CN116819186B - 一种物联网通信终端天线性能调测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种物联网通信终端天线性能调测方法，其包括滑动导轨、控制主机以及与控制主机连接的电压驻波比测量仪器、待调试天线转台、空间驻波产生装置和测距装置；待调试天线转台设置在滑动导轨的一端，空间驻波产生装置相对滑动设置在滑动导轨上；电压驻波比测量仪器电连接待调试天线，对待调试天线的天线端口输出对应频率的载波信号，同时对待调试天线的天线端口的电压驻波进行测试；测距装置用于探测待调试天线转台与空间驻波产生装置之间的距离并反馈至控制主机。本发明装置在测定驻波比的时候无需调整待调试的无线终端即可得到天线增益和效率的性能状况，以利于快速确定天线基本性能状况，以提高天线调试效率缩短研发调试周期。

Description

一种物联网通信终端天线性能调测方法

技术领域

本发明涉及物联网通信技术领域，尤其涉及一种物联网通信终端天线性能调测方法。

背景技术

终端天线研发调试过程中，需要同时评估天线的电压驻波比（VSWR）和天线的辐射增益和效率的性能。根据天线理论，天线端口电压驻波比与天线端口处输入阻抗相关，是表征天线端口输入阻抗匹配性能好坏的一个参数。输入阻抗匹配则驻波比小，进入天线辐射的能量就大。反而驻波比大说明天线输入阻抗与接口不匹配，输入信号功率一部分由于接口不匹配而被反射，反射的信号与输入信号叠加形成驻波。在进行无线终端天线调试测试中，要求在所需频带内驻波比越小越好，一般会要求驻波比≤1.5。驻波比的测试一般采用矢量网络分析仪单端口，连接到待调试的终端天线上。如图1所示为典型的物联网终端在调试天线过程中测试驻波比的架构图，采用矢量网络分析仪，通过测试馈线将矢量网络分析仪其中一端口连接待调试的物联网终端天线上，在调试过程中不断的改变待调试终端天线区域金属结构来改善天线性能。

天线效率定义为天线的辐射功率与输入功率之比，其表征的是天线辐射能力的强弱，影响天线辐射效率的因素主要与天线结构以及天线与终端主板等金属结构件之间的位置关系的相互影响。

天线增益是在相同输入功率下天线在空间某点产生的场强的平方与理想无方向性点源天线在同一方向上产生的电场平方的比值。根据定义可知，天线增益也可以表征天线在某方向上坡印廷矢量密度之比，对其进行三维空间的积分即可以得到天线效率的值，天线增益与天线效率具有相关性。天线的增益和效率一般通过矢量网络分析仪和全电波暗室，在暗室内进行OTA的3维方向上的性能测试。如图2所示，典型的多探头暗室测量终端天线效率和增益的架构示意图。如图2所示，矢量网络分析仪两个端口分别连接暗室的待调试天线和测量天线，由于暗室内部有切换开关，所以此时矢量网络分析仪的端口并非直接连接到待调试终端的天线，而是连接在暗室切换开关之上。

测试天线驻波比在一般性能要求的时候采用在矢量网络分析仪在暗室外工作台上进行调试确认；在实际的终端天线研发前期调试过程中，通常做法是采用铜箔贴装在终端内部天线区域，通过改变铜箔的尺寸和结构同时反复测定天线驻波比，天线效率、天线增益。在进行天线效率和增益测试过程中，待调试终端天线需要放置在暗室中心转台上，人员无法靠近对天线铜箔进行调试更改，如果要更改天线必须将待调试无线设备取下进行调试确认。最终确定满足性能要求的铜箔的结构后，依据铜箔的结构设计相应的FPC或者其他金属材质的天线样品再次确认天线性能最终达到量产的基本过程。在此过程中由于需要反复调试验证需要付出巨大的实验验证，并且在测试天线驻波比和天线效率增益的时候场地和方法不一样，在测试驻波比需要用矢量网络分析仪的一个端口直接连接待调试终端天线，在测试天线效率和增益的时候需要将待调试终端放置在电波暗室内，矢量网络分析仪端口需要连接暗室内，在调试过程中面临端口反复拆装，待调试天线也反复变换测量位置，造成工作量增加同时造成不确定度增加和设备损耗。

如上描述可知，在进行无线终端天线研发调试过程中，由于需要同时确认天线的驻波比和天线效率、天线增益的参数性能好坏。而在进行天线驻波比性能确认过程中和天线增益、效率的性能确认过程中，所采用的设备和方法不同，在调试过程中面临端口反复拆装，待调试天线也反复变换测量位置，造成工作量增加同时造成不确定度增加和设备损耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种物联网通信终端天线性能调测方法。

本发明采用的技术方案是：

一种物联网通信终端天线性能调测方法，采用一种物联网通信终端天线调试装置，调试装置包括滑动导轨、控制主机以及与控制主机连接的电压驻波比测量仪器、待调试天线转台、空间驻波产生装置和测距装置；待调试天线转台设置在滑动导轨的一端，空间驻波产生装置相对滑动设置在滑动导轨上；待调试天线转台用于调整待调试天线的Phi角度和Theta角度旋转装置；电压驻波比测量仪器电连接待调试天线，对待调试天线的天线端口输出对应频率的载波信号，同时对待调试天线的天线端口的电压驻波进行测试；空间驻波产生装置对天线辐射电磁波在特定区域和方向形成驻波，测距装置用于探测待调试天线转台与空间驻波产生装置之间的距离并反馈至控制主机；测试方法包括以下步骤：

