CN109839543A - 一种天线的幅相一致性测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种天线的幅相一致性测试系统及测试方法，该方法的具体步骤为：构建天线幅相一致性测试环境；分别采集每组极化阵子的待测射频信号；将步骤2中采集到的射频信号数据传送到幅相对比系统，解析出每组极化阵子的待测射频信号的幅度和相位数值数据；将步骤3中解析出的待测射频信号幅度和相位数值数据传输至测试系统后台处理，计算出每组待测射频信号幅度和相位数值对应的幅度和相位补偿数值。本发明的天线基站幅相一致性测试方法可以在不知道已知信源信息的条件下对被测件进行黑盒测试，并能够达到传统测试方法测试的效果和目的。
Description
技术领域
本发明涉及射频自动化测试领域，特别是一种天线的幅相一致性测试方法。
背景技术
传统相控阵天线的幅相一致性测试方法，都是利用矢网自发自收的原理，收集相位和幅度并处理。在数据收集过程中需要利用探头对每一个天线极化阵子进行数据采集，这种测试方法需要花费大量的人力与时间。
随着5G大规模天线的出现，对于5G大规模天线的幅相一致性测试，无法再将矢网接入被测件DUT(大规模天线)侧，因此，利用矢网自发自收的原理，无法对其的幅相一致性进行测试，如何对5G大规模天线，准确的幅相一致性测试，是当前急需解决的问题。
传统的测试方法是利用矢量网络分析仪的S21链路形式进行测试，该方法必须利用已知信源解调信号。传统的测试方法主要是针对无源被测件进行的，无法对有源的设备进行设备。因此，传统的方法无法对5G的有源设备进行测试，给测试带来困难。
发明内容
本发明提出了一种天线的幅相一致性测试方法。
实现本发明的技术解决方案为：一种天线的幅相一致性测试方法，具体步骤为：
步骤1、构建天线幅相一致性测试环境；
步骤2、分别采集每组极化阵子的待测射频信号；
步骤3、将步骤2中采集到的射频信号数据传送到幅相对比系统，解析出每组极化阵子的待测射频信号的幅度和相位数值数据；
步骤4、将步骤3中解析出的幅度和相位数值数据传输至测试系统后台处理，计算出每组幅度和相位数值对应的的幅度和相位补偿数值。
本发明还提供了一种天线幅相一致性测试系统，包括探头、暗室、幅相对比系统、主控计算机以及测试系统后台，其中：
所述主控计算机用于控制有源天线阵发射出待测射频信号；
所述探头固定在暗室中，用于采集有源天线阵发射出的待测射频信号并传送至幅相对比系统；
所述幅相对比系统用于解析出待测射频信号的幅相数值并传送至测试系统后台；
所述测试系统后台用于解析出每组幅相数值对应的的幅相位补偿数值。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明可以在不知道已知信源信息的条件下对被测件进行黑盒测试，并能够达到传统测试方法测试的效果和目的；2)本发明的设备和方法可以对5G的有源设备进行测试，达到现有设备无法完成的指标和效果。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1为本发明的系统测试环境搭建拓扑图。
具体实施方式
一种天线的幅相一致性测试方法，具体步骤为：
步骤1、构建天线幅相一致性测试环境；其中，天线包含无源天线和有源天线，有源天线是无源天线和收发组件的组合；
步骤1-1、将具有相同极化方向的极化阵子分为同一组，并分别针对每一组设置一个与其对应的探头进行探测；进一步的实施例中，极化阵子分为两组，第一组的极化方向为+N°，第二组的极化方向为-N°，其中，极化方向以垂直于地平线方向为0°，该两组极化阵子构成异极化阵子，其中0°≤N≤180°。进一步的实施例中，第一组极化阵子的极化方向为+45°，第二组极化阵子的极化方向为-45°
步骤1-2、将被测天线及探头置于暗室。
步骤2、分别采集每组极化阵子的待测射频信号，具体步骤为：
