CN109391335B - 校准方法和系统 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于关于相位特性和幅度特性中的至少一个来校准被测试设备的校准方法，其中提供了被测试设备。提供一种测量单元，其具有被配置为测量所述被测试设备的远场区域中的所述被测试设备的辐射功率的至少一个测量天线单元。同时接通具有操控相位和操控幅度中的至少一个的至少两个天线元件，使得生成的辐射方向图的峰值波束、零点或旁瓣被指向所述测量天线单元。在至少一个其他天线元件保持稳定的同时调整至少一个天线元件的相位或幅度。记录经调整的相位值或经调整的幅度值。保存对应于所述最高测量增益或最低测量增益的设置。针对至少一个其他天线元件重复调整和记录步骤，直到达到所述测量增益的阈值为止。

Description

校准方法和系统
技术领域
本公开的实施例总体上涉及用于校准被测试设备的校准方法以及用于校准被测试设备的相位和幅度中的至少一个的系统。
背景技术
在诸如移动电话的现代电信设备中，天线阵列通常被用于接收和/或发送电磁波。天线阵列具有多个彼此连接的独立天线元件，使得其作为单个天线工作。然而，被用于电信设备中的这些天线阵列必须在生产线中校准，以确保电信设备正常工作。
到目前为止，通过利用非常精确的定位系统和严格同步的测量系统在表面或单个近场点上使用近场扫描来校准电信设备。然后，必须例如使用傅里叶变换将近场特性转换为远场特性。
然而，被用于现有技术中的校准过程非常复杂、耗时且昂贵。
发明内容
因此，需要以快速且有成本效益的方式在校准过程期间校准作为被测试设备的电信设备的可能性。
本公开的实施例提供了一种用于关于相位特性和/或幅度特性校准被测试设备的校准方法，其具有以下步骤：
-提供被测试设备，所述被测试设备具有多个收发器以及被分配给所述收发器的天线元件；
-提供测量单元，所述测量单元具有被配置为测量所述被测试设备的远场区域中的所述被测试设备的辐射功率的至少一个测量天线单元；
-同时接通具有操控相位(steering phase)和/或操控幅度(steeringamplitude)的至少两个天线元件，使得生成的辐射方向图(radiation pattern)的峰值波束(peak beam)、零点(null)或旁瓣(side lobe)被指向所述测量天线单元；
-在至少一个其他天线元件保持稳定的同时调整至少一个天线元件的相位或幅度；
-记录致使辐射功率的最高测量增益或最低测量增益的经调整的相位值或经调整的幅度值；
-保存对应于所述最高测量增益或所述最低测量增益的设置；
-针对至少一个其他天线元件重复调整和记录步骤，直到达到所述测量增益的阈值为止。
因此，获得了相对于现有技术中已知的方法还生成了较低的成本的快速校准过程。此外，可重复性高于现有技术中已知的校准过程的可重复性。测量天线单元可以被定位为使得由被测试设备生成的辐射方向图的旁瓣或零点被指向测量天线单元。测量天线单元被定位在被视为(在与模型有关的理想条件下)分配给被提供在两个相邻旁瓣或旁瓣之间的零点的位置。然而，预期的辐射方向图与实际辐射方向图不同，使得旁瓣的一部分很可能被指向测量天线单元。可替选地或补充地，辐射方向图由波束成形和/或波束操控(beamsteering)特性(特别是所施加的操控相位和/或操控幅度)形成，使得确保了辐射方向图的旁瓣或零点被指向测量天线单元。然后，调整至少一个独立天线元件的相位或幅度以用于校准目的，以评估由测量单元测量的所述被测试设备的辐射功率。适当地保存对应的设置，特别是致使被适当地评估的旁瓣或零点的最低测量值的经调整的相位值或经调整的幅度值。通常，最低测量值可以对应于最低测量增益。针对另外的天线元件重复这些步骤，直到达到增益的阈值(即下限阈值)为止。
可替选地，测量天线单元可以定位为使得由被测试设备生成的辐射方向图的峰值波束被指向测量天线单元。实际上，测量天线单元位于被视为(在与模型有关的理想条件下)分配给辐射方向图的峰值波束的位置。然后，调整至少一个独立天线元件的相位或幅度以用于校准目的，以评估由测量单元测量的所述被测试设备的辐射功率。适当地保存对应的设置，特别是致使适当峰值波束的最高测量增益的经调整的相位值或经调整的幅度值。还针对另外的天线元件重复这些步骤，直到达到增益的阈值(即上限阈值)为止。
通常，相位校准和幅度校准被相对于彼此分开执行。在针对旁瓣施加的幅度校准期间，对幅度进行加权，使得旁瓣被抑制。这通常通过幅度的三角形逐渐变尖细(tapering)来完成，以获得辐射方向图的理想幅度分布。实际上，简单的三角形逐渐变尖细显著地减小了旁瓣，其中第一旁瓣仍然是最强的旁瓣。
