天线测试设备及天线测试系统的制作方法

1.本技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种天线测试设备及天线测试系统。


背景技术：

2.无线通信基站分为射频部分与天线部分，其中，天线的设计和方向图的测量总是相辅相成，密不可分。在5g移动通信之前，智能天线的通道数最多是8通道，具有固定的覆盖范围，相应的方向图测试简单且快速。但是，随着massive mimo(大规模天线)和波束赋形技术的引入，为了能够使终端用户随时享受高速率，基站需要生成多种波束，并随着用户的移动，波束角度需要发生变化。这样massive mimo天线通道数可能达到32或64，甚至更多。
3.为了实现多通道天线的方向图测试，基站的射频部分采用幅度及相位加权的方法，但是在天线设计及生产阶段，无法加入基站的射频部分，故多通道天线的方向图测试需要一个能够模拟基站射频部分对天线进行幅度及相位加权激励的设备。
4.相关技术中，为了调整天线阵列中每个阵元的加权系数，以产生具有指向性的波束，即在天线每个阵元之间形成有规律的幅度相位差，往往采用不等分功分网络或者电桥网络构成波束形成网络，以达到波束赋形的目的。
5.如图1所示，不等分功分网络中，信号进入第一级的等分功分器(对应图1中的一分二等分功分器)后，等功率等相位进入第二级，第二级不等分功分器(对应图1中的一分二不等分功分器)可以将信号按照不同的功率比进行分配，第三级射频开关(对应图1中的开关1至开关4)与第五级射频开关(对应图1中的开关5至开关8)可以选择不同的微带移相线，微带移相线可以分为多组，根据不同的相位差设计，实现不同角度的波束。
6.由于不等分功分网络的微带移相线为无源设计，原理上是通过改变物理长度来改变相位，其相位精度受到频率的限制，高精度下一般为窄频段，且微带移相线需要人工调试，如果采用宽带设计，又会降低各个测试频段下的测试精度；在天线实际测试过程中，往往需要测试多组波束权值，不等分功分网络受到硬件设计限制，无法灵活改变相位。此外，若波束形成网络基于电桥网络，例如，butler(巴特勒)矩阵，往往会随着波束种类增多，设计难度增大，而且其幅度不可调，如果设计多款电桥网络，则在测试时每次都需要更换，降低测试效率。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本技术实施例提供了一种天线测试设备及天线测试系统，旨在对天线施加幅度及相位激励，提高天线方向图测试的效率。
8.本技术实施例的技术方案是这样实现的：
9.本技术实施例提供了一种天线测试设备，包括：
10.多个一级射频合路器，所述多个一级射频合路器的输入端形成m条射频通道，用于接收待测多通道天线的原始射频信号；
11.二级射频合路器，连接各所述一级射频合路器的输出端，用于将各所述一级射频
合路器的输出信号合并后输出；
12.可调衰减器和可调移相器，所述可调衰减器和所述可调移相器成对设置于各所述射频通道上；
13.驱动控制器，连接各所述射频通道上的所述可调衰减器和所述可调移相器，用于配置各所述射频通道上的所述可调衰减器的幅度调节参数和所述可调移相器的相位调节参数；
14.其中，m为大于或等于所述待测多通道天线的通道数的自然数，一路所述原始射频信号对应一条所述射频通道；所述二级射频合路器的输出信号用于传输给信号分析仪。
15.在一些实施例中，各所述一级射频合路器的输入路数均为n，m为n与所述一级射频合路器的数量的乘积，其中，n为大于1的自然数。
16.在一些实施例中，所述可调衰减器的幅值衰减范围为0～120db。
17.在一些实施例中，所述可调移相器的移相范围为0～360
°
。
18.在一些实施例中，至少一个所述一级射频合路器及相应的所述可调衰减器和可调移相器集成在同一印制电路板上。
19.在一些实施例中，所述驱动控制器包括：