步骤2-1、控制其中一组极化阵子发出待测射频信号；
步骤2-2、选择与发出待测射频信号组极化阵子不同组的任意一个极化阵子作为幅相基准面，将其与发出待测射频信号的极化阵子组成一对，并采集该对极化阵子的数据，之后利用该方法采集完所有待测射频信号；
步骤2-3、控制另一组极化阵子发出，重复步骤2-2，直至采集完两组极化阵子的待测射频信号。
步骤3、将步骤2中采集到的射频信号数据传送到幅相对比系统，解析出每组极化阵子的待测射频信号的幅度和相位数值数据；
步骤4、将步骤3中解析出的幅度和相位数值数据传输至测试系统后台处理，计算出每组幅度和相位数值对应的的幅度和相位补偿数值，具体步骤为：
步骤4-1、选取相同极化方向上的任意一个待测射频信号的幅度和相位数值作为参考点，将该参考点组数据实测的幅度和相位数值所对应的幅度和相位补偿数值设定为0；
步骤4-2、根据电磁波空间传播特性，确定相同方向上其余组所对应的幅度和相位补偿数值，具体计算公式为：
式中，表示待测射频信号的幅相数值，Ri表示每个天线阵子单元到探头相位中心的距离，λ表示波长，i表示天线阵子数量。
一种天线幅相一致性测试系统，包括探头、暗室、幅相对比系统、主控计算机以及测试系统后台，其中：
所述主控计算机用于控制有源天线阵发射出待测射频信号；
所述探头固定在暗室中，用于采集有源天线阵发射出的待测射频信号并传送至幅相对比系统，探头的个数等于有源天线的极化方向数，且每个探头的方向分别与对应的极化方向相同。
所述幅相对比系统用于解析出待测射频信号的幅相数值并传送至测试系统后台；
所述测试系统后台用于解析出每组幅相数值对应的的幅相补偿数值。
进一步的实施例中，探头的数量等于有源天线的极化方向数。
测试过程中，基站通过射频线发出射频信号RF-P1～RF-Px到天线阵列的x个不同极化方向的极化阵子，射频信号RF-P1～RF-Px经过暗室环境下的空口传到对面x个不同极化方向的接收探头，探头接收到的信号通过射频传导线到达幅相比对系统，幅相比对系统处理射频信号RF-P1～RF-Px，分离出x个独立的可被计算机识别的数字信号DF-P1～DF-Px，这些数字信号带有射频信号的信息，经过处理数字信号，最终得到数字信号对应的幅度补偿和相位补偿数值，测试过程中，每次通过主控计算机控制一个方向的极化阵子发出射频信号，探头依次采集每个方向上的待测射频信号。
此处x个极化方向的极化阵子对应x个相位角，我们定义为P1°～Px°，-180°≤P1°～Px°≤180°，基于电磁波的物理特性，方向与极化方向相同的探头对同样极化方向的阵子发射出来的能量接收的最多，该探头对于其他极化方向角度的阵子有抑制作用，且在本发明中，x个极化方向的极化阵子对应的频率也是不同的，基于频分的电磁波物理特性，探头对不是同一极化方向的阵子的抑制作用会更大。即同一极化方向的探头和极化阵子会相互通信，不同极化方向的极化阵子和探头之间会相互排斥。
经过上一步骤，在进行每一组测试时，x个探头会接收到x流不同极化方向的射频信号到幅相比对系统，幅相比对系统内部也会自适应的利用x组射频接收器对x流不同极化方向的信号进行接收，每个接收通道上都会有射频信号接收器用于解析射频的幅度和相位信息和模/数转换器将射频模拟信号转换成数字信号，将x流不同的射频信号分别转换成数字信号DF-P1～DF-Px，数字信号DF-P1～DF-Px经过固件和软件的交互会成为软件系统可识别到的信息，即得到了这一组测试过程中x个幅度和相位信息：幅度：I1～Ix；相位：Δφ1～Δφx。
上一步骤即为一组的测试方法，一个天线阵面上有x种不同的极化阵子方向，同一极化方向的阵子会有n个，每一组测试即是对n个同极化方向中的某一个阵子进行测试，因此测试完某一极化方向的n个阵子，需要进行n组测试，测试方法如上；测试完阵面上所有阵子，即需要n*x组测试，测试方法如上遍历。
从而，本发明公开的天线幅相一致性测试方法不需要移动探头检测每个天线阵子，只需要在每个极化方向上设置一个同方向的探头即可，节约了测试成本。
