CN110133386A - 一种天线测试方法和设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种天线测试方法和设备，该测试设备包括：探头阵列，用于设置幅度和相位使发射的信号在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波；并在测试时，接收和发射信号；信号处理单元，用于将所述探头阵列接收的信号进行功率控制、信号合成和信号滤波处理，并将处理结果输出值测试仪表以测试天线的射频指标。该方案能够在较近的距离和较低的成本下，实现远场和紧缩场的测试能力。

Description

一种天线测试方法和设备

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种天线测试方法和设备。

背景技术

新一代5G(第五代)移动技术需要在有限的频段内实现更高的频谱效率，以提升小区容量和用户体验速率。3GPP(第三代伙伴计划)讨论并引入了Massive(大规模)MIMO(多输入多输出)技术，6GHz以下频段基站通过采用64通道，128或192阵子，同时并行传输高达16流的独立数据，相比传统的***移动通信技术，基站的峰值速率提升8倍。而5G引入的毫米波无线通信设备，通过采用更高频段、更大带宽与Massive MIMO技术，可实现峰值速率的进一步抬升。

在4G及之前的基站的天线测试多采用无源OTA(空口)测试方式，可以通过远场、近场、紧缩场等测试方法，得到被测件的方向图、增益、前后比等指标。基站的射频单元测试，多采用射频线缆直接连接的传导方式进行。由于5G设备射频单元与天线的连接更紧密，所以传统无源测试方式无法直接用于5G基站。

由于上述原因，Massive MIMO的射频测试采用OTA方式已逐渐成为共识。测试指标包括传统天线OTA指标，如：测试发射功率、接收灵敏度、增益、方向性、波瓣宽度、前后比等，还包括传统采用传导手段测试的射频指标，如EVM、ACLR、OBUE等。3GPP规定的5G基站设备测试可采用以下测试场地方案：

直接远场：被测基站设备与测试探头的测试距离超过2D²/λ，其中D为被测基站天线的口面尺寸，λ为被测基站的工作波长。由于5G基站体积较大，通过2D²/λ计算的远场较远，所以其暗室和测试***造价昂贵。

紧缩场：为了减少暗室尺寸，紧缩场使用高精度反射面，通过反射面的对电磁波的反射实现准平面波效果。紧缩场反射面对形变要求高，场地要求恒温恒湿，反射面价格昂贵，维护要求高。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种天线测试方法和设备，能够在较近的距离和较低的成本下，实现远场和紧缩场的测试能力。

为解决上述技术问题，本申请的技术方案是这样实现的：

在一个实施例中，提供了一种天线测试设备，该测试设备包括：

探头阵列，用于设置幅度和相位使发射的信号在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波；并在测试时，接收和发射信号；

信号处理单元，用于将所述探头阵列接收的信号进行功率控制、信号合成和信号滤波处理，并将处理结果输出值测试仪表以测试天线的射频指标。

在另一个实施例中，提供了一种天线测试方法，应用于包括所述测试设备、测试仪和被测天线的测试***中，所述方法包括：

部署测试***，将所述测试设备和被测天线置于微波暗室中，所述测试设备的探头阵列垂直放置，且与被测天线来波方向垂直；被测天线的相位中心坐标位于静区中心；

进行测试时，被测天线按照预设方式旋转或移动；

测试设备通过探头阵列向被测天线发送信号，并处理通过探头阵列接收到的信号；

测试仪获取测试设备处理后的信号，测量天线的射频指标。

由上面的技术方案可见，上述实施例中探头阵列的幅度和相位可调，能够不重组测试设备的情况下，满足多种测试需要，并且通过调整幅度和相位能够在静区生成满足测试要求的平面波，进而能够在较近的距离和较低的成本下，实现远场和紧缩场的测试能力。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围：

图1为本申请实施例中被测天线为无源天线的天线测试***示意图；

图2为本申请实施例中被测天线为有源天线的天线测试***示意图。

图3为本申请实施例中一测试设备的结构示意图；

图4为本申请实施例中一指定静区幅度分布示意图；

图5为本申请实施例中一指定静区相位分布示意图；

图6为本申请实施例中另一测试设备的结构示意图；

图7为本申请实施例中探头阵列的结构示意图；

图8为本申请实施例中一体化有源探头的结构示意图；

图9为静区校验示意图；

图10为本申请实施例中天线测试流程示意图。

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，下面结合附图并举实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

