用于设备天线的频偏测试方法与流程

本发明属于天线检测领域，特别涉及用于设备天线的频偏测试方法。

背景技术：

在天线的设计阶段往往可以得到各项性能都很好的天线，但是在实际使用过程中，之前表现很好的天线却经常出现通信不佳、信号丢失严重的现象，同时天线的功耗也会发生较大的波动。

经过分析可以确定上述问题是由频偏导致的，但是如何对频偏进行精确检测目前还是难以解决的问题，并且因频偏导致的天线性能、功耗波动也无法得到圆满的解决。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了通过基于路损等级对被测天线进行频偏测试，从而提高被测天线通信性能的频偏测试方法。

为了达到上述技术目的，本发明提供了用于设备天线的频偏测试方法，所述频偏测试方法，包括：

搭建用于对设备天线进行检测的包括定向耦合器的测试平台，获取包括被测天线在内的通信线路的路损等级；

获取每个路损等级下被测天线在通信过程中的频偏；

更换待测产品中的被测天线，得到安装有不同被测天线的待测产品的通信性能参数，基于性能参数对待测产品的结构进行调整。

可选的，所述搭建用于对设备天线进行检测的包括定向耦合器的测试平台，包括：

选取屏蔽箱，在屏蔽箱内放置有标准天线以及安装有被测天线的待测样品，其中，标准天线连接有设置在屏蔽箱外的信号源；

在待测样品中设有与被测天线连接的定向耦合器，在定向耦合器的输出端连接有待测样品射频模块，在待测样品射频模块的输出端连接有处理芯片以及信号处理电路；

在屏蔽箱外侧设有与定向耦合器连接的矢量网络分析仪和频谱仪，以及通过串口与待测样品模块、信号处理电路连接的功耗分析仪。

可选的，所述获取包括被测天线在内的通信线路的路损等级，包括：

根据待测产品中被测天线的工作频段，选取与被测天线调制模式一致的波形文件，令信号源基于波形文件通过标准天线发射的标准信号，获取被测天线耦合接收标准信号在频谱仪上显示的示数，基于示数确定当前路损等级。

可选的，所述获取每个路损等级下被测天线在通信过程中的频偏，包括：

根据频谱仪显示的示数对信号源的输出功率进行调整，获取每次调整后被测天线的丢包率；

当丢包率低于预设阈值时，通过矢量网络分析仪获取当前状态下被测天线接收到信号的驻波比值，进而获取频偏；

获取被测天线输出的电流波形，借助功耗分析仪获取被测天线在通信过程中的功耗。

可选的，所述更换待测产品中的被测天线，得到安装有不同被测天线的待测产品的通信性能参数，基于性能参数对待测产品的结构进行调整，包括：

更换待测产品中的被测天线，获取安装有不同被测天线的待测产品的通信性能参数，根据通信性能参数确定每个被测天线的辐射方向图；

根据辐射方向图对被测天线的摆放方向以及待测产品中射频模块进行调整。

可选的，所述频偏测试方法，还包括：

对矢量网络分析仪进行校准。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

通过根据被测产品天线通信过程中，不同路损下频率偏移情况及频偏与功耗之间的关系。同时跟换被测天线，得到不同天线安装在产品中后通信过程，结构及电路环境对天线频偏谐振的影响，进而根据得到的辐射方向图相对于标准全向天线对应的辐射方向图，判定对天线通信性能造成因影响的因素，完成对设备天线频偏的测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的用于设备天线的频偏测试方法的流程示意图；

图2是本发明提供的测试平台的结构示意图；

图3是本发明提供的定向耦合器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

实施例一

本发明提供了用于设备天线的频偏测试方法，如图1所示，所述频偏测试方法，包括：

11、搭建用于对设备天线进行检测的包括定向耦合器的测试平台，获取包括被测天线在内的通信线路的路损等级；

12、获取每个路损等级下被测天线在通信过程中的频偏；

13、更换待测产品中的被测天线，得到安装有不同被测天线的待测产品的通信性能参数，基于性能参数对待测产品的结构进行调整。

在实施中，理想的全向天线，辐射方向图是360度均匀的。当天线放入待测产品后，基于天线产生电磁波辐射方向图会因待测产品空间结构干扰，使得电磁波被反射、折射，导致信号谐振点偏移，部分方向上信号变弱，辐射被压缩；部分方向上信号加强，辐射增强。同时当电路板开始工作时，电路上有各种电流信号，这些电流信号和天线之间会相互干扰，离得越近，干扰越大。经过上述因素导致天线辐射方向图发生变化的现象即为频偏。

