天线与传输线测试仪及实时自动校准方法
【专利摘要】本发明实现了一种能够实时自动校准的天线与传输线测试仪。分析仪内置温度传感器，测试仪开机时，驻机软件自动读取存储于内部FLASH的误差系数文件到内存，并根据当前设置的频率值和温度传感器检测到的当前温度进行误差系数的二维插值计算，得到合适的误差系数项并自动进行误差修正。当温度传感器检测到温度c发生变化或重新设置工作频率时，测试仪自动重复上述误差系数求解步骤得到新的误差系数项并重新进行误差修正。上述所有操作均在后台由软件自动进行，无需用户进行操作。用户在使用测试仪过程中不再需要进行任何的手动校准操作，可随时进行测试。
【专利说明】天线与传输线测试仪及实时自动校准方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测试领域，特别涉及天线与传输线的自动校准测试方法及相应的测试仪。
【背景技术】
[0002]天线(Antenna)与传输线在无线通信中扮演着信号收发的角色，因此，包含有天线和传输线的产品在生产和实施的过程中，必须对天线和传输线的性能和参数进行测量。
[0003]目前，天线与传输线测试仪在使用之前必须进行校准来获得系统误差，并在测试中使用矢量误差修正方法去除系统误差。目前校准的方法有两种:机械校准方法和电子校准方法。不管是机械校准还是电子校准，都需要在测试前通过人工操作连接校准件来进行，校准时间长、效率低，随着环境温度的变化需要重新校准。
[0004]天线与传输线测试仪，由于其硬件系统的不完善性，存在系统误差，其系统误差可用一个具有3项误差系数的误差模型来表示，如图1所示:三个误差系数项为Ed(方向性)、Es(源匹配)、民(反射跟踪)，a为入射波，b为反射波，rm为测量反射系数，r为实际反射系数。
[0005]由图1可以得出误差系数项、反射系数测量值、反射系数实际值的关系，如公式
(I)所示:
[0006]r m = Ed- (EdEs-Er) r +Es r m r (I)
[0007]现有的校准与误差修正方法是，使用机械校准件或电子校准件。机械校准过程为依次连接开路器、短路器、负载到测试端口，获得由3个公式(I)方程式组成的方程组，进行方程组求解得到误差系数项。电子校准过程为连接电子校准件到测试端口，电子校准件内部通过电子开关形成各种电子标准，获得由公式(I)组成的方程组，进行方程组求解得到误差系数项。在后面的测试中使用误差系数项对测量值同样使用公式(I)进行误差修正得到正确的测量值。
[0008]现有的天线与传输线测试仪校准方法的缺点是:测试之前必须使用校准件进行手动校准，校准过程速度慢，且容易由于连接不准确造成校准失败；每次校准操作只能确保一定温度范围内的准确度，环境温度发生较大变化时，需要重新进行校准；在搭建自动测试系统时，天线与传输线测试仪的校准操作会降低自动测试系统的自动化程度及测试效率。
[0009]本发明针对这些缺点，发明了一种能实时自动校准的天线与传输线测试仪，该测试仪内部有一个温度传感器实时进行温度检测，内部FLASH存储器中预存有出厂前测定的系统误差系数文件，该误差数据文件包含该测试仪在若干温度下若干频率点上的误差系数项，在测试过程中，天线与传输线测试仪使用基于频率和温度的二维插值算法实时自动进行当前误差系数求解。该天线与传输线测试仪使用中不需要进行任何的手动校准操作，可随着环境温度的变化实时进行校准，使用该测试仪进行测试时，可大幅提高自动化程度及测试效率。
【发明内容】
[0010]本发明实现了一种能够实时自动校准的天线与传输线测试仪，用户在使用过程中不需要进行任何的手动校准操作，可随时进行测试。
[0011]根据本发明的一个方面，实现了一种能够实时自动校准的天线与传输线测试仪，所述天线与传输线测试仪包括:信号合成模块(I)、功分器(2)、定向耦合器(3)、幅相接收机模块(5)、FPGA数字中频处理模块(6)、CPU控制器(7)、FLASH存储器(9)、温度传感器
(10);测试端口⑷与定向耦合器(3)相连；通信接口⑶与CPU控制器(7)相连。
[0012]根据本发明的一个方面，信号合成模块⑴由激励信号源(11)和本振信号源(12)组成。
[0013]根据本发明的一个方面，所述温度传感器(10)实时进行温度检测，所述FLASH存储器(9)内预存误差系数文件。
[0014]根据本发明的一个方面，幅相接收机模块包括两个混频器和两个模数(A/D)转换器，第一混频器用于对功分器(2)输出的一路作为参考信号的信号和本振信号源(12)输出的一路信号进行混频，混频输出信号经R通道被放大滤波和模数转换后输出到FPGA数字中频处理模块的第一输入端口 ；第二混频器用于对定向耦合器(3)输出的一路作为被测件反射信号的信号和本振信号源(12)输出的另一路信号进行混频，混频输出信号经A通道被放大滤波和模数转换后输出到FPGA数字中频处理模块的第二输入端口。
[0015]根据本发明的一个方面，FPGA数字中频处理模块(6)对数字中频信号进行I/Q分解和滤波，提取被测网络的幅度信息和相位信息，并发送给CPU控制器(7)。
[0016]根据本发明的另一个方面，实现了一种能够实时自动校准的天线与传输线测试方法，当测试仪开机时，首先将误差系数文件读取到内存；根据当前频率值和当前温度值进行误差系数的二维插值计算，得到合适的误差系数项；其特征在于，误差系数求解步骤包括:
[0017]A、判断当前频率f的范围:
[0018]当前频率f范围的判断过程，即判断f值位于误差系数文件哪两个频率点之间:
[0019]步骤①:设一计数变量i = O ;
