SE515126C2 - Testanordning och förfarande för test av transmissionsutrustning - Google Patents

Description

20 25 30 515 126 2 Det är ett annat syfte med den föreliggande uppfinningen att möjliggöra testning av mobila terminaler via luftgränssnittet.

Det är ytterligare ett syfte med uppfinningen att åstadkomma en relativt liten testut- rustning för mobila terminaler.

Detta uppnås enligt uppfmningen med en anordning för att testa en sändare och/eller mottagare av elektromagnetiska vågor, innefattande: en ihålig metallkropp, dimensionerad så att den fimgerar såsom en vågledare för de elektromagnetiska vågoma, innefattande ett hål för att uppta en testantenn, ett hål för att uppta mottagaren som skall testas, en testantenn, införd i hålet, anordnad att anslutas till en signalgenerator eller en signalmätriingsanordning.

Den ihåliga metallkroppens tvärsnitt är företrädesvis rektangulärt och antennen och testantennen förs in från samma sida eller motstående sidor. De av metallkroppens sidor som inte innefattar hålen är fullständigt hela.

Hålen för att föra in testantennen och antennen som skall testas är företrädesvis an- ordnade på ett avstånd av *A av våglängden från motstående kortsidor av metall- kroppen och sträcker sig i metallkroppens längdriktning.

En anordning för att testa en mottagare och/eller sändare av elektromagnetiska vå- gor, synnerligen lämpad för att testa tvåbandstelefoner, innefattar enligt uppfinning- en: en första ihålig metallkropp dimensionerad så att den fimgerar som en vågledare för de elektromagnetiska vågorna i ett första frekvensområde, innefattande ett hål för att uppta en första testantenn, en andra ihålig metallkropp dimensionerad så att den fungerar som en vågledare för de elektromagnetiska vågoma i ett andra frekvensområde, innefattande ett hål för att uppta en andra testantenn, 10 15 20 25 30 515 126 s en sektion som förbinder nänmda första och andra ihåliga metallkropp, vilken sek- tion innefattar ett hål flñr att motta enheten som skall testas, varvid 'varje testantenn är anordnad att anslutas till en signalgenerator eller signalmätaranordning.

Ett förfarande för att testa en antenns sändnings- och/eller mottagningsfunktion be- skrivs också, innefattande stegen att antennen förs in i ett hål i lämplig sida av vågledaren en testantenn förs in i vågledaren från samma eller motstående sida en signal med en väl definierad signalstyrka sänds ut från antennen eller testanten- nen signalstyrkan hos signalen som mottas hos den av antennen eller testantennen som inte sände ut signalen registreras.

Uppfinningen medför följande fördelar: Den möjliggör testning av antennfimktionen medan RF-sändningsfunktionen testas.

Testutrustningen enligt uppfinningen kan göras mycket liten.

Skärmningsegenskapema hos anordníngen enligt uppfinningen är mycket goda.

Eftersom luftgränssnittet används i testerna, testas hela fimktionen hos sändar- /mottagarenhetem inklusive antennen.

Testutrusltningen enligt uppfimiingen är enkel och billig att tillverka järnfórt med känd teknik.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Figur 1 visar en vågledare som används enligt uppfinningen.

Figur 2 visar testutrustningen enligt en första föredragen utföringsform av uppfin- ningen.

Figur 3 visar testutrusmingen enligt en andra föredragen utföringsforrn av uppfin- ningen.

Figur 4 visar testutrusmingen enligt en tredje föredragen utföringsfonn av uppfin- ningen. 10 15 20 25 30 515 126 4 Figur 5 visar testutrustrmigen enligt en tjärde föredragen utforingsfonn av uppfin- ningen., där tvåbandsapparater (dual-band) kan testas.

Figur 6 visar testutrustningen enligt en femte föredragen utföringsfonn av uppfri- ningen.

Figur 7 är ett flödesschema över hur en antenn testas enligt uppfinningen.

Figur 8 är ett flödesschema över hur mätanordningen enligt uppfinningen kalibreras.

Detaljerad beskrivning av utföringsformer En vågledare är en ihålig metallkropp som används som transmissionslinje, vanligt- vis med rektangulärt, kvadratiskt eller cirkelformigt tvärsnitt. Den elektromagnetis- ka vågen i vågledaren kan ha oändligt varierande mönster, eller moder, indelade i två huvudgrupper: Transversal elektriska (TE-) moder, där den elektriska vektorn alltid är vinkelrätt mot utbredningsriktningen, och transversal magnetiska (TM-) moder där den magnetiska vektorn alltid är vinkelrätt till utbredningsriktningen.

