SE509526C2 - Förfarande för uppmätning av karaktäristik för ett aktivt distribuerat antennsystem - Google Patents

Description

509 526 2 Man kan finna ett antal dokument som hänför sig till kalibrering av fasade gruppantenner, till exempel US-A-5 063 529 som visar användning av automatiserad bearbetningsteknik för att beräkna kalibreringskoefficienter baserade pá en generaliserad modell av gruppen. Dokumenten som hänför sig till sådana kalibreringar hanterar emellertid inte system som har aktiva antenner med distribuerade förstärkare.

Därför finns det ett stort behov av en ny metod för att utföra ett tillförlitligt testförfarande för ett aktivt antennsystem som innehåller distribuerade förstärkare, till exempel för användning vid basstationer för radiotelefonisystem som GSM, PDC eller DCS.

Beskrivning av uppfinningen Förfarandet i enlighet med den föreliggande uppfinningen som visar sig vara praktiskt användbar för sammanlagring av signaler som matar antennelementen vid sändning med hjälp av ett kombi- natornät, eller som matar distribuerade lágbrusförstärkare med hjälp av ett kombinatornät, vilket ersätter antennelementen, för att därmed skapa en antennreferenspunkt. Resultatet av denna signalsammanlagring kommer att vara enkelt åtkomligt för mät- ändamål.

Följaktligen visar den föreliggande uppfinningen ett förfarande och ett mätsystem som skapar en virtuell antennreferenspunkt för typprovning av aktiva antenner som har distribuerad elektronik för certifiering i enlighet med standard för GSM, DCS och PDC.

Det föreliggande förfarandet fastställs i det oberoende patent- kravet 1 och ett mätsystem för tillämpning av förfarandet fastställs i de oberoende patentkraven 11 och 12, medan olika utföringsformer av förfarandet i enlighet med den föreliggande uppfinningen fastställs i de beroende patentkraven 2 - 10.

Kort beskrivning av ritningarna Ändamàlen, egenskaperna och fördelarna med den föreliggande uppfinningen som nämnts ovan kommer att bli uppenbara ur den detaljerade beskrivningen av' uppfinningen att betraktas med hänvisning till de medföljande 509 526. 3 ritningarna i vilka sama hänvisningsbeteckningar används genomgående för att beteckna samma delar. I ritningarna: Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8 illustrerar ett exempel på ett arrangemang i enlighet med den föreliggande uppfinningen för att skapa en virtuell antennreferenspunkt för en aktiv sändningsan- tenn, illustrerar ett arrangemang i enlighet med den före- liggande uppfinningen, vilket visar en mätkonfiguration med en överdimensionerad matris för en aktiv sändnings- antenn, illustrerar ett arrangemang i enlighet med den före- liggande uppfinningen, vilket visar en mätkonfiguration med ett distribuerat nät för lika fas, illustrerar ett arrangemang i enlighet med den före- liggande uppfinningen, vilket visar en.mätkonfiguration med ett distribuerat nät för en fasgradient, illustrerar ett exempel pá en aktiv sändningsantenn med en icke konstant amplituddistribution, illustrerar ett exempel pà en mätkonfiguration med ett distributionsnät för en aktiv sändningsantenn i enlig- het med Fig. 5 för en fasgradient, illustrerar ett exempel pá ett arrangemang i enlighet med den föreliggande uppfinningen för att skapa en virtuell antennreferenspunkt för en aktiv mottagnings- antenn, och illustrerar ett annat exempel pà ett arrangemang i enlighet med den föreliggande uppfinningen för att skapa en virtuell antennreferenspunkt för en aktiv 509 526 4 mottagningsantenn motsvarande arrangemanget i Fig. 6 visat för en sändningsantenn.

