有源基站天线三维空间辐射场相位的测试系统和方法与流程

本发明涉及天线测量技术领域，更具体地说，它涉及一种有源基站天线辐射场幅度和相位的测试系统和方法。

背景技术：

当前随着5G通信形式明朗化，基站天线的应用进入有源化阶段，亦即基站天线和基站系统逐步统一起来，形成了有源基站天线，实际上有源基站天线可以理解为一种通信系统而不是简单的天线，传统的无源测试场无法满足有源基站天线的空间辐射特性测试。人们希望使用ERP，EIS这个参数来描述有源基站天线的辐射性能，通过空间每一方向上的ERP，EIS来绘制有源基站天线的辐射方向图，然而ERP，EIS是建立在调制信号基础上的，可以理解为只幅度信息而不包含相位信息。众所周知，在近场测量中我们得到近场上足够多的点的电场幅度和相位就可以推算出该被测天线的远场方向图，幅度和相位缺一不可。在近场测量中读取到的ERP和EIS只是近场结果，要想得到远场描述，还需要得到相位信息。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种有源基站天线三维空间辐射场相位的测试系统，具有能够测量得出近场中的相位信息的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种有源基站天线三维空间辐射场相位的测试系统，包括与有源基站天线的多个辐射单元电性连接用于提供多路可调相射频信号的信号源、绕有源基站天线四周呈环形分布且能够形成球形检测面的多探头阵列装置、与所述多探头阵列装置电性连接用于切换多个探头的开关矩阵、以及与所述开关矩阵电性连接用于接收和处理所述多探头阵列装置的测试数据并生成辐射幅度和相位数据的信号分析器。

通过采用上述技术方案，将有源基站天线作为被测物进行辐射特性的测试，有源基站天线具有多个辐射单元，可向三维空间馈入多路的可控信号；测试时，控制信号源向有源基站天线馈入多路可控信号，使有源基站天线的多个辐射单元向三维空间馈入多路可控信号，随后利用开关矩阵对多探头阵列装置中的多个探头进行切换，获得整个球形检测面的测试数据，然后利用信号分析器对测试数据进行处理，即可获得整个球面的近场辐射幅度和相位数据。

本发明进一步设置为：所述多探头阵列装置包括安装环、设置在所述安装环上多个探头、转动连接在转台底座上用于放置有源基站天线的承载台、以及用于驱动所述承载台转动以形成检测球面的驱动装置，有源基站天线置于所述安装环中心位置。

通过采用上述技术方案，有源基站天线位于多探头的中心位置，多个探头可对有源基站天线进行等距离的测试，通过驱动装置驱动承载台转动，再检测出有源基站天线一个切面的数据后可切换至下一个切面进行数据检测，最终得出整个球面场的辐射幅度和相位数据。

本发明进一步设置为：所述驱动装置包括驱动电机、固定在所述驱动电机转轴上的驱动齿轮、以及固定在所述承载台上且与所述驱动齿轮啮合的从动齿轮。

通过采用上述技术方案，启动驱动电机，驱动电机带动驱动齿轮转动，从而带动从动齿轮转动，进而使承载台发生转动带动有源基站天线相对于安装环发生相对转动而形成检测球面。

本发明进一步设置为：所述探头为垂直交叉的双极化探头。

通过采用上述技术方案，双极化探头具有H极化和V极化两个极化状态，从而可以分别在两个极化状态下检测出两组数据。

本发明进一步设置为：所述驱动电机采用伺服电机。

通过采用上述技术方案，伺服电机的可控性更高，更加方便控制承载台转动的角度。

本发明的第二个目的在于提供一种有源基站天线三维空间辐射场相位的测试方法，具有能够测量得出近场中的相位信息的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种有源基站天线三维空间辐射场相位的测试方法，包括

控制信号源向有源基站天线馈入多路可控信号以使多个辐射单元向三维空间馈入多路可控信号的步骤；

开关矩阵切换多个所述探头和极化，获得每个所述探头的测试数据并发送至所述信号分析器处理，以获取有源基站天线在一个切面内的辐射幅度和相位数据的步骤；

转动所述承载台以测试有源基站天线另一个切面内的辐射幅度和相位数据，进而获得整个球面近场幅射幅度和相位数据的步骤。

通过采用上述技术方案，先获得有源基站天线一个切面内的辐射幅度和相位数据，再依次获得多个切面内的辐射幅度和相位数据，最终获得整个球面近场辐射幅度和相位数据，通过获得的近场ERP和EIS数据和检测出的辐射幅度和相位数据，即可推算出远场的ERP和EIS数据，从而能够更好的描述有源基站天线的整体性能。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

