CN102546057A - 手机的全向辐射功率的同步测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手机的全向辐射功率同步测量系统，属于无线通信产品的射频测试技术领域。首先，在高电导率金属构成的屏蔽室内放置并同步旋转三组金属反射体，形成过模谐振的工作状态；然后，通过校准获取各测试频率所对应的换算因子；接下来，利用综测仪模拟基站与待测手机建立连接，设定测试频率并将手机置于最大功率发射的状态；然后，利用步进电机驱动反射体旋转，记录反射体在每个位置时的接收功率，形成测试结果序列；最后，选取上述测试结果序列的中值，结合校准因子换算得到全向辐射功率(TRP)。本发明提出的测试系统具有费用低，占地小，维护简单等优点。

Description

手机的全向辐射功率的同步测量系统

技术领域

本发明提供一种手机的全向辐射功率的同步测量系统，属于无线通信产品的射频测试技术领域。

背景技术

与传导测试相对应，OTA-Over The Air(空中性能测试)是一种对设备辐射性能的空间三维测量，其目的就是验证无线设备和网络的连接能力以及终端使用者对辐射和接收性能的影响。其中，为衡量移动台三维空间射频辐射功率，规定测量移动台的球形有效全向辐射功率，简称总辐射功率(Total RadiatedPower，TRP)。

标准(YD/T1484-2006；CTIA：Test Plan for Mobile Station OTAPerformance Revision_2_2_2_Final 121808)给出的OTA TRP测试力案中包含两种方式，即圆锥切法(分布轴系统)和大圆切法(组合轴系统)。对大圆切法方案而言，其相对复杂的EUT定位系统可以完成将EUT绕Phi轴和Theta轴旋转的功能，因此只需要采用单天线就可以完成TRP的测试；对圆锥切法方案而言，其相对简单的EUT定位系统仅仅能够完成将EUT围绕Phi轴旋转的功能，因此需要另外在Theta方向上布置可以旋转的接收天线(单天线方案)依次进行测量，或者布置多个测试天线组成阵列(多天线方案)同时进行测量。

无论上述哪种方式，它们都需要在一个近似无反射的全电波暗室内进行测量，由此带来了诸如吸波材料选择、设计布局、敷设固定和维护保养等一系列的问题。另外，为实现三维球面上的辐射功率测量，现有的测量方式都需要一台精密的机械转台，由此也会带来诸如定位误差、加工精度等方面的问题。最后，不论是全电波暗室还是精密机械转台，都会导致额外的经费增加，从而间接的提高了测试费用。

多模谐振腔作为微波技术领域中波导谐振腔理论的具体应用，其实质是一个过模谐振腔，即通过在高电导率的金属腔体内激发足够多的本征模式，建立一种空间均匀、各向同性、随机极化的电磁环境(统计均匀场)。基于过模谐振腔的上述特征，我们可以利用它进行辐射抗扰度测试、辐射发射测试、屏蔽效能测试和天线效率测试等等。与传统的测试场地相比，过模谐振腔在造价、测量时间、有效模拟复合场等许多方面优势突出。例如：过模谐振腔内无需内覆吸波材料，空腔谐振的Q值很高，因此可以用相对较小的功率，获得较大的场强和较高的动态范围。

对于一个长、宽、高分别为a、b、c的长方体形谐振腔而言，它可以被看作是两端短路的矩形波导。利用波导中电磁波传播的相关理论，可以计算出该谐振腔内的各本征模式(谐振)频率如下：

$f_{\mathrm{mnp}}=\frac{1}{2\sqrt{\mathrm{\μ\ϵ}}}\sqrt{{\left(\frac{m}{a}\right)}^2+{\left(\frac{n}{b}\right)}^2+{\left(\frac{p}{c}\right)}^2}$

