CN112567254A - 改进的天线系统测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种测量装置，用于测量至少一个天线系统(110)在第一频带和第二频带下的性能。该测量装置包括：外室(120)，具有被配置成包围天线系统(110)的向内射频反射壁(121)；可部署在外室(120)内部的内室(140)，该内室(140)具有被配置成包围天线系统(110)的射频吸收壁(141)；第一测试天线装置(130)，其被布置在外室(120)内部，并且被配置成用于在第一频带下的测量操作(131)；以及第二测试天线装置(150)，其被布置在内室(140)内部并且被配置成用于在第二频带下的测量操作(151)，从而使得能够通过第一测试天线装置(130)测量天线系统(110)在反射射频环境中的性能，并且通过第二测试天线装置(150)测量在基本消声的射频环境中的性能。

Description

改进的天线系统测量装置
技术领域
本公开内容总体上涉及用于天线系统和无线装置的测试设备。还公开了用于测量天线系统的性能和用于测试无线装置的系统和方法。
背景技术
混响室(RC)，也称为电磁混响室(ERC)或模式搅拌室(MSC)，已经成为用于测量天线系统和无线装置的空中(Over-the-Air)性能的有效工具。RC被主要用于评估天线系统在射频反射环境中(即，此时，被测装置(DUT)经受多径传播)的性能。
在RC中，通过测试天线装置将信号注入到包括向内射频反射壁的封闭室或封闭腔中。信号在经过许多不同轨迹的多次反射之后到达DUT。这在接收器处产生了射频信号衰落状态。通过移动DUT所布置于的模式搅拌板和/或转盘，室的几何结构改变，这又改变了天线系统经历的衰落状态。因此，高效地生成丰富各向同性多径(RIMP)环境，其中可以测试具有不同入射波成分的大量衰落状态。
在较低的无线电频率(例如低于6GHz)下，发射的无线电信号的传播通常由多径传播支配。在这些情况下，在发射器和接收器之间存在许多传播路径。所有这些传播路径在接收天线中组合，从而引起衰落。因此，通常期望在这些较低频带下测量DUT在RIMP环境中的性能，这在RC中被方便地创建。
然而，在较高的无线电频率下，由于存在较少的衍射、较少的反射和较少的环境穿透，因此散射和多径传播较弱。因此，在诸如14GHz以上的高频处的无线信道倾向于更是视距(line-of-sight，LOS)支配的(其中散射分量较少)。大多数已知的RC不适合于测量在LOS支配的传播环境中的性能。而是，通常在本质地与RC不同的消声室(AC)中测量天线系统在LOS支配的信道中的性能。
需要提供用于测量天线系统在由多径传播支配的第一频带下的性能和在存在强LOS分量的第二频带下的性能的同时测试能力。
US 8,854,246 B1公开了一种将电磁消声测试室转换为电磁混响测试室的方法。这样，可以测试多径传播环境中的性能以及LOS支配的传播环境中的性能。然而，所提出的方法昂贵、耗时并且不允许多个相关频带的同时测试。
发明内容
本公开内容的目的是提供用于测量至少一个天线系统在第一频带和第二频带下的性能的改进的测量装置、系统和方法。
该目的通过用于测量至少一个天线系统在第一频带和第二频带下的性能的测量装置来获得。该测量装置包括外室和内室，该外室具有被配置成包围天线系统的向内射频反射壁，该内室可以部署在外室内部。
内室具有被配置成包围天线系统的射频吸收壁。第一测试天线装置被布置在外室内部并且被配置成用于在第一频带下的测量操作。第二测试天线装置被布置在内室内部并且被配置成用于在第二频带下的测量操作。射频吸收壁与射频信号透明度的水平相关联，从而使得能够通过第一测试天线装置测量天线系统在反射射频环境中的性能，并且通过第二测试天线装置测量在基本消声的射频环境中的性能。
这样，可以在反射传播环境中和基本消声的射频环境中同时测量和评估天线系统的性能，这是优点。
一些无线通信系统在载波聚合配置中使用多个载波，其中载波可以驻留在完全不同频带中的频率处。该情况的例子是第五代蜂窝无线电系统(5G)(有时称为新无线电(NR))。NR在低于6GHz的常规频率下操作，同时支持在诸如28GHz的毫米波频率下的操作。所公开的测量装置适合于测试针对NR设计的天线系统，因为可以同时测量在反射传播环境中和LOS支配的传播环境中的性能。
有利地，由于用于LOS支配的环境的设备与用于反射环境的设备集成，因此所公开的测量装置实现成本高效的测量操作。
有利地，由于反射环境中的测量可以与LOS支配的环境中的测量并行执行，因此所公开的测量装置实现时间高效的测量操作。
根据各方面，射频吸收壁与和在第一频带下的射频信号衰减相比在第二频带下的更高的射频信号衰减相关联。因此，减小了由射频吸收壁对第一频带下的测量操作的影响，同时保持了第二频带下的测量操作的消声特性。因此，提高了测量操作的精确度和分辨率。
根据各方面，射频吸收壁中的至少一个被布置在距向内射频反射壁一定距离处，从而限定在向内射频反射壁与内室之间的体积。该体积允许第一频带中的射频信号沿多个信号传播路径传播，并且被向内射频反射壁反射，从而在外室内部提供第一频带下的RIMP环境。
根据各方面，测量装置包括至少一个模式搅拌装置，至少一个模式搅拌装置被布置在向内射频反射壁与内室之间的体积中。至少一个模式搅拌装置被布置成确定测量装置的衰落状态。这样，可以高效地改变RIMP环境状态，以在外室中提供多个不同的射频信号衰落状态。
根据各方面，第一测试天线装置和第二测试天线装置中的任何一个被配置成可以相对于至少一个天线系统移动。通过允许测试天线装置相对于天线系统移动，可以生成其他另外的衰落状态和测量几何结构，这是优点。
根据各方面，测量装置包括第一位移机构，该第一位移机构被布置在外室内部并且被配置成相对于第一测试天线装置移动至少一个天线系统。这样，可以生成甚至更多的衰落状态和测量几何结构，这是优点。该第一位移机构还可以被配置成移动整个内室。这样，至少一个天线系统相对于第一测试天线装置移动，而不是相对于第二测试天线装置移动。如果在第二频带中评估天线图，同时在第一频带中进行RIMP测量，则这可以是优点，这是因为外室和内室的相对测试天线装置几何结构彼此独立。
