CN210778990U - 基于双极化天线的准平面波生成器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于双极化天线的准平面波生成器，包括由双极化天线组成的天线阵列，极化开关单元和馈电网络；天线阵列上的每个双极化天线连接到一个极化开关，极化开关连接馈电网络；极化开关用于切换天线阵列中的双极化天线的极化状态；馈电网络用于调整信号的幅度和相位以生成准平面波信号；所述馈电网络中，每一链路依次包括调幅芯片和调相芯片。本实用新型只需通过极化开关切换天线阵列中双极化天线的两种极化状态，无需变动天线阵列的位置，从而简化了测试流程，提高了测试效率；功率监测模块可以判断信号是否过大防止测试信号被调幅调相芯片压缩功率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于双极化天线的准平面波生成器。
背景技术
目前，对于5G移动通信技术的研究和商用计划已经在全球范围内掀起一场移动通信产业的浪潮。在5G基站架构设计时，将无源大规模天线阵列与基站传统射频RRU 单元集成在一起，从而形成了大规模有源天线，作为5G移动通信技术的关键技术之一，受到了业界的广泛关注。而合二为一之后的有源天线，对外不再具有射频连接口，其天线辐射指标和射频指标测量方法是目前通信天线领域中的一个研究热点，已有多家设备生产厂商及仪表厂商提出了各自有针对性的测试方法。其中，基于阵列天线的近场准平面波生成器可以用于5G移动通信基站与终端的天线和射频指标测量。
专利号为201810094455.2的专利文献公开了一种基于阵列天线的准平面波生成器，包括二维阵列天线口面、阵列天线单元和阵列天线馈电网络；所述阵列天线单元位于所述二维阵列天线口面的一侧；所述馈电天线网络分布于阵列天线单元的另一侧，用于为阵列天线单元提供所需要激励的幅度和相位信号；所述准平面波生成器能够实现在距二维阵列天线口面一定距离处(1.5倍口径尺寸为中心的圆柱形区域)形成高质量(即电场幅度变化峰峰值小于2dB，相位变化峰峰值小于15°的)准平面波静区。但是，使用该准平面波生成器测试基站的辐射功率和方向图等指标时，因被测基站也是双极化天线阵面，需要分别对两个极化进行测量，然后叠加计算。如果准平面波生成器只采用一个极化的天线，那么需要增加物理旋转机构来测另一个极化。因而存在测试流程多，测试效率相对低的问题，而且增加了建设成本。
发明内容
本实用新型提出一种基于双极化天线的准平面波生成器。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于双极化天线的准平面波生成器，包括由双极化天线组成的天线阵列，极化开关单元和馈电网络；天线阵列上的每个双极化天线连接到一个极化开关，极化开关连接馈电网络；极化开关用于切换天线阵列中的双极化天线的极化状态；馈电网络用于调整信号的幅度和相位以生成准平面波信号。
进一步的优选方案，双极化天线为双极化Vivaldi天线或者双极化喇叭天线。
进一步的优选方案，双极化天线的极化状态包括全部第一极化方向和全部第二极化方向，极化开关控制前述两种状态的切换。
进一步的优选方案，所述极化开关为继电器开关，或者为电子开关。
进一步的优选方案，所述馈电网络包括合路器和两个以上链路，每一链路包括调幅芯片以及相连的调相芯片，一个极化开关连接馈电网络中的一个链路，每个链路连接到合路器前端。
进一步的优选方案，所述馈电网络中的合路器后端连接测试仪表。
进一步的优选方案，所述馈电网络包括X个子模块，每个子模块集成Z/X个链路， Z为双极化天线个数。
进一步的优选方案，在极化开关阵列与馈电网络之间还设置有功率监测模块；所述功率监测模块包括耦合器和功率检波管；耦合器用于提供直通通道，将双极化天线接收的信号传输给馈电网络，并用于在信号链路中耦合出一路测试信号；功率检波管用于根据测试信号测量功率。
进一步的优选方案，所述功率监测模块包括X个子模块，每个子模块集成Z/X个耦合器链路和一个功率检波管，功率检波管通过Z/X选1开关接入对应的耦合器链路， Z为双极化天线个数。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本实用新型只需通过极化开关切换天线阵列中双极化天线的两种极化状态，无需变动天线阵列的位置，就可以测量获得两个极化方向的全部测试数据，从而简化了测试流程，提高了测试效率。如果只采用双极化天线，而不加极化开关，那么每一个双极化天线的两个极化链路都需要加调幅调相，相当于本实用新型的馈电网络的两倍数量，从而降低了天线阵列的建设成本。
(2)，在天线阵列发生位置变动的情况下测试基站的辐射功率和方向图，则需要对天线阵列进行旋转，必然会增加旋转机构，从而会增加测试系统的复杂度和天线阵列的成本，本实用新型无需旋转机构，从而降低了测试系统成本。
