一种在片天线的电性能测试系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种在片天线的电性能测试系统，毫米波测试系统包括：矢量网络分析仪、毫米波控制机、三工器、毫米波接收模块、S参数测试模块，实现信号的产生和接收测量；毫米波探针通过波导管连接到S参数测试模块的输出端口；探针台系统、显微镜系统相互配合，实现探针触点和在片天线的馈电点之间的可靠接触；3轴转台系统包括下方位转台、第一L型悬臂、第二L型悬臂、俯仰转台、上方位转台以及转台控制器；3轴转台系统的上方位安装了毫米波接收模块，毫米波接收模块的输入端口处安装接收喇叭天线，接收喇叭天线对准球心处的在片天线；主控计算机对整个系统进行控制。本发明专利技术实现了在片天线驻波比、方向图特性及增益的准确测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波测试
，特别涉及一种在片天线的电性能测试系统，还涉 及一种在片天线的电性能测试方法。
技术介绍
随着电子信息技术、通信技术及集成电路技术的飞速发展，目前无线通信系统特 别是高速近距离无线通信系统纷纷向着更高的频段发展。随着频率的提高，波长越来越短， 相应器件的体积尺寸就可以更小，因此片上系统获得了快速发展和应用。 传统天线测试技术针对的被测对象是采用同轴、波导等标准接口形式的各类天 线，而这类测试技术并不适用于各种没有独立馈电接口的在片天线的测试。在片天线测试 技术为解决各种在片天线电性能测试提供了有效手段：采用了探针馈电，利用显微镜及简 易探针台辅助进行在片天线的夹持及探针同天线触点的精确接触，可有效解决各种在片天 线的馈电问题；配合专门设计的3轴转台，可实现E面、H面主极化和交叉极化方向图以及 立体方向图的测试；配合馈电损耗的校准补偿及标准天线比对，可实现在片天线的增益测 试。 对于片上系统中广泛应用的各类在片天线，其电性能特性对整个系统有着重要的 影响，因此需要对各类在片天线的性能特性进行测试。 传统天线测试技术针对的被测对象是采用同轴、波导等标准接口形式的各类天 线，通常采用标准远场、近场等测试方法，图1所示为标准远场测试方法的技术方案框图， 下面详细介绍： 对于远场测试，收发天线应处于彼此的远场区，两个天线的距离需满足R多2D2/ A，其中D为天线口径的最大尺寸，X是天线的工作波长。如图1所示，发射天线固定在 发射支架上，信号源产生的射频微波信号通过射频电缆送到发射天线，发射天线对准待测 天线并将信号辐射出去；待测天线通过支架固定在转台上，待测天线接收发射天线辐射的 信号并通过电缆送到接收机接收处理，得到天线的幅度信息，主控计算机通过总线对测试 设备进行控制，并获取测试数据；在主控计算机控制下，转台带动待测天线旋转，再通过测 试设备进行测试，可以得到待测天线在不同角度、方位接收到的幅度信息；在完成数据采集 后，主控计算机通过绘图处理可直接得到待测天线的方向图特性。对于增益测试，该标准远 场天线测试技术的测试方法为：系统首先通过转台选择寻找待测天线的最大辐射方向，将 待测天线的最大辐射方向对准发射天线，并记下此时测量到的幅度值；再利用标准增益天 线替换待测天线，通过转台选择寻找标准增益天线的最大辐射方向，并记录对应的测量值； 通过对比两次测量的幅度值，再通过对比标准天线的增益值，即可得到待测天线的增益值， 这就是标准天线比较的增益测试方法。 对于标准远场天线测试方法，其特点是简单、直接，准确度也比较高。 近场天线测试是一种间接的天线性能特性测试方法，其原理是利用近场测量探头 在距离待测天线较近的某一面内（通常距离3~5 X )接收被测天线辐射近场的幅度、相位 数据，再利用FFT变换实现近场幅相数据到远场数据的变换，得到待测天线的远场方向图。 如图2所示，待测天线固定在支架上，测试系统通过标准接口同待测天线连接，近场探头围 绕待测天线运动，根据近场探头运动轨迹面的不同，可分为平面近场测试，柱面近场测试和 球面近场测试。天线测试多采用上述标准远场测试方法和近场测试方法。这两类测试方法针对的 都是采用同轴、波导等标准馈电接口的各类天线，没有考虑到各种在片天线测试的特殊性。 对于在片天线，一方面体积尺寸非常小，因此传统的天线固定方式无法满足夹持的要求，需 要采取辅助夹持手段；另一方面天线也没有独立的接头可供连接，传统测试方法无法进行 馈电，因此无法获取待测天线的测试信息；另外传统天线测试系统的旋转方式、增益测试方 式也不适合在片天线的测试。
技术实现思路