根据各方面，测量装置包括第二位移机构，该第二位移机构被布置在内室内部并且被配置成相对于第二测试天线装置移动至少一个天线系统。该第二位移机构可以用于测量例如至少一个天线系统在由强LOS射频信号分量支配的基本消声的环境中的天线图，这是优点。
根据各方面，第二测试天线装置被布置在探头天线定位装置上，该探头天线定位装置被配置成相对于天线系统来定位第二测试天线装置。该探头天线定位装置可以可选地至少部分地布置在内室外部。这是优点，因为通过移除探头天线定位装置改善了内室的消声特性。另外，可以使用更复杂的探头天线定位装置，因为它不需要安装在空间有限的内室内部。
根据各方面，内室的射频吸收壁包括载碳吸收材料，该载碳吸收材料被配置成具有取决于并且根据载碳吸收材料在第一频带和第二频带下的衰减的要求的厚度。通过选择待使用材料的不同厚度，可以控制载碳吸收材料的射频信号衰减。较大的厚度意味着较强的衰减，而较小的厚度意味着较弱的衰减。衰减也随无线电信号频率而变化；高频信号比低频信号衰减得更强烈。因此，通过根据载碳吸收材料在第一频带和第二频带下的衰减来选择在射频吸收壁中使用的载碳材料的厚度，可以在获得第一频带下的期望信号透明度的同时获得第二频带下的足够信号衰减。
根据各方面，内室的射频吸收壁包括超材料或频率选择性材料，该超材料或频率选择性材料被配置成用于与在第一频带下的射频信号衰减相比在第二频带下的更高的射频信号衰减。这是优点，因为可以增加由吸收壁引起的第一频带与第二频带之间的衰减差异。理想地，对于一些测量操作，第二频带下的衰减无限大，而第一频带下的衰减不存在。
根据各方面，内室被布置成可以从外室移除。这样，通过从外室物理地移除内室，可以容易地将测量装置转换成传统RC。而且，对于第二频带下的不同类型的测量操作，一系列不同类型的内室可以与公共外室一起使用。在该情况下，可以基于要执行的测量操作的类型来选择特定内室并且将其插入到外室中。
根据各方面，内室包括框架结构，该框架结构被布置成可释放地保持射频吸收壁。类似于内室被布置成可以从外室移除的方面，现在可以通过从框架结构移除吸收壁来将测量装置转换成传统RC，这是优点。而且，通过在框架结构中使用不同类型的吸收壁，可以配置不同的测量操作，这是优点。例如，可以将具有不同衰减特性的一系列壁用于不同类型的测量操作和不同的射频频带。
根据各方面，内室具有对称形状，该对称形状被配置成在多个方向上提供均匀的射频吸收水平。这是优点，因为可以改善测量精确度和测量可重复性。
根据各方面，内室的射频吸收壁被配置成具有根据内室的形状确定的可变厚度。通过根据内室形状来选择可变厚度(尽管内室形状不规则)，可以在多个方向上生成更均匀的射频吸收水平，这是优点。
根据各方面，内室包括一个或更多个射频反射片，该射频反射片被布置在内室的外表面上并且面向外室的向内射频反射壁。有利地，射频反射片减小了外室的负载，从而增加第一频带下的测量操作的精确度。
根据各方面，测量装置包括热控制单元，该热控制单元被布置成在内室内部生成温度水平并且控制内室内部的温度水平。因此，内室用作温度室的附加目的，这是优点。可选地，被配置成包围天线系统的壁被布置成是温度隔离的。温度隔离壁改善了温度室的性能和能量效率，这是优点。通过在测量装置中包括温度功能，包括温度改变的第三测量操作可以与第一测量操作和第二测量操作并行地进行。
根据各方面，控制单元包括射频信道传播仿真器，该射频信道传播仿真器被配置成控制与第一频带下的测量操作相关联的时间延迟扩展(spread)。内室中的功率延迟扩展小于RC中常见的功率延迟扩展。为了对此进行补偿，可以利用信道仿真器来增加时间延迟扩展。空间延迟扩展仍然由RC环境提供。因此，提高了测量精确度，这是优点。
根据各方面，控制单元被布置成在第一测试天线装置与第二测试天线装置之间划分射频测试信号，从而实现包括视距LOS操作和丰富各向同性多径RIMP操作的测量操作。因此，测量装置能够支持包括复杂传播环境的仿真的高级测量操作，这是优点。
本文中还公开了用于通过测量装置测量至少一个天线系统在第一频带和第二频带下的性能的方法。该方法包括将具有向内射频反射壁的外室配置成包围天线系统，以及将可以部署在外室内部的具有射频吸收壁的内室配置成包围天线系统。射频吸收壁与第一频带中的射频信号透明度的水平相关联。该方法还包括将第一测试天线装置配置成在外室内部，用于第一频带下的测量操作，以及将第二测试天线装置配置成在内室内部，用于第二频带下的测量操作，以及通过第一测试天线装置测量天线系统在反射射频环境中的性能，并且通过第二测试天线装置测量在基本消声的射频环境中的性能。
本文中公开的方法与上文关于不同测量装置所讨论的优点相同的优点相关联。本文中还公开了适于控制本文所描述的一些操作的控制单元。
通常，除非在本文中另外明确定义，否则在权利要求中使用的所有术语将根据它们在技术领域中的通常含义来解释。除非另外明确说明，否则对“一个(a)/一个(an)/该(the)元件、设备、部件、装置、步骤等”的所有提及应当被开放地解释为涉及元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文中所公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切次序执行。在研究了所附的权利要求和以下描述的情况下，本发明的其他特征和优点将变得明显。本领域技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以创建不同于下文描述的那些实施方式的实施方式。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本公开内容，在附图中：
图1至图4示意性示出了用于测量天线系统的性能的示例测量装置；
图5示出了示例控制单元；
图6示出了计算机程序产品；
图7是示出方法的流程图；以及
图8A、图8B、图9A、图9B和图9C示意性示出了用于测量天线系统的性能的示例测量装置。
具体实施方式
