CN107919922A - 用于测试天线阵列的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于测试天线阵列的系统和方法。一种用于测试和/或校准天线阵列(4)的系统(100)，该系统(100)包括：被测设备(1)，该被测设备(1)包括天线阵列(4)和用于在至少两个信号路径中的每一者上发送测试信号的至少一个有源射频设备(6a、6b、6c、6d)，该测试信号是已知的且总是相同的；以及测量设备(2)，该测量设备(2)包括用于在至少两个信号路径中的每一者上接收测试信号的至少一个探针(3)。该测试信号是不可重复的测试信号。

Description

用于测试天线阵列的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于测试天线阵列的系统和方法。可替选地或附加地，本发明的系统和方法可以用于校准这类天线阵列。
背景技术
通常，在采用MIMO(多输入多输出)系统(诸如LTE(长期演进))的无线通信应用的数量日益增多的时候，用于测试应用这类系统或对应天线阵列的被测设备的测试系统和测试方法的需求日益增长。在该背景下，尤其所述天线阵列的校准同样日益重要。
US 2016/0269093 A1公开了使用关于MIMO的模拟和数字波束成型的通信方法和装置。然而，上述文件未考虑测试或校准天线阵列，测试或校准天线阵列对于保证被测设备或无线通信的正常运行是至关重要的。
发明内容
因此，需要提供一种用于特别是关于采用MIMO的无线通信应用而测试和/或校准天线阵列的系统和方法。
这通过针对系统的权利要求1和针对方法的权利要求9的特征来解决。从属权利要求包含进一步发展。
根据本发明的第一方面，提供一种用于测试和/或校准天线阵列的系统。所述系统包括：被测设备，所述被测设备包括所述天线阵列和用于在至少两个信号路径中的每一者上发送测试信号的至少一个有源射频设备，所述测试信号是已知的且总是相同的或至少部分相同的；以及测量设备，所述测量设备包括用于在所述至少两个信号路径中的每一者上接收所述测试信号的至少一个探针。除此之外，所述测试信号有利地至少在测试和/或校准的时间内是不可重复的测试信号。
根据第一方面的第一优选实现形式，关于测试信号，振幅、频率、相位和空间依赖性中的至少一者随时间变化。有利地，面对发生在至少两个信号路径内的各种延迟，至少两个信号路径中的每一者为明确地可识别的。换言之，在至少两个信号路径中的每一者内，从至少一个有源射频设备运行到对应天线的各自的信号被延迟，其中，相比于其它信号路径，该延迟可以不为恒定的。在该情况下，确保了至少两个信号路径中的每一者的明确识别。进一步有利地，测试信号为线性调频信号(chirp signal)。
根据第一方面的另一优选实现形式，至少一个探针以定义的时间间隔测量至少两个信号路径中的每一者的输出。
根据第一方面的另一优选实现形式，测量设备收集关于至少两个信号路径中的每一者的测量数据。
根据第一方面的另一优选实现形式，测量设备测量将至少一个探针的位置从至少两个信号路径中的一者变化到至少两个信号路径中的另一者所需的时间。
根据第一方面的另一优选实现形式，基于对应的测量，测量设备计算至少两个信号路径中的每一者的相位和/或至少两个信号路径中的每一对信号路径之间的相位差和/或至少两个信号路径中的每一者的振幅和/或至少两个信号路径中的每一对信号路径之间的振幅差。换言之，该计算基于关于至少两个信号路径中的每一者的输出的测量数据、将至少一个探针的位置从至少两个信号路径中的一者变化到至少两个信号路径中的另一者所需的时间、以及用于测量至少两个信号路径中的每一者的时间间隔来执行。
根据第一方面的另一优选实现形式，至少两个信号路径中的至少一对信号路径中的每个信号部分地或完全地包括相同的信号部分。
根据第一方面的另一优选实现形式，该系统还包括开关矩阵，该开关矩阵用于将至少一个探针的位置从至少两个信号路径中的一者变化到至少两个信号路径中的另一者。
根据本发明的第二方面，提供一种用于测试和/或校准天线阵列的方法。该方法使用被测设备和测量设备，该被测设备包括天线阵列和至少一个有源射频设备，该测量设备包括至少一个探针。另外，该方法包括如下步骤：在至少两个信号路径中的每一者上从被测设备发送测试信号，该测试信号是已知的且总是相同的或至少部分相同的；以及在测量设备的至少一个探针的辅助下，在至少两个信号路径中的每一者上接收测试信号。有利地，测试信号至少在测试和/或校准的时间内是不可重复的测试信号。
根据第二方面的第一优选实现形式，关于测试信号，振幅、频率、相位和空间依赖性中的至少一者随时间变化。有利地，面对发生在至少两个信号路径内的各种延迟，至少两个信号路径中的每一者为明确地可识别的。换言之，在至少两个信号路径中的每一者内，从至少一个有源射频设备运行到对应天线的各自的信号被延迟，其中，相比于其它信号路径，该延迟可以不为恒定的。在该情况下，确保了至少两个信号路径中的每一者的明确识别。进一步有利地，测试信号为线性调频信号。
根据第二方面的另一优选实现形式，至少一个探针以定义的时间间隔测量至少两个信号路径中的每一者的输出。
