CN113938225B - 一种多信道天线综合指标测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，具体涉及一种多信道天线综合指标测试系统，其包括：测试主机，提供多信道音频输入/输出接口，接收检测头传回的测试结果进行汇总处理后通过网口输出；检测头，包括天线端检测头和地面端检测头，天线端检测头的天线口通过转接线缆连接天线，天线端检测头的馈线口与和地面端检测头的馈线口连接，地面端检测头的电台口与电台连接，地面端检测头与测试主机串口通信。本系统使用时，一次性串接于天馈系统中，后期无需断开系统连接，既能保证发射链路完整性又能保障实时性，极大方便使用者和维护者对天馈系统的使用和检查。

Description

一种多信道天线综合指标测试系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种多信道天线综合指标测试系统。

背景技术

天线是无线电通信的重要组成部分，天馈系统的指标好坏严重影响无线电波辐射效能，相关指标包括驻波、插损等。

目前在实际工程实践中，每次测试天馈系统指标都必须断开天馈系统与电台之间的连接，然后将天馈系统连接网络分析仪进行天馈系统驻波、插损等参数的离线测试，参数测试完成后，需要恢复电台与天馈系统之间的连接，但电台射频连接器与馈线是否连接稳妥以及天线的辐射效能好坏等无法准确掌握，目前只能凭借肉眼目视检查。

发明内容

为克服上述问题或部分解决上述问题，本发明的目的在于提供一种多信道天线在线测试系统，集功率计和网络分析仪相关功能于一体，检测时无需断开天馈系统与电台之间的连接，极大的方便了使用者和维护者对天馈系统的使用和检查。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明实施例提供一种多信道天线综合指标测试系统，包括：测试主机，提供多信道音频输入/输出接口，接收检测头传回的测试结果进行汇总处理后通过网口输出；检测头，包括天线端检测头和地面端检测头，上述天线端检测头的天线口通过转接线缆连接天线，上述天线端检测头的馈线口与上述和地面端检测头的馈线口连接，上述地面端检测头的电台口与电台连接，上述地面端检测头与上述测试主机串口通信。

在本发明一些实施例中，上述天线端检测头包括：第一耦合器，用于产生正向功率耦合值P_F1及反向功率耦合值P_R1，并将P_F1、P_R1输出至第一检波电路；第一检波电路，用于将上述P_F1、P_R1分别转换为正向功率检测电压值V_F1及反向功率检测电压值V_R1；并将转换得到的V_F1及V_R1经过幅度调整后输出至第一控制处理芯片；第一控制处理芯片，基于P_F1、P_R1、V_F1及V_R1计算功率输出端口处的发射功率值P₁以及驻波比VSWR₁，并将上述功率值P₁及驻波比VSWR₁打包后形成TTL信号，传输至ASK调制电路；ASK调制电路，将打包后形成的TTL信号转换为ASK信号发射至上述地面端检测头；第一电源管理电路，对馈线提供的电源进行转化，用于为上述第一检波电路和ASK调制电路提供交流电压、为第一控制处理芯片提供直流电压。

在本发明一些实施例中，上述第一检波电路采用型号为MAX9933的检波芯片，上述功率值的计算公式为P₁(dBm)＝30+(V(mV)-600)/38。

在本发明一些实施例中，上述驻波比的计算公式为：VSWR₁＝(1+Г)/(1-Г)，式中，Г为靠近负载端的电压反射系数；回波损耗RL＝10lg(PF/PR)，RL＝-20lgГ。

在本发明一些实施例中，上述天线端检测头还包括陀螺仪电路，上述陀螺仪电路用于检测天线杆的角度偏差值，并将检测得到的值通过I2C接口传输至第一控制处理芯片；上述陀螺仪电路由电源管理电路提供直流电压。

