CN107666357B - 校准系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种校准系统和方法，该校准系统用于校准包括多个信号路径的射频(RF)设备，每个信号路径至少包括放大器和天线元件，该校准系统包括：信号发生器，用于利用预定测试信号来驱动信号路径；至少两个探针，用于响应于测试信号来测量信号路径的输出；以及修正因子计算器，用于基于测量出的信号路径的输出的至少一个特性的差异来计算各个修正因子。

Description

校准系统和方法

技术领域

本发明涉及用于校准天线阵列和RF设备的校准系统和方法。

背景技术

虽然本发明适用于使用无线信号的任何系统，将结合无线通信设备的测试来描述本发明。

现代无线通信设备使用射频信号来发送数据和/或语音。这样的通信设备的制造商一直尝试改进通信设备的效率,同时必须满足法律或监管规则。

因此，在开发、生产期间以及生产之后,对于这样的通信设备执行大量的测试。这些测试提供质量保障和符合性测试。

发明内容

存在改进无线设备的测试的需要。

第一方面，本发明提供了一种用于校准天线阵列的校准系统，其中的天线阵列包括多个天线元件，即两个或多个天线元件。该系统包括：信号发生器，其用于生成预定测试信号，并且该信号发生器用于将测试信号提供给天线元件；多个探针，即一个或多个探针，用于测量受到天线元件进行的测试信号的发射或接收影响的至少一个物理参数，并且提供各个测量信号；以及位置确定单元，用于基于测量信号来确定天线元件的位置作为校准位置。

在现代通信系统中，像例如智能手机或其他移动设备，尤其所谓的5G装置，能够使用天线阵列来提供紧凑的天线系统。这样的天线阵列能够执行波束成形，并且因此有利于改进移动数据通信中的信号质量或信号强度。

天线元件位置的少量偏移，例如仅有0.2mm，已经包括波长的20％或更多的偏移，尤其在毫米波频率。这样的偏移因此强烈地影响了这样的设备中的波束成形质量。

尤其随着频率的增加，因而在1mm范围或更小范围内的波长变小，因此重要的是准确地知道这样的天线阵列的单个阵列元件的位置。

由于在大多数的应用中，移动设备会有盖子，或者天线阵列包括保护片或层，难以或者无法利用光学方法确定其位置。

因此，本发明向天线阵列提供测试信号，该测试信号驱动天线元件发出电磁信号，然后由探针将电磁信号作为物理变量来测量。或者本发明将测试信号提供给探针以发射电磁信号，该电磁信号由天线阵列(即，天线元件)接收，然后将电磁信号作为物理变量来进行测量。这能够例如由携带天线阵列的设备中的收发器来执行，或者由耦接到用于测量的天线阵列的专用测量设备来执行。

基于各个测量信号，位置确定单元将确定单个天线元件的位置。位置确定单元例如能够确定天线元件的相对位置，即天线元件相对于预定坐标系的原点的位置。

所确定的位置然后能够仅示例性地提供该被测设备(DUT)，即相应的智能手机等，这些设备然后能够相应地校准它们的收发器。所确定的位置也能够由测试装置来使用，例如在生产相应设备之后的线验证的结尾。为了支持这样的线测试的结束，校准系统也能够存储单个被测DUT的序列号从而将一组位置与相应的DUT匹配。

在一个实施例中，校准系统还能够包括用于将探针和天线阵列相对彼此移动的运动驱动器，以及用于将测量信号与探针的相应位置一起进行记录的记录器。将探针和天线阵列相对彼此移动意味着要么能够移动探针，要么能够移动天线或者两者都能够移动。

通过将探针和天线元件相对彼此进行移动，能够至少针对大部分或者甚至完全覆盖天线元件前面的空间来执行物理变量的详细测量。

在一个实施例中，位置确定单元能够基于测量信号的最大值和相应最大值的位置来识别天线元件的位置。通过在天线元件的前面测量物理变量，当相应的探针直接位于相应的天线元件的前面时，探针将获取测量信号的更高的值。探针从天线元件移动得越远，所获取的测量信号的值越低。因此，使用测量信号的最大值来识别天线元件的位置提供了用于识别位置的简单方法。

应当理解的是，根据位置确定的期望分辨率来选择探针测量物理量所在的点的距离。这意味着，距离在与期望分辨率一样大的情况下处于最大值，即在0.01mm至1.0mm之间，例如0.05mm或0.1mm。

在一个实施例中，位置确定单元能够基于测量信号的振幅图案的1D或2D的自动相关提供最大值所在的偏移位置来识别天线元件的位置。

在一个实施例中，位置确定单元能够基于二维傅里叶级数或傅里叶变换以及测量信号的测量热图来识别天线元件的位置。

在一个实施例中，运动驱动器能够将探针和天线元件进行相对彼此移动，使得探针在第一平面移动，该第一平面平行于天线元件位于的第二平面。为了区分产生的测试信号中的单个天线元件的信号，将平面之间的距离理想地选择足够小。尤其能够执行相对移动，使得覆盖天线阵列的探针充分地测量每个单个天线元件的物理参数。该结果例如能够是二维矩阵，其中每个矩阵元识别探针位置，同时对应矩阵元的值表示对应测量信号的值。这样的矩阵也能够称为热图。如果将矩阵显示为二维图，其中较高的值使用越来越强烈的红色来显示，而较低的值例如能够使用绿色或蓝色来显示，则该术语变得清楚。

