用于多端口射頻元件的完全多端口矢網(wǎng)測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子測(cè)量?jī)x器儀表技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及多端口矢量網(wǎng)絡(luò)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種用于多端口射頻元件的完全多端口矢網(wǎng)測(cè)量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明公開(kāi)了一種完全多端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析測(cè)試裝置，應(yīng)用于多端口射頻元件，例如4G和5G通信系統(tǒng)中的MMO多天線的駐波比、增益、傳輸損耗、相位、通道隔離等指標(biāo)測(cè)試。每個(gè)端口都是一個(gè)完全獨(dú)立的射頻源，創(chuàng)造性的實(shí)現(xiàn)了在N端口矢量網(wǎng)絡(luò)測(cè)試裝置中提供了 N個(gè)完全獨(dú)立射頻源和N個(gè)完全獨(dú)立射頻接收機(jī)，每個(gè)射頻源的和接收機(jī)的頻率、功率都可以完全獨(dú)立設(shè)置，大幅度提高了多端口射頻元件的測(cè)量速度，解決了 5G通信中多達(dá)幾百個(gè)天線生產(chǎn)制造的測(cè)試難題。
[0003]多端口射頻元件，在出廠時(shí)必須進(jìn)行駐波比、增益、傳輸損耗、相位、通道隔離等指標(biāo)的測(cè)試。例如在4G和5G通信中的關(guān)鍵技術(shù)大規(guī)模MMO多天線技術(shù)，天線的端口數(shù)量達(dá)到了幾百個(gè)，傳統(tǒng)的二端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀+矩陣開(kāi)關(guān)的多端口測(cè)量方案，采用了以二端口為基本單元，分時(shí)進(jìn)行掃描的測(cè)量方式，測(cè)量速度慢，完全無(wú)法滿(mǎn)足這種大規(guī)模多端口的測(cè)量需求。目前的多端口測(cè)量解決方案，都是采用二端口矢網(wǎng)+矩陣開(kāi)關(guān)(如圖1)或四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀+矩陣開(kāi)關(guān)(如圖2)，通過(guò)多路開(kāi)關(guān)擴(kuò)展成多端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。這種多端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀不是真正完全的多端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，如圖1所示，只有一個(gè)射頻源和一個(gè)接收機(jī)，由于射頻源和接收機(jī)數(shù)量少于端口數(shù)量，因此測(cè)量時(shí)每次只能測(cè)量?jī)蓚€(gè)端口，通過(guò)分時(shí)掃描進(jìn)行多次二端口測(cè)量才能完成全部N端口測(cè)量。假設(shè)多端口元件的端口數(shù)量為N，則圖1所示的多端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀需要進(jìn)行的掃描測(cè)量次數(shù)Mt:
[0004]Mt = NX (N+1)……(I)
[0005]例如端口數(shù)量24，通過(guò)上式計(jì)算得到的掃描測(cè)量次數(shù)是552次。
[0006]外置矩陣開(kāi)關(guān)式多端口測(cè)量，方案簡(jiǎn)單，大大降低了主機(jī)的研發(fā)難度，但是存在幾個(gè)致命的缺點(diǎn)，導(dǎo)致該方案無(wú)法勝任幾百個(gè)端口大規(guī)模多端口測(cè)試:
[0007](I)外置開(kāi)關(guān)損耗、隔離等指標(biāo)嚴(yán)重影響了動(dòng)態(tài)范圍、隔離的關(guān)鍵指標(biāo)測(cè)量。
[0008](2)測(cè)量速度太慢。
[0009](3)無(wú)法為每個(gè)端口同時(shí)提供射頻源。
[0010](4)開(kāi)關(guān)壽命短，價(jià)格昂貴，測(cè)試成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)改善多端口元件測(cè)量的各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)、特別是掃描速度指標(biāo)、大幅度降低測(cè)試成本、滿(mǎn)足生產(chǎn)線對(duì)大規(guī)模多端口元件的迫切測(cè)試需求的用于多端口射頻元件的完全多端口矢網(wǎng)測(cè)量裝置及方法。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的用于多端口射頻元件的完全多端口矢網(wǎng)測(cè)量裝置及方法具有如下構(gòu)成:
