CN207926604U - 用于智能仪表的天线性能检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了用于智能仪表的天线性能检测系统，属于计量仪器检测领域，包括在屏蔽箱内放置标准天线以及安装有待测天线的被测产品，在屏蔽箱侧壁上设有射频接口，标准天线通过射频接口经线路切换开关与外部检测电路相连，被测产品通过通信接口与屏蔽箱外的主控计算机相连；外部检测电路包括频谱仪、信号源、对标准天线输出信号进行衰减的衰减器，以及与衰减器和主控计算机相连、对标准天线输出信号进行衰减控制的测试控制板。通过对线路切换开关进行控制，获取在与不同线路连通情况下对应的不同通信状态下的标准天线与待测天线的通信参数，最终基于众多通信参数对待测天线的通信性能进行判定，解决现有技术中尚且无法对天线性能进行确定缺陷。

Description

用于智能仪表的天线性能检测系统

技术领域

本实用新型属于计量仪器检测领域，特别涉及用于智能仪表的天线性能检测系统。

背景技术

对于新兴的物联网通信产品，因为行业太新且测试方法不成熟，目前尚未出台完整且正规的测试方案。但由于在产品PCB设计上因版型、产品空间结构等内容导致设置在产品中的天线存在差异，导致不同产品之间的通信性能存在较大差距。

为了提高产品竞争力，针对产品中天线性能测试设计完整的测试系统，已成为亟待解决的问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型提供了基于标准天线进行对比，从而获取用于评价天线性能的多个参数，最终实现天线性能检测的用于智能仪表的天线性能检测系统。

为了达到上述技术目的，本实用新型提供了用于智能仪表的天线性能检测系统，所述天线性能检测系统用于对安装在计量仪表内的待测天线的通信性能进行检测，所述天线性能检测系统，包括：

在屏蔽箱内放置标准天线以及安装有待测天线的被测产品，在屏蔽箱侧壁上设有射频接口，标准天线通过射频接口经线路切换开关与外部检测电路相连，被测产品通过通信接口与屏蔽箱外的主控计算机相连；

外部检测电路包括用于显示标准天线接收信号波形的频谱仪、用于产生标准射频信号的信号源、用于对标准天线输出信号进行衰减的衰减器，以及与衰减器和主控计算机相连、用于对标准天线输出信号进行衰减过程控制的测试控制板；

其中，衰减器包括固定衰减器和可调衰减器。

可选的，在所述天线性能检测系统中：

在屏蔽箱的侧壁上设有支撑杆，支撑杆的一端与屏蔽箱箱体的侧壁铰接，支撑杆的另一端与箱杆的侧壁铰接。

可选的，所述屏蔽箱的壳体为双层结构，在屏蔽箱的内表面上敷设有吸波涂层。

可选的，所述在吸波涂层上设有导电布衬垫。

可选的，在所述屏蔽箱箱体和屏蔽箱箱盖接触的端面处设有电磁密封衬垫。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

通过对线路切换开关进行控制，获取在与不同线路连通情况下对应的不同通信状态下的标准天线与待测天线的通信参数，最终基于众多通信参数对待测天线的通信性能进行判定，解决现有技术中尚且无法对天线性能进行确定缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1是本实用新型提供的用于智能仪表的天线性能检测系统的结构示意图；

图2是本实用新型提供的用于智能仪表的天线性能检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的结构作进一步地描述。

实施例一

本实施例还提出了用于智能仪表的天线性能检测系统，如图1所示，所述天线性能检测系统，包括：

在屏蔽箱内放置标准天线以及安装有待测天线的被测产品，在屏蔽箱侧壁上设有射频接口，标准天线通过射频接口经线路切换开关与外部检测电路相连，被测产品通过通信接口与屏蔽箱外的主控计算机相连；

外部检测电路包括用于显示标准天线接收信号波形的频谱仪、用于产生标准射频信号的信号源、用于对标准天线输出信号进行衰减的衰减器，以及与衰减器和主控计算机相连、用于对标准天线输出信号进行衰减过程控制的测试控制板；

其中，衰减器包括固定衰减和可调衰减。

在实施中，为了准确获取待测天线的通信性能，需要使用屏蔽箱对标准天线和待测天线进行屏蔽。屏蔽箱留有射频接口，标准天线收发信号后通过射频接口跟测试仪器、测试控制板连接；屏蔽箱射频接口接收信号源发送的信号后，标准天线产生全向电磁波辐射出去，被测天线在屏蔽箱内通过空气耦合，被待测天线接收；待测天线通过被测天线发射信号，标准天线通过空气耦合接收，并把信号传输给接收分析部分；

