CN116192301A - 互调定位近场扫描系统 - Google Patents

互调定位近场扫描系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种互调定位近场扫描系统，包括操作台、机械臂、测量探头、滤波模块、频谱仪、PIM测试仪和数据处理模块；操作台用于放置被测件；机械臂带动测量探头移动和定位，扫描被测件并接收被测件的PIM能量；滤波模块对PIM能量进行收发隔离滤波，获得PIM能量幅度；频谱仪读取PIM能量幅度，对PIM能量幅度进行频谱分析；PIM测试仪测试被测件反射的PIM，判断被测件的整体PIM值。机械臂按照规划路径扫描被测件，同时PIM测试仪测量被测件PIM值，数据处理模块判断PIM值是否异常，通过坐标点位控制完成PIM源定位。本发明能够在DUT近场PIM扫描中实现自动路径规划、自动测量、自动PIM源定位。

Description

互调定位近场扫描系统
技术领域
本发明涉及通信领域的互调测试，尤其涉及一种互调定位近场扫描系统。
背景技术
在现代无线通信系统中，无源设备、组件和系统的非线性干扰问题被称为无源互调（PIM），基站天线、双工器、合路器、电缆等无源器件产生的 PIM 干扰信号进入信号接收通道后，会导致信号接收通道中的噪声变大，从而限制了无线通信系统的链路性能。
为了降低这种干扰，必须在设计、制造过程，对各项PIM指标进行严格的分析、测量和控制，其中，如何准确定位PIM源是PIM指标测量的重点研究问题之一。目前，普通的互调测试系统只适用于测试无源器件的正向和反向互调产物的测量，在进行PIM源定位时，多依赖于人工识别，受人为主观因素影响，存在PIM源检测效率低、识别误差大等问题。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的PIM测量准确度低的问题，本发明的目的是提供一种互调定位近场扫描系统，该扫描系统主要应用于天线PIM源近场扫描，生成PIM能量分布色温图，帮助识别PIM源准确位置，能够满足基站天线、双工器、合路器、电缆等无源器件的无源互调指标测试需求，并对PIM源进行精准定位及可视化呈现。
技术方案：一种互调定位近场扫描系统，包括：
操作台，用于放置被测件；
机械臂，安装有测量探头，所述测量探头用于扫描被测件，并接收被测件不同单元的PIM能量；
滤波模块，和测量探头电性连接，对测量探头接收的功率信号进行收发隔离滤波处理，获得PIM能量幅度；
频谱仪，和滤波模块电性连接，用于读取PIM能量幅度，采用热力分布图方式生成PIM能量分布色温图；
PIM测试仪，对被测件进行全频段扫描，获取被测件全频段PIM值；
数据处理模块，分别和机械臂、测量探头、PIM测试仪电性连接；
所述数据处理模块根据被测件结构建立被测件坐标模型，在被测件坐标模型上选取待测点位；根据待测点位的坐标设置测量探头的探测角度和探测距离；根据测量探头的探测角度、探测距离以及待测点位的坐标设定机械臂扫描路径；所述机械臂按照规划的扫描路径带动测量探头扫描待测点位；当PIM测试仪显示PIM值异常时，数据处理模块将当前的检测点位记录为故障坐标；
机械臂和测量探头完成点位扫描，各待测点位的PIM能量通过滤波模块处理以及频谱仪分析后以热力分布的形式显示；
根据故障坐标控制机械臂移动和定位到故障源。
优选的，所述数据处理模块和频谱仪电性连接，所述各待测点位的PIM能量通过滤波模块处理、频谱仪分析后以热力分布的形式显示于被测件坐标模型中。
进一步的，所述数据处理模块包括探头参数校准接口，该接口和机械臂电性连接，探头参数包括探测角度和探测距离。此外，所述数据处理模块包括能量校准接口，该能量校准接口和测量探头通信连接。