在一个实施例中，运动驱动器能够将探针和天线元件进行相对彼此移动，使得探针在多个第三平面中移动，其中的第三平面平行于第一平面并且每个平面与之前的平面间隔预定距离。因此，运动驱动器将在三维空间移动探针，该探针位于天线元件正上方或者位于天线元件的前方。利用这样的移动来执行的测量将产生三维矩阵或热图，其包括圆锥或漏斗形状的结构，对应于天线元件的位置。

运动驱动器例如能够包括电机和相应的机械引导件，用于附着探针和或DUT的固定件等。运动驱动器例如能够包括例如在铣床或3D打印机中所使用的入口装置。替代的装置例如可以是δ打印机类似的装置。可替换地，能够提供X-Y移动台。应当理解的是，这些装置只是示例，并且能够使用任何其他装置。

在一个实施例中，运动驱动器能够将探针移动至被估计位于各个天线元件的前面的估计开始位置，并且在预定区域内进一步移动探针直至识别出最大测量值为止。这意味着，运动驱动器能够在单个天线元件的估计位置处和其周围执行一种空间限制的搜索最大值。预定的区域例如能够是与天线元件加上天线元件的位置公差一样大。应当理解的是，能够为预定区域选择任意尺寸。

在一个实施例中，信号发生器能够向所有的天线元件同时提供测试信号。这意味着所有的天线元件同时发射相应的信号。如果使用多于一个探针，如果这些探针例如在天线阵列的前面按行的方式进行移动，则能够执行快速的测量。

在一个实施例中，信号发生器能够向天线元件逐个地顺次提供测试信号，或者向天线元件对提供测试信号，或者同时向至少三个天线元件提供测试信号。在测量期间，因此在给定时间将只有一个天线元件处于激活。各个测量信号因此将不受相邻天线元件的影响，并且将改进单个天线元件之间的区别。

应当理解的是，信号发生器也能够以适当的图案来驱动单个天线元件，以减弱相邻天线元件之间的相互影响，并且同时通过每次测量多于一个天线元件来提高测量速度。

在一个实施例中，信号发生器能够生成包括预定频率的射频(RF)信号的测试信号。

在此情况下，信号发生器能够直接驱动单个天线元件。这对于包括针对天线元件的测试连接器的DUT尤其有用。

在一个实施例中，信号发生器能够生成测试信号，该测试信号包括针对天线阵列的收发器的数字命令信号，该数字命令信号命令收发器使用预定频率的射频(RF)信号来驱动单个天线元件。在此情况下，信号发生器能够指示不包括到天线元件的专用连接器的DUT生成所需的测试信号。

在一个实施例中，探针能够包括测量元件，该测量元件用于测量电磁信号和/或物理参数的值。此外，探针能够包括发射元件，该发射元件用于发射预定的测试信号和/或电磁信号。单个元件，例如像天线，也能够作为接收和发射元件来提供。

在一个实施例中，测量元件能够包括天线。

在一个实施例中，天线34能够适于测试信号的频率。这意味着天线频率范围或频带被调谐到测试信号。

在一个实施例中，测量信号能够包括所测量的物理参数的电压和/或电流和/或功率和/或相位。

在一个实施例中，物理参数能够包括电场和/或磁场和/或电磁场。

应当理解的是，第一方面的以上实施例能够经过适当的修改在对应的校准方法中实现。还应当理解的是，校准系统的元件能够实现在硬件、软件、硬件描述中实现，例如在CPLD或FPGA，或上述的任何组合。此外，校准方法也能够至少部分在计算机中实现，即作为一种计算机实现方法。

在第二方面，提供了一种校准系统，其用于校准包括多个信号路径的射频(RF)设备，每个信号路径至少包括放大器和天线元件，所述系统包括：该系统包括：测量系统，其用于使用预定测试信号来驱动信号路径，并且响应于测试信号来测量信号路径的输出；确定模块，用于确定天线元件提供所有天线元件的最低输出的第一信号路径；以及修正因子计算器，用于基于第一路径的输出来计算另外的信号路径的修正因子，使得利用所使用的修正因子，所有信号路径的输出在预定接受间隔内相等。

只是示例性地，测量系统能够根据权利要求1或其从属权利要求中的任一项的校准系统的一个或者一部分。然而，测量系统能够是能够驱动测量路径并且相应地测量输出的任何系统。通常，测量系统需要知道天线元件的准确位置。单个天线元件的位置例如能够利用测量系统根据权利要求1或其从属权利要求中的任一项的校准系统来确定。然而，单个天线元件的位置也能够通过任何其他方式来提供。

使用预定测试信号，所有的信号路径应当提供相同的输出，即具有相同输出功率的信号。然而，由于信号路径的单个元件中的公差，单个信号路径将提供不同的输出。尤其当天线元件用于波束成形，单个信号路径的输出功率中的这样的偏移能够恶化波束成形信号的质量。

校准系统通过提供单个信号路径的校准来减轻这些负面效果，使得使用相同的标称输入信号，所有的信号路径提供相同的输出。作为校准的基础，使用具有最低输出的信号路径，并且关于该最低输出来计算修正因子。

当将这些修正因子施加到信号路径时，使用相同的标称输入信号，输出将在可接受范围或接受间隔内相等。

在一个实施例中，测量系统能够在天线元件的前面测量物理参数作为输出并且提供对应的测量值，其中的物理参数受到响应于测试信号的天线元件的发射的影响，测量数据例如能够以二维或三维矩阵的形式来提供，其中每个矩阵元识别天线阵列前面的位置，同时各个矩阵元的值表示在对应位置所测量的物理参数的测量值。

