CN111447017B - 阵列天线波束赋形快速测试装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及阵列天线波束赋形快速测试装置及其测试方法，该装置包括控制单元以及与阵列天线连接的检测单元，检测单元包括天线、信号处理子单元以及功率检测子单元，天线与信号处理子单元连接，信号处理子单元与功率检测子单元连接，功率检测子单元以及阵列天线分别与控制单元连接。本发明通过设置控制单元以及与阵列天线连接的检测单元，利用天线接收来自阵列天线发出的信号，并传输至信号处理子单元进行信号的放大处理，功率检测子单元检测经过信号处理子单元后的信号强度，并由控制单元读取所有的功率检测子单元所检测到的信号强度，并进行对应的判断和分析，实现快速测试其波束赋形功能是否符合要求，操作简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信，更具体地说是指阵列天线波束赋形快速测试装置及其测试方法。
背景技术
第五代移动通信系统已经正式商用，在5G毫米波频段，有源阵列天线将会大规模应用，从高阶MIMO(多进多出，multiple-in multiple-out)到大规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目前5G技术重要的方向之一。由于引入了有源天线阵列，5G设备支持的天线数量将高达256个，此外，原来的2D天线阵列拓展成为3D天线阵列，形成新颖的3D-MIMO技术，支持多用户波束赋形，减少用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将进一步改善无线信号覆盖性能。
在使用天线之前，需要对于天线的波束赋形进行测试，目前测试天线主要采用传统OTA(空中下载技术，Over The Air)测试，OTA测试虽然测试结果精确，但是操作复杂，用时长，场地要求高，需要微波暗室，一个微波暗室同一时间只能测试一副天线，微波暗室造价极高，造成测试成本高。
因此，有必要设计一种新的装置，实现快速测试其波束赋形功能是否符合要求，操作简单，成本低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供阵列天线波束赋形快速测试装置及其测试方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：阵列天线波束赋形快速测试装置，包括控制单元以及与阵列天线连接的检测单元，所述检测单元包括天线、信号处理子单元以及功率检测子单元，所述检测单元的天线与所述信号处理子单元连接，所述信号处理子单元与所述功率检测子单元连接，所述功率检测子单元以及所述阵列天线分别与所述控制单元连接；
其中，所述阵列天线是m×n矩阵式有源阵列天线，共有m行、n列被测天线32，行与行之间的间距相同，列与列之间的间距相同，行与行之间的间距和列与列之间的间距相同，所述检测单元的天线数量为C(m+2)×D(n+2)，所述检测单元的天线和所述阵列天线中的被测天线的排列方式完全相同，并且所述检测单元的天线的行与列比所述被测天线多两行两列，C不等于0，D不等于0，所述被测天线和所述检测单元的天线完全正对，并且所述检测单元中的多余的两行和两列的天线空置。
其进一步技术方案为：还包括连接板，所述连接板上设有若干个通孔，所述检测单元的天线连接于所述连接板的下端，所述信号处理子单元以及所述功率检测子单元分别连接于所述连接板的上端，且所述检测单元的天线的上端穿过所述通孔，所述检测单元的天线的上端与所述信号处理子单元连接。
其进一步技术方案为：所述信号处理子单元包括信号放大器。
其进一步技术方案为：所述功率检测子单元包括功率检测器。
其进一步技术方案为：所述检测单元的天线为毫米波微带天线。
其进一步技术方案为：所述阵列天线包括PCB板、被测天线、射频单元以及基带单元，所述被测天线连接于所述PCB板的上端，所述射频单元连接于所述PCB板的下端，所述基带单元分别与所述射频单元以及所述控制单元连接，所述检测单元的天线与所述被测天线对齐布置。
其进一步技术方案为：所述PCB板与所述连接板之间连接有角度调节杆。
其进一步技术方案为：所述射频单元包括相位控制器，所述相位控制器与所述基带单元连接。