优选的，所述机械臂包括用于自动/手动操作的控制器及示教器，或包括防撞传感器和碰撞报警模块，或进一步和上位机通信连接。
优选的，所述测量探头为多探头。
进一步优选的，所述滤波模块为全频段双工滤波模块。
进一步的，系统还包括夹具，用于固定被测件。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过数据处理模块将多个硬件单元集成为一种新的互调测试平台，采用模型建模、路径规划、点位控制，以及测量探头和PIM测试仪联动检测等手段，对被测件的互调情况进行全面、准确、直观的扫描分析，能够快速定位PIM源位置，满足自动化、智能化、可视化的测试分析需求；本发明能够实现全频段覆盖，探头频段覆盖600-3GHz，适用于多种被测件的无源互调指标测试需求，易于推广应用。
附图说明
图1为基于互调定位近场扫描系统示意图，其中“DUT”为被测件；
图2为基于互调定位近场扫描系统的工作流程图；
图3为被测件天线的测试点位示意图。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为本发明的一部分。
如图1所示，一种互调定位近场扫描系统，包括操作台1、机械臂2、测量探头3、滤波模块、频谱仪、PIM测试仪和数据处理模块。被测件DUT类型包括但不限于：板片级、空气带线板片；振子级、含辐射单元和馈电网络；整机级EM系列天线含天线模块和散热器、维护腔等整机模块。
操作台1用于放置被测件。操作台1上可配夹具，夹具可拆卸地安装在操作台1上，用于固定被测件，防止其在测试过程移动。应注意的是，操作台1和夹具均为非金属，不导电。
机械臂2包括固定端和移动端，其移动端安装有测量探头3，测量探头3的主要功能是激励被测件，接收PIM能量。机械臂2控制测量探头3移动、转动和定位，使得测量探头3以不同的探测角度和探测距离扫描被测件不同位置上方的互调信号强度。操作台1和机械臂2的安装方位不作限定，两者对应设置即可，机械臂2包括固定端和移动端，其移动端的行程适配于操作台1的尺寸范围。
测量探头3的可采用单探头/多探头工作模式，覆盖测试频段0.6-3GHz。
优选的，机械臂2采用高精度六轴机械臂，可进一步配备独立控制器及示教器，并支持上位机集成控制自动操作移动，以支持手动/自动操作移动；更优选的，机械臂2含防撞传感器及碰撞报警提醒机制，包括EMO按钮等，支持手动/自动紧急停机功能；机械臂2单次最大移动时间＜0.5s，可二维水平面移动或二维侧壁移动。
滤波模块和测量探头3连接，用于对测量探头3接收的功率信号进行收发隔离滤波处理，限制载波功率，获得PIM能量幅度。可选的，滤波模块为全频段双工滤波模块，可覆盖宽频测试频段，频段0.6-3G。全频段双工滤波模块灵敏度≤-135dBm，可滤除下行（TX）频段信号，上行（RX）频段为通带，覆盖6个测试，具体包括：
700MHz频段：TX 728-746MHz，RX 710-716MHz；
850MHz频段：TX 791-821MHz，RX 832-851MHz；
900MHz频段：TX 925-960MHz，RX 890-915MHz；
1800MHz频段：TX 1805-1880MHz，RX 1730-1785MHz；
2100MHz频段：TX 2110-2170MHz，RX 2050-2060MHz；
2600MHz频段：TX 2620-2690MHz，RX 2550-2580MHz。
频谱仪和滤波模块相接，用于读取PIM能量幅度，并对PIM能量幅度进行频谱分析，将PIM能量以热力分布的形式显示出来。可选的，热力分布图可直接显示于频谱仪；或者将频谱仪和数据处理模块建立电性连接，将热力分布图显示于数据处理模块中，可进一步将热力分布图中的测试数据和被测件坐标模型相关联，以到达更直接的观测效果。