在本发明一些实施例中，上述天线端检测头的天线口及馈线口分别连接有防雷器。

在本发明一些实施例中，上述地面端检测头包括：第二耦合器，用于产生正向功率耦合值P_F2及反向功率耦合值P_R2，并将P_F2、P_R2输出至第二检波电路；第二检波电路，用于将上述P_F2、P_R2分别转换为正向功率检测电压值V_F2及反向功率检测电压值V_R2；并将转换得到的V_F2及V_R2经过幅度调整后输出至第二控制处理芯片；ASK解调电路,用于接收并解调由天线端检测头传输而来的ASK信号，并将解调后的信号传输至第二控制处理芯片；第二控制处理芯片，基于P_F2、P_R2、V_F2及V_R2计算功率输出端口处的发射功率值P₂以及驻波比VSWR₂；解算由ASK解调电路传输而来的信号以获得天线端检测头的功率值P₁及驻波比VSWR₁；将上述功率值P₁、功率值P₂、驻波比VSWR1及驻波比VSWR2打包后形成TTL信号，并将TTL信号传输至串口转换芯片；串口转换芯片，用于将TTL信号转换为RS-422信号并传输给电台；连接器，将由测试主机提供的电源分为两路，一路通过馈线为天线端测试头供电，另一路则经第二电源管理电路转换后为第二检波电路、ASK解调电路、串口转换芯片及第二控制处理芯片供电；第二电源管理电路，用于为上述第二检波电路和ASK解调电路提供交流电压、为第二控制处理芯片及串口转换芯片提供直流电压。

在本发明一些实施例中，上述地面端检测头对由天线端传回的功率值P₁及驻波比VSWR2进行校验：将天线端的功率值P₁与电台端的功率值P₂进行比较；将天线端的驻波比VSWR1与电台端的驻波比VSWR2进行比较，当P₁＝P₂、VSWR1＝VSWR2时，则将功率值及驻波比传输至测试主机。

在本发明一些实施例中，上述地面端检测头通过RS422标准异步串口与上述测试主机通信。

在本发明一些实施例中，上述测试主机包括CPU模块以及与上述CPU模块连接的报警装置，当上述CPU模块接收到由上述检测头发出的报警信号后则控制上述报警装置发起报警。

本发明与现有技术相比，至少具有如下的优点和有益效果：

本测试系统是集功率计和网络分析仪相关功能于一体的在线实时测试系统，可以同时对多根天线进行在线监测，可以在线自动对每次发射进行包括驻波、发射功率等综合指标测试。由于本测试系统可以分别用于电台馈线处和天线处的驻波检测，所以更能够快速隔离天线或馈线故障。使用时一次性串接于天馈系统中，后期无需断开系统连接，既能保证发射链路完整性又能保障实时性，极大方便使用者和维护者对天馈系统的使用和检查。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为天线在线测试系统框图；

图2为本发明一实施例中天线端测试头的结构框图；

图3为本发明一实施例中地面端测试头的结构框图；

图4为本发明一实施例中ASK调制电路图；

图5为本发明一实施例中ASK解调电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

需要说明的是，在本发明的描述中，出现的术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

请参照图1，在本发明实施例提供一种多信道天线综合指标测试系统(如图1所示)，示例性的，系统主要由测试头和测试主机组成。其中测试头根据安装位置分为天线端以及地面端，分别用于天线处和电台馈线的驻波检测，使用时两者需要成对使用。天线端检测头与地面端检测头之间通过馈线进行通信，通信采用异步串行，半双工ASK调制，前端发，后端收。地面端测试头则可通过RS422标准异步串口测试主机通信。

示例性的，测试主机的整体架构图如图1所示，主机采用X86架构，使用Intel凌动系列低功耗处理器，提供显示、USB、网络等I/O接口。其中，CPU模块可采用COME标准type10的模块，搭载了面向嵌入式设备的Atom^TM x5-E3940处理器，兼具性能与功耗。其能够提供10信道音频输入/输出接口并通过VOIP方式将模拟话音转换成IP话音，同时接收10信道天线测试结果汇总处理后通过网口输出。

示例性的，天线端检测头包括：第一耦合器、第一检波电路、第一控制处理芯片、ASK调制电路和第一电源管理电路(如图2所示)。天线端检测头要计算出天线端的驻波比及功率值，并将计算出的值发射至地面端。天线端检测头包括：第二耦合器、第二检波电路、ASK解调电路、第二控制处理芯片、串口转换芯片、连接器和第二电源管理电路(如图3所示)。地面端检测头需要计算出电台端的驻波及功率值，同时解析出天线端的驻波和功率值，还要通过串口与电台进行通信。

