專利名稱：測試無線設備的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測試無線設備的方法和裝置。本發(fā)明特別涉及測試無線設備的射頻特性。
背景技術：
射頻設備的使用，特別是便攜式設備，例如移動電話和無線電接收機，已顯著地增加。很多標準和協(xié)議規(guī)定了這些設備的特性。對發(fā)射和接收射頻信號的特定設備的特性設置了給定的限制。設備的發(fā)射功率和任何散射輻射的變化都會被發(fā)現(xiàn)。因此，在設備的制造階段，能夠可靠并容易地測試上述變化很重要。這能夠檢測任何故障設備或需要調整的設備。當潛在故障設備被進行操作時，也自然存在類似的測試要求。
因此，測試無線設備的射頻特性，特別是測試信號的發(fā)射和接收，是十分重要的。然而，所述測試在技術上是非常具有挑戰(zhàn)性的。射頻測試像普通的測試一樣，應盡可能免除干擾地進行。例如，在測試移動電話時，必須校準電話的發(fā)射功率，必須測量在給定的射頻功率電平下的傳輸信號的誤碼率，也必須進行其他的射頻測量。無線信號的傳播特性造成測試設計中的大部分問題。信號測量應當盡可能免除干擾地進行。
在大部分現(xiàn)有技術方案中，無線設備測試中使用的射頻測量是基于接觸測量法的。在這些方法中，設備的射頻特性是基于觸頭(contact)測量的，例如將測量電纜放入附加的天線連接器中，或者沒有天線連接器時，將觸頭放入設備的外部天線中。天線或整個設備可以封入例如由導電材料制成的柔性外殼中。這些方法的問題在于其有損耗并對校準非常敏感，以及觸頭在使用中磨損。另外，由于即使一次制造也會產生技術特性和外觀都各不相同的各種模型，所以對于每個模型，測量裝置和觸頭都必須不同。由于損耗性和觸頭的磨損，這些測量不能很好地可重復。
已公開的美國專利US 5,619,213和US 2002/0,127,971都披露了測量裝置，其中具有外部天線的終端的天線被放置在由導電材料制成的空腔中。這些方案會產生輻射損耗，并要求被測的設備包括外部天線。
已公開的美國專利US 6,215,448披露了一種同軸適配器裝置。該方案適用于具有外部天線和與射頻緊密相關的并用吸收材料覆蓋的腔室的被測設備。在此方案中，輻射和耦合損耗也很嚴重。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種改進的測試無線設備的方法和裝置。這可通過下述測試無線設備的裝置實現(xiàn)，該測試無線設備的裝置包括兩端封閉的波導管，包括用于支撐無線設備的支架，其中無線設備至少部分地位于波導管內部，留在波導管外部的無線設備的輻射部分全部位于支架內部。在該裝置中，波導管包括一個或多個脊，至少一個脊的一端傾斜地面向支架；以及一個位于波導管內部的耦合器，用于使用寬帶傳播模式發(fā)射和接收射頻信號。
本發(fā)明還涉及一種測試無線設備的方法，其中被測的無線設備通過支架安裝成至少部分地位于兩端封閉的波導管內部。在波導管內通過至少一個脊產生寬帶傳播模式，至少一個脊的一端傾斜地面向支架，射頻信號使用寬帶傳播模式在無線設備和安裝在波導管內的耦合器之間發(fā)射和接收。
在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的方案中，利用波導管執(zhí)行射頻測試。波導管是導電材料管(或涂有導電材料的管)，其中射頻信號以電磁波方式傳播。通過用與管壁相應的材料封閉波導管的兩端形成腔室。波導管的截面通常是一些簡單的幾何形狀。
波導管包括開口，其中優(yōu)選地，帶有把手的支架適合于無線設備。由于支架，無線設備可以被安裝在波導管內部，以使設備至少部分地在波導管內部。留在波導管外部的無線設備的部分位于支架內。選擇支架的尺寸和支架把手的長度以防止射頻輻射通過支架傳播到波導管以外。理想的情況下，支架可以建成封閉的。支架可以具有小的開口或控制機構，能夠在測量期間控制無線設備。波導管包括一個或多個耦合器，用于發(fā)射和接收射頻信號。優(yōu)選地，耦合器耦合到測量裝置。耦合器可以用探針、線圈或膜片實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實例的方法和裝置具有許多優(yōu)點。射頻測量可以無輻射損耗地執(zhí)行。其實現(xiàn)也不需要與被測設備有任何機械接觸來測量射頻輻射。這使得測量的可重復性很好。其實現(xiàn)也對無線設備的位置不敏感。波導管可以用很低的成本實現(xiàn)。測量裝置的校準也可以自動實現(xiàn)。