测试中最关键的就是信号屏蔽。即使有小部分的信号穿透屏蔽箱，也经过了足够的衰减，无法被接收模块或待测天线接收到，因为射频通信复杂且稳定性不好，所以每次测试时都要进行屏蔽箱屏蔽效果校准测试。

值得注意的是，在通过衰减器测试待测天线的通信性能时，在测试控制板中设有对与标准天线进行通信的接收模块、发射模块进行控制的主控芯片，主控芯片控制接收模块、发射模块实现标准天线与主控计算机之间的数据交互。

可选的，所述屏蔽箱包括箱体，以及通过铰链与箱体铰接的箱盖；

在屏蔽箱的侧壁上设有支撑杆，支撑杆的一端与箱体的侧壁铰接，支撑杆的另一端与箱杆的侧壁铰接。

在实施中，支撑杆可以采用气压或液压的方式进行驱动，以便对箱盖与箱体之间的相对开闭角度进行准确调节，从而测量待测天线在不同开闭缝隙下的通信性能。

可选的，所述屏蔽箱的壳体为双层结构，在屏蔽箱的内表面上敷设有吸波涂层。

在实施中，为了提高屏蔽箱的的屏蔽效果，首先屏蔽箱的壳体采用金属材质制成，另外在屏蔽箱的内表面均设有吸波材料，确保穿过屏蔽箱的信号经过了足够的吸收损耗。

吸波材料又可分为吸收型和干涉型两类。吸收型吸波材料本身对雷达波进行吸收损耗，基本类型有复磁导率与复介电常数基本相等的吸收体、阻抗渐变“宽频”吸收体和衰减表面电流的薄层吸收体；干涉型则是利用吸波层表面和底层两列反射波的振幅相等相位相反进行干涉相消。

按材料的损耗机理吸波材料可分为电阻型、电介质型和磁介质型3大类。碳化硅、石墨等属于电阻型吸波材料，电磁能主要衰减在材料电阻上；钛酸钡之类属于电介质型吸波材料，其机理为介质极化驰豫损耗；磁介质型吸波材料的损耗机理主要归结为铁磁共振吸收，如铁氧体、羟基铁等。

可选的，所述在吸波涂层上设有导电布衬垫。

在实施中，导电布衬垫又称FoF(Fabric over Foam)衬垫,是由镀有铜镍等的导电织物包覆不导电泡棉制成，综合了布的灵活性、金属镀层的导电性和泡棉的弹性。

可选的，在所述箱体和箱盖接触的端面处设有电磁密封衬垫。

在实施中，电磁密封衬垫是一种表面导电的弹性物质。将电磁密封衬垫安装在两块金属的结合处，可以将缝隙填充满，从而消除导电不连续点。任何同时具有导电性和弹性的材料都可以作为电磁密封衬垫使用。因此，市场上可以见到很多种类的电磁密封衬垫。

使用了电磁密封衬垫后，缝隙中就没有较大的孔洞了，从而可以减小高频电磁波的泄漏。使用电磁密封衬垫的好处如下：

1)降低对加工的要求，允许接触面的平整度较低。

2)减少结合处的紧固螺钉，增加美观性和可维修性。

3)缝隙处不会产生高频泄漏。

虽然在许多场合电磁密封衬垫都能够极大地改善缝隙泄漏，但是如果两块金属之间的接触面是机械加工(例如，铣床加工)，并且紧固螺钉的间距小于3厘米，则使用电磁密封后屏蔽效能不会有所改善，因为这种结构的接触阻抗已经很低了。

本实用新型实施例提出了用于智能仪表的天线性能检测系统，包括：在屏蔽箱内放置标准天线以及安装有待测天线的被测产品，在屏蔽箱侧壁上设有射频接口，标准天线通过射频接口经线路切换开关与外部检测电路相连，被测产品通过通信接口与屏蔽箱外的主控计算机相连；外部检测电路包括用于显示标准天线接收信号波形的频谱仪、用于产生标准射频信号的信号源、用于对标准天线输出信号进行衰减的衰减器，以及与衰减器和主控计算机相连、用于对标准天线输出信号进行衰减过程控制的测试控制板。通过对线路切换开关进行控制，获取在与不同线路连通情况下对应的不同通信状态下的标准天线与待测天线的通信参数，最终基于众多通信参数对待测天线的通信性能进行判定，解决现有技术中尚且无法对天线性能进行确定缺陷。