对于天线来说通信一般分为上下行，上行是发射信号，下行是接收信号，目前的通信模式，不管是移动通信还是物联网通信，上下行链路是不对称的。天线发射的信号都能被基站或采集器接收，但是因为链路的不对称，基站或采集器下发的信号却经常丢失，无法被通信设备接收到。通信的瓶颈在接收链路，所以在天线设计过程及实际通信过程中，频偏着重考虑接收链路。本发明实施例提出的频偏测试方法针对天线的接收链路进行频偏测试的。

本发明提出的频偏测试方法基于屏蔽箱搭建的测试平台，该测试平台中设有的标准天线通过射频接口与信号源连接。标准天线根据被测产品的频段进行选择。信号源发射信号到标准天线，通过空气耦合，被测天线接收信号。被测产品通过串口接到电脑，通过电脑发送at指令，使模块处于接收状态。被测天线接收信号后经过一个定向耦合器，把天线接收信号等功率分成两部分，一半信号进入被测产品的接收模块，一半信号接到测试仪器。

先将被测天线接收到的信号分别传输给被测产品的射频模块和频谱仪；射频模块传输给信号处理部分，通过电脑串口检测信号是否被成功接收。同时根据频谱仪接收信号大小，得到路损，并根据路损大小，划分各个路损等级。在每个路损等级下信号源持续发信号被被测产品接收，定向耦合器通道接到矢量网络分析仪。被测产品电源端口引线到功耗分析仪，测试得到天线在每个路损等级下的功耗波形，产品功耗评估及频偏与功耗之间的关系。

根据上述操作，得到被测产品天线通信过程中，不同路损下，频率偏移情况及频偏与功耗之间的关系。同时跟换被测天线，得到不同天线安装在产品中后通信过程，结构及电路环境对天线频偏谐振的影响，进而得到在天线调试过程中，什么样的辐射方式、天线辐射方向及什么样的信号电磁场分布更抗环境干扰。

可选的，所述搭建用于对设备天线进行检测的包括定向耦合器的测试平台，包括：

选取屏蔽箱，在屏蔽箱内放置有标准天线以及安装有被测天线的待测样品，其中，标准天线连接有设置在屏蔽箱外的信号源；

在待测样品中设有与被测天线连接的定向耦合器，在定向耦合器的输出端连接有待测样品射频模块，在待测样品射频模块的输出端连接有处理芯片以及信号处理电路；

在屏蔽箱外侧设有与定向耦合器连接的矢量网络分析仪和频谱仪，以及通过串口与待测样品模块、信号处理电路连接的功耗分析仪。

在实施中，用于测试被测天线频偏的测试平台包括屏蔽箱、标准天线、被测天线以及待测样品。具体的测试平台如图2所示。

屏蔽箱内设有标准天线和待测样品，标准天线与屏蔽箱外的信号源相连，待测样品中则设置有被测天线，在被测天线上连接有定向耦合器，定向耦合器有两个输出端，一个输出端经待测样品射频模块、处理芯片以及信号处理电路与功耗分析仪、电脑相连，另一个输出端则通过转换开关选择性的与矢量网络分析仪、频谱仪相连。

其中，3db定向耦合器是一种很常用的微波器件，它的本质是将微波信号按照一定比例进行功率分配。最广泛应用的耦合器是3db耦合器，这种耦合器的两个输出端口的输出信号幅度是相等的，功率进行等分。如图3所示，信号从1口进，2和3口的输出功率是相等的，输出信号幅度也是相等的。

可选的，所述获取包括被测天线在内的通信线路的路损等级，包括：

根据待测产品中被测天线的工作频段，选取与被测天线调制模式一致的波形文件，令信号源基于波形文件通过标准天线发射的标准信号，获取被测天线耦合接收标准信号在频谱仪上显示的示数，基于示数确定当前路损等级。

在实施中，搭好测试平台后，定向耦合器通过开关连接到测试仪器频谱仪上。信号源输出信号到标准天线，被测天线耦合接收，并将一半的信号输出到频谱仪接收，根据频谱仪显示值的大小，调整信号源发射信号电平幅度，得到路损等级一。

在当前路损等级信号源持续发信号，待测产品中的被测天线接收后，通过电脑监测被测产品射频部分的接收情况，当丢包率小于1％，认为在等级一，被测产品天线工作正常，可以正常接收信号，天线合格，可以开始进行频偏及功耗测试。在路损等级一将频偏、功耗测试完成后，定向耦合器接回到测试仪器频谱仪上，根据频谱仪显示信号的大小，调低信号源输出功率，被测产品稳定接收，丢包率小于定值后，得到其他路损等级。