根据第二方面的另一优选实现形式，测量设备收集关于至少两个信号路径中的每一者的测量数据。
根据第二方面的另一优选实现形式，测量设备测量将至少一个探针的位置从至少两个信号路径中的一者变化到至少两个信号路径中的另一者所需的时间。
根据第二方面的另一优选实现形式，基于对应的测量，测量设备计算至少两个信号路径中的每一者的相位和/或至少两个信号路径中的每一对信号路径之间的相位差。换言之，该计算基于关于至少两个信号路径中的每一者的输出的测量数据、将至少一个探针的位置从至少两个信号路径中的一者变化到至少两个信号路径中的另一者所需的时间、以及用于测量至少两个信号路径中的每一者的时间间隔来执行。
根据第二方面的另一优选实现形式，至少两个信号路径中的至少一对信号路径中的每个信号部分地或完全地包括相同的信号部分。
附图说明
现在仅通过示例而非限制的方式、参照附图进一步阐述本发明的示例性实施方式。附图中：
图1示出本发明的系统的示例性实施方式的框图；
图2示出示例性测试信号，该示例性测试信号的频率随时间变化；
图3示出示例性测试信号，该示例性测试信号的频率和振幅二者随时间变化；以及
图4示出本发明的第二方面的实施方式的流程图。
具体实施方式
从图1可以看到本发明的系统100的示例性实施方式。在该示例性情况下，系统100包括：包括天线阵列4的被测设备1、包括探针3的测量设备2(优选地，矢量网络分析仪)、以及开关矩阵5。
被测设备1的天线阵列4包括四个天线4a、4b、4c、4d，这四个天线通向四个信号路径，各个信号路径包括：有源射频设备6a、有源射频设备6b、有源射频设备6c、有源射频设备6d，示例性地，收发器；放大器7a、放大器7b、放大器7c、放大器7d；以及带通器8a、带通器8b、带通器8c、带通器8d。
此外，被测设备1的天线阵列4的各个天线4a、4b、4c、4d连接到开关矩阵5，该开关矩阵5联接到探针3，该探针3连接到测量设备2或连接到矢量网络分析仪。有利地，由于开关矩阵5，实现了用于测试和/或校准天线阵列4的信号路径之间的切换而不改变探针3的物理位置。
出于测试被测设备1的天线阵列4的目的、或出于校准天线阵列4的各个天线4a、4b、4c、4d的对应收发器以使效率最大化的目的，在四个信号路径中的每个信号路径上发送测试信号。优选地，所述测试信号是已知的、总是相同的、是不可重复的测试信号(优选地，线性调频信号)或其中的一种。换言之，关于测试信号，振幅、频率、和相位中的至少一者随时间变化。
此外，探针3在开关矩阵5的辅助下、以定义的时间间隔测量四个信号路径中的每个信号路径的输出。为了向开关矩阵5提供合适的触发条件，可以通过开关矩阵5自身、借助连接9将不可重复的测试信号送入各个有源射频设备6a、6b、6c、6d中或送入收发器中。可选地，可以有利的是，借助连接10也向测试设备2提供所述触发条件。因此，关于系统100，获得绝对时间基础，这确保了高度准确的测量。
由此可见，可以借助相当低速的连接发送不可重复的测试信号。因此，被测设备处的射频端口的成本集约实现方式有利地为不必要的。
另外，要指出的是，上文提及的开关矩阵5与收发器6a、收发器6b、收发器6c、收发器6d之间的连接9可以为虚构连接，这有利地导致如下事实：不需要与被测设备1的电连接，因此测试和/或校准被测设备1的天线阵列4是最节省时间的且成本效益好。
在该上下文中，在硬件和/或软件的辅助下将测试信号直接实施到被测设备1中。由于测试信号是已知的、总是相同的、和是不可重复的测试信号的事实，则可以在开关矩阵5的辅助下或在测量设备2的辅助下或其组合，计算触发条件或绝对时间基础。
此外，在已经以定义的时间间隔测量各个信号路径的输出(如上所述)之后，测量设备2收集对应的测量数据，其中，测量设备2还测量将探针3的位置从一个信号路径变化到另一个信号路径所需的时间、或在开关矩阵5的辅助下在信号路径之间切换所需的时间。
通常且除此之外，要提及的是，为了有利地加速测量，如果测量设备包括多个输入端口和多个探针，则可以将天线阵列的天线分组为不同的组，其中，组的数量优选地等于测量设备的输入端口的数量或等于探针的数量。因此，可以使整个测量的一部分并行化，这允许更短的测量时间。
然后，为了完成天线阵列4的测试或对应的收发器6a、收发器6b、收发器6c、收发器6d的校准，基于上文提及的关于各个信号路径的输出的测量数据、在信号路径之间的切换所需的时间、以及用于测量各个信号路径的时间间隔，测量设备2计算各个信号路径的相位和/或每对信号路径之间的相位差。
现在，参照图2，示出了示例性测试信号20的振幅-时间图200。可以看出，测试信号的振幅A保持恒定，而测试信号20的频率随时间t升高。这类信号也被称为线性调频信号，尤其正线性调频信号(由于升高的频率)。
此外，图3示出了另一示例性测试信号30的振幅-时间图300。由此可见，在该情况下，鉴于振幅A随时间t降低，示例性测试信号30的频率也随时间t降低。因此，可以说测试信号30为一种负线性调频信号。
