CN109103600B - 用于天线阵列的相位校准的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于天线阵列的相位校准的系统和方法。所述系统包括至少两个天线元件。所述系统还包括:包括所述天线阵列的被测设备、平面波转换器、以及相位测量单元。然而所述被测设备配置成发送或接收具有空间相关相位的测试信号,所述平面波转换器配置成将所述具有空间相关相位的测试信号转换为具有恒定相位的信号。除此之外,所述被测设备或所述相位测量单元配置成从所述具有恒定相位的信号导出用于所述天线阵列的所述相位校准的校准值。

Description

用于天线阵列的相位校准的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于包括至少两个天线元件的天线阵列的相位校准的系统和方法。
背景技术
通常,在采用天线阵列(诸如多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)设备)的无线应用的数量日益增加的时期,对用于以最有效的方式相对于这些天线阵列进行相位校准的系统和方法的需求日益增长,以便允许用于保证所述无线应用的正常功能的高性能且低成本的校准装备。
US 6,771,216 B2涉及用于校准相控阵列天线的方法。不利地,特别相对于天线阵列校准,前述专利文献未考虑将任何信号转换为具有恒定相位的信号,这导致校准过程复杂且无效。
发明内容
因此,需要提供一种用于天线阵列的相位校准的系统和方法,该系统和方法使校准过程特别有效。
根据本发明的第一方面,提供一种用于包括至少两个天线元件的天线阵列的相位校准的系统。所述系统包括:包括所述天线阵列的被测设备、平面波转换器、以及相位测量单元。鉴于所述被测设备配置成发送或接收具有空间相关相位的测试信号,所述平面波转换器配置成将所述具有空间相关相位的测试信号转换为具有恒定相位的信号。除此之外,所述被测设备或所述相位测量单元配置成从所述具有恒定相位的信号导出用于所述天线阵列的所述相位校准的校准值。有利地,用无线电执行相位校准而无任何电缆需求。进一步有利地,出于相位校准的目的,不必移动任何天线。
根据第一方面的第一优选实现形式,包括所述天线阵列的所述被测设备配置成逐步地通过不同相位扫描所述测试信号,所述天线阵列包括所述至少两个天线元件。附加地或可替选地,所述相位测量单元配置成逐步地通过不同相位扫描所述测试信号。
根据第一方面的另一优选实现形式,每个相位扫描步骤触发所述被测设备中的或所述相位测量单元中的样本。
根据第一方面的另一优选实现形式,所述被测设备或所述相位测量单元配置成从具有对应测量的相位值的每个相位扫描步骤导出多个传递系数。
根据第一方面的另一优选实现形式,所述多个传递系数形成用于借助所述被测设备或所述相位测量单元导出校准值的基础。
根据第一方面的另一优选实现形式,所述至少两个天线元件彼此之间的温度差低于7摄氏度、优选地低于5摄氏度、最优选地低于3摄氏度。
根据第一方面的另一优选实现形式,当逐步地扫描所述测试信号的相位时,所述至少两个天线元件彼此之间的温度差低于7摄氏度、优选地低于5摄氏度、最优选地低于3摄氏度。
根据第一方面的另一优选实现形式,所述至少两个天线元件彼此之间的基于温度的相移低于7度相移、优选地低于5度相移、最优选地低于3度相移。
根据第一方面的另一优选实现形式,当逐步地扫描所述测试信号的相位时,所述至少两个天线元件彼此之间的基于温度的相移低于7度相移、优选地低于5度相移、最优选地低于3度相移。