本裝置適合于測試無線設備，例如移動電話、尋呼機及類似設備。這些設備不需要具有外部天線或突出于設備主體的物體，而天線也可以集成在設備內部。同樣的波導管結構可以用于測試多種不同的設備。優(yōu)選地，設備的支架針對每個設備的類型分別選擇。例如，在GSM900、GSM1800、PCS1900、WCDMA和CDMA無線系統(tǒng)中使用的移動電話可以用本裝置測試。被測的設備可以是便攜式設備，例如移動電話，但該方案也適用于其他非便攜式的設備。這種情況下，無線設備輻射射頻的部分通過支架至少部分地位于波導管內部，留在波導管外部的輻射部分留在支架內部。


以下，參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖1示出了一套測試裝置的實例；圖2A和2B說明本發(fā)明裝置的實例；圖3A到3F示出了波導管的截面形狀的實例；圖4說明矩形波導管中的不同波形；圖5說明使用本發(fā)明裝置的測量；圖6說明本發(fā)明裝置的校準。
具體實施例方式
參考圖1說明一套測試裝置的實例。該裝置包括測量設備100，用于處理射頻信號。優(yōu)選地，測量設備包括兩個輸入/輸出端口102，104，通過該端口能夠發(fā)射和接收射頻信號以及向被測的設備發(fā)射控制指令。這樣的測量設備本身在本領域內是公知的。該裝置還包括控制器106，用于通過總線122控制測量設備的操作?？刂破骺梢允抢鐜в袦y量軟件的計算機或另一個測量單元。該裝置還包括波導管108，其包括支架110，通過該支架，被測的無線設備112或其輻射部分至少部分地插入波導管內部。波導管還包括至少一個位于波導管內的探針114，用于發(fā)射和接收射頻信號。探針114例如用同軸電線116連接到測量設備。被測的設備也可以例如用電線118連接到測量設備，以傳輸控制和測試信息?？刂破?06也可以通過總線120連接到被測設備以控制和收集測試信息。
該裝置還包括其他組件。當該裝置用于測試大量的無線設備時，很大部分的功能可以自動完成。例如，被測的無線設備的更換可以通過機械手自動進行?？刂破鞯臏y量軟件可以通過控制測量設備100和通過總線122，120控制被測的設備自動執(zhí)行大量的測量。支架110還可以包括位于被測的無線設備關鍵處的小的開口，使得無線設備在檢測期間能夠手動地，例如通過機械手，進行調整。
圖2A和2B通過簡化的圖說明根據(jù)一個實施例的裝置的實例。圖2A是波導管108的側視圖。圖2B是波導管108的頂視圖。波導管108可以實現(xiàn)為兩端200，202封閉的管子。管子可以是金屬的或者是涂有導電物質的材料的，例如涂有金屬的塑料或陶瓷。在波導管的一側，波導管包括用于支架110的開口230。支架110用于支撐便攜式無線設備112至少部分地位于波導管108內部，留在波導管外部的無線設備112的部分全部位于支架內部。支架可以是金屬的或是涂有導電物質的材料的。優(yōu)選地，無線設備位于波導管內部，以使無線設備的天線部分位于波導管內部。這樣，設備最好可以在波導管內發(fā)射和接收信號。所有的設備都沒有外部天線，天線被集成在設備內部。波導管特別適用于測試這樣的設備。支架也可實現(xiàn)為支架和無線設備全部位于波導管內部。
支架110的尺寸，即從波導管中突出的支架部分的寬度204、厚度206和長度208根據(jù)被測設備的尺寸選擇。支架的截面形狀符合被測無線設備的外部尺寸，并且選擇從波導管中突出的支架部分的長度，以使射頻輻射不會從支架與波導管相反的一端傳播出來。這是基于支架的尺寸很小，使得波導管內存在的波形不能在支架中傳播，即支架的“截止”，即支架內部的斬波頻率高于波導管內存在的波形的頻率。優(yōu)選地，支架的主體在終端112下面延伸出一點226。這樣的支架結構提供的優(yōu)點是當支架的底部不是封閉的時候，射頻輻射不會傳播到波導管外部。這增加了例如當幾套測試裝置被放置得彼此十分接近時測量結果的準確性。由于輻射不會傳播到波導管外部，因此設備不會相互干擾。支架與波導管相反的一端也可以用由導電物質制成的或涂有導電物質的蓋子封閉。在這種情況下，可以對封閉支架內的任何電纜118、120提供引入線。如果支架的一端不是封閉的，則優(yōu)選地，電纜118，120在其到支架的套筒(mantle)處接地。這消除了非期望場的產生。