现将参照附图更全面地描述本公开内容的方面。然而，本文中公开的不同装置和方法可以以许多不同的形式来实现，并且不应当被解释为限于本文中阐述的方面。附图中相似的附图标记始终指代相似的元件。
本文中使用的术语仅用于描述本公开内容的方面，并且不旨在限制本发明。如在本文中使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式。
如上所述，混响室(RC)提供了在多径传播情况下测试无线系统的直接解决方案。RC特别适合于测试依赖于去往和来自在发射器和接收器处的多个天线的多径信号传播来进行通信(被称为多输入多输出(MIMO))的装置以及使用若干频带来同时操作的装置。
应当理解，可以通过待测试的天线系统或者通过RC的测试天线装置来注入测试信号。因此，RC可以用于测量上行链路无线电操作和下行链路无线电操作。
消声室(AC)作为用于无线电通信装置的测试解决方案具有悠久的历史。AC是由无线电信号吸收材料包围的室或腔。其最突出的特征在于它将具有非常低的反射信号水平，即与RC相反。AC通常在测量空中(OTA)性能时使用，其中被测装置经受从单个到达方向入射的无线电信号。该方法在期望测量装置或天线系统的天线图或者与天线图相关联的度量时尤其适用。
许多现代通信系统使用载波聚合以改善无线电系统性能。载波聚合包括使用在频率上有时很好分离的多个载波以增加可用带宽。该情况的示例是由第三代合作伙伴计划(3GPP)定义的第五代(5G)无线电系统(有时称为新无线电(NR))。NR在低于6GHz的传统频率下操作，并且同时支持在诸如28GHz的毫米波频率下操作。
此外，在一些现代通信系统中，利用不同类型的天线阵列，其中使用大量天线元件来形成束以增加通信信号的信噪比(SNR)。在这些系统中的若干系统中，在天线端口处没有可用的连接器，并且因此，现在必须空中(OTA)地(即，使用要通过操作装置并且监测发送和接收的射频信号来测试的天线系统)测试先前可以被进行测试的许多参数。
在低频(6GHz以下)下，发射信号的传播由多径散射支配。在这些情况下，在发射器和接收器之间存在许多传播路径。所有这些传播路径在接收天线中组合，从而引起衰落。因此通常期望测量装置在RC中方便地创建的丰富各向同性多径(RIMP)环境中的性能。
另一方面，在高频下，散射弱得多。存在较少的衍射、较少的反射和较少的穿透。因此，高频下的无线信道倾向于更是视距(LOS)支配的(其中散射分量较少)。因此，期望测量与天线图相关联的度量，这在AC中方便地完成。
需要针对低频传播行为与高频传播行为不同的这些通信系统提供同时测试能力。本公开内容描述这样的解决方案的方面，其中使用RC来生成RIMP信道特性并且使用消声室来生成LOS支配的信道特性。为了同时生成不同的信道特性，利用具有特定配置的内置有AC的RC。
因此，本文中提出的方法和装置的主要构思是将由射频信号吸收材料制成的AC放置在RC内部，并且将DUT放置在AC内部。然后可以使用AC中的一个测试天线装置和RC中的一个测试天线装置向DUT发送测试信号和/或从DUT接收测试信号来执行测量。
因此，在本文中公开的测量装置可以被配置成用于测量至少一个天线系统的多径操作性能。
因此，在本文中公开的测量装置可以被配置成用于测量与至少一个天线系统的天线图相关联的测试度量。
图1示意性示出了用于测量至少一个天线系统110在第一频带和第二频带下的性能的测量装置100。
在本文中，天线系统110的性能可以例如是指诸如辐射图、透射系数、反射系数和/或S参数的天线系统特性。天线系统的性能还可以例如是指诸如误比特率(BER)、误包率(PER)或可靠性测量(例如中断)的关于系统级的性能。性能还可以指标准符合性测试等。
至少一个天线系统是DUT。无线装置可以包括用于在不同频带下操作的多个天线系统。应当理解，在所提出的装置中，可以同时测试、测量或表征几个天线系统110。
第一频带和第二频带通常是不同的频带，但是在一些示例测量情况下也可以是相同的频带。
例如，第一频带可以包括较低的频率，例如约6GHz，而第二频带可以包括较高的频率，例如高于14GHz。
因此，根据一些方面，第一频带包括6GHz以下的频率，而第二频带包括6GHz以上的频率。第二频带例如可以包括约28GHz的微波频率，或者在E频带处即约80GHz的频率。
然而，根据一些其他方面，第一频带和第二频带包括相同的无线电频率。例如当仿真无线电传播信道应当在相同频带中包括强LOS分量和更扩散多径时可能是该情况。
测量装置100包括外室120，该外室120具有被配置成包围天线系统110的向内射频反射壁121。该外室类似于被配置成生成射频反射环境的已知混响室。
值得注意的是，测量装置100还包括内室140，该内室140可以部署在外室120内部。内室140具有被配置成包围天线系统110的射频吸收壁141。
如下文将更详细讨论的，射频吸收壁是与第一频带中的射频信号透明度的水平相关联的射频吸收材料的包围部分。因此，在射频吸收壁使第二频带中的射频信号衰减的同时，第一频带中的射频信号在一定程度上穿透内室壁，到达至少一个天线系统110。
根据一些方面，射频吸收壁141与和在第一频带下的射频信号衰减相比在第二频带下的更高的射频信号衰减相关联。
例如，内室140的射频吸收壁141可以被配置成在500MHz射频下的射频信号衰减为5dB，而在6000MHz射频下的射频信号衰减为15dB。
例如，内室140的射频吸收壁141被配置成对于高于20GHz的射频具有高于约20dB的射频信号衰减。
根据一些方面，内室140的射频吸收壁141包括超材料或频率选择性材料，该超材料或频率选择性材料被配置成用于与在第一频带下的射频信号衰减相比在第二频带下的更高的射频信号衰减。
在本文中，可以部署在内部意味着内室固定地安装在外室内部，或者可移动地安装在外室内部。固定安装的内室提供了具有高可重复性水平的稳定测量设置，这是优点。
然而，如果内室被布置成可以从外室120移除，则仅通过将内室从外室移除就可以将测量装置100转换成传统的混响室。而且，对于第二频带下的不同类型的测量操作，一系列不同类型的内室可以与公共外室一起使用。内室的系列可以例如包括被配置成具有用于不同类型的测量操作的不同衰减特性的内室。
