一種在片天線的電性能測(cè)試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在片天線的電性能測(cè)試系統(tǒng)，還涉 及一種在片天線的電性能測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子信息技術(shù)、通信技術(shù)及集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，目前無(wú)線通信系統(tǒng)特 別是高速近距離無(wú)線通信系統(tǒng)紛紛向著更高的頻段發(fā)展。隨著頻率的提高，波長(zhǎng)越來(lái)越短， 相應(yīng)器件的體積尺寸就可以更小，因此片上系統(tǒng)獲得了快速發(fā)展和應(yīng)用。
[0003] 傳統(tǒng)天線測(cè)試技術(shù)針對(duì)的被測(cè)對(duì)象是采用同軸、波導(dǎo)等標(biāo)準(zhǔn)接口形式的各類天 線，而這類測(cè)試技術(shù)并不適用于各種沒(méi)有獨(dú)立饋電接口的在片天線的測(cè)試。在片天線測(cè)試 技術(shù)為解決各種在片天線電性能測(cè)試提供了有效手段：采用了探針饋電，利用顯微鏡及簡(jiǎn) 易探針臺(tái)輔助進(jìn)行在片天線的夾持及探針同天線觸點(diǎn)的精確接觸，可有效解決各種在片天 線的饋電問(wèn)題；配合專門設(shè)計(jì)的3軸轉(zhuǎn)臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)E面、H面主極化和交叉極化方向圖以及 立體方向圖的測(cè)試；配合饋電損耗的校準(zhǔn)補(bǔ)償及標(biāo)準(zhǔn)天線比對(duì)，可實(shí)現(xiàn)在片天線的增益測(cè) 試。
[0004] 對(duì)于片上系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的各類在片天線，其電性能特性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著重要的 影響，因此需要對(duì)各類在片天線的性能特性進(jìn)行測(cè)試。
[0005] 傳統(tǒng)天線測(cè)試技術(shù)針對(duì)的被測(cè)對(duì)象是采用同軸、波導(dǎo)等標(biāo)準(zhǔn)接口形式的各類天 線，通常采用標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)、近場(chǎng)等測(cè)試方法，圖1所示為標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試方法的技術(shù)方案框圖， 下面詳細(xì)介紹：
[0006] 對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試，收發(fā)天線應(yīng)處于彼此的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，兩個(gè)天線的距離需滿足R多2D2/ A，其中D為天線口徑的最大尺寸，X是天線的工作波長(zhǎng)。如圖1所示，發(fā)射天線固定在 發(fā)射支架上，信號(hào)源產(chǎn)生的射頻微波信號(hào)通過(guò)射頻電纜送到發(fā)射天線，發(fā)射天線對(duì)準(zhǔn)待測(cè) 天線并將信號(hào)輻射出去；待測(cè)天線通過(guò)支架固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，待測(cè)天線接收發(fā)射天線輻射的 信號(hào)并通過(guò)電纜送到接收機(jī)接收處理，得到天線的幅度信息，主控計(jì)算機(jī)通過(guò)總線對(duì)測(cè)試 設(shè)備進(jìn)行控制，并獲取測(cè)試數(shù)據(jù)；在主控計(jì)算機(jī)控制下，轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)待測(cè)天線旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)測(cè) 試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，可以得到待測(cè)天線在不同角度、方位接收到的幅度信息；在完成數(shù)據(jù)采集 后，主控計(jì)算機(jī)通過(guò)繪圖處理可直接得到待測(cè)天線的方向圖特性。