支架110可以與波導管分離，方便了被測設備112的更換。優(yōu)選地，波導管108和支架110相互配合，這樣能夠自動拆下和重裝支架。因此，波導管包括用于支架的開口230，開口的邊緣可以包括適當?shù)木o固元件(圖2A和2B中未示出)。每一次，支架都安裝在相對于波導管同樣的位置和同樣的深度。這在例如對不同的無線設備進行重復測量時非常重要，因為這保證了設備位于相同的位置，從而測量結果彼此具有可比性。
另外，支架的結構可以使被測的設備放置在不同的位置上，例如相對于垂直軸。這允許從不同的方向進行測量。
優(yōu)選地，對于每個不同類型或不同尺寸的被測設備，可以制作特殊的支架，以保證尺寸的適應性。
波導管108還包括探針114的引入線210。探針將在波導管內傳播的波形傳輸?shù)脚c測量設備相連的同軸電線116內。探針還將從測量設備發(fā)射的信號耦合到波導管。
因此，波導管不需要很緊密地封閉，因為與射頻信號相關的密閉性是基于斬波頻率的。在波導管內傳播的波形不能沿著具有足夠小尺寸的路徑傳播。因此，支架和探針的引入線都不會造成射頻信號嚴重泄漏到環(huán)境中。
在波導管內，射頻波以具有不同傳播速率和不同場分布的不同波形傳播。通常使用可能最低次的波形，并且限制頻帶，以防止隨后的波形的傳播。
波導管的尺寸，即長度220、寬度222和高度224，影響波導管中存在的波形。波導管的寬度222確定在波導管中傳播的基頻范圍。而長度和高度影響頻帶的寬度。這些因素是本領域技術人員公知的，因此波導管的尺寸在此不再贅述。
寬帶和/或多波段操作可以通過利用不同的波導管幾何形狀和/或波導管內部不同的傳播模式實現(xiàn)。通過選擇不同的波導管108的截面形狀，可以影響波導管內存在的波形。圖3A到3E給出了波導管的截面實例。矩形(圖3A)，圓形(圖3B)或橢圓形(圖3C)的截面可需要幾種傳播模式以實現(xiàn)多波段操作。脊狀截面(圖3D和3E)能夠在可用帶寬的一個傳播模式中達到最高4∶1的比率(上限頻率與下限頻率的比，即800與3200MHz)。如果是矩形截面，則矩形的邊通常是1∶2的比率，但其他的尺寸也是可以的，例如正方形。
圖3F詳細地說明一個實施例。在此實施例中，波導管包括一端是矩形的截面，該截面在波導管的縱軸方向上保持給定的長度300。在縱軸方向上，在波導管的中間是波導管的高度或寬度或兩者都增加的部分302。波導管的另一端在縱軸方向上也保持給定的長度304。用于被測設備的支架位于部分304。但是為清楚起見，在圖中未示出。
波導管包括在縱軸方向上的一個或多個脊，至少一個脊在支架側的一端是傾斜的。在圖3F的例子中，波導管包括一個脊306，固定在波導管的管壁上。脊包括位于支架側的一端的斜面308。
波導管的脊、脊的傾斜以及截面形狀實現(xiàn)了波導管內的寬帶傳播模式。傳播模式足夠廣泛，覆蓋超過一個移動電話頻帶。例如，一個寬帶傳播模式實現(xiàn)的典型頻率范圍是0.8到2.2GHz。因此，同樣的裝置可以用于測試多個頻帶，即GSM、UMTS或WCDMA系統(tǒng)使用的頻帶。這大大節(jié)約了測量成本。
為提高傳播模式的寬帶特性，也可以在波導管內使用不同的方案。在一個實施例中，波導管在支架側的一端可以包括一個或多個由導電材料制成的、固定在波導管的內表面的支柱310A到310D。這些支柱只在其一端與波導管接觸。這些支柱用于吸收有害的波形。至少一個支柱的一端固定在與一個脊固定的相同的波導管的管壁上。
在一個實施例中，吸收材料312固定在支架側的一端的波導管的內表面上。例如，單層或多層的吸收材料可以像一個或多個條狀物一樣固定在波導管的一個管壁的內表面上。吸收材料吸收波導管內有害的波形。
圖2A和2B示出了一個探針114，其引入線置于與支架所在的相同的管壁上。不同類型的幾個耦合器也可以安裝在波導管內。這包括例如能夠磁耦合的線圈，能夠耦合到另一個波導管的膜片。幾個耦合器可以用于獨立地測量不同的波形。圖2B以例子的方式示出了與探針114垂直放置的線圈228。
圖4說明在具有矩形截面的波導管400內出現(xiàn)的兩個不同的波形。在圖中用附圖標記402表示基波TE10，在圖中用附圖標記404表示二次諧波TE20。波形的最大值對應波導管中的不同點?；ㄔ诓▽Ч艿闹虚g有一個最大值，而二次諧波在波導管的中間的兩側對稱地有兩個最大值。這可以用于放置電極，即在中間設置測量基波的探針408，在二次諧波的第二個最大值點設置測量二次諧波的探針410。
