CN112034266B - 一种毫米波多馈源紧缩场测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种毫米波多馈源紧缩场测试系统，包括九个不同位置的毫米波馈源(1,2,3,4,5,6,7,8,9)，一个反射面(10)、转台系统(11)，一个直漏挡板(14)、一个待测天线(15)和一个参考天线(16)。中心馈源的相位中心位于反射面焦点，其他八个馈源位于焦点附近，每个馈源与中心馈源的相对位置根据静区位置、静区偏转角度与反射面的几何尺寸决定。进行毫米波天线测量时，通过快速切换不同馈源的工作状态和极化方式，可以同时多角度对天线进行方向图测试，大大提升毫米波天线的测试效率。

Description

一种毫米波多馈源紧缩场测试系统

技术领域

本发明涉及紧缩场测试系统的技术领域，具体涉及一种毫米波多馈源紧缩场测试系统。

背景技术

目前，5G即将进入商用阶段，但是在正式商用之前，还有很多问题亟待解决，各家移动通信厂商仍在进行相关的5G技术试验。而作为5G关键的技术之一的毫米波技术，具有许多尚未解决的复杂问题。毫米波设备由于工作频率高，带宽大，从而逐步向电路、芯片元器件高集成化方向发展。在毫米波基站射频单元以及其它毫米波设备上不具备传统使用电缆测试的射频传导接口，仅能采用空口OTA方式进行测量。因此，5G毫米波的测试尤其是测试效率成为全球业界的难点。我国急需研发和建设高效的5G毫米波测试系统，通过该系统可以对业界最新的5G毫米波设备进行射频、天线指标以及系统指标的综合测试。高效准确的测量技术能够极大的推进毫米波技术的研发进度，为5G设备后来的大规模生产、装配发挥重要作用。

多馈源系统通常用于大型发射面系统中，用来形成多个波束，指向不同的角度。传统上利用紧缩场进行天线测试时，一般只由一个位于反射面焦点的馈源发射信号，位于紧缩场静区的待测天线接收信号，从而测出基站天线的方向图信息。本发明结合毫米波测试系统的需求以及多馈源系统技术，提出一种新的毫米波多馈源紧缩场测试系统。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种毫米波多馈源紧缩场测试系统，该测试系统能显著提高毫米波设备的测试效率。

本发明的构思如下：由于毫米波在空间中传输损耗很大，所以选择紧缩场作为毫米波测试的场地，减小了测试所需的空间，使毫米波测试具有更小的空间损耗。由于对毫米波设备进行测试时需要对三维空间进行全覆盖逐点扫描，需要耗费大量的测试时间，因此本发明针对上述技术限制，提出了一种毫米波多馈源紧缩场测试系统，通过在三维空间多点同时扫描来大大缩短测试时间，提高了测试效率。

根据上述的发明的构思，本发明采用如下技术方案：

首先设计毫米波多馈源紧缩场中多个馈源间的相对位置。该多馈源系统由九个馈源1,2,3,4,5,6,7,8,9组成，其中，第五馈源5的相位中心位于紧缩场反射面10的焦点位置，在反射面10确定的坐标系下，第四、第六馈源4，6位于第五馈源5的水平两侧，且具有相等的间距；第二、第八馈源2，8位于第五馈源5的上下两侧，其间距可以不等。第一、第三馈源1，3位于第二馈源2的水平两侧，且具有相等的间距；第七、第九馈源7，9位于第八馈源8两侧，且具有相等的间距。两个馈源间距主要由所需静区偏转角度决定，相同的静区偏转角度对应相同的馈源间距。为了确保静区的性能良好，静区的偏转角度在4°以内。两个馈源间的最小间距需要大于最低工作频率的一倍波长，保证馈源间具有一定的隔离度；另外，垂直方向的三排馈源与反射面顶点的z向距离从下到上依次增加，这样一方面可以形成更好的静区，另一方面可以确保馈源照射反射面中心时，上方馈源对下方馈源影响最小。九个馈源1,2,3,4,5,6,7,8,9采用同样的天线类型，确保馈源本身类型对紧缩场静区没有影响。馈源采用双极化，可以通过切换开关来控制不同极化的同时测量。

馈源直漏、馈源间互耦以及馈源支架对馈源方向图会存在影响，因此考虑设计一个挡直漏挡板，馈源支架面板上铺上一定高度的吸波材料。

在待测基站天线上安装一个参考天线，每次转动转台测试时，通过比较待测基站天线与参考天线之间的相位来测量待测基站天线的相位方向图。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明采用多个偏移反射面焦点一定位置的馈源来产生具有不同偏转角度的静区，从而可以在更大的角度范围内对待测天线信号进行采样，快速得到待测天线的方向图，节省了大量采数等待的时间，提高工作效率。

