CN113711061A - 用于定位相控阵天线中的pim故障的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供一用于测试被测天线(AUT)的系统，以及定位AUT中的无源互调(PIM)故障的系统和方法。AUT包括输入端口和多个分支，每个分支以至少一个辐射元件结束。所述方法包括：向AUT的输入端口施加多个RF刺激信号；通过空中探针固定阵列接收从所述多个辐射元件中的至少一个发射的正向PIM信号；由PIM分析器测量由空中探针固定阵列接收的正向PIM信号的一个或多个特性；以及分析正向PIM信号的一个或多个特性以定位AUT中的PIM故障。

Description

用于定位相控阵天线中的PIM故障的方法和系统

技术领域

本发明涉及相控阵天线中的无源互调(PIM)故障的识别。特别地，尽管不是唯一地，但本发明涉及在被测相控阵天线中PIM故障位置的确定。

背景技术

相控阵天线是许多无线电通信系统中的重要构建块。通过同时相干地接收或发射来自多个辐射元件的信号，这种类型的天线可以实现比单独使用一个辐射元件可能实现的更具定向性的辐射图。

相控阵天线的内部构造可能非常复杂，尤其是当天线包含大量辐射元件时。现代天线可以包含数百个互连件、电缆和组件。由于这些原因，相控阵天线的制造可能具有挑战性，并且在出现故障时更难排除故障。

相控阵天线中可能出现的故障之一是无源互调失真(PIM)，无线电通信系统中常见的干扰源。PIM问题通常发生在高功率发射信号和低功率接收信号通过共享射频(RF)基础设施传播的情况下。如果基础设施包含具有非线性传输特性的组件或互连件，则发射信号可能会在非线性中混合在一起，并在大频率范围内产生寄生PIM产物。如果PIM产物恰好落在基站的接收频带内，接收器可能会变得不敏感，导致掉线电话和数据速率降低。PIM的常见来源包括连接器松动、焊点破裂、镀层损坏、RF路径中的切屑、污垢和其他污染物。

查明相控阵天线中的PIM故障的大部分困难源于这种类型的天线采用的分支架构。传统的故障查找技术，如距离到PIM测试，可以确定从天线的RF端口到PIM故障的距离，但不能确定故障位于哪个分支。因此，制造人员通常别无选择，只能手动检查和返修天线每个分支中的每个组件和互连件。这一过程可能是劳动密集的、缓慢的和低效的，且通常不适用于批量制造环境，在这种环境中，循环时间是关键参数。

查明PIM故障的另一个困难是PIM故障不一定以一致的方式出现。作为说明性的示例，一些PIM故障可能仅在某些条件下出现，例如当移动或当力施加到天线的一部分时。

因此，显然需要改进相控阵天线中PIM故障的识别。

将清楚地理解，如果在本文引用现有技术公布，则这种引用并不构成承认所述公布形成澳大利亚或任何其他国家的本领域公知常识的一部分。

发明内容

本发明涉及用于定位相控阵天线中的PIM故障的方法和系统，其可以至少部分地克服至少一个上述缺点，或者为消费者提供有用的或商业的选择。

综上所述，本发明在一种形式中广泛存在于一种用于定位被测天线(AUT)中的无源互调(PIM)故障的系统中，所述AUT包括输入端口和多个分支，每个分支以至少一个辐射元件结束，所述系统包括：空中探针固定阵列，每个空中探针被配置成接收从多个辐射元件中的至少一个发射的PIM信号；PIM分析器，连接到AUT和空中探针固定阵列，用于：向AUT的输入端口施加多个RF刺激信号；以及测量由空中探针固定阵列接收的正向PIM信号的一个或多个特性，以定位AUT中的PIM故障。

根据本发明的另一个实施例，提供一种定位被测天线(AUT)中的无源互调(PIM)故障的方法，所述AUT包括输入端口和多个分支，每个分支以至少一个辐射元件结束，所述方法包括：向AUT的输入端口施加多个RF刺激信号；通过空中探针固定阵列接收从多个辐射元件中的至少一个发射的正向PIM信号；由PIM分析器测量由空中探针固定阵列接收的正向PIM信号的一个或多个特性；以及分析正向PIM信号的一个或多个特性以定位AUT中的PIM故障。

有利的是，所述系统和方法能够在AUT中容易地定位PIM故障，这在制造相控阵天线时特别有用。

被测天线可以是相控阵天线、全频带天线或小的小区天线。被测天线可能位于消声室内。被测天线可以包括功率分配器，所述功率分配器将输入信号分到多个分支。每个分支可以终止于至少一个辐射元件。

定位PIM故障可以包括确定被测天线的哪个单独分支或哪组分支包含所述PIM故障。

每个空中探针可以被配置成从辐射元件中的两个或更多个接收信号。

波束形成可用于隔离在空中探针处接收的来自AUT的每个辐射元件的信号。

OTA探针可以位于距辐射元件至少1m(例如，上方)的位置。OTA探针可以距辐射元件至少约50cm。OTA探针中的两个或更多个可以距辐射元件至少约50cm。

OTA探针可以弯曲的布置方式来布置。OTA探针可以在垂直于AUT的方向上(例如，当从上方测试时，在竖直方向上)以弯曲的布置方式布置。OTA探针可以被布置成使得它们在天线的中心距辐射元件最远，而在天线的边缘距辐射元件最近。OTA探针可以在天线上方形成圆顶形状。

OTA探针可被定位成在竖直方向上呈椭圆形曲线。OTA探针可以等距地放置在椭圆形曲线上。

椭圆形曲线可根据以下参数化进行定义：

其中

是从0到π，W是曲线的宽度，h是曲线在AUT上方的最上点的高度，且b是曲线在竖直方向上从它的最上点到它的最低点的高度。

OTA探针可以线性布置。OTA探针可以近似平行于辐射元件。

OTA探针可以包括少于30个探针。OTA探针可以包括约16个探针。然而，本领域技术人员将容易理解，分离辐射元件需要多少探针就需要多少探针。

OTA探针可以被配置成使得天线元件的幅值响应函数具有至少约10dB的目标隔离。

可替代地，每个空中探针可以被配置成仅从单个辐射元件接收信号。探针可以被配置成实现与AUT的辐射元件的强耦合。被测天线的每个辐射元件可以耦合到多个空中(OTA)探针之一。探针的角度取向可以调整，以实现强耦合。

每个OTA探针可以位于AUT中的其配对辐射元件的中心。探针可以位于AUT辐射元件的约30mm范围内。

OTA探针可以安装在高度可调的台架上，以允许OTA探针和辐射元件之间的竖直分离是可配置的。每个OTA探针与其对应的辐射元件之间的竖直分离可以小于100mm。竖直分离可以在10-100mm的范围内。

所述系统可以包括连接到PIM分析器的控制器，用于分析正向PIM信号的一个或多个特性，以定位AUT中的PIM故障。

RF刺激信号中的至少一个可以在一定频率范围内扫描。

优选地，PIM分析器可以被配置成测量正向PIM信号的一个或多个特性，以识别静态PIM故障和动态PIM故障。

AUT可以选择性地振动，以识别动态PIM故障。

所述系统可包括振动台，用于振动AUT以识别动态PIM故障。

控制器可以被配置成在正向PIM信号的第一测量期间激活振动台的振动，而在正向PIM信号的第二测量期间不激活振动台的振动。

振动台可设置在消声室内。一个或多个致动器可以被配置成向振动台提供振动。致动器可以设置在消声室中。可以针对PIM屏蔽致动器。致动器可以被屏蔽以限制传导和辐射发射。

可通过将致动器封闭在铝壳中来进行辐射屏蔽。可以由与致动器的电力电缆一致的一个或多个低通滤波器来进行传导屏蔽。例如，每个致动器可以包括在其正极电力电缆和负极电力电缆的每一个上的低通滤波器。

振动台可包括支撑表面，用于支撑AUT。致动器可以被配置成直接振动支撑表面。

致动器可以被配置成以振动台和AUT的共振频率来振动振动台。致动器可以被配置成在一组离散的共振频率下放大施加到AUT的力。

振动台可以包括一个或多个传感器来测量振动台的振动。这种传感器可用于为振动振动台和AUT以及致动器提供闭环控制。

所述设备可以包括RF开关盒。RF开关盒可以是由电子开关构成的固态装置。RF开关盒可由机电继电器网络构成。

所述设备可以包括配置在RF开关盒的公共端口和PIM分析器的端口之间的带通滤波器。带通滤波器可以通过PIM分析器的接收频带中的频率，并斥拒发射频带中的频率。

PIM分析器可以是能够测量一定频率范围内的正向PIM和反向PIM的单接收器PIM分析器。PIM分析器可以是能够测量一定频率范围内的正向PIM和反向PIM的多接收器PIM分析器。多接收器PIM分析器可以能够同时测量所有空中探针发射的正向PIM。多接收器PIM分析器可以包括包含多个接收双工器的内部双工器组，一个双工器用于多个空中探针中的每一个。PIM分析器可能包含发射模块。发射模块可以调整载波信号的频率和幅值，以执行扫频PIM测量。

正向PIM可以在AUT通频带内的频率范围内测量。

范围至故障(RTF)模块可用于确定到AUT分支上的PIM故障的距离。范围至故障模块可以测量反向PIM。反向PIM可以在AUT通频带内的频率范围内测量。

PIM分析器可以被配置成测量由空中探针固定阵列接收的正向PIM信号的相位特性。PIM分析器可以包括相干接收器组，以测量由空中探针固定阵列接收的正向PIM信号的相位特性。

所述系统可以被配置成使用等级排序以将接收到的正向PIM信号分类入故障类别来定位AUT中的PIM故障，每个类别对应于至少一个潜在故障点。故障状况的检测包括发现数据对应于哪个类别，这会得到故障的位置(定位)。

训练数据可用于定位AUT中的PIM故障，所述训练数据包括对应于多个可能故障位置中每一个的PIM源的数据和从空中探针阵列接收的对应信号。

训练数据可用于类似于大规模MIMO的方法中，其中以类似于大规模MIMO中移动电话用户分离的方式提供PIM源的空间分离，其中训练数据提供类似于大规模MIMO中的上行链路导频的信息。

定位PIM故障可以包括机器学习来映射接收到的PIM信号。在这种情况下，从收集的数据建立映射，以将来自许多来源的数据映射到可能的故障类别。

所述方法可以包括分析PIM信号的特性，以确定具有一个或多个PIM故障的分支。PIM信号的特性可以包括幅值或相位或幅值和相位。所述方法可以包括测量由AUT的辐射元件发射的PIM信号的群延迟响应。群延迟被定义为测量的PIM相位响应相对于频率的梯度。

所述方法还可以包括通过执行距离到PIM(DTP)测试来识别在AUT的输入端口上的PIM故障的先前步骤。所述方法还可以包括在测量AUT的正向PIM响应之前，修复AUT的输入端口上的PIM故障。

所述方法还可以包括重复接收PIM信号和测量PIM信号的特性多次、在每次迭代时向AUT的不同分支增加低PIM失配的步骤。RF刺激信号中的至少一个可以在一定频率范围内扫描。

所述方法还可以包括将AUT的下倾设置为预先配置的值。所述方法还可以包括将阻抗失配引入AUT的一个或多个分支，并观察PIM响应的变化。所述方法还可以包括测量每个分支的标量正向PIM响应，并使用启发式技术来推断PIM故障的位置。

可以执行包括步进频率扫描的PIM扫描，其中在PIM分析器的接收频带内的一组离散频率点测量PIM。PIM扫描可以在多个下倾设置下重复执行。

测量由空中探针固定阵列接收的PIM信号的特性可以包括测量PIM相位以及幅值。分析PIM信号的特性可以包括计算PIM群延迟。分析PIM信号的特性可以包括使用L1范数最小化程序根据PIM信号的测量值拟合参数模型。

根据本发明的另一个实施例，提供一种用于测试被测天线(AUT)的系统，所述AUT包括输入端口和多个分支，每个分支以至少一个辐射元件结束，所述系统包括：输入端，用于接收多个RF刺激信号并将多个RF刺激信号提供给AUT的输入端口；空中探针固定阵列，用于接收从多个辐射元件中的至少一个发射的正向PIM信号；以及输出端，用于提供从多个辐射元件中的至少一个发射的正向PIM信号。多个RF刺激信号中的至少一个可以在一定频率范围内扫描。

根据本发明的另一个实施例，提供一种用于诱发被测天线(AUT)中的动态无源互调(PIM)故障的振动台，所述振动台包括一个或多个致动器，所述致动器联接到振动台的支撑表面，并被配置成选择性地振动支撑表面，从而振动其上的AUT，以诱发AUT中的动态无源互调(PIM)故障，其中所述致动器被RF屏蔽。

