CN110535538B

CN110535538B - 测量设备和测量方法

Info

Publication number: CN110535538B
Application number: CN201811028232.2A
Authority: CN
Inventors: 科比特·罗威尔; 樊尚·阿巴迪; 亚当·坦基伦
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2022-09-23
Anticipated expiration: 2038-09-04
Also published as: CN110535538A; EP3572820A1; EP3572820B1; US10996252B2; US20190361060A1

Abstract

本发明提供测量设备和测量方法。本发明涉及通过包括射频透镜的测量设备进行射频信号的测量，其中的射频透镜用于将反射器的顶点映射到虚拟顶点。因此，可以在反射器的顶点或者在借助射频透镜生成的虚拟顶点执行射频信号的测量。

Description

测量设备和测量方法

技术领域

本发明涉及测量设备。本发明还涉及测量方法。

背景技术

虽然理论上适用于任何无线测量设备，但是此后将结合无线通信设备的测试来描述本发明及其潜在的问题。

随着高速无线数据通信的进步，用于电子设备之间的通信的无线通信系统的使用持续增多。

用于这样的通信系统的设备的开发或生产中，有必要针对符合通信标准和法规对这些设备进行全面地测试。

为此，测试无线通信设备可以包括分析无线通信设备的射频发射。在一些情况下，通信设备可以不只发射一个或多个期望频率或频率范围相关的无线信号。而且，还可能由于谐波或任何其他原因，还发射不需要的射频发射。这样不需要的射频发射可以表示为杂散发射(spurious emission)。例如，针对ITU-R SM.329-7的提议中讨论的杂散发射。

为了在测试无线设备时测量杂散发射，可能期望执行无线设备的带中(in-band)信号的窄带测量和杂散发射的宽带测量。

在该背景下，本发明解决的问题是提供无线设备的多用途且简单的测量。

发明内容

本发明利用具有独立权利要求的特征的测量设备和测量方法来解决该问题。另外的实施例是从属权利要求的主题。

根据第一方面，提供了一种用于测量射频信号的测量设备。测量设备包括反射器、射频透镜和第一天线。反射器适于将射频信号聚焦到反射器的预定顶点。第一天线适于接收射频信号和/或发射射频信号。特别地，第一天线布置在反射器的顶点以外。射频透镜布置在反射器的顶点与第一天线之间，特别是第一天线的相位中心。

根据第二方面，提供了一种用于测量射频信号的测量方法。测量方法包括通过第一天线接收射频信号和/或通过第一天线发射射频信号的步骤。第一天线布置在反射器的顶点以外，其中反射器将射频信号聚焦到该顶点。另外，射频透镜布置在反射器的顶点与第一天线之间，特别是第一天线的相位中心。

本发明基于以下事实：测量射频信号，尤其是为了测试无线设备而测量射频信号可能需要测量与窄频带相关的带中信号，并且还测量其他的信号，例如与宽频带范围相关的杂散发射等。因此，不同类型的天线可以用于测量窄频带相关的信号，以及宽频率范围相关的信号。

然而，当通过多于一个的数量的天线来测量射频信号时，单个天线必须位于不同的空间位置。可替换地，不同的天线可以依次位于测量射频信号的相同空间位置。测量设备中的这样的变型需要用于绕所有天线移动的复杂系统。

因此，本发明的思想是提供一种能够测量射频信号的测量设备，特别是在反射器的预定顶点处的射频信号，其中单个天线可以位于不同的空间位置。特别地，本发明的思想是在测量设备中使用附加的射频透镜。这样的射频透镜可以将反射器的顶点映射到不同空间位置处的虚拟顶点。因此，附加的天线可以位于由射频透镜提供的相应虚拟顶点处。

反射器可以是适合反射射频信号的任何种类的反射器。例如，反射器可以是抛物线或圆柱形。然而，还可以是用于将射频波聚焦到预定顶点的任何其他形状的反射器。顶点可以位于例如反射器的中心，或者位于反射器中心以外的位置。

射频透镜可以是适合反射射频信号的电磁波的设备。特别地，射频透镜可以具有预定焦点。因此，反射器的顶点与射频透镜之间的距离，以及射频透镜与天线之间的距离，特别是天线的相位中心，可以根据射频透镜的焦点来设置。射频透镜可以包括用于反射射频波的任何适当的材料。此外，射频透镜的尺寸和形状可以适用于测量设备的期望性质。