[0020]步骤②:判断freqStart+i X freqStep ≤f ≤ freqStart+ (i+1) XfreqStep 是否成立；
[0021]步骤③:若步骤②不成立，令i = i+Ι，重复步骤②~③；若步骤②成立，则进行步骤④；
[0022]步骤④:若步骤②成立，则频率f值位于误差系数文件中第i和第i + Ι个点之间，第i点的频率值为freqStart+i X freqStep记为f I ;第i+Ι点的频率值为freqStart+ (i+1) X freqStep 记为 f2,完成判断。
[0023]其中，freqStart为仪器中预存的误差系数文件中，误差系数对应的起始频率；
[0024]freqStep为仪器中预存的误差系数文件中，误差系数对应的步进频率；
[0025]N为仪器中预存的误差系数文件中，误差系数对应的频率点个数。
[0026]在以上判断过程中，i变量可由O增加到N-2，当i = N-2时即频率f位于误差系数文件中最后两个频率点之间fl = freqStart+(N-2) X freqStep, f2 =freqStart+(N-1)X freqStep
[0027]若freqStart+i X freqStep ≤ f ≤freqStart+ (i+1) X freqStep 0 ≤i ≤ N-2[0028]则令fl = freqStart+i X freqStep ；
[0029]f2 = freqStart+(i+1)X freqStep ；
[0030]当前频率f位于[f\，f2]范围，频率插值计算将使用点和f2点数据；
[0031]B、判断当前温度C的范围:
[0032]从数据文件中读取三个温度值，使得当前温度处于这三个温度值中某两个之间，并对它们进行排序，设排序结果为Cl < C2 < C3，若c < C2，则使用数据文件中温度Cl和温度C2对应的数据进行插值计算，若c > C2，则使用数据文件中温度C2和温度C3对应的数据进行插值计算，此处设当前温度c < C2 ;
[0033]C、根据频率进行插值:
[0034]温度Cl、频率f处的方向性误差系数数据通过线段插值得出:
[0035]Ed(Cl, /) = EdiCl, f') + E^C\J2)-Edi,C\,￡)_ x(/_/i}
【权利要求】
1.一种能够实时自动校准的天线与传输线测试仪，其特征在于，包括:信号合成模块(I)、功分器(2)、定向耦合器(3)、幅相接收机模块(5)、FPGA数字中频处理模块(6)、CPU控制器(7)、FLASH存储器(9)、温度传感器(10)； 测试端口⑷与定向耦合器⑶相连； 通信接口⑶与CPU控制器(7)相连。
2.根据权利要求1所述的天线与传输线测试仪，其特征在于，信号合成模块(I)由激励信号源(11)和本振信号源(12)组成。
3.根据权利要求1所述的天线与传输线测试仪，其特征在于，所述温度传感器(10)实时进行温度检测，所述FLASH存储器(9)内预存误差系数文件，该误差系数文件含该测试仪出厂测定的在若干温度下若干频率点上的误差系数项。
4.根据权利要求1所述的天线与传输线测试仪，其特征在于，幅相接收机模块包括两个混频器和两个模数(A/D)转换器，第一混频器用于对功分器(2)输出的一路作为参考信号的信号和本振信号源(12)输出的一路信号进行混频，混频输出信号经R通道被放大滤波和模数转换后输出到FPGA数字中频处理模块的第一输入端口 ；第二混频器用于对定向耦合器(3)输出的一路作为被测件反射信号的信号和本振信号源(12)输出的另一路信号进行混频，混频输出信号经A通道被放大滤波和模数转换后输出到FPGA数字中频处理模块的第二输入端口。
5.根据权利要求1-4任一项所述的天线与传输线测试仪，其特征在于，FPGA数字中频处理模块(6)对数字中频信号进行I/Q分解和滤波，提取被测网络的幅度信息和相位信息，并发送给CPU控制器(7)。
6.一种天线与传输线测试仪的实时自动校准方法，当测试仪开机时，首先将误差系数文件读取到内存；根据当前频率值和当前温度值进行误差系数的二维插值计算，得到合适的误差系数项；其特征在于，误差系数求解步骤包括: A、判断当前频率f的范围:
若 freqStart+i X freqStep ^ f ^ freqStart+ (i+1) XfreqStep 0 ^ i ^ N-2
设 fl = freqStart+i X freqStep
f2 = freqStart+(i+1)X freqStep 则当前频率f位于[f\，f2]范围，频率插值计算将使用点和f2点数据； B、判断当前温度C的范围: 对从数据文件中读取出的三个温度值排序，设排序结果为Cl < C2 < C3，若c < C2，则使用数据文件中温度Cl和温度C2对应的数据进行插值计算，若c > C2，则使用数据文件中温度C2和温度C3对应的数据进行插值计算，此处设当前温度c < C2 ; C、根据频率进行插值: 温度Cl，频率f处的方向性误差系数数据通过线段插值得出:
7.根据权利要求6所述的天线与传输线测试仪的实时自动校准方法，其特征在于:当温度C，频率f发生变化时，测试仪自动重复步骤A、B、C得到新的误差系数项。
【文档编号】G01R35/00GK103454542SQ201310431767
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】韩晓东, 朱伟, 赵苏宇 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所