适当地，屏蔽包括辐射屏蔽。适当地，屏蔽包括传导屏蔽。

辐射屏蔽可以包括一个或多个壳体，用于容纳一个或多个致动器。

传导屏蔽可以包括低通滤波器。

致动器可以被配置成以一个或多个共振频率振动支撑表面和AUT。

有利地，致动器的这种用途可以比气动致动器更简单且更便宜。

振动台可以包括一个或多个传感器来测量振动台的振动。这种传感器可用于为振动振动台和AUT以及致动器提供闭环控制。

在本发明的范围内，本文所述的任何特征可以与本文所述的任何一个或多个其它特征以任何组合方式组合。

本说明书中对任何现有技术的引用不是，且不应该被认为是对现有技术构成公知常识的一部分的承认或任何形式的暗示。

附图说明

将参考以下附图描述本发明的各种实施例，其中：

图1是根据现有技术的具有一个功率分配器的相控阵天线的框图；

图2是根据现有技术的具有3个功率分配器的相控阵天线的框图；

图3是本发明一个方面的实施例的框图，其包括电子RF开关盒、双工器组和Rx带通滤波器；

图4是本发明一个方面的实施例的框图，其包括基于继电器的RF开关盒；

图5是本发明的一个方面的实施例的框图，其包括具有一个发射器和多个接收器的PIM分析器；

图6是描绘故障查找方法1中的关键步骤的流程图；

图7是描绘使用方法1在正向PIM测量扫描期间由7分支相控阵天线中的辐射元件发射的PIM的模拟的图表；

图8是描绘根据方法1得到的示例性模拟结果的图表，其中PIM故障位于距分离器端口20mm处；

图9是描绘根据方法1得到的示例性模拟结果的图表，其中PIM故障位于距分离器端口71mm处；

图10是描绘故障查找方法2中的关键步骤的流程图；

图11是描绘使用方法2获得的模拟结果的图表；

图12是描绘故障查找方法3中的关键步骤的流程图；

图13是描绘使用方法4获得的模拟结果的图表；

图14是描绘根据方法5得到的模拟扫描数据的一组图表；

图15是描绘使用方法5对分支天线进行PIM故障查找分析的模拟结果的图表；

图16是根据现有技术的每个分支具有两个辐射元件的相控阵天线的框图；

图17是本发明的一个方面的实施例的系统的框图，所述系统包括近场聚焦台架。

图18示出单个元件的近场聚焦的幅值响应函数的示例性曲线图；

图19a示出本发明一个方面的实施例的系统的扁平OTA探针布置，其包括近场聚焦台架；

图19b示出图19a的布置的每个元件的近场聚焦的幅值响应函数。

图20a示出本发明一个方面的实施例的系统的弯曲OTA探针布置，其包括近场聚焦台架；

图20b示出图20a的布置的每个元件的近场聚焦的幅值响应函数。

图21a示出本发明一个方面的实施例的系统的弯曲OTA探针布置，其包括近场聚焦台架；

图21b示出图21a的布置的每个元件的近场聚焦的幅值响应函数。

图22a示出本发明一个方面的实施例的系统的进一步弯曲OTA探针布置，其包括近场聚焦台架；

图22b示出图22a的布置的每个元件的近场聚焦的幅值响应函数。

图23a示出本发明一个方面的实施例的系统的再进一步弯曲OTA探针布置，其包括近场聚焦台架；

图23b示出图23a的布置的每个元件的近场聚焦的幅值响应函数。

图24示出包括单个PIM源的示例性系统。

图25示出在第一配置中的图24的示例的模拟曲线图；以及

图26示出在第二配置中的图24的示例的模拟曲线图。

本发明的优选特征、实施例和变化可以从下面的具体实施方式中看出，所述具体实施方式为本领域技术人员提供足够的信息来执行本发明。具体实施方式不应被视为以任何方式限制前面的本发明内容的范围。

具体实施方式

相控阵天线是一种天线，其中两个或更多个辐射元件连接在一起使得产生具有比单独使用一个辐射元件将可能实现的更加定向辐射图的天线。

相控阵可以根据各种设计进行配置，从完全由无源RF组件制成的低成本组合件，到每个辐射元件由专用数字收发器驱动的先进系统。辐射元件可以布置成单行，形成所谓的线性阵列，或者形成称为平面阵列的二维网格。在一些相控阵天线中，通过调节去往/来自每个辐射元件的信号的相对相位，可以将辐射图转向不同的方向。

在图1的示意图中描绘与本发明的方面相关的一类相控阵天线。在相控阵天线100的这种设计中，天线的RF输入端口102连接到功率分配器(也称为“分离器”)104，其将信号分成多个分支，包括仔细选择长度的同轴电缆或波导。每个分支终止于其自己的辐射元件106a-n。可调移相器108a-n通常包括在每个分支中，以便将辐射图转向期望的方向。

在替代天线设计中，功率分配器可以包括多个独立的级，如图2所示。这通常是出于机械方便的原因。然而，在功能上，图2中的天线与图1中的天线基本上相似。

在又一个天线设计1600中，如图16所示，天线可以每个分支包含多个辐射元件。在这种布置中，每个分支由小的分离器模块(例如1602)终止，其中分离器模块的公共端口(例如1604)连接到分支的端部，并且分离器模块的输出端口(例如1606a和1606b)连接到辐射元件(例如1608a和1608b)。可能的天线配置可以每个分支使用两个辐射元件，然而每个分支可以使用多于两个元件。尽管与图1和图2所描绘的天线配置相比，这种配置具有额外的复杂性，但是图16所描绘的天线1600在功能上类似于图1和图2所描绘的天线。

回到图1，功率分配器104可以被设计成向阵列端部的辐射元件递送比向阵列中间的元件递送更少的功率，这种策略被称为“锥形”或“开窗”。通过适当选择锥形函数，可以权衡天线的波束宽度和峰值旁瓣电平。

图1、图2和图16所示的相控阵天线也可以在其组合件中加入一个或多个RF滤波器，以斥拒来自其他无线电发射器的噪声和不必要的干扰。

在一些应用中，各自具有与其他不同的工作频率范围和/或极化的几个独立的相控阵可以安装在同一罩壳中，通常它们的辐射元件相互交错，以最小化单元的整体大小。

图1中的相控阵天线拓扑结构(以及相关变体，如图2和图16所示者)可用于蜂窝移动电信行业。如图1、图2和图16所示，相控阵天线拓扑结构的一个应用是扇区天线，其目的是将基站的无线电覆盖范围限制在少数(通常为三个)被称为“扇区”的有限地理区域内。这种类型的天线设计在本应用中可以提供以下优点。

首先，这种相控阵天线拓扑结构可能有助于廉价和轻质的构造，其可以利用机械上简单的组件。其次，它可能能够在高RF功率电平下工作而不会损坏。最后，如果使用高质量的材料仔细组装，它可能会产生非常低电平的PIM。

图1、图2和图16所示类型天线的缺点是，它可能具有差的分支到分支隔离和低的输出回波损耗。这种不良行为主要是由功率分配器模块引起的，所述模块通常基于无功功率分配器设计，将分离和相移功能两者集成到成本和复杂性相对较低的单个装置中。不幸的是，这种便利会牺牲隔离和输出回波损耗性能。由于下面将要讨论的原因，这些特性可显著增加这种类型天线中PIM故障的故障排除难度。

本文的说明描述蜂窝电信网络中使用的相控阵天线类型；然而，应理解，本发明的实施例可以与相控阵天线一起使用，这些相控阵天线与图1、图2和图16一样共享以下架构特征：单个RF端口；将来自RF端口的馈电网络分成两个或更多个分支的功率分配器网络；辐射元件阵列；以及将功率分配器的输出端口连接到辐射元件的一组传输线。注意，这些架构特征也可以应用于伪全向天线，伪全向天线不是严格意义上的相控阵天线，但共享与图1所描绘的经典相控阵天线拓扑结构相似的架构。

相控阵天线的PIM响应

在不受理论限制的情况下，天线是互易装置，这意味着它们的辐射图是相同的，无论它们是发射还是接收。在蜂窝基站中，天线互易允许相同的天线用于发射和接收两者，导致比使用专用发射和接收天线的硬件配置更简单、更便宜的硬件配置；然而，这种方法的一个缺点是，它可能导致下行链路和上行链路信号共享公共RF路径。在天线出现PIM故障的情况下，高功率下行链路信号可以产生落在所述系统上行链路频带内的PIM信号，然后所述信号无衰减地传播回基站的接收器。

这种类型的故障可能很难排除。现代相控阵天线可能包含16个分支，每个分支包括多条电缆、组件和互连件，其中任何一个都可能产生PIM故障。更复杂的问题是，许多相控阵天线中的分支到分支隔离可能极低，有时低至2-3dB。因此，当一个分支中产生PIM信号时，它可能强烈地泄漏到相邻的分支中，以至于泄漏信号的幅值可以与原始信号的幅值相当。在这种情况下，如果测量天线中每个辐射元件发射的PIM量，则可能会给人一种天线在多个分支中包含PIM故障的印象，而实际上看到的大多数PIM只是来自单个故障分支的泄漏。

许多相控阵天线中使用的功率分配器的输出回波损耗差会加剧低分支间隔离造成的混乱。在许多商用天线中，1-2dB的输出回波损耗并不少见。由于产生PIM信号的方式，这可能成问题，也就是说，当在故障分支中产生PIM信号时，一半的信号在正向方向上朝着辐射元件行进，而另一半的信号返回朝着分离器行进。如果分离器的输出回波损耗低，则大部分反向行进的PIM信号会被分离器反射，并返回朝向辐射元件行进，在那里其与PIM信号的正向行进分量相干叠加。根据分支中PIM故障的位置和分离器输出反射系数的相位，两个PIM信号可能在辐射元件的输入端处发生破坏性干扰。因此，故障分支发射的PIM比其相邻分支少是完全可能的，尽管相邻分支只是发射从故障分支泄漏的PIM。

再一个可能阻碍PIM故障排除过程的复杂因素是，相控阵天线的PIM响应可能会根据其移相器的设置(在蜂窝天线中，其被统称为天线的“下倾”设置)而变化。天线在一个下倾设置下满足制造商的PIM规格，但在另一个设置下却失败，这并不罕见；然而，这并不一定意味着移相器有故障。它也可能是来自多个PIM故障的信号的结果，或者甚至是单个PIM故障的正向行进和反向行进分量的结果，其在公共输出端口(如天线的RF端口或其辐射元件之一)汇聚之前，沿着不同的路径通过天线组合件。在这种情况下，改变移相器的设置可以改变PIM信号之间的相位关系，导致在一些下倾设置下的相长干扰和在其他设置下的相消干扰。

可能会出现天线的分支间隔离随着下倾而变化的相关现象。这可以产生与刚才描述者类似的效果，其中两个或更多个PIM信号的相对幅值随着下倾而变化，导致从一个下倾设置到下一个下倾设置的相干干扰量不同。

总之，相控阵天线可能具有非常复杂且违反直觉的PIM响应。这是由于它们的机械复杂性、差的分支间隔离、低功率分配器输出回波损耗和对下倾的敏感性。这些因素在历史上阻碍了这类天线的有效PIM故障排除工具和技术的发展。

PIM故障排除程序

本文公开的本发明的方面主要但可以不排他地涉及制造期间蜂窝扇区天线中的PIM故障的定位。

在不受理论限制的情况下，蜂窝天线制造商可能使用的PIM测试和故障排除程序的简要总结呈现如下。

蜂窝扇区天线可以在大批量、低成本的环境中制造，通常由很少或没有技术培训的生产人员制造。循环时间是关键参数，这意味着在制造过程中尽可能快速且及早地检测和修复缺陷非常重要。这在多端口、多频带天线中尤其重要，其中几个独立的相控阵可以安装在同一壳体中，通常安装在紧密集成机械组合件中。对于这种类型的天线，故障组件的后期检测可能需要大量拆卸天线内部的几个阵列，以便进入故障位点。

因此，PIM测试可以在组装过程中逐步进行。一种方法是在每个阵列安装到天线壳体后立即对其进行PIM测试。这种方法需要将部分构建的天线单元从生产线移至消声室，并根据IEC 62037标准测量阵列的反向PIM响应。

如果阵列通过PIM测试，则它可能会返回到生产线，在那里它会移动到组装过程的下一个阶段。如果阵列未通过PIM测试，它可能会被带到维修站，在那里技术人员开始故障排除过程。

故障排除过程的第一步是搜索明显的缺陷，诸如连接器松动、焊点断裂以及电缆突出到RF辐射水平高的区域。如果没有发现明显的组装缺陷，下一步可能是返修阵列每个分支中的每个互连件。这包括回焊所有焊点，并对所有同轴连接器和机械紧固件进行反向扭矩检查。

返修程序完成后，可将天线带回消声室进行第二轮PIM测试。如果阵列第二次测试失败，它将返回维修站，在那里可能会重复故障排除过程。这种测试和返修循环一直持续到阵列满足目标PIM规范。

可能需要对天线单元中的每个阵列进行如上所述的PIM测试和故障排除程序。因此，多阵列扇区天线可能需要几个小时甚至几天才能在所有端口和所有频带上通过PIM测试。甚至更糟糕地，为了更快地识别PIM故障，制造人员可能想要采取不安全的测试做法，诸如在PIM测试期间敲击或扰乱天线组合件的零件。这需要工作人员在进行PIM测试时呆在消声室内，从而使自己暴露在潜在有害水平的RF辐射下。

本发明的方面可能不仅仅适用于蜂窝天线。对于本领域技术人员来说将明显的是，本发明的各方面可以适用于任何频带中的各种相控阵天线设计。

识别故障分支

当定位包括多个分支的天线内的PIM故障时，希望确定PIM故障驻留在天线的哪个分支或分支子组。如果可以识别出一个或多个故障分支，则可以通过使用距离到PIM(DTP)能力确定到PIM故障的距离来获得额外的好处。例如，如果发现只有一个分支有故障，则DTP扫描可以查明所述分支内故障的精确定位。类似地，DTP测试可用于揭示在RF端口和功率分配器的输入端之间被测天线的输入部分中是否存在任何PIM故障。

可通过以下方式来定位相控阵天线内部的PIM故障的位置：对被测天线(AUT)的输入端口施加多个RF刺激信号，例如频率为F1和F2的两个高功率载波，同时使用空中(OTA)探针的固定阵列测量从每个天线辐射元件发射的正向PIM信号。高功率载波F1和F2通常是未调制的正弦连续波(CW)信号，其频率被选择成使得感兴趣的PIM产物落在PIM分析器和AUT两者的接收频带内。在可替代方法中，载波F1和F2中的一个或两个可以使用多种方案中的任何一种来调制，包括直接序列扩频(DSSS)、正交频分复用(OFDM)或调频连续波(FMCW)，仅举几例。在另一种方法中，RF刺激信号，载波F1和F2，可以由单个超宽带调制信号来代替。