第一天线可以是足以执行所需测量的任何类型的天线。特别地，天线的带宽根据期望的测量要求来调整。例如，可以选择只有几千赫兹(kHz)或兆赫兹(MHz)的窄带宽的天线用于测量带中信号。可替换地，可以选择数千赫兹、兆赫兹或甚至千兆赫兹带宽的天线用于测量宽带信号，如杂散发射。因此，可以根据期望的测量要求来选择天线的类型。天线还可以包括用于连接测量线缆或直接连接至测量设备的连接器。

利用上述测量设备、天线，特别是天线的相位中心可以位于反射器的顶点以外的空间位置。借助射频透镜，反射器的顶点可以映射到虚拟顶点，尤其是天线的相位中心处的虚拟顶点。因此，即使天线位于反射器的顶点以外的空间位置，天线也可以测量由反射器聚焦的射频信号。

本发明的其它实施例是参考附图的其它从属权利要求和以下描述的主题。

在可能的实施例中，射频透镜适于将第一天线的波束过焦(over-focus)。特别地，第一天线的相位中心可以过焦至反射器的顶点。通过这种方式，创建反射器的虚拟顶点。

反射器的顶点与借助射频透镜创建的虚拟顶点之间的距离可以取决于射频透镜的焦点。通过这种方式，反射器的顶点可以移位到另一空间位置，因此天线可以位于反射器的顶点以外的空间位置。因此，反射器的顶点仍能够使用，例如用于通过附加的射频传感器进行的另外测量。

在可能的实施例中，第一天线安装在相对于反射器的固定位置。此外，射频透镜也可以安装在固定位置。

特别地，第一天线可以位于由射频透镜创建的虚拟顶点处。因此，可以借助简单的安装结构将射频透镜和第一天线安装在固定的位置。这样的固定安装结构能够易于以低加工成本来实现。然而，反射器的顶点仍能够用于另外的测量目的。

在替换的实施例中，测量设备还包括机械定位结构。机械定位结构可以适用于搭载第一天线。另外，机械定位结构可以将第一天线四处移动。

通过这种方式，可以将第一天线远离虚拟顶点移动。因此，甚至可以为了另外的测试目的，将第一天线替换为另一天线。

在可能的实施例中，机械定位结构可以适于将第一天线移动到反射器的顶点。通过将天线移动到反射器顶点的空间位置，可以在对射频透镜没有任何影响的情况下执行替换的测量。因此，可以提高测量的灵活性。

在可能的实施例中，反射器可以是紧凑天线测试范围(CATR)的反射器。

CATR是包括反射器的公知天线结构。因此，通过将CATR结构与用于生成反射器的虚拟顶点的射频透镜进行组合，能够实现非常灵活的测量设备。

在可能的实施例中，测量设备还包括第二天线和可移动天线载体。可移动天线载体可以适于搭载第二天线并且绕第二天线移动。特别地，第二天线可以移动到第一位置，使得第二天线位于反射器的顶点。可替换地，第二天线可以移动到第二位置，使得第二天线位于反射器的顶点以外。

因此，当将第二天线移动到反射器的顶点时，可以通过第二天线来执行射频信号的测量。即使不必绕第一天线和射频透镜移动，也能够借助第二天线执行这样的测量。此外，通过简单地将第二天线从反射器的顶点移开时，可以通过第一天线来执行射频测量。通过这种方式，能够实现用于通过第一天线或通过第二天线替换地测量射频信号的非常简单的配置。

可移动天线载体和/或机械定位结构例如可以包括导轨或轨道，以及搭载相应天线的滑块。可移动测试天线载体和/或机械定位结构还可以包括带有轮子的滑块或者仅仅是机械保持设备，该机械保持设备未固定到地面因此可以被携带到所需位置。

在可能的实施例中，第一天线和/或第二天线可以包括喇叭天线。喇叭天线是非常适合在预定的相位中心处测量射频信号的天线。然而，应当理解的是，任何其他种类的天线，例如微带天线或任何其他种类的天线也可以用于测量射频信号。