(3)功率监测模块可以判断信号是否过大防止测试信号被调幅调相芯片压缩功率。
对于未提及的其他优点，将在具体实施方式部分结合技术方案进行说明。
附图说明
图1是本实用新型射频组件电路简图。
图2是本实用新型射频组件电路详图。
具体实施方式
容易理解，依据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本实用新型的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限制或限定。
结合图1，本实用新型所述基于双极化天线的准平面波生成器包括由双极化天线组成的天线阵列，极化开关单元和馈电网络；天线阵列上的每个双极化天线连接到一个极化开关，该极化开关连接馈电网络；极化开关用于切换天线阵列中的双极化天线的极化状态以完成基站的辐射功率和方向图等指标的测试；馈电网络由生成准平面波信号所必须的调幅芯片、调相芯片以及合路器组成。
结合图2，ANT1～ANT256为天线阵列的双极化天线。由于当前5G Massive MIMO 天线的大多采用了±45°双极化天线，在测试其辐射功率和方向图时，需要将两个极化方向全部测试得到，对于总辐射功率(TRP)指标，还需要将两个极化方向的总能量相加，这样才可以得到更精确的测试结果。因此，在测试5G基站时，本实用新型中天线阵列采用双极化天线，一方面可以提高测试速度，另一方面可以提高测试精度。双极化天线可以采用双极化Vivaldi天线、双极化喇叭天线等。
SW1～SW256为极化开关。极化开关用于根据测试场景切换天线阵列中双极化天线的极化状态。极化开关可以控制两种切换状态，一种为全部选择垂直极化，一种为全部选择水平极化。当然，双极化天线与水平地面保持±45°两种极化方向时也可以测试。在测试基站的辐射功率和方向图的过程中，本实用新型只需通过极化开关切换天线阵列中双极化天线的两种极化状态，无需变动天线阵列的位置，就可以测量获得两个极化方向的全部测试数据，从而简化了测试流程，提高了测试效率。另外，如果每个双极化天线不通过极化开关，而是直接连接到馈电网络，在天线阵列不发生位置变动的情况下测试基站的辐射功率和方向图，则馈电网络需要两路测试链路来接入一个双极化天线，馈电网络复杂度会增大，从而增加天线阵列的组建成本；同样，在天线阵列发生位置变动的情况下测试基站的辐射功率和方向图，则需要对天线阵列进行旋转，必然会增加旋转机构，从而会增加测试系统的复杂度和天线阵列的组建成本。
在本实用新型中，极化开关既可以选用继电器开关，也可以选用电子开关，还可以使用其他具有相同功能的开关，例如固态开关。
馈电网络中，每一链路依次包括调幅芯片ATT和调相芯片DP。调幅芯片ATT的调幅范围为0～62.75dB/0.25dB。在本实用新型中，调幅芯片ATT位于调相芯片DP之前。调幅芯片的频率范围宽，能够覆盖较多的测试频段，调幅芯片ATT位于链路前端可以避免用多个并联。另外，调幅芯片的承受功率和IIP3指标较好，不容易造成信号压缩(由于信号输入过大导致输出信号非线性)，所以放在前端置位还可以保护后端的调相芯片。每一链路信号经调幅芯片ATT和调相芯片DP之后，通过合路器合为一路提供给后端仪表。作为一种优选的实施方式，如图2所示，馈电网络包括32个馈电子网络ID01～ID32， 256个信号链路以每8个链路为一组，集成为32个馈电子网络。为此，在每个馈电子网络ID01～ID32中，调相芯片之后为一个合路器，将前端8路调幅调相信号合成1路作为馈电子网络输出。32个馈电子网络的输出再经合路器PD1后，将前端的256路全部合成1路信号COM输出至仪表。当然，每个馈电子网络集成的链路数量可以根据实际情况调整。
作为一种优选的实施例，所述射频组件还包括功率监测模块。在图2所示的实施例中，功率监测模块同样被分为32个功率监测子模块ID33～ID64。功率监测模块实时测量基站辐射信号经过空间辐射到达二维天线阵面后每个双极化天线接收到的功率(幅度)值。从图2中可以看到，每一个功率监测子模块包括8个耦合器、8选1开关以及一个功率检波管DET。耦合器一方面提供直通通道，另一方面在信号链路中耦合出一路测试信号，以便使用功率检波管DET测量双极化天线接收信号的功率(幅度)值。耦合器是一种常用的射频器件，其直通线损耗很小，信号可以几乎无损的通过，与此同时，一部分小信号可以通过耦合口出来(如图中的-14dB，就是信号减小14dBm)，由于两者是同时的，所以可以用来做监测。耦合器耦合出的每一路测试信号由8选1开关选通给一个功率检波管DET。使用8选1开关的目的在于减少成本，因为一共有256个双极化天线，如果每一路都设置一个功率探头，这样成本就较高。本实用新型实施例采用8选 1的开关，将其减少为32个，功率监测模块每次选通测量一路信号功率。当然，也可以使用N路开关，对应的就是为256/N个功率监测模块。功率监测的目的之一是为了防止测试信号被调幅调相芯片压缩功率，二是为了可以为后端提供给功率数据，以便做其他分析。