S1、将待调试天线放置于待调试天线转台，固定待调试天线与天线转台相对位置；天线端口连接电压驻波比测量仪器；

S2、进行系统校准，获取空间驻波产生装置不主动产生空间驻波状态下所引入的额外空间驻波大小。获取空间驻波产生装置主动产生空间驻波状态下的空间驻波大小；

具体地，进行系统校准有两个目的，一是校正驻波产生装置在不主动的时候产生的额外驻波。二是采用标准天线校准驻波产生装置在主动的时候产生的驻波大小，用于后续测量待调试天线辐射性能与标准天线进行比较得到辐射性能数据。

S3、测定待调试天线至少一个角度的辐射性能：分别获取空间驻波产生装置位于滑动轨道不同位置且产生空间驻波时电压驻波比测量仪器测得的有空间驻波的天线端口驻波比数据，并计算得到待调试天线在当前方向上的增益数据，对于单角度的辐射性能可以用增益数据来表征，对于多角度的辐射性能可以用辐射效率来表征；

S4、测定待调试天线在没有空间驻波产生装置作用下的天线接口电压驻波比；

此步骤目的是为了测定待调试天线的驻波比数据，由于空间驻波产生装置的存在，会额外的造成一定的空间驻波，通过步骤2可以得到此额外的驻波，可以推导计算得到空间驻波产生装置引入的额外空间驻波大小后得到实际的天线驻波大小。在调试天线中要求这个驻波满足天线设计指标要求；

S5、判断辐射性能是否符合待调试天线指标要求；如果是，则执行S6；否则，执行S7；

S6、判断电压驻波比性能是否符合待调试天线指标要求；如果是，则完成天线调试；否则，执行S7；

S7、在天线不取下的情况下对天线进行结构或者匹配参数的调整并执行S3~S6。

进一步地，步骤S2对装置系统进行校准，获取空间驻波产生装置不主动产生空间驻波状态下所引入的额外空间驻波大小具体方法为：

S201、将空间驻波产生装置通过滑动导轨设置在距离为的第一位置，将空间驻波产生装置设置在第一状态，空间驻波产生装置第一状态为此时空间驻波产生装置不主动产生空间驻波，记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据为/>；

S202、将空间驻波产生装置通过滑动导轨设置在距离为的第二位置，将空间驻波产生装置设置在第一状态，空间驻波产生装置第一状态为此时空间驻波产生装置不主动产生空间驻波；记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据/>；反射器装置设置在吸波材料装置后方。

S203、基于没有反射器主动产生反射信号的条件下装置产生的不同电压驻波比的数值对测试系统进行校正。

具体地，测定所形成的值即为天线端口以及测试装置以及所处的测试环境共同影响的电压驻波比的结果，理想状态下空间驻波产生装置此时不会产生驻波，但是实际工程应用由于该装置的存在，必然造成一定程度的空间驻波产生；为此测定距离/>的第一位置上的驻波比和第二位置上/>的驻波比。参考理论推导，可以得到在没有反射器主动产生反射信号的条件下装置产生电压驻波比的值，依此对测试装置的测试系统进行校正。

进一步地，步骤S2对装置系统进行校准获取空间驻波产生装置不主动产生空间驻波状态下所引入的额外空间驻波大小的方法采用标准天线临时替代待调试天线放置在天线转台上进行校准，标准天线是指各项性能是已知确认的，通过标准天线的测定来反向得到该装置各项性能指标，从而达到对系统进行校正的目的；校正后，排除空间驻波产生装置额外的空间驻波因素得到天线接口驻波比。

进一步地，步骤S2对装置系统进行校准的方法采用标准天线进行校准，获取空间驻波产生装置主动产生空间驻波状态下的空间驻波大小的具体方法为：将标准天线临时替代待调试天线放置在天线转台上，设置空间驻波产生装置为第二状态，空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置主动产生空间驻波，移动空间驻波产生装置的位置距离标准天线由远及近分别记录不同距离上此时电压驻波比测量仪器驻波比数据。标准天线是指各项性能是已知确认的，基于确认的性能和对应的空间驻波变化量，可以得到空间驻波产生装置造成的空间驻波的相对大小的参数。

进一步地，步骤S3中测定天线至少一个角度的辐射性能的具体方法：

S301、设置空间驻波产生装置在位置并且设置在第二状态，所述空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置产生空间驻波，记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据/>；

S302、设置空间驻波产生装置在位置并且设置在第二状态，所述空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置主动产生空间驻波。记录此时线端口电压驻波比测量仪器驻波比数据/>；

S303、根据、/>以及对应所得的天线端口驻波比/>、/>进行天线增益数据计算，根据不同位置处得到的驻波比数据，计算驻波比变化量从而得到天线在这个辐射方向能量大小，相对于标准天线在相同的空间驻波产生装置所造成的驻波比变化量得到天线当前方向上的增益数据记录为/>；