在一个实施例中，确定模块能够包括用于识别测量数据的值的识别单元，其中的测量数据表示天线元件的位置前面进行的测量。这意味着表示单个信号路径的测量数据的值。

确定模块例如能够分析单个信号路径的输出，并且确定相应的最大值。

在一个实施例中，确定模块能够包括比较器，该比较器用于比较测量数据的值，以确定第一信号路径。

在一个实施例中，修正因子计算器能够包括除法器，该除法器用于将表示第一信号路径的最低输出值除以表示信号路径中的对应的一个其他信号路径的输出值，用于计算所述其他信号路径的修正因子。

在一个实施例中，校准系统还能够包括验证单元，用于验证所有的信号路径提供大于预定最小输出的输出。使用预定测试信号，每个信号路径应当提供在一定的公差内的相似的输出。单个信号路径提供显著较低的输出，则该信号路径存在故障。验证单元因此用于验证信号路径的功能性并且识别故障的RF设备。所需要的最小输出例如能够由用户来设置。

在一个实施例中，测试信号能够驱动信号路径到预定标称功率水平。关于本专利申请的标称功率电平是由DUT按照所有信号路径命令设置的功率电平。这意味着，在DUT方面，所有信号路径的输出应当相同。然而，如上面已经描述，公差可能导致不同信号路径的不同输出。如果所有的信号路径被驱动到相同的标称电容，则易于识别单个信号路径的偏移。

在一个实施例中，测试信号能够将信号路径的放大器全部设置为相同的标称增益。

在一个实施例中，测试信号能够将信号路径驱动到预定的最大功率水平。

如果信号路径被驱动至它们相应的最大功率电平，则能够易于识别最弱的信号路径。

在一个实施例中，测试信号能够包括预定频率的射频(RF)信号。这对于包括针对天线元件的测试连接器的RF设备尤其有用。

在一个实施例中，测试信号能够包括针对RF设备的收发器的数字命令信号，该数字命令信号命令收发器利用预定频率的射频(RF)信号来驱动单个信号路径和/或将单个信号路径的放大器设置为预定标称增益因子。在此情况下，信号发生器能够指示不包括到天线元件的专用连接器的RF设备根据需要生成测试信号。

在一个实施例中，修正因子能够作为相应的信号路径的放大器的增益因子来提供。这种类型的修正因子能够用于在不进行任何另外的信号处理的情况下设置单个信号路径中的增益。

在一个实施例中，修正因子能够作为数字值被提供给驱动信号路径的RF设备的信号处理单元。如果修正因子作为数字值被提供给信号处理单元，信号处理单元能够确定如何使用修正因子。信号处理单元能够设置信号路径中的单个放大器的增益因子。然而，作为替代，信号处理单元也能够修改(即，放大或衰减)提供给单个信号路径的信号。这允许使用固定增益的放大器，并且同时提供经校准的输出信号。

在一个实施例中，测试系统能够向天线元件发送测试信号，并且从RF设备接收信号路径的测量输出。当测量系统从RF设备内驱动信号路径时，校准系统能够校准RF设备的发射信号路径。然而，测量系统经由例如探针天线向天线元件无线地发送测试信号，则RF设备能够内部地测量接收信号路径的输出，并且向校准系统提供对应的输出。

应当理解的是，第二方面的以上实施例能够经过适当的修改在对应的校准方法中实现。还应当理解的是，校准系统的元件能够实现在硬件、软件、硬件描述在实现，例如在CPLD或FPGA，或上述的任何组合。此外，校准方法也能够至少部分实现在计算机中，即作为一种计算机实现方法。

在第三方面，本发明提供了一种校准系统，其用于校准包括多个信号路径的射频(RF)设备，每个信号路径至少包括放大器和天线元件。该系统包括：信号发生器，用于使用预定测试信号来驱动信号路径；至少两个探针，用于响应于测试信号来测量信号路径的输出；以及修正因子计算器，用于基于测量出的信号路径的输出的至少一个特性来计算各个修正因子。

在现代通信系统中，像例如智能手机或其他移动装置，尤其所谓的5G装置，能够使用天线阵列来提供紧凑的天线系统。这样的天线阵列能够执行波束成形，并且因此有利于改变移动数据通信中的信号质量或信号强度。

然而，在这样的设备中的单个信号路径将各自包括公差，该公差将稍微改变传播到天线元件的信号。如果信号然后由天线元件例如以偏移期望信号的相位或频率进行发射，则使得发射能力尤其波束成形能力恶化。

在将预定测试信号提供给所有信号路径的情况下，所有的信号路径应当提供相同的输出，即具有相同相位、相同振幅、相同频率以及相同定时的信号。然而，如已经示出，单个路径的单个元件在发射方向以及接收方向将包括公差。由于不可避免的不准确性和尺寸变化，这些公差在加工期间被进入到元件中。虽然这些公差细微，当它们将仍然影响各个信号路径中的信号传播。因此，当被提供相同的输入信号，即测试信号时，单个信号路径提供不同的输出。

尤其当天线元件用于波束成形时，单个信号路径的输出功率和相位中这样的偏移能够恶化波束成形信号的质量。该校准系统通过提供单个路径的校准来减少这些负面的效果。该文本中的校准是指信号路径的元件或者信号发生的配置或修改，使得信号路径中的公差所引起的差异被平衡。