本实用新型所述基于双极化天线的准平面波生成器可以执行基站射频的双向测试。基站射频测试分为上行测试和下行测试两部分。上行测试指的是仪表发射信号，基站接收，旨在衡量基站接收机的性能。下行测试指的是基站发射信号，仪表接收，旨在衡量基站发射机的性能。
在天线领域，一般需要满足远场条件才能对其进行测试，即被测天线和测试探头的距离大于2D2/λ，此时从天线发出的电磁波信号形成平面波，5G基站由于集成了 MassiveMIMO天线，故在OTA测试中同样需要满足远场条件，才能进行射频指标测试。形成远场条件除了远场、紧缩场外，还有可以使用本实用新型所述基于双极化天线的准平面波生成器实现。
测试上行信号时，切换极化开关，控制双极化天线处于第一种极化状态，仪表发出测试信号，信号进入馈电网络经过调幅和调相处理后输出激励信号，激励信号经极化开关进入到双极化天线，由双极化天线将其转化为电磁波信号向待测产品方向辐射，到特定区域形成准平面波信号，待测产品设于所述特定区域内，待测产品接收到该信号后，进行解析测试。在第一种极化状态下完成测试后，切换极化开关，控制双极化天线处于第二种极化状态，同理，继续测试。
测试下行信号时，切换极化开关，控制双极化天线处于第一种极化状态，待测产品发射射频信号，由于互易原理，此时待测产品发射射频信号至天线阵列，双极化天线接收射频信号并转化为感应信号，感应信号到达功率监测单元，耦合链路上的功率检波管对感应信号进行衡量，判断感应信号功率是否过大，因为感应信号功率过大，输入至馈电网络，会造成信号的功率压缩。而直通链路上的信号进入馈电网络经过调幅和调相处理后输出准平面波信号，最终进入仪器仪表，进行解析，得到测试数据。切换极化开关，控制极化天线处于第二种极化状态，同理，继续测试。
在天线阵列处于两个极化状态下的测试完成后，即可根据测试结果合并计算输出测试结果。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)
1.一种基于双极化天线的准平面波生成器，其特征在于，包括由双极化天线组成的天线阵列、极化开关和馈电网络；天线阵列上的每个双极化天线连接到一个极化开关，极化开关连接馈电网络；极化开关用于切换天线阵列中的双极化天线的极化状态；馈电网络用于调整信号的幅度和相位以生成准平面波信号。
2.如权利要求1所述的基于双极化天线的准平面波生成器，其特征在于，双极化天线为双极化Vivaldi天线或者双极化喇叭天线。
3.如权利要求1所述的基于双极化天线的准平面波生成器，其特征在于，双极化天线的极化状态包括全部第一极化方向和全部第二极化方向，极化开关控制前述两种状态的切换。
4.如权利要求1所述的基于双极化天线的准平面波生成器，其特征在于，所述极化开关为继电器开关，或者为电子开关。
5.如权利要求1所述的基于双极化天线的准平面波生成器，其特征在于，所述馈电网络包括合路器和两个以上链路，每一链路包括调幅芯片以及相连的调相芯片，一个极化开关连接馈电网络中的一个链路，每个链路连接到合路器前端。
6.如权利要求5所述的基于双极化天线的准平面波生成器，其特征在于，所述馈电网络中的合路器后端连接测试仪表。
7.如权利要求5或者6所述的基于双极化天线的准平面波生成器，其特征在于，所述馈电网络包括X个子模块，每个子模块集成Z/X个链路，Z为双极化天线个数。
8.如权利要求1-6任意一项所述的基于双极化天线的准平面波生成器，其特征在于，在极化开关阵列与馈电网络之间还设置有功率监测模块；所述功率监测模块包括耦合器和功率检波管；耦合器用于提供直通通道，将双极化天线接收的信号传输给馈电网络，并用于在信号链路中耦合出一路测试信号；功率检波管用于根据测试信号测量功率。
9.如权利要求8所述的基于双极化天线的准平面波生成器，其特征在于，所述功率监测模块包括X个子模块，每个子模块集成Z/X个耦合器链路和一个功率检波管，功率检波管通过Z/X选1开关接入对应的耦合器链路，Z为双极化天线个数。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113411814A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-09-17 | 西安交通大学 | 一种基于透射超表面的新型短焦距调幅调相紧缩场及测试方法 |
| CN113655741A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-16 | 上海机电工程研究所 | 复合阵列馈电功能切换装置 |
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2019
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