Beskrivning av exemnlifierande utförinqsformer Den föreliggande uppfinningen demonstrerar en ny strategi för att primärt prova sändningsprestanda för ett aktivt antennsystem som använder distribuerade effektförstärkare. I enlighet med förfarandet mäts virtuellt systemets utmatningskarakteristik genon1att introducera.ett ytterligare signalkombinatornätverk som bildar en rumslig transform av en signal matad till antennsyste- mets initiella effektdistributionskoppling. Fig. 1 illustrerar ett exempel pá ett mätarrangemang för att virtuellt mäta utmatningskarakteristik för ett aktivt sändningsantennsystem som har en sådan distributionskoppling 10 som matar distribuerade effektförstàrkarmoduler 15. Distribueringskopplingen 10 förses med en testsignal på en ingàngsanslutning SV I enlighet med upp- finningen introduceras ett ytterligare kombinatornät 20 som har ett antal ingàngs- och utgàngsanslutningar. Var och en av utgångarna S1, S2 ... Sn för de distribuerade effektmodulerna 15 matar en ingàngsanslutning IN1, IN, ... INH på det ytterligare kombinatornätet 20 istället för normalt anslutna strálnings- element eller grupp av strálningselement. I en första grund- läggande utföringsform utgör det ytterligare kombinatornätet 20 till exempel en Butler-matris med ett antal ingàngsportar INN IN2... IND, och utgàngsportar UTU UT2 ...IIQ,motsvarande antalet distribuerade effektförstärkarmoduler 15 i det aktiva dis- tribuerade antennsystemet som skall mätas.

När man matar en testsignal till ingàngsanslutningen So på distributionskopplingen 10 för det aktiva sändningsantennsyste- met, kan amplitud- och fasvärden mätas vid utgàngsportarna UTU UT, ... UTn pà det ytterligare kombinatornätet 20, nedan de ordinarie strålningselementen eller grupperna av strálnings- element är bortkopplade från utgángsanslutningarna av effekt- modulerna 15. Det ytterligare signalkombinatornätet utför en rumslig transform, lämpligen en Fourier-transform, av signalen pàlagd vid Sw Det skall noteras att varje utgángsanslutning UTU 509 .S26 5 UTZ UTn motsvarar en riktning i rymden. Dessa riktningar är på ett välkänt sätt definierade av realiseringen av kombinatornä- tet 20 och av strålningselementens interna avstånd. De uppnådda amplitud- och fasmätningsvärdena används sedan, med hjälp av en standardberäkningsmetod, för att erhålla en beräknad mätning som representerar det aktiva såndningsantennsystemets prestanda. För att upprätta en önskad beskrivning av signal och signalkarakte- ristik för motsvarande antennsystem kombineras uppmätta amplitud- och fasvärden dessutom i denna beräkning med det teoretiskt uppskattade eller uppmätta radiatorsystemet normalt anslutet till portarna S1, S, . . . Sn på det distribuerade effektförstärkarmodul- systemet. Detta kommer effektivt att skapa en virtuell antenn- referenspunkt som kan användas för typprovning av aktiva sänd- ningsantennsystem i kvalitetscertifieringar' i enlighet med standard som GSM, DCS och PDC.

I utföringsformen enligt Fig. l kommer att mätas ett aktivt sänd- ningsantennsystem som har fem effektförstärkarmoduler. Mätningen utförs i enlighet med teknikens ståndpunkt med användning av kommersiellt tillgänglig utrustning för att mäta fas och amplitud vid utgångsanslutningarna av det ytterligare kombinatornätet 20, till exempel en Butler-matris.

Vid provning av aktiva sändningsantenner som har ett antal n distribuerade effektförstårkarmoduler PAM motsvarande radiatorer eller grupper av radiatorer, kan samma ytterligare kombinatornät, t.ex. Butler-matris, användas om den är dimensionerad för ett maximalt portantal n. Fig. 2 illustrerar ett mätarrangemang som använder en sådan överdimensionerad kombinator för mätningar av en aktiv sändningsantenn med endast tre effektförstärkarmoduler.

Här matar utgángarna S2, S, och S4 från motsvarande distribuerade förstärkarmoduler 15 ingångarna IN2, IN, och IN4 på det ytterliga- re kombinatornätet 20 som har n ingångsanslutningar och n utgångsanslutningar. Oanvända ingångsanslutningar och utgángsan- slutningar avslutas i enlighet med teknikens ståndpunkt näriman arbetar med en överdimensionerad matris. 509 526 6 Om endast en signalnivà i en rak framàtriktning frán den aktiva antennen önskas, kan det ytterligare kombinatornätet reduceras till ett enklare nät med lika fas som har n ingángsanslutningar och en utgàngsanslutning. Detta illustreras i en annan utförings- form av den föreliggande uppfinningen som demonstrerats genom Fig. 3.

