CN107102199B - 用于无线功率测量的测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于无线功率测量的测量系统，特别是一种用于测量高频信号的测量系统(1)。测量系统(1)包括天线模块，该天线模块适于接收高频信号。此外，系统(1)包括检测器模块，该检测器模块适于从高频信号中提取测量信号。最后，系统(1)包括传感器模块(4)，该传感器模块适于测量所述测量信号。传感器模块(4)设置在外壳(40)中，而检测器模块未设置在外壳(40)中。检测器模块通过第一线缆(5)与传感器模块(4)连接，所述第一线缆适于将测量信号(12)从检测器模块(3a)传输至传感器模块(4)。

Description

用于无线功率测量的测量系统
技术领域
本发明涉及一种用于无线测量高频信号，特别是高频信号功率的测量系统。
背景技术
近年来，用于传输通信信号的频率持续提高。在测量这种高频率时，出现了许多新问题。直接将被测设备与测量设备连接会影响测量结果。将大型测量天线靠近被测设备也会带来问题。
例如，德国专利申请DE19913338A1公开了用于检测高频信号的功率的测量电路。
需要提供一种测量系统，该测量系统能够测量被测设备发射的非常高频的信号。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于测量高频信号的测量系统。测量系统包括天线模块，该天线模块适于接收高频信号。此外，系统包括检测器模块，该检测器模块适于从高频信号中提取测量信号。最后，系统包括传感器模块，该传感器模块适于测量所述测量信号。传感器模块设置在外壳中，而检测器模块未设置在外壳中。检测器模块通过第一线缆与传感器模块连接，所述第一线缆适于将测量信号从检测器模块传输至传感器模块。因此能够极大地减少检测器模块的占用空间(footprint)，从而将检测器模块放置为特别靠近被测设备。同时，较大的传感器模块能够远离被测设备放置，从而获得最佳的测量条件。
根据第一方面的第一优选实施方式，天线模块和检测器模块集成为组合模块。这能够进一步减少组合模块的占用空间。
根据第一方面的第二优选实施方式—其为第一实施方式的替代，天线模块通过第二线缆与检测器模块连接。因此，一方面，能够实现非常灵活的设置。另一方面，能够进一步减少天线模块的占用空间，必须将天线模块放置为最接近被测设备。
根据第一方面的第三优选实施方式，检测器模块包括斩波器，该斩波器适于调制从高频信号中提取的信号，产生提取出测量信号的信号。通过在检测器模块上设置斩波器，能够降低噪声对从检测器模块向传感器模块的传输的影响。这可以减少对检测器模块和传感器模块之间的连接的屏蔽效应。
根据第一方面的第四优选实施方式，检测器模块包括检测器，该检测器适于对从高频信号中提取的信号进行检测。特别是，检测器可以是二极管传感器，该二极管传感器适于对从高频信号中提取的信号进行整流。通过在检测器模块上进行该预处理，能够将天线模块接收的高频信号转换为非常易于传输而无信号干扰的信号。
根据第一方面的第五优选实施方式的第一优选实施方式，天线模块包括槽线天线和变压器。变压器适于将天线提供的槽线天线信号转换为共面天线信号。检测器适于接收共面天线信号。通过共面技术的检测器，能够获得非常好性能的检测器。通过槽线形式的天线，能够获得占用空间非常小的天线。
根据第一方面的第五优选实施方式，检测器模块包括第一放大器，该第一放大器适于放大从高频信号中提取的信号，产生测量信号。通过在向传感器模块传输测量信号之前进行放大，能够进一步降低干扰灵敏度。
根据第一方面的第六优选实施方式，天线模块和/或检测器模块包括温度传感器，该温度传感器适于确定其位置上的当前温度。天线模块和/或检测器模块包括通信单元，该通信单元适于向传感器模块传输温度传感器确定的当前温度。因此，天线模块和/或检测器模块的当前温度对于传感器模块可用，传感器模块可以使用该信息执行修正计算。
