CN112054858A - 用于校准射频测试室的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于校准射频测试室的系统和方法。提供了一种用于校准射频测试室的系统(1)。所述系统包括具有以三维配置进行布置的多个天线元件(111，112，…，11N)的天线阵列(10)、在所述多个天线元件(111，112，…，11N)下游的多个功率测量单元(121，122，…，12N)、以及处理单元(13)。在该背景下，所述多个功率测量单元(121，122，…，12N)输出来自各个天线元件(111，112，…，11N)的与由入射的测试信号产生的辐射图相对应的功率。所述处理单元(13)被配置为分析所述测试信号的功率分布以便计算校准。

Description

用于校准射频测试室的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于校准射频测试室、特别是用于校准将在测量期间放置潜在的被测设备的射频测试室内的特定位置处的路径损耗的系统及相应的方法。
背景技术
空中(Over The Air，OTA)测量是评估无线系统中的无线电性能的标准化方法。OTA测量试图确定测试环境中的无线电发射器和接收器(例如，移动电话)的性能，该测试环境密切地模拟将对设备进行测试的条件。在试图消除测试系统的来自辐射功率和灵敏度结果的影响时，被测设备(DUT)由具有已知增益特性的参考天线代替，并且执行参考路径损耗测量。然后将参考测量值与参考天线的已知增益组合，以便确定功率和灵敏度结果的各向同性参考校正。
例如，美国专利No.8,964,891 B2示出了一种用于校准具有两个或更多个无源天线的天线系统的方法。通过多个天线中的每个天线来接收和/或发送已知信号，并且将产生的来自天线的输出的差异相互比较。基于该差异，定义了校准偏移以提高系统性能。然而，这种校准过程取决于测试信号的传播方向，这导致了DUT的复杂定位。此外，必须在连续数量的测量中执行各个OTA路径的校准，以将路径损耗记录为校准信息，这显著增加了总测量时间。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于校准射频测试室的系统和方法，该系统和方法特别是用于校准在将放置(甚至针对测试信号的任意方向和角度放置)DUT的特定位置处的路径损耗，以便实现简化的DUT定位，从而显著加快测量过程。
该目的通过针对系统的第一独立权利要求的特征以及通过针对方法的第二独立权利要求的特征来实现。从属权利要求包含进一步的改进。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于校准射频测试室的系统。所述系统包括具有以三维配置进行布置的多个天线元件的天线阵列、在所述多个天线元件下游的多个功率测量单元、以及处理单元。在该背景下，所述多个功率测量单元输出来自各个天线元件的与由入射的测试信号产生的辐射图相对应的功率。所述处理单元被配置为分析所述测试信号的功率分布以便计算校准结果或设置。
因此，各个功率测量单元感测并报告关于入射的测试信号的当前入射功率，其中，用户可以关于天线阵列定义目标位置和入射角。处理单元对相应的辐射图进行去嵌入，并且针对在具有定义的入射角的定义的接收位置处的入射信号的各个路径，确定具有最高功率的天线元件。所述处理单元进一步分析所述入射信号的功率分布并计算与入射的测试信号的路径相对应的校准结果。有利地，不需要与方向相关的路径损耗校准。
根据本发明的所述第一方面的第一优选实现形式，所述测试信号的方向性和入射角是预先确定的，并且所述测试信号是由一个或多个测试天线生成的。有利地，可以模拟具有任意方向和入射角的空中多径测试信号。
根据本发明的所述第一方面的第二优选实现形式，所述天线阵列用于接收与所述一个或多个测试天线相对应的各个信号路径。有利地，可以对多径测试信号同步执行路径损耗校准。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述处理单元还被配置为量化在所述多个天线元件处同时测量的测量输出功率的时间变化。有利地，可以对接收分集方案(diversity scheme)的可靠性进行模拟，以便仿真空间相关性、极化、场入射等。此外，在多个位置同时测量功率的可能性有助于验证射频测试室中的静区。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述天线阵列为具有三维主辐射方向的贴片天线阵列。此外，所述天线阵列位于射频测试室内的固定位置。有利地，提供了对潜在入射角的广覆盖。