對(duì)于增益測(cè)試，該標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn) 場(chǎng)天線測(cè)試技術(shù)的測(cè)試方法為：系統(tǒng)首先通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)選擇尋找待測(cè)天線的最大輻射方向，將 待測(cè)天線的最大輻射方向?qū)?zhǔn)發(fā)射天線，并記下此時(shí)測(cè)量到的幅度值；再利用標(biāo)準(zhǔn)增益天 線替換待測(cè)天線，通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)選擇尋找標(biāo)準(zhǔn)增益天線的最大輻射方向，并記錄對(duì)應(yīng)的測(cè)量值； 通過(guò)對(duì)比兩次測(cè)量的幅度值，再通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)天線的增益值，即可得到待測(cè)天線的增益值， 這就是標(biāo)準(zhǔn)天線比較的增益測(cè)試方法。
[0007] 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)天線測(cè)試方法，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、直接，準(zhǔn)確度也比較高。
[0008] 近場(chǎng)天線測(cè)試是一種間接的天線性能特性測(cè)試方法，其原理是利用近場(chǎng)測(cè)量探頭 在距離待測(cè)天線較近的某一面內(nèi)（通常距離3~5 X )接收被測(cè)天線輻射近場(chǎng)的幅度、相位 數(shù)據(jù)，再利用FFT變換實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)幅相數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的變換，得到待測(cè)天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。 如圖2所示，待測(cè)天線固定在支架上，測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口同待測(cè)天線連接，近場(chǎng)探頭圍 繞待測(cè)天線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)近場(chǎng)探頭運(yùn)動(dòng)軌跡面的不同，可分為平面近場(chǎng)測(cè)試，柱面近場(chǎng)測(cè)試和 球面近場(chǎng)測(cè)試。
[0009]天線測(cè)試多采用上述標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試方法和近場(chǎng)測(cè)試方法。這兩類測(cè)試方法針對(duì)的 都是采用同軸、波導(dǎo)等標(biāo)準(zhǔn)饋電接口的各類天線，沒(méi)有考慮到各種在片天線測(cè)試的特殊性。 對(duì)于在片天線，一方面體積尺寸非常小，因此傳統(tǒng)的天線固定方式無(wú)法滿足夾持的要求，需 要采取輔助夾持手段；另一方面天線也沒(méi)有獨(dú)立的接頭可供連接，傳統(tǒng)測(cè)試方法無(wú)法進(jìn)行 饋電，因此無(wú)法獲取待測(cè)天線的測(cè)試信息；另外傳統(tǒng)天線測(cè)試系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方式、增益測(cè)試方 式也不適合在片天線的測(cè)試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明公開了一種在片天線的電性能測(cè)試系統(tǒng)及方法，通過(guò)一種基于探針饋電和 "L"型懸臂轉(zhuǎn)臺(tái)的在片天線的測(cè)試方法，解決了各種在片天線的夾持、饋電、測(cè)試及校準(zhǔn)等 問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)在片天線駐波比、主極化和交叉極化方向圖、立體方向圖以及增益等電性能參 數(shù)的精確測(cè)試。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0012] 一種在片天線的電性能測(cè)試系統(tǒng)，毫米波測(cè)試系統(tǒng)包括：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀2、毫米 波控制機(jī)3、三工器4、毫米波接收模塊5、S參數(shù)測(cè)試模塊6,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生和接收測(cè)量；
[0013] 毫米波探針10通過(guò)波導(dǎo)管9連接到輸出端口 6 ;
[0014] 探針臺(tái)系統(tǒng)7、顯微鏡系統(tǒng)8相互配合，實(shí)現(xiàn)探針觸點(diǎn)和在片天線19的饋電點(diǎn)之間 的可靠接觸；