根据一些方面，内室140包括框架结构，该框架结构布置成可释放地保持射频吸收壁141。
这是在内室可以从外室完全移除与内室固定安装在外室内部之间的折衷方案。在该情况下，内室的框架结构或骨架结构被固定地安装在外室内部，但是射频吸收壁141可以容易地移除。通过在框架结构中使用不同类型的吸收壁，可以配置不同的测量操作，这是优点。例如，在诸如衰减方面具有不同特性的一系列不同的壁或不同的壁部分可以用于不同类型的测量操作以及用于涉及不同射频频带的测试操作。
第一测试天线装置130被布置在外室120内部，并且被配置成用于第一频带下的测量操作131。
第一测试天线装置130激励混响室并且允许在射频反射环境中的测量操作(即，类似于在传统混响室中的测量操作)。
第二测试天线装置150被布置在内室140内部，并且被配置成用于第二频带下的测量操作151。因此，由于射频吸收壁141与第一频带中的射频信号透明度的水平相关联，即，第一频带中的无线电信号穿过吸收壁，因此可以同时通过第一测试天线装置130测量天线系统110在反射射频环境中的性能，并且通过第二测试天线装置150测量在基本消声的射频环境中的性能。
在本文中，内室140有时被称为AC，而外室120有时被称为RC。第一测试天线装置130有时被称为RC天线，而第二测试天线装置150有时被称为AC探头。
根据各方面，测量装置包括控制单元160，该控制单元160被配置成控制第一频带下的测量操作131和第二频带下的测量操作151。下文将结合图5更详细地讨论该控制单元。将控制单元和任何其他电子装置放置在内室外是有利的，这使得控制单元和相关联的电子装置对测量操作的任何干扰最小化。
根据一些方面，第一测试天线装置130包括适于第一频带下的多输入多输出MIMO操作的天线阵列。
根据一些其他方面，第二测试天线装置150包括适于第二频带下的MIMO操作的天线阵列。
因此，公开的测量装置适合于第一频带和第二频带下的MIMO测量操作。根据一些方面，第一测试天线装置和/或第二测试天线装置包括非常大量的天线元件，从而允许大规模的MIMO测量操作。
根据一些方面，射频吸收壁141中的至少一个被布置在与向内射频反射壁121相距距离D处，从而在向内射频反射壁121与内室140之间限定了体积V。混响室本质上是具有高Q因子的腔谐振器。电场和磁场强度的空间分布非常不均匀(驻波)。为了减少这种不均匀性，可以使用一个或更多个模式搅拌器(或模式调谐器)。模式搅拌器是具有金属或其他反射元件的结构，可以将其移动到不同的方向以在外室中实现不同的边界条件。混响室的最低可用频率(LUF)取决于室的大小和调谐器的设计。小室的LUF比大室的LUF高。因此，体积V在某种程度上决定了混响室的Q因数，并且对测量装置的LUF值有影响。
参照图2A和图2B，根据一些方面，测量装置200、250包括布置在向内射频反射壁121与内室140之间的体积V中的至少一个模式搅拌装置210、220。至少一个模式搅拌装置210、220被布置成确定测量装置200、250、300的衰落状态。模式搅拌装置虽然未在图1中示出，但是也可以部署在测量装置100中，而无需对设计进行重大修改。
根据一些方面，再次参照图1，第一测试天线装置130被布置在向内射频反射壁121与内室140之间的体积V中，在射频吸收壁141的外部。然而，尽管是优选的，但这不是必要的特征。可选地，第一测试天线装置130还可以被配置成被内室140的射频吸收壁141包围。
根据一些方面，第一测试天线装置130和第二测试天线装置150中的任一个被配置成能够相对于至少一个天线系统110移动。可移动的测试天线装置与几个优点相关联。例如，通过移动测试天线装置，混响室的衰落状态改变，这是因为反射的无线电波的相位关系改变。因此，通过移动测试天线装置，可以获得与移动模式搅拌器的效果类似的效果。因此，可以理解，模式搅拌器不是本文中所公开和图1所示的测量装置的必要特征。此外，通过相对于至少一个天线系统110来移动测试天线装置，可以从不同的角度观察处于测试中的一个或更多个天线系统，从而给出了至少一个天线系统110的更准确的表征。
图2A示出了可选的第一位移机构240，其布置在外室120内部并且被配置成相对于第一测试天线装置130来移动至少一个天线系统110。根据一些方面，位移机构可以包括转盘等。根据其他方面，位移机构可以包括被布置成根据从例如控制单元160接收的控制信号来移位天线系统110的机器人臂或类似物。
特别地，第一位移机构240可以被配置成移位包括天线系统110和第二测试天线装置150的整个内室140。这样，操作第一位移机构150以移位天线系统110不会影响布置在内室内部的天线系统的相对几何关系，这在例如进行同时天线图测量的情况下是优点。
图2A还示出了可选的第二位移机构230，其布置在内室140内部并且被配置成相对于第二测试天线装置150来移动至少一个天线系统110。根据一些方面，第二位移机构还可以包括转盘等。然而，对于第一位移机构，第二位移机构230可以根据其他方面包括被布置成根据从例如控制单元160接收的另外的控制信号来移位天线系统110的机器人臂等。
图2B示出了示例测量装置250，其中第三位移机构260被布置在内室内部并且被配置成相对于第一测试天线装置130和第二测试天线装置150来移动至少一个天线系统110。在这种情况下，可以使用单个位移机构来相对于第一测试天线装置130和第二测试天线装置150移动至少一个天线系统110。根据多个方面，第三位移机构可以包括被布置成根据从例如控制单元160接收的另外的控制信号来移位天线系统110的转盘、机器人臂等。
图3示出了另一示例测量装置300。这里，RC或外室120再次被设计为具有连接至控制单元160的一个或更多个固定天线130的常规RC。控制单元可以包括例如如下文结合图5所讨论的测试仪器。模式搅拌器210、220被配置成在RC室中搅拌或生成不同的RC模式。
在RC内部，放置AC或内室140。根据一些方面，AC的设计类似于传统AC，除了AC基本上仅由吸收器(而非任何屏蔽壳)制成。包括在控制单元160中的任何测试仪器可以连接至AC固定的天线/探头150以及RC测试天线装置130。