[0013]該用于多端口射頻元件的完全多端口矢網(wǎng)測(cè)量裝置，其主要特點(diǎn)是，所述的裝置包括:
[0014]數(shù)個(gè)與多端口射頻元件的待測(cè)端口一一對(duì)應(yīng)的測(cè)試模塊，各個(gè)所述的測(cè)試模塊包括信號(hào)源、切換開(kāi)關(guān)和端口測(cè)試子模塊，所述的切換開(kāi)關(guān)用以選擇端口的工作模式為發(fā)射源信號(hào)模式或接收信號(hào)源模式，所述的端口測(cè)試子模塊用以測(cè)量所對(duì)應(yīng)的端口接收信號(hào)的性能參數(shù)；
[0015]控制模塊，用以控制在測(cè)量過(guò)程中各個(gè)切換開(kāi)關(guān)的工作模式切換以及獲取各個(gè)端口測(cè)試子模塊的測(cè)量結(jié)果并進(jìn)行處理得到各個(gè)端口的指標(biāo)。
[0016]較佳地，各個(gè)所述的測(cè)試模塊為二端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的一端口的矢量分析模塊，所述的裝置采用的二端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)量為多端口射頻元件的端口數(shù)量的1/2。
[0017]本發(fā)明還涉及一種基于所述的裝置用于多端口射頻元件的完全多端口矢量網(wǎng)絡(luò)測(cè)量方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟:
[0018](I)所述的控制模塊依次控制所述的多端口射頻元件的端口中的一個(gè)端口為發(fā)射源信號(hào)模式；
[0019](2)所述的控制模塊控制除發(fā)射源信號(hào)模式的端口外的其他端口為接收信號(hào)源模式；
[0020](3)所述的控制模塊控制所述的發(fā)射源信號(hào)模式的端口輸出頻率和功率；
[0021](4)所述的各個(gè)端口測(cè)試子模塊測(cè)量各個(gè)接收信號(hào)源模式的端口接收信號(hào)的性能參數(shù)；
[0022](5)所述的控制模塊獲取各個(gè)端口測(cè)試子模塊的測(cè)量結(jié)果并進(jìn)行處理得到各個(gè)端口的指標(biāo)。
[0023]較佳地，所述的步驟(I)，具體為:
[0024]所述的控制模塊將所述的多端口射頻元件的端口中的第一個(gè)端口設(shè)為發(fā)射源信號(hào)模式；
[0025]所述的步驟(5)之后，還包括以下步驟:
[0026](6-1)所述的控制模塊判斷當(dāng)前設(shè)為發(fā)射源信號(hào)模式的端口是否為所述的多端口射頻元件的最后一個(gè)端口，如果是，則結(jié)束退出，否則繼續(xù)步驟(6-2);
[0027](6-2)所述的控制模塊將當(dāng)前設(shè)為發(fā)射源信號(hào)模式的端口的下一個(gè)端口設(shè)為發(fā)射源信號(hào)模式并將當(dāng)前設(shè)為發(fā)射源信號(hào)模式的端口設(shè)為接收信號(hào)源模式，然后繼續(xù)步驟(2)。
[0028]更佳地，所述的控制模塊將所述的多端口射頻元件的端口中的第一個(gè)端口設(shè)為發(fā)射源信號(hào)模式，具體為:
[0029]所述的控制模塊控制所述的多端口射頻元件的端口中的第一個(gè)端口所對(duì)應(yīng)的切換開(kāi)關(guān)切換至發(fā)射源信號(hào)模式。
[0030]較佳地，所述的控制模塊控制除發(fā)射源信號(hào)模式的端口外的其他端口為接收信號(hào)源模式，具體為:
[0031]所述的控制模塊將除發(fā)射源信號(hào)模式的端口外的其他端口所對(duì)應(yīng)的切換開(kāi)關(guān)切換至接收信號(hào)源模式。
[0032]采用了該發(fā)明中的用于多端口射頻元件的完全多端口矢網(wǎng)測(cè)量裝置及方法，通過(guò)開(kāi)發(fā)完全獨(dú)立的模塊化矢量網(wǎng)絡(luò)測(cè)試基本單元，通過(guò)多個(gè)基本單元進(jìn)行矩陣式組合級(jí)聯(lián)，開(kāi)發(fā)出多模塊軟件硬件快速同步掃描核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)I?N端口任意端口數(shù)量的多端口矢量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)試裝置，端口數(shù)量不受限制，配置靈活方便，解決了目前4G、5G通信系統(tǒng)和未來(lái)新通信