具体的，对于上述各模块的硬件选择：

第一耦合器及第二耦合器可选用型号为DC0275W50的耦合器。在108MHz～400MHz的工作频率内，其正向的定向耦合度为50dB±1dB，插损为0.2dB以内，反向耦合度为77dB±5dB，标称的温度范围为-55℃～85℃(实际的温度曲线可到125℃)，其散热面积为33.02mm*19.3mm。

第一检波电路及第二检波电路可选择型号为AD8361的功率检测器，其检波频率范围为LF至2.5GHz，根据供电电压为3.3V，计算出检波电平范围为5.6dBm以下，标称的温度范围为-40℃～85℃。

关于ASK电路则选择用开关电路来实现ASK信号的调制(ASK调制电路如图4所示)，选择用检波电路来实现ASK信号的解调(ASK解调电路如图5所示)。其中，开关芯片采用了ADI公司的ADG849YKSZ，其开关上升时间为24ns，下降时间为20ns，标称的温度范围为-40℃～125℃。检波芯片采用了MAXIM公司的MAX9930，其检波频率范围为2MHz～1.6GHz，检波电平范围为-45dBm～0dBm，标称的温度范围为-40℃～85℃。

第一电源管理电路可选择型号为LM22677-5的电源芯片，其电压输入范围为4.5V～42V，输出电压为5V±0.1V，驱动电流>6A，效率>80％，开关频率为500kHz，标称的温度范围为-40℃～125℃。第二电源管理电路可选择型号为TPS7A4700的电源芯片，电压输入为3V～36V，驱动电流≤1A，通过外围电路的配置可以精准配置为3.3V，标称的温度范围为-40℃～125℃。

第一控制处理芯片及第二控制处理芯片可选择型号为LPC824M201JDH20的处理芯片，其具备3个串口(一个为RS-422通信串口，一个为ASK调制解调信号通信串口，一个为调试用串口(备用))，2个SPI口，5个12位ADC采样通道和29个GPIO口。

基于上述硬件选型，天线端检测头的工作原理如下：

当有射频信号发射时，射频信号通过定向第一耦合器的耦合端产生正反向功率耦合值P_F1、P_R1，通过第一检波电路，将正反向功率耦合值转换为正反向功率检测电压值V_F2、V_R2，经过幅度调整后输出给第一控制处理芯片，由第一控制处理芯片计算功率值以及驻波比。功率值计算公式为P(dBm)＝30+(V(mV)-600)/38，该公式由检波芯片MAX9933的芯片手册给出，1W信号等于30dBm。芯片手册规定30dBm映射的幅度是600mv。公式中30为30dBm,600是600mv,38为所有映射关系的斜率值。驻波比计算公式为VSWR＝(1+Г)/(1-Г)，式中，Г为靠近负载端的电压反射系数；回波损耗计算公式为：RL＝10lg(P_F/P_R)，RL＝-20lgГ。第一控制处理芯片通过SPI总线接收陀螺仪电路输出的角度偏差值。第一控制处理芯片将V_F2、V_R2转换成方波信号，传输至ASK调制电路，与此同时，第一控制处理芯片的内部(或外部)晶振给出4MHz基准载波，通过ASK调制电路对4MHz基准载波进行调制形成4M_ASK信号，通过馈线传给地面端检测头。第一电源管理电路将馈线传输上来的+24V通过电源管理电路分为两路，检波电路和ASK调制电路供电为3.3VA，控制处理芯片和角度偏差值监测电路供电为3.3VD。