至少两个探针(即，天线)的使用允许分析单个测量输出，尤其是实时且与单独地分析输出相比更深入地分析测量的输出之间的差异。

在一个实施例中，测量到的输出的特性包括输出的相位和/或振幅和/或频率和/或定时。

在一个实施例中，修正因子计算器能够基于测量到的输出的相位中的差异来计算修正因子。

在一个实施例中，修正因子计算器能够基于测量到的输出的振幅中的差异来计算修正因子。

在一个实施例中，修正因子计算器能够基于测量到的输出的频率和/或定时中的差异来计算修正因子。

在一个实施例中，修正因子计算器能够将修正因子直接提供给各个信号路径的元件。这种类型的修正因子能够用于在不进行任何另外的信号处理的情况下直接设置例如单个信号路径中的增益、相位移动和/或频率。信号路径例如能够包括能够被配置的可配置的移相器等。应当理解的是，直接配置是指相对于执行信号处理计算而设置信号链的元件的参数。这意味着修正因子也能够提供给RF设备中的任何种类的处理单元，这些处理单元配置相应元件中的修正因子。

在一个实施例中，修正因子计算器能够将修正因子作为数字值提供给驱动信号路径的RF设备的信号处理单元。与上述相对的信号处理单元能够经由信号处理计算来修改(即，放大或衰减)提供给单个信号路径的信号。这允许使用信号路径中的固定增益的放大器或其他固定元件，并且同时提供经校准的输出信号。

在一个实施例中，信号发生器能够生成包括射频(RF)信号的测试信号。RF信号能够具有预定的频率和定时，预定的相位和/或预定的振幅。这种测试信号对于包括针对天线元件的测试连接器的RF设备尤其有用。

在一个实施例中，信号发生器能够将RF信号提供给使用RF信号来驱动信号路径的RF设备的内部连接器。在此情况下，信号发生器能够指示不包括到天线元件的专用连接器的RF设备根据需要生成测试信号。

在一个实施例中，信号发生器能够向探针提供RF信号，该探针用于将测试信号发送到各个信号路径的各个天线元件。如果测试信号由探针无线地发送到天线元件，能够对于对应的天线元件的接收信号路径进行分析。输出例如能够经由数字接口由RF设备提供给校准系统。

在一个实施例中，信号发生器能够将RF信号的第一子信号提供给用于将测试信号发送到各个信号路径的各个天线元件的探针，并且其中信号发生器将RF信号的第二子信号提供给使用RF信号来驱动信号路径的RF设备。第一子信号和第二子信号例如都包括不同的频率。作为替换，第一子信号和第二子信号能够以及时的方式进行交错。这允许同时测试信号路径的发送和接收部分。

在一个实施例中，信号发生器能够生成测试信号，该测试信号包括针对天线阵列的收发器的数字命令信号，该数字命令信号命令收发器使用预定频率的射频(RF)信号来驱动单个天线元件。在此情况下，信号发生器能够指示不包括到天线元件的专用连接器的RF设备根据需要生成测试信号。

在一个实施例中，探针能够彼此间隔预定距离，该距离限定了排除区域。探针之间的距离确保不存在相互的影响歪曲该测量值。

在一个实施例中，预定距离能够限定两个探针的孔之间的距离。

在一个实施例中，预定距离能够是测试信号波长的至少0.4倍，尤其是探针之间的间隔多于50％的材料中的测试信号。

应当理解的是，第三方面的以上实施例能够经过适当的修改在对应的校准方法中实现。还应当理解的是，校准系统的元件能够实现在硬件、软件、硬件描述实现，例如在CPLD或FPGA，或上述的任何组合。此外，校准方法也能够至少部分在计算机中实现，即作为一种计算机实现方法。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图的以下描述。下面使用在附图的示意图中所说明的示例性实施例来详细说明本发明，其中：

图1是天线阵列的示例的示意图；

图2示出根据本发明的校准系统的实施例的框图；

图3示出根据本发明的实施例的测量信号的实施例的示意图；

图4示出根据本发明的校准系统的另一实施例的框图；

图5示出根据本发明的方法的实施例的流程图；

图6示出根据本发明的校准系统的另一实施例的框图；

图7示出根据本发明的实施例的测量信号的实施例的示意图；

图8示出根据本发明的校准系统的另一实施例的框图；

图9示出根据本发明的方法的另一实施例的流程图；

图10示出根据本发明的校准系统的另一实施例的框图；

图11示出根据本发明的校准系统的另一实施例的框图；以及

图12示出根据本发明的方法的另一实施例的流程图。

具体实施方式

图1示出天线阵列1的实施例的框图，其包括多个天线元件2、3。为了清楚起见，只有第一天线元件2和最末天线元件3具有附图标记。

天线阵列1包括四列六行天线元件2、3，即总共24个天线元件。单个天线元件2、3在列和行上相互等距离。该天线阵列1只是示例性的天线元件。其他的天线元件能够具有以任意距离间隔的任意数量的天线元件。

图2示出根据本发明的第一方面的校准系统4的实施例的框图。校准系统4包括信号发生器5，其经由在图2中作为信号总线6示出的信号线路耦接到信号天线2、3。信号总线6搭载测试信号7，信号发生器5向单个天线元件2、3生成该测试信号7。在图2中，信号发生器5经由单个信号总线6连接到天线元件2、3。然而，该总线只是示例性地示出为单个线路。实际上，单个信号总线6能够包括任意数量的数据线路。信号总线6能够尤其包括针对天线元件2、3中的每个天线元件的专用信号线路。这允许信号发生器5驱动特定的单个天线元件2、3或天线元件2、3的特定群组。在另一实施例中，信号发生器5能够经由天线阵列1的信号处理设备或例如智能手机的搭载天线阵列2的设备来间接地耦接到天线元件2、3。

