用于测试包括多个辐射元件的天线的方法和系统
阅读说明：本技术 用于测试包括多个辐射元件的天线的方法和系统 (Method and system for testing an antenna comprising a plurality of radiating elements ) 是由 卢多维奇·杜兰德 吕克·杜谢恩 尼古拉斯·格罗斯 于 2017-03-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于测试包括多个辐射元件的天线的方法和系统,其中一个或多个探针的阵列被放置在将被测试的天线的前面,并且其中执行以下步骤：通过所述一个或多个探针的阵列或者通过受测试的天线的辐射元件获取受测试的天线或所述一个或多个探针的阵列发射的RF信号,通过计算所述一个或多个探针的阵列的各个探针或受测试的天线的辐射元件接收的信号来对发射的信号进行反向传播重构,对如此重构的信号或其参数进行测试以检测天线的潜在缺陷。(The present invention relates to a method and system for testing an antenna comprising a plurality of radiating elements, wherein an array of or more probes is placed in front of the antenna to be tested, and wherein the steps of acquiring the RF signal transmitted by the antenna under test or by the array of or more probes through said array of or more probes or through the radiating elements of the antenna under test, back-propagating reconstructing the transmitted signal by computing the signals received by the individual probes of said array of or more probes or the radiating elements of the antenna under test, testing the signal thus reconstructed or parameters thereof to detect potential defects of the antenna are performed.)
技术领域
本发明涉及在天线的制造期间测试天线。
更具体地说，本发明提出了一种用于在生产中测试天线的测试方法和测试系统。
所提出的测试方法和系统在诸如基站天线(BTS)的阵列天线的情况下是特别有益的。BTS由几个阵列天线(几个端口)形成。
背景技术
阵列天线通常由多个辐射元件形成，这些辐射元件经由电缆链接到在相位和幅值上控制所述辐射元件的电路。
这些电缆可以被手动焊接到辐射元件，并且诸如以下的缺陷可以存在：
-不良焊接(导致短路)；
-无焊接(导致开路)；
-错误位置焊接(导致两个元件之间(诸如与两个不同的偏振相对应的两个元件之间)的调换)。
基站和阵列天线越来越复杂，需要缩短它们的测试所花费的时间并且降低报废率。
生产测试仪常用于在生产期间执行相位-幅值测试。通常，单个探针或一个或多个探针的阵列被围绕天线移动以测量发送的信号。这样的测试仪可以检测到天线没有适当地工作，但是没有给予问题来自天线内哪里的指示和缺陷的性质。此外，这些测试仪非常耗时。
发明内容
因此，本发明旨在进一步改进用于天线的测试仪。
为此，公开了一种用于测试包括多个辐射元件的天线的方法，其中一个或多个探针的阵列被放置在将被测试的天线的前面，并且其中执行以下步骤：
·通过所述一个或多个探针的阵列的每个探针获取受测试的天线发射的RF信号，或者通过受测试的天线获取所述一个或多个探针的阵列的每个探针发射的RF信号，
·通过计算所述一个或多个探针的阵列的各个探针接收或发射的信号来对所述一个或多个探针的阵列的每个探针接收或发射的信号进行反向传播重构，
·对如此重构的信号或其参数进行测试以检测所述天线的潜在缺陷。
反向重构可以是无限重构，并且其中计算如此重构的信号以确定倾斜角度、束宽和旁瓣电平，所述倾斜角度、束宽和旁瓣电平被测试以检测所述天线的潜在缺陷。
在补充中或者作为替代，反向传播重构在靠近被测试的天线的辐射元件或者与被测试的天线的辐射元件一致的表面上重构所述信号，并且其中所述方法进一步执行以下步骤：
·将对受测试的天线的辐射元件中的每个如此重构的信号的幅值和/或相位与对用作参考的一个金质天线或几个金质天线的平均水平的对应的辐射元件重构的信号的幅值和/或相位进行比较，该比较的结果被用于决定缺陷检测。
这样的测试方法具有不耗时的优点。它提供关于天线的哪个辐射元件具有缺陷的信息，并且使得可以诊断缺陷的类型。
这样的方法进一步可能补充有单独地或组合地发生的以下特征：
-对受测试的天线的给定的辐射元件检测缺陷，其中对金质天线的对应元件和对受测试的天线的所述辐射元件重构的信号的幅值和/或相位相差超过预定容限帧；
-如果缺陷被检测到，则测试与两个垂直偏振相对应的两个辐射元件是否已经被调换；
-比较对所述辐射元件重构的信号的幅值，并且使用该比较的结果来检测这两个辐射元件是否已经被调换；
-如果对受测试的天线的给定的辐射元件检测到没有调换发生，则进一步执行测试以检测所述辐射元件是否短路/开路；
-关于所述辐射元件是否短路/开路的检测包括对重构的信号的幅值的水平进行测试。
本发明还提出了一种用于测试包括多个辐射元件的天线的测试系统，所述系统包括放置在将被测试的天线的前面的一个或多个探针的阵列，并且进一步包括矢量网络分析器或能够测量信号的幅值和相位的任何仪器，所述分析器由计算机控制，并且运行上述方法的各种步骤。