在無線設備測試過程開始時，被測設備112被放入與波導管108分離的支架110中。任何電纜可選地通過支架引入線連接到設備。然后，支架110通過鄰近波導管開口的緊固元件固定在波導管108的開口處。在第二可選方案中，設備安裝在固定在波導管的支架內部。在這種情況下，被測設備至少部分地設置在波導管內部，設備的天線部分實質上位于波導管內部而留在波導管外部的部分全部位于支架內部。
然后，測量設備可以執(zhí)行各種測量。無線設備112可以通過控制器116、測量設備100或設備的鍵盤控制為發(fā)射狀態(tài)，設備的天線將射頻功率輻射到波導管內。波導管內的一個或多個探針114或線圈用于幾乎無損耗地接收設備發(fā)射的信號，接收到的信號通過電纜116傳輸?shù)綔y量設備100。同樣地，無線設備112可以控制為接收狀態(tài)，測量設備可以通過探針發(fā)射信號到波導管。無線設備接收信號，并被控制測量信號以及向測量設備或控制器報告測量結果。
圖5說明了利用本裝置執(zhí)行的測量。該圖示出了一個給定被測設備的測量結果。水平軸示出了被測的頻率范圍800MHz到2.2GHz，其中同時包括打算用于移動電話的幾個頻帶。垂直軸示出了信號衰減分貝。曲線500是在自由空間中測量的被測設備的適應曲線。另外，輻射效率作為頻率的函數(shù)從天線測量，它表明天線上的損耗。適應曲線和輻射效率可以用于確定天線輻射的功率。曲線502示出了在自由空間中天線的相對輻射效應。曲線504描述了測試裝置測量的相應參數(shù)。曲線502和504的差別主要是由于測試裝置的損耗，部分是由于裝置對天線(負載)的影響。這個差別可以通過校準測量消除，之后該裝置可用于直接測量可與自由空間的測量值比較的結果。
下面利用圖6討論校準本裝置的方法。裝置的校準對于測量結果來說是必需的過程。校準用于找出系統(tǒng)的特性和任何損耗，如電纜116上的損耗。在校準時，代替被測設備的參考單元600被放入支架110中，該參考單元與被測的無線設備類似并包括接地的天線電路602。測量設備從TX端口通過電纜116向探針114發(fā)射已知信號。探針114將信號604輻射到波導管108。參考單元接收信號，并由于接地的天線，將信號馬上同樣地反射回去606。探針114將反射的信號傳輸回電纜116。定向觸頭608耦合到電纜116上，其將接收到的反射的信號傳輸?shù)綔y量設備的RX輸入端。因為饋入信號和接收信號已通過同一個傳播路徑傳輸，所以可以通過比較這兩個信號確定電纜衰減。在計算時，考慮定向觸頭608造成的衰減。
該校準可以自動進行。例如，在測試大量的無線設備的情況下，在被測的無線設備機械地例如通過機器人放入支架和從支架取出的情況下，測量設備可以被編程以總是以給定的間隔(例如以一百次測量的間隔)將參考單元放入支架中并進行校準。這保證了被測無線設備的測量結果具有可比性。
雖然在上面根據(jù)附圖就實例對本發(fā)明進行了描述，但很明顯本發(fā)明并不局限于此，還可以在所附權利要求披露的發(fā)明思想內采用多種方式修改。
權利要求
1.一種測試無線設備(112)的裝置，包括兩端封閉的波導管(108)，和用于支撐無線設備(112)的支架(110)，其中無線設備至少部分地位于波導管(108)內部，留在波導管外部的無線設備的輻射部分全部位于支架(110)內部，其特征在于，所述波導管包括一個或多個脊，至少一個脊的一端傾斜地面向支架；以及位于所述波導管內部的一個耦合器(114)，用于使用寬帶傳播模式發(fā)射和接收射頻信號。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述波導管在所述支架側的一端包括一個或多個由導電物質制成的支柱，固定在所述波導管的內表面。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述支柱只在其一端與所述波導管接觸。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，至少一個支柱的一端被固定在與一個脊固定的相同的波導管的管壁上。
5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，吸收材料被固定在所述波導管在所述支架側的一端的內表面上。
6.如權利要求5述的裝置，其特征在于，單層或多層吸收材料如同一個或多個條狀物被固定在所述波導管的內表面上。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述支架(110)的截面形狀符合被測的無線設備(112)的外部尺寸；選擇所述支架(110)的長度(208)以防止射頻輻射從所述支架與所述波導管相反的一端傳播出去。
