CN111147160A - 支持5g aas ota带内带外测试的阵面装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，包括固定框架、固定在阵面装置内的极化开关，固定框架两侧均固定有面板；两侧面板上均设有吸波材料层；其中一侧面板上设有满足5G工作频段内测试要求的第一天线；另一侧面板上设有满足5G非工作频段内的抗干扰度和杂散兼容性测试要求的第二天线；第一天线和第二天线根部嵌入在吸波材料层中，固定框架上固定有馈电模块；馈电模块位于两个面板之间；第一天线与极化开关连接，极化开关用于切换第一天线的极化状态，极化开关与馈电模块电连接，固定框架与翻转机构相连；翻转机构用于翻转固定框架以切换固定框架两侧面板上的天线；本发明的装置可满足超宽频带下的测试需求。

Description

支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置

技术领域

本发明属于移动通信基站天线测量领域，特别是一种支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置。

背景技术

目前，5G Massive MIMO有源天线(简称AAS)OTA测量方法是5G通信天线领域中的一个研究热点，已有多家设备生产厂商及仪表厂商提出了各自有针对性的测试方法。

专利号为201810094455.2的专利文献公开了一种基于阵列天线的准平面波生成器，包括二维阵列天线口面、阵列天线单元和阵列天线馈电模块；所述阵列天线单元位于所述二维阵列天线口面的一侧；所述馈电模块分布于阵列天线单元的另一侧，用于为阵列天线单元提供所需要激励的幅度和相位信号；所述准平面波生成器能够实现在距二维阵列天线口面一定距离处(1.5倍口径尺寸为中心的圆柱形区域)形成高质量(即电场幅度变化峰峰值小于2dB，相位变化峰峰值小于15°的)准平面波静区,该准平面波生产器有如下缺点：

该准平面波生成器只能覆盖单一频段，如3.4～3.6GHz，该专利文献通过更换不同二维阵列天线更换频段，没有记载具体的更换方式和天线结构，因此，无法确定其测试频段的带宽，从该文献记载来看，由于其测试距离为近场或中场，故其测试频段应该为5G带内频段，如3.4～5.0GHz，无法满足5G射频信号在非工作频段的抗干扰度和杂散兼容性测试，因此，其测试频段无法满足如1MHz～18GHz的超宽频带下的测试需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，以满足如1MHz～18GHz的超宽频带下的测试需求。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，包括固定框架，还包括固定在阵面装置内的极化开关，所述固定框架两侧均固定有面板；两侧面板上均设有吸波材料层；其中一侧面板上设有满足5G工作频段内测试要求的第一天线；另一侧面板上设有满足5G非工作频段内的抗干扰度和杂散兼容性测试要求的第二天线；所述第一天线和第二天线根部嵌入在吸波材料层中，所述固定框架上固定有馈电模块；所述馈电模块位于两个面板之间，用于为第一天线提供所需要激励的幅度和相位信号；所述第一天线与极化开关连接，所述极化开关用于切换第一天线的极化状态，所述极化开关与馈电模块电连接，所述固定框架与翻转机构相连；所述翻转机构用于翻转固定框架以切换固定框架两侧面板上的天线，并与被测件中心对齐。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本装置一侧面板上设有测试5G工作频段下的性能的第一天线，另一侧面板上设有测试非工作频段的抗干扰度和杂散兼容性的第二天线，通过翻转机构用于切换固定框架两侧面板上的天线，正对被测件，通过正面覆盖5G带内频段，背面覆盖5G带外频段，可用一套平台完成超宽带频段下的测试需求。

(2)所述馈电模块固定在装置内，有利于第一天线与馈电模块接线，布线较短且简单整洁，保证在翻转过程中线路连接的可靠性，同时馈电模块从天线阵面装置内引出的信号接口少，减少了天线阵面装置与仪器仪表之间的信号线，有利于在需要天线阵面装置翻转时，不会出现因为过多的信号线而阻碍翻转的现象，该阵面装置建设成本低、测试频带宽，满足超宽频段下的测试要求、结构简单，操作方便。

(3)第一天线采用双极化天线，可测基站性能；双极化天线阵面装置上的馈电模块连接仪器仪表即可进行测量，只需通过极化开关切换天线阵列中双极化天线的两种极化状态，无需变动第一天线的位置，就可以测量获得两个极化方向的全部测试数据，从而简化了测试流程，提高了测试效率，降低了阵面装置的组建成本。

