CN107124235A - 一种热真空环境下无源互调无线测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热真空环境下无源互调(简称PIM)的无线测试系统，属于测试技术领域，适用于在热真空环境下，对收发共用设备或系统的无线无源互调测试，在进行无源互调测试时，测试环境和测试系统的无源互调是否满足无源互调测试的要求是该测试是否能够进行的前提条件。测试场地本身必需满足非常严格的无源互调指标。由于被测件在热真空环境下，尤其是测试环境高低温变化条件下，无源互调的测试条件更为苛刻。通过采用碳化硅吸波屏蔽罩和屏蔽薄膜对被测件屏蔽的方式，较好的解决了在热真空环境下搭建低无源互调测试环境的问题，可以实现被测件在热真空环境下实现PIM测试。

Description

一种热真空环境下无源互调无线测试系统
技术领域
本发明涉及一种热真空环境下无源互调的无线测试系统，属于测试技术领域，适用于在热真空环境下，对收发共用设备或系统的无线无源互调测试。
背景技术
无源互调(Passive Intermodulation,以下简称PIM)测试由于测试量级小和其不确定性，其测量非常困难。“无源互调测量及解决方案”(电信技术2007年第9期)提到的对于普通的微波无源二端口器件，可以在两个大功率信号的同时作用下产生互调产物，通常的测量方法可以通过正向和反射互调产物的测量方法进行测试。
华为公司公布的“移动通信基站系统无源互调性能测试方法”(CN1870473)公开了一种移动通信基站系统无源互调性能测试方法，通过控制发射机按预设模式发射测试信号，同时控制接收机在测试频段内扫描接收，并对接收信号进行频谱分析来评价基站系统整体的无源互调性能；通过已知载波频率范围、互调阶数及接收频率范围等参数来精确计算所接收的测试频段，并采用扫描发射和接收连续波的方式提高测试信号接收质量。
西安空间无线电技术研究所公布的“一种单台功率放大器测试无源互调系统”一种单台功率放大器测试无源互调系统，第一信号源和第二信号源产生的两路不同频率的信号经合成器合成后，经过功率放大器放大后的大功率信号经定向耦合器后送至功率计检测，被低无源互调大功率负载吸收测试件产生的无源互调信号反射至双工器，并经过第三滤波器滤除链路中其他干扰信号，再经低噪声放大器放大后，由频谱分析仪获取测试件的无源互调信号量值大小。
该三种测试方法的局限性是：
提到的PIM测试方法均针对单个器件或者系统进行无源互调测试，且主要是通过有线电缆进行测试的方法。均未提及对于无线测试环境下，且在热真空状态下，如何对PIM进行测试。
在进行无源互调测试时，测试环境和测试系统的无源互调是否满足无源互调测试的要求是该测试是否能够进行的前提条件。测试场地本身必需满足非常严格的无源互调指标。由于被测件在热真空环境下，尤其是测试环境高低温变化条件下，无源互调的测试条件更为苛刻。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有据测试系统的局限性，提供一种热真空环境下无源互调无线测试系统，解决热真空条件下的吸波屏蔽问题，建立收发共用系统的无线无源互调进行测试的系统，以满足被测件自身在温度变化情况下的对无源互调指标进行测试的要求。
本发明解决的技术方案为：一种热真空环境下无源互调无线测试系统，包括：吸波屏蔽罩、固定支架、屏蔽薄膜、多载波信号源、频谱仪、计算机、水冷负载、热真空罐、第一穿墙法兰、穿墙法兰2、穿墙法兰3、加热片、第一热电耦、热电耦2、热电耦监视设备、低频电缆、高频电缆。