实施例二

本实用新型提供了还提供了基于前述天线性能检测系统的天线性能检测方法，如图2所示，所述天线性能检测方法用于对安装在天线检测平台上的待测天线的通信性能进行检测，所述天线性能检测方法，包括：

21、对已安装待测天线和标准天线的的天线检测平台进行校准，校准完成后，对线路切换开关进行设置，使得标准天线连接至频谱仪，令待测天线发射信号；

22、通过频谱仪显示标准天线接收到的信号幅值Rta，基于标准天线与待测天线的通信参数，确定待测天线的发射信号的信号幅值Rtd；

23、对线路切换开关进行设置，使得标准天线连接到生成标准电平幅值的信号源，使得标准天线基于电平幅值发射射频信号，获取待测天线接收射频信号后的耦合信号幅值，基于耦合信号幅值对电平幅值进行调整，确定待测天线的灵敏度参数值Rrd；

24、切换开关，连接至可调衰减及测试控制板，测试控制板与被测产品进行上下行通信，调节可调衰减，得到通信极限时的链路损耗公式，并很全面的两个公式组成方程组，求解得到被测天线上下行的空气耦合衰减；

25、基于信号幅值Rtd、灵敏度参数值Rrd以及通信链路损耗确定待测天线的通信性能。

在实施中，为了对待测天线的通信性能进行准确测试，主要的测试思路为将待测天线与标准天线一同放在屏蔽箱中，并引出串口跟主控计算机相连，通过主控计算机控制产品的工作模式，分别获取接收、发射、通信等不同工作状态下的参数值，进而对其性能进行判断。

首先，搭建包括标准天线、屏蔽箱、待测天线、测试控制板在内的测试平台，标准天线选择跟不同的测试检验工具连接，在确保使用过程中屏蔽效果符合标准的前提下开始测试。

其次，标准天线接到第一通道，测试天线辐射信号能力；标准天线接到第二通道，测试天线接收信号能力；测试天线的通信能力及通信路损，根据以上的测试结果得到天线的初步判断，得到天线发射、接收、通信过程的大概性能对比判断，同时根据以上得到的四个公式，计算出被测天线接收、发射路损具体值，进而综合测试数据可对各个方面对天线的性能做出评估。

需要注意的是，屏蔽箱留有射频接口，标准天线收发信号后通过射频接口跟测试仪器、测试控制板连接；屏蔽箱射频接口接收信号源发送的信号后，标准天线产生全向电磁波辐射出去，被测天线在屏蔽箱内通过空气耦合，被待测天线接收；待测天线通过被测天线发射信号，标准天线通过空气耦合接收，并把信号传输给接收分析部分；

测试中最关键的就是信号屏蔽。即使有小部分的信号穿透屏蔽箱，也经过了足够的衰减，无法被接收模块或待测天线接收到，因为射频通信复杂且稳定性不好，所以每次测试时都要进行屏蔽箱屏蔽效果校准测试。

可选的，所述对已安装待测天线和标准天线的的天线检测平台进行校准，包括：

对线路切换开关进行设置，使得标准天线连接到生成标准电平幅值的信号源；

待测天线通过天线向外发射信号，标准天线通过空气耦合后接收，并在频谱仪上显示接收大小；

监测此时测试控制板的接收模块，看是否接收到信号，如果接收到信号，则调试校准屏蔽箱，保证屏蔽箱透射出来的信号小于测试控制板接收模块的灵敏度。

在实施中，测试必须前校准系统，确保测试数据稳定可靠，校准方案如下：搭好测试平台，标准天线接到第二通道，跟频谱仪直连。

待测天线通过天线向外发射信号，标准天线通过空气耦合后接收，并在频谱仪上显示接收大小；通过串口监测此时测试控制板的接收模块，看是否可以接收到信号，如果可以，则调试校准屏蔽箱，保证屏蔽箱透射出来的信号小于测试控制板接收模块的灵敏度。

可选的，所述通过频谱仪显示标准天线接收到的信号幅值Rta，基于标准天线与待测天线的通信参数，确定待测天线的发射信号的信号幅值Rtd，包括：

对线路切换开关进行设置，使得标准天线跟频谱仪直连；

待测天线通过天线向外发射信号，标准天线通过空气耦合后接收，并在频谱仪上显示接收信号大小，记录信号幅值为Rta；

待测天线内分别装上备选的几款天线发信号，通过频谱仪接收信号，得到不同的信号电平幅度，待测天线发射信号大小为Rtd，标准天线接收损耗为Rs，待测天线的天线辐射损耗为Td，频谱仪接收信号幅值为Rta；