其中，参数a、b、c的单位为米，m、n、p为自然数。每组m、n、p的具体取值都对应着一个具体的本征(谐振)模式，每种模式下的电磁场分布都是确定且各不相同的。另外，因为m、n、p必须取自然数，所以上述本征模式频率是不连续的，即谐振腔体内电磁场的本征模式(谐振)频率只能取一系列特定的、不连续的数值。

对普通的单模谐振腔而言，我们通过控制激励源的频率，使得谐振腔内只有唯一的一种模式存在，此时其场分布是确定的；但如果把工作频率带提高到模式密集的区间，则此时谐振腔内不只存在一种模式，即多模谐振腔。当多模谐振腔内的工作模式数量足够多的时候，谐振腔就会处于一种过模谐振的状态，其内部的场分布是很多模式场分布的叠加；如果通过某种方式能够有效改变参与叠加过程的诸多模式的组成情况，那么场分布也必将出现显著变化。通过不断调整模式组成、不断改变腔体内的场分布，最终会在腔体内形成空间均匀、各向同性、随机极化的电磁环境，即统计均匀场。

利用过模谐振腔过模谐振的工作特点和统计均匀的场分布，我们选择检测一个点的测量结果，通过其统计结果来反映整体的场分布情况。利用过模谐振腔测量无线终端总辐射功率的方法就源自于此。

如上所述，利用过模谐振腔测量无线终端总辐射功率这种新方法的关键就是找到一种简单有效的方式显著改变参与叠加过程的诸多模式的组成情况。目前最常用的方式就是在高Q值的金属过模谐振腔体内放置并旋转反射体。除此之外，通过改变源的位置来实现过模谐振腔也是可以的，然而现技术中并没有给出一种如何在过模谐振腔中测量手机的全向辐射功率的系统。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明的发明目的是提供一种手机的全向辐射功率(TRP)的同步测量系统，利用本发明提供的测量系统能够准确地测量手机的全向辐射功率(TRP)。

为实现所述发明目的，本发明提供了一种手机的全向辐射功率同步测量系统，其包括：pc机1；屏蔽室17；第一组金属反射体11，其设置在屏蔽室17左右方向；第二组金属反射体10，其设置在屏蔽室17前后方向；第三组金属反射体9，其设置在屏蔽室17上下方向；第一步进电机8，其驱动第一组金属反射体11旋转；第二步进电机7，其驱动第二组金属反射体(10)旋转；第三步进电机6，其驱动第三组金属反射体9旋转；步进电机同步控制器5，其在PC机的控制下同步控制第一步进电机8、第二步进电机7和第三步进电机6的工作状态；信号源2，校准时，其在PC机的控制下产生一需要校准频率的信号；功率放大器3，校准时，其放大信号源2产生的信号，并放大至PC机所设定的功率P_in；发射天线4，其设置在屏蔽室17内，校准时，将由功率放大器3输入的电信号转换电磁信号并辐射到屏蔽室17内；接收天线12，设置在屏蔽室17内，校准时，其接收发射天线4所辐射的电磁信号并转换成电信号，测量时，其接收待测手机所发射的电磁信号并转换电信号；电光转换器13，其设置在屏蔽室17内，将接收天线12接收的电信号转换成光信号，该光信号经过光纤传输到PC机，其中，校准时，PC机根据发射天线4所发射的信号的功率和所测得的接收天线接收发射天线发射的信号的功率计算出校准换算因子；测量时，PC机根据所测得的接收天线接收手机发射的信号的功率及校准换算因子求得待测手机的全向辐射功率。

其中，屏蔽室17、第一组金属反射体11、第二组金属反射体10和第三组金属反射体9组成过模谐振腔。

屏蔽室为长方体，其六个面均由金属制成，其前面设有开口。

第一组金属反射体(11)包括第一轴和均匀设置在第一轴上的d个铝叶片；第二组金属反射体10包括第二轴和均匀设置在第二轴上的h个铝叶片；第三组金属反射体(9)包括第三轴和设置在第三轴上的g个铝叶片，d、h和g均为大于或者等于3的自然数。