上述F1和F2的任何变体都可以在实践中使用，前提是所得PIM产物位于PIM分析器和AUT的接收频带内，并且PIM产物的幅值在PIM分析器接收器的动态范围内。通过分析辐射的正向PIM信号的幅值和/或相位特性，可以识别PIM故障存在于天线的哪个分支或哪组分支中。根据测试设备的配置、所使用的故障查找程序、AUT中的PIM故障的数量和位置以及AUT的配置，本发明各方面的实施例可以能够检测一个分支中的PIM故障，或者可以能够检测多个分支中的多个PIM故障。

通过在天线通频带内的一定频率范围内测量正向PIM，可以改善实施例产生的结果的准确度、精确度和稳健性。通过在多个下倾设置下测量正向PIM，和/或通过故意将大阻抗失配引入天线的一个或多个分支，以便以受控的方式扰乱天线的PIM响应，可以实现结果质量的进一步改善。

与采用安装在可移动台架上的单个探针的实施例不同，本发明各方面的实施例可以使用探针的固定阵列来测量由每个天线元件发射的正向PIM信号。这确保在PIM测量过程中，所有天线元件都具有接近恒定的阻抗，从而将回波损耗引起的测量不确定性降至最低。

此外，使用固定探针阵列而不是单个可移动探针可以允许更快地执行PIM测量，因为在等待可移动探针物理地从一个元件移动到另一个元件时没有时间损失。在固定探针阵列中的每个探针连接到其自己的接收器从而允许同时测量来自所有分支的正向PIM信号的实施例中，这种效果可能尤其明显。

有利的是，本发明的实施例可以针对不同的天线模型进行重新配置，因为不需要在每个天线模型中指定各个辐射元件的精确的X-Y-Z坐标，这在基于安装在可移动台架上的单个探针的系统中可能是需要的。

对于本领域技术人员来说将明显的是，根据本发明的方面配置的测试设备可以以各种硬件配置来实现，每个硬件配置提供不同的强度和限制。

OTA探针阵列与滤波器组和固态RF开关盒的

图3中描绘实施本发明一个方面的示例性系统300。被测天线(AUT)302放置在消声室304内的测试台(未示出)上，其辐射元件320a至320n面向天花板。优选的是，测试台和消声室304都由低PIM材料构成，使得它们在测试期间被从AUT 302辐射的发射载波F1和F2照射时不会产生寄生PIM。

双端口PIM分析器306安装在消声室304的外部。可以使用任何品牌和型号的PIM分析器，包括能够根据或超过IEC 62037标准进行正向和反向PIM测量的那些分析器。

优选地，PIM分析器306能够在AUT 302的通频带内执行扫频PIM测量。

对于PIM分析器306来说，能够测量正向和/或反向PIM信号的相位以及它们的幅值可能也是有利的。这种能力由图3中的RTF模块308表示。RTF模块308可以包括由Brisbane、Australia的Kaelus Pty有限公司制造的用于PIM分析器的配套产品，其赋予分析器测量PIM信号相位的能力。其他制造商的PIM分析器通常在其收发器中集成了必要的相位检测电路，因此不需要RTF模块来测量PIM相位。

PIM分析器306的端口1通过一段低PIM同轴电缆(如线310所示)连接到AUT 302的RF端口。可能优选的是，同轴电缆的插入损耗尽可能低，以便最大化递送到AUT 302的RF功率量。

PIM分析器306的端口2通过一段同轴电缆(如线314所示)连接到滤波器组312的输出端口。同轴电缆314可能不需要具有优异的PIM性能，但是希望同轴电缆314具有低插入损耗，以便最大化PIM测量的信噪比(SNR)。

希望PIM分析器306包含AISG调制解调器316，以便在PIM故障查找过程中可以自动调节AUT 302的下倾。如果PIM分析器的AISG接口采用专用RS-485连接器的形式，则此端口应通过一段屏蔽数字通信电缆(如线322所示)连接至AUT 302(如果可用)的远程电气倾斜(RET)端口。

由AUT 302中的辐射元件320a至320n发射的正向PIM信号由悬挂在AUT 302上方的空中(OTA)探针318a至318n的阵列检测。

阵列中的每个OTA探针318a至318n耦合到AUT 302中的一个辐射元件320a至320n。为了使所述两个结构之间的耦合最大化，OTA探针和对应的辐射元件之间的竖直分离通常在10-100mm的范围内。每个OTA探针318a至318n的中心位于AUT 302中其配对的辐射元件320a至320n之上，并且调整探针的角度取向以实现最强的耦合。

OTA探针318a至318n安装在台架322上，台架322由优选对RF辐射透明的低PIM材料(诸如木材、Delrin或PTFE)构成。台架是高度可调的，以允许在探针阵列318a至318n和AUT302之间获得最佳竖直分离，并且便于在测试台(未示出)上容易地放置和移除AUT 302。

对于图3所示实施例的优选操作，各个OTA探针318a至318n应具有以下性能特性。

与AUT 302的紧密耦合：每个探针318a至318n应尽可能强地耦合到它被分派的辐射元件320a至320n，以便最大化PIM测量的SNR。对于蜂窝天线测试，建议耦合损耗为约5-10dB，尽管较弱的耦合水平在其他应用中可能是可以接受的，这取决于要测量的PIM电平的范围和PIM分析器接收器的本底噪声。

与相邻元件的高度隔离：每个探针318a至318n应主要对由其被指派的辐射元件320a至320n发射的PIM信号作出响应，而忽略来自AUT 302中相邻元件的PIM信号。

高功率处理：除了来自AUT 302的PIM信号，AUT 302中的辐射元件320a至320n也将发射两个高功率载波F1和F2。这两个载波将以可能超过8瓦rms的功率电平耦合到每个OTA探针318a至318n中。因此，对于OTA探针318a至318n来说，重要的是能够传递这些量的RF功率，而不会由于RF加热或介电击穿而受到损坏。

低PIM：由于可以耦合到OTA探针318a至318n中的大量载波功率，因此探针具有低PIM构造是很重要的，使得残余PIM远低于来自AUT 302的感兴趣的最小PIM信号。这一要求也适用于将探针输出端口连接到滤波器组312的输入端口的RF电缆。

不中断AUT 302中辐射元件320a至320n的输入回波损耗：当OTA探针耦合到AUT302中的一个元件时，由于OTA探针呈现的负载阻抗，存在元件的输入回波损耗将降级的风险。负载匹配不良可极大地扰乱RF装置内部产生的PIM的幅值，从而增加PIM测量的不确定性。为了避免这种情况，优选的是，设计OTA探针，使得它们不会使AUT 302中辐射元件320a至320n的输入回波损耗降级。

带宽：希望OTA探针318a至318n在PIM分析器的发射和接收频带中的所有频率上满足上述标准。此外，希望OTA探针318a至318n在多个蜂窝频带上满足上述标准，使得如果需要，则可以在不同的频带中执行PIM故障排除，而不需要在每个频带中使用不同的OTA探针阵列。

圆偏振：希望OTA探针318a至318n对每个探针相对于AUT中其配对的角度取向相对不敏感。实现这一点的一种方式是将OTA探针设计基于圆偏振天线。这具有最小化测试设备对探针取向从一个元件到下一个元件的微小差异的灵敏度的优点。它还允许OTA探针318a至318n测量交叉极化天线阵列中两个阵列的PIM，而不需要探针的角度取向从一个阵列向下一个阵列改变，从而允许使用相同的设备设置，而不管交叉极化阵列的哪一半正在被测试。

OTA探针阵列318a至318n的输出端口连接到一组双工器324a至324n的公共端口，双工器324a至324n将测量的PIM信号与从AUT泄漏的F1和F2载波分离。为每个OTA探针提供一个双工器。来自每个OTA探针的PIM信号通过对应双工器的接收(Rx)滤波器，并继续到RF开关盒328。来自OTA探针的F1和F2载波通过双工器的发射(Tx)滤波器，并进入高功率匹配负载326a至326n。

需要双工器组324a至324n，这是因为在从AUT 302耦合到OTA探针318a至318n的F1和F2载波中有相对大量的RF功率。如前所述，在极端情况下，每个探针的这种功率可能超过8瓦rms。F1和F2载波带来的风险是双重的，并且两者都与RF开关盒328有关。首先，RF开关盒328可能被F1和F2载波中的功率损坏，其次，F1和F2载波可能在RF开关盒328内部的有源电子电路中产生寄生互调产物。为了避免这些风险并最大化测试设备的准确度，可能优选的是双工器组324a至324n中的每个双工器满足以下标准。

Tx频带中的Rx滤波器衰减：双工器的Rx滤波器应在PIM分析器306的发射频带中提供足够的衰减，以保护RF开关盒328免受泄漏的F1和F2载波的损坏，并确保F1和F2在RF开关盒328中产生的任何寄生互调产物远低于来自AUT 302的感兴趣的最小PIM电平。

Rx频带中的Tx滤波器衰减：双工器的Tx滤波器应在PIM分析器306的接收频带中提供足够的衰减，以确保在Tx滤波器的输出端的高功率负载电阻器326a至326n中产生的任何寄生PIM产物在到达双工器的公共端口时远低于来自AUT 302的感兴趣的最小PIM电平。

公共端口回波损耗：双工器在其公共端口的输入回波损耗应在PIM分析器306的发射和接收频带中尽可能高，以便最小化由于F1、F2和PIM频率处的阻抗不匹配导致的测试设备的PIM测量不确定性。

双工器组324a至324n之后是RF开关盒328，其目的是将来自双工器组324a至324n的滤波的PIM信号多路复用到单个输出端口上。开关盒328上的每个输入端口都连接到双工器组324a至324n中对应的Rx输出端口。通过经由USB通信链路从系统控制器330发送软件命令来设置RF开关盒328上的活动输入端口。

在图3所描绘的实施例中，RF开关盒328优选地是由电子开关构建的固态装置。与其他RF开关相比，固态RF开关可能提供包括低成本、低功耗、小尺寸和高速度的益处。

固态RF开关的限制是功率处理能力低、线性度差和插入损耗高。例如，商用RF开关通常只能承受几百毫瓦的RF功率而不会损坏，并且三阶拦截点不超过+50dBm。关于插入损耗，在具有大量端口的RF开关盒中，这可能超过6dB。

前两个限制，即功率处理和线性，是可能需要双工器组324a至324n的原因。尽管来自OTA探针318a至318n的低电平PIM信号对RF开关盒328没有风险，但是泄漏的F1和F2载波有可能导致永久损坏，或者产生可能干扰来自AUT 302的感兴趣的PIM产物的测量的寄生互调产物。

关于固态RF开关的插入损耗限制，如果插入损耗过高，严重损害系统的灵敏度，则选择是：增加F1和F2载波中的功率；在RF开关盒328上的每个输入端口之前插入低噪声放大器(LNA)，以限制SNR的下降；使用较低损耗开关技术，如机电继电器；或者降低PIM分析器接收器中的本底噪声。

在图3所描绘的实施例中，优选地，RF开关盒328满足以下RF性能标准。

回波损耗：开关盒所有端口上的回波损耗应足够高，以确保测试设备因F1、F2和PIM频率下的阻抗失配而导致的PIM测量不确定性尽可能低。

插入损耗：为了保持测量的PIM信号的SNR，活动输入端口和开关盒公共端口之间的RF路径的插入损耗应尽可能低。如果这不可能，可以考虑上述插入损耗缓解策略。

隔离：开关盒公共端口与其非活动输入端口之间的隔离应尽可能高，以确保测试设备一次仅测量来自一个OTA探针的PIM信号。

功率处理：开关盒的1dB压缩点应足够高，以允许从AUT 302准确测量感兴趣的最大PIM电平。

图3所描绘的实施例包括在RF开关盒328的公共端口和PIM分析器306的端口2之间的带通滤波器332。带通滤波器332通过PIM分析器306的接收频带中的频率，同时斥拒发射频带中的频率。

带通滤波器332的目的是在两个高功率载波F1和F2意外地从PIM分析器306的端口2而不是预期的端口1发射的情况下，保护RF开关盒328免受损坏。这可能是仪器软件设置错误的结果，或者如果在组装测试设备时，PIM分析器306的端口1和端口2上的测试端口电缆被错误地互换，会发生这种情况。在任一情况下，RF开关盒328都可能遭受不可修复的损坏。在带通滤波器332就位的情况下，F1和F2载波被反射回PIM分析器306，在那里它们被仪器发射模块(未示出)中的高功率隔离器吸收。在这种情况下，没有损坏PIM分析器306的风险，因为隔离器(未示出)被设计成在需要时耗散这种量的功率。

在图3所描绘的实施例中，优选地，Rx带通滤波器332满足以下性能要求：

Tx频带中的衰减：带通滤波器332应在PIM分析器306的发射频带中提供足够的衰减，以在F1和F2载波无意中从PIM分析器306的端口2发射的情况下保护RF开关盒328免受损坏。

功率处理：带通滤波器332应能够承受以全功率施加到其输出端口的F1和F2载波，而不会由于RF加热效应或电压击穿而导致其频率响应的任何损坏或显著变化。

系统控制器330是运行测试设备的控制软件的可编程装置，例如个人计算机或微控制器。它还提供用户界面，使操作员能够配置和启动测量扫描，并在完成PIM故障查找过程后查看结果。