利用这种配置，从第一测试天线装置130到DUT 110的信号的传输特性将表现出多径衰落；从而产生RIMP传播信道。然而，由于AC 140中的射频信号吸收器，来自第二测试天线装置150的信号的传输特性将仅经历有限水平的多径。因此，利用这种配置，可以同时生成两个基本上独立的信道特性，从而分别利用RC和AC的强度来表征至少一个天线系统110。
如上提及的，为了生成RC传播路径与AC传播路径之间增大的区别，可以可选地使AC吸收器具有频率选择性，使得当通过AC吸收壁时，瞄准AC探头天线150的频率与瞄准RC天线130的频率相比衰减得更强烈。
根据一些方面，第二测试天线装置150被布置在探头天线定位装置350上，该探头天线定位装置350被配置成相对于天线系统110定位第二测试天线装置150。
可以经由线缆从转盘使用所有DUT接口进入AC。这样，通过AC壁中的衰减将提供附加的噪声屏蔽。
可以将定位器和其他机械装置放置在位移机构240上(在AC外部)，从而使那些可能是金属的部件较少干扰AC环境。因此，根据一些方面，探头天线定位装置350至少部分地布置在内室140外部。
可以理解，内室140可以可选地(以如图2B针对第三位移机构260所示的方式类似的方式)延伸以同样覆盖位移机构240。
优选地，AC中的AC探头天线150和任何其他金属物体被制造得足够小，使得来自RC传播路径的辐射对于该特定方向没有被阻挡，而是可以例如在障碍物周围衍射，使得没有引入RC各向异性。
引入内室140中的吸收器将通过改变RC模式而降低RC性能。此外，来自——在AC外部存在小的RC体积V'(为RC传播路径提供小的传播体积)的——某些方向(例如，底部(floor))的辐射将在相对于DUT天线的这些方向上更大地衰减。为了减少这些影响，AC DUT定位器350可以用于根据AC DUT定位器生成的该自由度使DUT经历模式搅拌。因此，可以有利的是使AC DUT定位器包含尽可能多的自由度，而不是在AC探头天线处实现这些自由度。
根据一些方面，第二测试天线装置150包括布置在探头天线定位装置350上的多个探头天线。
可以以不同的方式实现射频吸收壁。例如，内室140的射频吸收壁141可以包括载碳吸收材料。该材料的厚度决定了以dB为单位测量的给定频率的射频信号衰减。厚吸收材料与薄材料相比更强烈地衰减射频信号。具有给定厚度的射频信号吸收材料对较高射频信号的衰减大于对较低射频信号的衰减。
换言之，根据多个方面，载碳吸收材料被配置成具有取决于衰减并且根据载碳吸收材料在第一频带和第二频带下的衰减的要求的厚度。
根据示例，在内室中使用有限厚度的载碳吸收器，使得在信号通过吸收器时较低频率的信号将仅经历适量的衰减，而较高频率的信号将被强烈地衰减。这种材料的结构本身不提供任何频率选择性，但是通过使其变薄，低频比高频衰减得少，并且获得了射频透明度水平。
可以使用AC 140将功率延迟扩展从空载RC中的约200ns显著地减少至约35ns。在没有完全破坏室不确定性的情况下利用将吸收器放置在RC壁上的常规吸收方法难以实现这种重负荷。这在测试例如对由于符号间干扰(ISI)或其他原因的长延迟扩展敏感的标准、系统和无线装置非常有用。这种系统的示例包括无线局域网系统例如802.11系统族以及全球定位系统(GPS)。
AC或内室中的探头天线或第二测试天线装置150可以由安装在AC探头天线定位器或保持器350的不同位置上的具有不同特性的若干不同探头制成。例如，可以存在一个探头，该探头是小的全向天线，其具有到远场的较短的距离，并且因此具有大的静区。还可以存在具有大增益的天线，其中DUT将位于近场并且不存在静区，但其中无线链路需要天线增益。探头天线甚至可以将其能量聚焦在DUT上以提供额外的增益。该技术还可以用于收集其中不同极化的天线被放置在AC中的不同位置处的不同极化。
优选地使内室的AC吸收器或射频吸收壁在所有方向上相等地吸收射频信号，以使在室RC传播路径中引入的任何各向异性最小化。这可以至少部分地通过使用室的对称形状(例如圆柱形或六边形)来实现。
因此，根据一些方面，内室140具有被配置成在多个方向上提供均匀水平的射频吸收的对称形状。
内室形状的不规则性可以在某种程度上通过选择射频信号吸收材料和吸收材料的尺寸来补偿。根据一些方面，内室140的射频吸收壁141配置有根据内室140的形状确定的可变厚度。
参照图4，为了减少AC吸收器的负载，它们可以部分地被外侧的金属片420覆盖。这将减少RC传播路径的传输，但也将减少外室的负载，从而增加RC测量的精确度。换言之，根据多个方面，内室140包括布置在内室140的外侧表面上并且面向外室120的向内射频反射壁121的一个或更多个射频反射片420。
为了能够进一步集成测试装置，内室可以与温度测试功能结合。例如，该测量装置可以包括被布置成生成并且控制内室140内部的温度水平的可选的热控制单元410。
根据一些方面，被配置成包围天线系统110的壁141被布置为是温度隔离的。
应理解的是，根据一些方面，壁可以仅是温度隔离的而没有显著的射频吸收。因此，本文中公开了用于测量至少一个天线系统110在至少一个频带中的性能的测量装置。该测量装置包括：外室120，其具有被配置成封闭天线系统110的向内射频反射壁121；能够在外室内部部署的内室，该内室具有被配置成封闭天线系统110的温度隔离壁。第一测试天线装置130被布置在外室120内部，并且被配置用于频带中的测量操作131。
图5以多个功能单元的形式示意性地示出了根据本文中讨论的实施方式的控制单元160的部件。使用能够执行存储在计算机程序产品(例如存储介质530的形式)中的软件指令的合适的中央处理单元CPU、多处理器、微控制器、数字信号处理器DSP等中的一个或更多个的任意组合来提供处理电路510。处理电路510还可以被提供为至少一个专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。