Den följande diskussionen är giltig för rektangulära vågledare.

Två index betecknar en viss mod. Det forsta indexet anger antalet halvvågsvariatio- ner for det elektriska fältet över vâgledarens bredare dimension. Det andra indexet anger antalet halvvågsvariationer för det elektriska fältet över den smalare dimen- sionen. I TEw-moden är det elektriska fältet därför alltid vinkelrätt till utbrednings- riktningen och det elektriska fältet har en halwågsvariation över den bredare sidan och ingen över den smalare.

För varje drifismod i en vågledare finns en gränsvåglängd ka. För Tw-moden i en rektangulär vågledare är gränsvåglängden XC två gånger den breda sidans längd.

Signaler med en våglängd mindre än gränsvåglängden breder ut sig i vågledaren.

Signaler med längre våglängd dämpas. För varje våglängd kan en vågledare dirnen- sioneras så att endast TELO-moden är mindre än gränsvâglängden, och alla andra moder dämpas snabbt. Med TEm-moden minimeras också vågledarens tvärsnitt fór en given våglängd. 10 15 20 25 5.15 126 5 Vågledarens dimensioner kan beräknas utifrån vissa ekvationer. Den bredare sidan, eller en sida, bör ligga i intervallen Û,6l0-0,957\0, h; är våglängden i ett öppet ut- rymme. Den smalare sidan bör inte vara smalare än 0,45%. Våglängden i vägleda- ren, betecknad Kg definieras såsom två gånger avståndet mellan två minimipunkter i ett mönster av stående vågor.

I GSM-bandet (890-960 MHz) betyder detta att vågledaren kan ha inre dimensioner av ungefär 0,14 x 0,24 x 0,5 m.

Figur 1 visar en vågledare som används enligt uppfinningen. Vågledaren har ett rektangulärt tvärsnitt. Den kortare sidan av rektangeln löper utmed z-axeln i ett kartesiskt koordinatsystem, rektangelns längre sida löper utmed y-axeln, och vågle- darens längdrikming löper utmed x-axeln Det elektriska fältet i TELO-mod, såsom visat av den vertikala pilen E, utbreder sig mellan de två parallella väggarna som har det kortaste avståndet mellan sig, och faltstyrkan varierar längs detta avståndet, och är högst i mitten av vågledaren och noll vid kortväggarna. Magnetfáltet, såsom visat av pilen H utbreder sig parallellt med vågledarens breda sida.

Två grundläggande olika typer av antenner visas i figur 1: en kvartsvågsantenn AE, som främst registrerar E-fåltet, och en ramantenn AH, som främst registrerar H- fältet. Kvartsvågsantennen AE förs in från vågledarens topp, och ramantennen AH förs in från vågledarens sida.

Figur 2 visar mätutrusmingen enligt en fóredragen utfóringsforrn av uppfinningen.

Enligt denna utföringsform används en metallåda 1 med ett rektangulärt tvärsnitt och dimensioner så att en TEw-mod skall uppnås, såsom vågledare. Vägledarens l båda ändar är slutna, så att den är en sluten låda med minimalt RF-läckage. 10 15 20 25 515 126 6 En mätsond 3 fors in i ett hål 5 i vågledaren l från ovansidan, på ett avstånd av en fiärdedels våglängd in i vågledaren l, och utgör en kvartsvågsantenn 3. cvartswågs- antennen 3 är ansluten, t. ex. via en koaxialkabel 7 till en mätenhet 9, såsom en ef- fektmätare eller en basstationssimulatorenhet. På ett avstånd av en fjärdedels våg- längd in i vågledaren 1, på samma sida som mätantennen, finns ett hål 11 anordnat att motta en antenn 13 som skall testas. Antennema kan också föras in från motstå- ende sidor.

I stället för en kvartsvågsantenn kan en annan typ av antenn användas, såsom en Iâmalltßllll.