被测件安装至热真空罐中，并将吸波屏蔽罩安装于收发共用系统的收发共用天线辐射区，并使用屏蔽薄膜对吸波屏蔽罩无法覆盖的被测件进行了补充屏蔽，使被测件完全被屏蔽；(被测件包括：壳体、收发共用天线、双工器、发射通道、接收通道，双工器、发射通道、接收通道均安装与壳体内，收发共用天线安装于壳体外，发射通道的输入端收到射频信号，经过发射通道放大后送至双工器后通过收发共用天线发射至空间；收发共用天线接收空间中的射频信号后送至双工器，再由双工器送至接收通道，接收通道送来的该射频信号进行低噪声放大后，从接收通道输出；)
热真空罐的壁上设有第一穿墙法兰、穿墙法兰2、穿墙法兰3，第一穿墙法兰、穿墙法兰2、穿墙法兰3与热真空罐做了密封处理；
多载波信号源、频谱仪、计算机位于热真空罐外；
多载波信号源产生射频信号，利用高频电缆发送至热真空罐的第一穿墙法兰的一端，第一穿墙法兰另一端通过电缆发送至被测件的发射通道的输入端，射频信号经过被测件的发射通道放大后，经双工器从收发共用天线发射，收发共用天线和/或双工器产生无源互调信号，送至接收通道的输入端，接收通道对该无源互调信号进行低噪声放大后，接收通道的输出端的直通端口将一部分无源互调信号送至水冷负载；接收通道输出端的耦合端口将另一部分无源互调信号通过穿墙法兰2送至频谱仪，频谱仪通过GPIB接口与计算机连接，频谱仪能够按时间记录无源互调信号的功率和频率送至计算机存储。
同时，频谱仪的外频率参考输入端与多载波信号源的参考源输出端相连接，使频谱仪和多载波信号源同源；被测件未被屏蔽部分的壳体表面和吸波屏蔽罩外表面分别安装了第一热电耦和热电耦2，两个热电耦测得的数据通过低频电缆送至热真空罐外的热电耦监视设备，利用热电耦监视设备监视被测件和吸波屏蔽罩的温度；
还包括校准PIM源，在被测件(即收发共用系统)的天线正前方放置校准PIM源，用胶带粘至天线正前方的吸波屏蔽罩内壁，用于测试系统自校准，将被测件的接收通道的接收频段进行扫描，记录扫描频段内的杂波和系统噪声功率，即完成背景环境扫描，背景环境扫描和系统自校准完成后，即开始进行热真空下无源互调测试，利用计算机对无源互调信号功率进行连续监测，同时利用热电耦监视设备监视被测件壳体的温度。
校准PIM源使用钢丝球，圆形，直径在10～12cm。
所述的测试系统自校准过程包括：测试系统搭建完成后的，在常温条件下，对产生的无源互调信号功率的标定和测试系统射频信号的连通性的检查，同时，利用校准PIM源验证测试系统测试的频谱仪接收到的PIM信号的相对于理论频点的频率准确度。
吸波屏蔽罩为长方体，一端开口，尺寸根据被测件外包络进行设计，保证屏蔽罩内壁距被测件的天线不小于被测件接收频率的波长的10倍即可，材料选用碳化硅。
固定支架为刚质结构，由底板和支撑腿组成，主要用于将吸波屏蔽罩和被测件支撑放置于热真空罐内部并保持稳定。
高频电缆用于传输300MHz以上的射频信号，形式为同轴电缆和接头组成，低频电缆传输50MHz以下的低频信号，形式为双绞屏蔽线和接头组成。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的系统可推广应用于其他各种热真空无线测试环境的无源互调测试。
(2)本发明借鉴了有线的二端口器件的无源互调测试方法，建立了合适的无线测试系统，并且利用已知的PIM源对测试系统进行了校准。
(3)本发明根据实际测试所需要的无线环境，利用吸波材料的热真空特性的搭建了适应于PIM无线测试的环境，并利用屏蔽薄膜对无线环境进行了补充屏蔽，保证了环境能够适应热真空条件下的高低温变化，该测试方法可以保证被测件测试环境的无源互调指标达到测试的要求。