S304、改变天线转台，设置天线朝向为第二方向；重复S301~S304步骤，完成天线所有需要测试的朝向的增益数据测试。

进一步地，步骤S3中测定天线至少一个角度的辐射性能的具体方法还可以为：

S311、设置空间驻波产生装置在位置并且设置在第二状态，所述空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置主动产生空间驻波，记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据/>；

S312、以为间隔步进移动空间驻波产生装置并且将空间驻波产生装置设置在第二状态，空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置主动产生空间驻波，记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据形成对应的数据列表/>，其中n为之间的整数，保证取得/>到/>范围内离散的驻波比数据；

S313、对应的数据列表中取得驻波最大值和驻波最小值记录为/>和/>；

S314、通过驻波最大值和最小值得到待调试天线端口的电压驻波比参数和对应方向的增益G值。

进一步地，在实际工程应用中，步骤S311~S314都通过计算机软件自动化完成，天线调试工程师只需要安装好天线测量接口，对测试结果做出判断，并对天线进行实际调试。

进一步地，待调试天线转台包括支撑底座，支撑底座上设有绕Z轴旋转的Phi角度旋转装置，Phi角度旋转装置的上端固定设有水平平台，水平平台上表面固定设有Theta角度旋转装置，Theta角度旋转装置上可拆卸安装待调试天线；进一步地，作为一种可行实施方式，支撑底座上具有一竖直的Z轴转轴，Phi角度旋转装置的底部套设在Z轴转轴上并转动；Theta角度旋转装置上设有Y轴转轴，待调试天线可拆卸安装在Y轴转轴上并绕着Y轴旋转实现俯仰角度的调节。

进一步地，空间驻波产生装置对天线辐射电磁波在特定区域和方向形成驻波，空间驻波产生装置包括内侧结构体和外侧结构体以及具有至少一个反射器，反射器产生空间驻波并与反射器转轴相连；反射器转轴安装在外侧结构体上，反射器转轴围绕X轴旋转；内侧结构体为内部空腔结构，反射体通过反射器转轴的旋转不同角度产生暴露在空腔外和隐藏在空腔内的不同状态；反射器暴露在空腔外面的状态时起到产生空间驻波的作用，反射器隐藏在空腔内的状态时不可以产生空间驻波；反射器具有切换装置，以控制反射器切换到不同的状态。

进一步地，控制主机用于控制和读取天线电压驻波比测试设备的测试数据，控制待调试天线转台的转动角度，控制主机控制滑动导轨的滑动以调节空间驻波产生装置与待调试天线转台之间的间距，控制空间驻波产生装置生成空间驻波大小和区域，控制测距装置探测距离并返回距离数据。

进一步地，控制主机具有数据存储单元和数据运算单元，数据存储单元用于系统计算和数据读取时的存储，数据运算单元用于对系统数据处理计算。

进一步地，Theta角度旋转装置上端设置固定夹具，并通过固定夹具紧固待调试天线。

进一步地，滑动导轨的两端底面通过装置支撑架支撑固定。

进一步地，电压驻波比测量仪器通过测量连接线缆连接待调试天线。

进一步地，电压驻波比测量仪器采用矢量网络分析仪，或者采用信号源和示波器组合实现相同的功能。

进一步地，空间驻波产生装置还具有反射器感应装置，反射器感应装置对当前反射器进行感应得知当前反射器的状态。

进一步地，空间驻波产生装置的内侧结构体和外侧结构体面向待调试天线方向的一侧平面铺设吸波材料；利用吸波材料对其他结构部分进行保护降低信号反射，提升测试精度。

进一步地，多个反射器通过一射频透明材料连接在反射器转轴上，控制反射器转轴的旋转角度得以控制发生作用的反射器。

进一步地，不同类型的反射器通过连接装置与反射器转轴连接，不同类型指的是包括但不限于反射器的大小和形状和材质，选择不同的类型目的为了产生不同的空间驻波以适应不同天线类型和频段的测试需求。

进一步地，反射器采用电导率大于3.0×10⁷S/m的金属材质成型，或者采用均匀介质板；或者采用具有相位偏差功能的磁性材料成型，以产生不同状态的空间驻波。

进一步地，反射器采用平面结构发射板，或者采用具有弧度结构的反射板。

具体地，具有弧度结构的反射器对由于反射器与待调试天线之间的距离所造成的电磁场非完全的平面波造成的反射误差的修正，用于对天线辐射性能测试时的参数修正校正。

进一步地，反射器的反射板为圆形。

本发明采用以上技术方案，可以在不需要拆装天线的前提下得到天线驻波比、天线增益和天线效率的数据。本发明应用于无线终端天线调试过程中，改进天线调试方法提升天线调试效率，同时由于减少测试系统切换馈线连接，从而降低了系统设备的磨损，增加使用寿命。本发明在无线终端天线调试过程中，测定驻波比的时候无需调整待调试的无线终端即可得到天线增益和效率的性能状况，以利于天线调试过程中快速确定天线基本性能状况，以提高天线调试效率缩短研发调试周期。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为典型的无线终端天线驻波比测试架构示意图；