Figur 4 demonstrerar ännu en annan utföringsform av den före- liggande uppfinningen för mätning av sändningssignalniván i en godtycklig riktning från den aktiva antennen. Det ytterligare kombinatornätet reduceras till ett ytterligare mätkombinator- nätverk 21 som har en fasgradient. Genom att ändra fasgradienten med hjälp av fasskiftare, fördröjningsledningar eller liknande kommer signalstyrkan att erhållas i en annan vald stràlnings- riktning. I likhet med Fig. 3 har kombinatornätet 21 i Fig. 4 n ingàngsanslutningar och en utgängsanslutning.

Antennsystem som har passiva distributionsnät mellan strålnings- elementen och effektförstärkarmodulerna PAM kan också provas genom att introducera effektdelare och/eller fasskiftningsorgan för att imitera antennfunktionen. Denna metod kan kombineras med fallen illustrerade i Fig. 2-4. En aktiv antenn för sändning med en icke konstant amplituddistribution illustreras i Fig. 5 och ett motsvarande arrangemang för mätning' i enlighet med den föreliggande uppfinningen, med användning av ett ytterligare mätkombinatornätverk 21 sonlhar en fasgradient. Det skall noteras att ingàngsanslutningarna. på det ytterligare kombinatornätet ansluts till punkterna där de individuella radiatorerna 31 kopplas till de passiva kombinatorerna 30. Alltsà i exemplet kommer det att behövas ett antal ingángsanslutningar pà det ytterligare kombinatornätet 23 motsvarande antalet radiatorer 31 som demonstrerat i. Fig. 6. Detta mätarrangemang kommer att producera en uppmätt signal för en fasgradient och en signal- riktning i taget. Alltså kommer en ytterligare kombinator i enlighet med uppfinningen att ha en konfiguration anpassad för den speciella aktiva sändningsantenngruppen på ett enkelt sätt kunna producera mätningar vid produktion och provning av sådana 509 526' aktiva sändningsantenngrupper.

Fig. 7 demonstrerar en motsvarande mätning i enlighet med den föreliggande uppfinningen för en aktiv mottagningsantennuppsätt- ning som använder det ytterligare kombinatornätet för att införa en testsignal R, i hela gruppen av distribuerade lâgbrusför- stärkare, vilka via en mottagningskombinator kombinerar alla de förstärkta antennsignalerna in till en utgàngsanslutning för en mottagare. I Fig. 7 kopplas anslutningarna.motsvarande ingángarna IN,, IN2 _.. IN; i det ytterligare kombinatornätet i enlighet med Fig. 1 till en motsvarande kontakt pà ett strálningselement.

Kontakten är 5. den aktiva mottagningsantennen kopplad direkt eller via en passiv kombinator till en lágbrusförstärkare, LNA 17. Radiatorkonfigurationen i en mottagningsmod kan exempelvis vara motsvarande sändningskonfigurationen enligt Fig. 5. Om man då endast byter ut PAM mot LNA och ändrar riktningen för pilen Totill motsatt riktning erhåller vi en konfiguration enligt Fig. 7 med.pilen R” Då kopplas en lämplig anslutning, tidigare använd sonxutgàng pá det ytterligare kombinatornätet 23 vid.undersökning av sändningskarakteristik, till testsignalgeneratorn som matar en testsignal Ruför'mätningen av den aktiva.mottagningsantennens prestanda.

Med andra ord kan förfarandet, enligt den föreliggande uppfin- ningen, för mätning av karakteristik för en aktiv sändningsantenn beskriven ovan, även pá ett motsvarande sätt användas för att mäta och fastställa mottagningskarakteristik för systemet med hjälp av en virtuell mottagningsantennreferenspunkt.

