CN113691329A - 一种基于多通道接收机的天线测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多通道接收机的天线测试系统及方法，包括：运动机构、信号源、耦合器、标准天线、双通道接收机、多通道接收机、系统控制器。本发明采用嵌入技术，在标准天线系统不更改控制软件与增加硬件的前提下完成多通道接收机嵌入，进行系统升级，使原系统获得多通道同时接收的测试能力。本发明还可用于扩展其他设备，使标准天线测试系统以最小代价获得更多功能。

Description

一种基于多通道接收机的天线测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种天线测试方法，特别是一种基于多通道接收机的天线测试系统及方法，属于天线测量技术领域。

背景技术

随着通讯速率需求的不断提高，对于天线的波束要求越来越高，更高的增益、更低的副瓣、更宽的频带等等。如多端口多波束天线的出现，很大程度上提高天线传输能力。与传统天线相比，其拥有更多的物理端口，对于天线测试若利用传统系统会花费更多的时间。

电子开关在测试系统中的出现缓解的这一矛盾，但是也引入了新的问题。如开关差损带来的动态范围下降，通道数量增多带来的探头位置与理想网格偏移。码分发射测试技术可以解决一部分这类天线的测试需求，但是只能解决天线发射模式的测试需求。多通道接收可以解决天线接收模式的测试需求，但是对于原有天线测试系统需要进行全面的升级改造才能进行使用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供了一种基于多通道接收机的天线测试系统及方法。利用天线测试系统控制链，将多通道接收机嵌入原系统，在不更改原控制软件和添加硬件的基础上完成原系统的多通道升级。使多通道接收机利用原有软件与原系统协同工作，完成多波束天线多个端口同时测试的能力。

本发明的技术解决方案是：

一种基于多通道接收机的天线测试系统，包括：运动机构、信号源、耦合器、标准天线、双通道接收机、多通道接收机、系统控制器；

运动机构：用于承载待测多波束天线与标准天线，移动待测多波束天线与标准天线到待测试位置；在待测多波束天线与标准天线移动到待测试位置后，发送位置到位信号T1给系统控制器；

信号源：产生射频信号F1，并将射频信号F1发送给耦合器；接收双通道接收机传输的采集完毕信号T4，进行频率切换或者功率切换，切换完毕后发送切换完毕信号T5给系统控制器；

耦合器：接收信号源传输的射频信号F1并进行分路处理，获得两路同频信号，一路作为信号路信号F2发送给标准天线，另一路作为参考路信号R传输给多通道接收机；

标准天线：接收耦合器发送的信号路信号F2，将信号路信号F2转化为辐射电磁波发射到空间，从而传输给待测多波束天线；

多通道接收机：接收系统控制器发送的数据采集信号T2，在接收到数据采集信号T2后，采集耦合器传输的参考信号R和待测多波束天线传输的多路信号A1、A2……AN，其中N为大于2的正整数；在完成数据采集后，发送数据采集完毕信号T3给双通道接收机；

双通道接收机：接收多通道接收机发送的数据采集完毕信号T3，在收到多通道接收机传输的数据采集完毕信号T3后，发射数据采集完毕信号T4给信号源；

系统控制器：接收运动机构发送的位置到位信号T1，在接收到位置到位信号T1后，发送数据采集信号T2给多通道接收机；接收信号源发送的切换完毕信号T5，根据接收到切换完毕信号T5的次数，判定在当前待测试位置下是否完成所有频率和功率的测试工作。

可选地，所述信号源频率覆盖待测天线测试频段。

可选地，所述耦合器的工作频率覆盖待测天线测试频段。

可选地，所述标准天线工作频率覆盖待测天线测试频段。

可选地，其特征在于，数据采集完毕信号T3触发电平的电压、极性和触发宽度与系统控制器发送的数据采集信号T2的触发电平相同。

一种基于上述多通道接收机的天线测试系统进行天线测试的方法，步骤如下：

1)将信号源与耦合器相连，耦合器分别与多通道接收机和标准天线相连，待测多波束天线的多个端口分别与多通道接收机的多个端口相连，组成射频链路；将运动机构与系统控制器相连，系统控制器与多通道接收机相连，多通道接收机与双通道接收机相连，双通道接收机与信号源相连，信号源与系统控制器相连，组成控制链路；

2)按照天线测试方法将待测多波束天线与标准天线安装于运动机构上，并进行场地校准；

3)设置多通道接收机触发信号T3的触发电平的电压、极性和触发宽度与系统控制器发送的触发信号T2相同；

4)获得上级输入的多个待测试位置，以及信号源的测试频率和测试功率；

5)利用运动机构，使待测多波束天线与标准天线位于任意一个待测试位置，调整到位后运动机构发送到位信号T1给系统控制器；

6)待系统控制器接收到T1后，发出数据采集信号T2给多通道接收机，控制多通道接收机进行采集，多通道接收机接收到系统控制器发送的数据采集信号T2后，同时对耦合器传输的参考信号R和待测多波束天线传输的多路信号A1、A2……AN进行幅度相位采集，采集完毕后发送采集完毕信号T3给双通道接收机；

