CN104569635A - 无线终端天线性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无线终端天线性能测试系统，其包括：微波暗室，所述微波暗室包括屏蔽箱体、安装于所述屏蔽箱体内壁的吸波材料及测量天线；与所述测量天线相连的功率检测器；数模转换器。本发明实施例的无线终端天线性能测试系统通过功率检测器和数模转换器可以完成将射频信号经由电平信号转换为可直接读取数据即数字信号的任务，省掉了专用的测量仪器，整个过程无需综测仪的参与，降低了测试系统的配置成本。同时在非信令模式下完成天线性能在屏蔽条件下的精确测试，节省了测量仪器与被测无线终端建立连接等待的时间，降低了外界电磁干扰，提升了测试效率和准确度，特别适用于无线终端的产线测试。

Description

无线终端天线性能测试系统

技术领域

本发明涉及无线终端测试领域，特别涉及一种无线终端天线性能测试系统。

背景技术

无线通信技术是在两点或多点之间通过空中（非有线）的方式进行信息传递和交换的技术，作为在信息通信领域中发展最快、应用最广的技术，无线通信主要利用电磁波能够在自由空间中传播的特性。因此，天线作为发送和接收无线通信信息载体——电磁波的核心部件，其性能好坏直接决定了无线终端实现通讯的能力。因此天线射频性能低下不仅会导致终端信号弱、通信连接易掉线、通信质量差等不好的用户体验，而且终端信号不稳定会增加终端和基站建立连接的次数，使单个基站覆盖终端个数的能力下降，严重消耗通信网络资源。射频性能缺陷的终端使用数量过多将会把本来已经负载过重的通信网络变得更加拥挤。同时，随着第四代移动通信系统（4G）的标准（LTE，Long TermEvolution）的实现，无线通信技术为了满足高数据率和高系统容量方面的需求，实现支持上下行MIMO（Multiple Input Multiple Output）应用。MIMO的能否达到实际性能，终端天线性能将起到至关重要的作用。

为了确保天线射频性能，控制射频性能缺陷的不良终端流入市场，北美移动通信网络协会（CITA）推出了OTA（Over The Air）测量标准，对天线性能测试制定了严格的规定。目前OTA已经被学术界和工业界广泛接受，成为无线终端天线研发、入网认证及质量控制的主要标准测试。因此，为了保证产品质量，无线通信终端在生产过程中同样需要检验其射频性能。相较于研发及认证的高精度测试，无线终端产线测试具有其独特性：首先，为了确保产线效率，产线测试要求远高于认证测试的速度，一般认为小于20秒完成一个产品的测试是能够接受的范围；其次，由于一条产线可能需要多个测试系统同时工作提高产品抽样率，单次对系统采购量相对较大，因此需要降低单个系统的购置成本；第三，要求系统高度集成，操作简便，并且需要尽量不改变现有产线的基础上整合测量系统。第四，在满足上述条件的基础上，尽可能实现高精度及小体积等要求。

目前在产线上广泛采用的射频性能检测技术的是天线耦合测试。测试使用耦合板与综合测试仪相连，手机置于耦合板固定位置上，通过信令模式与综合测试仪空口连接。在生产前期根据几只样机或金机的测试结果，给出合适的耦合补偿值并确定功率标准，然后对手机的最大功率进行测试。高于制定的功率标准表示产品符合生产要求，低于标准则表明终端射频性能缺陷，可能原因包括：（1）天线匹配电路虚焊和缺件等；（2）天线与簧片连接问题；（3）天线周围电子/结构件有问题；（4）天线没有装配或装配不好；（5）天线本身品质问题。

综上所述，耦合测试法虽然被广泛采用，但自身缺陷相当明显：第一，由于测试过程采用信令模式，被测无线终端与综测仪建立连接需要较长时间，是测试过程中最主要的耗时步骤；第二，由于耦合板是开放系统，测试会受到一定程度的环境干扰，同时被测无线终端测试数据在耦合条件下对位置非常敏感，这导致耦合测试的精度可能高达±6dB（认证标准误差为±2dB），导致出现认证测试机性能远优于市场上的同种产品，使得产线测试的检验效果非常有限；第三，天线的耦合测试只能是对产品的一致性测试，而无法对产品的性能作定量分析，其根据最大功率测出的结果只具有比较意义，不能进行其他项目的测试，即使测试其结果也没有实际意义；第四，虽然耦合板造价低廉，但由于需要综测仪搭配使用完成测量，综测仪价格昂贵，占整个测试系统成本的95%以上，极大增加了产线射频检测系统的购置成本。