(2)、待测天线上放置一个参考天线，可以随待测天线一起旋转，从而同时快速得到待测天线的相位方向图。

(3)、采用了毫米波快速切换开关，能在毫秒级快速切换馈源的工作状态和极化方式。

附图说明

图1为本发明毫米波多馈源紧缩场测试系统布局；

图2为多馈源系统布局图；

图3为单个馈源结构图；

图4为馈源偏焦示意图；

图中附图标记含义为：1,2,3,4,5,6,7,8,9为第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九馈源，L1为第一馈源与第五馈源水平距离，d1垂直距离，L2为第二馈源与第五馈源水平距离，d2为垂直距离，L3为第三馈源与第五馈源水平距离，d3垂直距离，L4第四馈源与第五馈源水平距离，d4为垂直距离，L6为第六馈源与第五馈源水平距离，d6为垂直距离，L7为第七馈源与第五馈源水平距离，d7为垂直距离,L8为第八馈源与第五馈源水平距离，d8为垂直距离，L9为第九馈源与第五馈源水平距离，d9为垂直距离，10为反射面，P为发射面中点，11为转台系统，12为微波暗室，13为馈源支架，14为直漏挡板，15为待测天线，16为参考天线，17为坐标系原点，18为波纹馈源喇叭，19为双极化器，20为波导同轴转换，21为吸波材料。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

如图1-4所示，一种毫米波多馈源紧缩场测试系统，包括九个毫米波波段馈源1,2,3,4,5,6,7,8,9、一个反射面10、一个转台系统11、一个直漏挡板14、一个待测天线15和一个参考天线16，该测试系统位于微波暗室12内，其中第五馈源5位于反射面焦点，第一馈源1与第五馈源5水平距离为L1，垂直距离为d1，第二馈源2与第五馈源水平距离为L2，垂直距离为d2，第三馈源3与第五馈源5水平距离为L3，垂直距离为d3，第四馈源4与第五馈源5水平距离为L4，垂直距离为d4，第六馈源6与第五馈源5水平距离为L6，垂直距离为d6，第七馈源7与第五馈源水平距离为L7，垂直距离为d7，第八馈源8与第五馈源5水平距离为L8，垂直距离为d8，第九馈源9与第五馈源5水平距离为L9，垂直距离为d9，九支馈源连接在同一个馈源支架面板上16，各支馈源的相对位置由静区偏转的角度以及反射面的几何尺寸决定，馈源支架面板上铺上吸波材料来降低馈源间互耦影响，馈源上方架设一个直漏挡板用来遮挡馈源的直漏，待测天线位于转台中心，上方固定一个参考天线，可以随待测天线一起转动，用来测量待测天线的相位方向图，在进行毫米波天线测试时，通过配合通道切换开关可以同时测量毫米波天线上下、左右方向±4°区域内九个位置处的天线参数。

所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，其九支馈源安装在馈源支架面板上，馈源支架面板和馈源支架均在单旋转抛物反射面所在的坐标系内，反射面的顶点是坐标系原点，其中，中心馈源相位中心位置为旋转抛物面的焦点，水平偏焦的馈源关于焦点成对称分布，即L1＝L3，L4＝L6，L7＝L9，且L2＝L5＝0，垂直偏焦的馈源关于焦点不对称分布，且d1＝d2＝d3，d7＝d8＝d9，d4＝d6＝0。

所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，水平偏焦的馈源在z向与反射面顶点距离等于焦距，垂直偏焦的馈源在z向与反射面顶点距离不等于焦距，中心馈源上方馈源在z向与反射面顶点位置大于焦距，中心馈源下方馈源在z向与反射面顶点位置小于焦距。

所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，其特征在于，所述的各个馈源位置由所需静区位置、静区偏转的角度θ和紧缩场反射面的几何尺寸决定，且静区偏转角度θ在±4°以内。若另反射面中点为P，则焦点处的馈源和P点的连线与每支馈源和P点连线的夹角α＝θ。

所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，所述的每支馈源可以由毫米波波段的双槽或多槽、普通波束或者宽波束波纹喇叭构成，波纹喇叭后接一个双极化器和两个波导同轴转换。其中双极化器用来产生水平和垂直极化的电磁波，波导同轴转换为馈电端口。

所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，所述的九支馈源之间间距最小值大于工作最低频率波长。

所述的毫米波多通道紧缩场馈源，所述的毫米波多通道紧缩场馈源适合于毫米波小紧缩场场地，具体为焦距小于1.5m。

所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，所述的毫米波多通道紧缩场馈源馈电口后端连接毫米波切换开关，用来实现馈源以及极化的快速切换。

所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，所述的吸波材料采用尖锥形状，高5-10个最低频率波长，与馈源支架面板相比向外延伸5-10个最低频率波长。

所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，直漏挡板架设在多馈源上方10-30个最低频率波长处，相对馈源口径向外延伸5-20个最低频率波长，并具有10°-30°上倾角，挡板上下表面均铺上高度为5-10个最低频率波长的尖锥吸波材料。