附图说明

图1为实施例中天线阵面装置侧视图。

图2为第一天线正视图。

图3为第二天线翻转图。

图4为双极化天线与极化开关连接示意图。

图5为双极化天线与极化开关连接爆炸图。

图6为馈电模块与固定框架连接示意图。

图7为阵面装置中的测试电路示意图(含极化开关)。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

实施例1

结合图1-图3，本实施例的一种支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，包括固定框架1、面板2和固定在阵面装置内的极化开关10；所述固定框架1两侧均固定有面板2；一侧面板2上设有第一吸波材料层3和满足5G工作频段内测试要求的第一天线4，另一侧面板2上设有第二吸波材料层3和满足5G非工作频段内的抗干扰度和杂散兼容性测试要求的第二天线5；所述第一天线4和第二天线根5部嵌入在吸波材料层中，所述固定框架1上固定有馈电模块7；所述馈电模块7位于两个面板2之间，用于为第一天线4提供所需要激励的幅度和相位信号；所述第一天线4与极化开关10连接，所述极化开关10用于切换第一天线4的极化状态，所述极化开关10与馈电模块7电连接，所述固定框架1与翻转机构6相连；所述翻转机构6用于翻转固定框架1以切换固定框架1两侧面板2上的天线，并与被测件中心对齐。

结合图4，所述第一天线4为双极化Vivaldi天线，满足5G工作频段内测试要求，一侧面板2上固定有多个非金属材质的连接座9，所述连接座9嵌入在对应侧的第一吸波材料层3中，所述连接座9上与双极化Vivaldi天线根部连接，所述连接座9必须是非金属材质，比如塑料，以免造成电磁波反射，从而引起测试误差，影响测试结果。具体的，所述连接座9嵌入方式：所述第一吸波材料层3具有让位通孔给连接座9让位，吸波材料围绕在连接座9周围，连接座9高度略低于第一吸波材料层3，双极化Vivaldi天线根部嵌在第一吸波材料层3中。所述第一吸波材料层3为铁氧体吸波材料、电介质陶瓷吸波材料、多晶铁纤维吸波材料、导电高分子吸波材料或纳米吸波材料。

由于第一吸波材料层3覆盖在该侧面板2上，造成双极化Vivaldi天线不能直接安装在面板2上，第一吸波材料层3具有一定的厚度，因此，嵌入的连接座9主要起到给双极化Vivaldi天线垫高和固定连接的作用，既保证第一吸波材料层3能够安装，又保证双极化Vivaldi天线方便安装。

所述第二天线5为环天线、微带对数周期天线或双脊喇叭天线，满足5G非工作频段内的抗干扰度和杂散兼容性测试要求，第二天线5通过安装法兰固定在另一侧面板2上，对应该侧面板的第二吸波材料层3的材料为铁氧体吸波材料、电介质陶瓷吸波材料、多晶铁纤维吸波材料、导电高分子吸波材料或纳米吸波材料。

结合图6，所述固定框架1由型材连接而成，馈电模块7通过安装座8固定在固定框架1的型材上，位于两个面板2之间。双极化Vivaldi天线与馈电模块7的前端电连接，馈电模块7的后端连接射频信号线，并将射频信号线牵引至固定框架1外部，用于连接仪器仪表，进行测试。第二天线5连接射频信号线，并将射频信号线牵引至固定框架1外部，直接连接仪器仪表进行测试。

所述馈电模块7与固定框架1固定，有利于双极化Vivaldi天线与馈电模块7接线，布线较短且简单整洁，保证在翻转过程中线路连接的可靠性，同时馈电模块7从天线阵面装置内引出的信号接口会比较少，大概一个-四个之间的信号接口，减少了天线阵面装置与仪器仪表之间的信号线，有利于在需要天线阵面装置翻转时，不会出现因为过多的信号线而阻碍翻转的现象，该阵面装置建设成本低、测试频带宽，满足超宽频段下的测试要求、结构简单，操作方便。

本实施例中，连接座9可拆卸地安装在第一天线4侧面板2上，所述连接座9与面板2通过螺钉固定的，螺钉从面板2的后面的固定框架1拧入到位于面板2前面的连接座9的螺钉孔中，连接座9采用非金属材料，所述面板2可以是金属材料，也可以是非金属材料，只要保证结构强度符合要求就可以了。