具体地，处理电路510被配置成使控制单元160执行一组操作或步骤，例如结合图7讨论的方法。例如，存储介质530可以存储该组操作，并且处理电路510可以被配置成从存储介质530中检索该组操作以使控制单元160执行该组操作。该组操作可以被提供为一组可执行指令。因此，处理电路510由此被布置成执行如本文中公开的方法。
存储介质530也可以包括持久存储，其例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何单个存储器或其组合。
控制单元160还可以包括用于与至少一个外部装置(例如第一测试天线装置130和第二测试天线装置150以及至少一个天线系统110)通信的接口520。照此，接口520可以包括一个或更多个发送器和接收器，所述一个或更多个发送器和接收器包括模拟部件和数字部件以及用于有线通信或无线通信的适当数量的端口。
处理电路510例如通过向接口520和存储介质530发送数据和控制信号、通过从接口520接收数据和报告以及通过从存储介质530检索数据和指令来控制控制单元160的一般操作。控制节点的其他部件以及相关功能被省略以免混淆本文中所呈现的概念。
控制单元160的中心功能是经由接口520将测试信号161发送至例如第一测试天线装置或第二测试天线装置或发送至至少一个天线系统110。测试信号可以例如包括控制信令和数据信号。测试信号可以是基带信号或射频信号。
控制单元还可以被配置成根据位移的预定模式或响应于某个反馈信号自适应地控制不同位移单元230、240的操作。
在测量装置包括温度控制功能的情况下，则控制单元可以被配置成控制内室内部和/或外室内部的温度。
控制单元执行的不同控制程序可以存储在存储介质530中。
AC中的功率延迟扩展比RC中通常的功率延迟扩展小得多。为了补偿，可以利用信道仿真器增加时间延迟扩展。空间延迟扩展仍然由RC环境提供。换言之，控制单元160可选地包括射频信道传播仿真器，该射频信道传播仿真器被配置成控制在第一频带中与测量操作131相关联的时间延迟扩展。射频信道传播仿真器可以由处理电路510利用存储在存储介质530中的指令和数据来实现。
为了生成包含LOS分量和RIMP分量二者的传播环境，可以将来自包括在控制单元中的测试装备的信号以比率a/b分成AC探头天线和RC固定天线。从而向DUT提供信号的两个传播路径。这意味着控制单元160可选地被布置成在第一测试天线装置130与第二测试天线装置150之间划分射频测试信号161，从而实现包括视距LOS操作和丰富各向同性多径RIMP操作二者的测量操作。
根据一些方面，控制单元160被配置成在多径环境中经由向从第一测试天线装置130发送的信号161以及从第一测试天线装置130接收的信号162并且在LOS主导的无线电传播环境中经由向第二测试天线装置150发送的信号161以及从第二测试天线装置150接收的信号162来同时测试至少一个天线系统110。
根据一些方面，控制单元160适合于测试包括3GPP NR的无线装置和天线系统。
总之，本文中公开了用于通过测量装置100、200、250、300、400测量至少一个天线系统110在第一频带和第二频带中的性能的控制单元160。该测量装置包括：外室120，其具有被配置成封闭天线系统110的向内射频反射壁121；能够在外室120内部部署的内室140，该内室140具有被配置成封闭天线系统110的射频吸收壁141；第一测试天线装置130，其被布置在外室120内并且被配置用于第一频带中的测量操作131；以及第二测试天线装置150，其被布置在内室140内并且被配置用于第二频带中的测量操作151，其中，射频吸收壁141与第一频带中的射频信号透明度相关联，从而实现通过控制单元160由第一测试天线装置130测量天线系统110在反射射频环境中的性能，并且由第二测试天线装置150测量天线系统110在基本消声的射频环境中的性能。
图6示意性地示出了计算机程序产品600，其包括能够由控制单元160执行的一组操作610。该组操作610可以被加载到控制单元160中的存储介质530中。该组操作可以与下面结合图7讨论的方法相对应。
图6示出了包括根据本教导的计算机程序610以及在其上存储该计算机程序的计算机可读存储介质620的计算机程序产品600。计算机程序610包括能够由控制单元160执行的一组操作。该组操作可以被加载到控制单元160中的存储介质530中。该组操作可以与下面结合图7讨论的方法相对应。
在图6的示例中，计算机程序产品600被示为光盘，例如CD(致密盘)或DVD(数字多功能盘)或蓝光光盘。计算机程序产品还可以被实施为存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，并且更具体地实施为外部存储器(例如USB(通用串行总线)存储器)或闪速存储器(例如致密型闪速存储器)形式的装置的非易失性存储介质。因此，虽然计算机程序在这里被示意性地示出为所描绘的光盘上的轨道，但计算机程序可以以适合于计算机程序产品的任何方式来存储。
图7是示出用于通过测量装置100、200、250、300、400测量至少一个天线系统110在第一频带和第二频带中的性能的方法的流程图。该方法包括将外室120配置S1成具有向内射频反射壁121以封闭天线系统110；将能够部署在外室120内部的内室140配置S2成具有射频吸收壁141以封闭天线系统110，其中，射频吸收壁141与第一频带中的射频信号透明度相关联；将第一测试天线装置130配置S3成在外室120内部以用于第一频带中的测量操作131；将第二测试天线装置150配置S4成在内室140内部以用于第二频带中的测量操作151；以及通过第一测试天线装置130测量S5天线系统110在反射射频环境中的性能，并且通过第二测试天线装置150测量天线系统110在基本消声的射频环境中的性能。
根据多个方面，该方法包括通过热控制单元410控制S6测量装置内的温度。以上结合图4讨论了温度控制。
根据多个方面，该方法包括控制S7至少一个模式搅拌器210、220。以上结合图3和图4讨论了模式搅拌器。
根据多个方面，该方法包括控制S8至少一个位移机构230、240以调整至少一个天线系统相对于第一测试天线装置和第二测试天线装置中的任一个的相对位置。以上结合图2A和图2B以及图3讨论了位移机构。