I den visade utfóringsformen är antennen 13 som skall testas ansluten till en enhet 15, som kan vara en mobiltelefon. För att testa mobiltelefonens 15 sändning, alstrar mobiltelefonen 15 en signal som registreras av antennen 3 och skickas genom en koaxialkabel till mätenheten 9. När i stället mobiltelefonens 15 mottagarfunktion skall testas, skickas i stället en signal från antennen 3. Mobiltelefonen 15 mäter den mottagna signalstyrkan och sänder digitala data, t.ex. till en dator for att visa resul- 11311611.

I den i figur 2 visade utfóringsforrnen är vågledarens ändar stängda, och vågorna som reflekteras vid ändarna utnyttjas genom att det säkerställs att de har samma fas som den direkta signalen så att de läggs till denna signal. Fasen är frekvensberoende och för att maximera vågledarens bandbredd är det fördelaktigt att i stället eliminera den reflekterade signalen.

Detta kan göras såsom visat i figur 3, genom att täcka vågledarens ändar med ett material som dämpar signalen. Endast en ända av vågledaren 21 visas, innefattande en kvartsvågsantenn 23 för att registrera signalen. Antennen 23 är ansluten till en mätutrustning (ej visad). Vågledarens ända är täckt av ett material 25 som absorbe- rar effekten så att reflexionema effektivt elimineras. 10 15 20 25 30 515 126 7 Figur 4 visar ett armat sätt att minimera den reflekterade signalen. Som i figur 3 vi- sas endast ändan av en vågledare 31, innefattande en antenn 35 för att registrera signalen. Vågledaren innefattar också en så kallad pick-up-antenn 37 för att plocka upp den reflekterade signalen. Pick-up-antennen 37 är anordnad på ett avstånd av en halv våglängd från den korta ändan och är ansluten till en lastmotstånd 39 i vilken den av antennen 37 mottagna effekten absorberas.

Figur 5 visar en utföringsform av uppfinningen som är användbar om enheten som skall testas bör anordnas inuti vågledaren och är för stor för vågledaren som an- vänds. Vågledarens tvärsnitt ökas i mitten av dess längdriktiiing, i båda dimensio- nema, för att bilda en homsektion som fimgerar som en antenn för användning i mikrovågsområdet. Enheten som skall testas (ej visad) anordnas i hornsektionen i mitten, och mätantenner (ej visade) kan anordnas i en eller båda ändsektioner. Änd- sektionerna kan ha olika längd, tex. i beroende av våglängdema som skall mätas i dem.

Hornsektionens utformning är väl känd för fackmannen. Hornsektionens vinkel mot vågledarens längdaxel bör inte vara för stor. I praktiken bör denna vinkel inte överstiga 30 grader, så att hornsektionens totala vinkel inte överstiger 60 grader.

Alla fyra sidorna kan utvidgas i homsektionen, eller endast två motstående sidor, beroende på dimensionerna av enheten som skall placeras i hornsektionen.

Figur 6 visar en utföringsforrn av uppfinningen som är lämplig för att testa två- bandstelefoner. Sådana telefoner blir mer och mer vanliga, t.ex. för GSM och DECT-standarderna, med användning av frekvensema 900 MHz resp. 1800 MHz.

Dessa två frekvensband kan vanligtvis inte testas i samma vågledare.

I figur 6 är egentligen två vågledare 101, 103 sammanfogade i en homformig sek- tion 105. Den första vågledarens 101 dimensioner är anpassade till DECT- standarden och den andra vågledarens 103 dimensioner är anpassade till GSM- standarden. Den andra vågledarens 103 dimensioner är därför de samma som dis- 10 15 20 515 126 8 kuterades ovan för GSM. Enheten 107 som skall testas placeras i homsektionen 105 mellan vågledarna 101, 103. En antenn 111, 113 anordnas i var och en av vågledar- na, för att registrera signalerna som sänds ut från enheten 107 i det aktuella fre- kvensbandet. Antennen 111, 113 anordnas på ett avstånd från vågledarens ände av huvudsakligen en ijärdedels våglängd av signalen som skall mätas. Såsom nämnt ovan, kan avståndet tillåtas avvika mer om ändarna är täckta med ett dämpande material än om kortändarna reflekterar. Antennema 111, 113 är anslutna till mätut- rustning 115, 117. Som tidigare kan antennemas fimktion givetvis ändras så att en- hetens 107 mottagníngsegenskaper testas. I detta fall sänder var och en av antenner- na lll, 113 ut en signal i det lämpliga fiekvensbandet och signalen som mottas i enheten 107 mäts. I detta fall måste en mätanordning (ej visad) vara ansluten till en- heten 107.