现有技术中，最准确的射频性能测量方案是微波暗室测试方案，微波暗室（AnechoicChamber）是研发及认证实验室进行OTA测试的主要手段。微波暗室由电磁屏蔽室及吸波材料等部分组成，电磁屏蔽室能够隔绝外部电磁干扰对天线的影响，吸波材料作为衬面能够吸收绝大部分电磁能量，极大减小反射波以模拟自由空间的环境。然而，微波暗室体积庞大（通常为3-7米）、造价昂贵（多达几百万人民币），设计复杂、对人员操作能力要求高。同时，由于对精度的要求高，传统微波暗室测试时间相对较长（几分钟到几小时）的特点，使其无法适用于产线批量生产检测的领域需求存在改进的需要。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种低成本、效率高且适合在生产线上对无线终端进行检验的无线终端天线性能测试系统。

为达到上述目的，本发明实施例提出一种无线终端天线性能测试系统，包括：微波暗室，所述微波暗室包括屏蔽箱体、安装于所述屏蔽箱体内壁的吸波材料及测量天线；与所述测量天线相连的功率检测器；数模转换器。

根据本发明实施例的无线终端天线性能测试系统，通过功率检测器和数模转换器可以完成将射频信号经由电平信号转换为可直接读取数据即数字信号的任务，省掉了专用的测量仪器，整个过程无需综测仪的参与，降低了测试系统的配置成本。同时在非信令模式下完成天线性能在屏蔽条件下的精确测试，节省了测量仪器与被测无线终端建立连接等待的时间，降低了外界电磁干扰，提升了测试效率和准确度，特别适用于无线终端的产线测试。

在本发明的一个实施例中，所述测量天线为多个，所述多个测量天线设置于所述屏蔽箱体的内壁。

在本发明的一个实施例中，所述多个测量天线用于采集被测无线终端在空间多个方向辐射的射频信号，所述多个测量天线根据所述射频信号生成多个射频输出信号；所述功率检测器用于分别将所述多个射频输出信号转换为相应的多个电平信号；所述数模转换器用于将所述相应的多个电平信号转换为多个数字信号。

在本发明的一个实施例中，所述的无线终端天线性能测试系统还包括：控制器模块，所述控制器模块与所述数模转换器相连，用于获取所述多个数字信号，并对所述多个数字信号进行数据处理以输出所述被测无线终端的测试结果。

在本发明的一个实施例中，所述的无线终端天线性能测试系统还包括：频谱仪；射频切换开关，所述射频切换开关设置在所述多个测量天线的馈口与所述功率检测器之间，所述射频切换开关具有第一输出端、第二输出端，所述第一输出端与所述功率检测器相连，所述第二输出端与所述频谱仪相连，当所述射频切换开关切换至所述第二输出端时，所述频谱仪直接对所述多个射频输出信号进行分析检测。

在本发明的一个实施例中，所述射频切换开关还具有第三输出端，所述第三输出端与扩展功能插槽相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述射频切换开关为机械开关或者电子开关。

其中，在本发明的一个实施例中，当所述射频切换开关为电子开关时，所述射频切换开关的控制端与所述控制器模块相连。

优选地，在本发明的一个实施例中，所述多个测量天线相对于所述被测无线终端呈立体分布。

优选地，在本发明的一个实施例中，所述功率检测器为功率检测计。

在本发明的一个实施例中，所述屏蔽箱体为球形。

在本发明的一个实施例中，所述屏蔽箱体为柱状且所述屏蔽箱体的横截面为圆形或正多边形。

在本发明的一个实施例中，所述正多边形的边数为N，且N≥3。

优选地，在本发明的一个实施例中，所述屏蔽箱体为正方体。

优选地，在本发明的一个实施例中，所述屏蔽箱体内设置有夹具，所述夹具用于固定被测无线终端。

在本发明的一个实施例中，所述夹具由泡沫材料制成。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有的单天线全波暗室测试系统示意图；