20.主控制器，用于生成配置指令；
21.第一驱动模块，连接所述主控制器，用于基于所述配置指令驱动各所述可调衰减器；
22.第二驱动模块，连接所述主控制器，用于基于所述配置指令驱动各所述可调移相器。
23.在一些实施例中，所述主控制器设置用于与上位机进行通讯的通讯接口，基于所述上位机发送的配置信息生成所述配置指令。
24.在一些实施例中，所述天线测试设备还包括：电源模块，用于供电给所述驱动控制器。
25.在一些实施例中，所述天线测试设备还包括：信号放大器，连接所述二级射频合路器的输出端，用于将所述二级射频合路器的输出信号放大后输出给所述信号分析仪。
26.本技术实施例还提供了一种天线测试系统，包括本技术实施例所述的天线测试设备及用于基于所述天线测试设备的输出信号进行信号测试的信号分析仪。
27.本技术实施例提供的技术方案，在多个一级射频合路器的输入端形成的各射频通道上均设置可调衰减器和可调移相器，各一级射频合路器的输出信号经二级射频合路器合并后输出，便于满足待测多通道天线的通道数的测试需求；此外，经驱动控制器配置各射频通道上的可调衰减器和可调移相器，可以实现待测多通道天线中各通道的幅度及相位的调节，从而实现多频段、多种波束权值的调节，且相较于手动更换波束形成网络，可以提高测试效率。
附图说明
28.图1为相关技术中不等分功分网络的结构示意图；
29.图2为本技术实施例天线测试设备的结构示意图；
30.图3为本技术实施例另一天线测试设备的结构示意图；
31.图4为本技术实施例驱动控制器的结构示意图。
32.附图标记说明：
33.1、一级射频合路器；2、二级射频合路器；3、一级射频通道；4、二级射频通道；5、可调衰减器；6、可调移相器；7、信号放大器。
具体实施方式
34.下面结合附图及实施例对本技术再作进一步详细的描述。
35.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
36.相关技术中，不等分功分网络受到硬件设计限制，无法灵活改变相位；而butler矩阵，往往会随着波束种类增多，设计难度增大，而且其幅度不可调，在测试时每次都需要更换，降低测试效率。基于此，本技术各种实施例中，为了满足多通道天线(例如，通道数可能达到32或者64甚至更多的天线阵列)的测试需求，提供了一种天线测试设备，能够满足多通道天线中各通道的幅度及相位的调节，从而实现测试过程中天线多频段、多种波束权值的任意调节。
37.如图2所示，本技术实施例提供了一种天线测试设备，包括：多个一级射频合路器1、二级射频合路器2及驱动控制器(图2中未示出)；其中，多个一级射频合路器1的输入端形成m条射频通道，用于接收待测多通道天线的原始射频信号。这里，一级射频合路器1的输入端形成的射频通道又称为一级射频通道3，各一级射频通道3用于接收待测多通道天线中一条通道的原始射频信号。各一级射频合路器1的输出端形成二级射频通道4，二级射频合路器2连接各一级射频合路器1的输出端，用于将各一级射频合路器1的输出信号合并后输出，即二级射频合路器2将各二级射频通道4的信号合并后输出。
38.本技术实施例中，各一级射频通道3上均设置可调衰减器5和可调移相器6，即可调衰减器5和可调移相器6成对设置于各一级射频通道3上。可以理解的是，可调衰减器5为可以控制输入的射频信号的幅度的元器件，可调移相器6为可以控制输入的射频信号的相位的元器件。同一通道中可调衰减器5和可调移相器6的设置位置可以互换，示例性地，如图2所示，原始射频信号依次经可调衰减器5、可调移相器6后传递至一级射频合路器1内。这里，各一级射频通道3上的可调衰减器5和可调移相器6均可以由驱动控制器进行配置，从而可以动态调节一级射频通道3上的射频信号的幅度和相位。具体地，驱动控制器连接各一级射频通道3上的可调衰减器5和可调移相器6，用于配置各一级射频通道3上的可调衰减器5的幅度调节参数和可调移相器6的相位调节参数，从而使得待测多通道天线中各通道的幅度及相位均可以调节，从而实现多频段、多种波束权值的调节，且相较于手动更换波束形成网络，可以提高测试效率，降低测试成本。