根据第一方面的第七优选实施方式，天线模块和/或检测器模块包括存储单元，该存储单元适于存储天线模块和/或检测器模块的参数。特别是，可以在存储单元中存储校准参数。这允许传感器模块基于个别天线模块和/或检测器模块执行修正计算。
根据第七优选实施方式的第一优选实施方式，存储单元是RFID芯片或条形码。传感器模块适于读取在存储单元中存储的天线模块和/或检测器模块的参数。然后传感器模块能够使用所述参数执行修正计算。
根据第七优选实施方式的第二优选实施方式，存储单元是闪存或磁存储器。天线模块和/或检测器模块包括通信单元，该通信单元适于向传感器模块传输存储单元中存储的天线模块和/或检测器模块的参数。传感器模块能够使用所述参数执行修正计算。
根据第一方面的第八优选实施方式，传感器模块包括第二放大器，该第二放大器适于放大从检测器模块接收的测量信号。通过在接收测量信号之后直接进行放大，信号能够被再生，并防止进一步的信息损失。
根据第一方面的第九优选实施方式，传感器模块包括模数转换器，该模数转换器适于数字化从检测器模块接收的测量信号中提取的信号。一旦测量信号被数字化，就不会发生进一步的信息损失。通过在传感器模块上设置模数转换器，能够使用特别精确，但是大型的模数转换器。在天线模块或检测器模块上使用这种模数转换器是不利的，因为它们会显著增大各个模块的尺寸。此外，能够对模数转换器执行精确的温度控制，这进一步增大模数转换器的尺寸。
根据第一方面的第十优选实施方式，传感器模块包括数字信号处理器，该数字信号处理器适于对从检测器模块接收的测量信号中提取的信号进行后处理。数字信号处理器特别能够使用来自温度传感器的信息和/或天线模块或检测器模块的参数执行后处理。这显著降低了信号中的误差。
根据第一方面的第十实施方式的第一优选实施方式，传感器模块包括第一通信单元，该第一通信单元适于从检测器模块和/或天线模块接收检测器模块和/或天线模块的当前温度。附加地或替选地，第一通信单元适于从检测器模块和/或天线模块接收检测器模块和/或天线模块的参数。数字信号处理器适于对从检测器模块接收的测量信号中提取的信号进行后处理，从而补偿检测器模块和/或天线模块的当前温度，和/或补偿检测器模块或天线模块的参数。因此，能够获得非常精确的测量。
附图说明
现在参考附图仅以举例的方式进一步解释本发明的示例性实施方式，在这些附图中：
图1以示意图示出了根据本发明的测量系统的第一实施方式的框图；
图2以三维图示出了根据本发明的测量系统的第二实施方式；
图3以示意图示出了根据本发明的测量系统的第三实施方式的细节；以及
图4以示意图示出了根据本发明的测量系统的第四实施方式的细节。
具体实施方式
首先，我们展示图1和图2所示测量系统的实施方式的一般设置。参见图3和图4，显示了不同实施方式的结构和功能的进一步细节。不同附图中类似的实体和附图标记被部分省略。
现在详细参考本发明的优选实施方式，附图中显示了优选实施方式的例子。但是，可以对本发明接下来的实施方式进行不同修改，本发明的范围不限于接下来的实施方式。
第一实施方式
图1示出了根据本发明的第一方面的测量系统1的第一实施方式。测量系统1包括测量设备2，该测量设备2与传感器模块4连接，传感器模块4与检测器模块3a连接。检测器模块3a与天线模块3b连接。检测器模块3a和天线模块3b形成组合模块3。检测器模块3a和传感器模块4通过线缆5连接。线缆5可以是电缆或光缆。特别是，线缆可以是同轴电缆或光纤电缆。
测量设备2是独立的测量设备，例如信号分析仪。需要注意，测量设备2只是可选部件，对于本发明不是必需的。在使用测量设备的情况下，测量设备通过线缆与传感器模块4连接。举例来说，传感器模块4是功率传感器。无线连接也是可以的。
有利地，检测器模块3a和天线模块3b各自包括单个印刷电路板，所述印刷电路板保持各个模块3a，3b的所有其他部件。在使用组合模块3的情况下，组合模块有利地只包括单个印刷电路板，所述印刷电路板保持检测器模块3a和天线模块3b的所有部件。