包括在图3所描绘实施例中的系统控制器330包括以下核心功能。

系统控制器330提供用户界面，用于配置仪器的扫描设置和输入AUT 302的细节，诸如辐射元件的型号、序列号和数量。在PIM测量扫描期间，系统控制器330自动操作PIM分析器306、RTF模块308和RF开关盒328。系统控制器330通过经由PIM分析器306中的AISG调制解调器316向AUT的RET控制器(未示出)发送AISG命令来调节AUT 302的下倾。系统控制器330在PIM测量扫描结束时对来自每个OTA探针318a至318n的原始扫描数据进行后处理，并估计AUT 302内任何PIM故障的位置。系统控制器330向用户报告估计的PIM故障位置。系统控制器330将结果保存到非易失性存储介质(未示出)中，用于将来的参考和统计分析。

OTA探针阵列与基于继电器的RF开关盒

在图4中描绘本发明一个方面的另一个实施例。在本实施例中，使用与图3所描绘实施例基本上相似的硬件配置，除了取消双工器组324a至324n和Rx带通滤波器332，并且固态RF开关盒328由利用机电继电器网络构造的RF开关盒402代替。另外，与图3所描绘的实施例对比，将RF开关盒402连接到PIM分析器404的端口2的同轴电缆408现在必须是低PIM电缆。

在图4所描绘的实施例中使用基于继电器的RF开关盒402的动机是继电器可以处理比电子开关高得多的RF功率电平，并产生低得多电平的寄生互调失真(也称为“残余PIM”)。正是这些特征允许省略双工器组324a至324n和Rx带通滤波器332(图3所描绘的实施例)：基于继电器的RF开关盒402不需要从F1和F2载波(来自OTA探针406a至406n或来自PIM分析器404的端口2)中的功率保护，并且不需要衰减来自OTA探针406a至406n的泄漏的F1和F2载波，以避免在开关盒402内的继电器网络中产生寄生PIM。

使用基于继电器的RF开关盒402可以提供优势；也就是说，通过去除双工器、带通滤波器和相关联的电缆，测试设备被大大简化。此外，RF继电器的插入损耗比固态开关低得多，与图3所描绘的实施例相比，这会显著增加测量的PIM信号的信噪比(SNR)。此外，RF继电器可以在相对较宽的频率范围内工作。随着双工器324a至324n和Rx带通滤波器332的去除，这意味着图4所描绘的实施例能够进行宽带操作，仅受到OTA探针406a至406n和PIM分析器404的带宽的限制。

不受理论限制，基于继电器的RF开关的缺点包括它们相对于固态开关的大尺寸和慢速度。此外，尽管具有良好残余PIM性能的基于继电器的RF开关是商购的，但是它们往往非常昂贵，并且在一定数量的开关操作之后，它们的残余PIM性能可显著下降。

如果可以克服后两个限制，即高成本和残余PIM随时间降低，则在某些情况下，图4所描绘的系统400将优于图3所描绘的配置，但这种解决方案的尺寸更大且切换速度更慢。然而，图3所描绘的配置可能比图4所描绘的配置更加经济和容易实现，因此在某些情况下可能是优选的配置。

OTA探针阵列和具有多个接收器的PIM分析器

在图5所描绘的系统500中，分别在图3和图4中所描绘的双端口PIM分析器306、404被PIM分析器502代替，PIM分析器502包括与OTA探针506a至506n一样多的接收器510a至510n，加上用于测量AUT 512的反向PIM响应的附加接收器509。

这种多接收器PIM分析器502可以同时测量来自所有OTA探针504a至504n的PIM信号，从而大大加快PIM故障查找过程的数据采集阶段。它还允许分别在图3和图4所描绘的RF开关盒328、402被完全消除，同时图3所描绘的双工器组324a至324n和Rx带通滤波器332被内部双工器组506a至506n代替。OTA探针阵列504a至504n可以基本上与图3和图4所描绘配置中包括的OTA探针阵列相同。将OTA探针504a到504n连接到PIM分析器的内部双工器组506a到506n的同轴电缆应都是低PIM电缆。

多接收器PIM分析器502的另一个优点是，它可以更好地适用于检测不稳定或瞬态PIM源，这些源可以被称为“动态”PIM源。这种类型的PIM源可能会在不同时刻表现出突然而剧烈的PIM电平变化，通常是AUT的振动、冲击刺激或热膨胀和收缩的结果。当这种情况发生时，从所有OTA探针发出的正向PIM信号可能会在彼此几纳秒内跟踪动态PIM源的电平变化。使用多接收器PIM分析器，可以记录所有元件上此几乎同时发生的PIM幅值变化，从而能够准确测量每个元件发射的相对PIM电平，即使绝对PIM电平随时发生变化。

图5所描绘的多接收器PIM分析器的实现方式被设计成仅测量从端口1到其他N个端口中的任一者的一个方向上的正向PIM，而反向PIM只能在端口1上测量。

图5所描绘的配置是多接收器PIM分析器的一种可能实现方式。本领域技术人员将理解，原则上，多接收器PIM分析器的更精细的实现方式是可能的，这将允许通过端口的任何组合在任何方向上测量正向和反向PIM。多接收器PIM分析器的一些实现方式可以提供显著的好处，诸如能够对每个辐射元件单独执行距离到PIM测试。这种仪器将能够明确识别受PIM影响的分支，因为它可以查明位于辐射元件和所述分支中的分离器输出端口之间的PIM故障的精确位置；然而，这种能力可能以显著增加硬件复杂性为代价。

将参考图5所描绘的框图更深入地描述多接收器PIM分析器502。

多接收器PIM分析器502包含发射模块508，其产生两个高功率载波F1和F2，类似于常规的单端口或双端口PIM分析器。如果需要，发射模块508允许调整载波F1和F2的频率和幅值，例如执行扫频PIM测量。

多接收器PIM分析器502在其RF前端包含内部双工器组505、506a至506n。这些双工器中的一个505是Tx/Rx双工器，其将发射模块508和接收器组509、510a至510n中的接收器1509连接到PIM分析器502的端口1。

在PIM测试期间，载波F1和F2通过Tx/Rx双工器的发射滤波器，这会消除发射器中可能已经产生的任何寄生互调产物。同时，来自AUT 512的反向PIM信号进入PIM分析器502的端口1，并通过Tx/Rx双工器505的接收滤波器，且进入接收器组中的接收器1 509。

注意，在图5所描绘的配置中，Tx/Rx双工器505对于PIM分析器的反向PIM测量能力至关重要。这使得操作员能够在返修AUT 512之前和之后执行标准的工厂PIM测试，以确定修理过程是否成功。

多接收器PIM分析器502中的内部双工器组505、506a至506n还包含一组接收双工器506a至506n，OTA探针阵列504a至504n中的每个探针一个。OTA探针输出端连接到接收双工器的公共端口，在图5中标记为端口2到N+1。

接收双工器506a至506n具有与图3所描绘外部双工器组324a至324n基本上相同的功能，即保护仪器内部的电子电路免受来自AUT 512的泄漏的F1和F2载波的损坏，以及充分衰减F1和F2载波，以避免在仪器内部产生可能干扰PIM测量过程的寄生互调产物。

与图3中的外部双工器组324a至324n的情况一样，内部双工器组中的每个接收双工器506a至506n的公共端口处的输入回波损耗在PIM分析器502的发射和接收频带中应该尽可能高，以便最小化测试设备由于在F1、F2和PIM频率处的阻抗失配而导致的PIM测量不确定性。

来自OTA探针504a至504n的PIM信号通过双工器组506a至506n中的接收滤波器，并进入调谐无线电接收器组510a至510n。为双工器组505、506a至506n中的每个双工器提供一个接收器，包括Tx/Rx双工器505，如前所述，它是进行反向PIM测量所需要的。

在正向PIM测量扫描期间，来自OTA探针504a至504n的输入PIM信号在接收器组510a至510n中被下变频，然后被数字化并传输到系统控制器516进行后处理。这种操作可以由接收器组中的所有接收器同时执行，与图3和图4所描绘的配置相比，在图5所描绘的配置中能够更快地实施正向PIM扫描。

如果需要，则接收器组509、510a至510n中的接收器可以被设计成测量PIM相位和幅值。有许多现有技术用于实现这一功能，这对于本领域技术人员来说是众所周知的。美国专利8,995,517(“用于定位通信网络中的故障的方法和设备(Method and apparatus forlocating faults in communications networks)”)中描述三种这样的技术。

优选地，接收器组中的每个接收器满足以下标准：

敏感性：考虑到OTA探针504a至504n的耦合损耗以及电缆和接收双工器506a至506n的插入损耗，接收器应能够检测来自AUT 512的感兴趣的最小正向PIM信号。

噪声系数：噪声系数应足够低，以便测量的PIM信号的SNR不会受到接收器本身产生的噪声的过度影响

输入回波损耗：输入回波损耗应尽可能好，以最小化因PIM信号频率下负载匹配不良造成的PIM测量不确定性

压缩点：接收器应能够检测来自AUT 512的感兴趣的最大PIM信号，而不超过接收器的1dB压缩点

过功率保护：如果来自AUT 512的PIM信号超过接收器的1dB压缩点，谨慎地在接收器的输入端提供RF限制装置作为保护措施。

原则上，在如图5所描绘的配置中实现的多接收器PIM分析器502可以被适配为支持Kaelus Pty有限公司的RTF模块。这将提供测量来自AUT 512的PIM信号相位的可替代方式。

但是，对于图5所描绘的配置，可能不建议使用RTF模块，因为RTF模块无法同时测量来自所有OTA探针的PIM信号的相位。取而代之，必须逐个测量PIM信号，使用RF开关矩阵将PIM信号多路复用到和RTF模块的AUX端口连接的公共端口上。与图3和图4所描绘的配置相比，这种方法可以具有缓和图5所描绘配置的优点的效果，即由图5所描绘的配置提供的优越的测量速度。

测量PIM相位的一种优选方法可以是将相位检测电路集成到接收器组中。此电路可以利用RTF模块中使用的一些设计原则，但如上所述其他方法也是可能的。

在又一种方法中，可以基于国际(PCT)专利公开WO/2019/000034中描述的在线PIM和散射参数测试集来开发RTF模块的多端口版本，所述专利公开WO/2019/000034的标题为“用于识别射频装置或系统中的故障的系统和设备(System and Apparatus forIdentifying Faults in a Radio Frequency Device or System)”。

类似于图3和图4所描绘的设备配置，可能希望PIM分析器502包含AISG调制解调器514，以便在PIM故障查找过程中可以调整AUT 512的下倾。如果PIM分析器502配备有连接到专用RS-485前面板连接器的AISG调制解调器514，则此端口应通过一段屏蔽数字通信电缆518连接到AUT 512的远程电气倾斜(RET)端口。

图5中描绘的系统控制器516在功能上可以分别与图3和图4的系统控制器330、410相同，除了它现在从多个接收器509、510a到510n收集PIM读数，而不是从一个接收器和RF开关盒328、402收集。

PIM故障查找方法

存在多种方法，通过这些方法，实施本发明各方面的测试仪器可以识别相控阵天线中的PIM故障位置。在不限制本发明预期范围的情况下，识别相控阵天线中的PIM故障位置的可用方法包括标量和向量技术两者，仅使用正向PIM或正向和反向PIM测量的组合。一些方法可能涉及在多个天线下倾设置下进行PIM测量，而其他方法可能需要故意将阻抗失配引入AUT的一个或多个分支，并观察PIM响应的变化。将AUT视为“黑盒”的方法是可用的，在黑盒中，使用一组经验规则从测量的PIM数据推断故障位置。其他方法依赖于AUT的PIM响应的理论模型，而理论模型又依赖于AUT内部构造和其中每个组件RF特性的详细知识。一些方法只适用于AUT包含一个单一的、主要PIM故障的情况，而其他方法可以检测多个分支中的多个PIM故障。

选择使用哪种方法可能会受到考虑准确性、复杂性和稳健性的权衡的影响。也就是说，方法越准确，测试设备和测量程序可能越复杂，并且结果对噪声和测量数据中的其他缺陷的容忍度可能越低。

在以下章节中，将介绍一系列PIM故障查找方法，这些方法可能与图3、图4和图5所描绘的配置兼容。

第一步：AUT的RF端口中的距离到PIM扫描

在图1、图2和图16中描绘与本发明的方面相关的相控阵天线配置的类型。这些相控阵天线配置都在AUT的RF端口和功率分配器网络的输入端之间包含一条公共RF路径，也如图1、图2和图16所示。

如果在AUT的RF端口和AUT的功率分配器网络输入端之间的RF路径中出现PIM故障，产生的正向PIM信号可能会通过功率分配器传播并进入AUT的所有分支，最终从每个元件辐射出去。这可能会造成错误的印象，即AUT在每个分支中都包含PIM故障，而实际上，只在AUT的输入部分可能存在一个PIM故障。因此，可能优选的是首先识别并排除AUT这一部分的PIM故障。

检测AUT输入部分的PIM故障的一种方便且可靠的方式可以是对AUT的RF端口进行距离到PIM(DTP)扫描。Kaelus Pty有限公司的RTF模块，当与兼容的PIM分析器结合使用时，是能够执行DTP扫描的仪器示例。图3和图4所描绘的配置支持RTF模块。图5所描绘的配置可以被设计成支持RTF模块，但是如前所述，可能优选的是将DTP分析所依赖的相位检测功能集成到多接收器PIM分析器的收发器中。

如果在AUT的公共分支(AUT的RF端口和AUT的功率分配器网络输入端之间的RF路径)中检测到PIM故障，则优选的是立即修复PIM故障。修复AUT公共分支中的PIM故障后，可以根据正常的工厂测试程序对AUT进行PIM测试。如果AUT的反向PIM符合工厂测试限制，则可以返回主生产线。可能需要进一步的PIM故障排除。