39.本技术实施例中，一级射频通道3的通道数m为大于或等于待测多通道天线的通道数的自然数，一路原始射频信号对应一条一级射频通道3；二级射频合路器2的输出信号用于传输给信号分析仪(图中未示出)。示例性地，信号分析仪可以基于二级射频合路器2的输出信号拟合出待测多通道天线的方向图，从而实现待测多通道天线的方向图测试。
40.可以理解的是，本技术实施例天线测试设备可以对通道数在m及以下的多种待测
多通道天线进行方向图测试，从而可以共用一台测试设备实现多频段、多种波束的权值调节，降低测试成本。此外，采用本技术实施例天线测试设备，可以由驱动控制器配置各一级射频通道3上的可调衰减器5的幅度调节参数和可调移相器6的相位调节参数，无需人工调试，从而可以在搭建好测试的硬件环境后，即可开始测试，利于提高测试效率。
41.可以理解的是，本技术实施例天线测试设备中一级射频通道3的通道数m可以随着待测多通道天线的通道数的变化进行扩展，比如，新增一级射频合路器1，使得m为大于或等于待测多通道天线的通道数的自然数，从而满足待测多通道天线的测试需求。尤其适合对massive mimo天线进行方向图测试。
42.示例性地，各一级射频合路器1的输入路数均为n，m为n与一级射频合路器1的数量的乘积，其中，n为大于1的自然数。如此，可以使得各一级射频合路器1的型号统一，便于批量化制造天线测试设备。
43.如图3所示，各一级射频合路器1的输入路数均为n，一级射频合路器1的数量为n，n为大于1的自然数，n的数量可以根据测试需求进行合理扩展。一级射频通道3的数量为n*n，且各一级射频通道3上的射频信号可以由相应的可调衰减器5进行幅度调节和可调移相器6进行相位调节，一级射频通道3上的射频信号经一级射频合路器1合并后输出；二级射频通道4的数量为n，二级射频合路器2将n路二级射频通道4的信号合并后输出。
44.实际应用中，考虑到信号衰减的影响，在二级射频合路器2之后还增加信号放大器7，该信号放大器7连接二级射频合路器2的输出端，用于将二级射频合路器2的输出信号放大后输出给信号分析仪，以补偿信号传递过程中的衰减，便于后续测试。示例性地，信号放大器7可以为低噪声放大器，低噪声放大器的具体结构可以参照现有技术，在此不再赘述。
45.示例性地，可调衰减器5的幅值衰减范围为0～120db(分贝)。这里，各可调衰减器5可以基于驱动控制器配置的幅度调节参数确定相应的幅值衰减值，即可调衰减器5的幅值衰减值可以由程序设定来调节。
46.示例性地，可调移相器6的移相范围为0～360
°
。这里，各可调移相器6可以基于驱动控制器配置的相位调节参数确定相应的移相值，即可调移相器6的移相值可以由程序设定来调节。
47.可以理解的是，驱动控制器可以基于程序独立地调节各可调衰减器5的幅值衰减值和各可调移相器6的移相值，从而实现各一级射频通道3对应的幅值和相位的任意调节。
48.在一些实施例中，如图4所示，驱动控制器包括：主控制器、第一驱动模块及第二驱动模块，其中，主控制器用于生成配置指令；第一驱动模块连接主控制器，用于基于配置指令驱动各可调衰减器5；第二驱动模块连接主控制器，用于基于配置指令驱动各可调移相器6。
49.在一些实施例中，主控制器设置用于与上位机进行通讯的通讯接口，基于上位机发送的配置信息生成配置指令。示例性地，上位机和主控制器可以通过千兆网络连接，采用tcp/ip(传输控制协议/互联网协议)socket(套接字)通信协议进行指令下发和上传。这里，主控制器可以采用应用专用集成电路(asic，application specific integrated circuit)、数字信号处理器(dsp，digital signal processor)、可编程逻辑器件(pld，programmable logic device)、复杂可编程逻辑器件(cpld，complex programmable logic device)、现场可编程逻辑门阵列(fpga，field programmable gate array)、通用处理器、