其一，通过多探头阵列装置、开关矩阵和信号信号分析器，即可检测出有源基站天线的整个球面近场的辐射幅度和相位数据；

其二，通过伺服电机驱动承载台转动形成检测球面，可控性好、检测精度高；

其三，探头为垂直交叉的双极化探头，可以分别在两个极化状态下检测出两组数据。

附图说明

图1为实施例一中信号源向有源基站馈入多路信号的示意图；

图2为实施例一的结构示意图；

图3为实施例二的流程图。

图中：1、有源基站天线；11、辐射单元；2、信号源；31、安装环；32、探头；33、承载台；341、驱动电机；342、驱动齿轮；343、从动齿轮；4、开关矩阵；5、信号分析器；6、射频线缆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

实施例一：一种有源基站天线三维空间辐射场相位的测试系统，如图1所示，有源基站天线1上具有多个辐射单元11，辐射单元11通过射频线缆6连接有信号源2，信号源2为辐射单元11提供多路可调相射频信号；

如图2所示，在有源基站天线1外设有多探头阵列装置，多探头阵列装置包括安装环31、多个探头32、承载台33和驱动装置；多个探头32通过射频接口固定在安装环31上，且绕安装环31的轴线方向均匀分布，有源基站天线1置于安装环31的中心位置，探头32采用垂直交叉的双极化探头32，其具有H极化和V极化两个极化状态，从而可以分别在两个极化状态下检测出两组数据；承载台33转动连接在转台底座上，且在承载台33位于安装环31的中心位置，承载台33的下表面上固定有抱柱，有源基站天线1放置在承载台33上，承载台33转动时即可带动有源基站天线1转动，通常会在测试系统外部设有暗室，转台底座设置暗室的底部；

如图2所示，驱动装置包括驱动电机341、驱动齿轮342和从动齿轮343，驱动电机341通过螺栓固定在有源基站内，驱动电机341采用伺服电机，控制更加方便且控制精度更高，驱动齿轮342套设在驱动电机341的转轴上，从动齿轮343套设在抱柱上且与主动齿轮相啮合，从而启动驱动电机341即可带动承载台33转动。

如图2所示，多探头阵列装置通过线缆电性连接有开关矩阵4，开关矩阵4用于切换多探头阵列装置中的多个探头32和极化，从而使各探头32均在H极化状态和V极化状态下检测一组数据；开关矩阵4通过线缆电性连接有信号分析器5，信号分析器5接收多个探头32检测出的测试数据，并进行运算和处理，得出近场辐射的幅度和相位数据，通常信号分析器5采用网络分析仪。

测试时，控制信号源2向有源基站天线1馈入多路可控信号，使有源基站天线1的多个辐射单元11向三维空间馈入多路可控信号，随后利用开关矩阵4切换多探头阵列装置中的多个探头32和极化，得出有源基站天线1一个切面内的数据，然后启动驱动电机341，驱动承载台33转动，进而带动有源基站天线1转动至另一个切面，转动的角度可以根据被测有源基站天线1所需的数据量来确定，再次通过开关矩阵4切换多个探头32和极化，得出该切面内的数据，以此类推，直至安装环31转动形成一个完整的检测球面后，完成数据检测；各探头32检测到的数据发送至信号分析器5，信号分析处理器进行运算和处理后即可得出近场辐射的幅度和相位数据。

实施例二：一种有源基站天线三维空间辐射场相位的测试方法，如图3所示，包括步骤一：控制信号源2向有源基站天线1馈入多路可控信号，有源基站天线1接收到该信号后，多个辐射单元11响应于该信号，向三维空间发送可控信号；

步骤二：通过开关矩阵4切换多个探头32和极化，依次使每个探头32的H极化和V极化检测一组并发送至信号分析器5，信号分析器5进行运算和处理得出有源基站天线1的一个切面内的辐射幅度和相位数据；

步骤三：控制驱动电机341带动承载台33转动，使有源基站天线1转动至另一个切面，测试该切面内的辐射相位数据并发送至信号分析器5，信号分析器5进行运算和处理得出有源基站天线1的该切面内的辐射幅度和相位数据，探头32检测出的数据以复数的形式传输至信号分析器5，根据该复数实部和虚部的数值，即可推算出幅度和相位值；如探头32测得的数据以a+bi的形式发送到信号分析器，经计算可得出幅度值相位值步骤四：重复步骤三的测试过程，直至安装环31相对于有源基站天线1形成一个完成的检测球面，从而获得整个球面近场幅射幅度和相位数据，即获得近场ERP和EIS数据和检测出的辐射幅度和相位数据，通过该辐射幅度和相位数据即可推算出远场的ERP和EIS数据。

先获得有源基站天线1一个切面内的辐射相位数据，再依次获得多个切面内的辐射幅度和相位数据，最终获得整个球面近场辐射幅度和相位数据，通过现有的测试方式获得近场ERP和EIS数据，再结合检测出的辐射幅度和相位数据，即可推算出远场的ERP和EIS数据，从而能够更好的描述有源基站天线1的整体性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。