以下章节中描述的所有故障排除方法都假设AUT的输入部分没有PIM故障。事实上，图6、图10和图12中所示的每种方法的流程图都包含过程开始时的DTP测试步骤。如果AUT的输入部分不能被假设为没有PIM故障，例如因为测试设备不具备DTP测试能力，则仍可使用以下章节中的方法；然而，测量的PIM数据的解释可能需要更复杂的启发法，或者更精细的AUT模型，以便可靠地识别故障分支。

标量故障查找方法

AUT中的故障分支可以通过以下方式来识别：测量每个分支的标量正向PIM响应，并使用启发式技术，如基于AUT经验知识的模式识别，来推断哪个分支是故障分支。本上下文中的术语“标量”意在表示测试设备仅测量正向PIM信号的功率(或幅值)，而不是其相位。

以下章节介绍识别AUT中的故障分支的三种方法。这些方法可能最适合于AUT仅在一个分支中包含单一主要PIM故障的情况。在这些情况下，标量方法可以大大加快故障排除过程。

在涉及多个PIM故障分布在多个分支上的情况下，仍然可以使用标量方法，但可能需要使用更复杂的后处理算法，如机器学习、CLEAN算法或参数估计。

方法1：固定下倾设置下的标量PIM测量

标量故障查找方法(以下称为“方法1”)包括在可能最宽的频率范围内执行正向扫描PIM测量，服从PIM分析器的频率限制和AUT的带宽，并测量从辐射元件出现的PIM信号的功率。

图6示出根据本发明的一个方面执行方法1的一组示例性步骤。对于本领域技术人员来说将明显的是，标量故障查找方法可以通过一组可能不同于图6所示步骤的步骤来执行，同时仍然落入本发明的范围内。

方法1 600中的第一步604是将AUT放置在消声室中，并将AUT连接到测试设备。

第二步606是配置PIM分析器的扫频设置。在大多数情况下，优选的是PIM分析器接收频带中的最低阶PIM产物，因为如IM3的低阶PIM产物通常比如IM5和IM7的更高阶PIM产物具有更大的幅值，因此更有可能导致AUT无法通过其工厂PIM测试。

第三步608是将AUT下倾设置为已知值。这可以通过经由PIM分析器的AISG端口向AUT的RET控制器发送命令来完成。下倾值优选地与AUT未通过原始工厂PIM测试时的值相同。一旦AUT的下倾被设置，则它将在故障查找过程的剩余时间内保持不变。

第四步610是对AUT的RF端口执行DTP扫描，并作为步骤612，在RF端口和功率分配器网络的输入端之间在AUT的输入部分中寻找PIM故障。在AUT的这一部分中发现的任何PIM故障应该立即修复，优选地通过在步骤614中返修输入分支。一旦AUT的输入部分已经被声明为无PIM，则标准的工厂PIM测试可如步骤616来执行。如果AUT通过此测试，如步骤618所确定的，则它可以返回到主生产线以继续组装过程的下一阶段，从而结束图6所示的过程。否则，PIM故障排除程序进行到步骤620。

方法1中接下来的步骤620至632包括对AUT的RF端口进行正向PIM扫描，并测量其辐射元件发射的PIM电平。优选的扫描类型是步进频率扫描，其中在PIM分析器的接收频带内的一组离散频率点测量PIM。一般来说，F1或F2载波可能会被扫描，通常结果差别不大。在一些情况下，执行F1扫描和F2扫描并对结果求平均以提高故障位置估计的可靠性可能是有利的。或者，F1和F2载波可以同时扫描。当AUT在其分支中的一个或多个中包含阻抗失配时，后一种方法可以提供更可靠的结果。

根据本发明的一个方面，可以使用甚至更复杂的刺激方法，诸如将调频连续波(FMCW)调制、扩频调制或多载波调制应用于F1和F2之一或两者。这些刺激方法可以与方法1兼容，然而与上述步进频率方法相比，利用这些方法，收发器硬件的复杂性可能要高得多。

注意，原则上，没有理由不能在固定频率下执行方法1，而根本不扫描载波F1和F2。然而，一般来说，优选的是在一定频率范围内测量AUT的PIM响应，因为附加频率点中包含的信息往往会增加结果对噪声和测量数据中其他缺陷的抗扰度。

图7呈现一组典型的扫描PIM轨迹，其显示使用方法1在正向PIM测量扫描期间，由7分支相控阵天线中的辐射元件发射的PIM的模拟。结果来自Microwave Office^TM(AWR公司注册商标)对拓扑结构类似于图1的1800MHz相控阵天线的模拟。在本例中，AUT具有7个分支，分支2中有一个PIM故障，在距所述分支中的分离器输出端口20mm距离处。

在AUT上完成扫描PIM测量后，在步骤630中，系统控制器对来自每个辐射元件的原始PIM数据进行后处理，然后估计哪个分支是故障分支，并将结果报告给用户。多种后处理算法可以识别故障分支。一种方法是简单地计算每个辐射元件在测量频率范围内发射的平均功率，并将结果绘制成条形图。条形图中最高的一条对应于故障分支。这方面的示例如图8所示，它是使用图7中的模拟PIM扫描数据计算的。图8描绘方法1的模拟结果，显示7分支相控阵天线中辐射元件发射的平均PIM。PIM故障的真实位置是AUT的分支2，在距分离器输出端口20mm的距离处。使用方法1，在图8所描绘的情况下，故障分支被正确识别。

由于图16所示的天线1600的每个分支都连接到多个辐射元件(例如，1608a和1608b)，对于配置类似于图16所示配置的天线，方法1可以稍微修改。因此，对于其中一个或多个分支连接到多个辐射元件的天线配置，出于应用方法1的目的，将共享公共分支的元件视为单个逻辑元件可能是有利的。这可以通过将由这些元件发射的测量的PIM电平相加从而获得由AUT的每个分支发射的总正向PIM功率的列表来实现。从这一点开始，识别故障分支的算法就像架构类似于图1和图2所示架构的天线一样进行。

注意，上述识别故障分支的算法可以将可替代分支识别为故障分支。这是因为在一些情况下，故障分支可能发射比根本不包含故障的相邻分支更低的PIM电平，从而导致相邻分支被错误地识别为PIM故障的来源。这是AUT本身的一个基本性质造成的，它是由分离器模块的高输出回波损耗和差的分支间隔离造成的。

图9显示方法1识别故障分支之外的可替代分支的示例，图9描绘7分支相控阵天线中辐射元件发射的平均PIM。这些结果取自与图8所描绘的前一个示例相同的模拟，除了PIM故障现在位于距分离器输出端口71mm处，而不是20mm处。很明显，条形图中最大的条现在错误地对应于分支1，然而真正的故障位置在分支2中。

再次参考图9所示的条形图，可以看出对于分支1、2和3的PIM电平与分支4至7的那些相比都显著升高，从而表明PIM故障可能位于分支1至3中的一个或多个上。相应地，分支1至3可以被返修以确保故障分支被修复。

在如图6中的步骤632所描绘的AUT中的一个或多个可疑故障分支被返修后，方法1中的下一步是再次对AUT执行标准工厂PIM测试616，以确认修复已经成功。如果AUT通过这个测试，它可以返回到主生产线，继续进入组装过程的下一个阶段。否则，可能需要返回到步骤620，以重复故障分支识别和返修过程，直到消除了所有PIM故障。

方法2：多个下倾设置下的标量PIM测量

通过在多个下倾设置下重复正向PIM测量过程，并分析AUT从一个下倾设置到下一个下倾设置的PIM响应的变化，可以改进方法1。图10呈现流程图，总结这种可替代方法(以下称为“方法2”)所涉及的步骤。

方法2中的前四个步骤基本上与方法1相同，即：将AUT放置在消声室中，并将AUT连接到测试设备1002；配置PIM分析器的扫描设置1004；将AUT的下倾初始化为已知值1006；并且使用DTP测试来确保AUT的输入部分没有PIM故障1008、1010、1012。

一旦AUT的输入部分已经被声明为无PIM，则标准的工厂PIM测试可如步骤1014来执行。如果AUT通过此测试，如步骤1016所确定的，则它可以返回到主生产线以继续组装过程的下一阶段，从而结束图10所示的过程。否则，PIM故障排除程序进行到步骤1018。

从步骤1018开始的AUT的正向PIM扫描也可以基本上与方法1相同，除了在AUT的全下倾范围内的多个下倾设置下重复测量过程。

在AUT上完成测量后，系统控制器1034对来自每个辐射元件的原始PIM数据进行后处理，然后估计哪个分支是故障分支，并将结果报告给用户。以类似于方法1的方式，当分析架构类似于图16的架构的AUT时，将共享公共分支的元件(例如，1608a和1608b)视为单个逻辑元件可能是有利的。这可以通过将由这些元件发射的测量的PIM电平相加从而获得由AUT的每个分支发射的总正向PIM功率的列表来实现。从这一点开始，识别故障分支的算法就像架构类似于图1和图2所示架构的天线一样进行。

使用方法2收集的原始PIM数据可以用几种不同的方式进行分析。使用哪种分析算法的最终选择通常基于AUT给定模型的实际经验，或者从AUT的详细计算机模拟中得出。对于给定的AUT模型，一些算法可能比其他算法返回更可靠的结果，这取决于不同模型之间天线架构的具体差异。

一种分析策略是测量AUT全范围下倾设置中每个辐射元件发射的平均PIM的最大变化。在下倾条件下经历PIM最大变化的分支最有可能是故障分支。此方面的示例如图11所示，它是从用于方法1示例的相同Microwave Office^TM(AWR公司的注册商标)模拟产生的。图11中的条形图显示在0°至10°范围内的下倾设置下，分支2中有单个PIM故障的7分支相控阵天线中每个辐射分支发射的平均PIM。很明显，分支1-3在下倾时表现出较大的PIM变化，而分支4-7几乎没有表现出任何变化。最大的变化发生在分支2(故障分支)，所有下倾的平均PIM电平变化为11.6dB。因此，方法2已经正确识别了故障分支，而方法1没有正确识别故障分支。

可与方法2一起使用的另一种分析策略是记录所有下倾设置中每个辐射元件发射的平均PIM的最大值。

在AUT中的可疑分支已经在步骤1036中返修之后，方法2中的下一个步骤1014是在AUT上执行标准工厂PIM测试，以确认修复已经成功。如果AUT通过这个测试，它可以返回到主生产线，继续进入组装过程的下一个阶段。否则，AUT可能返回到步骤1018，以重复故障分支识别和返修过程，直到消除了所有PIM故障。

方法3：向AUT中加入低PIM失配的标量PIM测量

改进方法1的另一种方法可能是故意在AUT的一个或多个分支中引入大阻抗失配。这种策略(以下称为“方法3”)利用PIM对负载匹配的敏感性，众所周知的现象，已被本领域的先前工作人员记录[1]。天线分支端部的阻抗失配会显著影响所述分支中产生的PIM的幅值。如果分支的源端也失配，这种影响会进一步放大，这是蜂窝行业中许多相控阵天线的常见特征。

图12呈现总结方法3所涉及的步骤的流程图。

方法3中的步骤1202至1216可以基本上与方法1和2相同，即：将AUT放置在消声室中，并将AUT连接到测试设备1202；配置PIM分析器的扫描设置1204；将AUT的下倾初始化为已知值1206；并且使用DTP测试来确定AUT的输入部分是否没有PIM故障1208、1210、1212。

步骤1218，通过AUT的正向PIM扫描可能基本上与方法1相同，除了测量过程被重复多次，低PIM失配每次被添加到AUT的不同分支。

低PIM失配可以简单地是高反射物体，如金属板或高介电常数材料块，其被放置在辐射元件上，以便将来自所述元件的辐射信号反射回AUT。顾名思义，低PIM失配应由不产生PIM的材料制成，这样它就不会污染AUT的PIM响应。如果金属板用于此目的，则应注意防止其与AUT中的任何金属组件接触，因为这可能是PIM的强大来源，即使个别材料是低PIM。

注意，当使用方法3执行正向PIM扫描时，仅测量不包含低PIM失配的分支中的辐射元件。包含低PIM失配的分支中的辐射元件发射的正向PIM通常无法测量，因为所述分支中的大部分能量被反射回AUT。

在AUT上完成测量后，系统控制器在步骤1232对来自每个辐射元件的原始PIM数据进行后处理，然后估计哪个分支是故障分支，并将结果报告给用户。注意，当在相控阵天线中引入低PIM失配时，每个辐射元件发射的PIM信号的幅值可能会以复杂且有时戏剧性的方式发生变化，取决于低PIM失配的放置位置和使用的下倾设置。因此，根据一组测量的PIM响应来推断哪个是故障分支并不总是简单的。与方法1和2的情况一样，用方法3获得的PIM响应的解释通常具有一个经验方面，通常包括从以前天线单元的测试数据或从AUT的详细计算机模拟中得到的启发。或者，可以开发一种自适应软件算法，根据测量的PIM响应识别故障分支。

在方法3的可替代版本中，通过在几种不同的下倾设置下重复方法3中的所有步骤，可以获得对PIM故障可能位置的进一步了解。这可以提供额外的数据，从中可以导出更有效的启发法或更有效的自适应算法，从而提高这种方法的成功率。

在步骤1234中AUT中的可疑分支已经返修之后，方法3的最后一步，步骤1214，是对AUT执行标准的工厂PIM测试，以确认修复已经成功。如果AUT通过这个测试，它可以返回到主生产线，继续进入组装过程的下一个阶段。否则，可能需要返回到步骤1218，以重复故障分支识别和返修过程，直到消除了所有PIM故障。