本发明还提供了阵列天线波束赋形快速测试装置的测试方法，包括：
设置阵列天线与检测单元的位置；
挑选阵列天线中任两个相邻的被测天线，以形成待测天线；
由控制单元控制待测天线发射固定功率电平信号，并获取检测单元所得到的功率电平值，以得到第一功率电平值；
由控制单元控制待测天线所形成的方向图主瓣方向在垂直面上的角度为指定角度，并获取检测单元所得到的功率电平值，以得到第二功率电平值；
计算所述第一功率电平值与第二功率电平值的差值；
判断所述第一功率电平值与第二功率电平值的差值是否均符合性能要求；
若所述第一功率电平值与第二功率电平值的差值均符合性能要求，则所述待测天线合格；
判断阵列天线内所有被测天线是否均测试完毕；
若阵列天线内所有被测天线均测试完毕，则判断所述阵列天线内所有被测天线是否均合格；
若所述阵列天线内所有被测天线均合格，则所述阵列天线合格。
其进一步技术方案为：指定角度包括30°、60°、120°以及150°。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置控制单元以及与阵列天线连接的检测单元，利用天线接收来自阵列天线发出的信号，并传输至信号处理子单元进行信号的放大处理，功率检测子单元检测经过信号处理子单元后的信号强度，并由控制单元读取所有的功率检测子单元所检测到的信号强度，并进行对应的判断和分析，实现快速测试其波束赋形功能是否符合要求，操作简单，成本低。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例提供的阵列天线波束赋形快速测试装置的示意性框图；
图2为本发明具体实施例提供的阵列天线波束赋形快速测试装置与阵列天线的示意性框图；
图3为本发明具体实施例提供的方向图的示意图一；
图4为本发明具体实施例提供的方向图的示意图二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
如图1～4所示的具体实施例，本实施例提供的阵列天线波束赋形快速测试装置，可以运用在对5G毫米波波段波束赋形快速测试过程中。
请参阅图1，上述的阵列天线波束赋形快速测试装置，包括控制单元10以及与阵列天线30连接的检测单元20，检测单元20包括天线21、信号处理子单元22以及功率检测子单元23，天线21与信号处理子单元22连接，信号处理子单元22与功率检测子单元23连接，功率检测子单元23以及阵列天线30分别与控制单元10连接。
利用天线21接收来自阵列天线30发出的信号，并传输至信号处理子单元22进行信号的放大处理，功率检测子单元23检测经过信号处理子单元22后的信号强度，并由控制单元10读取所有的功率检测子单元23所检测到的信号强度，并进行对应的判断和分析，以确定阵列天线30的波束赋形功能是否符合要求，操作简单，成本低。
在一实施例中，请参阅图1，上述的阵列天线波束赋形快速测试装置还包括连接板24，连接板24上设有若干个通孔，天线21连接于连接板24的下端，信号处理子单元22以及功率检测子单元23分别连接于连接板24的上端，且天线21的上端穿过通孔，天线21的上端与信号处理子单元22连接。
在本实施例中，连接板24为一块非金属板，其主要作用是固定整个检测单元20的天线21、信号处理子单元22以及功率检测子单元23。天线21的上端通过毫米波电缆连接信号处理子单元22，连接板24有通孔，毫米波电缆通过通孔连接天线21和信号处理子单元22。
在一实施例中，信号处理子单元22包括信号放大器，信号放大器可以将天线21接收到的信号进行放大处理，并传输至功率检测子单元23进行检测后，传输至控制单元10进行分析。
在一实施例中，上述的功率检测子单元23包括功率检测器。
在一实施例中，上述的天线21为毫米波微带天线21。
在一实施例中，请参阅图2，上述的阵列天线30包括PCB板31、被测天线32、射频单元33以及基带单元34，被测天线32连接于PCB板31的上端，射频单元33连接于PCB板31的下端，基带单元34分别与射频单元33以及控制单元10连接，天线21与被测天线32对齐布置。
