一种天线测试方法和设备技术

本申请提供了一种天线测试方法和设备，该测试设备包括：探头阵列，用于设置幅度和相位使发射的信号在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波；并在测试时，接收和发射信号；信号处理单元，用于将所述探头阵列接收的信号进行功率控制、信号合成和信号滤波处理，并将处理结果输出值测试仪表以测试天线的射频指标。该方案能够在较近的距离和较低的成本下，实现远场和紧缩场的测试能力。

An Antenna Test Method and Equipment

【技术实现步骤摘要】
一种天线测试方法和设备
本专利技术涉及无线通信
，特别涉及一种天线测试方法和设备。
技术介绍
新一代5G(第五代)移动技术需要在有限的频段内实现更高的频谱效率，以提升小区容量和用户体验速率。3GPP(第三代伙伴计划)讨论并引入了Massive(大规模)MIMO(多输入多输出)技术，6GHz以下频段基站通过采用64通道，128或192阵子，同时并行传输高达16流的独立数据，相比传统的第四代移动通信技术，基站的峰值速率提升8倍。而5G引入的毫米波无线通信设备，通过采用更高频段、更大带宽与MassiveMIMO技术，可实现峰值速率的进一步抬升。在4G及之前的基站的天线测试多采用无源OTA(空口)测试方式，可以通过远场、近场、紧缩场等测试方法，得到被测件的方向图、增益、前后比等指标。基站的射频单元测试，多采用射频线缆直接连接的传导方式进行。由于5G设备射频单元与天线的连接更紧密，所以传统无源测试方式无法直接用于5G基站。由于上述原因，MassiveMIMO的射频测试采用OTA方式已逐渐成为共识。测试指标包括传统天线OTA指标，如：测试发射功率、接收灵敏度、增益、方向性、波瓣宽度、前后比等，还包括传统采用传导手段测试的射频指标，如EVM、ACLR、OBUE等。3GPP规定的5G基站设备测试可采用以下测试场地方案：直接远场：被测基站设备与测试探头的测试距离超过2D2/λ，其中D为被测基站天线的口面尺寸，λ为被测基站的工作波长。由于5G基站体积较大，通过2D2/λ计算的远场较远，所以其暗室和测试系统造价昂贵。紧缩场：为了减少暗室尺寸，紧缩场使用高精度反射面，通过反射面的对电磁波的反射实现准平面波效果。紧缩场反射面对形变要求高，场地要求恒温恒湿，反射面价格昂贵，维护要求高。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种天线测试方法和设备，能够在较近的距离和较低的成本下，实现远场和紧缩场的测试能力。为解决上述技术问题，本申请的技术方案是这样实现的：在一个实施例中，提供了一种天线测试设备，该测试设备包括：探头阵列，用于设置幅度和相位使发射的信号在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波；并在测试时，接收和发射信号；信号处理单元，用于将所述探头阵列接收的信号进行功率控制、信号合成和信号滤波处理，并将处理结果输出值测试仪表以测试天线的射频指标。在另一个实施例中，提供了一种天线测试方法，应用于包括所述测试设备、测试仪和被测天线的测试系统中，所述方法包括：部署测试系统，将所述测试设备和被测天线置于微波暗室中，所述测试设备的探头阵列垂直放置，且与被测天线来波方向垂直；被测天线的相位中心坐标位于静区中心；进行测试时，被测天线按照预设方式旋转或移动；测试设备通过探头阵列向被测天线发送信号，并处理通过探头阵列接收到的信号；测试仪获取测试设备处理后的信号，测量天线的射频指标。由上面的技术方案可见，上述实施例中探头阵列的幅度和相位可调，能够不重组测试设备的情况下，满足多种测试需要，并且通过调整幅度和相位能够在静区生成满足测试要求的平面波，进而能够在较近的距离和较低的成本下，实现远场和紧缩场的测试能力。附图说明以下附图仅对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围：图1为本申请实施例中被测天线为无源天线的天线测试系统示意图；图2为本申请实施例中被测天线为有源天线的天线测试系统示意图。图3为本申请实施例中一测试设备的结构示意图；图4为本申请实施例中一指定静区幅度分布示意图；图5为本申请实施例中一指定静区相位分布示意图；图6为本申请实施例中另一测试设备的结构示意图；图7为本申请实施例中探头阵列的结构示意图；图8为本申请实施例中一体化有源探头的结构示意图；图9为静区校验示意图；图10为本申请实施例中天线测试流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图并举实施例，对本专利技术的技术方案进行详细说明。本申请实施例中提供一种天线测试系统，在部署测试系统时，针对被测天线是有源天线和无源天线分别部署测试系统。参见图1，图1为本申请实施例中被测天线为无源天线的天线测试系统示意图。参见图2，图2为本申请实施例中被测天线为有源天线的天线测试系统示意图。图1和图2中的测试系统包括的设备是相同的，均包括测设设备、被测天线和测试仪。测试设备和被测天线置于微波暗室，被测天线置于转台、机械臂等设备上，通过转台控制器控制转台、机械臂等设备来实现天线设备的旋转或移动。转台控制器和测试仪置于微波暗室之外；置于微波暗室的测试设备和被测天线之间的位置关系为：测试设备的探头阵列垂直放置，且与被测天线来波方向垂直；被测天线的相位中心坐标位于静区中心。图1中的被测天线为无源天线，即当被测天线为无源天线时，所述测试仪可以为矢量网络分析仪、信号源频谱仪，或信号源与功率计的组合等；所述测试仪的一端(B端口)通过射频线连接被测天线，另一端(C端口)通过射频线连接测试设备，被测天线通过端口A连接测试仪。图2中的被测天线为有源天线，当被测天线为有源天线时，所述测试仪为频谱分析仪或功率计。测试仪仅通过射频线与测试设备连接即可。本申请实施例具体实现时，还可以通过一台PC连接测试仪，来读取测试仪测量的指标信息，测试的指标信息可以为：被测天线的方向图、增益、EIRP、EIS等。还可以将被测天线安装在转台、机械臂等设备上，以便在微波暗室的被测天线能够转动和移动。在微波暗室外，可以设置转台控制器，来控制转台、机械臂等设备的移动和转动，也可以不设置，使转台、机械臂等设备按照预设速率移动。转台控制器可以是可操作的设备，也可以通过一台PC操作、控制。其中，图1和图2中的测试设备的具体实现如下：参见图3，图3为本申请实施例中一测试设备的结构示意图。该测试设备包括：探头阵列和信号处理单元；探头阵列，用于设置幅度和相位使发射的信号在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波；并在测试时，接收和发射信号；可以预先计算出符合测试要求的幅度和相位，具体计算方法可以，但不限于如下实现：使用如下公式进行优化：其中，N为一体化有源探头的个数，M为针对静区位置均匀抽样的点的个数，xm为静区中抽样的第m个点的位置坐标x、ym为静区中抽样的第m个点的位置坐标y、xn为第n个一体化有源探头的位置坐标x、yn为第n个一体化有源探头的位置坐标y，z＝d为探头与被测天线之间的距离，其中设目标电场E为幅度相同相位一致的数值，将所有探头和优化区域坐标带入公式，得到带有ω的M×N个方程，使用目标软件优化该方程组，得到N个ω值，即幅度相位对应的值。假设被测天线的频点为3.5GHz，坐标设目标电场E为幅度相同相位相等的数值等于1，M＝36，N＝36。探头阵列摆放至特定坐标内，将所有探头坐标和静区坐标带入公式，得到带有ω的36×36个方程，使用目标软件优化该方程组，得到n个ω值，即幅度相位调整单元数值。可由公式计算得到一体化有源探头的幅度和相位调整值，如下表1和表2；表1为ω幅度数值对应的内容；表2为ω相位数值对应的内容。0.521.031.251.231.080.511.113.004.214.453.081.001.144.456.926.804.341.161.254.456.41本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线测试设备，其特征在于，该测试设备包括：探头阵列，用于设置幅度和相位使发射的信号在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波；并在测试时，接收和发射信号；信号处理单元，用于将所述探头阵列接收的信号进行功率控制、信号合成和信号滤波处理，并将处理结果输出值测试仪表以测试天线的射频指标。