(4)本发明采用了多载波源产生的小信号作为发射信号源，利用收发共用系统本身的放大器、低噪声放大器和双工器进行测试，简化了设备数量，降低了测试系统的复杂程度。
(5)本发明根据无源互调测试的特点，通过记录软件对系统测试的无源互调值进行了高低温下的连续监测，并结合背景环境扫描的结果，确保了测试结果的完整性，减小了测试误差的影响。
附图说明
图1为热真空环境下无源互调无线测试系统框图；
图2为热真空环境下无源互调测试的工作流程图；
图3为本发明的系统测试某个收发共用系统近一天(1个循环)的实际测试结果。
具体实施方式
本发明涉及一种热真空环境下无源互调(简称PIM)的无线测试系统，属于测试技术领域，适用于在热真空环境下，对收发共用设备或系统的无线无源互调测试。
目前已有的PIM测试方法均针对单个器件或者系统进行无源互调测试，且主要是通过有线电缆进行测试的方法。均未提及对于无线测试环境下，且在热真空状态下，如何对PIM进行测试。
在进行无源互调测试时，测试环境和测试系统的无源互调是否满足无源互调测试的要求是该测试是否能够进行的前提条件。测试场地本身必需满足非常严格的无源互调指标。由于被测件在热真空环境下，尤其是测试环境高低温变化条件下，无源互调的测试条件更为苛刻。通过采用碳化硅吸波屏蔽罩和屏蔽薄膜对被测件屏蔽的方式，较好的解决了在热真空环境下搭建低无源互调测试环境的问题，可以实现被测件在热真空环境下实现PIM测试。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
如图1所示，一种热真空环境下无源互调无线测试系统，包括：吸波屏蔽罩、固定支架、屏蔽薄膜、多载波信号源、频谱仪、计算机、水冷负载、热真空罐、第一穿墙法兰、穿墙法兰2、穿墙法兰3、加热片、第一热电耦、热电耦2、热电耦监视设备、低频电缆、高频电缆。
被测件安装至热真空罐中，并将吸波屏蔽罩安装于收发共用系统的收发共用天线辐射区，并使用屏蔽薄膜对吸波屏蔽罩无法覆盖的被测件进行了补充屏蔽，使被测件完全被屏蔽；(被测件包括：壳体、收发共用天线、双工器、发射通道、接收通道，双工器、发射通道、接收通道均安装与壳体内，收发共用天线安装于壳体外，发射通道的输入端收到射频信号，经过发射通道放大后送至双工器后通过收发共用天线发射至空间；收发共用天线接收空间中的射频信号后送至双工器，再由双工器送至接收通道，接收通道送来的该射频信号进行低噪声放大后，从接收通道输出；)
热真空罐的壁上设有第一穿墙法兰、穿墙法兰2、穿墙法兰3，第一穿墙法兰、穿墙法兰2、穿墙法兰3与热真空罐做了密封处理；
多载波信号源、频谱仪、计算机位于热真空罐外；
多载波信号源产生射频信号，利用高频电缆发送至热真空罐的第一穿墙法兰的一端，第一穿墙法兰另一端通过电缆发送至被测件的发射通道的输入端，射频信号经过被测件的发射通道放大后，经双工器从收发共用天线发射，收发共用天线和/或双工器产生无源互调信号，送至接收通道的输入端，接收通道对该无源互调信号进行低噪声放大后，接收通道的输出端的直通端口将一部分无源互调信号送至水冷负载；接收通道输出端的耦合端口将另一部分无源互调信号通过穿墙法兰2送至频谱仪，频谱仪通过GPIB接口与计算机连接，频谱仪能够按时间记录无源互调信号的功率和频率送至计算机存储。
同时，频谱仪的外频率参考输入端与多载波信号源的参考源输出端相连接，使频谱仪和多载波信号源同源；被测件未被屏蔽部分的壳体表面和吸波屏蔽罩外表面分别安装了第一热电耦和热电耦2，两个热电耦测得的数据通过低频电缆送至热真空罐外的热电耦监视设备，利用热电耦监视设备监视被测件和吸波屏蔽罩的温度；