本申请实施例中提供一种天线测试***，在部署测试***时，针对被测天线是有源天线和无源天线分别部署测试***。

参见图1，图1为本申请实施例中被测天线为无源天线的天线测试***示意图。

参见图2，图2为本申请实施例中被测天线为有源天线的天线测试***示意图。

图1和图2中的测试***包括的设备是相同的，均包括测设设备、被测天线和测试仪。测试设备和被测天线置于微波暗室，被测天线置于转台、机械臂等设备上，通过转台控制器控制转台、机械臂等设备来实现天线设备的旋转或移动。

转台控制器和测试仪置于微波暗室之外；

置于微波暗室的测试设备和被测天线之间的位置关系为：

测试设备的探头阵列垂直放置，且与被测天线来波方向垂直；被测天线的相位中心坐标位于静区中心。

图1中的被测天线为无源天线，即当被测天线为无源天线时，所述测试仪可以为矢量网络分析仪、信号源频谱仪，或信号源与功率计的组合等；

所述测试仪的一端(B端口)通过射频线连接被测天线，另一端(C端口)通过射频线连接测试设备，被测天线通过端口A连接测试仪。

图2中的被测天线为有源天线，当被测天线为有源天线时，所述测试仪为频谱分析仪或功率计。

测试仪仅通过射频线与测试设备连接即可。

本申请实施例具体实现时，还可以通过一台PC连接测试仪，来读取测试仪测量的指标信息，测试的指标信息可以为：被测天线的方向图、增益、EIRP、EIS等。

还可以将被测天线安装在转台、机械臂等设备上，以便在微波暗室的被测天线能够转动和移动。

在微波暗室外，可以设置转台控制器，来控制转台、机械臂等设备的移动和转动，也可以不设置，使转台、机械臂等设备按照预设速率移动。

转台控制器可以是可操作的设备，也可以通过一台PC操作、控制。

其中，图1和图2中的测试设备的具体实现如下：

参见图3，图3为本申请实施例中一测试设备的结构示意图。该测试设备包括：探头阵列和信号处理单元；

探头阵列，用于设置幅度和相位使发射的信号在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波；并在测试时，接收和发射信号；

可以预先计算出符合测试要求的幅度和相位，具体计算方法可以，但不限于如下实现：

使用如下公式进行优化：

其中，N为一体化有源探头的个数，M为针对静区位置均匀抽样的点的个数，x_m为静区中抽样的第m个点的位置坐标x、y_m为静区中抽样的第m个点的位置坐标y、x_n为第n个一体化有源探头的位置坐标x、y_n为第n个一体化有源探头的位置坐标y，z＝d为探头与被测天线之间的距离，其中设目标电场E为幅度相同相位一致的数值，将所有探头和优化区域坐标带入公式，得到带有ω的M×N个方程，使用目标软件优化该方程组，得到N个ω值，即幅度相位对应的值。

假设被测天线的频点为3.5GHz，坐标设目标电场E为幅度相同相位相等的数值等于1，M＝36，N＝36。探头阵列摆放至特定坐标内，将所有探头坐标和静区坐标带入公式，得到带有ω的36×36个方程，使用目标软件优化该方程组，得到n个ω值，即幅度相位调整单元数值。可由公式计算得到一体化有源探头的幅度和相位调整值，如下表1和表2；表1为ω幅度数值对应的内容；表2为ω相位数值对应的内容。

0.52	1.03	1.25	1.23	1.08	0.51
						1.11	3.00	4.21	4.45	3.08	1.00
1.14	4.45	6.92	6.80	4.34	1.16
						1.25	4.45	6.41	6.34	4.16	1.13
1.08	2.87	4.18	4.39	3.04	1.01
						0.52	1.03	1.25	1.23	1.08	0.51

表1

-1.11	-1.01	-1.40	-1.44	-1.01	-1.12
						-1.03	-0.64	-0.99	-1.00	-0.67	-1.04
-1.39	-1.02	-1.40	-1.37	-1.00	-1.43
						-1.44	-1.00	-1.38	-1.40	-0.99	-1.43
-1.03	-0.66	-0.99	-1.00	-0.64	-1.01
						-1.13	-1.02	-1.43	-1.43	-1.00	-1.14

表2

将针对每个探头阵列确定的相位和幅度分别以配置文件的方式发送给探头阵列，由探头阵列设置对应的幅度和相位。

探头阵列设置幅度和相位后，由理论可以推导出在该情况下被测天线区域内形成的静区的幅度和相位的分布图。参见图4，图4为本申请实施例中一指定静区幅度分布示意图。参见图5，图5为本申请实施例中一指定静区相位分布示意图。如图4和图5所示，电场分布的中心位置形成了正方形的平面波区域，图4中显示幅度波动小于0.5dB，图5中显示相位波动小于5度。