在阵列天线30中PCB板31的顶部和底部分别固定被测天线32和射频单元33，该被测天线32为毫米波微带天线21。毫米波微带天线21和射频单元33通常用PCB板31的过孔连接，所有的射频单元33都连接到基带单元34，射频单元33中包含相位控制器，基带单元34可以控制射频单元33的相位控制器使射频信号产生相移。
在一实施例中，射频单元33包括相位控制器，相位控制器与基带单元34连接。
上述的阵列天线30是m×n矩阵式有源阵列天线30，共有m行、n列被测天线32，行与行之间的间距完全相同，列与列之间的间距也完全相同，行与行之间的间距和列与列之间的间距也完全相同，也就是相邻的两个被测天线32之间的间距都是相同的，不管是行的间距还是列的间距，m不小于1，n也不小于1。
在一实施例中，检测单元20的天线21数量为C(m+2)×D(n+2)，检测单元20的天线21和阵列天线30中的被测天线32的排列方式完全相同，并且行与列比被测天线32多两行两列，C不等于0，D不等于0。被测天线32和检测单元20的天线21完全正对，并且检测单元20中的多余的两行和两列的天线21空置。
在一实施例中，请参阅图2，上述的PCB板31与连接板24之间连接有角度调节杆。
角度调节杆有若干个，并且完全相同，角度调节杆的作用是使被测天线32和检测单元20的天线21完全对应并形成在垂直面上的固定角度，比如30°、60°、120°、150°。
上述的装置应用在有源阵列天线30批量生产测试中，采用测试行或列上任意两个相邻的被测天线32形成波束赋形功能来验证阵列天线30是否符合性能要求。
举个例子：以阵列天线30的被测天线A1、A2说明工作原理，首先控制单元10会控制基带单元34使被测天线A1、A2所在的通道输出固定功率的射频信号，控制单元10没有对被测天线A1、A2进行相位控制的时候，被测天线A1、A2的方向图主瓣方向如图3所示，被测天线A1的方向图主瓣方向指向天线C2，被测天线A2的方向图主瓣方向指向天线C3，这时控制单元10会读取天线C1、C2、C3、C4对应的功率检测器检测到的功率电平值Pc1、Pc2、Pc3、Pc4；控制单元10控制基带单元34，使其控制被测天线A1、A2对应的射频单元33的相位控制器，使被测天线A1、A2所形成的方向图主瓣方向在垂直面上的角度为e，e分别为30°、60°、120°以及150°，如图4所示，这时控制单元10读取天线C1，C2，C3，C4对应的功率检测器检测到的功率电平值Pc1e，Pc2e，Pc3e，Pc4e。通过比较Pc1e与Pc1的差值、Pc2e与Pc2差值、Pc3e与Pc3差值、Pc4e与Pc4差值判断被测天线A1、A2是否符号赋形要求，然后用同样的方法判断所有的被测天线32，以此判断阵列天线30是否符合要求。
上述的阵列天线波束赋形快速测试装置，通过设置控制单元10以及与阵列天线30连接的检测单元20，利用天线21接收来自阵列天线30发出的信号，并传输至信号处理子单元22进行信号的放大处理，功率检测子单元23检测经过信号处理子单元22后的信号强度，并由控制单元10读取所有的功率检测子单元23所检测到的信号强度，并进行对应的判断和分析，实现快速测试其波束赋形功能是否符合要求，操作简单，成本低。
在一实施例中，还提供了阵列天线波束赋形快速测试装置的测试方法，包括：
设置阵列天线30与检测单元20的位置；
挑选阵列天线30中任两个相邻的被测天线32，以形成待测天线21；
由控制单元10控制待测天线21发射固定功率电平信号，并获取检测单元20所得到的功率电平值，以得到第一功率电平值；
由控制单元10控制待测天线21所形成的方向图主瓣方向在垂直面上的角度为指定角度，并获取检测单元20所得到的功率电平值，以得到第二功率电平值；
计算第一功率电平值与第二功率电平值的差值；
判断第一功率电平值与第二功率电平值的差值是否均符合性能要求；
若第一功率电平值与第二功率电平值的差值均符合性能要求，则待测天线21合格；
判断阵列天线30内所有被测天线32是否均测试完毕；
若阵列天线30内所有被测天线32均测试完毕，则判断阵列天线30内所有被测天线32是否均合格；
若阵列天线30内所有被测天线32均合格，则阵列天线30合格。
具体地，上述的指定角度包括30°、60°、120°以及150°。