得到如公式一所述的表达式Rta-Rs＝Rtd+Td公式一。

在实施中，搭好测试平台，标准天线接到第一通道，跟频谱仪直连；待测天线通过天线向外发射信号，标准天线通过空气耦合后接收，并在频谱仪上显示接收信号大小，记录信号幅值为Rta；

待测天线内分别装上备选的几款天线发信号，通过频谱仪接收信号，得到不同的信号电平幅度，并根据此值判定天线辐射能力，此时天线的辐射能力可以等效为天线的TRP(total radiated power)总辐射功率；待测天线发射信号大小记为被测产品射频发射信号电平幅值(RF Transmitter Determinand，Rtd)，标准天线接收损耗为标准天线接收损耗(Receive Standard，Rs)，待测天线的天线辐射损耗为被测产品天线辐射损耗(Transmitter Determinand，Td)，频谱仪接收信号幅值为Rta(已知，可直接读取)；

基于上述参数得到如公式一所示的表达式

Rta-Rs＝Rtd+Td 公式一

整个链路损耗越小，证明天线向外辐射信号能力越强，天线辐射效率越高，性能越好。

可选的，所述对线路切换开关进行设置，使得标准天线连接到生成标准电平幅值的信号源，使得标准天线基于电平幅值发射射频信号，获取待测天线接收射频信号后的耦合信号幅值，基于耦合信号幅值对电平幅值进行调整，确定待测天线的灵敏度参数值Rrd，包括：

信号源发射信号大小为Ta0，待测天线射频电路的接收灵敏度为Rrd，待测天线的天线耦合接收损耗为Rd，标准天线辐射损耗为Ts

根据公式二得到灵敏度参数值Rrd表达式Rrd＝Ta0+Ts+Rd公式二。

在实施中，对待测天线灵敏度测试的具体步骤为：

标准天线连接信号源，信号源产生射频信号，并通过标准天线发射；

待测天线的天线通过空气耦合接收信号，并经过串口在主控计算机上显示信号是否接收到，根据接收情况调整信号源输出信号电平幅值，得到产品天线灵敏度极限值；

待测天线射频部分的接收灵敏度恒定，因为空间结构不铜，匹配不同的天线，导致产品的接收灵敏度不同。灵敏度不同，信号源发射信号幅值不一样；并根据此值判断天线接受能力。待测天线分别装上备选的几款天线接收信号，信号源分别得到不同信号幅值，此时天线的接收能力可以等效为TIS(total istropicsensitivity)总全向灵敏度；

信号源发射信号大小为Ta0(可直接读取)，待测天线射频电路的接收灵敏度为Rrd(固定、已知，一般为负值)，待测天线的天线耦合接收损耗为被测产品天线接收损耗(Receive Determinand，Rd)，标准天线辐射损耗为标准天线辐射损耗(TransmitterStandard，Ts)。

基于上述参数得到关于待测天线灵敏度参数的表达式如公式二所示

Rrd＝Ta0+Ts+Rd 公式二

被测天线接收能能力强，则信号源Ta0值低，反之，信号源Ta0值高；Ta0值越小，待测天线的天线部分损耗的信号越小，产品所匹配天线接收效果越好。

可选的，所述对线路切换开关进行设置，使得标准天线连接至衰减器，令标准天线发射标准幅值的射频调制信号，获取位于屏蔽箱内的待测天线基于接收到的射频调制信号生成的接收信号幅值，对可调衰减器进行调整，获取接收信号幅值为零时的通信链路损耗，包括：

对线路切换开关进行设置，使得标准天线经固定衰减器和可调衰减器跟测试控制板连接；

测试控制板产生幅度为T0的射频调制信号，通过标准天线发射，屏蔽箱内的产品接收信号；

屏蔽箱内待测天线接收到信号后，发射回馈数据，屏蔽箱内标准天线耦合接收后，给到测试控制板中的接收模块，接收模块检测接收到信号的大小，并传输至主控计算机上显示；

屏蔽箱内待测天线接收到信号后，同时加大可调衰减器的衰减值，直到待测天线无法接收到信号，达到待测天线的接收极限，并根据此时主控计算机上显示的接收信号大小，通过路损计算得到天线通信时的路损计算公式；