由于被测试设备在远场条件下校准，因此加速了校准过程。
此外，校准过程更快，这是因为测量天线关于被测试设备的预期辐射方向图被定位，使得不必经历关于相位参数和幅度参数的所有可能设置(特别是操控相位和/或操控幅度)。
根据一个方面，使所述记录的经调整的值(特别是经调整的相位值或经调整的幅度值)与预定义的操控相位或者预定义的操控幅度彼此相减，以获得相位和/或幅度的适当校准系数。因此，最高测量增益以及最低测量增益被用于获得对应的校准系数。对于校准系数，适当地考虑原始操控相位或者操控幅度值。
根据另一方面，同时调整一组天线元件的相位或幅度。因此，不仅针对单个天线元件调整相位或幅度，还针对多于一个的天线元件调整相位或幅度(其中其他天线元件保持稳定)。因此，可以同时关于相位或幅度调整两个或更多个天线元件。
可替选地或附加地，在相应的测试期间接通一组天线(即多于两个天线元件)。然后，调整单个天线元件的相位和/或幅度。
此外，针对附加的波束方向重复所述相位校准步骤，以获得全局最大值或全局最小值。校准步骤包括关于改变至少一个天线元件的相位、记录经调整的相位值以及适当地保存对应的设置的步骤。由于用于校准过程的不同波束方向，所以确保了可以以高效的方式提供全局最大值或全局最小值。
根据另一方面，针对辐射方向图的附加旁瓣重复所述幅度校准步骤，以获得全局最小值。幅度校准步骤包括关于改变幅度、记录经调整的幅度值以及保存对应的设置的步骤。因此，还确保了获得全局最小值，这是因为考虑了由被测试设备的天线阵列生成的整个辐射方向图的不同旁瓣。
根据一个实施例，在不同温度下重复校准步骤。因为放大器单元(特别是其特性)取决于温度，所以由于校准步骤在不同温度下执行以校验放大器单元的温度依存性，因而可以避免或至少最小化了测量误差。实际上，可以适当地补偿这种温度依存性。
根据另一实施例，相位被移位并且所述辐射方向图的零点被测量出。因此，可以适当地研究相位对辐射方向图的零点的影响。
此外，幅度可以被移位并且辐射方向图的旁瓣可以被测量出。因此，可以以类似的方式研究幅度对辐射方向图的旁瓣的影响。
根据另一个实施例，可以调整相位或幅度，使得所述被测试设备具有指向所述测量天线单元的主瓣。因此，峰值波束(主瓣)可以被指向测量天线单元以适当地用于校准目的。这导致校准过程的更快收敛。
此外，可以首先校准相位，使得一旦相位被校准就进行幅度校准。因此，在幅度校准之前执行相位校准，使得在幅度校准期间确保辐射方向图(特别是旁瓣和零点)的稳定性，这是因为已经进行了相位校准。
例如，可以通过调整一个或多个相位值来执行相位校准，使得峰值波束(主瓣)被指向测量天线单元，并且如上所述适当地记录最高测量增益。一旦达到所述测量增益的上限阈值，就完成相位校准。然后，可以在考虑辐射方向图的旁瓣或零点并且调整一个或多个幅度值的同时进行幅度校准，使得获得辐射功率的最低测量增益，特别是其中适当地调整了几个天线元件，直到达到所述测量增益的下限阈值为止。
通常，可以关于相位特性校准被测试设备，其中所生成的辐射方向图的峰值波束(主瓣)被指向所述测量天线单元。然后，如上所述，调整至少一个天线元件的相位，其中致使辐射功率的最高测量增益(最高测量值)的经调整的相位值被记录。
可替选地，可以关于相位特性校准被测试设备，其中所生成的辐射方向图的零点或旁瓣被指向所述测量天线单元。然后，如上所述，调整至少一个天线元件的相位，其中致使辐射功率的最低测量增益(最低测量值)的经调整的相位值被记录。
在任何情况下，保存相应的设置，并且针对至少一个其他天线元件重复该过程(即调整和记录步骤)，直到达到所述测量增益(值)的阈值为止。
以类似的方式，可以关于幅度特性校准被测试设备，其中所生成的辐射方向图的零点或旁瓣被指向所述测量天线单元。然后，如上所述，调整至少一个天线元件的幅度，其中致使辐射功率的最低测量增益(最低测量值)的经调整的幅度值被记录。
可替选地，可以关于相位特性校准被测试设备，其中所生成的辐射方向图的峰值波束(主瓣)被指向所述测量天线单元。然后，如上所述，调整至少一个天线元件的幅度，其中致使辐射功率的最高测量增益(最高测量值)的经调整的幅度值被记录。
在任何情况下，保存相应的设置，并且针对至少一个其他天线元件重复该过程(即调整和记录步骤)，直到达到所述测量增益(值)的阈值为止。
此外，针对附加的波束方向和/或附加的旁瓣，重复这些用于相位和/或幅度校准的步骤，以获得全局最大值和/或全局最小值。