下面结合实施例进行更详细的描述。
实施例1
步骤1、构建天线幅相一致性测试环境，测试系统如图1所示；
步骤1-1、本实施例中，天线阵由若干对极化阵子单元构成，每对极化阵子单元由±45°两个异极化阵子构成，即极化方向为+45°与-45°，因而将极化阵子分为两组，并分别固定一个+45°的探头与一个-45°的探头；
步骤1-2、将有源天线阵及探头置于暗室；
步骤2、分别采集每组极化阵子的待测射频信号，本实施例中单数和偶数各位同意极化类型，即所有的单数为+45°极化方向，所有的偶数为-45°极化方向。
步骤2-1、控制+45°极化方向的极化阵子发出待测射频信号；
步骤2-2、固定-45°极化方向上的任意一个极化阵子作为相参面保持不变，本实施例中固定偶数“2”的极化阵子为相参面，将其与+45°极化方向上的极化阵子两两组成一组逐一采集+45°极化方向的每一个极化阵子的待测射频信号数据。这一步是对+45°极化方向阵子进行遍历，遍历时两两进行，即每次都是偶数“2”的极化阵子与一个+45°极化方向的极化阵子同时发射信号，探头同时采集每两个信号为一对，以此方式对所有的+45°极化方向的极化阵子进行测试，过程中“2”阵子-45°极化方向作为相参面是一直保持某一个稳定态的，被测阵子(偶数)发射的射频信号频率是有规律且各不相同的，测试系统因此可以清晰的分辨出来每个被测阵子(奇数/+45°极化方向)和相参面“2”之间的相位偏差。
步骤2-3、控制-45°极化方向的极化阵子发出待测射频信号，固定+45°极化方向上的任意一个极化阵子作为相参面保持不变，本实施例中固定奇数“1”的极化阵子为相参面，将其与-45°极化方向上的极化阵子两两组成一组，逐一采集-45°极化方向的每一个极化阵子的待测射频信号数据。这一步是对-45°极化方向阵子进行遍历，遍历时两两进行，即每次都是奇数“1”的极化阵子与一个-45°极化方向的极化阵子同时发射信号，探头同时采集每两个信号为一对，以此方式对所有的-45°极化方向阵子进行测试，过程中“1”阵子+45°极化方向作为相参面是一直保持某一个稳定态的，被测阵子(偶数)发射的射频信号频率是有规律且各不相同的，测试系统因此可以清晰的分辨出来每个被测阵子(偶数/-45°极化方向)和相参面“1”之间的相位偏差。
步骤3、将步骤2中采集到的信号数据传送到幅相对比系统，解析出每组极化阵子的待测射频信号射频的幅相数值；
步骤4、将步骤3中解析出的幅相数值传输至测试系统后台处理，计算出每组幅相数值对应的的幅相补偿数值。
步骤4中计算出每组数据对应的幅相补偿数值，具体步骤为：
步骤4-1、选取相同极化方向上的任意一个待测射频信号的幅度和相位数值作为参考点，将该参考点组数据实测的幅相数值所对应的幅相补偿数值设定为0；
步骤4-2、根据电磁波空间传播特性，确定相同方向上其余组所对应的幅相补偿数值，具体计算公式为：
式中，表示待测射频信号的幅相数值，Ri表示每个天线阵子单元到探头相位中心的距离，λ表示波长，i表示天线阵子数量
本实施例中的天线阵有8个极化阵子，1 3 5 7为+45°极化方向，2 4 6 8为-45°极化方向，本发明的测试方法得到一组实际幅相测量数据以及一校准补偿数据如表1所示：
| 阵子(一对) | 实际测量幅度dB | 实际测量相位° | 幅度补偿dB | 相位补偿° |
| 1和2 | -89 | 123 | 0 | 0 |
| 1和4 | -87 | 234 | 1 | 128 |
| 1和6 | -88 | 356 | 3 | 96 |
| 1和8 | -86 | 78 | -2 | 29 |
| 2和1 | -87 | 209 | 0 | 0 |
| 2和3 | -90 | 165 | -1 | 34 |
| 2和5 | -89 | 241 | 2 | 289 |
| 2和7 | -86 | 91 | 0 | 63 |