信号发生器5可以包括能够生成相应的信号的任意装置。这样的装置可以包括例如耦接到另外的信号发生设备的振荡器，例如像PLL等。如果如上所述信号发生器5耦接到信号处理设备，则信号发生器5能够包括生成数字数据信号的装置，该数字数据信号包括测试信号7有关的信息，使得信号处理设备能够针对相应的天线元件2、3生成测试信号7。

校准系统4进一步包括能够至少在两个轴上移动的探针8，即在平面上移动。该平面尤其能够平行于天线阵列1的平面。为了单个天线元件2的信号可分辨，平面之间的距离必须足够小。如果探针移动至远离天线元件2、3，不同的天线元件2、3的信号将彼此混合并且无法进行准确的测量。应当理解的是，能够使用任意数量的探针8，探针8能够相互静止地进行定位或者相对彼此可移动，即它们能够分开移动。清楚的是，增加探针8的数量也将提高测量速度。

在一个实施例中，探针8能够包括被调谐到测试信号的频率(例如，28GHz)的天线(未明确示出，见图3)。探针8能够提供包括电压、电流和/或功率的测试信号9。

探针8和信号发生器5都以双向通信的方式耦接到位置确定单元10，位置确定单元10在图2的实施例中进一步并入校准系统4的中央控制单元。这意味着位置确定单元10能够控制信号发生器5和探针8。例如，位置确定单元10启动信号发生器5或者将探针8移动至特定的位置。

探针8将测量信号9递送到位置确定单元10。位置确定单元10将分析该测量信号以确定天线元件2、3的准确位置，并且将所述的位置作为校准位置11而输出。

校准位置例如能够相对于预定的坐标系的原点15来提供(见图3)。该坐标系能够对于搭载天线阵列1的设备是已知的。这允许设备使用校准位置11来内部校准或调整针对单个天线元件2、3所存储的位置。

图3示出测量信号9的实施例的示意图，其中的测量信号9作为二维图示出。二维图是一种等值线图，其中测量信号的强度由单个等值线的距离来表示。这意味着，如果等值线的距离越小，测量到的强度越高。该图包括天线元件2、3的每个天线元件的局域最大16、17，因为在这些位置探针8能够测量到最大功率。

如所见，在图中示出坐标系的原点15。探针8的测量值9能够全部参考探针8相对于原点15的位置。这允许易于确定极值16、17在二维图中相对于原点15(即在相应的坐标系中)的位置。

图4示出基于图2的校准系统4的校准系统24的另一实施例的框图。相似的元件具有与图2中相似的附图标记，但增加了20。

校准系统24还包括记录器32，其能够包括信号转换器，类似例如模数转换器；以及存储器，其存储测量值29和用于稍后由位置确定单元30进行处理的相应的位置。

校准系统24也包括用于移动探针28的运动驱动器。虽然未明确示出，但是运动驱动器33能够例如是通过位置确定单元30的控制器。最后，探针8包括天线34作为测量元件。

图5示出用于校准包括多个天线元件的天线阵列1的方法的示例的流程图。

该方法包括步骤S1，生成预定测试信号7、27并且将测试信号7、27提供给天线元件2、3。例如能够将测试信号7、27同时提供给所有的天线元件2、3。作为替换，能够将测试信号7、27逐个地或者逐个群组地顺次提供给天线元件2、3。测试信号7、27能够包括预定频率的射频(RF)信号，其能够直接馈送入天线元件2、3。可替换地，测试信号2、27能够包括用于天线阵列1的收发器的数字命令信号，其利用预定频率的射频(RF)信号来命令收发器驱动单个天线元件2、3。

此外，利用受到天线元件2、3的发射影响的多个探针8、28来测量(S2)至少一个物理参数。然后分析(S3)各个测量信号9、29以确定天线元件2、3的位置作为校准位置11、31。当确定天线元件2、3的位置时，能够基于测量信号9、29的最大值以及各个最大值的位置来确定这些位置。

因此，该方法进一步包括将探针8、28和天线阵列1相对彼此移动，并且记录测量信号9、29和探针8、28的各个位置。探针8、28例如能够在第一平面内移动，该第一平面与天线元件2、3所在的第二平面平行。这意味着探针8、28在天线阵列1的前面移动并且执行一种天线阵列1的表面的扫描。

探针8、28也能够在多个第三平面内移动，该第三平面与第一平面并且每个与先前平面间隔预定距离。这意味着在各个平面或层内执行三维扫描。

代替记录测量值9、29或者除了记录测量值9、29之外，能够将探针8、28移动至开始分析之前被估计为位于各个天线元件2、3前面的估计起始位置。然后探针8、28能够在预定区域进行移动直至识别出最大测量值9、29。

探针8、28能够例如包括测量元件34，像例如用于测量物理参数值的天线。这样的天线34能够适于测试信号7、27的频率。

图6示出RF设备150的校准系统100的实施例的框图。

RF设备包括三个信号路径151、152、153，其中该数量只是示例性的，并且能够是更多或更少的信号路径(由三个点来表示)。该示例中的每个信号路径151、152、153包括由放大器155、光学移相器156、以及天线元件158组成的发送信号链。相同的天线元件158也用于接收信号链，该接收信号链包括天线元件158、光学移相器或过滤器11以及放大器12。发送信号链和接收信号链的信号由环形器157分开。为了简单起见，只有第一信号路径151的元件具有附图标记。信号路径151、152、153连接到RF设备150的收发器154，该收发器154驱动发送信号链并且从接收信号链接收信号。应当理解的是，RF设备150的该配置只是示例性的并且用于说明本发明。然而，本发明能够与任何其他RF设备一起使用。