被测设备6沿着天线模块3b的天线的主辐射方向设置在天线模块3b附近。被测设备6发射高频信号10，高频信号10被天线模块3b的天线接收。天线模块3b执行某些预处理，在图3中对此更详细地描述。产生的预处理信号11被传输给检测器模块3a，检测器模块3a执行进一步的预处理，从而将预处理信号转换为测量信号12，测量信号12被传输给传感器模块4。传感器模块4对测量信号12进行测量，从而确定例如被测设备6发射的高频信号10的功率。测量结果13现在可以传输给例如存储或进一步处理测量结果13的计算机或另一个测量设备2。
第二实施方式
图2显示了测量系统1的三维图。特别是，传感器模块4，线缆5和包括图1所示检测器模块3a和天线模块3b的组合模块3清晰可见。在这里，特别明显的是，传感器模块4包括外壳40，外壳40不包含检测器模块3a和天线模块3b，检测器模块3a和天线模块3b包含在组合模块3中。还显示了组合模块3包括单个印刷电路板，该印刷电路板保持组合模块3的所有其他部件。
关于传感器模块4，检测器模块3a和天线模块3b的特定结构和功能，请参考图3和图4。
第三实施方式
图3更详细地显示了图1所示的检测器模块3a和天线模块3b。在这里，检测器模块3a和天线模块3b集成为组合模块3。组合模块3包括天线34，天线34与变压器33连接。天线34和变压器33都设置在组合模块3的天线模块3b部分上。有利地，天线34是平面天线，更有利的是平面槽线天线。
为了获得最佳的接收条件而无干扰反射，可以用射频吸收材料涂覆天线34周围的区域。还可以将系统1的所有表面从天线34的主辐射方向的法线倾斜，从而使反射最小化。此外，出于相同原因，使朝着天线34的主辐射方向的表面最小化也是有利的。
变压器33与检测器32连接，检测器32与斩波器31连接。斩波器31与放大器30连接，放大器30与线缆5a连接，线缆5a是图1和图2所示线缆5的一部分。检测器32、斩波器31和放大器30全部集成到组合模块3的检测器模块3a部分中。此外，组合模块3的检测器模块3a部分包括温度传感器37、存储单元36和通信单元35。温度传感器37和存储单元36都与通信单元35连接，通信单元35与线缆5b连接，线缆5b是图1和图2所示线缆5的一部分。
当被测设备6发射高频信号10时，高频信号10作为天线信号，优选槽线天线信号被天线34接收。在该示例中，天线34为槽线天线，该槽线天线接收高频信号10，并使其作为槽线天线信号300对于变压器33可用。对该槽线天线信号进行处理是非常复杂的。因此，变压器33将槽线天线信号300转换为图1和图2所示的共面天线信号11，该共面天线信号11被传输至检测器32。检测器32对信号11进行检测，有利地，检测器32对共面天线信号11进行整流。产生的信号301被提供给斩波器31，斩波器31通过连续反转信号301的极性进行低频调制。这降低了产生的信号302的干扰灵敏度。斩波信号302被传输至放大器30，放大器30放大该信号并通过线缆5a将产生的信号12传输至传感器模块4。
同时，温度传感器37确定当前温度303，并将其传输至通信单元35。通信单元35通过线缆5a将温度传感器37确定的当前温度303传输至传感器模块4。
存储单元36存储检测器模块3a和/或天线模块3b的参数。举例来说，这些参数可以是模块3a，3b的校准细节。这些参数对于每个特定的天线模块3b和检测器模块3a而言是独特的。例如，存储单元36可以是闪存或磁存储器。该信息304也被通信单元35传输至传感器模块4。
代替将检测器模块3a和/或天线模块3b的参数存储在如图3所示的电子可读存储单元36中，还可以无线可读方式存储该信息，例如存储在RFID芯片中。
在特别简单的实施方式中，参数还可以存储为条形码形式，特别是印刷或粘贴到检测器模块3a和/或天线模块3b的表面上的二维条形码。同样，在这种情况下，检测器模块4包括能够读取条形码中存储的信息的相应的条形码读取器。
温度传感器37，存储单元36和通信单元35还可以设置在天线模块3b上。甚至可以为检测器模块3a和天线模块3b设置单独的温度传感器。因此能够特别精确地确定各个部件的温度。