所述一个或多个探针的阵列可以是线性的，或者所述一个或多个探针的阵列的探针可以分布在表面上。
附图说明
本发明的其他的特性、目的和优点从以下描述将变得清楚，以下描述纯粹是说明性的和非限制性的，并且必须参照附图来阅读，在附图中：
–图1a和图1b例示说明根据本发明的天线测试仪分别用于接收模式和发送模式的可能的实施例，
–图2例示说明这样的测试仪执行的测试的各种步骤，
–图3a和3b是例示说明天线的一个辐射元件内的调换或短路/开路的方向的曲线图。
具体实施方式
测试装置
图1a和1b上所示的测试装置包括一个或多个探针的阵列1，该阵列1被放置在将被测试的天线2的前面。
所述阵列1经由放大器3链接到与计算机5通信的VNA 4(矢量网络分析器)。放大器3是可选的。
所述VNA 4还经由放大器3和各种交换机6链接到受测试的天线2的各种端口。
阵列1的探针可以成直线地安置(例如，沿着平行于天线2的线)或者安置在表面上。
VNA 4发送和接收RF信号。
放大器3允许放大VNA 4发射和接收的信号。
交换机6允许对天线2的各种端口单个地进行测试。交换机6是可选的，并且与天线2的每个端口的连接可以手动进行。
测试过程
获取(步骤10)
о接收模式
可以如下对天线2的给定端口就其接收模式进行测试。
VNA 4(由计算机5控制)将受测试的天线2接收的RF信号发送到阵列1的每个探针。
该信号被天线2的给定端口的辐射元件接收，并且被组合以经由放大器3被传送到交换机6和VNA 4。
因此执行发送的信号和接收的信号之间的比较以测量与阵列1的每个探针的位置相对应的每个被测采样位置处的传输系数。
由于交换机6，对受测试的天线的每个端口重复该测试。
о发送模式
VNA 4将RF信号发送到受测试的天线2的给定端口。该信号因此被天线2的给定端口的已经通过交换机6选择的各种发射元件同时发射。
天线2发射的组合的信号被阵列1的每个探针接收，并且经由放大器从阵列1的每个探针发送到VNA 4。
因此执行发送的信号和接收的信号之间的比较以测量与阵列1的每个探针的位置相对应的每个被测采样位置处的传输系数。
由于交换机6，对受测试的天线的每个端口重复该测试。
重构(步骤11或41)
一个或多个探针的阵列1的探针在每个采样位置处(在接收模式或发送模式下)测得的信号然后被计算机5用来虚拟地执行反向传播并且重构信号(幅值和相位)。
重构是通过诸如以下文章中描述的经典的反向散射重构技术执行的：
-Hu Hongfei、Fu Demin–A Near-Field Diagnostic Technique Based onEquivalent Magnetic Currents–IEEE 2000–第508-511页；
-J.D.Hanfiling、G.V.Borgiotti、L.Kaplan–The backward transform of thenear field for reconstruction of aperture fields–IEEE–1979年–第764-767页。
宏观方法
在第一实现中，所执行的重构是无限重构(步骤41)。
通过该重构，计算机5确定对应的倾斜角度、束宽、旁瓣电平(步骤42)。
对如此计算的倾斜角度、束宽、旁瓣电平进行测试(步骤43)。
就倾斜角度来说，可以将测试与相对于标称角度的偏离角度的阈值进行比较，例如，所述选定的偏离角度等于1°。
就束宽来说，可以将测试与相对于标称束宽的偏离角度的阈值进行比较，例如，所述选定的偏离角度等于0.5°。
就所述旁瓣电平来说，可以将测试与相对于最大幅值的偏离幅值的阈值进行比较，例如，所述选定的偏离幅值等于2dB。
如果倾斜角度、束宽或旁瓣电平的偏离大于所述偏离角度或幅值的所述阈值，则认为缺陷被检测到(输出44)。
如果不大于，则认为没有缺陷被检测到(输出45)。
微观方法
在可以作为对于宏观方法的补充执行的或独立地执行的第二实现中，对靠近被测试的天线2的辐射元件或者与被测试的天线2的辐射元件一致的表面上执行重构(步骤11)。
这里将注意到，为了使得可以实现这样的重构，阵列1的探针的空间采样被选择遵守Nyquist-Shannon采样准则。
天线的几何模型7和描述8用作用于重构的输入。所述输入可以例如是元件几何位置和工作频率点。
·与金质天线的比较(9)
然后在靠近天线2的每个辐射元件的表面处重构的相位/幅值然后被逐个元件地处理，以便检测天线的哪个(哪些)元件具有缺陷以及处于危险境地的缺陷的种类。
为此，金质天线9或多个金质天线的平均水平用作用于比较的参考。对用于金质天线和受测试的天线2这二者的每个辐射元件执行获取和重构步骤(对金质天线执行步骤20和21，对受测试的天线2执行步骤10和11)。
对于在两个天线2、9上对应的每个辐射元件比较重构的幅值和/或相位(步骤31)。
考虑容限帧的模型为此被作为输入提供给计算机5(具有容限的模型30)。
在幅值和/或相位差在金质天线9的一个辐射元件和受测试的天线2的对应的辐射元件之间被检测到的情况下，测试该差值是否在对于制造的天线接受的容限帧内(步骤32)。
如果情况如此，则认为没有差值存在(步骤33)。
·调换的测试(测试34)
如果差值超过容限帧，则检查这样的差值是否可能是由于调换(诸如与两个垂直偏振相对应的两个辐射元件之间的调换)而导致的。
在这样的情况下，与对于没有调换的其他辐射元件的结果相反，在所考虑的辐射元件处重构的信号S1的幅值将高于在垂直偏振的辐射元件处重构的信号S2的幅值(图3a)。
如果这被确认，则缺陷已经被找到，因此可以在天线上被处理(步骤35)。
短路/开路的测试(测试36)
如果情况并非如此，则检查在辐射元件处重构的信号S的幅值是否为零或接近于零，在这种情况下，将认为被焊接到给定元件的电缆短路或开路(参见图3b)。
如果情况如此，则缺陷因此被检测到并且被安置，并且被处理(步骤37)。
如果情况并非如此，则认为所考虑的辐射元件超出容限(步骤38)。