校准系统100包括测量系统101，该测量系统101用于测量天线元件158所发送的信号或者用于向天线元件158发送测试信号107。在信号发生器103生成测试信号并且将其发送到收发器154用于驱动信号路径151、152、153时，如果测量到天线元件158所发射的信号，则例如测试系统101的探针102能够检测该信号。

在此情况下，测试信号107能够包括针对RF设备150的收发器154的数字命令信号，该数字命令信号命令收发器154利用预定频率的射频(RF)信号来驱动单个信号路径151、152、153和/或将单个信号路径151、152、153的放大器设置为预定标称值，例如最大值、增益因子。

然而，探针102也能够用于向天线元件158发送信号。在这样的模式中，从收发器154向测试系统101提供反馈。在此情况下的测试信号例如能够是RF信号。

测试系统101能够提供热图或如图3中所示的二维图。因此，一个可能的测试系统101是图2和图4的测量系统。基于测试系统101的输出，确定模块104将确定提供最低输出的天线元件158。该输出的幅值然后将用于修正因子计算器105来计算针对其他信号路径151、152、153的修正因子106。当施加到信号路径151、152、153，修正因子106使得信号路径151、152、153的输出至少关于输出信号强度相等。

图7示出测试系统101的输出的示意图。示意图的下部是以切割线A通过图3的示意图的切割。能够看到的是，对于图3的示意图中的每个圆，即每个天线元件，在图7的示意图中存在局域最大值。图的横坐标示出X方向的位置，图的坐标示出功率(或者参考对应信号的功率的任何其他值，例如电压、电流等)。

此外，在图中画出两条线，阈值线thr和最小值线min。阈值线thr限定所有天线元件或信号路径151、152、153必须超过的最小值。如果信号路径151、152、153中的任一个未超出该阈值thr，将该RF设备标记为有缺陷。

最小值线min是指提供最低功率的信号路径151、152、153的功率水平。这意味着该功率水平min是后续计算修正校准参数的基础

图8示出校准系统120的另一实施例的框图，其基于图6的校准系统100。相似的元件具有与图6中相似的参考标记，但增加了20。

在校准系统120中，确定模块124包括搜索所有如图7所示的局域最大值的功能127，以及将局域最大值进行比较从而找到具有值最低的最大值的功能128。该值被提供给修正因子计算器125，其包括基于最小的最大值的幅值来计算所有信号路径151、152、153的修正因子126的另外功能129。

校准系统120进一步包括验证单元130，其具有存储器131以及用于验证所有的信号路径151、152、153是否提供具有至少最小功率min的信号的功能。最小值min能够例如由校准系统120的用户来设置。如果信号路径151、152、153中的任一个提供低于最小功率min的信号，则验证单元130将输出警告信号133。

应当理解的是，校准系统100、120能够在硬件、软件或其任何组合中实现。校准系统100、120的部分也能够例如在可配置的逻辑元件中实现，例如CPLD或FPGA。

图9示出用于校准包括多个信号路径151、152、153的射频(RF)设备150的方法的实施例的流程图。每个信号路径151、152、153至少包括放大器155和天线元件158。

该方法包括利用预定的测试信号107、134来驱动(S101)信号路径151、152、153，并且响应于测试信号107、134来测量信号路径151、152、153的输出。当测量物理参数时，能够在天线元件158的前面测量受到天线元件158响应于测试信号107、134的发射影响的物理参数作为输出。测试信号107、134能够驱动测试路径151、152、153达到预定标称值，尤其是最大值、增益水平。

测试信号107、134能够包括预定频率的射频(RF)信号。作为替换，测试信号107、134能够包括针对RF设备150的收发器154的数字命令信号，该数字命令信号命令收发器154利用预定频率的射频(RF)信号来驱动单个信号路径151、152、153和/或将单个信号路径151、152、153的放大器设置为预定标称增益因子。

基于测量到的输出，识别(102)提供所有的天线元件158中的最低输出的天线元件158中的第一信号路径151、152、153。这能够例如通过以下方式进行：识别代表天线元件158的位置前面的测量结果的测量数据的值，并且比较测量数据的值，以确定具有最低输出的第一信号路径151、152、153。

此外，基于第一信号路径151、152、153的输出，来计算(103)其他的信号路径151、152、153的修正因子126，使得利用所施加的修正因子126，所有信号路径151、152、153的输出在预定接收间隔内相等。

计算(103)能够包括将表示第一信号路径151、152、153的最低输出值除以表示信号路径151、152、153中的对应其他信号路径的输出值。

修正因子126能够作为各个信号路径151、152、153的放大器的增益因子来提供。修正因子126例如能够作为数字值提供给驱动信号路径151、152、153的RF设备150的信号处理单元或者收发器154。

该方法也能够包括验证所有的信号路径151、152、153提供大于预定最小输出的输出。

图10示出用于校准如关于图6已说明的射频(RF)设备150的校准系统200的框图。RF设备150包括多个信号路径151、152、153。每个信号路径151、152、153至少包括放大器155、160和天线元件158。

校准系统200包括利用预定测试信号202来驱动信号路径151、152、153的信号发生器201。测试信号202例如能够包括如下的射频(RF)信号，该射频信号能够被提供给使用RF信号来驱动信号路径151、152、153的RF设备150的内部连接器。这用于测试发送测试链。