图2为现有的多天线全波暗室测试系统示意图；

图3为根据本发明一个实施例的无线终端天线性能测试系统的示意图；

图4为根据本发明一个实施例的微波暗室的结构示意图；

图5为根据本发明一个实施例的微波暗室内部正视示意图；以及

图6为根据本发明另一个实施例的无线终端天线性能测试系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

已知的是，传统的暗室测量系统由微波暗室（包括电磁屏蔽室、转台、测量天线、集成控制器、射频转换开关及吸波材料等部分）、测控软件及测量仪器（如矢量网络分析仪、综合测试仪、频谱仪等）组成，按照测量天线的数目可分为单天线系统（图1）和多天线系统（图2），测量天线通过射频转换开关与测量仪器相连。在由电磁屏蔽室和吸波材料模拟的自由空间中，测控软件对集成控制器输入指令控制暗室内转台转动，或通过射频转换开关控制多天线切换，或两者相结合的方式实现三维空间数据采样。采集的数据通过射频电缆传递至测量仪器完成测量，并由测控软件进行后台计算处理输出结果。然而，微波暗室体积庞大、造价昂贵、设计复杂、对人员操作能力要求高。同时，由于对精度的要求高，传统微波暗室测试时间相对较长的特点，使其无法适用于产线批量生产检测的领域需求，存在改进的需要。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的无线终端天线性能测试系统。

如图3所示，根据本发明实施例的无线终端天线性能测试系统，包括：微波暗室100、功率检测器200、数模转换器300及控制器模块400。

其中，结合图4、图5所示，微波暗室100包括屏蔽箱体101、安装于屏蔽箱体101内壁的吸波材料102、设置于屏蔽箱体101内的夹具103以及设置于屏蔽箱体101内壁的多个测量天线104，其中，夹具103用于固定被测无线终端800，多个测量天线104用于采集被测无线终端800在空间多个方向辐射的射频信号，多个测量天线104根据射频信号生成多个射频输出信号。功率检测器200与多个测量天线104相连，功率检测器200用于分别将多个射频输出信号转换为相应的多个电平信号。数模转换器300用于将相应的多个电平信号转换为多个数字信号。控制器模块400与数模转换器200相连，用于获取多个数字信号，并对多个数字信号进行数据处理以输出被测无线终端800的测试结果。优选地，在本发明的一个实施例中，功率检测器200可以为功率检测计。

根据本发明的实施例，将被测无线终端800放置在测试系统中，被测无线终端800处于发射状态，其发射的射频信号被多个测量天线104接收到，测量天线104的输出由功率检测器200例如为功率检测计转换为直流电平，进一步由数模转换器300也可称为A/D变换器转换为数字信号。其中，多个数字信号对应于被测无线终端800在相应方向的辐射功率大小。并且对于多个测量天线104的测量值进行采集后，例如为测控计算机用于搜集、显示上述测量得到的数字信号，并将测量值所对应的功率值显示出来，并且控制器模块400可以采用灵活的数据处理方式，例如仅采用最大值作为判定标准，或者多个方向的测量值求和，用总辐射功率作为判定标准，以输出被测无线终端800的测试结果，即在控制器模块400上显示射频性能数据。

根据本发明的实施例，利用的是被测件即被测无线终端800的非信令模式，因此节省了产线耦合测试法耦合板在信令模式下被测件和综测仪建立连接的主要测试耗时步骤，使得测试系统测试速度显著提升。

另外，根据本发明的实施例，通过功率检测器200和数模转换器300独立完成将射频信号经由电平信号转换为可直接读取数据即数字信号的任务，省掉了专用的测量仪器，整个过程无需综测仪的参与，因此大大降低了测试系统的配置成本。同时在非信令模式下完成天线性能在屏蔽条件下的精确测试，节省了测量仪器与被测无线终端建立连接等待的时间，降低了外界电磁干扰，提升了测试效率和准确度，特别适用于无线终端的产线测试。

需要说明的是，系统由于结构简单，对屏蔽箱体101形状体积及测量天线104数目排布要求相对宽松，完全可以实现根据产线需求的定制化加工，实现真正的无缝衔接。其中，在本发明的一个实施例中，屏蔽箱体101可以为球形。或者，在本发明的一个实施例中，屏蔽箱体101可以为柱状且屏蔽箱体101的横截面为圆形或正多边形。优选地，在本发明的一个实施例中，正多边形的边数为N，且N≥3。