Figur 7 är ett flödesschema över hur en antenn kan testas enligt uppfinningen: Steg S1: För in antennen som skall testas i det därför avsedda hålet i vågledaren.

Steg S2: Alstra en testsignal med användning av signalgeneratom ansluten till testsändarantennen.

Steg S3: Mät efiekten som mottas i antennen som testas. Upprepa stegen S l-S3 för olika signalfrekvenser tills mätningar har utförts i hela det önskade frekvensornrådet.

Kalibrering Innan dessa mätningar kan utföras måste testutrustningen kalibreras, för att kom- pensera för dämpningen i vågledaren. Kalibreringen bör utföras med användning av en kalibreringsanordning med känd känslighet, av samma typ som den som skall testas. Anordningen anordnas i vågledaren på samma sätt som enheten som skall testas, och signaler med känd signalstyrka sänds ut av mätsonden 3. Signalstyrkan mäts i kalibreringsanordningen och resultatet matas ut till en enhet, vanligtvis en dator. Alternativt sänder kalihreringsanordningen ut en signal med en känd signal- styrka, och Signalstyrkan som mottas i mätsonden 3 mäts. I båda fallen beräknar 10 15 20 25 30 515 '126 9 datorn en kalibrerlngskonstant baserad på förhållandet mellan utsignalens styrka och den mottagna signalstyrkan.

Kalibreringskonstantema som fås från mätningarna används för korrektioner i sena- re tester. Noggrannheten i placeringen av den testade enheten och mottagarantennen påverkar mätnoggrannheten.

Figur 8 är ett flödesschema över hur mätanordningen kalibreras enligt uppfinning- CIII Steg S11: För in kalibreringsantennen i hålet avsett för en antenn som skall testas.

Steg S12: Sänd ut en testsignal.

Testsignalen kan alstras med hjälp av en signalgenerator ansluten till mätsonden och överföras av mätsonden, eller den kan alstras och sändas ut av kalibreringsanordningen. I det första fallet mottas den av kalibre- ringsanordningen, i det senare fallet mottas den av mätsonden.

Steg S 13: Mät den mottagna signalstyrkan.

Steg S14: Skall flera frekvenser mätas? Om ja, gå till steg S15, om nej, gå till steg S 16.

Steg S15: Ändra testsignalens sändningsfrekvens. Gå till steg S12.

Steg S 16: Beräkna kalibreringskonstantema utifrån den utsända och den mottagna signalstyrkan.

Antennen 13 som skall testas förs in i hålet ll. Om antennen 13 är för kort kan det vara önskvärt att föra in en del av enheten 15 till vilken antennen hör i vågledaren 1.

Detta skulle dock kräva ett större hål 11, vilket skulle leda till en effektförlust. Om enheten som skall testas är gjord av metall och täcker hålet är förlusten vanligtvis försumbar. Det är också möjligt att innesluta hela vågledaren i en metallåda som håller kvar läckenergin. Hålens orientering är också viktig. Ett kvadratiskt hål, eller ett avlångt hål tvärs vågledaren orsakar stora förluster. Ett avlångt hål längs vägle- darens långsida orsakar praktiskt taget ingen förlust alls. 10 15 im 515 126 10 Diskussionen ovan har koncentrerats på vågledare i TE 1,0-mod med rektangulärt tvärsnitt. Givetvis kan andra typer av vågledare också användas. Användning av t.ex. en ryggvågledare ökar vågledarens relativa bandbredd, vilket möjliggör test- ning av ett större frekvensområde med samma vågledare. Om det är nödvändigt att t.ex. minska dess storlek kan vågledaren böjas till en L-form eller en U-fonn. Den fimgerar dock fortfarande på samma sätt som en konventionell vågledare såsom diskuterat ovan.

Avståndet mellan antennema får inte vara för litet, eftersom fältet omedelbart om- kring sändarantennen inte är pålitligt. Efter kalibrering bör avståndet hållas huvud- sakligen konstant, dvs. variationen bör hållas inom några få millimeter. Avståndet är speciellt viktigt om vågledarens kortsidor reflekterar signalen. Om signalen ab- sorberas vid ändarna är avståndet mindre laitiskt.