在热力分布图中，位于正常区间值范围内的互调值以特定的、相同的颜色显示，超出正常区间值范围的互调值会通过其他颜色深浅地散布在分布图上，形成直观的色温图。进一步优选的，数据处理模块支持色温图旋转、放大、平移操作和图中选点读取PIM数据，通过3D色温显示，和平移、缩放、旋转、选中等操作，工作人员能够对被测件互调进行直观分析。
PIM测试仪和测量探头3联动工作，即在测量探头3扫描被测件的过程中，PIM测试仪会实时监测器件的互调情况，对被测件进行全频段PIM值扫描，获取被测件全频段PIM值，并能够通过互调曲线等方式反映出测试频段内哪段互调出现了异常。为了实现全频段覆盖，PIM测试仪应能够测试0.6-3G不同频段被测件的残余互调。
数据处理模块根据被测件的结构模型对机械臂2的扫描路径进行规划，扫描过程数据处理模块实时接收测量数据，根据坐标数据和测量数据完成PIM源定位。其中坐标数据是指被测件的规划扫描点位，测量数据主要为PIM测试仪反映的PIM值。
具体的，数据处理模块包括探头参数校准接口，探测参数校准接口具体为探测距离与探测角度耦合系数校准接口，该接口和机械臂电性连接，数据处理模块通过该接头控制扫描过程测量探头的探测角度和探测距离。
此外，数据处理模块还包括能量校准接口，能量校准接口具体为空间能量与探头接收能量耦合系数校准接口，该接口和测量探头电性连接，其中空间能量是指探头探测到的被测件上方的PIM能量，数据处理模块通过该接口校准信号在空间路径的损耗（差损），具体可采用链路补偿运算进行校准。
典型工作模式：
如图1所示，本系统在暗室环境中，被测件DUT通过夹具固定在操作台1上，DUT包括多个天线振子单元，固定天线振子单元的摆放位置，防止被测过程中移动。机械臂2落地安装。将测量探头3固定在机械臂2的移动端，机械臂2带动测量探头3移动，在DUT的上方扫描互调信号强度。测量探头3接收的功率信号通过滤波模块进行收发隔离滤波处理，以限制载波功率，滤波模块再将接收的PIM能量幅度传输至频谱仪进行频谱分析和色温显示。与此同时，PIM测试仪实时测试DUT反射的互调，判断DUT整体PIM整体量级，当机械臂2控制测量探头3执行扫描的同时，数据处理模块接收PIM测试仪实时测量的整体PIM值，当被测件的整体PIM值在某个频段内互调值异常时，数据处理模块会将当前时刻的被测位置坐标记录下来。待机械臂完成全部路径点位扫描时，测量数据以热力分布的方式显示出来（或直接将测量数据体现在EUT模型中），并能够通过平移、缩放和旋转等方式进行观测。根据被标记的故障坐标，数据处理模块再次控制机械臂移动定位到故障源，由测量探头3定位扫描被测件的故障部位，同时测试人员可对该故障部位进行维修、检测。
以下结合图2、图3详细介绍该互调定位近场扫描系统执行PIM源扫描和定位的完整工作流程。
（1）构建模型，识别和校准模型的坐标位置：
构建模型文件：加载机械臂、测量探头、EUT坐标模型；在EUT坐标模型上选取待测点位，待测点位即一系列待测点的坐标，构成了EUT待测区域；如图3所示为被测件天线，其包括3个天线阵子单元，共选取五组25个待测点位：
1.1,1.2……1.4,1.5；
2.1,2.2……2.4,2.5；
3.1,3.2……3.4,3.5；
4.1,4.2……4.4,4.5；
5.1,5.2……5.4,5.5。
模型位置识别：对机械臂、被测件的模型文件的坐标与对应模型实物的坐标进行校准归一，优选至少选择三个坐标进行校准，确保坐标识别的精确度。
（2）模型位置导入，机械臂路径规划：
