通道个数相同。

8.如权利要求1所述的基于阵列天线的电磁波室，其特征在于，所述被测件为无线通讯终端产品。

9.如权利要求1所述的基于阵列天线的电磁波室，其特征在于，所述若干阵列天线为三天线阵列。

10.如权利要求1所述的基于阵列天线的电磁波室，其特征在于，所述电磁波室外观为方形结构。