向量故障查找方法

如果测试设备能够执行向量PIM测量(即测量正向PIM相位和幅值)，则可以使用各种复杂的后处理算法来估计哪个是故障分支。这些后处理算法可以提供比标量技术更高的精度，并且可以配置成同时检测多个PIM故障。

方法4：比较群延迟测量

一种类型的向量PIM故障排除方法(以下称为“方法4”)包括测量由AUT的辐射元件发射的PIM信号的群延迟。PIM群延迟被定义为测量的PIM相位响应相对于频率的梯度，因此需要向量PIM测量设备。通过比较所有分支的PIM群延迟，可以识别故障分支。

方法4的流程图基本上与方法1的流程图(见图6)相同，不同之处在于方法4的正向PIM扫描需要测量PIM相位和幅值，并且方法4的后处理算法需要计算PIM群延迟，而不是频率上的平均幅值。

方法4可能最适合以下情况：AUT只包含一个主导PIM故障，且AUT仅由色散很小或没有色散的组件构成(对于蜂窝行业中使用的许多宽带天线来说，这可能是一个合理的假设)。在这些条件下，PIM群延迟将具有以下性质。

一般来说，由于PIM信号的正向和反向行进分量之间的相干干扰，故障分支中辐射元件(或多个元件，在架构类似于图16所示架构的天线情况下)发射的PIM信号的群延迟与其他元件相比，在频率上将表现出明显的变化。

上述规则的例外是，如果故障分支连接到所述端口上具有高输出回波损耗的分离器。在这种情况下，与其他元件相比，PIM群延迟不会表现出任何显著的频率变化，但仍然可以通过其值将是任何元件中最小的这一事实来区分。

在不包含PIM故障的分支中，从这些分支中的辐射元件发射的PIM信号的群延迟几乎是频率不变的。

例如，方法1中描述的Microwave Office^TM(AWR公司的注册商标)模拟可用于计算分支2中存在PIM故障的7分支相控阵天线发射的PIM信号的群延迟。众所周知，本例中分离器的输出回波损耗在所有端口都很差。使用上述准则，可以预期，元件2处的PIM群延迟随频率表现出明显的变化，而来自其余元件的PIM群延迟应随频率几乎恒定。这一预测可以通过模拟结果得到证实，如图13所示，图13描绘分支2中有PIM故障的7分支相控阵天线的辐射元件发射的PIM信号的群延迟。故障分支的区别在于与其他分支相比其相对较高的群延迟随频率的变化以及其较低的平均群延迟。来自元件2的PIM信号的群延迟在测量的频率范围内表现出约5ns的变化，而对应于其他元件的群延迟表现出几乎没有变化。

在实施方法4时，可能优选的是预先表征测试设备的相位贡献，以便从PIM群延迟计算中消除它。至少有两种方式可以实现这一点，这两种方式对于本领域技术人员来说可能是熟悉的。

首先，创建已知电气长度的专门构造的校准夹具，所述夹具产生耦合到测试设备中每个OTA探针的PIM信号。通过OTA探针、双工器组和RF开关盒(如果适用)的RF路径的群延迟是通过依次测量通过每个OTA探针的PIM群延迟，并减去校准夹具的已知群延迟而获得的。

其次，使用向量网络分析器测量测试设备中从OTA探针到滤波器组输出端口的相关RF路径的群延迟

此外，一些AUT可能包含分支，这些分支的电缆被延长了波长的整数倍，以便在物理上跨越分离器输出端口和辐射元件之间的距离。这可能会增加通过这些分支的群延迟，如果PIM故障发生在这些分支之一，可能会产生混淆和误导的结果。为了对此进行补偿，可能需要在计算PIM群延迟之前，将每个分支中测量的PIM相位归一化为所述分支的已知插入相位。这些插入相位可能需要使用以下三种方法之一来预先表征：1.从AUT的原始工程设计图、计算或模拟中得到；2.使用与AUT型号相同的“金色”(即无PIM)天线进行特征扫描，将强大、稳定的PIM源连接到其RF端口；或者3.用向量网络分析器直接测量插入相位。

方法5：根据测量的PIM数据拟合参数模型

在可替代向量PIM故障排除方法中，AUT的参数模型针对测量的PIM数据进行拟合。一旦模型被拟合，在AUT中的PIM故障的位置和幅值可以从模型的系数中获得。原则上，这种方法同样适用于包含一个或多个PIM故障的AUT，然而实际上，测量的PIM数据的有限SNR和扫描带宽将限制能够可靠检测的PIM故障的数量。

在使用适当选择的参数模型的情况下，通过计算机模拟，而不是通过冗长的实验室测试和数据分析，可能开发和完善方法1-4的必要启发法。

在文献中描述各种各样的参数模型和相关联拟合技术，并且对于本领域技术人员来说将明显的是这些模型中的一个或多个可以适用于图3、图4和/或图5所示的配置。

根据本发明的一个方面，本文描述被称为“方法5”的拟合技术。方法5涉及使用称为“L1范数最小化”的数学优化技术，以针对来自测试设备的一组PIM测量值来拟合参数模型。在不受理论限制的情况下，L1范数最小化在本申请中的优点可能是它倾向于支持“稀疏”的解，这意味着所述算法试图找到最小数量的PIM源来解释来自AUT的所有测量的PIM信号[2]。在相控阵天线的上下文下，稀疏解比非稀疏解更受欢迎，因为天线由于一个或两个而不是数百个PIM故障而失效的情况可能要常见得多。

应用方法5的第一步是开发AUT的详细线性电路模型，包括所有电缆、滤波器、分离器、移相器和辐射元件。这些信息可以从工程设计过程中创建的计算机模拟中收集，或者从与AUT相同型号的样本天线上的向量网络分析器测量中收集。

第二步是编制AUT中可能出现PIM故障的位置目录，如焊点和RF连接器。这些潜在的PIM故障中的每一个的精确位置然后可以相对于已知的数据进行测量，诸如最近的分离器端口。

第三步是产生一组数学函数，描述当步骤2中的PIM源通电时产生的PIM信号。不受理论限制，这些函数应捕捉每个PIM信号的幅值和相位特性，参考每个分支中的辐射元件，并考虑PIM信号传输路径中所有装置的传输和反射特性。数学函数优选地还考虑发射载波F1和F2从AUT的RF端口行进到每个PIM源位置时经历的幅值和相位变化。此外，每个函数优选地包括正向和反向行进分量，以便适当地建模真实世界PIM信号的观察行为。最后，每个函数优选地将对应的PIM源的幅值建模为真实的、频率不变的乘法常数，使得最终的方程组可以以适于通过L1范数最小化来求解的形式来表达。

第四步是使针对出现在每个辐射元件的PIM信号的数学函数相加，以便获得从每个元件出现的总PIM信号的表达式。这些复杂表达式中的每一个通常包含来自AUT中每个分支的每个PIM源的贡献，它们的幅值和相位被调整以反映每个信号遵循的不同传输路径。

第五步是将步骤4中的复杂表达式转换为具有以下形式的线性方程组：

其中：

＝AUT中辐射元件在给定频率下发射的PIM信号的复向量，如由测试设备所测量的

＝从在给定频率下AUT的线性电路模型导出的复系数矩阵，考虑AUT中所有组件的传输和反射特性，以及预先选择的可能的PIM故障位置列表

＝PIM故障幅值的实向量，假设频率不变

方程式1描述作为AUT组合件中组件的线性传输和反射特性以及AUT中预先选择的位置列表处PIM故障的幅值的函数的AUT的复杂PIM响应。然而，应强调的是，方程式1仅适用于单个频率点。尽管在一些情况下，这可能是足够的信息，允许方程式1针对PIM幅值

求解，一般来说，在拟合参数模型时，优选地使用来自多个频率点的PIM测量值，因为它会改善解的抗噪声性和整体稳健性。为了扩展方程式1以适应多个频率点的测量，可以简单地将在扫描中的每个频率点处测量的PIM向量

和系数矩阵

叠加在一起成为它们自身的块版本，从而创建以下扩展的方程组：

其中

＝由测试设备测量的AUT中辐射元件在频率扫描中的第i点发射的PIM信号的复向量

＝从在频率扫描中的第i点处AUT的线性电路模型导出的复系数矩阵，考虑AUT中所有组件的传输和反射特性，以及预先选择的可能的PIM故障位置列表

＝PIM故障幅值的实向量，假设频率不变

N＝扫描中的频率点的数量

参数模型质量的进一步改进可以通过在一系列下倾设置上构建方程式2的多个版本，并将每个版本叠加在一起形成可以针对PIM幅值的向量

求解的分块方程组来实现。

以类似的方式，通过构造方程式2的附加版本，可以进一步提高参数模型的质量，其中低PIM失配被引入到AUT的分支中的一个或多个中，然后将方程式2的每个版本堆叠在一起，形成可以针对PIM幅值的向量

求解的分块方程组。

通过修改方程式2以包括在天线的RF端口测量的AUT的反向PIM响应，可以进一步提高参数模型的质量。这将使观测向量

的长度各增加一个元素，并为每个系数矩阵

增加一行。PIM幅值的向量

将保持不变。

为了使方法5起作用，可能没有必要测量AUT中所有辐射元件的PIM响应。原则上，从辐射元件的子组上的测量中获得相同的结果是可能的。不受理论限制，单独一个辐射元件的正向PIM响应或单独AUT的反向PIM响应理论上可以为方法5提供足够的信息以收敛到正确的解(然而实际上这可能导致算法的稳定性显著降低)。这允许优化故障检测过程，从而选择采样辐射元件、频率点和下倾设置，在可能最短的测量时间内提供最佳准确度。

这种方法可能有用的地方的示例是，维修技术人员是否正观察到AUT的总共7个分支中的3个分支的PIM电平升高。在这种情况下，不是测量所有7个辐射元件的PIM响应，而是技术人员可以选择只测量具有高PIM的3个分支，从而将测量工作量减少一半以上。

回到求解程序，针对PIM幅值向量

求解方程式2之前的倒数第二步是将方程式2分成实部和虚部，从而创建两个纯实方程组，然后将两个实方程组以块的形式堆叠在一起，如所示：

其中

且

方程式3现在可以用L1范数最小化来针对PIM幅值的向量

求解。文献中已经公布了多种有效的L1范数最小化算法，其中许多来自开源软件库。这种算法的非限制性示例是迭代重加权最小二乘(IRLS)(参考[3])。也可以使用其他L1范数最小化算法，诸如正交匹配追踪。

注意，当将方法5应用于被测真实天线时，方程式3可能被证明是超定的，这意味着它的方程式多于未知数。这与文献中报道的经典L1范数最小化问题不同，经典L1范数最小化问题通常涉及由相对少量的感兴趣信号的随机样本构造的欠定方程组。这种应用非常普遍，以至于在文献中被赋予特殊的名称，如“压缩传感”或“压缩采样”。然而，本发明人进行的大量计算机模拟发现，L1范数最小化似乎同样适用于基于确定性(与随机相反)采样的超定方程组。方法5中使用的样本总数是辐射元件数量、频率点、下倾设置和测量PIM的低PIM失配位置的函数。这些参数可以针对给定的天线设计进行优化。

为了演示方法5的使用，考虑模拟的1800MHz相控阵天线，其具有7个分支且拓扑结构类似于图1。对于这个示例，假设从分离器到辐射元件的所有分支都是2米长。每个分支有3个互连件，已知这些互连件容易出现PIM故障：一个在分离器输出端，一个在辐射元件输入端，且一个在分支的中点。这给出了天线组合件内总共21个潜在的PIM故障位置。

如果天线在3个互连件中出现PIM故障，则天线将无法通过工厂PIM测试。例如，PIM故障可能出现在以下位置：在分支2中，在分离器输出端；在分支5中，在辐射元件的输入端；和在分支7中，在分支的中点。为简单起见，假设所有PIM故障具有相同的严重性，即相同的三阶拦截点(TOIP)。假设PIM分析器接收器的本底噪声为-130dBm，而测试设备的残余PIM假设可以忽略不计。通过扫描F1载波获得的天线在1730-1785MHz频率范围内的模拟正向PIM响应如图14所示。

现在的挑战是解决反问题，即：产生这种PIM响应的PIM故障的位置和幅值是什么？

根据图14中的PIM响应和天线内部构造的知识，可以根据方程式3构建方程组。使用IRLS算法针对PIM幅值向量

求解，可获得图15中的结果，将估计的PIM故障显示为覆盖在AUT示意图上的一组黑色圆圈。每个圆圈的直径与所述位置的PIM故障的严重程度成比例。回到最初的模拟，估计的PIM故障位置与它们在天线组合件中的真实位置一致，而估计的幅值在真实值的±1dB以内，即使存在噪声仍然如此。

在将方法5作为实用方法实施时，可能需要预先表征测试设备的向量传输特性，以便从参数模型中排除它们的贡献。从参数模型中排除它们的贡献的一种方式可以是创建具有已知RF特性的校准夹具，所述夹具产生耦合到测试设备中的每个OTA探针的PIM信号。校准夹具通常包括专门构建的相控阵天线，其架构类似于图1所描绘的架构，且其输入端口连接有强大、稳定的PIM源。通过在校准夹具上进行一系列向量正向和反向PIM测量，可以计算通过测试设备的每个RF路径的向量传输系数。

从参数模型中排除它们的贡献的另一种方式可以是使用向量网络分析器测量通过测试设备的相关RF路径的向量传输系数。

使用多种方法提高PIM故障检测准确度

在一些情况下，通过结合彼此使用上述方法中的两种或更多种，可以更准确地识别PIM故障。例如，故障排除过程可以使用方法1从标量PIM扫描开始，这样选择是因为它的速度和简单性。如果方法1产生的结果不能清楚且明确地识别故障分支，则可以根据方法2在不同的下倾设置下执行额外的测量扫描，直到可以更有置信度地识别故障分支。