图2为典型的无线终端天线效率增益测试架构示意图；

图3为本发明一种物联网通信终端天线性能调测方法的结构示意图；

图4为空间驻波产生装置示意图结构示意图；

图5为多个反射器的空间驻波产生装置示意图；

图6为平面结构反射器和圆弧结构反射器对比示意图；

图7为空间驻波产生原理示意图；

图8为矩形反射器和圆形反射器典型应用示意图；

图9为天线增益G为0dBi和1.5dBi时反射波函数图的对比示意图。

实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

天线在实际工作时，将通过射频线缆馈入的射频信号转变为电磁波向四周的空间辐射。由于天线具有方向性，对不同方向辐射的电磁波信号大小有区别。另外，向外辐射的信号遇到障碍物会根据不同障碍物的结构和材质产生不同程度的反射，反射信号与天线辐射的信号叠加形成驻波。基于此，空间辐射形成的空间驻波信号的大小会反馈在天线的射频端口上。在对天线射频端口测定天线驻波的时候可以发现天线端口驻波测试结果会随着天线结构的变化以及天线周边空间结构的变化而变化。为此，对于严谨的天线端口驻波测定，需要在开阔空间或者电波暗室之中，以避免空间当中电磁波的反射影响测试结果。在实际的工程应用中，工程师在进行物联网终端天线的调试过程中，为了方便调试会在调试的同时测试天线驻波比，而在调试的过程中工程师也往往靠近天线，工程师可以通过经验去判断空间当中反射物造成的驻波比测试误差。如图7所示，天线通过电磁辐射遇到空间当中的障碍物A和B分别形成电磁波的反射，在天线端口处入射波和反射波的叠加会形成一定程度的驻波比。

如图3至9之一所示，本发明公开了一种物联网通信终端天线调试装置，其包括滑动导轨2、控制主机9以及与控制主机9连接的电压驻波比测量仪器7、待调试天线转台、空间驻波产生装置和测距装置；

待调试天线转台设置在滑动导轨2的一端，空间驻波产生装置相对滑动设置在滑动导轨2上；基于滑动导轨可以控制待调试天线转台与空间驻波产生装置之间的距离。

待调试天线转台包括支撑底座1，支撑底座1上设有绕Z轴旋转的Phi角度旋转装置401，Phi角度旋转装置401的上端固定设有水平平台402，水平平台402上表面固定设有Theta角度旋转装置403，Theta角度旋转装置403上可拆卸安装待调试天线5；进一步地，作为一种可行实施方式，支撑底座1上具有一竖直的Z轴转轴，Phi角度旋转装置401的底部套设在Z轴转轴上并转动；Theta角度旋转装置403上设有Y轴转轴，待调试天线5可拆卸安装在Y轴转轴上并绕着Y轴旋转实现俯仰角度的调节；

进一步地，Theta角度旋转装置403上端设置固定夹具，并通过固定夹具紧固待调试天线5。可以通过待调试天线转台控制天线朝向空间驻波产生装置的方向。

电压驻波比测量仪器7电连接待调试天线5，对待调试天线5的天线端口输出对应频率的载波信号，同时对待调试天线5的天线端口的电压驻波进行测试；测距装置用于探测待调试天线转台与空间驻波产生装置之间的距离并反馈至控制主机9。

空间驻波产生装置包括内侧结构体602和外侧结构体601以及具有至少一个反射器604，反射器604产生空间驻波并与反射器转轴相连；反射器转轴安装在外侧结构体601上，反射器转轴围绕X轴旋转；内侧结构体602为内部空腔结构，反射体通过反射器转轴的旋转不同角度产生暴露在空腔外和隐藏在空腔内的不同状态；反射器604暴露在空腔外面的状态时起到产生空间驻波的作用，反射器604隐藏在空腔内的状态时不可以产生空间驻波；反射器604具有切换装置，以控制反射器604切换到不同的状态；空间驻波产生装置可以对天线辐射电磁波在特定区域和方向形成驻波，该空间驻波的大小可以通过空间驻波产生装置进行控制和调节；

控制主机9用于控制和读取天线电压驻波比测试设备的测试数据，控制待调试天线转台的转动角度，控制主机9控制滑动导轨2的滑动以调节空间驻波产生装置与待调试天线转台之间的间距，控制空间驻波产生装置生成空间驻波大小和区域，控制测距装置探测距离并返回距离数据。

进一步地，控制主机9具有数据存储单元和数据运算单元，数据存储单元用于系统计算和数据读取时的存储，数据运算单元用于对系统数据处理计算。

进一步地，滑动导轨2的两端底面通过装置支撑架3支撑固定。

不同距离上反射器产生驻波的效果差异：天线在对外电磁辐射的时候，电磁波向外辐射，随着距离的增加电磁波的功率密度随之降低，也即是坡印廷矢量随着传输距离而降低。为此，反射器产生的反射信号随着距离的增加而随之降低。另外，反射器产生的反射信号相位随着距离的改变而改变，为此其反射信号造成的驻波比会因为反射信号的相位的变化而变化。如下图7所示，同样的反射器在不同的距离上，天线与反射器所形成的反射面之间的夹角不同。反射器所处位置坡印廷矢量也不相同，反射器所形成的反射信号在天线端口处与入射信号叠加，反射信号的大小与相位也同反射器的距离有关系。通过测定在一定距离上驻波比变化的大小以及通过采用标准天线进行系统校正，得到标准天线在相同位置驻波比变化的大小可计算得到此方向上待调试天线辐射能力的大小。