RF信号也能够被提供给校准系统200的探针203、204，例如用于向各个信号路径151、152、153的各个天线元件发送测试信号202的天线，用于测试接收信号链。

如果同时测试发送和接收信号链，信号发生器201能够向探针203、204提供RF信号的第一子信号，其中的探针203、204用于将测试信号202发送到各个信号路径151、152、153的各个天线元件。信号发生器201还能够向RF设备154提供RF信号的第二子信号，该RF设备154用于使用该RF信号来驱动信号路径151、152、153。

作为替换，信号发生器201能够生成测试信号202，或者至少第二子信号，该第二子信号包括针对RF设备150的收发器154的数字命令信号，数字命令信号利用预定频率的射频(RF)信号来命令收发器驱动单个天线元件151、152、153。

校准系统200还包括用于响应于测试信号202而测量信号路径151、152、153的输出的至少两个探针203、204。如果探针203、204用于向RF设备150发送RF信号，信号路径的输出能够由收发器154提供给校准系统200。

校准系统200也能够包括修正因子计算器205，该修正因子计算器205用于基于信号路径151、152、153的已测量的输出的至少一个特性中的差异来计算各个修正因子206。测量出的输出的特性能够包括输出相位和/或振幅和/或频率和/或定时。这意味着，能够基于测量到的输出的相位中的差异，基于测量到的输出的振幅中的差异，和/或基于测量到的输出的频率的差异和/或基于测量到的输出的定时的差异，来计算修正因子206。

修正因子计算器205能够将修正因子206直接提供给各个信号路径151、152、153的元件。作为替换，修正因子计算器205能够将修正因子206以数字值提供给信号处理单元，例如驱动信号路径151、152、153的RF设备150的收发器154。

图11示出基于图10的校准系统200的校准系统220的另一实施例的框图。相似的元件具有与图10中相似的参考标记，但增加了20。

在图11中，探针223、224彼此间隔预定距离，该距离限定了排除区域228、229。预定距离例如能够限定天线223、224或两个探针223、224的孔之间的距离。预定距离尤其能够是测试信号222的波长的至少0.4倍。

图12示出用于校准包括多个信号路径151、152、153的射频(RF)设备150的校准方法的流程图，其中每个信号路径151、152、153至少包括放大器155和天线元件。

该方法包括利用预定测试信号202来驱动(S201)信号路径151、152、153。测试信号202能够例如包括射频(RF)信号。RF信号例如能够被提供给RF设备150的内部连接器，用于使用RF信号来驱动信号路径151、152、153。RF信号也能够被提供给探针203、204，用于向各个信号路径151、152、153的各个天线元件发送测试信号202。

此外，RF信号的第一子信号能够被提供给探针203、204，用于向各个信号路径151、152、153的各个天线元件发送测试信号202。RF信号的第二子信号能够被提供给RF设备150，用于使用RF信号来驱动信号路径151、152、153。

测试信号202也能够生成为数字命令信号，用于例如RF设备150的收发器154的数字信号处理单元，该数字命令信号利用预定频率的射频(RF)信号来命令收发器驱动单个天线元件151、152、153。

然后，利用至少两个探针203、204，响应于测试信号202，测量(S202)信号路径151、152、153的输出。

探针203、204能够彼此间隔预定距离，该距离限定了排除区域。预定距离能够基于两个探针203、204的孔之间的距离，并且包括测试信号202的波长的0.4倍。

然后，基于测量到的信号路径151、152、153的输出的至少一个特性中的差异，来计算(S203)的各个修正因子206、226。

测量到的输出的特性能够包括输出的相位、振幅、频率和/或定时。因此，能够基于测量到的输出的相位中的差异，基于测量到的输出的振幅中的差异，和/或基于测量到的输出的频率的差异和/或基于测量到的输出的定时的差异，来计算修正因子206、226。

然后计算出的修正因子206、226被直接提供给各个信号路径151、152、153的元件。这意味着修正因子206、226直接影响各个信号路径151、152、153的元件。例如，能够相应地设置移相器156和/或放大器155的参数。

计算出的修正因子206、226例如能够以数字值提供给信号处理单元，例如驱动信号路径151、152、153的RF设备150的收发器154。然后收发器能够根据修正因子206、226来前处理各个驱动信号或者在各个元件中设置参数。

尽管本文已经说明和描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员应当理解的是存在各种替代和/或等同的实施方式。应当理解的是，示例性实施例或各个示例实施例仅仅是示例，并且不旨在以任何方式限制范围、适用性或配置。而是，上述发明内容和详细描述将为本领域技术人员提供用于实现至少一个示例性实施例的方便的指导，应当理解的是，在不脱离所附权利要求及其法律等同物所陈述的范围的情况下，可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置进行各种改变。通常，本申请旨在覆盖本文所讨论的具体实施例的任何修改或变化。

在前述详细描述中，出于简化本公开的目的，将各种特征分组在一个或多个示例或示例中。应当理解的是，上述描述旨在是说明性的，而不是限制性的。其旨在覆盖可以包括在本发明的范围内的所有替代，修改和等同物。在回顾以上说明书时，许多其它实例对于本领域技术人员将是清楚的。