基于上述硬件选型，地面端检测头的工作原理如下：

当有射频信号发射时，通过第二耦合器产生正向功率耦合值P_F2及反向功率耦合值P_R2，并将P_F2、P_R2输出至第二检波电路；第二检波电路将上述P_F2、P_R2分别转换为正向功率检测电压值V_F2及反向功率检测电压值V_R2；并将转换得到的V_F2及V_R2经过幅度调整后输出至第二控制处理芯片。ASK解调电路则接收并解调由天线端检测头传输而来的ASK信号，并将解调后的信号传输至第二控制处理芯片。第二控制处理芯片则基于P_F2、P_R2、V_F2及V_R2计算功率输出端口处的发射功率值P₂以及驻波比VSWR₂，计算公式可采用P₁及VSWR₁同样的计算公式。除此之外，第二控制处理芯片还需要解算由ASK解调电路传输而来的信号，以获得天线端检测头的功率值P₁及驻波比VSWR₁；然后将上述功率值P₁、功率值P₂、驻波比VSWR1及驻波比VSWR2打包后形成TTL信号，并将TTL信号传输至串口转换芯片；串口转换芯片则将TTL信号转换为RS-422信号后传输给电台。连接器将由测试主机提供的+24V电源分为两路，一路通过馈线为天线端测试头供电，另一路则经第二电源管理电路转换后为第二检波电路、ASK解调电路、串口转换芯片及第二控制处理芯片供电。第二电源管理电路将+24V电源分为两路，检波电路和ASK解调电路供电为3.3VA，控制处理芯片和串口转换芯片供电为3.3VD。

另外，在使用过程中，若天线端检测头与地面端检测头外形结构相识度较高，当不确定当前设备为天线端检测头还是地面端检测头时，则可通过检测与RS422串口电缆插头插接的一个IO口进行判断，若检测脚为低，则为地面端，否则为天线端。

在检测天线正/反向射频信号时，正、反向射频信号将不超过3V的模拟信号输入到天线端对应的AD采集口，天线端读取AD寄存器的值，读取20次取平均数，得到正向和反向射频信号电压值。

功率值和驻波计算过程：天线端将采集到的正向和反向射频信号电压值，通过计算得到功率值P₁和驻波值VSWR1。然后将正/反向射频信号电压值V_F1、V_R1以及功率值P₁和驻波VSWR1这4路信号打包后，通过串口的TX脚，送给ASK调制电路。地面端通过串口的RX脚接收到ASK解调电路的方波信号，解算出正/反向射频信号电压值V_F1、V_R1以及驻波值VSWR1和功率值P₁，由于射频馈线既要传输功率信号又要传输ASK信号，ASK信号传输幅度小，电台发射的功率较大，而为防止电台发射时的大功率干扰ASK信号，造成ASK信号误码，地面端需要对接收到的驻波值VSWR1和功率值P₁进行校验，首先地面端基于接收到的正向和反向射频信号电压值V_F1、V_R1，计算得到功率值P₂和驻波值VSWR2，将该功率值P₂和驻波值VSWR2与收到天线端的功率P₁和驻波值VSWR1相比较，如果两者计算结果对应相等，即P₁＝P₂；VSWR1＝VSWR2，则表明ASK传输没有误码，然后才进行对外输出。对于串口通讯的处理为：地面端将计算的结果通过RS-422串口对外输出，包括功率值、驻波，以及功率值、驻波达到报警门限时，通过RS-422串口对外发送报警。地面端接收RS-422串口设置的数据，包括正常功率值、驻波报警门限。

实施例2

进一步的，天线端检测头还包括陀螺仪电路，上述陀螺仪电路用于检测天线杆的角度偏差值，并将检测得到的值通过I2C接口传输至第一控制处理芯片；上述陀螺仪电路由电源管理电路提供直流电压。示例性的，陀螺仪电路可以为型号为SCA61T-FA1H1G的角度传感器，其检测角度为18°～162°，检测精度为1°，标称的温度范围为-40℃～125℃。

在进行天线倾斜角计算时，天线端通过I2C总线接收二进制数据，将二进制数据通过查表得到垂直度监测电路上报的天线倾斜角。然后将该信号通过串口的TX脚，送给ASK调制电路。地面端通过串口的RX脚接收到ASK解调电路的方波信号，解算出天线倾斜角，对外输出。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多信道天线综合指标测试系统，其特征在于，包括：

测试主机，提供多信道音频输入/输出接口，接收检测头传回的测试结果进行汇总处理后通过网口输出；

检测头，包括天线端检测头和地面端检测头，所述天线端检测头的天线口通过转接线缆连接天线，所述天线端检测头的馈线口与所述地面端检测头的馈线口连接，所述地面端检测头的电台口与电台连接，所述地面端检测头与所述测试主机串口通信；