具体地，针对阵列天线30中的任两个相邻的被测天线32，由控制单元10控制待测天线21所形成的方向图主瓣方向在垂直面上的角度为30°、60°、120°以及150°，主瓣是位于天线的方向图上的最大辐射波束；并获取检测单元20所得到的功率电平值，以得到第二功率电平值，由此判断阵列天线30中的任两个相邻的被测天线32在方向图主瓣方向在垂直面上的角度为30°、60°、120°以及150°的角度是否符合要求，只有当所有的被测天线32，且方向图主瓣方向在垂直面上的角度为30°、60°、120°以及150°对应的差值均符合性能要求，阵列天线30才合格。
需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述阵列天线波束赋形快速测试装置的测试方法的具体实现过程，可以参考前述的阵列天线波束赋形快速测试装置实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.阵列天线波束赋形快速测试装置，其特征在于，包括控制单元以及与阵列天线连接的检测单元，所述检测单元包括天线、信号处理子单元以及功率检测子单元，所述检测单元的天线与所述信号处理子单元连接，所述信号处理子单元与所述功率检测子单元连接，所述功率检测子单元以及所述阵列天线分别与所述控制单元连接；
其中，所述阵列天线是m×n矩阵式有源阵列天线，共有m行、n列被测天线32，行与行之间的间距相同，列与列之间的间距相同，行与行之间的间距和列与列之间的间距相同，所述检测单元的天线数量为C(m+2)×D(n+2)，所述检测单元的天线和所述阵列天线中的被测天线的排列方式完全相同，并且所述检测单元的天线的行与列比所述被测天线多两行两列，C不等于0，D不等于0，所述被测天线和所述检测单元的天线完全正对，并且所述检测单元中的多余的两行和两列的天线空置。
2.根据权利要求1所述的阵列天线波束赋形快速测试装置，其特征在于，还包括连接板，所述连接板上设有若干个通孔，所述检测单元的天线连接于所述连接板的下端，所述信号处理子单元以及所述功率检测子单元分别连接于所述连接板的上端，且所述检测单元的天线的上端穿过所述通孔，所述检测单元的天线的上端与所述信号处理子单元连接。
3.根据权利要求2所述的阵列天线波束赋形快速测试装置，其特征在于，所述信号处理子单元包括信号放大器。
4.根据权利要求3所述的阵列天线波束赋形快速测试装置，其特征在于，所述功率检测子单元包括功率检测器。
5.根据权利要求4所述的阵列天线波束赋形快速测试装置，其特征在于，所述检测单元的天线为毫米波微带天线。
6.根据权利要求5所述的阵列天线波束赋形快速测试装置，其特征在于，所述阵列天线包括PCB板、被测天线、射频单元以及基带单元，所述被测天线连接于所述PCB板的上端，所述射频单元连接于所述PCB板的下端，所述基带单元分别与所述射频单元以及所述控制单元连接，所述检测单元的天线与所述被测天线对齐布置。
7.根据权利要求6所述的阵列天线波束赋形快速测试装置，其特征在于，所述PCB板与所述连接板之间连接有角度调节杆。
8.根据权利要求6所述的阵列天线波束赋形快速测试装置，其特征在于，所述射频单元包括相位控制器，所述相位控制器与所述基带单元连接。
9.一种适用于权利要求1至8任一项所述的阵列天线波束赋形快速测试装置的测试方法，其特征在于，包括：
设置阵列天线与检测单元的位置；
挑选阵列天线中任两个相邻的被测天线，以形成待测天线；
由控制单元控制待测天线发射固定功率电平信号，并获取检测单元所得到的功率电平值，以得到第一功率电平值；
由控制单元控制待测天线所形成的方向图主瓣方向在垂直面上的角度为指定角度，并获取检测单元所得到的功率电平值，以得到第二功率电平值；
计算所述第一功率电平值与第二功率电平值的差值；
判断所述第一功率电平值与第二功率电平值的差值是否均符合性能要求；
若所述第一功率电平值与第二功率电平值的差值均符合性能要求，则所述待测天线合格；
判断阵列天线内所有被测天线是否均测试完毕；
若阵列天线内所有被测天线均测试完毕，则判断所述阵列天线内所有被测天线是否均合格；
若所述阵列天线内所有被测天线均合格，则所述阵列天线合格。
10.根据权利要求9所述的阵列天线波束赋形快速测试装置的测试方法，其特征在于，指定角度包括30°、60°、120°以及150°。
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