表1
从表格中我们可以看出，在对两个极化方向的阵子进行补偿时，同一极化方向的阵子均以一个阵子作为参考点(即表格中的0 0)，其余的同极化阵子均向其靠齐，这样我们就可以对所有同极化方向的极化阵子进行幅相配平。每个极化方向的极化阵子均得到一组幅相补偿码，将幅相补偿码转换成基站可识别的格式，基站会利用自身的调幅和调相机制对整个有源天线阵的幅相一致性配平。
Claims (9)
1.一种天线的幅相一致性测试方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤1、构建天线幅相一致性测试环境；
步骤2、分别采集每组极化阵子的待测射频信号；
步骤3、将步骤2中采集到的射频信号数据传送到幅相对比系统，解析出每组极化阵子的待测射频信号的幅度和相位数值数据；
步骤4、将步骤3中解析出的幅度和相位数值数据传输至测试系统后台处理，计算出每组幅度和相位数值对应的的幅度和相位补偿数值。
2.根据权利要求1所述的天线幅相一致性测试方法，其特征在于，步骤1中构建天线幅相一致性测试环境，具体方法为：
步骤1-1、将具有相同极化方向的极化阵子分为同一组，并分别针对每一组设置一个与其对应的探头进行探测；
步骤1-2、将被测天线及探头置于暗室。
3.根据权利要求2所述的天线的幅相一致性测试方法，其特征在于，步骤1-1中所述极化阵子分为两组，第一组的极化方向为+N°，第二组的极化方向为-N°，其中，极化方向以垂直于地平线方向为0°，该两组极化阵子构成异极化阵子，其中0°≤N≤180°。
4.根据权利要求3所述的天线的幅相一致性测试方法，其特征在于，步骤1-1中所述第一组极化阵子的极化方向为+45°，第二组极化阵子的极化方向为-45°。
5.根据权利要求3所述的天线的幅相一致性测试方法，其特征在于，步骤2中分别采集每组极化阵子的待测射频信号，具体步骤为：
步骤2-1、控制其中一组极化阵子发出待测射频信号；
步骤2-2、选择与发出待测射频信号组极化阵子不同组的任意一个极化阵子作为幅相基准面，将其与发出待测射频信号的极化阵子组成一对，并采集该对极化阵子的数据，之后利用该方法采集完所有待测射频信号；
步骤2-3、控制另一组极化阵子发出待测射频信号，重复步骤2-2，直至采集完两组极化阵子的待测射频信号。
6.根据权利要求1所述的天线的幅相一致性测试方法，其特征在于，步骤4中计算出每组幅度和相位数值对应的的幅度和相位补偿数值，具体步骤为：
步骤4-1、选取相同极化方向上的任意一个待测射频信号的幅度和相位数值作为参考点，将该参考点组数据实测的幅度和相位数值所对应的幅度和相位补偿数值设定为0；
步骤4-2、根据电磁波空间传播特性，确定相同方向上其余组所对应的幅度和相位补偿数值。
7.根据权利要求1所述的天线的幅相一致性测试方法，其特征在于，步骤4-2中根据电磁波空间传播特性，确定相同方向上其余组所对应的幅度和相位补偿数值，具体计算公式为：
式中，表示待测射频信号的幅相数值，Ri表示每个天线阵子单元到探头相位中心的距离，λ表示波长，i表示天线阵子数量。
8.一种天线的幅相一致性测试系统，其特征在于，包括探头、暗室、幅相对比系统、主控计算机以及测试系统后台，其中：
所述主控计算机用于控制有源天线阵发射出待测射频信号；
所述探头固定在暗室中，用于采集有源天线阵发射出的待测射频信号并传送至幅相对比系统；
所述幅相对比系统用于解析出待测射频信号的幅相数值并传送至测试系统后台；
所述测试系统后台用于解析出每组幅相数值对应的的幅相位补偿数值。
9.根据权利要求8所述的天线的幅相一致性测试系统，其特征在于，所述探头的数量等于有源天线的极化方向数。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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