优选地，在本发明的一个实施例中，如图4所示，屏蔽箱体101可以为正方体，即言微波暗室100为正方体暗室。图4以正方体暗室结合6个测量天线104为例。

根据本发明的实施例，该无线终端天线性能测试系统的微波暗室100仅由屏蔽箱体101、吸波材料102、夹具103以及多个测量天线104组成。由于削减了转台等部件，释放了其占用的测量空间，微波暗室100内部只有吸波材料102、夹具103和测量天线104模拟的纯粹测量自由空间，其中，在本发明的一个实施例中，夹具103由泡沫材料制成，应当理解，夹具103为电磁全透射性夹具。一方面，可以极大地减小微波暗室100的体积；另一方面，系统在设计上做到了最大程度上的精简，测试时微波暗室100内部实现全电磁封闭、全吸波材料覆盖、无电缆、无机械部件等最小化测量干扰的条件，达到了确保精度的最好测量环境，电磁全透射性夹具对测量结果几乎没有影响。此外，避免了传统的生产线测试系统中被测件的转动机构（转台）的反射对于被测件的扰动，减小测试误差，同时节省了因转动增加的测试时间，提高了测试效率。因此本发明实施例的测试系统具有高效率、体积小的优点，可应用于产线的无线终端OTA测试。本发明实施例的测试系统同样适用于无线终端其他性能指标的测试。

其中，在本发明的一个实施例中，如图4所示，多个测量天线104相对于被测无线终端800呈立体分布。具体而言，采用多个测量天线104，布置在被测无线终端800的周围，尤其是多个测量天线104相对于被测无线终端800立体摆放，并且多个测量天线104距离被测无线终端800的距离基本相等，即多个测量天线104相对于被测无线终端800呈立体布置位置，即，多个测量天线104、被测无线终端800不在一个平面上。多个测量天线104用于采集被测无线终端800在空间多个方向的辐射信号，可以更准确地测试判定被测无线终端800是否合格。在使用多个测量天线104时，由于每个测量天线104都是独立的测量单元，可以实现同时测量，一方面节省了传统暗室依次测量间隔的时间，另一方面可以通过软件对测量结果择优进行优选或迭加等后处理操作，使得测量结果更加准确。并且本发明采用多个测量天线，克服了传统的生产线测试系统仅采用单个测量天线而出现单个测量天线刚好位于被测件辐射方向图的零点使得测试误差较大的问题，测量误差小。具体地，测试不确定性即测量误差可以控制在±2dB，甚至±1dB，与认证标准误差一致，大于优化传统的生产线测试系统（±4dB），有利于提高产线质量控制的水平。同时吸波材料能够吸收大部分电磁能量，系统对被测无线终端摆放位置要求不像耦合板要求那么严格，少量位移对最终测试结果影响不大，降低了测试员的操作难度，也减小了由于操作员误操作导致错误结果的可能性，使测试结果可信度更高。

此外，需要说明的是，本发明实施例的无线终端天线性能测试系统的测试结果提供的是真实值，与耦合板只能测量产品与标准是否有偏差相比，本发明实施例的无线终端天线性能测试系统还能准确地提供有实际意义的偏差值，其统计结果形成的数据库可供研发部门进行分析，以优化产品性能和质量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图6所示，上述的无线终端天线性能测试系统还包括频谱仪500和射频切换开关600。射频切换开关600设置在多个测量天线104的馈口与功率检测器200之间，射频切换开关600具有第一输出端601、第二输出端602，第一输出端601与功率检测器200相连，第二输出端602与频谱仪500相连，当射频切换开关600切换至第二输出端602时，频谱仪500直接对多个射频输出信号进行分析检测，即对输出的原始射频信号进行分析检测。

优选地，在本发明的一个实施例中，如图6所示，上述的射频切换开关600还具有第三输出端603。第三输出端603与扩展功能槽700相连，用以适应于未来更多产线射频性能检测要求，如灵敏度测试等，因此系统扩展性强。