在可能的实施例中，第一天线或者第二天线可以包括宽带天线。

此外，第一天线和第二天线中的另外的天线可以包括窄带天线。通过这种方式，能够实现借助常用测量设备来测量宽带信号和窄带信号的布置。

在可能的实施例中，第一天线的带宽不同于第二天线的带宽。

如上面已经提到，多个天线中的一个天线可以是宽带宽的天线，而另外的天线可以是窄带宽的天线。然而，第一天线和第二天线还可以关于任何其他的射频性质不同。例如，第一天线和第二天线可以适于在不同频率范围执行测量。通过这种方式，测量设备可以覆盖多个测量范围。

在可能的实施例中，测量设备可以包括测量处理器。测量处理器可以耦合到第一天线和第二天线。另外，测量处理器可以适于当第二天线移动到第一位置时执行第一测量，并且测量处理器可以当第二天线移动到第二位置时执行第二测量。

特别地，如果第二天线位于反射器的顶点，则测量处理器可以基于第二天线提供的信号来执行测量。替换地，如果第二天线位于反射器的顶点以外，测量处理器可以基于与第一天线相关的射频信号来执行测量，并且因此借助第一天线在虚拟顶点处测量射频信号。因此，测量处理器可以基于由不同测量天线提供的射频信号来执行测量。

测量处理器例如可以包括具有对应指令的通用处理器。进一步，测量处理器可以包括耦合到处理器的接口元件，该接口元件从天线接收测量结果并且将接收到的信号提供给处理器。这样的接口元件例如可以包括模数转换器，该模数转换器将接收到的信号转换为处理器可以处理的数字数据。这样的专用模数转换器例如可以经由串行或并行数字接口耦合到处理器。在数模转换器与输入端口模拟元件之间，可以提供例如包括电阻器、电容器和电感器的滤波器。

应当理解的是，在可能的实施方式中，也可以提供专用测量设备。专用测量设备可以耦合到天线并且可以例如是矢量网络分析器、示波器等。

在可能的实施例中，测量设备可以包括测量腔室，该测量腔室可以容纳第一天线、第二天线和待测设备。

测量腔室可以包括在测量期间将测量设备与任何外界干扰或扰动隔离的罩体或保护壳体。应当理解的是，测量腔室还可以包括门或可密封的开口，其用于进入测量腔室的内部以例如将待测设备放置在测量腔室中。

在可能的实施例中，测量腔室可以包括消声腔室。

消声腔室是被设计为完全吸收电磁波的反射的测量腔室。消声腔室的内表面可以覆盖辐射吸收材料(RAM)。RAM被设计和成型为尽可能有效地吸收入射的RF辐射。电磁兼容性和天线辐射图案中的测量需要从测试设置生成的信号(例如反射)是可忽略的，从而避免引起测量错误和模糊的风险。

利用消声腔室，因此可以提高利用测量设备执行测量的质量。

尤其是对于像移动电话或实物互联网(IoT)设备的较小设备，因为辐射表面相对小，所以小型消声腔室足以执行一致测试。

利用本发明，因此可以执行待测设备的杂散发射的测量，例如无线通信设备，如移动电话、基站和IoT设备或任何其他无线设备。特别地，可以测量与多个频率相关的杂散发射。由于至少一个天线可以位于反射器的顶点以外，所以多于一个数量的天线可以用于测量带中信号和杂散发射。因此，单个天线可以适于各自的测量要求。

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说明的示例性实施例来详细说明本发明，其中：

图1示出了根据本发明的测量设备的实施例的框图；

图2示出了根据本发明的测量设备的另一实施例的框图；

图3示出了根据本发明的测量设备的又一实施例的框图；

图4示出根据本发明的测量方法的实施例的流程图。

附图旨在提供对本发明的实施例的进一步理解。它们示出实施例并且结合说明有助于说明本发明的原理和概念。参照附图，其它实施例和所提及的许多优点变得清楚。附图中的元件不一定按比例示出。

在附图中，除非另有说明，在每种情况下，类似的、功能上等价并且相同地操作的元件、特征和部件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出根据实施例的测量设备100的框图。测量设备包括反射器10、射频透镜20和第一天线30。另外，测量设备可以包括测量处理器50。

测量设备100的发射器10可以是用于将射频信号聚焦在预定顶点V处的任何种类的适合的反射器。例如，反射器可以为抛物线或圆柱形。反射器的顶点V可以位于反射器10的主轴。特别地，反射器10的顶点V可以位于反射器10的中心。然而，顶点V还可以位于偏移(off-set)位置，特别是相对于反射器10的中心的偏移位置。因此，平行的射频波可以通过反射器10聚焦在顶点V。