进一步地，电压驻波比测量仪器7通过测量连接线缆8连接待调试天线5。

进一步地，电压驻波比测量仪器7采用矢量网络分析仪，或者采用信号源和示波器组合实现相同的功能。

进一步地，空间驻波产生装置还具有反射器感应装置，反射器感应装置对当前反射器604进行感应得知当前反射器604的状态。

进一步地，空间驻波产生装置的内侧结构体602和外侧结构体601面向待调试天线5方向的一侧平面铺设吸波材料603；利用吸波材料603对其他结构部分进行保护降低信号反射，提升测试精度。空间驻波产生装置除了反射器外其他结构不会产生电磁反射。降低空间驻波干扰；利用吸波材料603对其他结构部分进行保护降低信号反射，提升测试精度。

进一步地，多个反射器604通过一射频透明材料连接在反射器转轴上，控制反射器转轴的旋转角度得以控制发生作用的反射器604。

进一步地，不同类型的反射器604通过连接装置与反射器转轴连接，不同类型指的是包括但不限于反射器604的大小和形状和材质，选择不同的类型目的为了产生不同的空间驻波以适应不同天线类型和频段的测试需求。

具体地，针对不同的电磁波采用不同的反射器形状，比较典型的应用是反射器形状为矩形和圆形。对于线极化的电磁波可以采用矩形反射器形成比较均匀的空间驻波。对于圆极化或者椭圆极化的电磁波辐射，采用圆形的反射器形成比较均匀稳定的空间驻波。如图8所示，两种形状反射器的典型应用对比示意图。

不同大小的反射器在空间当中会形成不同面积的反射，在与辐射天线间隔距离相同的情况下，反射面积越大其反射的信号功率越大，这样可以产生不同大小的空间驻波。另外对于不同频率的电磁波信号，其在空间当中的波长不一样，对于较长波长的电磁波，需要足够面积的反射面才能形成足够的反射信号。否则会由于反射器尺寸过小信号绕射而无法形成足够的反射。

进一步地，反射器604采用高导电率金属材质成型，或者采用均匀介质板；或者采用具有相位偏差功能的磁性材料成型，以产生不同状态的空间驻波。

进一步地，反射器604采用平面结构发射板，或者采用具有弧度结构的反射板。

具体地，具有弧度结构的反射器604对由于反射器604与待调试天线5之间的距离所造成的电磁场非完全的平面波造成的反射误差的修正，用于对天线辐射性能测试时的参数修正校正。如下图6所示，图左边所示为平面结构反射器，图右边所示为圆弧结构反射器示意图。

弧面反射器产生驻波的效果差异：天线辐射的电磁波信号，在距离足够大的时候电磁波可以近似为平面波，在对平面波的原来分析和计算上相对较为简单。但是在实际的工程应用中，由于反射器与天线的距离不可能达到足够远的距离，所以在反射器上电磁波不能看作是平面波，为此反射器造成的电磁波反射会有一部分逸散到其他方向。为此采用带有弧度的反射器可以一定程度修正这种因素造成的误差。当然这种误差可以通过实验测量进行数据补偿校正。

将空间驻波产生装置滑动设置在滑动导轨，通过滑动导轨可以控制待调试天线转台与空间驻波产生装置之间的距离。反射器可以产生空间驻波，通过电磁透明材料与反射器转轴相连，反射器转轴安装在外侧结构体上，可以控制反射器转轴围绕X轴旋转。所述内侧结构体为以内部空腔结构，反射体通过反射器转轴的旋转不同角度产生暴露在空腔外和隐藏在空腔内的不同状态。对应的反射器暴露在空腔外面的状态可以起到产生空间驻波的作用，对应的反射器隐藏在空腔内的状态不可以产生空间驻波。所述反射器具有切换装置，可以控制反射器切换到不同的状态。空间驻波产生装置可以对天线辐射电磁波在特定区域和方向形成驻波，该空间驻波的大小可以通过空间驻波产生装置进行控制和调节；控制主机用于控制和读取天线电压驻波比测试设备的测试数据，控制待调试天线转台的转动角度，控制主机控制滑动导轨的滑动以调节空间驻波产生装置与待调试天线转台之间的间距，控制空间驻波产生装置生成空间驻波大小和区域，控制测距装置探测距离并返回距离数据。

天线辐射性能计算原理简要说明：

为了便于说明，先以点源天线为例，点源天线是向四周均匀辐射的理想天线，其辐射电磁波形成等辐射功率密度的球面。在某一距离上反射器对其电磁波进行反射，而反射的电磁波被天线自身接收后形成反射的电压波形，同入射的电压波形叠加形成驻波。对天线端口处电压信号可以用如下式子表示：

式中， --为天线端口处入射波与反射波叠加后的波形函数；/> --为天线端口处入射波的波形函数；/> --为天线端口处反射波的波形函数；/> --为波形时间；/>--反射器放置位置；

由于入射波的波形与反射器的位置距离没有关系，我们假定入射波波形的幅度为/>，入射波形可以记录为：

式中， --为入射波角速度；/>--为入射波的初始相位；

反射波函数由反射器反射率和相位差决定，其中反射器的材质形状以及距离所决定的反射波大小和相位。为了简化说明，我们假设反射器对所电磁波所照射的面积的反射率为1。则反射波的波函数可以简化为下式：