在可替代方法中，可以在固定的下倾设置下执行向量PIM扫描，其中PIM信号的幅值和相位都被测量。然后可以根据方法1和4分析扫描数据，并比较结果以识别故障分支。以这种方式，单个向量PIM扫描允许两个独立的故障查找策略来解决问题。

以上示例只是可以使用多种测量和分析方法来提高PIM故障查找过程准确性的两种方式。可以使用其他方法组合。使用哪种方法的最终选择通常取决于AUT的架构、AUT的特定故障模式以及测试设备所基于的硬件实施例。

近场波束形成台架

图17是根据本发明一个方面的实施例的系统1700的框图，其包括近场聚焦台架。具体而言，图3、图4和图5中所描绘的台架被台架1702代替，台架1702包括在AUT 1706上方以弯曲布置方式布置的多个OTA探针1704。

与图3、图4和图5的台架不同，台架1702和OTA探针1704不需要靠近AUT 1706，或者特别地与AUT 1706对准，因为系统1706利用波束形成来分离来自AUT的每个辐射元件的信号。典型地，台架1702和OTA探针1704距AUT 1706至少1m。这样做的优点是能够快速设置和调整任何天线设计。

图3、图4和图5的台架必须与AUT强耦合，这通常通过将台架OTA探针放置在AUT的相应天线元件的约30mm内来实现。这种配置需要时间来设置，因为探针元件必须与AUT的元件对准并适当隔开。台架1702不需要任何这种对准，并且AUT 1706可以简单地锁定在室内的适当位置。本发明人估计，这种配置可以将设置时间从几分钟减少到约10秒。

此外，为了使用图3、图4和图5的台架实现强耦合，探针需要与AUT的元件强烈相互作用。这可能会改变AUT的回波损耗，并严重扰乱测量，从而改变PIM响应。因此，台架通常被提升，以避免扰乱天线，然后测量PIM响应，之后台架探针下降以产生强耦合来检测故障。

在一些情况下，回波损耗的变化可能会改变PIM电平，从而由于取消而隐藏PIM源。在更常见、不太严重的情况下，会在其他分支上引起PIM放大，使故障分支上的PIM减小到混淆检测方法的程度。

台架1702可以完全避免这种问题，因为它通过增加探针元件1704到AUT 1706的物理分离并减轻每个探针与天线元件匹配的需要，消除了探针和AUT元件之间的强耦合。

在不受理论限制的情况下，根据本发明各方面的实施例，可以使用许多台架和探针布置。

通常，消声室为约2m高。在1800Mhz时，扇区阵列的大小通常高达约1.6m，具有12到16个元件。对于探针阵列，瑞利距离是120m，瑞利距离用于区分远场和2D²/λ附近的近场。每个元件作为来源的相同极限是0.48m。因此，在2m的室内，每个元件都有一个远场区域，但是作为相控阵的探针阵列有一个近场区域。因此，近场聚焦方法可以用于分离信号源。

图18示出单个元件的近场聚焦的幅值响应函数的示例性曲线图1800，其中y轴是以dB为单位的增益，且x轴是沿着被测阵列的距离。

所述图包括波束中心1802、旁瓣电平1804和光栅波瓣电平1806。点1802处的波束中心表示来自感兴趣点的增益，因此在所述点提供最大敏感性。

旁瓣电平1804表示来自邻近感兴趣点的来源的增益。理想地，在旁瓣电平1804处最小增益是期望的，然而这受到探针阵列的孔径宽度和它距AUT表面的距离的限制。

光栅波瓣电平1806是由于空间采样不足造成的混叠。对于相同的孔径，如果以更小的间距添加更多的元件，则光栅波瓣1806移动远离感兴趣的区域，直到λ/2分离，在此处它将消失。使用大于λ/2的值允许优化系统以使用最少数量的组件。

为了获得最佳旁瓣比、波束宽度(即分辨率)和光栅波瓣(空间混叠)，需要定位OTA探针1704。对于非零偏移源，可以使用匹配滤波和/或克希霍夫偏移来执行处理。

图19-图22示出根据本发明各方面的实施例的各种OTA探针布置及其相关联幅值响应。

图19a示出扁平OTA探针布置，其中多个OTA探针1902以线性布置方式布置在距AUT的对应元件1904约1200mm的位置。16个OTA探针1902分布在2000mm的长度上，直接位于AUT的上方。AUT包括16个元件1904，分布在1500mm的长度上。

图19b示出使用图19a的OTA探针布置针对16个元件1904中的每一个的近场聚焦的幅值响应函数。从图19b可以看出，幅值响应函数有明显的重叠，并且实现了小于8dB的目标隔离。

图20a示出弯曲的OTA探针布置，其中多个OTA探针2002被布置成在中心部分距AUT的对应元件2004约1200mm，并且在外边缘约630mm。16个OTA探针2002分布在2000mm之上，直接在AUT上方，并且在X方向上(即，沿着AUT的长度)等距间隔。换句话说，图20a的OTA探针布置与图19a的布置相同，但是探针2002在y方向上偏移。AUT包括16个元件2004，分布在1500mm上。

图20b示出使用图20a的OTA探针布置针对16个元件2004中的每一个的近场聚焦的幅值响应函数。从图20b可以看出，目标隔离得到改善，但光栅波瓣和波束中心彼此靠近，导致实现小于8dB的目标隔离。

图21a示出弯曲的OTA探针布置，其中多个OTA探针2102在椭圆曲线上被布置成在中心部分距AUT的对应元件2104约1200mm，并且在外边缘600mm。16个OTA探针2102沿椭圆曲线等距间隔(而不是在x方向上等距间隔)分布，并直接位于AUT上方。OTA探针在X方向(即沿AUT的长度)分布在约1600mm上。AUT包括16个元件2104，分布在1500mm上。

图21b示出使用图21a的OTA探针布置针对16个元件2104中的每一个的近场聚焦的幅值响应函数。从图21b可以看出，用最少数量的(16)个元件可以实现约10dB的目标隔离。

本发明人已经发现，具有以下参数化的椭圆特别适合于探针阵列：

其中

是从0到π，W是曲线的宽度，h是曲线在AUT上方的最上点的高度，且b是曲线在竖直方向上从它的最上点到它的最低点的高度。

在更大的消声室(例如3m+高)中，可以椭圆形布置形式使用更多数量的探针，以提供甚至更好的目标隔离。这是可能的，因为根据上述参数化的更大的椭圆可以物理地适合腔室。

图22a示出弯曲的OTA探针布置，其中多个OTA探针2202布置在椭圆曲线上，类似于图22a的布置，但是具有30个OTA探针2202。探针2202分布在与图21a的布置相同形状的椭圆曲线上(即根据上面的参数化)，但是尺寸更大(在X方向上为3000mm)。

图22b示出使用图22a的OTA探针布置针对16个元件2204中的每一个的近场聚焦的幅值响应函数。从图22b可以看出，在这种布置方式中可以实现超过16dB的目标隔离。

从上面可以看出，本发明实施例的几种配置能够提供约10dB或更大的隔离水平，这使得使用近场波束形成实现来自天线元件的每个信号的目标隔离。

校准也用于校正每个接收器信道的相位和幅值变化。最初使用逆时针极化的探针元件进行校准，以耦合到顺时针极化的探针。此外，这减少了校准过程中第一反射多径的影响。这种布置设置在五个不同的位置，并且测量系统的响应。在每个频率点为每个元件找到一个校准系数，随后用于调整测量值。

现在回到图17，AUT 1706被固定到振动台1708，这使得AUT 1706在测试期间能够振动，避免了需要由技术人员手动激发动态PIM故障。

AUT中的动态PIM故障通常仅在机械力或振动存在时出现，否则测试无故障。因此，需要机械激励，即施加到AUT的机械力来检测这种动态故障。当通电时，这原本可以由位于消声室内的技术人员执行。然而，这对技术人员来说是非常不安全的，因为技术人员可能承受高达40W的RF功率。

振动台1708因此会减轻测试期间技术人员在室内的需要，因为它能够在测试期间对AUT进行机械激励。振动台1708还会简化静态PIM和动态PIM的分离，因为测试可以在有振动和无振动的情况下自动进行。这继而可能会为调试任何天线故障提供进一步的线索。

为了向振动台1708提供机械振动，可以在靠近天线的工作台上提供马达。然而，标准DC马达在转子中包含铁氧体磁芯，或者在线性情况下包含线性运动部件。由于铁氧体磁芯的非线性滞后响应，入射在这种材料上的RF会产生互调产物。这会产生大信号，并通过遮蔽天线中产生的任何信号使系统无法检测PIM。

在一个实施例中，气动致动器可用于消除这种干扰信号。在这种情况下，气动泵的电动马达可以放置在消声室的外部，并且可以使用加压气体和天线附近的致动器来提供机械激励。

在另一个实施例中，马达(致动器)可以设置在消声室内，但被屏蔽，以防止RF功率到达马达的磁芯。在这种情况下，屏蔽可以由两部分组成：传导屏蔽和辐射屏蔽。辐射屏蔽可以通过将马达封闭在铝壳中来进行，以将内部铁氧体磁芯与RF功率完全屏蔽开。屏蔽物内的马达移动附着有重物的铁氧体磁芯，以将力传递给振动台(进而传递给天线)。这种布置是最有利的，因为马达完全被刚性结构封闭，并且外壳施加力。

对于传导屏蔽，发现简单的pi(π)低通滤波器足以衰减泄漏到马达磁芯中的RF信号，并阻止任何PIM信号出来。在这种情况下，pi低通滤波器包括一个线圈，所述线圈在两侧上具有两个电容器，且没有铁氧体馈通件，因为它们将像电动马达本身一样产生PIM。

所述结构确实需要接地，以确保不同金属不会产生PIM。接地是通过电容耦合用介电片隔离的输入气缸和输出气缸提供的。

进一步使用共振频率激励，以允许使用更小的马达，这反过来会降低成本并简化屏蔽。因此，马达在某些振动共振模式下激励天线，从而提供加速度放大，以产生足够的重力来测试天线。

这种包括屏蔽马达的配置可能比气动致动器更具成本效益，因为需要大型马达为气动致动器提供动力，以克服传递到致动器的压力功率的功率损耗。

工作台表面可以设计成具有低阻尼损耗的脆弱结构。这种脆弱结构可能具有许多共振模式，可以利用这些模式来放大马达施加的力。天线将会扰乱所述模式，因为天线的质量与工作台顶部的质量相当。

可以提供加速度计传感器来实现闭环激励。换句话说，控制器可以操作马达以实现共振，并使用加速度计确认实现了共振。

图23示出根据本发明实施例的具有两个马达致动器2305和加速度计传感器2310的振动台2300的示意图。振动台2300可以与系统1700中使用的振动台相似或相同。

振动台2300包括上支撑表面2315，AUT(未示出)紧固到上支撑表面2315。上支撑表面2315是基本上平面的，并由基本上竖直的腿2320支撑。腿2320通过柔性接头2325联接到上支撑表面2315，以防止腿2320限制上支撑表面2315的振动。

马达致动器2305直接联接到上支撑表面2315的底部，从而使致动器能够直接振动上支撑表面2315。加速度计传感器2310包括也直接联接到上支撑表面2315的底部的压电传感器，以测量共振模式的振动频率。

现在回到图17，振动台驱动器1710耦合到振动台1708(并且因此耦合到任何传感器2310和致动器2305)，并且被配置成以一个或多个共振频率驱动振动台。驱动器1710可以被配置成挑选最低频率模式以最小化所施加的激励。

OTA探针1704通过多个Rx带通滤波器1714耦合到相干接收器/ADC组1712。系统控制器1716耦合到相干接收器/ADC组1712和PIM分析器1718，PIM分析器1718又通过RTF模块1720耦合到相干接收器/ADC组1712。

本领域技术人员将容易理解，先前描述的实施例，诸如参考图5所示的实施例，可以被修改为包括相干接收器/ADC组，与相干接收器/ADC组1712类似或相同。在这种情况下，多接收器PIM分析器502可以被修改为包括这种相干接收器/ADC组或与之通信。

如上所述，系统1700能够测量静态和动态PIM。因此，识别故障的不同方法可能是有益的，作为上述方法的替代或补充。

基于等级排序的故障识别

动态PIM是一种时变现象，且因此基于绝对值的故障检测方法，如上述方法，并不特别适合动态PIM故障。在这种情况下，可以使用基于等级排序的故障识别，作为识别主要故障的统计测试。尽管它具有提供很少信息的局限性，但它通常提供稳健的结果。

在这种情况下，强度顺序用于将响应分类入故障类别。这种情况下的类别是每个可能故障点的单一故障，此外还有多重故障，因为它们可以归类为一种新型的双源故障。

不受理论限制，等级排序是用于检测PIM故障位置的标量技术。所述方法是基于根据统计分析的分类技术。每个故障状况是要识别的类别，即一个点或多个点处的故障是单独的情况，因此，故障状况的检测包括发现数据对应于哪个类别，这会得到故障的位置(定位)。

在每个频率、倾斜位置或扫描载波上，测量每个探针的电平以及反射的PIM。端口根据最强到最弱的顺序排列，我们称之为等级。这个分等级的数据被赋予合适的加权函数，以得到用于故障定位检测的数字向量。这个向量在模式识别区域被称为特征。因此，我们可以具有提供N个特征集的N个频率点。此外，对于每个被测天线的倾斜位置，对于总共M个倾斜位置，测量另一个特征集。此外，对于三种扫描模式中的每一种。因此，我们将有3个NxM特征集来分类系统和检测故障位置。