7)待双通道接收机接收到信号采集完毕信号T3后，发送采集完毕信号T4给信号源；

8)信号源在接收到接收机采集完毕信号T4后，进行测试频率切换或测试功率切换，获得更新后的射频信号F1并发送给耦合器；同时，发送切换完成信号T5给系统控制器；

9)系统控制器接收信号源发送的切换完毕信号T5，根据接收到的切换完毕信号T5次数判断当前测试位置下上级输入所有的测试频率、测试功率是否均测试完毕，若是进入步骤10)，若否则重复步骤6)至8)，直至完成所有测试频率、测试功率的测试工作；

10)根据当前位置多路信号A1、A2……AN与待测多波束天线对应关系，获得待测多波束天线N个端口的幅度和相位信息；

11)重复5)至10)，获得所有待测试位置下的待测多波束天线的幅度和相位测试结果。

可选地，步骤2)所述将待测多波束天线与标准天线安装于运动机构上，对于天线远场测试，使得待测多波束天线与标准天线之间的距离大于D；

其中，d1为待测天线口径大小；d2为标准天线口径大小；λ为测试频率内最高频率对应的波长。

可选地，步骤2)所述将待测多波束天线与标准天线安装于运动机构上，对于天线紧缩场测试，待测天线处于紧缩场静区内。

可选地，步骤2)所述将待测多波束天线与标准天线安装于运动机构上，对于天线平面近场、柱面近场、球面近场测试，待测多波束天线与标准天线之间的距离介于3λ～D之间。

可选地，多通道接收机多路数据采集到的信号幅度与相位值在同一个相对位置、相同频率、相同功率下多次采集重复性满足幅度差小于0.5dB，相位差小于5度。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1)本发明采用了嵌入式技术，无需更改原测试系统控制软件，无需增加额外硬件设备即可完成多通道接收机在原测试系统中的使用，并与原系统协同工作，使原系统拥有多波束天线同时测试能力。

2)本发明采用脉冲触发可调节方式，使多通道接收机在不做过多更改的前提下可嵌入不同的标准天线测试系统，扩展了多通道接收机的通用性。

3)本发明采用的嵌入式方式，通用性强，其余设备的嵌入可以仿照本方法进行。

附图说明

图1为标准天线测试框图。

图2为嵌入多通道接收机测试框图。

图3为本发明测试结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明天线做详细的说明，具体如下：

一、系统基本原理

一种基于多通道接收机的天线测试系统，包括：运动机构、信号源、耦合器、标准天线、双通道接收机、多通道接收机、系统控制器。

运动机构：用于承载待测多波束天线与标准天线，使待测多波束天线与标准天线移动到待测试位置；运动机构在移动到位后发送位置到位信号T1给系统控制器；

信号源：产生射频信号F1，并将射频信号F1发送给耦合器；接收双通道接收机传输的采集完毕信号T4，进行频率或者功率切换，切换完毕后发送切换完毕信号T5给系统控制器；信号源频率需覆盖待测天线测试频段。

耦合器：接收信号源传输的射频信号并进行分路处理，获得两路同频信号，一路作为信号路信号F2发送给标准天线，另一路作为参考路信号R传输给多通道接收机；耦合器的工作频率需覆盖待测天线测试频段。

标准天线：接收耦合器发送的信号路信号F2，将信号路信号F2转化为辐射电磁波发射到空间，从而传输给待测多波束天线，形成多路信号A1、A2……AN(N>2)。标准天线工作频率需覆盖待测天线测试频段。

多通道接收机：接收系统控制器发送的数据采集信号T2，在接收到数据采集信号T2后，采集耦合器传输的参考信号R和待测多波束天线传输的多路信号A1、A2……AN，其中N>2；在完成数据采集后，发送数据采集完毕信号T3给双通道接收机；数据采集完毕信号T3触发电平的电压、极性和触发宽度与系统控制器发送的数据采集信号T2的触发电平相同。

双通道接收机：系统原自带射频接收设备，接收多通道接收机发送的数据采集完毕信号T3，在收到多通道接收机传输的数据采集完毕信号T3后，发射数据采集完毕信号T4给信号源；

系统控制器：用于整个系统的运行控制。接收运动机构发送的位置到位信号T1，在接收到位置到位信号T1后，发送数据采集信号T2给多通道接收机；接收信号源发送的切换完毕信号T5，根据接收到切换完毕信号T5的次数，判定是否完成当前待测试位置和姿态下所有频率和功率的测试工作。