叶片均为正方形，每个轴分别穿过设置在其上的铝叶片的中心。

校准时，旋转第一、第二和第三组金属反射体，测得金属反射体在每个位置时，接收天线接收的功率为P_r0，P_re 1，...和P_r(N-1)。换算因子按如下公式计算：

F_j＝P_in/Medium(P_r0，P_r 1，...，P_r(N-1))

测量时，旋转第、第二和第三组金属反射体，测得金属反射体在每个位置时，接收天线接收的功率为P′_r0，P′_r1，...和p′_r(N-1)。手机的全向辐射功率按下式计算：

TRP_j＝Medium(P′_r0，P′_r1，...，P′_r(N-1))/F_j。

本发明提出的测试系统具有费用低，占地小，维护简单等优点。

附图说明

图1是本发明提供的手机的全向辐射功率的同步测量系统的方框图；

图2是本发明提供的过模谐振腔的示意图；

图3是本发明提供的从第一轴的正向透视第一组金属反射体的组成图；

图4是本发明提供的从第二轴的正向透视第二组金属反射体的组成图；

图5是本发明提供的从第三轴的正向透视第三金属反射体的组成图；

图6是本发明的手机的全向辐射功率的同步测量的校准过程的流程图；

图7是本发明的手机的全向辐射功率的同步测量的测量过程的流程图。

具体实施方式

下面结合附加附图详细说明本发明。附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

图1是本发明提供的手机的全向辐射功率的同步测量系统的方框图。如图1所示，本发明提供的手机的全向辐射功率同步测量系统包括：包括：pc机1；屏蔽室17；第一组金属反射体11，其设置在屏蔽室17左右方向；第二组金属反射体10，其设置在屏蔽室17前后方向；第三组金属反射体9，其设置在屏蔽室17上下方向；第一步进电机8，其通过皮带驱动第一组金属反射体11旋转；第二步进电机7，其通过皮带驱动第二组金属反射体10旋转；第三步进电机6，其通过皮带驱动第三组金属反射体9旋转；步进电机同步控制器5，其在PC机的控制下同步控制第一步进电机8、第二步进电机7和第三步进电机6的工作状态；信号源2，校准时，其在PC机的控制下产生一需要校准频率的信号；功率放大器3，校准时，其放大信号源2产生的信号，并放大至PC机所设定的功率P_in；接收天线12，其设置在屏蔽室17内，校准时，接收发射天线4所辐射的电磁信号并转换成电信号，测量时，其接收待测手机所发射的电磁信号并转换电信号；电光转换器13，其设置在屏蔽室17内，将接收天线12接收的电信号转换成光信号，该光信号经过光纤传输到PC机；光纤接收卡14，负责读取光信号，并将光信号转换成便于PC机处理的数字电信号，PC接收光纤接收卡的数字电信号并将其换算为功率值后存放在固定的存储单元中；无线综测仪15，其在PC机的控制下模拟基站的功能与待测手机建立连接，通过该连接PC机可以直接设定待测手机的测试频率并将手机的发射功率调整到最大，和显示器18，其用于显示测试结果。PC通过GPIB总线实现与综测仪、信号源、功率放大器、步进电机同步控制器等设备的连接。

图2是本发明提供的过模谐振腔的示意图。如图2所示，屏蔽室17为长方体，其六个面均高电导率金属板(例如：镀锌钢板)制成，在其前面设置有开口20。待测手机(或者标准偶极子天线)等相关测试物品通过该屏蔽门进出屏蔽室。屏蔽室侧面设置了供电缆和光纤进出屏蔽室的信号转接板21。

第一组金属反射体11包括与屏蔽室长度相同的第一轴和均匀设置在第一轴上的d个叶片，第二组金属反射体10包括第二轴和均匀设置在第二轴上的h个叶片。第三组金属反射体9包括第三轴和设置在第三轴上的g个叶片。所述叶片为边长为L的正方形铝片。第一轴可以放置在支架上，也可以设置在屏蔽室的左壁和右壁上。第二轴可以放置在支架上，也可以设置在屏蔽室的前壁面和后壁上。第三轴设置在屏蔽室的顶面和底面上。