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述天线阵列能够沿至少一个方向动态扩展。此外，即使在正在进行测量时，也可以将天线阵列实时扩展。有利地，执行不间断的测量(特别是需要调节以便模拟更大的被测设备时)。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述天线阵列形成三维壳体(enclosure)，并且其中，所述多个功率测量单元被限制在所述壳体内。所述三维壳体可以以任何形状形成，例如立方体、矩形长方体、球体等。将所述功率测量单元放置在所述壳体内的所述天线元件附近，这减少了所需要的长线缆的数量，从而减少了插入损耗和信号衰减。有利地，显著提高了系统性能。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述系统还包括控制单元，所述控制单元用于使所述多个天线元件中的至少一个天线元件定向，以便将所述天线阵列的最大增益对准在所述测试信号的入射方向上。有利地，实现了天线阵列的高方向性。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述系统还包括开关矩阵，所述开关矩阵将所述多个功率测量单元连接到所述处理单元。在该背景下，所述开关矩阵用于将来自所述多个天线元件中的每一个天线元件的测量功率输入到所述处理单元。所述开关矩阵可以包括额外的信号调节器件(诸如衰减器、滤波器、定向耦合器等)。有利地，可以以双向方式执行多输入多输出传输以及多路复用操作。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述系统还包括存储器以便存储测量的功率和校准结果。可以多次使用所述测量的功率以关于所述校准结果进行相关调整。此外，需要存储校准结果并将其用于校正给定射频室的空中性能测试结果。另外，可以随时访问以前的校准结果，以有效地识别在当前测量期间可能发生的任何错误。有利地，显著提高了系统精度。
根据本发明的第二方面，提供了一种使用具有以三维配置进行布置的多个天线元件的天线阵列来校准射频测试室的方法。所述方法包括如下步骤：测量来自各个天线元件的与由入射的测试信号产生的辐射图相对应的功率，以及分析所述测试信号的功率分布以便计算校准结果或设置。
因此，使用适当的天线元件接收入射的测试信号，并对辐射图进行去嵌入，以便针对在具有定义的入射角的定义的接收位置处的入射信号的各个路径，确定具有最高功率的天线元件。此外，进一步分析所述入射信号的功率分布并计算与入射的测试信号路径相对应的校准结果。有利地，不需要与方向相关的路径损耗校准。
根据本发明的所述第二方面的第一优选实现形式，所述方法还包括如下步骤：由一个或多个测试天线生成具有预先确定的方向性和入射角的所述测试信号。有利地，可以模拟具有任意方向和入射角的空中多径测试信号。
根据本发明的所述第二方面的第二优选实现形式，所述方法还包括如下步骤：接收与所述一个或多个测试天线相对应的各个信号路径。有利地，可以对多径测试信号同步执行路径损耗校准。
根据本发明的所述第二方面的另一优选实现形式，所述方法还包括如下步骤：量化在所述多个天线元件处同时测量的测量输出功率的时间变化。有利地，可以对接收分集方案的可靠性进行模拟，以便仿真空间相关性、极化、场入射等。此外，在多个位置同时测量功率的可能性有助于验证射频测试室中的静区。
根据本发明的所述第二方面的另一优选实现形式，所述方法还包括如下步骤：使所述多个天线元件中的至少一个天线元件定向，以便将所述天线阵列的最大增益对准在所述测试信号的入射方向上。有利地，实现了天线阵列的高方向性。
附图说明
现在仅通过示例而非限制的方式参照附图进一步阐述本发明的示例性实施方式。附图中：
图1示出了根据本发明的第一方面的系统的框图；
图2仅以示例的方式示出了根据本发明的第一方面的执行射频室的校准的系统的框图；
图3a示出了根据本发明的第一方面的天线阵列的扩展方案的第一示例性实施方式；
图3b示出了根据本发明的第一方面的天线阵列的扩展方案的第二示例性实施方式；以及
图4示出了本发明第二方面的示例性实施方式的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施方式，这些实施方式的示例在附图中示出。然而，本发明的如下实施方式可以各种不同地被修改，以及本发明的范围不受如下实施方式限制。