天线30可以位于反射器10的顶点V以外。例如，天线30可以是喇叭天线。然而，也可以是用于接收和/或发射射频信号的任何其他适合的天线。天线30的端子可以与测量处理器50连接。因此，由第一天线接收的射频信号可以提供给测量处理器50。另外地或者可替换地，第一天线30可以发射由测量处理器50生成的射频信号。

射频透镜20可以在空间上位于顶点V与第一天线30之间。特别地，反射器10、射频透镜20和第一天线30的布置可以布置为使得反射器10的顶点V被映射到位于第一天线30的相位中心的虚拟顶点V'。换言之，反射器10的顶点V过焦至第一天线30的相位中心。通过这种方式，即使第一天线30在空间上位于反射器10的顶点V以外，第一天线30也可以测量射频信号。因此，反射器10的顶点仍能够使用，例如用于借助另一设备的另外测量。

图2示出根据另外实施例的测量设备100的框图。图2的实施例主要与关于图1的先前实施例对应。因此，关于图1的相应说明对于本实施例仍然有效。

图2的实施例与先前实施例的不同之处在于，根据图2的测量设备还包括机械定位结构35。机械定位结构35可以搭载第一天线30。因此，可以借助机械定位结构35将第一天线30四处移动。特别地，可以将第一天线30从虚拟顶点V'移开。例如，可以将第一天线30移动到反射器10的顶点V。因此，还可以将虚拟顶点V'处的测量与顶点V处的测量进行比较。

此外，还可以将一个或多个数量的另外的天线31布置在机械定位结构35上。在此情况下，机械定位结构35替换地可以将多个天线30、31中的一个天线移动到虚拟顶点V'。因此，还可以在虚拟顶点V'处借助不同的天线30、31执行测量。

图3示出测量设备100的另外实施例。图3的测量设备100主要与先前描述的测量设备对应。因此，关于先前实施例的描述也适用于图3的实施例。

图3的实施例与先前所述的实施例的不同之处在于，另外的第二天线可以位于反射器10的顶点V处。例如，第二天线40可以布置在可移动天线载体45上。可移动天线载体45可以将第二天线40移动到反射器10的顶点V，或者将第二天线40移动到顶点V以外的位置。因此，如果第二天线40位于反射器10的顶点V处，第二天线40可以接收反射器10的顶点处的射频信号，或者第二天线40可以发射射频信号。

可替换地，如果第二天线40被移动到顶点V以外的位置，可以借助位于虚拟顶点V'的第一天线来测量射频信号。通过这种方式，可以借助于两个不同的天线来执行测量，也就是第一天线30和第二天线40。

因此，不同类型的天线可以用于执行测量。例如，第一天线30或第二天线40中的一个天线可以是宽带天线，而另外的天线可以是具有窄带宽的天线。此外，对于第一天线30和第二天线40，天线的一个或多个特征性质也可以不同。例如，天线可以适于接收与不同频率范围相关的射频信号，特别地不覆盖或可以只部分覆盖的频率范围。应当理解的是，第一天线30和第二天线40的任何其他性质也可以适用于适合的测量目的。

例如，第一天线30可以是宽带天线。这样的宽带天线可以例如用于测量待测设备的杂散发射。由于杂散发射可能涉及相对宽的频率范围，因此可以相应地配置相应的天线。此外，第二天线40可以配置用于接收和/或发射待测设备的带中信号。因此，为了该目的，第二天线可以适于与带中信号相关的相对窄的频率范围。因此，由于第二天线40的带宽相对小，所以可以更有效地接收带中信号。

因此，可以通过将第二天线移动到反射器10的顶点V之外来执行例如用于测量杂散发射的宽带测量。此外，为了测量带中信号，可以将第二天线40移动到反射器10的顶点V。然而，应当理解的是，还可以使用宽带天线作为第二天线40，并且将具有用于带中通信的窄带宽的天线作为第一天线30。