此外，本公开的实施例提供了一种用于校准被测试设备的相位和/或幅度的系统，其包括控制单元、测量单元和测量天线单元，所述测量天线单元被连接到所述测量单元，所述控制单元具有控制接口以与所述被测试设备连接，所述系统被配置为执行如上所述的方法。上述优点也以类似的方式适用于该系统。
附图说明
当结合附图时，所要求保护的主题的前述方面以及许多附随优点将变得更容易理解，因为通过参照以下详细描述，其变得更好理解，其中：
-图1示出了根据本公开的系统的一个代表性实施例的示意图；并且
-图2示出了表示根据本公开的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
在图1中，示出了用于校准被测试设备12的相位和/或幅度的系统10，特别是由被测试设备12生成的辐射方向图。
被测试设备12包括用于发送和/或接收电磁波的天线阵列14。天线阵列14具有被分配给收发器18的多个独立天线元件16。
系统10还包括测量和分析设备20，所述测量和分析设备20尤其包括控制单元22、测量单元24以及被连接到测量单元24的测量天线单元26。测量单元24还被连接到控制单元22，使得测量出的信号被转发到控制单元22，以适当地处理测量出的信号。
测量单元26可以包括一个或多个天线元件。
控制单元22具有被连接到被测试设备12的控制接口28，以适当地控制被测试设备12，特别是有源天线阵列14。
整个系统10被配置为执行如在下文中将描述的图2中的流程图所示的方法。
系统10能够执行对被测试设备12(特别是其天线阵列14)的相位校准。因此，控制天线阵列14的独立天线元件16，使得至少两个独立天线元件16被接通，其具有用于生成可由测量天线单元26测量的辐射信号的预定义的操控相位值和/或操控幅度值。
测量天线单元26相对于被测试设备12(特别是其天线阵列14)被定位，使得由被测试设备12生成的辐射方向图的峰值波束、零点或旁瓣被指向测量天线单元26。在图1中，第一旁瓣被指向测量天线单元26。
可替选地或补充地，控制独立天线元件16，使得生成的辐射方向图的峰值波束、零点或旁瓣被指向测量天线单元26。
通常，可以适当地控制两个独立天线元件16、多于两个的独立天线元件16和/或所有独立天线元件16。例如，可以将独立天线元件16分配给组，使得同时控制一组中的所有独立天线元件16。
在下文中，描述了优选的校准过程，根据所述优选的校准过程，首先完成相位校准，其中然后进行幅度校准。
因此，调整独立天线元件16中的至少一个的相位，其中其他天线元件16仍然被接通、具有稳定的相位，即在开始时施加的预定义的相位值。经由测量天线单元26记录经调整的相位值，并且由测量和分析设备20分析辐射功率(特别是对应的增益)，使得检测到最低测量增益，其对应于正关系到辐射方向图的旁瓣或零点时的最低测量值。因此，该值涉及由测量天线单元26测量出的零点(或旁瓣)。
保存对应于最低测量增益(辐射功率)的设置(特别是调经整的相位值)。因此，该设置主要对应于用于生成与辐射方向图的零点或旁瓣处的最低测量增益相关的适当信号的相位值集。
然后，针对至少一个其他天线元件16重复调整和记录步骤，直到达到零点或旁瓣的辐射功率的阈值为止。因此，阈值可以对应于较低阈值。
可以预定义阈值，其中阈值定义了置信限度。
一旦天线阵列14的独立天线元件16的设置确保了达到预定义的阈值，就完成了对相位的校准。
可替选地，可以在考虑峰值波束的同时进行相位校准。因此，调整至少一个单个天线元件16的一个或多个相位值直到获得最高测量增益为止。相应地保存该适当的设置。
如以上提及的，针对至少一个其他独立天线元件16重复此(调整和记录步骤)，直到达到所述测量增益的阈值(即预定义的上限阈值)为止。
然后，可以针对附加的波束方向重复相位校准，以获得所生成的辐射方向图的全局最小值或全局最大值。
此外，可以在不同温度下重复校准步骤，以补偿放大器单元的温度依存性。
在适当地校准了相位之后，进行幅度校准，其中天线阵列14的至少两个独立天线元件16再次被接通。
控制独立天线元件16，使得使用用于生成信号的预定义的幅度值以及先前校准的相位值。这确保了辐射方向图的旁瓣和零点是稳定的。
然后，测量天线单元26可以相对于被测试设备12(特别是其天线阵列14)被定位，使得由被测试设备12生成的辐射方向图的零点或旁瓣被指向测量天线单元26，如图1所示。