图3是本发明提供的从第一轴的正向透视第一组金属反射体的组成图。结合图3描述本发明提供的第一组金属反射体的构成。设屏蔽室(17)的右方向为轴的正方向，则左方向为轴的负方向，则第一组金属反射体是这样形成的：d个边长为L的叶片等间距地将第一轴分成相同的d+1个区间；d个叶片中的第1个叶片d₁设置在第一轴的第1位置，叶片d₁与第一轴的正方向的夹角为45度。d个叶片中的第2个叶片d₂设置在第一轴的第2个位置，并绕第一轴沿顺时针方向相对于第1个叶片d₁旋转360/d度，d个叶片中的第3个叶片d₃设置在第一轴的第3个位置，绕第一轴沿顺时针方向相对于第2个叶片d₂旋转360/d度，依次类推，d个叶片中的第d个叶片d_d设置在第一轴的第d个位置，绕第一轴沿顺时针方向相对于第d-1个叶片d_d-1旋转360/d度。本发明中优选第一轴的长度等于屏蔽室左右的长度，均设为4m，叶片数量d为5个，即叶片d₁、d₂、d₃、d₄和d₅，则5个叶片将第一轴分成相等的6个区间。

图4是本发明提供的从第二轴的正向透视第组二金属反射体的组成图。结合图4描述本发明提供的第二组金属反射体的构成。设屏蔽室17的后方向为轴的正方向，则前方向为轴的负方向，则第二组金属反射体是这样形成的：h个边长为L的叶片等间距地将第二轴分成相同的h+1个区间；h个叶片中的第1个叶片h₁设置在第二轴的第1位置，叶片h₁与第二轴的正方向的夹角为45度；h个叶片中的第2个叶片h₂设置在第二轴的第2个位置，并绕第二轴沿顺时针方向相对于第1个叶片h₁旋转360/h度，h个叶片中的第3个叶片h₃设置在第一轴的第3个位置，绕第二轴沿顺时针方向相对于第2个叶片h₂旋转360/h度，依次类推，h个叶片中的第h个叶片h_h设置在第二轴的第h个位置，绕第二轴沿顺时针方向相对于第h-1个叶片h_h-1旋转360/h度。本发明中优选第二轴的长度等于屏蔽室前后的长度，均设为3m，叶片数量h为4个，即叶片h₁、h₂、h₃和h₄，则4个叶片将第一轴分成相等的5个区间。

图5是本发明提供的从第三轴的正向透视第组三金属反射体的组成图。结合图5描述本发明提供的第三组金属反射体的构成。设屏蔽室17的上方为第三轴正方向，则下方为第三轴的负方向，则第三组金属反射体是这样形成的：g个边长为L的叶片等间距地将第三轴分成相同的g+1个区间；g个叶片中的第1个叶片g₁设置在第三轴的第1位置，叶片g₁与第三轴的正方向的夹角为45度；g个叶片中的第2个叶片g₂设置在第三轴的第2个位置，并绕第三轴沿顺时针方向相对于第1个叶片g₁旋转360/g度，g个叶片中的第3个叶片g₃设置在第三轴的第3个位置，绕第三轴沿顺时针方向相对于第2个叶片g₂旋转360/g度，依次类推，g个叶片中的第g个叶片g_g设置在第三轴的第g个位置，绕第三轴沿顺时针方向相对于第g-1个叶片g_g-1旋转360/g度。本发明中优选第三轴的长度等于屏蔽室上下的高度，均设为2.5m，叶片数量g为3个，即叶片g₁、g₂和g₃，则3个叶片将第三轴分成相等的4个区间。