根据多个方面，该方法包括对射频信道传播环境进行仿真S9以控制与第一频带中的测量操作131相关联的时间延迟扩展。这在对高延迟扩展敏感的无线电标准执行测试的情况下是有利的。在多径环境中，不同的传播路径在不同的时间到达接收器。这可能例如在两个传播路径之间的时间差大于通信符号持续时间的情况下引起符号间干扰。在这种情况下，前面的符号可能干扰后面的符号，潜在地使得通信中断或被削弱。对这种干扰敏感的系统在RC中难以测试。为了简化测试，可以通过在RC中放置微波吸收材料来减小RC信号延迟扩展。这通常表示为“调整延迟扩展”。通常通过在室壁上放置吸收材料来做到这一点。将装置完全封闭在(半)吸收材料中——例如本文中所描述的——代表了用于将延迟扩展减小受控的显著量的新的替选的方式。该方法的附加优点在于，由于DUT在所有方向上经历相等的衰减，因此不会降低测量精确度。
根据多个方面，该方法包括在第一测试天线装置130与第二测试天线装置150之间划分S10射频测试信号，从而实现包括视距LOS操作和丰富各向同性多径RIMP操作二者的测量操作。
潜在地，图1至图4所示的第二测试天线装置不会生成非常平面的波前。在需要平面波前的某些测试情况下，这可能是个问题。
图8A示出了示例测量装置800，其中第二测试天线装置150'的部分已经被移动到内室140的外部，但仍然位于外室120的内部。此处，第二测试天线装置是定向天线，例如，喇叭天线、透镜喇叭天线、反射器天线或配置有定向辐射图案的天线阵列。
反射器天线实施方式对应于所谓的紧凑型天线测试范围(CATR)，其可用于在使用传统自由空间方法无法获得到天线系统110的远场空间的频率下提供天线系统的方便的测试。CATR使用发射球面波前的源天线和一个或更多个次级反射器，以将所发射的球面波前校准为所需测试区内的平面波前。一个典型的实施方式使用喇叭馈电天线和抛物面反射器来实现这一点。CATR是已知的，这里不再详细讨论。
开口810被布置在内室140的壁中，使得第二测试天线装置150'的主瓣的主要部分可以相对无阻碍地穿过而进入内室中。这样，第二测试天线装置的有效辐射仍然主要在内室内部，并且因此出于所有实际目的，可以说第二测试天线装置包括在内室内。然而，由于天线系统110与第二测试天线装置之间的距离现在更长，因此用于第二频带中的测量操作151'的天线布置110所看到的波前更类似于平面波。换言之，现在使用具有相对大的空间延伸的平面波状波激励来执行第二频带中的测量操作151'，这在一些测试情形中是有利的。
总之，图8A示出了测量装置800，其中，内室140的射频吸收壁141中的至少一个具有进入外室120的开口810。第二测试天线装置150'的至少一部分被布置在内室140外部并且被配置为具有主瓣的定向天线。该主瓣被布置成指向开口810，使得第二测试天线装置150'的发射主要被布置在内室140内部，由此使得能够通过第一测试天线装置130测量天线系统110在反射射频环境中的性能，并且通过第二测试天线装置150'测量天线系统110在基本消声的射频环境中的性能。
根据一些方面，开口810被布置在距第二测试天线装置150'的部分距离D2处，并且具有与距离D2处的主瓣的天线图匹配的形状。这意味着开口足够大以使来自第二测试天线装置的大部分发射能量通过，但不是太大以妨碍测量第二测试天线装置150'在基本消声的射频环境中的性能。开口不必为圆形，椭圆形或其他形状的开口是可能的。开口的优选形状可以通过计算机模拟的实验来确定。该开口还可以被布置成可重新配置的，使得它可以适于具有不同天线辐射图案的不同类型的第二测试天线装置，或者使得如果距离D2改变它可以被适配。
图8B示出了包括外室和内室的示例测量装置820。内室140在其一个壁中具有开口810。定向天线150'被布置为第二测试天线装置并且被配置成辐射到开口810中。
可以理解，图8A和图8B中示出的示例测量装置800与上述讨论兼容。因此，结合图1至图4讨论的所有特征也能够适用于开口810布置在内室壁中，同时第二测试天线装置至少部分地放置在内室外部的情况。
根据一些方面，天线布置150或150'可以被布置为具有主反射器和可能的副反射器的反射器天线。这种布置在天线测试中是熟知的。反射器用于将来自喇叭天线的球面出射波转换为平面波。该布置被称为紧凑型天线测试范围(CATR)。该配置与布置100、200、250、300、400、800或900兼容。
在将内室140布置在外室140内时的潜在问题是RIMP环境受到影响。这可能至少部分是由于在外室的壁与内室的壁之间没有留下很多空间，这限制了可用传播路径并且因此可能影响传播路径分布。
图9A示出了另一示例测量装置900，其中内室140的射频吸收壁141的至少一部分是布置成与外室120的向内射频反射壁121连接的频率选择性反射壁910。频率选择性反射壁910被布置成反射第一频带中的射频信号并且吸收第二频带中的射频信号，从而使得能够通过第一测试天线装置130测量天线系统110在反射射频环境中的性能，并且通过第二测试天线装置150'测量天线系统110在基本消声的射频环境中的性能。
这样，高频无线电信号(例如第二频带中的信号)传播921到频率选择性反射壁910中，在频率选择性反射壁910中高频无线电信号被衰减或吸收。较低的射频信号(例如第一频带中的射频信号)被频率选择性反射壁910反射920。因此，与上述测量装置实例相比，频率选择性反射壁910对外室中的RIMP环境具有更有限的影响，同时其对第二频带中的射频信号具有吸收效果，并且因此非常像内室的其他射频吸收壁141那样起作用。
图9B示出了栅结构的示例；
根据一些方面，频率选择性反射壁910包括射频吸收材料940的层和栅结构930，该栅结构930布置在面向内室140(即，面向DUT)的频率选择性反射壁910的一侧上。栅结构是具有被配置成反射第一频带中的射频信号同时使第二频带中的射频信号通过的尺寸的网格或格。
根据一些方面，栅结构930包括具有孔的金属框架，该孔具有使第二频带中的射频信号通过的尺寸。
根据一些方面，栅结构930包括具有开口的蜂窝金属框架，该开口具有使第二频带中的射频信号通过的尺寸。