式中， --反射率随着反射器放置位置/>的函数，其大小的影响因素有反射器材质造成的反射系数大小，反射器距离的大小；/> --为反射波的相位偏差，其影响因素与反射器材质造成的相位偏差和反射器距离造成的相位偏差；

虽然假定了反射器的反射系数为1，但是由于天线辐射向着三维全方位的均匀辐射，在具有反射器的区域会造成反射，但是在没有反射器的区域没有反射。所以对于天线整体来说反射系数要小于1，其大小与反射器距离和面积大小相关。具有关系式：

式中，--反射器反射面积。/>--反射器反射波与天线接收的传输系数，以平面反射器为例，其值为0.25。

反射波的相位偏差，其影响因素与反射器材质造成的相位偏差和反射器距离造成的相位偏差决定，可以由下面式子进行表达：

式中， --电磁波在介质中的传播波长。/>--反射器以及待测天线接收所形成的相位差，不同种类的天线可以通过相位校准确定；

根据驻波比的定义，驻波比是入射波与反射波叠加之后形成的振幅最大值和相邻的最小值之间的比值。为此以频率为2.45GHz的WIFI工作的频率为例，在真空中其波长约为122mm。假定反射器为一个圆形平面，半径为100mm，那么得以确认。另外假设待测天线端口在无反射器的时候其端口处反射率为0，那么只有在具有反射器的情况下，产生的反射信号与入射信号叠加后形成行驻波，具有一定的驻波比。利用软件计算出反射器在不同位置情况下天线接口处的驻波数据。

本发明基于待测的辐射天线为一个理想点源天线，其特征是任何方向的辐射相等，也就是说任何方向的增益G为0dBi，而对于一个待测待调试的天线，其辐射性能随着不同的方向而变化。为了确定某一方向上的辐射增益性能，可以将这个方向朝向反射器，由于天线在某个方向的增益不同，待测天线朝向这个方向辐射的信号大小随着增益大小而变化。由于互易性原理，天线在这个方向上接收到反射信号能力大小也随着天线增益的变化而变化。则天线端口处反射波的波形函数修正为：

式中， --待测天线在/>方向上的增益值；/> --反射率随着反射器放置位置/>的函数，其大小的影响因素有反射器材质造成的反射系数大小，反射器距离的大小；/> --为反射波的相位偏差，其影响因素与反射器材质造成的相位偏差和反射器距离造成的相位偏差；

天线增益G为1.5dBi的时候，换算成线性单位G为1.41代入上述公式，可以得到如图9的图形。如图9所示，可得到如下信息：

（1）电压驻波随着反射器距离的增加而整体以指数降低；

（2）电压驻波比随着的增加而出现周期性变化，交替出现峰值和谷值；其出现周期为/>与测试波长以及距离有关系；其中电压驻波比出现的谷值所代表的是反射波与入射波正交，此时测试得到的驻波比数值是在没有反射波影响的数据情况。

（3）电压驻波比峰值与此方向的天线增益G相关，天线增益越大，相对应位置的电压驻波比峰值越大；

（4）通过测定某一位置范围的驻波比变化，找到此位置的最大值和最小值/>，与理论点源天线或者校准的值进行对比可以确定待测天线在此方向的增益值。

本发明公开了一种物联网通信终端天线性能调测方法，包括以下步骤：

S1、将待调试天线放置于待调试天线转台，固定待调试天线与天线转台相对位置；天线端口连接电压驻波比测量仪器；

S2、进行系统校准，获取空间驻波产生装置不主动产生空间驻波状态下所引入的额外空间驻波大小。获取空间驻波产生装置主动产生空间驻波状态下的空间驻波大小；

具体地，进行系统校准有两个目的，一是校正驻波产生装置在不主动的时候产生的额外驻波。二是采用标准天线校准驻波产生装置在主动的时候产生的驻波大小，用于后续测量待调试天线辐射性能与标准天线进行比较得到辐射性能数据。

S3、测定待调试天线至少一个角度的辐射性能：分别获取空间驻波产生装置位于滑动轨道不同位置且产生空间驻波时电压驻波比测量仪器测得的有空间驻波的天线端口驻波比数据，并计算得到待调试天线在当前方向上的增益数据，对于单角度的辐射性能可以用增益数据来表征，对于多角度的辐射性能可以用辐射效率来表征；

S4、测定待调试天线在没有空间驻波产生装置作用下的天线接口电压驻波比；

此步骤目的是为了测定待调试天线的驻波比数据，由于空间驻波产生装置的存在，会额外的造成一定的空间驻波，通过步骤2可以得到此额外的驻波，可以推导计算得到空间驻波产生装置引入的额外空间驻波大小后得到实际的天线驻波大小。在调试天线中要求这个驻波满足天线设计指标要求；

S5、判断辐射性能是否符合待调试天线指标要求；如果是，则执行S6；否则，执行S7；

S6、判断电压驻波比性能是否符合待调试天线指标要求；如果是，则完成天线调试；否则，执行S7；

S7、在天线不取下的情况下对天线进行结构或者匹配参数的调整并执行S3~S6。

进一步地，步骤S2对装置系统进行校准，获取空间驻波产生装置不主动产生空间驻波状态下所引入的额外空间驻波大小具体方法为：

S201、将空间驻波产生装置通过滑动导轨设置在距离为的第一位置，将空间驻波产生装置设置在第一状态，空间驻波产生装置第一状态为此时空间驻波产生装置不主动产生空间驻波，记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据为/>；