根据本发明的第二方面,提供一种用于被测设备的包括至少两个天线元件的天线阵列的相位校准的方法。所述方法包括如下步骤:借助所述被测设备发送或接收具有空间相关相位的测试信号,借助平面波转换器将所述具有空间相关相位的测试信号转换为具有恒定相位的信号,以及借助所述被测设备或相位测量单元从所述具有恒定相位的信号导出用于所述天线阵列的所述相位校准的校准值。有利地,用无线电执行相位校准而无任何电缆需求。进一步有利地,出于相位校准的目的,不必移动任何天线。
根据第二方面的第一优选实现形式,所述方法还包括如下步骤:借助包括所述天线阵列的所述被测设备逐步地通过不同相位扫描所述测试信号,所述天线阵列包括所述至少两个天线元件。附加地或可替选地,所述方法还包括如下步骤:借助所述相位测量单元逐步地通过不同相位扫描所述测试信号。
根据第二方面的另一优选实现形式,每个相位扫描步骤触发所述被测设备中的或所述相位测量单元中的样本。
根据第二方面的另一优选实现形式,所述方法还包括如下步骤:借助所述被测设备或所述相位测量单元从具有对应测量的相位值的每个相位扫描步骤导出多个传递系数。
根据第二方面的另一优选实现形式,所述多个传递系数形成用于借助所述被测设备或所述相位测量单元导出校准值的基础。
根据第二方面的另一优选实现形式,所述至少两个天线元件彼此之间的温度差低于7摄氏度、优选地低于5摄氏度、最优选地低于3摄氏度。
根据第二方面的另一优选实现形式,当逐步地扫描所述测试信号的相位时,所述至少两个天线元件彼此之间的温度差低于7摄氏度、优选地低于5摄氏度、最优选地低于3摄氏度。
根据第二方面的另一优选实现形式,所述至少两个天线元件彼此之间的基于温度的相移低于7度相移、优选地低于5度相移、最优选地低于3度相移。
根据第二方面的另一优选实现形式,当逐步地扫描所述测试信号的相位时,所述至少两个天线元件彼此之间的基于温度的相移低于7度相移、优选地低于5度相移、最优选地低于3度相移。
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示出本发明的第一方面的示例性实施方式的框图;以及
图2示出本发明的第二方面的示例性实施方式的流程图。
具体实施方式
图1示出了用于天线阵列的相位校准的系统10的示例性实施方式。
根据图1,用于相位校准的所述系统10包括被测设备11,该被测设备11通常包括形成天线阵列12的至少两个(在图示示例中,四个)天线元件13a、13b、13c、13d。
仅出于说明目的示出了四个天线元件。实际上,在一个天线阵列中经常具有多得多的天线元件。此外,系统10包括平面波转换器14和相位测量单元15,该相位测量单元15包括用于无线地发送或接收测试信号的测试天线16。
鉴于被测设备配置成发送或接收尤其具有空间相关相位的测试信号,平面波转换器14配置成将具有空间相关相位的测试信号转换为尤其具有恒定相位的信号。除此之外,被测设备11或相位测量单元15配置成从具有恒定相位的信号导出用于天线阵列12的相位校准的校准值。
此外,被测设备11配置成逐步地通过不同相位扫描尤其具有空间相关相位的测试信号。附加地或可替选地,相位测量单元15配置成逐步地通过不同相位扫描尤其具有空间相关相位的测试信号。
在该背景下,每个相位扫描步骤触发被测设备11中的样本。附加地或可替选地,每个相位扫描步骤触发相位测量单元15中的样本。
此外,被测设备11配置成从具有对应测量的相位值的每个相位扫描步骤导出多个传递系数。附加地或可替选地,相位测量单元15配置成从具有对应测量的相位值的每个相位扫描步骤导出多个传递系数。
除此之外,所述多个传递系数形成用于借助被测设备11或相位测量单元15导出前文提及的校准值的基础。
此外,天线元件13a、天线元件13b、天线元件13c、天线元件13d彼此之间的温度差低于7摄氏度、优选地低于5摄氏度、最优选地低于3摄氏度。