控制器、微控制器(mcu，micro controller unit)、微处理器(microprocessor)等实现。主控制器接收到上位机下达的配置信息后，主控制器对配置信息进行解析，然后发出底层控制信号(即配置指令)给第一驱动模块和第二驱动模块。从而由第一驱动模块驱动各可调衰减器5，由第二驱动模块驱动各可调移相器6。
50.示例性地，第一驱动模块和第二驱动模块可以采用驱动芯片的结构。可调衰减器5和可调移相器6均为数字芯片，第一驱动模块连接各可调衰减器5，第二驱动模块连接各可调移相器6，主控制器可以基于一级射频通道3的通道号控制相应的可调衰减器5和可调移相器6。
51.在一应用示例中，各一级射频通道3具有通道号(比如，通道1～通道m)；各可调衰减器5和可调移相器6亦具有与通道编号对应的id(身份标识)号(比如，可调衰减器1～m和可调移相器1～m)。如此，可以基于一级射频通道3的通道号独立控制各通道上的可调衰减器5和可调移相器6，从而实现各通道的幅度及相位的独立调节。
52.在一些实施例中，至少一个一级射频合路器1及相应的可调衰减器5和可调移相器6集成在同一印制电路板上。比如，各一级射频合路器1与相应的可调衰减器5和可调移相器6集成在同一印制电路板上，构成一个独立的射频单元，从而便于一级射频合路器1的扩展。这里，一级射频合路器1可以为双路合路器(两进一出)、三路合路器(三进一出)、四路合路器(四进一出)等，本技术对此不做具体限定。在其他实施例中，还可以将两个或者两个以上的一级射频合路器1及相应的可调衰减器5和可调移相器6集成在同一印制电路板上。可以理解的是，二级射频合路器2的输入路数与二级射频通道4的数量对应。
53.在一些实施例中，天线测试设备还包括：电源模块，用于供电给驱动控制器。示例性地，如图4所示，电源模块可以由220v ac(交流)供电，外部电源进入电源模块后，可以供电给驱动控制器及前述的一级射频合路器1、二级射频合路器2、可调衰减器5和可调移相器6。
54.由以上描述可以得知，本技术实施例天线测试设备通过集成可调衰减器5与可调移相器6，替代微带移相线或电桥网络的设计，实现幅度及相位任意可调，从而可以实现待测多通道天线的多频段、多种波束的权值的调节，利于提高测试效率。此外，采用多个一级射频合路器1和二级射频合路器2配合，构建了一级射频通道3、二级射频通道4，从而可以与待测多通道天线的通道数对应，且可调衰减器5及可调移相器6与一级射频通道3一一对应，可以基于通道编号实现幅值及相位的调节，从而便于实现各种波束权值，实现相应波束权值下的方向图测试。
55.本技术实施例还提供了一种天线测试系统，包括本技术实施例的天线测试设备及用于基于天线测试设备的输出信号进行信号测试的信号分析仪。这里，信号分析仪可以接收天线测试设备的输出信号，拟合出待测多通道天线的方向图，从而实现对待测多通道天线的方向图测试。由于采用本技术实施例的天线测试设备，可以实现待测多通道天线中各通道的幅度及相位的调节，从而在测试过程中实现多频段、多种波束权值的调节，且相较于手动更换波束形成网络，可以提高测试效率。
56.需要说明的是：“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
57.另外，本技术实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
58.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。