本实施例中，所述翻转机构6包括底座6-4、设置在底座6-4上的U形框架6-3、U形框架6-3上端内侧的摆臂6-1、固定在U形框架6-3上的驱动装置6-2；所述固定框架1左右两侧分别与摆臂6-1相连，摆臂6-1左右两侧通过转轴与U形框架6-3连接；所述驱动装置6-2用于驱动转轴旋转以驱动摆臂6-1翻转，从而驱动固定框架1两侧面板2上的天线翻转，以切换固定框架1两侧面板2上的天线，并正对被测件。上述驱动装置6-2可采用带有减速器的步进电机。更进一步的实施方式中，所述U形框架6-3与底座6-4之间还设有滑动机构，使得U形框架6-3能够相对底座6-4水平滑动。所述滑动机构包括设置在底座6-4上的滑轨、设置在U形框架6-3底部的滑块，所述滑块与滑轨配合。所述底座6-4上还固定有直线驱动机构，直线驱动机构与滑块相连；通过如直线步进电机、气缸、液压缸等直线驱动机构驱动滑块沿滑轨滑动。

在上述方案的基础上，优选的，参考图4、图5，所述连接座9内部镂空且内部固定极化开关10。双极化Vivaldi天线的接口贯穿连接座9上的孔与极化开关10的接口连接，极化开关10与馈电模块7的前端电连接，所述极化开关10用于切换双极化Vivaldi天线的极化状态。每个双极化Vivaldi天线与一个极化开关10连接。

双极化Vivaldi天线采用的是快插接口，与之配合地，极化开关10的接口也采用快插接口，这样可以快速安装，同时也可以减少布线。当极化开关10安装在连接座9内时，双极化天线的接口与极化开关10的接口插入式连接。

极化开关10可以控制双极化Vivaldi天线切换两种极化状态，一种为全部选择垂直极化，一种为全部选择水平极化。当然，双极化天线与水平地面保持±45°两种极化方向时也可以测试。在测试基站的发射和接收性能的过程中，本实施例中只需通过极化开关10切换天线阵列中双极化Vivaldi天线的两种极化状态，简化了测试流程，提高了测试效率。另外，如果每个双极化Vivaldi天线不通过极化开关10，而是直接连接到馈电模块7，在天线阵列不发生位置变动的情况下测试基站的性能，则馈电模块7需要两个测试链路来接入一个双极化Vivaldi天线，馈电模块7复杂度会增大，每一个双极化Vivaldi天线的两个测试链路都需要加调幅调相，馈电模块7中的器件数量相当于本方案的馈电模块7的两倍数量，从而增加阵面装置的组件成本。

在本实施例中极化开关10为二选一开关，所述极化开关10既可以选用继电器开关，也可以选用电子开关，还可以使用其他具有相同功能的开关，例如固态开关。

实施例2

本实施例的本实施例的一种支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，包括固定框架1、面板2和固定在阵面装置内的极化开关10；所述固定框架1两侧均固定有面板2；一侧面板2上设有第一吸波材料层3和满足5G工作频段内测试要求的第一天线4，另一侧面板2上设有第二吸波材料层3和满足5G非工作频段内的抗干扰度和杂散兼容性测试要求的第二天线5；所述第一天线4和第二天线根5部嵌入在吸波材料层中，所述固定框架1上固定有馈电模块7；所述馈电模块7位于两个面板2之间，用于为第一天线4提供所需要激励的幅度和相位信号；所述第一天线4与极化开关10连接，所述极化开关10用于切换第一天线4的极化状态，所述极化开关10与馈电模块7电连接，所述固定框架1与翻转机构6相连；所述翻转机构6用于翻转固定框架1以切换固定框架1两侧面板2上的天线，并与被测件中心对齐。

所述第一天线4为双极化喇叭天线，双极化喇叭天线通过螺钉直接固定在面板上，双极化喇叭天线的根部嵌入在第一吸波材料层3中。市场上标准的双极化喇叭天线根部是具有连接法兰的，只需要在面板上设置相应的螺钉孔就可。

结合图6，所述固定框架1由型材连接而成，固定框架1内还设有馈电模块7，馈电模块7通过安装座8固定在固定框架1的型材上，位于两个面板2之间。双极化喇叭天线与馈电模块7的前端电连接，馈电模块7的后端连接射频信号线牵引至固定框架1外部，用于连接仪器仪表，进行测试。第二天线5连接射频信号线，牵引至固定框架1外部，直接连接仪器仪表进行测试。