在该背景下,优选地,当逐步地扫描测试信号的相位时,天线元件13a、天线元件13b、天线元件13c、天线元件13d彼此之间的温度差低于7摄氏度、优选地低于5摄氏度、最优选地低于3摄氏度。
附加地或可替选地,天线元件13a、天线元件13b、天线元件13c、天线元件13d彼此之间的基于温度的相移低于7度相移、优选地低于5度相移、最优选地低于3度相移。
在该背景下,尤其当逐步地扫描测试信号的相位时,天线元件13a、天线元件13b、天线元件13c、天线元件13d彼此之间的基于温度的相移低于7度相移、优选地低于5度相移、最优选地低于3度相移。
此外,也在本发明的范围内,应当提及的是,被测设备11尤其可以被看作组合了射频收发器和天线的有源天线系统,这尤其在被测设备发送测试信号的情况下引起由被测设备11生成的测试信号的相位和幅值加权。
在该背景下,测试信号尤其包括来自天线阵列的至少两个天线的至少两个信号,其中,至少一个天线通常为被测设备的一部分,然而其它天线可以为被测设备的一部分或为单独的参考天线。另外,生成测试信号的天线阵列的多个天线中的至少一者添加至少一个、优选地至少两个相移,尤其是随时间的相移。
此外,注意,至少两个天线元件中的多个天线元件或至少两个天线元件可以位于被测设备的近场或远场中。有利地,在该背景下,平面波转换器尤其配置成将近场特性转换为远场特性。附加地或可替选地,平面波转换器尤其配置成将远场特性转换为近场特性。
进一步有利地,如果至少两个天线元件中的多个天线元件或至少两个天线元件位于被测设备的近场中,则关于至少两个天线元件中的所述多个天线元件的或关于至少两个天线元件的相位和幅值加权被配置使得尤其包括来自所述天线元件的组合信号的测试信号具有恒定相位。
此外,优选地通过将相移添加在被测设备中,测试信号中的差别指示相移。有利地,尤其通过添加多个相移,相位差和幅值差可以借助被测设备或相位测量单元来推导以及优选地通过一组矩阵方程来计算。
除此之外,系统(尤其是被测设备或相位测量单元)优选地配置成尤其针对不同温度条件生成用于由被测设备包括的至少两个天线元件中的每一者的相位和幅值校准系数或校准值的查询表。
有利地,本发明的系统(尤其该系统的相位测量单元)可以尤其针对由被测设备包括的单个收发器链和组合收发器链二者同时测量校准值、误差矢量幅值、和等效各向同性辐射功率。
现在参照图2,示出了本发明方法的示例性实施方式的流程图。在第一步骤S200中,借助包括形成天线阵列的至少两个天线元件的被测设备发送或接收具有空间相关相位的测试信号。然后,在第二步骤S201中,借助平面波转换器将具有空间相关相位的测试信号转换为具有恒定相位的信号。最后,在第三步骤S202中,借助被测设备或相位测量单元从具有恒定相位的信号导出用于天线阵列的相位校准的校准值。
尽管上文已描述了本发明的各种实施方式,但是应当理解,仅通过示例而非限制的方式呈现了这些实施方式。在不脱离本发明的精神和范围的前提下,可以根据本文中的公开内容对所公开的实施方式进行多种修改。因此,本发明的宽度和范围不应当受上述实施方式中的任一实施方式限制。而是,本发明的范围应当根据所附权利要求及其等同物来限定。
尽管相对于一个或多个实现方式示出和描述了本发明,但是对于本领域的技术人员来说,在阅读并理解本说明书和附图之后,等同变型和修改将出现。另外,尽管可能已经相对于多个实现方式中的仅一个实现方式公开了本发明的特定特征,但是这类特征可以与其它实现方式的一个或多个其它特征组合,如对于任一给定或特定应用可以为预期的且有利的。

Claims (18)

1.一种用于包括至少两个天线元件的天线阵列的相位校准的系统,所述系统包括:
包括所述天线阵列的被测设备,
平面波转换器,以及
相位测量单元,
其中,所述被测设备配置成发送或接收具有空间相关相位的测试信号,
其中,所述测试信号包括来自所述天线阵列的所述至少两个天线元件的至少两个信号,