可选的，所述获取每个路损等级下被测天线在通信过程中的频偏，包括：

根据频谱仪显示的示数对信号源的输出功率进行调整，获取每次调整后被测天线的丢包率；

当丢包率低于预设阈值时，通过矢量网络分析仪获取当前状态下被测天线接收到信号的驻波比值，进而获取频偏；

获取被测天线输出的电流波形，借助功耗分析仪获取被测天线在通信过程中的功耗。

在实施中，本实施例中以路损等级共七级为例进行说明。

定向耦合器的接到频谱仪上，分别调试路损等级为一、二、三、保证此时被测产品接收信号的丢包率小于1％，然后将定向耦合器接到矢量网络分析仪，测试此时天线接收信号的驻波比值，同时通过电脑检测电流波形，得到在产品在这个路损等级通信过程中的频偏及对应功耗。

测试路算等级四、五的频偏及对应功耗：

定向耦合器的接到频谱仪上，分别调试路损等级为四、五保证此时被测产品接收信号的丢包率小于在2％，然后将定向耦合器连接到矢量网络分析仪，测试此时天线接收信号的驻波比值，同时通过电脑检测电流波形，得到在产品在这个路损等级通信过程中的频偏及对应功耗。

测试路算等级六的频偏及对应功耗：

定向耦合器接到频谱仪上，分别调试路损等级为六保证此时被测产品接收信号的丢包率小于在5％，然后将定向耦合器接到矢量网络分析仪，测试此时天线接收信号的驻波比值，同时通过电脑检测电流波形，得到在产品在这个路损等级通信过程中的频偏及对应功耗。

测试路算等级七的频偏及对应功耗：

定向耦合器接到频谱仪上，分别调试路损等级为七保证此时被测产品接收信号的丢包率小于在10％，然后将定向耦合器接到矢量网络分析仪，测试此时天线接收信号的驻波比值，同时通过电脑检测电流波形，得到在产品在这个路损等级通信过程中的频偏及对应功耗。

可选的，所述更换待测产品中的被测天线，得到安装有不同被测天线的待测产品的通信性能参数，基于性能参数对待测产品的结构进行调整，包括：

更换待测产品中的被测天线，获取安装有不同被测天线的待测产品的通信性能参数，根据通信性能参数确定每个被测天线的辐射方向图；

根据辐射方向图对被测天线的摆放方向以及待测产品中射频模块进行调整。

在实施中，在射频通信及天线领域，根据半波长理论，天线的等效长度在频率的半个波长或四分之一波长时，天线可以和无线电波产生谐振，此时天线可以以最高效率把电流转换成电磁波。

根据能量守恒定律，天线辐射效率最好，损失的有用信号越少，通信质量越好。频偏一般分为偏高和偏低两种，频率偏高，在调试时可把天线长度剪短，使谐振点降低到工作频段即可，频率偏低，则需要将谐振点往高频点移，需要重新做匹配调试。当根据效率、增益等天线测试数据选定了一款天线后，在实际产品通信时却产生频偏，导致产品通信情况不好时，再重新匹配调试，既影响时间和项目进度，又浪费了前期投入的人力物力。

所以为了克服天线测试中遇到的频偏问题，设计了一套测试检验装置。本套设备是针对前期研发阶段，测试产品在通信过程中的天线匹配情况，尽早在研发设计阶段杜绝频偏问题。

可选的，所述频偏测试方法，还包括：

对矢量网络分析仪进行校准。

在实施中，在进行频偏测试前，还需要进行校准矢量网络分析仪的步骤，从而保证频偏测试结果的准确性。

本发明提供了用于设备天线的频偏测试方法，包括：搭建用于对设备天线进行检测的包括定向耦合器的测试平台，获取包括被测天线在内的通信线路的路损等级；获取每个路损等级下被测天线在通信过程中的频偏；更换待测产品中的被测天线，得到安装有不同被测天线的待测产品的通信性能参数，基于性能参数对待测产品的结构进行调整。通过根据被测产品天线通信过程中，不同路损下频率偏移情况及频偏与功耗之间的关系。同时跟换被测天线，得到不同天线安装在产品中后通信过程，结构及电路环境对天线频偏谐振的影响，进而根据得到的辐射方向图相对于标准全向天线对应的辐射方向图判定对天线通信性能造成因影响的因素，完成对设备天线频偏的测试。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。