I enlighet med den föreliggande uppfinningen illustreras i Fig. 8 en mätning av en aktiv mottagningsantenn.motsvarande den aktiva sändningsantennen demonstrerad i Fig. 5. En testsignal Ropàförs det ytterligare kombinatornätet 23, vars portar då kommer att motsvara radiatorerna A, - As i Fig. 5 men i detta fall kopplade till làgbrusförstärkare 17 istället för effektförstärkarmoduler 15 som i sändningsfallet. Liksom i Fig. 6 kombineras respektive element A, och A2, A, och A4, A6 och A,, A, och A, med hjälp av 509 526 8 passiva kombinatorer 30. Detta ger i detta fall fem mottagnings- signaler R1 - Rs páförda lågbrusförstärkarna 17 vars utgångar sedan kombineras med hjälp av en ytterligare mottagningskom- binator 13. Utmatningen erhàllen via utgángsanslutningen R, kommer att reproducera gensvaret fràn den aktiva mottagningsan- tennen. Alltså kommer användningen av förfarandet med att använda det ytterligare kombinatornätet att producera ett enkelt och noggrant sätt att upprätta mätningar i enlighet med standard för aktiva mottagningsantenner. En procedur i enlighet med teknikens ståndpunkt för samtidig mätning av hela det aktiva mottagningsan- tennsystemet skulle vara tidskrävande och dyr samt kräva spe- ciellt utrymme för att sätta upp en miljö för antennmätsträckan som tillåter provsignaler ned till storleksordningen åtminstone -110 dBm. " Följaktligen kommer en ytterligare kombinator i enlighet med uppfinningen med en konfiguration anpassad för den speciella aktiva sändnings- eller mottagningsantenngruppen att enkelt kunna, vid.produktion och provning, producera karakteristiken för ett sådant aktivt distribuerat antennsystem i enlighet med en standardprocedur.

Ett mätsystem för tillämpning av det föreliggande förfarandet kommer att enkelt byggas upp. Ett sådant mätsystem kommer att innefatta ett ytterligare kombinatornätverk i enlighet med de alternativa utföringsformerna av det visade förfarandet. Den ytterligare kombinatorn har ett antal ingángs- och utgàngsan- slutningar. Vidare inbegriper' mätsystemet ett generatororgan (inte visat) som alstrar en första testsignal som skall pàföras en primär testingàngsanslutning vid en distribueringskoppling som matar distribuerade effektförstärkare i ett aktivt antennsystem förrnätning'av'den.aktiva sändningsantennens sändningskarakteris- tik, eller alstra en andra testsignal Ro som skall pàföras en sekundär testsignalingångsanslutning' på det ytterligare kom- binatornätet för mätning av aktiv mottagningsantennkarakteristik i ett aktivt antennsystem. Fackmannen kommer att inse att som generator kan, exempelvis, användas den aktuella sändningsdriv- 509 525 9 anordningen avsedd för det aktiva antennsystemet om den anpassas lämpligt för mätningen som skall utföras. Slutligen innehåller mätsystemet ett mätarsystem (inte visat) för att utvärdera amplitud och fasvärden vid en mätutgångsanslutning på det ytterligare kombinatornätet för att erhålla en uppmätt virtuell aktiv sändningsantennreferenspunkt eller för att utvärdera amplitudvärden vid en mätutgångsanslutning för en kombinerade koppling för distribueradeImottagningsförstärkare för att erhålla en uppmätt virtuell aktiv mottagningsantennreferenspunkt. Fack- mannen kommer att inse att som nâtarsystan kan användas en standard vektorvoltmeter eller till och med kunde det aktuella mottagarsystemet för den aktiva antennen användas som mätverktyg om denna anpassas riktigt. Mätsystemet visat kommer att bilda ett utomordentligt verktyg vid produktion och provning för certifie- ring i enlighet med en standard son\GSM, DCS och PDC i mobiltele- fonbetjäningssystem.

Ett mätsystem i enlighet med det föreliggande förfarandet kan använda olika typer av ytterligare kombinatornät, exempelvis,ett nät som tillhandahåller en lika faskombination, ett nät som till- handahåller en styrbar fasgradient eller en Butler-matris.