S202、将空间驻波产生装置通过滑动导轨设置在距离为的第二位置，将空间驻波产生装置设置在第一状态，空间驻波产生装置第一状态为此时空间驻波产生装置不主动产生空间驻波；记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据/>；反射器装置设置在吸波材料603装置后方。

S203、基于没有反射器主动产生反射信号的条件下装置产生的不同电压驻波比的数值对测试系统进行校正。

具体地，测定所形成的值即为天线端口以及测试装置以及所处的测试环境共同影响的电压驻波比的结果，理想状态下空间驻波产生装置此时不会产生驻波，但是实际工程应用由于该装置的存在，必然造成一定程度的空间驻波产生；为此测定距离/>的第一位置上的驻波比和第二位置上/>的驻波比。参考理论推导，可以得到在没有反射器主动产生反射信号的条件下装置产生电压驻波比的值，依此对测试装置的测试系统进行校正。

进一步地，步骤S2对装置系统进行校准获取空间驻波产生装置不主动产生空间驻波状态下所引入的额外空间驻波大小的方法采用标准天线临时替代待调试天线放置在天线转台上进行校准，标准天线是指各项性能是已知确认的，通过标准天线的测定来反向得到该装置各项性能指标，从而达到对系统进行校正的目的；校正后，排除空间驻波产生装置额外的空间驻波因素得到天线接口驻波比。

进一步地，步骤S2对装置系统进行校准的方法采用标准天线进行校准，获取空间驻波产生装置主动产生空间驻波状态下的空间驻波大小的具体方法为：将标准天线临时替代待调试天线放置在天线转台上，设置空间驻波产生装置为第二状态，空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置主动产生空间驻波，移动空间驻波产生装置的位置距离标准天线由远及近分别记录不同距离上此时电压驻波比测量仪器驻波比数据。标准天线是指各项性能是已知确认的，基于确认的性能和对应的空间驻波变化量，可以得到空间驻波产生装置造成的空间驻波的相对大小的参数。

进一步地，步骤S3中测定天线至少一个角度的辐射性能的具体方法：

S301、设置空间驻波产生装置在位置并且设置在第二状态，所述空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置产生空间驻波，记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据/>；

S302、设置空间驻波产生装置在位置并且设置在第二状态，所述空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置主动产生空间驻波。记录此时线端口电压驻波比测量仪器驻波比数据/>；

S303、根据、/>以及对应所得的天线端口驻波比/>、/>进行天线增益数据计算，根据不同位置处得到的驻波比数据，计算驻波比变化量从而得到天线在这个辐射方向能量大小，相对于标准天线在相同的空间驻波产生装置所造成的驻波比变化量得到天线当前方向上的增益数据记录为/>；

S304、改变天线转台，设置天线朝向为第二方向；重复S301~S304步骤，完成天线所有需要测试的朝向的增益数据测试。

进一步地，步骤S3中测定天线至少一个角度的辐射性能的具体方法还可以为：

S311、设置空间驻波产生装置在位置并且设置在第二状态，所述空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置主动产生空间驻波，记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据/>；

S312、以为间隔步进移动空间驻波产生装置并且将空间驻波产生装置设置在第二状态，空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置主动产生空间驻波，记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据形成对应的数据列表/>，其中n为之间的整数，保证取得/>到/>范围内离散的驻波比数据；

S313、对应的数据列表中取得驻波最大值和驻波最小值记录为/>和/>；

S314、通过驻波最大值和最小值得到待调试天线端口的电压驻波比参数和对应方向的增益G值。

进一步地，在实际工程应用中，步骤S311~S314都通过计算机软件自动化完成，天线调试工程师只需要安装好天线测量接口，对测试结果做出判断，并对天线进行实际调试。

本发明采用以上技术方案，可以在不需要拆装天线的前提下得到天线驻波比、天线增益和天线效率的数据。本发明应用于无线终端天线调试过程中，改进天线调试方法提升天线调试效率，同时由于减少测试系统切换馈线连接，从而降低了系统设备的磨损，增加使用寿命。本发明在无线终端天线调试过程中，测定驻波比的时候无需调整待调试的无线终端即可得到天线增益和效率的性能状况，以利于天线调试过程中快速确定天线基本性能状况，以提高天线调试效率缩短研发调试周期。

显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

Claims (7)

1.一种物联网通信终端天线性能调测方法，采用一种物联网通信终端天线调试装置，调试装置包括滑动导轨、控制主机以及与控制主机连接的电压驻波比测量仪器、待调试天线转台、空间驻波产生装置和测距装置；待调试天线转台设置在滑动导轨的一端，空间驻波产生装置相对滑动设置在滑动导轨上；待调试天线转台用于调整待调试天线的Phi角度和Theta角度旋转装置；电压驻波比测量仪器电连接待调试天线，对待调试天线的天线端口输出对应频率的载波信号，同时对待调试天线的天线端口的电压驻波进行测试；空间驻波产生装置对天线辐射电磁波在特定区域和方向形成驻波，测距装置用于探测待调试天线转台与空间驻波产生装置之间的距离并反馈至控制主机；其特征在于：测试方法包括以下步骤：