最后，图4示出了本发明的方法的流程图400。在第一步骤S40中，提供包括天线阵列和至少一个有源射频设备的被测设备、以及包括至少一个探针的测量设备。在第二步骤S41中，在至少两个信号路径中的每个信号路径上从被测设备发送不可重复的测试信号。然后，在第三步骤S42中，在测量设备的至少一个探针的辅助下接收至少两个信号路径中的每个信号路径上的测试信号。

Claims (15)

1.一种用于测试和/或校准天线阵列(4)的系统(100)，所述系统(100)包括：
被测设备(1)，所述被测设备(1)包括所述天线阵列(4)和用于在至少两个信号路径中的每一者上发送测试信号(20、30)的至少一个有源射频设备(6a、6b、6c、6d)，所述测试信号(20、30)是已知的且总是相同的或部分相同的，以及
测量设备(2)，所述测量设备(2)包括用于在所述至少两个信号路径中的每一者上接收所述测试信号(20、30)的至少一个探针(3)，
其中，所述测试信号(20、30)在测试和/或校准的时间内是不可重复的测试信号。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，
其中，关于所述测试信号(20、30)，振幅、频率、相位和空间依赖性中的至少一者随时间变化。
3.根据权利要求1或2所述的系统(100)，
其中，所述至少一个探针(3)以定义的时间间隔测量所述至少两个信号路径中的每一者的输出。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统(100)，
其中，所述测量设备(2)收集关于所述至少两个信号路径中的每一者的测试数据。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统(100)，
其中，所述测量设备(2)测量将所述至少一个探针(3)的位置从所述至少两个信号路径中的一者变化到所述至少两个信号路径中的另一者所需的时间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统(100)，
其中，基于对应的测量，所述测量设备(2)计算所述至少两个信号路径中的每一者的相位和/或所述至少两个信号路径中的每一对信号路径之间的相位差和/或所述至少两个信号路径中的每一者的振幅和/或所述至少两个信号路径中的每一对信号路径之间的振幅差。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统(100)，
其中，所述至少两个信号路径中的至少一对信号路径中的每个信号部分地或完全地包括相同的信号部分。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统(100)，
其中，所述系统还包括开关矩阵(5)，所述开关矩阵(5)用于将所述至少一个探针(3)的位置从所述至少两个信号路径中的一者变化到所述至少两个信号路径中的另一者。
9.一种用于测试和/或校准天线阵列(4)的方法，所述方法使用被测设备(1)和测量设备(2)，所述被测设备(1)包括所述天线阵列(4)和至少一个有源射频设备(6a、6b、6c、6d)，所述测量设备包括至少一个探针(3)，所述方法包括如下步骤：
在至少两个信号路径中的每一者上从所述被测设备(1)发送测试信号(20、30)，所述测试信号(20、30)是已知的且总是相同的或部分相同的，以及
在所述测量设备(2)的所述至少一个探针(3)的辅助下，在所述至少两个信号路径中的每一者上接收所述测试信号(20、30)，
其中，所述测试信号(20、30)在测试和/或校准的时间内是不可重复的测试信号。
10.根据权利要求9所述的方法，
其中，关于所述测试信号(20、30)，振幅、频率、相位和空间依赖性中的至少一者随时间变化。
11.根据权利要求9或10所述的方法，
其中，所述至少一个探针(3)以定义的时间间隔测量所述至少两个信号路径中的每一者的输出。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，
其中，所述测量设备(2)收集关于所述至少两个信号路径中的每一者的测量数据。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，
其中，所述测量设备(2)测量将所述至少一个探针(3)的位置从所述至少两个信号路径中的一者变化到所述至少两个信号路径中的另一者所需的时间。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，
其中，基于对应的测量，所述测量设备(2)计算所述至少两个信号路径中的每一个信号路径的相位和/或所述至少两个信号路径中的每一对信号路径之间的相位差和/或所述至少两个信号路径中的每一个信号路径的振幅和/或所述至少两个信号路径中的每一对信号路径之间的振幅差。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，
其中，所述至少两个信号路径中的至少一对信号路径中的每个信号部分地或完全地包括相同的信号部分。
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