技術(shù)對(duì)大規(guī)模多端口射頻元件的快速、準(zhǔn)確、低成本測(cè)量需求;本發(fā)明也可以替代傳統(tǒng)的一機(jī)多用測(cè)量方案，解決了傳統(tǒng)一機(jī)多用方案速度慢、壽命短、成本高的問(wèn)題;本發(fā)明在技術(shù)先進(jìn)性、實(shí)用性和成本效益上，完全符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需，具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中二端口矢網(wǎng)+矩陣開(kāi)關(guān)測(cè)量方案的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中四端口矢網(wǎng)+矩陣開(kāi)關(guān)測(cè)量方案的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖3為本發(fā)明的用于多端口射頻元件的完全多端口矢量網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖4為采用本發(fā)明的裝置的一機(jī)多工位測(cè)量的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
[0038]本發(fā)明涉及電子測(cè)量?jī)x器儀表等測(cè)量設(shè)備領(lǐng)域，通過(guò)反射和傳輸方式測(cè)量多端口元件的駐波比、損耗、增益、隔離、相位、阻抗等指標(biāo)，是一種針對(duì)大規(guī)模MMO等多端口元件的完全多端口矢量網(wǎng)絡(luò)測(cè)試裝置。
[0039]如圖3所示，采用矢量網(wǎng)絡(luò)模塊化設(shè)計(jì)方案，每個(gè)模塊都是一個(gè)完全獨(dú)立的射頻信號(hào)源和獨(dú)立的射頻接收機(jī)，通過(guò)多個(gè)模塊矩陣式組合形成端口數(shù)量為N的多端口矢量網(wǎng)絡(luò)測(cè)試裝置。矢量網(wǎng)絡(luò)測(cè)試裝置通過(guò)控制端口的開(kāi)關(guān)I到開(kāi)關(guān)η選擇該模塊是處于發(fā)射源信號(hào)模式還是接收信號(hào)源模式。
[0040]當(dāng)測(cè)量一個(gè)N端口的元件時(shí)，測(cè)量方法為:
[0041]1、首先將端口 I的開(kāi)關(guān)I切換到a，端口 I設(shè)置為源信號(hào)輸出模式
[0042]2、將開(kāi)關(guān)2到開(kāi)關(guān)η都切換到b，其它端口都設(shè)置為源信號(hào)輸入模式
[0043]3、控制信號(hào)源I的輸出頻率和功率，端口 I輸出掃頻射頻源信號(hào)。
[0044]4、端口 2到端口 N的獨(dú)立接收機(jī)進(jìn)行同步掃描，所有端口同時(shí)接收來(lái)自端口 I的射頻源信號(hào)。
[0045]5、通過(guò)數(shù)據(jù)處理計(jì)算同時(shí)得到端口 I和其它端口之間的駐波比、相位、通道隔離、損耗、增益等指標(biāo)。
[0046]6、將端口 2的開(kāi)關(guān)2切換到a，設(shè)置為源信號(hào)輸出模式，其它端口的開(kāi)關(guān)都切換到b，設(shè)置為接收源信號(hào)模式，重復(fù)上面的過(guò)程，得到端口 2和其它端口之間的測(cè)量參數(shù)。
[0047]7、重復(fù)上述步驟，一直到端口 N完成測(cè)量。
[0048]從上面的測(cè)量方法可以看出，對(duì)應(yīng)N端口元件，本發(fā)明總的測(cè)量次數(shù)為N。傳統(tǒng)的測(cè)量方案測(cè)量次數(shù)為NX (N-1)，本發(fā)明測(cè)試裝置比傳統(tǒng)方案測(cè)量速度提高了N-1倍。例如:測(cè)量一個(gè)24端口的元件，傳統(tǒng)測(cè)量方案的掃描次數(shù)為552次，本發(fā)明的“完全多端口矢量網(wǎng)絡(luò)測(cè)試裝置”掃描測(cè)量次數(shù)等于端口數(shù)量，只需要進(jìn)行24次掃描就可以完成全部多端口指標(biāo)的測(cè)量。
[0049]本發(fā)明專(zhuān)利“完全多端口矢量網(wǎng)絡(luò)測(cè)試裝置”在5G系統(tǒng)中的核心部件大規(guī)模MMO測(cè)量中優(yōu)勢(shì)更加明顯。例如對(duì)一個(gè)200個(gè)端口的MMO多天線系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，如果每次掃描時(shí)間為I秒鐘，則傳統(tǒng)的多端口測(cè)量方案測(cè)量時(shí)間:
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