在图1中示出了根据本发明的第一方面的系统1的框图。系统1包括具有多个天线元件111、112、…、11N的天线阵列10，这些天线元件以三维配置进行布置并形成三维壳体。系统1还包括在所述多个天线元件下游并且被限制在三维壳体内的多个功率测量单元121、122、…、12N。天线阵列10接收来自测试信号(未示出)的信号路径，并且功率测量单元121、122、…、12N感测来自各个天线元件111、112、…、11N的与由测试信号产生的辐射图相对应的功率。处理单元(PROC)13确定具有最高功率的天线元件111、112、…、11N以识别测试信号的入射方向并进一步分析测试信号的功率分布，以便计算校准结果。
系统1还包括连接在天线阵列10和处理单元13之间的开关矩阵(SWT MTX)17，开关矩阵17将各个功率测量单元121、122、…、12N连接到信号总线并将测量的来自天线元件111、112、…、11N的功率输入到处理单元13。理想地，开关矩阵17用于切换以模拟值和/或数字值的形式的射频信号的功率值。开关矩阵17可以包括额外的信号调节器件(诸如衰减器、滤波器、定向耦合器等)。所述信号调节器件的操作在本领域中是已知的，因此本文不再更详细地描述。
处理单元13连接到存储器(MEM)19和控制单元(CTRL)15。控制单元15连接到开关矩阵17以控制开关操作，并且控制单元15还连接到天线阵列10以使天线元件111、112、…、11N定向，以便将天线阵列10的最大增益对准在测试信号的入射方向上。
需要注意的是，所述多个天线元件111、112、…、11N和所述多个功率测量单元121、122、…、12N也统称为天线阵列10。此外，处理单元13、控制单元15、开关矩阵17和存储器19总体统称为测试器20。
在图2中，仅以示例的方式示出了根据本发明的第一方面的执行射频室30的校准的系统1的框图。测试信号是由信号发生器(SIG.GEN)23通过射频测试室30中的两个测试天线21、22生成的。用户可以根据需要对准测试天线21、22并指定潜在的被测设备(DUT)天线将被放置的位置。天线阵列10被固定在测试位置上并用作参考天线以便于进行路径损耗校准。天线阵列10上的天线元件111、112、…、11N的空间布置被模拟为潜在的DUT天线，并且功率测量单元121、122、…、12N报告各个路径的在具有定义的入射角的定义的接收位置处的功率。将测量的功率输出馈送给测试器20，测试器20进一步分析测试信号的功率分布以计算校准结果。因此，对于将要对DUT天线进行测试的任意位置处的测试信号的各个路径，同步地执行路径损耗校准。
在图3a中，示出了根据本发明的第一方面的天线阵列40的扩展方案的第一示例性实施方式。长方体天线阵列40包括三个阵列部分401、402、403。需要注意的是，各个阵列部分401、402、403均对应于包括天线元件111、112、…、11N和功率测量单元121、122、…、12N的天线阵列10。上述连续的阵列部分由级联平面451、452分开。控制单元15生成控制信号，以便激活阵列部分401、402、403，从而沿着扩展轴线X在级联平面451、452上串联连接阵列部分401、402、403。可以一个接一个地或者同时地激活阵列部分401、402、403。阵列部分401、402、403的总数不限于三个，阵列部分401、402、403的数量可以更多或更少，这取决于射频室30的尺寸以及潜在的DUT天线的空间布置。此外，天线阵列40的形状以及阵列部分401、402、403不仅限于长方体。任何其它形状，例如立方体、球体等也落入本发明的范围内。
在图3b中示出了根据本发明的第一方面的天线阵列50的扩展方案的第二示例性实施方式。天线阵列50在盒形阵势(box formation)内以盒子布置，其中，内部阵列段54被部分地限制在外部阵列段52内。内部阵列段54用于沿扩展轴线X移动。内部阵列段54的横向位移导致具有L的横向偏移的扩展阵列段56。控制单元15优选地通过伺服机构和/或根据需要控制内部阵列段54的移动，并且相应于潜在的DUT来扩展天线阵列50。尽管将天线阵列50示出为矩形形状，但是也可以实现便于构建三维天线阵列50的其它形状(例如圆柱形形状)。与图3a中所示的扩展方案相比，阵列段52、54、56的天线元件111、112、…、11N和功率测量单元121、122、…、12N保持激活而无论它们是否被限制。
在图4中示出了根据本发明第二方面的本发明的方法的示例性实施方式的流程图。在第一步骤100中，测量来自与由入射的测试信号产生的辐射图相对应的各个天线元件的功率。在第二步骤101中，分析测试信号的功率分布以便计算校准结果。
尽管上文已经描述了本发明的各种实施方式，但是应当理解，仅通过示例而非限制的方式呈现了这些实施方式。在不脱离本发明的精神或范围的前提下，可以根据本文中的公开内容进行对所公开的实施方式的多种修改。因此，本发明的广度和范围不应受上述实施方式中的任一实施方式限制。而是，本发明的范围应根据所附权利要求及其等同物来限定。