图6是本发明的手机的全向辐射功率的同步测量的校准过程的流程图。所述校准步骤包括：

步骤101：通过PC机使第一步进电机8、第二步进电机7、第三步进电机6、信号源2和功率放大器3初始化；

步骤102：通过PC机设置信号源2的频率f_j和功率放大器的功率P_in，该频率f_j即需要校准的频率，其与待测手机的测试频率相同；

步骤103：使信号源2产生的信号经功率放大器放大后经标准偶极子天线4发射出去；

步骤104：通过PC机设置校准测量次数N，该次数N与第一、第二和第三轴转动的次数是相对应的，转动次数为N-1，本发明中N选大于或者等于100的自然数；

步骤105：设定第一、第二和第三轴转动的次数的初值i＝0；

步骤106：测量全向接收天线12(全向三维探头)接收标准偶极子天线4所发射信号的功率为P_ri并将功率P_ri存储到PC机的一存储区。全向接收天线12(全向三维探头)、电光转换器13和PC构成功率接收系统。

步骤107：PC机输出一控制信号，使步进电机同步控制器5同步产生三个脉冲信号，分别驱动第一、第二和第三步进电机8、7和6，使它们沿顺时间方向(同时沿逆时针方向也可)转动

度；

步骤108：设定第一、第二和第三轴转动的次数i＝i+1；

步骤109：判断，如果次数i＝N，则进行步骤110，否则返回到步骤106；

步骤110：从存储区中调取所有测量功率P_r0，P_re 1，...，P_r(N-1)

取它们的中值为P_jm，即：

P_jm＝Medium(P_r0，P_r 1，...，P_r(N-1))；

步骤111：计算频率f_j的校准换算因子F_j，即：F_j＝P_in/P_jm，并将该值输出到PC机设置的一查找表中，查找表的内容如下：

校准频率	f1	...	fj	...	fM
						校准换算因子	F1	...	Fj	...	FM

表中M表示需要校准的频率的个数，M≥j≥1。

步骤120：判断，如果需要校准的频率都得出了换算因子，则进行步骤113，否则，更换频率，返回到步骤102；

步骤113：校准结束。

图7是本发明的手机的全向辐射功率的同步测量的测量过程的流程图。测量时，将标准偶极子天线(发射天线)从屏蔽室内移出，将手机设置在标准偶极子天线处。如图7所示，本发明所提供的手机的全向辐射功率的同步测量方法包括如下步骤：

步骤201：通过PC机使第一步进电机8、第二步进电机7、第三步进电机6、综测仪15和待测手机16初始化；

步骤202：通过PC机使待测手机的发射频率为f_j，并使手机发射功率设置到最大值；

步骤203：使手机16发射信号；

步骤204：通过PC机设置测量次数也为N；

步骤205：设定第一、第二和第三轴转动的次数的初值i＝0；

步骤206：测量全向接收天线12接收手机发射的信号的功率为P′_ri并将功率P′_ri存储到PC机的另一存储区；

步骤207：PC机输出一控制信号，使步进电机同步控制器5同步产生三个脉冲信号，分别驱动第一、第二和第三步进电机8、7和6，使它们沿顺时间方向(同时沿逆时针方向也可)转动

度；

步骤208：设定第一、第二和第三轴转动的次数i＝i+1；

步骤209：判断，如果次数i＝N，则进行步骤210，否则返回到步骤206；

步骤210：从另一存储区中调取所有测量功率P′_r0，P′_r1，...，P′_r(N-1)取它们的中值做为P′_jm，即：

P′_jm＝Medium(P′_r0，P′_r1，...，P′_r(N-1))；

步骤211：从查找表中调取对应频率f_j的校准换算因子F_j并计算手机的全向辐射功率TRP_j：

TRP_j＝P′_jm/F_j

计算完成后，将对应于频率f_j的手机的全向辐射功率TRP_j显示在显示器18中。

步骤212：判断，如果计算出了所有需要测量的频率的TRP，则进行步骤213，否则，更换频率，返回到步骤202；

步骤213：测量结束。

本发明提出的测试方法测试精度高，操作方便。

实施例仅是用于示范地说明本发明。说明书仅是用于解释权利要求书。但本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明批露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种手机的全向辐射功率同步测量系统，其包括：