Ett lämpligt metall för vågledaren är mässing, som är förhållandevis billigt och lätt att bearbeta och löda. Det är väl känt att andra metaller såsom aluminium, magnesi- urn eller silver kan användas i stället.

I exemplen ovan är alla antennema införda från samma sida. Införingssidan beror på typen av antenn, dvs. vilken typ av fält som alstras. E- och H-faltens riktningar i en- heten som testas måste sammanfalla med riktningama som kan utbredas inuti våg- ledaren.

Claims (10)

10 15 N 25 30 o v - | . n o u c v ou 515 126 i??ïfíÜifi¿fi2¿{ 11 Patentkrav

1. l. Anordning för att testa en mottagare och/eller sändare av elektromagnetiska vå- gor, vilken anordning innefattar: en ihålig metallkropp (1; 101; 103) dimensionerad så att den fungerar som en våg- ledare för de elektromagnetiska vågorna, innefattande ett hål (5) för att uppta en testantenn (3; 111; 113), ett hål (11) för att uppta enheten (13; 107) som skall testas, en testantenn (3) införd i hålet (5), anordnad att anslutas till en signalgenerator eller en signalmätningsanordning.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att den ihåliga metallkroppens tvär- snitt är rektangulärt.

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknad av att hålen (5, 1 1) för inforandeav test- antennen (3; 111, 1 13) och enheten (l3; 107) som skall testas är anordnade på samma sida av vågledaren och att denna sida är en av de två största sidoma av våg- ledaren.

4. Anordning enligt krav 3, kännetecknad av att de av metallkroppens sidor som inte innefattar hålen (5, 11) är fullständigt hela.

5. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att hålen (5, 11) for införande av testantennen (3; lll, 113) och antennen (13; 107) som skall testas är anordnade på ett avstånd från metallkroppens motstående kortsidor av *A av våg- längden.

6. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att hålen (5, ll) för införande av testantennen (3; 111, 113) och antennen (l3; 107) som skall testas löper i metallkroppens längdriktning. 10 15 20 25 30 u o o | a. e o 51 5 126 i? ~ -.1= - ÉÄÉÉ f' 12

7. .Ånordnin a.. ..- g enligt na om av föregående krav, kännetecknad av att testantennen (3) och signalgeneratorn eller mätanordningen (9) är anslutna genom en koaxialka- bel (7).

8. Anordning för att testa en mottagare och/eller sändare av elektromagnetiska vå- gor, kännetecknad av att den innefattar: en första ihålig metallkropp (101) dimensionerad så att den fungerar som en vågle- dare för de elektromagnetiska vågoma i ett första frekvensområde, innefattande ett hål för att uppta en första testantenn (111), en andra ihålig metallkropp (103) dimensionerad så att den fungerar som en vågle- dare för de elektromagnetiska vågorna i ett andra frekvensområde, innefattande ett hål för att uppta en andra testantenn (113), en sektion som förbinder nämnda första (101) och andra (103) ihåliga metallkropp, vilken sektion innefattar ett hål for att motta enheten (l3; 107) som skall testas, var- vid varje testantenn är anordnad att anslutas till en signalgenerator eller signalmä- taranordning (115, 117).

9. Förfarande för att testa en antenns sändarfunktion, kännetecknat av stegen att: antennen förs in i ett hål i en vågledares därtill lämpade sida, en testantenn införs från samma eller motsatta sidan av vågledaren, en signal med en väl definierad signalstyrka sänds ut från antennen, signalstyrkan som mottas i testantennen registreras.

10. Förfarande för att testa en antenns mottagarfunktion, kännetecknat av stegen att: antennen förs in i ett hål i en vågledares därtill lämpade sida, en testantenn införs från samma eller den motstående sidan av vågledaren, en signal med en väl definierad signalstyrka sänds ut från testantennen, signalstyrkan som mottas i antennen registreras. 515 126 .. 1,3 l 1. Förfarandc enligt krav 9 eller lO, kännetecknat av steget att bearbeta den mott- unno olrrnalch/r nn HPrOPfiIlP HV Ylfllflflfß Llnfitaflnfl kflllbfeflngsdata.. uöllu J1öLAu1uuJ¿L\u.LA A uv;v~-;uv n- ~.--c-~ rr G g