二、详细步骤

1)将信号源与耦合器相连，耦合器分别与多通道接收机和标准天线相连，待测多波束天线的多个端口分别与多通道接收机的多个端口相连，组成射频链路；将运动机构与系统控制器相连，系统控制器与多通道接收机相连，多通道接收机与双通道接收机相连，双通道接收机与信号源相连，信号源与系统控制器相连，组成控制链路。本发明测试系统如图2所示。原标准天线测试框图如图1所示。

2)按照天线测试方法将待测多波束天线与标准天线安装于运动机构上，并进行场地校准；

对于天线远场测试，待测多波束天线与标准天线之间的距离大于D。

其中，d1为待测天线口径大小；d2为标准天线口径大小；λ为测试频率内最高频率对应的波长。

对于天线紧缩场测试，待测多波束天线与标准天线架设在对应机械设备上，待测天线处于紧缩场静区内。

对于天线平面近场、柱面近场、球面近场测试待测天线与标准天线放置在对应机械设备上，待测多波束天线与标准天线之间的距离介于3λ～D之间。

3)设置多通道接收机触发信号T3的触发电平的电压、极性和触发宽度与系统控制器发送的触发信号T2相同。例如T2信号为高有效、3.5V、20us，则设置多通道接收机的输出信号T3为高有效、3.5V、20us。

4)获得上级输入的多个待测试位置，以及信号源的测试频率和测试功率；

5)利用运动机构，使待测多波束天线与标准天线位于任意一个待测试位置，调整到位后运动机构发送到位信号T1给系统控制器；

6)待系统控制器接收到T1后，发出数据采集信号T2给多通道接收机，控制多通道接收机进行采集，多通道接收机接收到系统控制器发送的数据采集信号T2后，同时对耦合器传输的参考信号R和待测多波束天线传输的多路信号A1、A2……AN进行幅度相位采集，采集完毕后发送采集完毕信号T3给双通道接收机；

7)待双通道接收机接收到信号采集完毕信号T3后，发送采集完毕信号T4给信号源；

8)信号源在接收到接收机采集完毕信号T4后，进行测试频率切换或测试功率切换，获得更新后的射频信号F1并发送给耦合器；同时，发送切换完成信号T5给系统控制器；

9)系统控制器接收信号源发送的切换完毕信号T5，根据接收到的切换完毕信号T5次数判断当前测试位置下上级输入所有的测试频率、测试功率是否均测试完毕，若是进入步骤10)，若否则重复步骤6)至8)，直至完成所有测试频率、测试功率的测试工作；

10)根据当前位置多路信号A1、A2……AN与待测多波束天线对应关系。获得待测多波束天线N个端口的幅度和相位信息；

11)重复5)至10)，获得所有待测试位置下的待测多波束天线的幅度和相位测试结果。

本发明更改原射频链路，将原耦合器发射的参考信号R接入多通道接收机，作为多通道接收的参考信号，将待测多波束天线的多个端口A1、A2……AN连接至多通道接收机多个端口上进行同时采集。

多通道接收机多路数据采集到的信号幅度与相位值在同一个相对位置、相同频率、相同功率下多次采集重复性需要满足幅度差小于0.5dB，相位差小于5度。

根据测试需求可以嵌入其他设备，以扩展标准天线测试系统的功能如嵌入功率计进行功率检测，激光跟踪仪进行位置检测等。

实施例

将一个拥有32个端口的多波束天线以及一个多通道接收机，按照本方法嵌入一个平面近场，进行测试，如图3所示为测试结果图。可以看出完成了多波束天线多路端口同时测试功能，验证了本发明方法的有效性。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于多通道接收机的天线测试系统，其特征在于，包括：运动机构、信号源、耦合器、标准天线、双通道接收机、多通道接收机、系统控制器；

运动机构：用于承载待测多波束天线与标准天线，移动待测多波束天线与标准天线到待测试位置；在待测多波束天线与标准天线移动到待测试位置后，发送位置到位信号T1给系统控制器；

信号源：产生射频信号F1，并将射频信号F1发送给耦合器；接收双通道接收机传输的采集完毕信号T4，进行频率切换或者功率切换，切换完毕后发送切换完毕信号T5给系统控制器；

耦合器：接收信号源传输的射频信号F1并进行分路处理，获得两路同频信号，一路作为信号路信号F2发送给标准天线，另一路作为参考路信号R传输给多通道接收机；

标准天线：接收耦合器发送的信号路信号F2，将信号路信号F2转化为辐射电磁波发射到空间，从而传输给待测多波束天线；

多通道接收机：接收系统控制器发送的数据采集信号T2，在接收到数据采集信号T2后，采集耦合器传输的参考信号R和待测多波束天线传输的多路信号A1、A2……AN，其中N为大于2的正整数；在完成数据采集后，发送数据采集完毕信号T3给双通道接收机；