所述的一种热真空环境下无源互调无线测试方法如图2所示。
(一)所述测试系统搭建的实施方式：
(1)被测件收发共用系统工作于L频段，被安装至热真空罐中，并用将吸波屏蔽罩安装间距设定为500mm(大于L频段波长的10倍)，并对屏蔽罩无法覆盖的部分利用屏蔽薄膜进行了补充屏蔽，并检查整个屏蔽后是否有缝隙。被测件未被屏蔽部分的壳体表面和吸波屏蔽罩表面分别粘贴了第一热电耦和热电耦2。
(2)多载波信号源通过高频电缆通过第一穿墙法兰送至收发共用系统的发射输入端。
(3)接收通道射频直通端口将一部分无源互调信号送至水冷负载，输出端耦合口通过罐内罐电缆连接穿墙法兰2罐内接头，法兰2的罐外接头连接下行测量的频谱仪1，频谱仪通过GPIB接口与计算机连接。同时，频谱仪的与多载波信号源的同源。
(二)所述背景环境扫描方式
(1)首先，地面设备已加电、工装全部安装到位的状态下，被测件开机，此时多载波信号源不加信号。
(2)进行背景环境扫描，通过热真空罐外的频谱仪测量需要测试的无源互调频点理论值fpim+/-1MHz内、发射频点ft1+/-1MHz、ft2+/-1MHz的频谱进行扫描，同时记录杂波频点fi1、fi2、、、fij和功率Pi1、Pi2、、、Pij。同时记录系统噪声功率Pn dBm，该系统噪声功率Pn应小于无源互调指标Pr dBm。
(三)所述测试系统校准方式
(1)首先应在被测件的天线辐射区内放置校准PIM源，距离天线为直线距离约0.5米的吸波屏蔽罩内壁。所有设备加电测试，多载波信号源发射信号频率为ft1、ft2，功率分别为Pt1、Pt2。用频谱仪测试接收PIM频点的功率，记录为fp1，Pp1，若测试到的无源互调值功率Pp1值高于系统噪声5dB以上，且PIM频点与计算的理论频点偏差|fpim-fp1|<100Hz，则测试系统的满足校准要求。若不满足以上条件，则应检查测试系统是否正常工作。
(2)然后，所有设备断电，撤出校准PIM源，并所有设备加电测试。多载波信号源发射信号频率为ft1、ft2，功率分别为Pt1、Pt2。用频谱仪测试接收PIM频点的功率，记录为fp2，Pp2、，若测试到的无源互调功率值信号淹没于系统噪声Pn之下或者Pp2-Pr≥5dB，则记录当前的功率。若不满足该条件，应该重新检查屏蔽环境和地面测试设备，使得最终测试到的无源互调值满足该条件。
(四)所述热真空无源互调无线测试的实施方式
(1)热真空罐抽真空以后，开始进行常温真空下测试，记录测试的无源互调频率和功率ft，Pt，将测试值ft，Pt与背景扫描和系统校准的结果对比，若没有新的杂波，则继续进行测试。
(2)进行温度循环，从室温25℃左右开始，优选温度范围为-60℃～+100℃，一般温度循环次数为3.5次，通过热电耦监视设备监视被测件的壳体温度，连续监测的时间间隔设置为3秒。同时通过热电耦监测设备监视吸波屏蔽罩的温度。
(五)所述数据判读的实施方式
(1)由于无源互调测试的不稳定性，且对测试系统要求较高，必须定时判读测试数据的有效性，当温度循环到达预计的低温-60℃和高温+100℃时判读频谱仪在计算机中的连续监测数据，看是否满足优选条件|fpim-fp1|<100Hz。
(2)根据背景环境扫描的结果，剔除野值。排除以上情况后，且测试到的功率仍然大于指标Pn的要求，记录无源互调稳定度测量的最终结果。