进一步地，在本发明的一个实施例中，射频切换开关600可以为机械开关或者电子开关。优选地，射频切换开关600为电子开关，其中，在本发明的一个实施例中，当射频切换开关600为电子开关时，射频切换开关600的控制端与控制器模块400相连。具体地说，根据本发明的实施例，在测量天线馈口和功率检测器200之间加入机械控制的或者由测控电脑控制的射频切换开关600，系统即可以实现上述的快速辐射强度测量，又可以通过切换直接输出原始信号，由频谱仪500在非信令模式下对原始信号在基本不增加时间的前提下进行针对性分析和细节性检测。根据本发明实施例的无线终端天线性能测试系统，采用多个测量天线且通过功率检测器和数模转换模块将测量天线捕获的射频信号经由电平信号转换为数字信号，从而实现对无线终端天线性能的精确测试。此外，该测试系统具有低成本、效率高、测试误差小、体积小的优点，适合在生产线上对无线终端进行检验。

另外，本发明实施例的无线终端天线性能测试系统是一种修正的、改进的微波暗室测试系统，即把传统的暗室测试系统应用于产线天线射频测试的创新性解决方案，基于传统暗室的成熟技术，该系统能够为产线检测提供精度高、灵活性强的测试方案，以满足其高度精简集成的测试需求。上述的无线终端天线性能测试系统彻底克服了目前广泛应用的耦合板测试的缺点，测试过程中避免了综测仪和信令模式的测量方式，同时有效的将传统暗室系统高精度、提供真实值的优势在产线上发挥出来。并且本发明的无线终端天线性能测试系统即改进的微波暗室测试系统，能够提供适合生产线测试的更加快速、准确和高效的方案，而且测试系统造价低、扩展性强。因此，使得本发明实施例的无线终端天线性能测试系统成为能够取代耦合板法的产线测试的最优方法和系统，并且该系统能够为产线检测提供精度高、灵活性强的测试方案，以满足其高度精简集成的测试需求。厂家可以自由地根据自身情况，从测试性能类别、质量控制强度、测试时长要求、设备配置成本等多方面加以衡量，定制最适合、最高效、性价比最高的检测系统。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (16)

1.一种无线终端天线性能测试系统，其特征在于，包括：

微波暗室，所述微波暗室包括屏蔽箱体、安装于所述屏蔽箱体内壁的吸波材料及测量天线；

与所述测量天线相连的功率检测器；

数模转换器。

2.如权利要求1所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，所述测量天线为多个，所述多个测量天线设置于所述屏蔽箱体的内壁。

3.如权利要求2所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，所述多个测量天线用于采集被测无线终端在空间多个方向辐射的射频信号，所述多个测量天线根据所述射频信号生成多个射频输出信号；所述功率检测器用于分别将所述多个射频输出信号转换为相应的多个电平信号；所述数模转换器用于将所述相应的多个电平信号转换为多个数字信号。

4.如权利要求3所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，还包括：

控制器模块，所述控制器模块与所述数模转换器相连，用于获取所述多个数字信号，并对所述多个数字信号进行数据处理以输出所述被测无线终端的测试结果。

5.如权利要求3或4所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，还包括：

频谱仪；

射频切换开关，所述射频切换开关设置在所述多个测量天线的馈口与所述功率检测器之间，所述射频切换开关具有第一输出端、第二输出端，所述第一输出端与所述功率检测器相连，所述第二输出端与所述频谱仪相连，当所述射频切换开关切换至所述第二输出端时，所述频谱仪直接对所述多个射频输出信号进行分析检测。

6.如权利要求5所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，所述射频切换开关还具有第三输出端，所述第三输出端与扩展功能插槽相连。

7.如权利要求5或6所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，所述射频切换开关为机械开关或者电子开关。

8.如权利要求5所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，当所述射频切换开关为电子开关时，所述射频切换开关的控制端与所述控制器模块相连。

9.如权利要求3所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，所述多个测量天线相对于所述被测无线终端呈立体分布。

10.如权利要求1所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，所述功率检测器为功率检测计。

11.如权利要求1所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，所述屏蔽箱体为球形。

12.根据权利要求1所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，所述屏蔽箱体为柱状且所述屏蔽箱体的横截面为圆形或正多边形。

13.根据权利要求12所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，所述正多边形的边数为N，且N≥3。

14.根据权利要求13所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，所述屏蔽箱体为正方体。

15.如权利要求1所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，所述屏蔽箱体内设置有夹具，所述夹具用于固定被测无线终端。

16.如权利要求15所述的无线终端天线性能测试系统，其特征在于，所述夹具由泡沫材料制成。