其中,至少一个天线元件是所述被测设备的一部分,
其中,至少一个天线元件是单独的参考天线的一部分,
其中,所述平面波转换器配置成将所述具有空间相关相位的测试信号转换为具有恒定相位的信号,以及
其中,所述相位测量单元配置成从所述具有恒定相位的信号导出用于所述天线阵列的所述相位校准的校准值。
2.根据权利要求1所述的系统,
其中,包括所述天线阵列的所述被测设备配置成逐步地通过不同相位扫描所述测试信号,所述天线阵列包括所述至少两个天线元件,或
其中,所述相位测量单元配置成逐步地通过不同相位扫描所述测试信号。
3.根据权利要求2所述的系统,
其中,每个相位扫描步骤触发所述被测设备中的或所述相位测量单元中的样本。
4.根据权利要求2或3所述的系统,
其中,所述相位测量单元配置成从具有对应测量的相位值的每个相位扫描步骤导出多个传递系数。
5.根据权利要求4所述的系统,
其中,所述多个传递系数形成用于借助所述相位测量单元导出校准值的基础。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的系统,
其中,所述至少两个天线元件彼此之间的温度差低于7摄氏度。
7.根据权利要求2或3所述的系统,
其中,当逐步地扫描所述测试信号的相位时,所述至少两个天线元件彼此之间的温度差低于7摄氏度。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的系统,
其中,所述至少两个天线元件彼此之间的基于温度的相移低于7度相移。
9.根据权利要求2或3所述的系统,
其中,当逐步地扫描所述测试信号的相位时,所述至少两个天线元件彼此之间的基于温度的相移低于7度相移。
10.一种用于被测设备的包括至少两个天线元件的天线阵列的相位校准的方法,所述方法包括如下步骤:
借助所述被测设备发送或接收具有空间相关相位的测试信号,其中,所述测试信号包括来自所述天线阵列的所述至少两个天线元件的至少两个信号,其中,至少一个天线元件是所述被测设备的一部分,并且其中,至少一个天线元件是单独的参考天线的一部分,
借助平面波转换器将所述具有空间相关相位的测试信号转换为具有恒定相位的信号,以及
借助相位测量单元从所述具有恒定相位的信号导出用于所述天线阵列的所述相位校准的校准值。
11.根据权利要求10所述的方法,
其中,所述方法还包括如下步骤:借助包括所述天线阵列的所述被测设备逐步地通过不同相位扫描所述测试信号,所述天线阵列包括所述至少两个天线元件,或
其中,所述方法还包括如下步骤:借助所述相位测量单元逐步地通过不同相位扫描所述测试信号。
12.根据权利要求11所述的方法,
其中,每个相位扫描步骤触发所述被测设备中的或所述相位测量单元中的样本。
13.根据权利要求11或12所述的方法,
其中,所述方法还包括如下步骤:借助所述相位测量单元从具有对应测量的相位值的每个相位扫描步骤导出多个传递系数。
14.根据权利要求13所述的方法,
其中,所述多个传递系数形成用于借助所述相位测量单元导出校准值的基础。
15.根据权利要求10至12中任一项所述的方法,
其中,所述至少两个天线元件彼此之间的温度差低于7摄氏度。
16.根据权利要求11或12所述的方法,
其中,当逐步地扫描所述测试信号的相位时,所述至少两个天线元件彼此之间的温度差低于7摄氏度。
17.根据权利要求10至12中任一项所述的方法,
其中,所述至少两个天线元件彼此之间的基于温度的相移低于7度相移。
18.根据权利要求11或12所述的方法,
其中,当逐步地扫描所述测试信号的相位时,所述至少两个天线元件彼此之间的基于温度的相移低于7度相移。
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