8.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述支架(110)與所述波導管相反的一端是封閉的。
9.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述支架(110)用于支撐無線設備(112)位于所述波導管內部，所述無線設備的天線部分位于所述波導管內部。
10.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述波導管的截面根據(jù)期望的被測頻率范圍選擇。
11.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括在所述波導管內傳播到測量設備的射頻輻射的電或磁耦合器。
12.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述耦合器通過探針、線圈或膜片實現(xiàn)。
13.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述支架包括在被測的無線設備的關鍵處的小的開口。
14.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，被測的無線設備耦合通過電纜(120，118)傳輸?shù)剿鲈O備的控制信號；所述支架包括電纜的引入線。
15.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述支架(110)可分離地附在所述波導管(108)上。
16.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述波導管(108)包括開口(230)和支架(110)的緊固元件。
17.一種測試無線設備(112)的方法，其中，被測的無線設備(112)通過支架(110)安裝成至少部分地位于兩端封閉的波導管(108)內部，其特征在于，在所述波導管內通過至少一個脊產生寬帶傳播模式；至少一個脊的一端傾斜地面向所述支架；以及使用所述寬帶傳播模式在所述無線設備(112)和安裝在所述波導管(118)內的耦合器(114)之間發(fā)射和接收射頻信號。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述耦合器(114)使在所述波導管內傳播的射頻信號適應連接到射頻測量設備(110)的同軸電纜(116)。
19.如權利要求17所述的方法，其特征在于，在所述無線設備(112)和至少一個放置在所述波導管(108)內的線圈(228)之間發(fā)射和接收射頻信號，所述線圈將信號能量傳輸?shù)今詈系剿鼍€圈的測量設備(100)。
20.如權利要求17所述的方法，其特征在于，在所述無線設備(112)和至少一個放置在所述波導管(108)內的探針(228)之間發(fā)射和接收射頻信號，所述探針將信號能量傳輸?shù)今詈系剿鎏结樀臏y量設備(100)。
21.如權利要求17所述的方法，其特征在于，利用具有接地的天線電路的參考單元(500)執(zhí)行測試裝置的校準。
22.如權利要求17所述的方法，其特征在于，一個或多個由導電材料制成的支柱被固定在所述波導管在所述支架側的一端的內表面。
23.如權利要求17所述的方法，其特征在于，被測的頻率范圍同時包括至少兩個打算用于移動電話的頻帶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無輻射損耗測試無線設備(112)的方法和裝置。該裝置包括兩端封閉的波導管(108)，包括用于支撐無線設備(112)的支架(110)，其中無線設備至少部分地位于波導管(108)內部，留在波導管外部的無線設備的輻射部分全部位于支架(110)內部。該裝置還包括至少一個位于波導管內部的耦合器(114)，用于發(fā)射和接收射頻信號。
文檔編號H01P3/12GK1726396SQ200380106515
公開日2006年1月25日 申請日期2003年12月19日 優(yōu)先權日2002年12月20日
發(fā)明者T·希爾沃寧, A·伊莫寧, P·亞庫拉 申請人:伊萊克特羅比特測試公司