所述天线端检测头包括：

第一耦合器，用于产生正向功率耦合值P_F1及反向功率耦合值P_R1，并将P_F1、P_R1输出至第一检波电路；

第一检波电路，用于将所述P_F1、P_R1分别转换为正向功率检测电压值V_F1及反向功率检测电压值V_R1；并将转换得到的V_F1及V_R1经过幅度调整后输出至第一控制处理芯片；

第一控制处理芯片，基于P_F1、P_R1、V_F1及V_R1计算功率输出端口处的发射功率值P₁以及驻波比VSWR₁，并将所述功率值P₁及驻波比VSWR₁打包后形成TTL信号，传输至ASK调制电路；

ASK调制电路，将打包后形成的TTL信号转换为ASK信号发射至所述地面端检测头；

第一电源管理电路，对馈线提供的电源进行转化，用于为所述第一检波电路和ASK调制电路提供交流电压、为第一控制处理芯片提供直流电压；

所述地面端检测头包括：

第二耦合器，用于产生正向功率耦合值P_F2及反向功率耦合值P_R2，并将P_F2、P_R2输出至第二检波电路；

第二检波电路，用于将所述P_F2、P_R2分别转换为正向功率检测电压值V_F2及反向功率检测电压值V_R2；并将转换得到的V_F2及V_R2经过幅度调整后输出至第二控制处理芯片；

ASK解调电路,用于接收并解调由天线端检测头传输而来的ASK信号，并将解调后的信号传输至第二控制处理芯片；

第二控制处理芯片，基于P_F2、P_R2、V_F2及V_R2计算功率输出端口处的发射功率值P₂以及驻波比VSWR₂；解算由ASK解调电路传输而来的信号以获得天线端检测头的功率值P₁及驻波比VSWR₁；将所述功率值P₁、功率值P₂、驻波比VSWR1及驻波比VSWR2打包后形成TTL信号，并将TTL信号传输至串口转换芯片；

串口转换芯片，用于将TTL信号转换为RS-422信号并传输给电台；

连接器，将由测试主机提供的电源分为两路，一路通过馈线为天线端测试头供电，另一路则经第二电源管理电路转换后为第二检波电路、ASK解调电路、串口转换芯片及第二控制处理芯片供电；

第二电源管理电路，用于为所述第二检波电路和ASK解调电路提供交流电压、为第二控制处理芯片及串口转换芯片提供直流电压。

2.根据权利要求1所述的多信道天线综合指标测试系统，其特征在于，所述第一检波电路采用型号为MAX9933的检波芯片，所述功率值的计算公式为P₁(dBm)=30+(V(mV)-600)/38。

3.根据权利要求1所述的多信道天线综合指标测试系统，其特征在于，所述驻波比的计算公式为：VSWR₁=(1+Г)/(1-Г)，式中，Г为靠近负载端的电压反射系数；回波损耗RL=10lg（PF/PR），RL=-20 lgГ。

4.根据权利要求1所述的多信道天线综合指标测试系统，其特征在于，所述天线端检测头还包括陀螺仪电路，所述陀螺仪电路用于检测天线杆的角度偏差值，并将检测得到的值通过I2C接口传输至第一控制处理芯片；所述陀螺仪电路由电源管理电路提供直流电压。

5.根据权利要求1所述的多信道天线综合指标测试系统，其特征在于，所述天线端检测头的天线口及馈线口分别连接有防雷器。

6.根据权利要求1所述的多信道天线综合指标测试系统，其特征在于，所述地面端检测头对由天线端传回的功率值P₁及驻波比VSWR2进行校验：将天线端的功率值P₁与电台端的功率值P₂进行比较；将天线端的驻波比VSWR1与电台端的驻波比VSWR2进行比较，当P₁=P₂、VSWR1=VSWR2时，则将功率值及驻波比传输至测试主机。

7.根据权利要求1所述的多信道天线综合指标测试系统，其特征在于，所述地面端检测头通过RS422标准异步串口与所述测试主机通信。

8.根据权利要求1-7任一项所述的多信道天线综合指标测试系统，其特征在于，所述测试主机包括CPU模块以及与所述CPU模块连接的报警装置，当所述CPU模块接收到由所述检测头发出的报警信号后则控制所述报警装置发起报警。