所述馈电模块7与固定框架1固定时，有利于双极化喇叭天线与馈电模块7接线，布线较短且简单整洁，保证在翻转过程中线路连接的可靠性，同时馈电模块7从天线阵面装置内引出的信号接口会比较少，大概一个-四个之间的信号接口，减少了天线阵面装置与仪器仪表之间的信号线，有利于在需要天线阵面装置翻转时，不会因为过多的信号线而无法阻碍翻转，该阵面装置建设成本低、测试频带宽、结构简介，操作方便。

在上述方案的基础上，优选的，固定框架1内固定极化开关10，极化开关10以开关矩阵模块的形式设置，每个双极化喇叭天线与一个极化开关10连接。极化开关10可以控制双极化天线切换两种极化状态，一种为全部选择垂直极化，一种为全部选择水平极化。当然，双极化天线与水平地面保持±45°两种极化方向时也可以测试。在测试基站的辐射功率和方向图的过程中，本实施例中只需通过极化开关10切换天线阵列中双极化喇叭天线的两种极化状态，简化了测试流程，提高了测试效率。另外，如果每双极化喇叭天线不通过极化开关10，而是直接连接到馈电模块7，在天线阵列不发生位置变动的情况下测试基站的辐射功率和方向图，则馈电模块7需要两个测试链路来接入一个双极化喇叭天线，馈电模块7复杂度会增大，每一个双极化喇叭天线的两个测试链路都需要加调幅调相，馈电模块7中的器件数量相当于本方案的馈电模块7的两倍数量，从而增加阵面装置的组件成本。

所述测试非工作频段的抗干扰度和杂散兼容性的天线、翻转机构6及对应连接方式与实施例一中相同。

如图7，上述所有实施例中的馈电模块包括多路测试链路，每一路测试链路由衰减芯片ATT和移相芯片DP连接而成，ANT1-ANT256代表256个第一天线组成天线阵列，SW1-SW256代表256个极化开关，在采用了极化开关时，一个第一天线通过一个极化开关与一路测试链路连接，所有测试链路经过合路器后合为一路，与仪器仪表连接。

在不采用极化开关时，一个第一天线直接连接馈电模块中的两路测试链路。

上述所有实施例中的被测件指5G Massive MIMO有源天线(简称AAS)。

本发明的工作原理：

根据测试项的测试需求选择使用第一天线，保证第一天线正对被测件，且中心对齐。阵面装置连接仪器仪表，按如下步骤开始测试：

测试上行信号时，切换极化开关，控制双极化天线处于一种极化状态，仪表发出测试信号，信号进入馈电模块经过调幅和调相处理后输出激励信号，激励信号经极化开关进入到双极化天线，由双极化天线将其转化为电磁波信号向被测件方向辐射，到特定区域形成准平面波信号，被测件设于所述特定区域内，被测件接收到该信号后，自行解析，得到测试结果。在一种极化状态下完成测试后，切换极化开关，控制双极化天线处于另一种极化状态，同理，继续测试。

测试下行信号时，切换极化开关，控制双极化天线处于一种极化状态，被测件发射射频信号，由于互易原理，此时被测件发射射频信号至天线阵列，双极化天线接收射频信号并转化为感应信号，感应信号到达功率监测单元，耦合链路上的功率检波管对感应信号进行衡量，判断感应信号功率是否过大，因为感应信号功率过大，输入至馈电模块，会造成信号的功率压缩。而直通链路上的信号进入馈电模块经过调幅和调相处理后输出准平面波信号，最终进入仪器仪表，进行解析，得到测试数据。切换极化开关，控制极化天线处于另一种极化状态，同理，继续测试。

此过程适用的测试频段为5G带内频段，如3.4-5.0GHz。

根据测试项的测试需求选择使用第二天线，控制翻转机构，保证第二天线正对被测件，且中心对齐。阵面装置连接仪器仪表，按如下步骤开始测试：

测试上行信号时，仪表发射测试信号，进入到第二天线，通过第二天线辐射，被测件接收到该信号后，自行解析，得到阻塞测试结果。

测试下行信号时，被测件发射射频信号，射频信号进入第二天线，并转化为感应信号，最终进入仪器仪表，进行解析，得到杂散测试数据。

此过程适用的测试频段为5G带外频段，如1MHz-3GHz，6-18GHz。

在传统的基站射频测试中，主要关注的是两个方面：一为5G基站带内性能，指的是发射频段和接收频段内的测试指标，二为5G基站带外性能，指的是杂散辐射和阻塞测试指标。杂散的意思是除去发射频段外，在其他频率产生的杂散信号，如多次谐波，会对其他通信系统产生干扰，故一般测试1MHz～12.75GHz或五倍发射频率处。阻塞的意思是在5G基站受到别的通信系统干扰下的吞吐量和误码率测试，与杂散测试频率相近。