根据多个方面，内室140的壁141'的至少一部分是布置成与外室120的向内射频反射壁121连接的“隐形”频率反射壁970。反射壁970被布置成将射频信号反射远离天线系统110，即，作用类似于隐形表面，从而使得能够通过第一测试天线装置130测量天线系统110在反射射频环境中的性能，并且通过第二测试天线装置150'测量天线系统110在基本消声的射频环境中的性能。
这是因为来自第二测试天线装置150、150'的电磁辐射仅从单个方向到达天线系统110。到达壁141'部分的来自第二测试天线装置的信号被反射远离天线系统110。从其他方向进入的信号被内室壁衰减。该原理在图9C中示出，其中，来自第二测试天线装置150的发射960通过天线系统110，但是然后由“隐形”反射壁970反射远离天线系统110。
根据示例，可以使用布置在反射壁上的棱锥形状来实现反射壁970，使得输入信号在出射方向上以一定角度反射。

Claims (10)

1.一种测量装置(100，200，250，300，400，800，900)，用于测量至少一个天线系统(110)在第一频带和第二频带下的性能，所述测量装置包括：外室(120)，具有被配置成包围所述天线系统(110)的向内射频反射壁(121)；能够部署在所述外室(120)内部的内室(140)，所述内室(140)具有被配置成包围所述天线系统(110)的射频吸收壁(141)；第一测试天线装置(130)，被布置在所述外室(120)内部并且被配置成用于在所述第一频带下的测量操作(131)；以及第二测试天线装置(150)，被布置在所述内室(140)内部并且被配置成用于在所述第二频带下的测量操作(151)，从而使得能够通过所述第一测试天线装置(130)测量所述天线系统(110)在反射射频环境中的性能，并且通过所述第二测试天线装置(150)测量在基本消声的射频环境中的性能，其中，所述射频吸收壁(141)与射频信号透明度的水平相关联。
2.根据权利要求1所述的测量装置(200，300，400，800，900)，包括第一位移机构(240)，所述第一位移机构(240)被布置在所述外室(120)内部并且被配置成相对于所述第一测试天线装置(130)移动所述至少一个天线系统(110)。
3.根据任一前述权利要求所述的测量装置(200，250，300，400，800，900)，包括第二位移机构(230)或第三位移机构(260)，所述第二位移机构(230)或所述第三位移机构(260)被布置在所述内室(140)内部并且被配置成相对于所述第二测试天线装置(150)移动所述至少一个天线系统(110)。
4.根据任一前述权利要求所述的测量装置(100，200，250，300，400，800，900)，其中，所述内室(140)的所述射频吸收壁(141)包括超材料或频率选择性材料，所述超材料或所述频率选择性材料被配置成用于与在所述第一频带下的射频信号衰减相比在所述第二频带下的更高的射频信号衰减。
5.根据任一前述权利要求所述的测量装置(100，200，250，300，400，800，900)，其中，所述内室(140)被布置成能够从所述外室(120)移除。
6.根据任一前述权利要求所述的测量装置(100，200，250，300，400，800，900)，其中，所述控制单元(160)被布置成在所述第一测试天线装置(130)与所述第二测试天线装置(150)之间划分射频测试信号，从而实现包括视距LOS操作和丰富各向同性多径RIMP操作的测量操作。
7.根据任一前述权利要求所述的测量装置(800)，其中，所述内室(140)的所述射频吸收壁(141)中的至少一个具有通往所述外室(120)中的开口(810)，其中，所述第二测试天线装置(150')的至少一部分被布置在所述内室(140)外部并且被配置为具有主瓣(151')的定向天线，其中，所述主瓣被布置成指向所述开口(810)，使得由所述第二测试天线装置(150')进行的传输被布置在所述内室(140)内部，从而使得能够通过所述第一测试天线装置(130)测量所述天线系统(110)在反射射频环境中的性能，并且通过所述第二测试天线装置(150')测量在基本消声的射频环境中的性能。
8.根据权利要求10或11所述的测量装置(800)，其中，所述开口(810)被布置在与所述第二测试天线装置(150')的部分相距距离D2处，其中，所述开口(810)具有与所述主瓣在所述距离D2处的天线图相匹配的形状。
9.根据任一前述权利要求所述的测量装置(900)，其中，所述内室(140)的射频吸收壁(141)的至少一部分是频率选择性反射壁(910)，所述频率选择性反射壁(910)被布置成与所述外室(120)的向内射频反射壁(121)连接，所述频率选择性反射壁(910)被布置成反射所述第一频带中的射频信号并且吸收所述第二频带中的射频信号，从而使得能够通过所述第一测试天线装置(130)测量所述天线系统(110)在反射射频环境中的性能，并且通过所述第二测试天线装置(150')测量在基本消声的射频环境中的性能。
10.一种用于通过测量装置(100，200，250，300，400)来测量至少一个天线系统(110)在第一频带和第二频带下的性能的方法，所述方法包括：
将具有向内射频反射壁(121)的外室(120)配置(S1)成包围所述天线系统(110)，
将能够部署在所述外室(120)内部的具有射频吸收壁(141)的内室(140)配置(S2)成包围所述天线系统(110)，其中，所述射频吸收壁(141)与射频信号透明度的水平相关联，
将第一测试天线装置(130)配置(S3)成在所述外室(120)内部，用于所述第一频带下的测量操作(131)，
将第二测试天线装置(150)配置(S4)成在所述内室(140)内部或外部，用于所述第二频带下的测量操作(151)，
通过所述第一测试天线装置(130)测量(S5)所述天线系统(110)在反射射频环境中的性能，并且通过所述第二测试天线装置(150)测量在基本消声的射频环境中的性能。
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