测试控制板发信号T0，衰减器总衰减Xm，标准天线发射损耗Ts，待测天线的天线接收损耗Rd；

待测天线发射信号大小Rtd，待测天线发射信号损耗Td，标准天线接收损耗Rs，接收模块接收到的信号大小为T，

得到如公式三所示的接收链路损耗表达式Rrd-Rd＝T0+TS-Xm公式三，

得到如公式四所示的发射链路损耗表达式T＝Rtd+Td-Xm+Rs公式四。

在实施中，对待测天线的链路损耗检测过程为：

标准天线接到第三通道，通过固定衰减器和可调衰减器跟测试控制板连接；

装控制板发射模块产生幅度为T0的射频调制信号，通过标准天线发射，屏蔽箱内的产品接收信号；

屏蔽箱内待测天线接收到信号后，发射一包回馈数据，屏蔽箱内标准天线耦合接收后，给到工装控制板的接收模块，接收模块检测接收到信号的大小，并通过串口在主控计算机上显示；

屏蔽箱内待测天线接收到信号后，同时加大可调衰减器的衰减值，直到待测天线无法接收到信号，达到待测天线的接收极限，并根据此时主控计算机上显示的接收信号大小，通过路损计算得到天线通信时的路损计算公式。

测试控制板发信号T0(已知)，衰减器总衰减Xm(取绝对值)，标准天线发射损耗Ts(固定，一般为负值)，待测天线的天线接收损耗Rd(固定，一般为负值)。待测天线发射信号大小Rtd，待测天线发射信号损耗Td(固定，一般为负值)，标准天线接收损耗Rs(固定，一般为负值)，接收模块接收到的信号大小为T

接收链路损耗Rrd-Rd＝T0+TS-Xm 公式三，

发射链路损耗T＝Rtd+Td-Xm+Rs 公式四。

根据以上的四个计算公式组成方程组，可以得到Rs、Ts、Rd、Td的值，从而得到待测天线通信时的接收损耗和发射损耗，进而可以得到天线工作时的辐射效率。

产品天线匹配方式有很多中，同一款表，装不同的天线通信性能会有差异，本套测试系统可以测试出天线是否符合通信需求，同时可以做天线的评估、选型，还可以做天线入库IQC测试检验等。

本实用新型提供了用于智能仪表的天线性能检测方法，用于对安装在天线检测平台上的待测天线的通信性能进行检测，包括：令待测天线发射信号；通过频谱仪显示标准天线接收到的信号幅值Rta，确定待测天线的发射信号的信号幅值Rtd；基于耦合信号幅值对电平幅值进行调整，确定待测天线的灵敏度参数值Rrd；获取接收信号幅值为零时的链路损耗；基于信号幅值Rtd、灵敏度参数值Rrd以及链路损耗确定待测天线的通信性能。通过将待测天线与标准天线一同放在屏蔽箱中，并引出串口跟主控计算机相连，通过主控计算机控制产品的工作模式，分别获取接收、发射、通信等不同工作状态下的参数值，进而对其性能进行判断，解决现有技术中不能对天线性能进行确定缺陷。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.用于智能仪表的天线性能检测系统，其特征在于，所述天线性能检测系统，包括：

在屏蔽箱内放置标准天线以及安装有待测天线的被测产品，在屏蔽箱侧壁上设有射频接口，标准天线通过射频接口经线路切换开关与外部检测电路相连，被测产品通过通信接口与屏蔽箱外的主控计算机相连；

外部检测电路包括用于显示标准天线接收信号波形的频谱仪、用于产生标准射频信号的信号源、用于对标准天线输出信号进行衰减的衰减器，以及与衰减器和主控计算机相连、用于对标准天线输出信号进行衰减过程控制的测试控制板；

其中，衰减器包括固定衰减器和可调衰减器。

2.根据权利要求1所述的用于智能仪表的天线性能检测系统，其特征在于，在所述天线性能检测系统中：

在屏蔽箱的侧壁上设有支撑杆，支撑杆的一端与屏蔽箱箱体的侧壁铰接，支撑杆的另一端与箱杆的侧壁铰接。

3.根据权利要求2所述的用于智能仪表的天线性能检测系统，其特征在于，所述屏蔽箱的壳体为双层结构，在屏蔽箱的内表面上敷设有吸波涂层。

4.根据权利要求3所述的用于智能仪表的天线性能检测系统，其特征在于，在所述吸波涂层上设有导电布衬垫。

5.根据权利要求2所述的用于智能仪表的天线性能检测系统，其特征在于，在所述屏蔽箱箱体和屏蔽箱箱盖接触的端面处设有电磁密封衬垫。