本专利技术公开了，通过一种基于探针馈电和 "L"型悬臂转台的在片天线的测试方法，解决了各种在片天线的夹持、馈电、测试及校准等 问题，可实现在片天线驻波比、主极化和交叉极化方向图、立体方向图以及增益等电性能参 数的精确测试。 本专利技术的技术方案是这样实现的： 一种在片天线的电性能测试系统，毫米波测试系统包括：矢量网络分析仪2、毫米 波控制机3、三工器4、毫米波接收模块5、S参数测试模块6,实现信号的产生和接收测量； 毫米波探针10通过波导管9连接到输出端口 6 ; 探针台系统7、显微镜系统8相互配合，实现探针触点和在片天线19的馈电点之间 的可靠接触；3轴转台系统包括：下方位转台13、第一 L型悬臂14、第二L型悬臂15、俯仰转台 16、上方位转台17、以及转台控制器12 ;在3轴转台系统的3个转动部位的轴心处，安装旋 转关节11 ;3轴转台系统的上方位安装了毫米波接收模块5,毫米波接收模块5的输入端口 处安装接收喇叭天线18,接收喇叭天线18对准球心处的在片天线； 主控计算机1对整个系统进行控制； 在片天线放置在探针台系统的承片台上并固定，保持在片天线处于转台系统旋转 的球心位置；利用显微镜系统的显微放大作用，将毫米波探针的触点同在片天线的馈电触 点接触上；毫米波测试系统产生的毫米波信号通过S参数测试模块的输出端口经由毫米波 探针后馈送到在片天线，并经在片天线辐射出去；毫米波接收模块固定在上方位并同转台 系统一起旋转，在球面的各个位置接收幅相信号，得到待测在片天线的方向图特性。可选地，所述三工器成对使用，在毫米波接收模块中也集成有三工器；三工器中包 括DC、IF和LO三路不同频段的滤波器，实现DC、IF和本振信号的合并和分离。可选地，所述毫米波控制机送出的DC和LO信号经三工器后送到毫米波接收模块， 为毫米波接收模块提供直流供电和本振信号，毫米波接收模块产生的中频信号通过接收模 块内的三工器送出，在毫米波控制机端通过三工器中的IF滤波路径提取出中频信号。 基于上述的在片天线的电性能测试系统，本专利技术还提供了一种增益测试方法，包 括以下步骤： 步骤（1)，波导插入损耗测量； 步骤（2)，标准增益天线辐射电平测量；步骤（3)，毫米波探针插入损耗测量；步骤（4)，待测在片天线辐射电平测量；步骤（5)，路径损耗误差计算； 步骤（6)，待测在片天线增益计算。 可选地，所述波导插入损耗测量的步骤具体包括： 首先，在S参数测试模块的输出端口连接转接波导，其后连接的标准增益天线最 大辐射方向对准接收喇叭天线，转接波导输出端口连接波导短路片； 然后，设置系统为扫频测试，测试参数为S11 ; 接下来，通过矢量网络分析仪显示屏幕观察时域曲线，找到短路片对应的反射信 号，对该信号时域加门，滤除其它反射信号的影响； 记录下此时的频域数据，得到一组反射信号的幅度值，该数据为系统进行不同频 率测试时修正的基础，提取频率F对应的幅度值Li (dB)。 可选地，所述标准增益天线辐射电平测量的步骤具体包括： 首先，去除转接波导上的短路片，换上标准增益天线，标准增益天线的增益值 (dB)已知； 然后，设置系统为点频测试，频率值为F，测试参数为S21; 接下来，微调转台系统的俯仰轴，找到当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在片天线的电性能测试系统，其特征在于：毫米波测试系统包括：矢量网络分析仪(2)、毫米波控制机(3)、三工器(4)、毫米波接收模块(5)、S参数测试模块(6)，实现信号的产生和接收测量；毫米波探针(10)通过波导管(9)连接到S参数测试模块(6)输出端口；探针台系统(7)、显微镜系统(8)相互配合，实现探针触点和在片天线(19)的馈电点之间的可靠接触；3轴转台系统包括：下方位转台(13)、第一L型悬臂(14)、第二L型悬臂(15)、俯仰转台(16)、上方位转台(17)以及转台控制器(12)；在3轴转台系统的3个转动部位的轴心处，安装旋转关节(11)；3轴转台系统的上方位安装了毫米波接收模块(5)，毫米波接收模块(5)的输入端口处安装接收喇叭天线(18)，接收喇叭天线(18)对准球心处的在片天线；主控计算机(1)对整个系统进行控制；在片天线放置在探针台系统的承片台上并固定，保持在片天线处于转台系统旋转的球心位置；利用显微镜系统的显微放大作用，将毫米波探针的触点同在片天线的馈电触点接触上；毫米波测试系统产生的毫米波信号通过S参数测试模块的输出端口经由毫米波探针后馈送到在片天线，并经在片天线辐射出去；毫米波接收模块固定在上方位并同转台系统一起旋转，在球面的各个位置接收幅相信号，得到待测在片天线的方向图特性。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚海，赵锐，常庆功，年夫顺，杜刘革，周杨，胡大海，唐敬双，殷志军，张文涛，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37