现有的平面波生成器中，第一天线主要采用的是双极化喇叭天线或双极化Vivaldi天线，无论采用哪一种，都无法满足1MHz～18GHz这么宽频范围的测试要求，故只能测试5G工作频段内的性能，这样就很难用一套测试平台测试所有的项目。

而杂散和阻塞测试的信号可以不需要平面波条件，采用中场距离法即可完成。通过在平面波生成器的背面安装其他频段的第二天线5，如环天线、微带对数周期天线和双脊喇叭天线，这几种天线是EMC测试中常用的天线种类，能够覆盖从9KHz～40GHz的测试范围。在测试带外指标前，将平面波生成器翻转，使得背面的第二天线5正对被测件，即可进行测试。

由于当前通信频段涵盖了2G,3G,4G,5G，5G还分为了sub 6GHz和毫米波频段，比如2G最低有400MHz，5G的毫米波高达40GHz，所以即使是一种双极化喇叭天线或者双极化Vivaldi天线，也很难使得平面波生成器满足宽频段范围的测试要求。通过正面覆盖5G带内频段，背面覆盖5G带外频段，这样就可用一套平台完成多种被测件的测试。

Claims (9)

1.一种支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，包括固定框架(1)，其特征在于，还包括固定在阵面装置内的极化开关(10)，所述固定框架(1)两侧均固定有面板(2)；两侧面板(2)上均设有吸波材料层(3)；其中一侧面板(2)上设有满足5G工作频段内测试要求的第一天线(4)；另一侧面板(2)上设有满足5G非工作频段内的抗干扰度和杂散兼容性测试要求的第二天线(5)；所述第一天线(4)和第二天线根(5)部嵌入在吸波材料层中，所述固定框架(1)上固定有馈电模块(7)；所述馈电模块(7)位于两个面板(2)之间，用于为第一天线(4)提供所需要激励的幅度和相位信号；所述第一天线(4)与极化开关(10)连接，所述极化开关(10)用于切换第一天线(4)的极化状态，所述极化开关(10)与馈电模块(7)电连接，所述固定框架(1)与翻转机构(6)相连；所述翻转机构(6)用于翻转固定框架(1)以切换固定框架(1)两侧面板(2)上的天线，并与被测件中心对齐。

2.根据权利要求1所述的支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，其特征在于，所述第二天线(5)为环天线、微带对数周期天线或双脊喇叭天线。

3.根据权利要求1所述的支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，其特征在于，所述第一天线(4)为双极化喇叭天线。

4.根据权利要求1所述的支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，其特征在于，所述第一天线(4)为双极化Vivaldi天线。

5.根据权利要求4所述的支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，其特征在于，一侧面板(2)上固定有多个非金属材质的连接座(9)；所述连接座(9)嵌入在对应侧的吸波材料层(3)中，所述连接座(9)上设置双极化Vivaldi天线。

6.根据权利要求1所述的支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，其特征在于，所述翻转机构(6)包括底座(6-4)、设置在底座(6-4)上的U形框架(6-3)、U形框架(6-3)上端内侧的摆臂(6-1)、固定在U形框架(6-3)上的驱动装置(6-2)；所述固定框架(1)左右两侧分别与摆臂(6-2)相连；所述驱动装置(6-2)用于驱动摆臂(6-1)旋转。

7.根据权利要求6所述的支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，其特征在于，所述U形框架(6-3)与底座(6-4)之间还设有滑动机构，使得U形框架(6-3)能够相对底座(6-4)水平滑动。

8.根据权利要求7所述的支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，其特征在于，所述滑动机构包括设置在底座(6-4)上的滑轨、设置在U形框架(6-3)底部的滑块，所述滑块与滑轨配合。

9.根据权利要求8所述的支持5G AAS OTA带内带外测试的阵面装置，其特征在于，所述底座(6-4)上还固定有直线驱动机构，所述直线驱动机构与滑块相连，用于驱动滑块沿滑轨滑动。

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