信号处理单元，用于将所述探头阵列接收的信号进行功率控制、信号合成和信号滤波处理，并将处理结果输出值测试仪表以测试天线的射频指标。

参见图6，图6为本申请实施例中另一测试设备的结构示意图。该测试设备包括：

探头阵列，用于设置幅度和相位使发射的信号在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波；并在测试时，接收和发射信号；

信号处理单元，用于将所述探头阵列接收的信号进行功率控制、信号合成和信号滤波处理，并将处理结果输出值测试仪表以测试天线的射频指标。

控制单元，用于接收上位机发送的指令，通过电信号控制所述探头阵列和所述信号处理单元的工作状态。

针对图3和图6中的探头阵列可以通过如下结构实现：

参见图7，图7为本申请实施例中探头阵列的结构示意图。该探头阵列包括：至少两个一体化有源探头和探头位置调整单元；图7中以K个探头为例K为大于1的整数。

一体化有源探头与探头位置调整单元一一对应，也就是说每个一体化有源探头对应一个，也是唯一一个探头位置调整单元；

每个探头位置调整单元，用于安装并调整对应的一体化有源探头的位置和角度。

探头阵列中的一体化有源探头的个数和类型不进行限制，只要实现的探头阵列能够满足测试需求即可。

探头位置调整单元在测试设备中位置固定，且可调节安装在其上的一体化有源探头的位置和角度，这里的位置调整指上下左右调整，角度调整针对探头的指向进行调整。

该实施例中测试设备中的探头阵列包括探头位置调整单元，能够适当调整对应一体化有源探头使所有一体化有源探头组成的能够满足测试条件的探头阵列。

每个探头位置调整单元与一体化有源探头通过硬件连接，如螺钉等，探头位置调整单元可以机械调整对应一体化有源探头的位置和角度。

针对图7中的一体化有源探头可以通过如下结构实现：

参见图8，图8为本申请实施例中一体化有源探头的结构示意图。

所述一体化有源探头包括：有源探头、幅相模块和极化模块；

所述有源探头，用于接收和发射信号；

所述极化模块，用于设置所述有源探头的极化；

所述幅相模块，用于设置信号的幅度和相位。

优选地，

所述幅相模块，进一步用于接收到更新后的幅度和相位时，更新设置的幅度和相位。

控制单元，控制探头阵列时，具体通过控制信息控制探头阵列中的位置调整单元、幅相单元和极化单元；

控制探头阵列中的位置调整单元调整有源探头的位置和角度，控制幅相单元设置、更新幅度和相位，控制极化单元设置探头的极化为单极化还是双极化。

本申请实施例中幅相调整单元整合到探头上提高生成静区的幅度和相位一致性的效率，本申请实施例中通过控制单元控制各模块的参数设置、位置、角度等变化，能够极大满足各种需求的测试的要求，能够压缩设备的制造成本，实现测量设备的小型化和轻量化。

基于同样的发明构思，本申请实施例中还提供一种天线测试方法。应用于图1和图2所示的测试***中。

在进行测试之前，先部署测试***，将所述测试设备和被测天线置于微波暗室中，所述测试设备的探头阵列垂直放置，且与被测天线来波方向垂直；被测天线的相位中心坐标位于静区中心。

本申请实施例中为了进一步验证设备的幅度和相位是否满足测试需求；在部署测试***之后，进行测试之前，进一步包括：

对指定的静区进行校验；

若在预设频带范围内，以及指定的静区内形成的波不符合测试要求的平面波，则被测设备通过探头阵列调整幅度和相位再次进行校验，直至在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波。

本申请实施中对指定的静区进行校验，包括：

使用二维平面扫描架对指定静区对应的区域进行扫描，获取静区内的幅度和相位；

当静区内的幅度相同，且相位一致时，确定在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波；否则，确定在预设频带范围内，以及指定的静区内未形成符合测试要求的平面波。

参见图9，图9为静区校验示意图。如图9中，确定在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波，则确定当前设置的幅度和相位是合适的。