在前述说明书中使用的具体命名用于提供对本发明的透彻理解。然而，根据本文提供的说明书，对于本领域技术人员清楚的是，为了实施本发明，不需要具体细节。因此，为了说明和描述的目的，呈现本发明的具体实施例的前述描述。它们不是穷尽的或将本发明限制到所公开的精确形式；显然，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够最佳地利用本发明以及具有适于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。贯穿说明书，术语“包括(including)”和“其中(in which)”分别用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英语等同物。此外，术语“第一”，“第二”和“第三”等仅仅用作标记，并且不旨在对其对象的重要性的某种排序施加数值要求或建立其某些排序。

Claims (26)

1.一种校准系统，其用于校准包括多个信号路径的射频RF设备，每个信号路径至少包括放大器和天线元件，所述系统包括：

信号发生器，其用于使用预定测试信号来驱动所述信号路径，

至少两个探针，其用于响应于测试信号来测量所述信号路径的输出，以及

修正因子计算器，其用于基于测量到的所述信号路径的输出的至少一个特性中的差异来计算各个修正因子；

其中，修正因子计算器用于识别所述信号路径的输出的最低值，并计算修正因子，使得所有信号路径的输出在预定接受间隔内相等，

其中，修正因子计算器用于将修正因子作为数字值提供给驱动所述信号路径的RF设备的信号处理单元，以及

信号发生器用于根据修正值来设置信号路径中的单个放大器的增益因子或根据修正值来修改提供给单个信号路径的信号。

2.根据权利要求1所述的校准系统，其中测量到的输出的特性包括输出相位和/或振幅和/或频率和/或定时。

3.根据权利要求2所述的校准系统，其中所述修正因子计算器基于测量到的输出的相位的差异来计算修正因子。

4.根据权利要求2所述的校准系统，其中所述修正因子计算器基于测量到的输出的振幅的差异来计算修正因子。

5.根据权利要求2所述的校准系统，其中所述修正因子计算器基于测量到的输出的频率和/或定时的差异来计算修正因子。

6.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述信号发生器生成包括射频RF信号的测试信号。

7.根据权利要求6所述的校准系统，其中所述信号发生器将RF信号提供给使用RF信号来驱动所述信号路径的所述RF设备的内部连接器。

8.根据权利要求6所述的校准系统，其中所述信号发生器将RF信号提供给探针，该探针用于将测试信号发送到各个信号路径的各个天线元件。

9.根据权利要求6所述的校准系统，其中所述信号发生器将RF信号的第一子信号提供给探针，该探针用于将测试信号发送到各个信号路径的各个天线元件，并且其中所述信号发生器将RF信号的第二子信号提供给用于使用RF信号来驱动所述信号路径的RF设备。

10.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述信号发生器生成测试信号，该测试信号包括针对RF设备的收发器的数字命令信号，所述数字命令信号利用预定频率的射频RF信号来命令所述收发器驱动单个信号路径。

11.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述探针彼此间隔预定距离，该预定距离限定了排除区域。

12.根据权利要求11所述的校准系统，其中所述预定距离限定了两个探针的孔之间的距离。

13.根据权利要求11所述的校准系统，所述预定距离是所述测试信号波长的至少0.4倍。

14.一种校准方法，其用于校准包括多个信号路径的射频RF设备，每个信号路径至少包括放大器和天线元件，所述方法包括：

使用预定测试信号来驱动所述信号路径，

使用至少两个探针，响应于测试信号来测量信号路径的输出，以及

基于测量到的所述信号路径的输出的至少一个特性中的差异来计算各个修正因子；

其中，计算修正因子包括：识别所述信号路径的输出的最低值，并计算修正因子，使得所有信号路径的输出在预定接受间隔内相等，

其中，计算出的修正因子作为数字值被提供给驱动所述信号路径的RF设备的信号处理单元，以及

其中，根据修正值来设置信号路径中的单个放大器的增益因子或根据修正值来修改提供给单个信号路径的信号。

15.根据权利要求14所述的校准方法，其中测量到的输出的特性包括输出的相位和/或振幅和/或频率和/或定时。

16.根据权利要求15所述的校准方法，其中计算各个修正因子包括基于测量到的输出的相位的差异来计算修正因子。

17.根据权利要求15所述的校准方法，其中计算各个修正因子包括基于测量到的输出的振幅的差异来计算修正因子。

18.根据权利要求15所述的校准方法，其中计算各个修正因子包括基于测量到的输出的频率和/或定时的差异来计算修正因子。

19.根据权利要求14所述的校准方法，包括生成测试信号，该测试信号包括射频RF信号。

20.根据权利要求19所述的校准方法，其中驱动包括将RF信号提供给用于使用RF信号来驱动信号路径的所述RF设备的内部连接器。

21.根据权利要求19所述的校准方法，其中驱动包括向探针提供RF信号，该探针用于将测试信号发送到各个信号路径的各个天线元件。

22.根据权利要求19所述的校准方法，其中驱动包括将RF信号的第一子信号提供给探针，该探针用于将测试信号发送到各个信号路径的各个天线元件，并且将RF信号的第二子信号提供给用于使用RF信号来驱动所述信号路径的RF设备。

23.根据权利要求14所述的校准方法，包括生成测试信号，该测试信号包括针对RF设备的收发器的数字命令信号，所述数字命令信号命令所述收发器利用预定频率的射频RF信号来驱动单个信号路径。

24.根据权利要求14所述的校准方法，其中所述探针彼此间隔预定距离，该预定距离限定了排除区域。

25.根据权利要求24所述的校准方法，其中所述预定距离限定了两个探针的孔之间的距离。

26.根据权利要求24所述的校准方法，其中所述预定距离是所述测试信号的波长的至少0.4倍。

Images