测量设备，特别是反射器10、第一天线30和射频透镜20，以及如果需要的情况下的第二天线40，可以布置在测量腔室中，特别是消声腔室中。

在下面基于图4的方法的描述中，为了清楚，将保持在基于图1至图3的测量设备100描述中上面所使用的附图标记。

图4示出用于测量射频信号的测试方法的流程图。测量方法包括步骤S1，通过第一天线30接收射频信号和/或通过第一天线30发射射频信号。特别地，第一天线30可以布置在反射器10的顶点V以外，其中反射器10将射频信号聚焦到顶点V。另外，射频透镜20可以布置在反射器10的顶点V与第一天线之间，特别是第一天线30的相位中心。

此外，第二天线40可以用于替换地通过第一天线30或第二天线40来测量射频信号。在此情况下，为了执行步骤S1，第二天线40可以移动到发射器10的顶点V以外，用于执行第一测量。在步骤S2中，第二天线40可以移动到发射器10的顶点V处，用于执行第二测量。

总之，本发明涉及通过包括射频透镜的测量设备进行射频信号的测量，其中的射频透镜用于将反射器的顶点映射到虚拟顶点。因此，可以在反射器的顶点或者借助射频透镜生成的虚拟顶点执行射频信号的测量。

尽管在此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。

附图标记列表

100 测量设备

10 反射器

20 射频透镜

30、31 天线

35 机械定位结构

40 第二天线

45 可移动天线载体

50 测量处理器

V 反射器的顶点

V’ 虚拟顶点

Claims

1.一种用于测量射频信号的测量设备(100)，包括：

反射器(10)，其适于将射频信号聚焦到所述反射器(10)的预定顶点(V)；

第一天线(30)，其适于接收射频信号和/或发射射频信号，所述第一天线(30)布置在所述反射器(10)的顶点(V)以外；

射频透镜(20)，其布置在所述反射器(10)的顶点(V)与所述第一天线(30)之间；

第二天线(40)，其用于测量射频信号；以及

可移动天线载体(45)，其适于搭载所述第二天线(40)并且将所述第二天线(40)移动到第一位置，使得所述第二天线(40)位于所述反射器(10)的顶点(V)，或者将所述第二天线(40)移动到第二位置，使得所述第二天线(40)位于反射器(10)的顶点(V)以外。

2.根据权利要求1所述的测量设备(100)，其中所述射频透镜(20)适于将所述第一天线(30)的波束过焦到所述反射器(10)的顶点(V)。

3.根据权利要求1或2所述的测量设备(100)，其中所述第一天线(30)安装在相对于所述反射器(10)的固定位置。

4.根据权利要求1或2所述的测量设备(100)，包括机械定位结构(35)，其适于搭载所述第一天线(30)并且绕所述第一天线(30)移动。

5.根据权利要求4所述的测量设备(100)，其中所述机械定位结构(35)适于将第一天线(30)移动到所述反射器(10)的顶点(V)。

6.根据权利要求1所述的测量设备(100)，其中所述反射器(10)是紧凑型天线测试范围的反射器。

7.根据权利要求1所述的测量设备(100)，其中所述第一天线(30)和/或所述第二天线(40)包括喇叭天线。

8.根据权利要求1所述的测量设备(100)，其中所述第一天线(30)或者所述第二天线(40)包括宽带天线。

9.根据权利要求1所述的测量设备(100)，其中所述第一天线(30)的带宽不同于所述第二天线(40)的带宽。

10.根据权利要求1所述的测量设备(100)，包括测量处理器(50)，所述测量处理器(50)耦合到所述第一天线(30)和所述第二天线(40)，所述测量处理器(50)适于：如果所述第二天线(40)位于所述第一位置则执行第一测量，如果所述第二天线(40)位于所述第二位置则执行第二测量。

11.根据权利要求1所述的测量设备，包括测量腔室，所述测量腔室容纳所述反射器(10)、所述射频透镜(20)和所述第一天线(30)。

12.根据权利要求11所述的测量设备，其中所述测量腔室包括消声腔室。

13.一种用于测量射频信号的测量方法，包括：

通过第一天线(30)接收(S1)射频信号和/或通过所述第一天线(30)发射射频信号，

其中所述第一天线(30)布置在反射器(10)的顶点(V)以外，所述反射器(10)将射频信号聚焦在所述顶点(V)，并且射频透镜(20)布置在所述反射器的顶点(V)与所述第一天线(30)的相位中心之间；

将第二天线(40)移动(S2)到所述反射器(10)的顶点(V)并且执行第一测量；以及

将所述第二天线(40)移动(S1)到所述反射器(10)的顶点(V)以外并且执行第二测量。