双通道接收机：接收多通道接收机发送的数据采集完毕信号T3，在收到多通道接收机传输的数据采集完毕信号T3后，发射数据采集完毕信号T4给信号源；

系统控制器：接收运动机构发送的位置到位信号T1，在接收到位置到位信号T1后，发送数据采集信号T2给多通道接收机；接收信号源发送的切换完毕信号T5，根据接收到切换完毕信号T5的次数，判定在当前待测试位置下是否完成所有频率和功率的测试工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于多通道接收机的天线测试系统，其特征在于，所述信号源频率覆盖待测天线测试频段。

3.根据权利要求1所述的一种基于多通道接收机的天线测试系统，其特征在于，所述耦合器的工作频率覆盖待测天线测试频段。

4.根据权利要求1所述的一种基于多通道接收机的天线测试系统，其特征在于，所述标准天线工作频率覆盖待测天线测试频段。

5.根据权利要求2～4任意一项所述的一种基于多通道接收机的天线测试系统，其特征在于，数据采集完毕信号T3触发电平的电压、极性和触发宽度与系统控制器发送的数据采集信号T2的触发电平相同。

6.根据权利要求5所述的一种基于多通道接收机的天线测试系统进行天线测试的方法，其特征在于，步骤如下：

1)将信号源与耦合器相连，耦合器分别与多通道接收机和标准天线相连，待测多波束天线的多个端口分别与多通道接收机的多个端口相连，组成射频链路；将运动机构与系统控制器相连，系统控制器与多通道接收机相连，多通道接收机与双通道接收机相连，双通道接收机与信号源相连，信号源与系统控制器相连，组成控制链路；

2)按照天线测试方法将待测多波束天线与标准天线安装于运动机构上，并进行场地校准；

3)设置多通道接收机触发信号T3的触发电平的电压、极性和触发宽度与系统控制器发送的触发信号T2相同；

4)获得上级输入的多个待测试位置，以及信号源的测试频率和测试功率；

5)利用运动机构，使待测多波束天线与标准天线位于任意一个待测试位置，调整到位后运动机构发送到位信号T1给系统控制器；

6)待系统控制器接收到T1后，发出数据采集信号T2给多通道接收机，控制多通道接收机进行采集，多通道接收机接收到系统控制器发送的数据采集信号T2后，同时对耦合器传输的参考信号R和待测多波束天线传输的多路信号A1、A2……AN进行幅度相位采集，采集完毕后发送采集完毕信号T3给双通道接收机；

7)待双通道接收机接收到信号采集完毕信号T3后，发送采集完毕信号T4给信号源；

8)信号源在接收到接收机采集完毕信号T4后，进行测试频率切换或测试功率切换，获得更新后的射频信号F1并发送给耦合器；同时，发送切换完成信号T5给系统控制器；

9)系统控制器接收信号源发送的切换完毕信号T5，根据接收到的切换完毕信号T5次数判断当前测试位置下上级输入所有的测试频率、测试功率是否均测试完毕，若是进入步骤10)，若否则重复步骤6)至8)，直至完成所有测试频率、测试功率的测试工作；

10)根据当前位置多路信号A1、A2……AN与待测多波束天线对应关系，获得待测多波束天线N个端口的幅度和相位信息；

11)重复5)至10)，获得所有待测试位置下的待测多波束天线的幅度和相位测试结果。

7.根据权利要求6所述进行天线测试的方法，其特征在于，步骤2)所述将待测多波束天线与标准天线安装于运动机构上，对于天线远场测试，使得待测多波束天线与标准天线之间的距离大于D；

其中，d1为待测天线口径大小；d2为标准天线口径大小；λ为测试频率内最高频率对应的波长。

8.根据权利要求7所述进行天线测试的方法，其特征在于，步骤2)所述将待测多波束天线与标准天线安装于运动机构上，对于天线紧缩场测试，待测天线处于紧缩场静区内。

9.根据权利要求8所述进行天线测试的方法，其特征在于，步骤2)所述将待测多波束天线与标准天线安装于运动机构上，对于天线平面近场、柱面近场、球面近场测试，待测多波束天线与标准天线之间的距离介于3λ～D之间。

10.根据权利要求9所述进行天线测试的方法，其特征在于，多通道接收机多路数据采集到的信号幅度与相位值在同一个相对位置、相同频率、相同功率下多次采集重复性满足幅度差小于0.5dB，相位差小于5度。

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