有利地，天线模块3b或检测器模块3a还包括混频器和本地振荡器，混频器和本地振荡器适于将从高频信号10中提取的信号与本地振荡器信号混合，产生频率低于高频信号的中频信号。接下来，如上所述进一步处理该中频信号。必须注意，该频率变换必须在所述天线34和所述斩波器31之间的任意处理阶段发生。
第四实施方式
图4显示了图1和图2的传感器模块4的结构细节。传感器模块4包括与数字信号处理器41连接的通信单元40。数字信号处理器41再次与模数转换器42连接，模数转换器42与放大器43连接。放大器43与图3所示的线缆5a连接。此外，数字信号处理器41与另一个通信单元44连接，通信单元44与图3所示的线缆5b连接。
当通过线缆5a从图3所示的放大器30接收测量信号12时，放大器43再次放大信号12，产生放大信号400。放大信号400被提供给模数转换器42，模数转换器42对它进行数字化，并将产生的数字信号401提供给数字信号处理器41。
通过线缆5b，通信单元44从图3所示的通信单元35接收温度信息303和参数信息304。通信单元44将该信息303、304提供给数字信号处理器41。
在参数信息存储在RFID芯片中的情况下，传感器模块4包括RFID读取器，该RFID阅读器用于读取该信息，并将该信息提供给数字信号处理器41。此外，在参数信息存储在条形码中的情况下，传感器模块4包括条形码读取器，该条形码读取器用于读取该信息，并将该信息提供给数字信号处理器41。
数字信号处理器41在考虑通信单元44所提供的温度信息303和参数信息304的情况下对数字化测量信号401进行后处理。因此，数字信号处理器41生成最终测量结果402。最终测量结果402可以存储在传感器模块4中，或者通过使用可选的通信单元40作为测量结果13被传输至另一个测量设备2。
将传感器模块4从组合模块3，特别是从检测器模块3a和天线模块3b分开是特别有利的，因为这样能够在检测器模块3a和天线模块3b内提供小而简单的部件，从而允许将这些模块设置为极端靠近被测设备，同时在传感器模块4内提供大的部件，传感器模块4可以远离被测设备设置。特别是通过对部件执行这种分离，能够降低与高频信号传输相关的要求，因为通过线缆5的传输只有低干扰灵敏度。
此外，对多个部件的这种分离是有利的，因为能够对传感器模块4进行最优温度控制，但是对于检测器模块3a和天线模块3b，这是不可能的。因此，特别易受噪声影响的模数转换器可以保持最适宜的低温。
本发明的实施方式可以通过硬件，软件或其任意组合实现。本发明的不同实施方式可以通过一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器等中的一者或多者实现。
本发明的不同实施方式还可以通过实现上述特征或操作的软件模块、方法、功能等形式实现。软件代码可以存储在存储器单元中，因此能够通过处理器执行。存储器单元可以设置在处理器内部或外部，并通过多种已知方式和处理器交流数据。
本发明不限于这些示例，特别是不限于这里显示的特定部件。示例性实施方式的特征可以按有利的组合使用。
虽然详细描述了本发明及其优点，但是应该理解，在不偏离由权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，本文可以做出各种修改，替换和变化。

Claims (14)

1.一种用于测量高频信号(10)的测量系统，所述测量系统包括：
天线模块(3b)，所述天线模块适于接收所述高频信号(10)；
检测器模块(3a)，所述检测器模块适于从所述高频信号(10)中提取测量信号(12)；以及
传感器模块(4)，所述传感器模块适于测量所述测量信号(12)，
其中，所述传感器模块(4)设置在外壳(40)中，
其中，所述检测器模块(3a)未设置在所述外壳(40)中，
其中，所述检测器模块(3a)通过第一线缆(5)与所述传感器模块(4)连接，所述第一线缆适于将所述测量信号(12)从所述检测器模块(3a)传输至所述传感器模块(4)，
其中，所述检测器模块(3a)包括检测器(32)，