【技术特征摘要】
1.一种天线测试设备，其特征在于，该测试设备包括：探头阵列，用于设置幅度和相位使发射的信号在预设频带范围内，以及指定的静区内形成符合测试要求的平面波；并在测试时，接收和发射信号；信号处理单元，用于将所述探头阵列接收的信号进行功率控制、信号合成和信号滤波处理，并将处理结果输出值测试仪表以测试天线的射频指标。2.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述测试设备进一步包括：控制单元，用于接收上位机发送的指令，通过电信号控制所述探头阵列和所述信号处理单元的工作状态。3.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述探头阵列至少包括两个一体化有源探头和探头位置调整单元，其中，一体化有源探头与探头位置调整单元一一对应；所述一体化有源探头，用于设置幅度和相位；所述探头位置调整单元，用于安装并调整对应的一体化有源阵列的位置和角度。4.根据权利要求3所述的测试设备，其特征在于，所述一体化有源探头包括：有源探头、幅相模块和极化模块；所述有源探头，用于接收和发射信号；所述幅相模块，用于设置信号的幅度和相位，有信号发射和接收时，按照设置的幅度和相位调整对应的信号；所述极化模块，用于设置有源探头的极化。5.根据权利要求4所述的测试设备，其特征在于，所述幅相模块，进一步用于接收到所述控制单元发送的更新后的幅度和相位时，更新设置的幅度和相位；所述极化模块，用于接收到所述控制单元发送的调整探头的极化的指令时，根据指令内容调整极化。6.一种天线测试方法，其特征在于，应用于包括权利要求1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：任宇鑫，潘冲，吴翔，李雷，张翔，徐菲，魏贵明，郭宇航，张宇，陈凯，杨思远，郭凤然，朱颖，孙浩，
申请(专利权)人：中国信息通信研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11