参见图10，图10为本申请实施例中天线测试流程示意图。具体步骤为：

步骤1001，进行测试时，被测天线按照预设方式旋转或移动，并发射和接收信号。

这里的被测天线按照预设方式旋转或移动可以是预先设置的移动或旋转方式，也可以是在微波暗室外通过转台控制器按照预设方式控制被测天线的旋转和移动。

步骤1002，测试设备通过探头阵列向被测天线发送信号，并处理通过探头阵列接收到的信号。

控制信号发射的信号通过探头阵列发射，发射的信号满足探头阵列的幅度和相位，以及极化的设置，使得发射的信号在静区内形成符合测试要求的平面波。

测试设备通过探头阵列接收到信号，信号经过探头阵列后，满足探头阵列的幅度和相位，以及极化的设置，信号在到达信号处理单元处使得信号也形成满足预设测试条件的平面波。

步骤1003，测试仪获取测试设备处理后的信号，测量被测天线的射频指标。

当被测天线为无源天线时，所述测试仪为矢量网络分析仪、信号源频谱仪，或信号源与功率计的组合；

测试仪还与被测天线连接。

当被测天线为有源天线时，所述测试仪为频谱分析仪或功率计。

这里的射频指标为方向图、EIRP、EIS、ACLR、EVM等指标。

本申请实施例中如果需要改变测试需要时，只需通过控制单元控制探头阵列改变探头的角度、位置、幅度、相位和极化即可，不需要重新架构、生成测试设备，能够节省测试成本。

综上所述，本申请通过探头阵列的幅度、相位、极化的可调，能够不重组测试设备的情况下，满足多种测试需要，并且通过调整幅度和相位能够在静区生成满足测试要求的平面，进而可以在较近的距离和较低的成本下，实现远场和紧缩场的测试能力。

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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种天线测试设备，其特征在于，该测试设备包括：

探头阵列，用于设置幅度和相位使发射的信号在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波；并在测试时，接收和发射信号；

信号处理单元，用于将所述探头阵列接收的信号进行功率控制、信号合成和信号滤波处理，并将处理结果输出值测试仪表以测试天线的射频指标。

2.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述测试设备进一步包括：

控制单元，用于接收上位机发送的指令，通过电信号控制所述探头阵列和所述信号处理单元的工作状态。

3.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述探头阵列至少包括两个一体化有源探头和探头位置调整单元，其中，一体化有源探头与探头位置调整单元一一对应；

所述一体化有源探头，用于设置幅度和相位；

所述探头位置调整单元，用于安装并调整对应的一体化有源阵列的位置和角度。

4.根据权利要求3所述的测试设备，其特征在于，所述一体化有源探头包括：有源探头、幅相模块和极化模块；

所述有源探头，用于接收和发射信号；

所述幅相模块，用于设置信号的幅度和相位，有信号发射和接收时，按照设置的幅度和相位调整对应的信号；

所述极化模块，用于设置有源探头的极化。

5.根据权利要求4所述的测试设备，其特征在于，

所述幅相模块，进一步用于接收到所述控制单元发送的更新后的幅度和相位时，更新设置的幅度和相位；

所述极化模块，用于接收到所述控制单元发送的调整探头的极化的指令时，根据指令内容调整极化。

6.一种天线测试方法，其特征在于，应用于包括权利要求1-5所述的测试设备、测试仪和被测天线的测试***中，所述方法包括：

部署测试***，将所述测试设备和被测天线置于微波暗室中，所述测试设备的探头阵列垂直放置，且与被测天线来波方向垂直；被测天线的相位中心坐标位于静区中心；

进行测试时，被测天线按照预设方式旋转或移动；

测试设备通过探头阵列向被测天线发送信号，并处理通过探头阵列接收到的信号；

测试仪获取测试设备处理后的信号，测量天线的射频指标。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述部署测试***之后，所述进行测试之前，所述方法进一步包括：

对指定的静区进行校验；

若在预设频带范围内，以及指定的静区内形成的波不符合测试要求的平面波，则被测设备通过探头阵列调整幅度和相位再次进行校验，直至在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对指定的静区进行校验，包括：

使用二维平面扫描架对指定静区对应的区域进行扫描，获取静区内的幅度和相位；

当静区内的幅度相同，且相位一致时，确定在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波；否则，确定在预设频带范围内，以及指定的静区内未形成符合测试要求的平面波。

9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，

当被测天线为无源天线时，所述测试仪为矢量网络分析仪、信号源频谱仪，或信号源与功率计的组合；

所述测试仪还与被测天线连接。

10.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，

当被测天线为有源天线时，所述测试仪为频谱分析仪或功率计。