S1、将待调试天线放置于待调试天线转台，固定待调试天线与天线转台相对位置；天线端口连接电压驻波比测量仪器；

S2、获取空间驻波产生装置不主动产生空间驻波状态下所引入的额外空间驻波大小，并获取空间驻波产生装置主动产生空间驻波状态下的空间驻波大小进行系统校准；

S3、测定待调试天线至少一个角度的辐射性能：分别获取空间驻波产生装置位于滑动轨道不同位置且产生空间驻波时电压驻波比测量仪器测得的有空间驻波的天线端口驻波比数据，并计算得到待调试天线在当前方向上的增益数据；对于单角度的辐射性能用增益数据来表征，对于多角度的辐射性能用辐射效率来表征；

S4、测定待调试天线在没有空间驻波产生装置作用下的天线接口电压驻波比；

S5、判断辐射性能是否符合待调试天线指标要求；如果是，则执行S6；否则，执行S7；

S6、判断电压驻波比性能是否符合待调试天线指标要求；如果是，则完成天线调试；否则，执行S7；

S7、在天线不取下的情况下对天线进行结构或者匹配参数的调整并执行S3~S6。

2.根据权利要求1所述的一种物联网通信终端天线性能调测方法，其特征在于：步骤S2获取空间驻波产生装置不主动产生空间驻波状态下所引入的额外空间驻波大小对系统进行校准的具体方法为：

S201、将空间驻波产生装置通过滑动导轨设置在距离为的第一位置，将空间驻波产生装置设置在第一状态，空间驻波产生装置第一状态为此时空间驻波产生装置不主动产生空间驻波，记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据为/>；

S202、将空间驻波产生装置通过滑动导轨设置在距离为的第二位置，将空间驻波产生装置设置在第一状态，空间驻波产生装置第一状态为此时空间驻波产生装置不主动产生空间驻波；记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据/>；

S203、基于没有反射器主动产生反射信号的条件下装置产生的不同电压驻波比的数值对测试系统进行校正。

3.根据权利要求1所述的一种物联网通信终端天线性能调测方法，其特征在于：步骤S2对装置系统进行校准的方法采用标准天线进行校准，获取空间驻波产生装置不主动产生空间驻波状态下所引入的额外空间驻波大小的具体方法为：将标准天线临时替代待调试天线放置在天线转台上，设置空间驻波产生装置为第一状态，空间驻波产生装置第一状态为此时空间驻波产生装置不主动产生空间驻波，移动空间驻波产生装置的位置距离标准天线由远及近分别记录不同距离上此时电压驻波比测量仪器驻波比数据；标准天线是指各项性能是已知确认的；通过标准天线的测定来反向得到该装置不主动产生空间驻波状态下的性能状况。

4.根据权利要求1所述的一种物联网通信终端天线性能调测方法，其特征在于：步骤S2对装置系统进行校准的方法采用标准天线进行校准，获取空间驻波产生装置主动产生空间驻波状态下的空间驻波大小的具体方法为：将标准天线临时替代待调试天线放置在天线转台上，设置空间驻波产生装置为第二状态，空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置主动产生空间驻波，移动空间驻波产生装置的位置距离标准天线由远及近分别记录不同距离上此时电压驻波比测量仪器驻波比数据；标准天线是指各项性能是已知确认的，基于确认的性能和对应的空间驻波变化量得到空间驻波产生装置造成的空间驻波的相对大小的参数。

5.根据权利要求1所述的一种物联网通信终端天线性能调测方法，其特征在于：步骤S3中测定天线至少一个角度的辐射性能的具体方法：

S301、设置空间驻波产生装置在位置并且设置在第二状态，所述空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置产生空间驻波，记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据/>；

S302、设置空间驻波产生装置在位置并且设置在第二状态，所述空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置主动产生空间驻波；记录此时线端口电压驻波比测量仪器驻波比数据/>；

S303、根据、/>以及对应所得的天线端口驻波比/>、/>进行天线增益数据计算，得到天线当前方向上的增益数据记录为/>；

S304、改变天线转台设置天线朝向为第二方向；重复S301~S304步骤完成天线所有需要测试的朝向的增益数据测试。

6.根据权利要求1所述的一种物联网通信终端天线性能调测方法，其特征在于：步骤S3中测定天线至少一个角度的辐射性能的具体方法还为：

S311、设置空间驻波产生装置在位置并且设置在第二状态，所述空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置主动产生空间驻波，记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据/>；

S312、以为间隔步进移动空间驻波产生装置并且将空间驻波产生装置设置在第二状态，空间驻波产生装置第二状态为此时空间驻波产生装置主动产生空间驻波，记录此时电压驻波比测量仪器驻波比数据形成对应的数据列表/>，其中n为之间的整数，保证取得/>到/>范围内离散的驻波比数据；

S313、对应的数据列表中取得驻波最大值和驻波最小值记录为/>和/>；

S314、通过驻波最大值和最小值得到待调试天线端口的电压驻波比参数和对应方向的增益G值。

7.根据权利要求6所述的一种物联网通信终端天线性能调测方法，其特征在于：步骤S311~S314都通过计算机软件自动化完成，天线调试工程师只需要安装好天线测量接口，对测试结果做出判断，并对天线进行实际调试。