读取被测件模型中待测点位的坐标，根据待测点位的坐标设置测量探头的探测角度和探测距离，根据测量探头的探测角度、探测距离以及待测点位的坐标设定机械臂扫描路径。需要说明的是，①当探头位于相同探测角度、不同探测距离时，PIM测试值不同，因此，为了增加扫描的准确性，在扫描过程需要不断地调整探头的探测距离。②对于相同结构、待测位置不变的被测件，程序可保存并重复调用；可支持增加/删除部分坐标，可调整路径中坐标的顺序。③待测位置在同一直线上，可只识别两个端点坐标，通过设置步径完成直线上所有点的探测；两点之间不能直接平移到达（需避障），可插入避障位置坐标，该坐标毋需读取测试数据。对于平移/对称等有规律的结构，可通过坐标变换直接生成新坐标。
（3）待测区域点位扫描，数据分析：
机械臂按照规划的扫描路径带动测量探头执行点位测试；频谱仪对PIM能量幅度进行频谱分析；PIM测试仪实时测量被测件的PIM值，数据处理模块接收并判断PIM值是否正常，当PIM值异常时，数据处理模块将此时测量探头正在扫描的检测点位记录为故障点。
（4）显示互调数据，定位PIM源：
机械臂和测量探头完成点位扫描后，各待测点位的PIM能量通过滤波模块处理以及频谱仪分析后以热力分布的形式显示出来，根据步骤（3）记录的故障点，数据处理模块控制机械臂移动和定位到故障点所对应的坐标，即找到故障源。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种互调定位近场扫描系统，其特征在于，包括：
操作台（1），用于放置被测件；
机械臂（2），安装有测量探头（3），所述测量探头（3）用于扫描被测件，并接收被测件不同单元的PIM能量；
滤波模块，和测量探头（3）电性连接，对测量探头（3）接收的功率信号进行收发隔离滤波处理，获得PIM能量幅度；
频谱仪，和滤波模块电性连接，用于读取PIM能量幅度，采用热力分布图方式生成PIM能量分布色温图；
PIM测试仪，对被测件进行全频段扫描，获取被测件全频段PIM值；
数据处理模块，分别和机械臂（2）、测量探头（3）、PIM测试仪电性连接；
所述数据处理模块根据被测件结构建立被测件坐标模型，在被测件坐标模型上选取待测点位；根据待测点位的坐标设置测量探头（3）的探测角度和探测距离；根据测量探头（3）的探测角度、探测距离以及待测点位的坐标设定机械臂（2）的扫描路径；所述机械臂（2）按照规划的扫描路径带动测量探头（3）扫描各待测点位；当PIM测试仪显示PIM值异常时，数据处理模块将当前检测点位记录为故障坐标；
机械臂（2）和测量探头（3）完成点位扫描，各待测点位的PIM能量通过滤波模块处理以及频谱仪分析后以热力分布的形式显示；
根据故障坐标控制机械臂（2）移动，定位到故障源。
2.根据权利要求1所述的互调定位近场扫描系统，其特征在于，所述数据处理模块和频谱仪电性连接，所述各待测点位的PIM能量通过滤波模块处理、频谱仪分析后以热力分布的形式显示于被测件坐标模型中。
3.根据权利要求1所述的互调定位近场扫描系统，其特征在于，所述数据处理模块包括探头参数校准接口，该接口和机械臂（2）电性连接，探头参数包括探测角度和探测距离。
4.根据权利要求1所述的互调定位近场扫描系统，其特征在于，所述数据处理模块包括能量校准接口，该能量校准接口和测量探头（3）通信连接。
5.根据权利要求1所述的互调定位近场扫描系统，其特征在于，所述机械臂（2）包括控制器及示教器。
6.根据权利要求1所述的互调定位近场扫描系统，其特征在于，所述机械臂（2）包括防撞传感器和碰撞报警模块。
7.根据权利要求1所述的互调定位近场扫描系统，其特征在于，所述机械臂（2）和上位机通信连接。
8.根据权利要求1所述的互调定位近场扫描系统，其特征在于，所述测量探头（3）为多探头。
9.根据权利要求1所述的互调定位近场扫描系统，其特征在于，所述滤波模块为全频段双工滤波模块。
10.根据权利要求1所述的互调定位近场扫描系统，其特征在于，包括用于固定被测件的夹具。
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