[0015]3軸轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)包括：下方位轉(zhuǎn)臺(tái)13、第一 L型懸臂14、第二L型懸臂15、俯仰轉(zhuǎn)臺(tái) 16、上方位轉(zhuǎn)臺(tái)17、以及轉(zhuǎn)臺(tái)控制器12 ;在3軸轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部位的軸心處，安裝旋 轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)11 ;3軸轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的上方位安裝了毫米波接收模塊5,毫米波接收模塊5的輸入端口 處安裝接收喇叭天線18,接收喇叭天線18對(duì)準(zhǔn)球心處的在片天線；
[0016] 主控計(jì)算機(jī)1對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制；
[0017] 在片天線放置在探針臺(tái)系統(tǒng)的承片臺(tái)上并固定，保持在片天線處于轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn) 的球心位置；利用顯微鏡系統(tǒng)的顯微放大作用，將毫米波探針的觸點(diǎn)同在片天線的饋電觸 點(diǎn)接觸上；毫米波測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生的毫米波信號(hào)通過(guò)S參數(shù)測(cè)試模塊的輸出端口經(jīng)由毫米波 探針后饋送到在片天線，并經(jīng)在片天線輻射出去；毫米波接收模塊固定在上方位并同轉(zhuǎn)臺(tái) 系統(tǒng)一起旋轉(zhuǎn)，在球面的各個(gè)位置接收幅相信號(hào)，得到待測(cè)在片天線的方向圖特性。
[0018]可選地，所述三工器成對(duì)使用，在毫米波接收模塊中也集成有三工器；三工器中包 括DC、IF和LO三路不同頻段的濾波器，實(shí)現(xiàn)DC、IF和本振信號(hào)的合并和分離。
[0019]可選地，所述毫米波控制機(jī)送出的DC和LO信號(hào)經(jīng)三工器后送到毫米波接收模塊， 為毫米波接收模塊提供直流供電和本振信號(hào)，毫米波接收模塊產(chǎn)生的中頻信號(hào)通過(guò)接收模 塊內(nèi)的三工器送出，在毫米波控制機(jī)端通過(guò)三工器中的IF濾波路徑提取出中頻信號(hào)。
[0020] 基于上述的在片天線的電性能測(cè)試系統(tǒng)，本發(fā)明還提供了一種增益測(cè)試方法，包 括以下步驟：
[0021] 步驟（1)，波導(dǎo)插入損耗測(cè)量；
[0022] 步驟（2)，標(biāo)準(zhǔn)增益天線輻射電平測(cè)量；
[0023]步驟（3)，毫米波探針插入損耗測(cè)量；
[0024]步驟（4)，待測(cè)在片天線輻射電平測(cè)量；
[0025]步驟（5)，路徑損耗誤差計(jì)算；
[0026] 步驟（6)，待測(cè)在片天線增益計(jì)算。
[0027] 可選地，所述波導(dǎo)插入損耗測(cè)量的步驟具體包括：
[0028] 首先，在S參數(shù)測(cè)試模塊的輸出端口連接轉(zhuǎn)接波導(dǎo)，其后連接的標(biāo)準(zhǔn)增益天線最 大輻射方向?qū)?zhǔn)接收喇叭天線，轉(zhuǎn)接波導(dǎo)輸出端口連接波導(dǎo)短路片；
[0029] 然后，設(shè)置系統(tǒng)為掃頻測(cè)試，測(cè)試參數(shù)為S11 ;
[0030] 接下來(lái)，通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀顯示屏幕觀察時(shí)域曲線，找到短路片對(duì)應(yīng)的反射信 號(hào)，對(duì)該信號(hào)時(shí)域加門，濾除其它反射信號(hào)的影響；
[0031] 記錄下此時(shí)的頻域數(shù)據(jù)，得到一組反射信號(hào)的幅度值，該數(shù)據(jù)為系統(tǒng)進(jìn)行不同頻 率測(cè)試時(shí)修正的基礎(chǔ)，提取頻率F對(duì)應(yīng)的幅度值Li (dB)。
[0032] 可選地，所述標(biāo)準(zhǔn)增益天線輻射電平測(cè)量的步驟具體包括：
[0033] 首先，去除轉(zhuǎn)接波導(dǎo)上的短路片，換上標(biāo)準(zhǔn)增益天線，標(biāo)準(zhǔn)增益天線的增益值 (dB)已知；
[0034] 然后，設(shè)置系統(tǒng)為點(diǎn)頻測(cè)試，頻率值為F，測(cè)試參數(shù)為S21;
[0035] 接下來(lái)，微調(diào)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的俯仰軸，找到