Det kommer att inses av fackmannen att den föreliggande upp- finningen kan gestaltas i andra speciella former, t.ex. strål- ningselement eller grupper av element placerade på icke plana ytor, utan att avvika från dess andemening eller väsentliga karaktär. De för närvarande visade utföringsformerna betraktas i alla avseenden vara illustrativa och inte begränsande. Uppfin- ningens omfattning anges av de bifogade patentkraven snarare än den föregående beskrivningen och alla ändringar som faller inom betydelsen och omfattningen av ekvivalenter av dessa avses vara innefattade däri.

Claims (16)

509 526 10 PATENTKRAV

1. Förfarande för uppmätning av karakteristik för ett aktivt distribuerat antennsystem som har en distribueringskoppling för distribuerade effektmoduler för sändning eller* distribuerade lágbrusförstärkare kopplade till en kombinatorkoppling för mottagning, k ä n n e t e c k n a t av stegen; anordnade av ett ytterligare kombinatornät son1har ett antal ingàngsanslutningar och utgàngsanslutningar, anslutning av det ytterligare kombinatornätet till de distribuerade effektförstärkarmodulerna vid mätning av sändnings- karakteristik.eller till de distribuerade làgbrusförstärkarna vid mätning av mottagningskarakteristik, alstring av en testsignal, páförande av testsignalen så att det ytterligare signalkom- binatornätet bildar en rumslig transform av testsignalen, därvid i mätningen av den aktiva antennkarakteristiken ersättande en antennelementgrupp för det aktiva distribuerade antennsystemet.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av de ytterligare stegen: inkopplande av en signalutgàngsanslutning på en distribuerad förstärkarmodul, normalt kopplad till ett strálningselement eller en grupp av strálningselement, till en1notsvarande ingángsanslut- ning pá det ytterligare kombinatornätet, páförande testsignalen till en ingángsanslutning för den distribuerande kopplingen sonlmatar de distribuerade förstärkar- na, varvid ingàngsanslutningen pà den distribuerande kopplingen verkar som en primär testsignalingángsanslutning, avslutning av alla icke använda ingàngs- och utgàngsan- slutningar på den ytterligare kombinatorn, uppmätning av ett amplitudvärde från åtminstone en icke avslutad anslutning på den ytterligare kombinatorn, analysering av' det aktiva distribuerade antennsystemets signalegenskaper och därmed skapande en uppmätt virtuell aktiv sändningsantennreferenspunkt. 509 .526 ll

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av de ytterligare stegen; uppmätning av ett fasvärde från åtminstone en icke avslutad anslutning pá den ytterligare kombinatorn, kombinering av amplitud- och fasmätningar för varje uppmätt icke avslutad utgàngsanslutning, beräkning av stràlningskarakteristik för ett aktivt sänd- ningsantennsystem med hjälp av den alstrade virtuella referens- punktsinformationen och kända egenskaper för strálningselementen.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av det ytterligare steget med arrangerande av det ytterligare kom- binatornätet med ett antal signalingàngsanslutningar och en utgàngsanslutning och en lika faskombination för signaler pàförda ingàngsanslutningarna, därmed fastställande ett amplitudvärde vid den enda utgàngsanslutningen av det ytterligâre kombinatornätet, varvid amplitudvärdet motsvarar en central framàtriktning för det aktiva distribuerade sändningsantennsystemet .

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av det ytterligare steget med arrangerande av det ytterligare kom- binatornätet med ett antal signalingángsanslutningar och en utgàngsanslutning och producerande en styrbar fasgradient för signaler pàförda vid ingàngsanslutningarna, därmed fastställande ett amplitudvärde vid den enda utgàngsanslutningen av det ytterligare kombinatornätet, varvid detta amplitudvárde motsvarar strálningsnivàn en viss riktning från det aktiva distribuerade sändningsantennsystemet .

6. Förfarande enligt krav 1, k ä. n n e t e c k n a t av det ytterligare steget med arrangerande av det ytterligare kombina- tornätet i form av en Butler-matris.

7. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av det ytterligare steget med arrangerande av den rumsliga transformen som en Fourier-transform. 509 526 12

8. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av de ytterligare stegen: avslutning av alla icke använda ingángs- och utgángsan- slutningar pà den ytterligare kombinatorn, inkoppling av varje icke avslutad ingángsanslutning pá det ytterligare kombinatornätet till en separat ingángsanslutning på enedistribuerad lágbrusförstärkare för en.aktiv mottagningsantenn i det aktiva distribuerade antennsystemet, varvid lágbrusför- stärkaren normalt är kopplad till ett antennelement eller en grupp av antennelement, matning av testsignalen till en icke avslutad utgàngsan- slutning pà den ytterligare kombinatorn, varvid utgàngsanslut- ningen i en uppmätning av mottagningskarakteristik verkar som en sekundär testsignalingàng, ' uppmätning av ett testsignalvärde vid en utgång på kombi- natorkopplingen för distribuerade mottagningsförstärkare, analyserande av signalegenskaper för det aktiva distri- buerade antennsystemet och därvid skapande en uppmätt virtuell mottagningsreferenspunkt.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av det ytterligare steget med arrangerande av det ytterligare kombina- tornätet med en lika faskombination för en signal páförd den sekundära ingàngsanslutningen, därmed fastställande ett amplitud- värde vid utgången av kombinatorkopplingen för distribuerade mottagningsförstärkare, varvid detta amplitudvärde sedan motsvarar en signalmottagningsnivä i en central framátriktning för den aktiva mottagningsantennen.

10. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av det ytterligare steget med arrangerande av det ytterligare kombina- tornätet som producerar en styrbar fasgradient för signalen pâförd den sekundära ingàngsanslutningen, därmed fastställande ett amplitudvärde vid utgången av kombinatorkopplingen för distribuerade mottagningsförstärkare, varvid.detta amplitudvärde sedan motsvarar en signalmottagningsnivä i en viss riktning för den aktiva mottagningsantennen. 509 526 13

11. Mätsystem för tillämpning av metoden enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av ett kombinatornät med ett antal ingàngsanslutningar och utgàngsanslutningar, avslutningsorgan för icke använda ingàngsanslutningar och utgângsanslutningar pà kombinatornätet, ett generatororgan som genererar en första testsignal som skall pàföras en primär testsignalingángsanslutning vid en distribuerandeknpplingsomnatardistribueradeeffektförstärkare för ett aktivt distribuerat antennsystem för uppmätning av sändningskarakteristik för en aktiv sändningsantenn, och ett mätarsystem för utvärdering av amplitud eller fasvärden vid en mätutgángsanslutning pä kombinatornätet för att erhålla en uppmätt virtuell aktiv sändningsantennreferenspunkt.

12. Mätsystem för tillämpning av metoden enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av ett kombinatornát med ett antal ingàngsanslutningar och utgàngsanslutningar, avslutningsorgan för icke använda ingàngsanslutningar och utgângsanslutningar på kombinatornätet, ett generatororgan som genererar en andra testsignal som skall pàföras en sekundär testsignalingàngsanslutning pá kombinatornätet för uppmätning av mottagningskarakteristik för ett aktivt distribuerat antennsystem, och ett mätarsystem för utvärdering av amplitudvärden vid en mätutgàngsanslutning pá en distribuerad mottagarförstärkarkom- binatorkoppling för ett aktivt distribuerat antennsystem för att erhållaeniuppmättvirtuellaktivuwttagningsantennreferenspunkt.

13. System enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a t av att det ytterligare kombinatornätet tillhandahåller en lika faskombina- tion för signaler påförda den primära testsignalingàngsanslut- ningen.

14. System enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a t av att det ytterligare kombinatornätet tillhandahåller en styrbar fasgra- 509 526 14 dient för signaler páförda den primära testsignalingángsanslut- ningen.

15. System enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a t av att det ytterligare kombinatornätet tillhandahåller en lika faskombina- tion för en signal pàförd den sekundära testsignalingángsanslut- ningen.

16. System enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a t av att det ytterligare kombinatornätet tillhandahåller en styrbar fasgra- dient för en signal pâförd.den sekundära testsignalingàngsanslut- ningen.