pc机(1)；

屏蔽室(17)；

第一组金属反射体(11)，其设置在屏蔽室(17)左右方向；

第二组金属反射体(10)，其设置在屏蔽室(17)前后方向；

第三组金属反射体(9)，其设置在屏蔽室(17)上下方向；

第一步进电机(8)，其驱动第一组金属反射体(11)旋转；

第二步进电机(7)，其驱动第二组金属反射体(10)旋转；

第三步进电机(6)，其驱动第三组金属反射体(9)旋转；

步进电机同步控制器(5)，其在PC机的控制下同步控制第一步进电机(8)、第二步进电机(7)和第三步进电机(6)的工作状态；

信号源(2)，校准时，其在PC机的控制下产生一需要校准频率的信号；

功率放大器(3)，校准时，其放大信号源(2)产生的信号，并放大至PC机所设定的功率P_in；

发射天线(4)，设置在屏蔽室(17)内，校准时，其将由功率放大器(3)输入的电信号转换电磁信号并辐射到屏蔽室(17)内；

接收天线(12)，设置在屏蔽室(17)内，校准时，其接收发射天线(4)所辐射的电磁信号并转换成电信号，测量时，其接收待测手机所发射的电磁信号并转换电信号；

电光转换器(13)，其设置在屏蔽室(17)内，将接收天线(12)接收的电信号转换成光信号，该光信号经过光纤传输到PC机，其中，

校准时，PC机根据发射天线(4)所发射的信号的功率和所测得的接收天线接收发射天线发射的信号的功率计算出校准换算因子；测量时，PC机根据所测得的接收天线接收手机发射的信号的功率及校准换算因子求得待测手机的全向辐射功率。

2.根据权利要求1所述的全向辐射功率同步测量系统，其中，屏蔽室(17)、第一组金属反射体(11)、第二组金属反射体(10)和第三组金属反射体(9)组成过模谐振腔。

3.根据权利要求2所述的全向辐射功率同步测量系统，其中，屏蔽室为长方体，其六个面均由金属制成，其前面设有开口。

4.根据权利要求3所述的全向辐射功率同步测量系统，其中，第一组金属反射体(11)包括第一轴和均匀设置在第一轴上的d个铝叶片；第二组金属反射体(10)包括第二轴和均匀设置在第二轴上的h个铝叶片；第三组金属反射体(9)包括第三轴和设置在第三轴上的g个铝叶片，d、h和g均为大于或者等于3的自然数。

5.根据权利要求4所述的全向辐射功率同步测量系统，其特征在于，叶片均为正方形，每个轴分别穿过设置在其上的铝叶片的中心。

6.根据权利要求5所述的全向辐射功率同步测量系统，其中，校准时，旋转第一、第二和第三组金属反射体，测得金属反射体在每个位置时，接收天线接收的功率为P_r0，P_re 1，...和P_r(N-1)，式中，N为校准的次数。

7.根据权利要求6所述的全向辐射功率同步测量系统，其特征在于，换算因子按如下公式计算：

F_j＝P_in/Medium(P_r0，P_r1，...，P_r(N-1))。

8.根据权利要求7所述的全向辐射功率同步测量系统，其特征在于，测量时，旋转第一、第二和第三组金属反射体，测得金属反射体在每个位置时，接收天线接收的功率为P′_r0，P′_r1，...和P′_r(N-1)。

9.根据权利要求8所述的全向辐射功率同步测量系统，其特征在于，手机的全向辐射功率按下式计算：

TRP_j＝Medium(P′_r0，P′_r1，...，P′_r(N-1))/F_j。

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