本发明涉及的一种毫米波多馈源紧缩场测试系统可以用来进行5G毫米波基站测试，也可以进行5G毫米波移动设备测试，实现较高的测试效率。同时，该发明还可以应用于毫米波雷达领域。

本发明设计的一种毫米波多馈源紧缩场测试系统，其静区的幅度锥削低于1dB，幅度波纹低于±0.5dB，其相位残差低于±10°。

Claims (10)

1.一种毫米波多馈源紧缩场测试系统，其特征在于：包括九个毫米波波段馈源(1,2,3,4,5,6,7,8,9)、一个反射面(10)、一个转台系统(11)、一个直漏挡板(14)、一个待测天线(15)和一个参考天线(16)，该测试系统位于微波暗室(12)内，其中第五馈源(5)位于反射面焦点，第一馈源(1)与第五馈源(5)水平距离为L1，垂直距离为d1，第二馈源(2)与第五馈源(5)水平距离为L2，垂直距离为d2，第三馈源(3)与第五馈源(5)水平距离为L3，垂直距离为d3，第四馈源(4)与第五馈源(5)水平距离为L4，垂直距离为d4，第六馈源(6)与第五馈源(5)水平距离为L6，垂直距离为d6，第七馈源(7)与第五馈源(5)水平距离为L7，垂直距离为d7，第八馈源(8)与第五馈源(5)水平距离为L8，垂直距离为d8，第九馈源(9)与第五馈源(5)水平距离为L9，垂直距离为d9，九支馈源连接在同一个馈源支架面板上，各支馈源的相对位置由静区偏转的角度以及反射面的几何尺寸决定，两个馈源间的最小间距需要大于最低工作频率的一倍波长，保证馈源间具有一定的隔离度；所述的各个馈源位置由所需静区位置、静区偏转的角度θ和紧缩场反射面的几何尺寸决定，馈源支架面板上铺上吸波材料来降低馈源间互耦影响，馈源上方架设一个直漏挡板用来遮挡馈源的直漏，待测天线位于转台中心，上方固定一个参考天线，可以随待测天线一起转动，用来测量待测天线的相位方向图，在进行毫米波天线测试时，通过配合通道切换开关可以同时测量毫米波天线上下、左右方向±4°区域内九个位置处的天线参数。

2.根据权利要求1所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，其特征在于：九支馈源安装在馈源支架面板上，馈源支架面板和馈源支架均在单旋转抛物反射面所在的坐标系内，反射面的顶点是坐标系原点(17)，其中中心馈源相位中心位置为旋转抛物面的焦点，水平偏焦的馈源关于焦点成对称分布，即L1＝L3，L4＝L6，L7＝L9，且L2＝L5＝0，垂直偏焦的馈源关于焦点不对称分布，且d1＝d2＝d3，d7＝d8＝d9，d4＝d6＝0。

3.根据权利要求1所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，其特征在于：水平偏焦的馈源在z向与反射面顶点距离等于焦距，反射面顶点是坐标系原点，垂直偏焦的馈源在z向与反射面顶点距离不等于焦距，中心馈源上方第一至第三馈源(1,2,3)在z向与反射面顶点位置大于焦距，中心馈源下方第七至第九馈源(7,8,9)在z向与反射面顶点距离小于焦距。

4.根据权利要求1所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，其特征在于：静区偏转角度θ在±4°以内，若另反射面中点为P，则焦点处的馈源和P点的连线与每支馈源和P点连线的夹角α＝θ。

5.根据权利要求1所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，其特征在于：所述的每支馈源可以由毫米波波段的双槽或多槽、普通波束或者宽波束的波纹馈源喇叭(18)构成，波纹喇叭后接一个双极化器(19)和两个波导同轴转换(20)，其中双极化器用来产生水平和垂直极化的电磁波，波导同轴转换为馈电端口。

6.根据权利要求1所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，其特征在于：所述的九支馈源之间间距最小值大于工作最低频率波长。

7.根据权利要求1所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，其特征在于：所述的毫米波多通道紧缩场馈源适合于毫米波小紧缩场场地，具体为焦距小于1.5m。

8.根据权利要求1所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，其特征在于：所述的毫米波多通道紧缩场馈源馈电口后端连接毫米波切换开关，用来实现馈源以及极化的快速切换。

9.根据权利要求1所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，其特征在于：所述的吸波材料(21)采用尖锥形状，高5-10个最低频率波长，与馈源支架面板相比向外延伸5-10个最低频率波长。

10.根据权利要求1所述的毫米波多馈源紧缩场测试系统，其特征在于，直漏挡板架设在多馈源上方10-30个最低频率波长处，相对馈源口径向外延伸5-20个最低频率波长，并具有10°-30°上倾角，挡板上下表面均铺上高度为5-10个最低频率波长的尖锥吸波材料。

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