目前，本发明热真空无源互调无线测试系统已经成功的应用到多个收发共用系统的测试中，测试某个收发共用系统近一天(1个循环)的实际测试结果如图3所示。该系统实现了在-60℃～+100℃范围内高低温变化环境下，对被测件的无源互调进行连续监视，并且测试灵敏度小于-145dBm。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种热真空环境下无源互调无线测试系统，其特征在于包括：吸波屏蔽罩、固定支架、屏蔽薄膜、多载波信号源、频谱仪、计算机、水冷负载、热真空罐、第一穿墙法兰、第二穿墙法兰、第三穿墙法兰、加热片、第一热电耦、第二热电耦、热电耦监视设备、低频电缆、高频电缆；
被测件安装至热真空罐中，并将吸波屏蔽罩安装于收发共用系统的收发共用天线辐射区，并使用屏蔽薄膜对吸波屏蔽罩无法覆盖的被测件进行了补充屏蔽，使被测件完全被屏蔽；
热真空罐的壁上设有第一穿墙法兰、第二穿墙法兰、第三穿墙法兰，第一穿墙法兰、第二穿墙法兰、第三穿墙法兰与热真空罐做了密封处理；
多载波信号源、频谱仪、计算机位于热真空罐外；
多载波信号源产生射频信号，利用高频电缆发送至热真空罐的第一穿墙法兰的一端，第一穿墙法兰另一端通过电缆发送至被测件的发射通道的输入端，射频信号经过被测件的发射通道放大后，经双工器从收发共用天线发射，收发共用天线和/或双工器产生无源互调信号，送至接收通道的输入端，接收通道对该无源互调信号进行低噪声放大后，接收通道的输出端的直通端口将一部分无源互调信号送至水冷负载；接收通道输出端的耦合端口将另一部分无源互调信号通过第二穿墙法兰送至频谱仪，频谱仪通过GPIB接口与计算机连接，频谱仪能够按时间记录无源互调信号的功率和频率送至计算机存储；
同时，频谱仪的外频率参考输入端与多载波信号源的参考源输出端相连接，使频谱仪和多载波信号源同源；被测件未被屏蔽部分的壳体表面和吸波屏蔽罩外表面分别安装了第一热电耦和第二热电耦，两个热电耦测得的数据通过低频电缆送至热真空罐外的热电耦监视设备，利用热电耦监视设备监视被测件和吸波屏蔽罩的温度。
2.根据权利要求1所述的一种热真空环境下无源互调无线测试系统，其特征在于：还包括校准PIM源，在被测件的天线正前方放置校准PIM源，用胶带粘至天线正前方的吸波屏蔽罩内壁，用于测试系统自校准，将被测件的接收通道的接收频段进行扫描，记录扫描频段内的杂波和系统噪声功率，即完成背景环境扫描，背景环境扫描和系统自校准完成后，即开始进行热真空下无源互调测试，利用计算机对无源互调信号功率进行连续监测，同时利用热电耦监视设备监视被测件壳体的温度。
3.根据权利要求1所述的一种热真空环境下无源互调无线测试系统，其特征在于：校准PIM源使用钢丝球，为圆球形，直径在10～12cm。
4.根据权利要求1所述的一种热真空环境下无源互调无线测试系统，其特征在于：所述的测试系统自校准过程包括：测试系统搭建完成后的，在常温条件下，对产生的无源互调信号功率的标定和测试系统射频信号的连通性的检查，同时，利用校准PIM源验证测试系统测试的频谱仪接收到的PIM信号的相对于理论频点的频率准确度。
5.根据权利要求1所述的一种热真空环境下无源互调无线测试系统，其特征在于：吸波屏蔽罩为长方体，一端开口，尺寸根据被测件外包络进行设计，保证屏蔽罩内壁距被测件的天线不小于被测件接收频率的波长的10倍即可，材料选用碳化硅。
6.根据权利要求1所述的一种热真空环境下无源互调无线测试系统，其特征在于：固定支架为刚质结构，由底板和支撑腿组成，主要用于将吸波屏蔽罩和被测件支撑放置于热真空罐内部并保持稳定。
7.根据权利要求1所述的一种热真空环境下无源互调无线测试系统，其特征在于：高频电缆用于传输300MHz以上的射频信号，形式为同轴电缆和接头组成，低频电缆传输50MHz以下的低频信号，形式为双绞屏蔽线和接头组成。
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