尽管参照一个或多个实现方式示出和描述了本发明，但是对于本领域的技术人员来说，在阅读并理解本说明书和附图之后，将想到等同的改变和修改。另外，尽管可以参照多个实现方式中的仅一个实现方式公开本发明的特定特征，但是对于任何给定或特定应用可能为期望的且有利的是，这类特征可以与其它实现方式的一个或多个其它特征组合。

Claims (15)

1.一种用于校准射频测试室的系统(1)，包括：
天线阵列(10)，所述天线阵列(10)具有以三维配置进行布置的多个天线元件(111，112，…，11N)；
多个功率测量单元(121，122，…，12N)，所述多个功率测量单元(121，122，…，12N)在所述多个天线元件(111，112，…，11N)的下游；以及
处理单元(13)；
其中，所述多个功率测量单元(121，122，…，12N)输出来自各个天线元件(111，112，…，11N)的与由入射的测试信号产生的辐射图相对应的功率；以及
其中，所述处理单元(13)被配置为分析所述测试信号的功率分布以便计算校准。
2.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述测试信号的方向性和入射角是预先确定的，并且所述测试信号是由一个或多个测试天线(21，22)生成的。
3.根据权利要求1或2所述的系统，
其中，所述天线阵列(10)用于接收与所述一个或多个测试天线(21，22)相对应的各个信号路径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，
其中，所述处理单元(13)还被配置为量化在所述多个天线元件(111，112，…，11N)处同时测量的测量输出功率的时间变化。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，
其中，所述天线阵列(10)为具有三维主辐射方向的贴片天线阵列；以及
其中，所述天线阵列(10)位于所述射频测试室(30)内的固定位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，
其中，所述天线阵列(10)能够沿至少一个方向动态扩展。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，
其中，所述天线阵列(10)形成三维壳体，并且所述多个功率测量单元(121，122，…，12N)被限制在所述壳体内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，
其中，所述系统(1)还包括控制单元(15)，所述控制单元(15)用于使所述多个天线元件(111，112，…，11N)中的至少一个天线元件定向，以便将所述天线阵列(10)的最大增益对准在所述测试信号的入射方向上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，
其中，所述系统(1)还包括开关矩阵(17)，所述开关矩阵(17)将所述多个功率测量单元(121，122，…，12N)连接到所述处理单元(13)；以及
其中，所述开关矩阵(17)用于将测量的来自所述多个天线元件(111，112，…，11N)中的每一个天线元件的功率输入到所述处理单元(13)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，
其中，所述系统(1)还包括存储器(19)，以便存储测量的所述功率和所述校准。
11.一种使用具有以三维配置进行布置的多个天线元件(111，112，…，11N)的天线阵列(10)校准射频测试室的方法，包括如下步骤：
测量来自各个天线元件的与由入射的测试信号产生的辐射图相对应的功率；以及
分析所述测试信号的功率分布以便计算校准。
12.根据权利要求11所述的方法，
其中，所述方法还包括如下步骤：由一个或多个测试天线生成具有预先确定的方向性和入射角的所述测试信号。
13.根据权利要求11或12所述的方法，
其中，所述方法还包括如下步骤：接收与所述一个或多个测试天线相对应的各个信号路径。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，
其中，所述方法还包括如下步骤：量化在所述多个天线元件处同时测量的测量输出功率的时间变化。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，
其中，所述方法还包括如下步骤：使所述多个天线元件中的至少一个天线元件定向，以便将所述天线阵列的最大增益对准在所述测试信号的入射方向上。
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