其中，所述天线模块(3b)包括槽线天线(34)，
其中，所述天线模块(3b)包括变压器(33)，所述变压器(33)适于将所述槽线天线(34)提供的槽线天线信号(300)转换为共面天线信号(11)，
其中，所述检测器(32)适于接收所述共面天线信号(11)，并且
其中，所述检测器(32)适于对所述共面天线信号(11)进行检测。
2.如权利要求1所述的测量系统，其中所述天线模块(3b)和所述检测器模块(3a)集成为组合模块(3)。
3.如权利要求1所述的测量系统，其中所述天线模块(3b)通过第二线缆与所述检测器模块(3a)连接。
4.如权利要求1所述的测量系统，其中所述检测器模块(3a)包括斩波器(31)，所述斩波器适于调制从所述高频信号(10)中提取的检测信号(301)，从而产生提取出所述测量信号(12)的斩波信号(302)。
5.如权利要求1所述的测量系统，其中所述检测器(32)是二极管传感器，所述二极管传感器适于对从所述高频信号(10)中提取的所述共面天线信号(11)进行整流。
6.如权利要求1所述的测量系统，其中所述检测器模块(3a)包括第一放大器(30)，所述第一放大器适于放大从所述高频信号(10)中提取的斩波信号(302)，从而产生所述测量信号(12)。
7.如权利要求1所述的测量系统，其中所述天线模块(3b)和/或所述检测器模块(3a)包括温度传感器(37)，所述温度传感器适于确定当前温度(303)，以及
其中所述天线模块(3b)和/或所述检测器模块(3a)包括通信单元(35)，所述通信单元适于向所述传感器模块(4)传输所述温度传感器(37)确定的所述当前温度(303)。
8.如权利要求1所述的测量系统，其中所述天线模块(3b)和/或所述检测器模块(3a)包括存储单元(36)，所述存储单元适于存储所述天线模块(3b)和/或所述检测器模块(3a)的参数。
9.如权利要求8所述的测量系统，其中所述存储单元(36)是射频识别RFID芯片或条形码，并且其中所述传感器模块(4)适于读取在所述存储单元(36)中存储的所述天线模块(3b)和/或所述检测器模块(3a)的参数。
10.如权利要求8所述的测量系统，其中所述存储单元(36)是闪存或磁存储器，
其中所述天线模块(3b)和/或所述检测器模块(3a)包括通信单元(35)，所述通信单元适于向所述传感器模块(4)传输在所述存储单元(36)中存储的所述天线模块(3b)和/或所述检测器模块(3a)的参数。
11.如权利要求1所述的测量系统，其中所述传感器模块(4)包括第二放大器(43)，所述第二放大器适于放大从所述检测器模块(3a)接收的所述测量信号(12)。
12.如权利要求1所述的测量系统，其中所述传感器模块(4)包括模数转换器(42)，所述模数转换器适于数字化从所述检测器模块(3a)接收的所述测量信号(12)中提取的信号(400)。
13.如权利要求1所述的测量系统，其中所述传感器模块(4)包括数字信号处理器(41)，所述数字信号处理器适于对从所述检测器模块(3a)接收的所述测量信号(12)中提取的信号(401)进行后处理。
14.如权利要求13所述的测量系统，其中所述传感器模块(4)包括第一通信单元(44)，所述第一通信单元适于：
从所述检测器模块(3a)和/或所述天线模块(3b)接收所述检测器模块(3a)和/或所述天线模块(3b)的当前温度(303)，和/或
从所述检测器模块(3a)和/或所述天线模块(3b)接收所述检测器模块(3a)和/或所述天线模块(3b)的参数(304)，以及
其中所述数字信号处理器(41)适于对从所述检测器模块(3a)接收的所述测量信号(12)中提取的所述信号(401)进行后处理，从而补偿
所述检测器模块(3a)和/或所述天线模块(3b)的所述当前温度(303)，和/或
所述检测器模块(3a)和/或所述天线模块(3b)的所述参数(304)。
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