在其他天线元件16保持稳定的同时，调整至少一个天线元件16的幅度。以类似于关于相位校准的方式，记录致使辐射功率的最低测量增益的经调整的幅度值。保存对应于该最低测量值的适当设置。当关于旁瓣执行幅度校准时，天线阵列的幅度(即独立天线元件16的幅度)被加权，使得辐射方向图的旁瓣被抑制，这通常通过幅度的三角形逐渐变尖细来完成。
然后，针对至少一个其他天线元件16重复调整和记录步骤，直到达到预定义的辐射功率的阈值(即下限阈值)为止。
这确保了获得被测试设备12的辐射方向图的预期特性。因此，适当地校准被测试设备12(特别是其天线阵列14)。
可选地，针对辐射方向图的附加旁瓣重复所述幅度校准步骤，以获得全局最小值。因此，还考虑了由被测试设备12生成的辐射方向图的其他旁瓣。
可替选地，可以在正关系到被指向测量天线单元26的峰值波束(主瓣)时进行幅度校准。因此，幅度值被调整为使得获得最高测量增益，其中对应的设置被适当地保存。如上所述，针对至少一个其他独立天线元件16重复这些步骤，直到达到所述测量增益的阈值(即上限阈值)为止。
此外，由于放大器单元的温度依存性，关于幅度的校准步骤也可以在不同温度下重复。
通常，可以同时针对一组天线元件16而不是单个天线元件16调整相位和/或幅度。
此外，所获得的关于相位和/或幅度的经调整的值(即所记录的值)，与开始时使用的初始值一起考虑，以获得适当的校准系数。因此，所记录的经调整的相位值和幅度值与预定义的初始值之间的差异被用于获得校准系数。
此外，幅度被移位并且辐射方向图的旁瓣被测量出。因此，可以适当地评估幅度对旁瓣的影响。
以类似的方式，相位被移位并且所述辐射方向图的零点被测量出，以关于其零点评估辐射方向图。
在校准过程之后，可以调整相位和/或幅度，使得被测试设备12具有指向测量天线单元26的峰值波束。这可以在对应的校准过程结束时作为校验步骤来完成，以校验校准过程。
因此，提供了一种用于校准被测试设备12的快速且有成本效益的方法，其可以被应用于生产线。

Claims (11)

1.一种用于关于相位特性和幅度特性中的至少一个来校准被测试设备的校准方法，其具有以下步骤：
-提供被测试设备，所述被测试设备具有多个收发器以及被分配给所述收发器的天线元件；
-提供测量单元，所述测量单元具有至少一个测量天线单元，其被配置为测量在所述被测试设备的远场区域中的所述被测试设备的辐射功率；
-同时接通具有操控相位和操控幅度中的至少一个的至少两个天线元件，使得生成的辐射方向图的峰值波束、零点或旁瓣被指向所述测量天线单元；
-在至少一个其他天线元件保持稳定的同时调整至少一个天线元件的相位或幅度；
-记录致使辐射功率的最高测量增益或最低测量增益的经调整的相位值或经调整的幅度值；
-保存对应于所述最高测量增益或所述最低测量增益的设置；
-针对至少一个其他天线元件重复调整和记录步骤，直到达到所述测量增益的阈值为止，
其中所述测量天线单元关于所述被测试设备的预期辐射方向图被定位。
2.根据权利要求1所述的校准方法，其中使预定义的操控相位或预定义的操控幅度与所述记录的经调整的值彼此相减，以获得适当的校准系数。
3.根据权利要求1或2所述的校准方法，其中，同时调整一组天线元件的相位或幅度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的校准方法，其中，针对附加的波束方向重复所述相位校准步骤，以获得全局最大值或全局最小值。
5.根据前述权利要求中任一项所述的校准方法，其中，针对辐射方向图的附加的旁瓣重复所述幅度校准步骤，以获得全局最小值。
6.根据前述权利要求中任一项所述的校准方法，其中，在不同温度下重复校准步骤。
7.根据前述权利要求中任一项所述的校准方法，其中，相位被移位并且所述辐射方向图的零点被测量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的校准方法，其中，幅度被移位并且所述辐射方向图的旁瓣被测量。
9.根据前述权利要求中任一项所述的校准方法，其中，相位或幅度被调整为使得所述被测试设备具有指向所述测量天线单元的主瓣。
10.根据前述权利要求中任一项所述的校准方法，其中，相位首先被校准，使得一旦相位被校准就进行幅度校准。
11.一种用于校准被测试设备的相位和幅度中的至少一个的系统，其包括控制单元、测量单元和测量天线单元，所述测量天线单元被连接到所述测量单元，所述控制单元具有控制接口以与所述被测试设备连接，所述系统被配置为执行根据权利要求1所述的方法。
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