如上所述，PIM的绝对电平在时间上不是恒定的，并且不能用于元件之间的比较，然而，基于功率电平的等级次序是标量信息，其可以通过对等级应用合适的加权函数来稳健地使用，以产生故障分支的估计量。

等级排序方法是上面讨论的方法1和2的推广，具有不同的加权函数。特别地，上述方法1等同于具有以下加权函数的等级排序方法：

这种配置基本上会找到发射的最高PIM功率的端口。

上述方法2等同于具有以下加权函数的等级排序方法：

W(o)＝Var(o:tilt)

这种配置基本上会找到作为倾斜函数的发射的PIM功率变化最高的端口。

被测天线中端口的隔离在不同的被测天线之间是一致的。使用等级而不仅仅是最大元件将利用端口之间的隔离因端口而异，但是在天线之间是一致的事实。例如，在图1中，元件1和元件2之间的隔离可以很低，但是到元件3或元件N+2的隔离要高得多。因此，如果分支1中具有PIM源，则到元件2的泄漏应更高，而到元件如3和N+2的泄漏应更低。同样，元件2对元件1和元件3的隔离很低，因此，如果元件1、2和3在任何次序中都具有顶级位置，则元件2很可能是故障元件，即使它不是最高的。当元件1和2只在顶部位置，而不是3时，你会认为元件1是故障元件。这种技术允许开发甚至更复杂的这类模式。

上述方法能够将多故障情况识别为单一类别。这在最典型的多故障情况下非常有用，因为组合的数量呈指数级增长，不可能覆盖所有多故障情况。

最后，基于所述方法的结果，可以使用泰森多边形区域来识别当前测量似然在每个类别中的概率。这可用于识别新的故障位置，并增加要识别的类别集。

具有迫零的类似大规模MIMO的技术

在不受理论限制的情况下，在相控阵波束形成中，天线具有多个具有足够空间分离的元件，以提供分离的独立信道来提供孔径。来自不同信道的信号与适当的相位系数相组合，以最大化空间中特定方向或区域的信号强度。这种配置在几乎没有可替代反射器(或雷达行业所称的“杂波”)的情况下，在直接视线中工作良好。

多径传播在这种系统中是一个问题，然而，5G和大规模MIMO的发展已经允许使用这种反射器和发射器周围环境的多样性来提高而不是降低信号完整性。这是可能的，因为在这种情况下，到达角度并不重要，且避免信道衰落效应和增加数据吞吐量是最理想的。

在使用中，大规模MIMO天线为其通信的每个装置(例如电话)产生单独的信道。它使用上行链路导频来执行此操作，并且接收信号的定相为每个装置设置定制的波束系数，以使用接收系数的伪逆来最大化相位SNR和所有其他装置位置的零值。这种程序合理运行的条件是大规模MIMO系统中的天线数量大于同时连接的电话数量。此外，系统中具有足够的多样性，以有足够的独立信道。

在本发明各方面的实施例中，采用类似大规模MIMO的方法，其中导频信号被训练程序代替，其中PIM源被放置在每个可能的故障位置并且信号被存储，并且迫零(调零)被用于其他PIM源。对于一个N天线系统，它能检测到的最大同时源是N个。基于标量方法和等级排序的混合算法用于缩小可能的源，然后独立地检测每个源的电平。

本发明各方面的实施例可以向PIM源提供类似于大规模MIMO为分离装置(例如，移动电话)提供的空间分离。放置PIM源并测试接收信号的相位的简单训练方法取代导频信号。

所述方法使用系统测量的所有向量信息，并提供更加准确和可靠的结果。

这种方法的输出是所有已识别的可能来源的PIM源的强度。这种输出可能比其他方法提供的幅值与距离和分支更容易解释。

当PIM源的数量等于或小于探针的数量时，所述方法是理想的。这意味着它可以具有所有其他来源的零值。对于比探针更多的来源，如天线测试中的典型情况，所述方法是近似的，从某种意义上它不再具有足够的自由度以在估计信号时为所有其他源点(某个源点)创建零点。

在包括16探针天线的系统中，只能同时分离16个单独的来源。系统中可以具有数千个源点，但只能具有16个活动源点。本发明的实施例进一步包括使用其他方法，诸如上述方法，建立一组可能的来源，达到16个或更少的可能来源，之后这种技术从15个可能性中解决故障。

这种方法可能实际上等同于相位阵列聚焦，其中对所有其他来源设置零值。

校准可能与上述近场聚焦方法相同，主要目标是优化探针之间的隔离，以最大化伪逆步长的数值稳定性。

在某些实施例中，校准可以包括以下步骤。

1)挑选一个待调试类型的金色天线。金色天线需要非常干净，并且其中没有PIM源，即响应应是本底噪声(或非常接近本底噪声)。

2)在每个可能的源点放置一个PIM源，并在该响应中添加标签以反映所述位置。

3)测量在测试期间针对所有频率和倾斜位置将具有的PIM轨迹。

4)对所有可能的源点重复步骤2和3。

来自校准的数据可然后应用于实际测试数据。

机器学习隔离非线性引起的重影问题

由于被测天线内部的回波损耗导致非线性产生源与多次反射的相互作用，会增加PIM故障查找的额外复杂性。即使在最简单的情况下，这也会在系统内部产生多个PIM源。然而，机器学习可以用于将这些识别和分类到实际源集中(或不分类)，以消除错误检测。通过在多根天线上进行训练来克服一根天线与另一根天线之间的制造公差和可变性，从而使用监督学习来训练神经网络。

在不受理论限制的情况下，下面参考图24，在包括单个PIM源2405的系统中，给出说明这种重影的简要示例2400。在这种情况下，如第一路径2410a和第二路径2410b所示，两个载波至少有两条路径到达PIM源。因此，发射载波包含以下分量。

每个方程式中的第一项表示第一路径2410a，且每个方程式中的第二项是第二路径2410b。在完美的回波损耗Г的情况下，第二项消失。对于第三乘积频率ω_r＝2ω₁-ω₂，返回源点产生和测量的PIM是

其中第一项是返回源点，基于阶数和(*)的Tx功率是共轭的，得到

由于频率彼此接近，我们可以将ω₁近似为ω_r，因为与载波频率相比，间隔通常较小

我们可以看到似乎有五个来源

{A-B,A,A+B,A+2B,A+3B}

图25示出图24的示例2400的模拟图，当扫描两个音调以获得PIM产物时，A＝3000mm且B＝1000mm。从图中可以看出，峰值出现在2000mm(A-B)、3000mm(A)、4000mm(A+B)、5000mm(A+2B)、6000mm(A+3B)。

对于ω₂被扫描时ω₁保持不变的情况，上述方程式中具有ω₁的所有项都是不变的，且不会产生重影源。

{A,A+B/2,A+B,A+3/2B}

图26示出图24的示例2400的模拟图，当ω1保持不变而扫描ω2以获得PIM产物时，A＝3000mm且B＝1000mm。从图中可以看出，峰值出现在3000mm(A)、3500mm(A+B/2)、4000mm(A+B)和4500mm(A+3/2B)。

这种方法是上述方法5的可替代方法。在方法5中，用户需要为每个天线构建块提供完整的模块模拟响应，而这种方法是黑盒方法，在某种意义上它从训练序列获得天线的这种信息，意味着用户不需要知道所有的天线细节。

校准和训练方法与上述MIMO方法相同，但是需要用户用不同的扫描布置进行测量。具体而言，校准包括以下步骤：

1.针对每个点扫描载波1和载波2。

2.扫描载波1并固定载波2

3.扫描载波2并固定载波1。

如本领域技术人员将容易理解的，尽管未明确提及，但上述方法和系统可用于单频带或多频带PIM测试。

有利的是，本文描述的系统和方法使得PIM能够容易地定位在AUT中，这在制造相控阵天线时特别有用。

在本说明书和权利要求(如果有的话)中，词语‘包括’及其派生词(包含‘包括(comprises)’和‘comprise’)包括每个所述的整数，但不排除包括一个或多个另外的整数。

在本说明书通篇中参考‘一个实施例’或‘一实施例’意谓结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在说明书通篇不同地方出现的短语‘在一个实施例中’或‘在一实施例中’不一定都指同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合成一个或多个组合。

根据法规，本发明已经用或多或少特定于结构或方法特征的语言进行了描述。应当理解，本发明不限于所示出或描述的特定特征，因为本文描述的器件包括实施本发明的优选形式。因此，在本领域技术人员适当解释的所附权利要求(如果有的话)的适当范围内，要求保护本发明的任何形式或修改。

以下参考文献总结仅供读者方便阅读。它不构成专利文件的一部分。即使在编译参考文献时已经小心谨慎，错误或遗漏也不能完全排除。

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Claims (28)

1.一种定位被测天线(AUT)中的无源互调(PIM)故障的方法，所述AUT包括输入端口和多个分支，每个分支以至少一个辐射元件结束，所述方法包括：

向所述AUT的所述输入端口施加多个RF刺激信号；

通过空中探针固定阵列接收从所述多个辐射元件中的至少一个发射的正向PIM信号；

由PIM分析器测量由所述空中探针固定阵列接收的所述正向PIM信号的一个或多个特性；和

分析所述正向PIM信号的所述一个或多个特性，以定位所述AUT中的所述PIM故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述AUT是相控阵天线。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述AUT是在消声室中进行测试。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述AUT包括功率分配器，所述功率分配器将输入信号分到多个分支。

5.根据权利要求1所述的方法，其中定位PIM故障可包括确定所述被测天线的哪个单独分支或哪组分支包含所述PIM故障。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述空中探针位于所述AUT的所述辐射元件上方至少1m处。

7.根据权利要求6所述的方法，其中波束形成用于隔离在所述空中探针处接收的来自所述AUT的所述辐射元件中的每个的信号。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述空中探针在竖直方向上以弯曲布置方式布置。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述空中探针可包括少于20个探针。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述探针被配置成实现与所述AUT的所述辐射元件的强耦合，其中所述AUT的所述辐射元件中的每个耦合到所述多个空中探针之一。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述空中探针安装在高度可调的台架上，以允许所述空中探针和所述辐射元件之间的竖直分离是可配置的。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述RF刺激信号中的至少一个可在一定频率范围内扫描。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述PIM分析器被配置成测量所述正向PIM信号的所述一个或多个特性，以识别静态PIM故障和动态PIM故障。

14.根据权利要求13所述的方法，其还包括振动台，用于振动所述天线以识别动态PIM故障。

15.根据权利要求13所述的方法，其中控制器被配置成在所述正向PIM信号的第一测量期间激活所述振动台的振动，并且在所述正向PIM信号的第二测量期间不激活所述振动台的振动。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述振动台设置在具有所述AUT的消声室内，其中一个或多个致动器被配置成向所述振动台提供振动，其中所述致动器设置在所述消声室内，并且其中所述致动器被RF屏蔽。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述致动器被配置成直接振动所述振动台的支撑表面。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述致动器被配置成以所述振动台和所述AUT的共振频率振动所述振动台。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述振动台包括一个或多个传感器以测量所述振动台的振动，所述传感器用于提供对所述振动台振动的闭环控制。

20.根据权利要求1所述的方法，其中所述PIM分析器包括能够在一定频率范围内测量正向和反向PIM两者的多接收器PIM分析器。

21.根据权利要求1所述的方法，其中使用等级排序以将接收到的所述正向PIM信号分类入故障类别来在所述AUT中定位所述PIM故障，每个类别对应于至少一个潜在故障点。

22.根据权利要求1所述的方法，其中使用训练数据来定位所述AUT中的所述PIM故障，所述训练数据包括对应于多个可能故障位置中的每一个中的PIM源的数据。

23.根据权利要求1所述的方法，其中定位所述PIM故障包括使用机器学习来映射接收的PIM信号。

24.一种用于定位被测天线(AUT)中的无源互调(PIM)故障的系统，所述AUT包括输入端口和多个分支，每个分支以至少一个辐射元件结束，所述设备包括：

空中探针固定阵列，每个空中探针被配置成接收从所述多个辐射元件中的至少一个发射的正向PIM信号；

PIM分析器，其连接到所述空中探针固定阵列，用于：

向所述AUT的所述输入端口施加多个RF刺激信号；以及

测量由所述空中探针固定阵列接收的所述正向PIM信号的一个或多个特性；以及系统控制器，其连接到所述PIM分析器，用于分析所述正向PIM信号的所述一个或多个特性，以定位所述AUT中的所述PIM故障。

25.一种用于测试被测天线(AUT)的系统，所述AUT包括输入端口和多个分支，每个分支以至少一个辐射元件结束，所述系统包括：

输入端，用于接收多个RF刺激信号，并将所述多个RF刺激信号提供给所述AUT的所述输入端口；

空中探针固定阵列，用于接收从所述多个辐射元件中的至少一个发射的正向PIM信号；以及

输出端，用于提供从所述多个辐射元件中的至少一个发射的所述正向PIM信号。

26.一种用于诱发被测天线(AUT)中的动态无源互调(PIM)故障的振动台，所述振动台包括一个或多个致动器，所述致动器联接到所述振动台的支撑表面，并被配置成选择性地振动所述支撑表面，从而振动其上的AUT，以诱发所述AUT中的动态无源互调(PIM)故障，其中所述致动器被RF屏蔽。

27.根据权利要求26所述的振动台，其中所述致动器被配置成以一个或多个共振频率振动所述支撑表面和所述AUT。

28.根据权利要求26所述的振动台，其还包括一个或多个传感器以测量所述振动台的振动，其中所述传感器用于提供对振动所述振动台和所述AUT以及所述致动器的闭环控制。

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