远场天线测试系统.pdf

1、远场 系统 方案 1 远场 天线 测量系统 俯仰转台睿腾万通 科技 有限 公司 远场 系统 方案 2 目录 1 概述 . 3 2 用户需求分析 . 4 2.1 用户需求 4 2.2 用户远场环境 4 3 远场天线测量系统特点 5 4 远场天线测量系统 5 4.1 系统组成 5 4.2 系统清单 6 4.3 系统布局 8 4.4 系统原理 8 4.5 系统测试能力 11 4.6 射频链路预算 11 4.7 系统扩展性 12 5 分系统设计 . 12 5.1 机械子系统 12 5.2 控制子系统 16 5.3 射频子系统 17 5.4 天线测量软件 20 6 培训 . 21 6.1 安装期间培训

2、22 7 系统维护、保修等 23 7.1 服务优势 23 7.2 专业的售后服务保障团队 23 7.3 系统维护服务保障 24 远场 系统 方案 3 1 概述 成都睿腾万通科技有限 公司很高兴 能 有机会为 客户 推荐 一套由本公司研发、集成的的 远场 天线测量系统。 睿腾万通 公司是一家专门从事 天线测量产品的研发、集成、生产与销售的高科技企业。公司以电子科技大学为技术依托，技术团队由多名业内资深的技术专家组成，团队成员的专业领域覆盖电磁场与微波技术，软件工程，自动化控制，结构机械等，具有博士、硕士学历人员占 40%。公司具体从事业务覆盖通用近场、远场的开发与集成，基于通用天线测量系统的功能

3、升级，数字阵、相控阵列快速测量与诊断的解决方案，以及天线测量技术咨询与服务。公司掌握远近场天线测量的核心算法与控制，具有丰富的系统集成与研发能力。 我们为国内多个用户提供过系统集成方案，测试频率从 500MHz 至 110GHz，集成系统包括室内远场、室外远场、平面近场及紧缩场。 本方案推荐了一套 多轴转台远场天线 测量系统，以满足 客户的当前以及未来产品的测量需求。推荐的远场测量系统采用 4 轴被测天线转台，集成是德科技的射频组建，使用睿腾万通公司自主开发的远场天线测量软件及控制系统，构成一套具有高可靠性，高性能的远场 测量系统，测量系统除了能够进行常规的 远 场测量外，还具 天线罩参数测量

4、、 相控阵及数字阵列的扩展功能。更进一步的细节将在后面的章节有所描述。 为了使 客户 充分地了解和使用此套天线测量系统的特性和功能，睿腾万通将在现场安装验收 期间提供近场测量系统涉及到的 测量 理论、系统应用、实际操作和维护的详细培训。并在用户使用过程中提供良好的技术服务的咨询。 我们衷心希望能够同 用户 的专家合作，提供一套高性能 远 场测试系统。这是一个令人兴奋的工程，我们期待与 客户 在此项目上完美愉快和顺利的合作。 远场 系统 方案 4 2 用户需求分析 客户将在新的工业区中 建一套全新远场天线罩测量系统。系统主要用于天线罩测量同时兼顾天线测量 。 2.1 用户 需求 用户 需要测量

5、分析 待测 天线罩相对于天线不同指向的方向图 ， 分析天线罩 传输损耗 、 插入 相位 等 指标 ，同时 系统兼顾天线测量需要 。 典型 的 客户天线信息： 1. 天线大小： 1 m； 2. 天线重量： 100Kg； 3. 天线频率： X 波段 ； 4. 天线类型：相控阵天线、机扫天线。 系统要求： 1. 系统频率： 0.520GHz； 2. 多通道测量： 4 通道 。 2.2 用户 远场 环境 客户远场建立在新建的工业园内，工业园内厂房较多对电磁波有较强反射从而照成较大的测量误差。通过综合比较分析客户厂区用地情况找出了 一 个比较适合天线测量的区域 。如下图所示： 整个测试场地长度大约在 1

6、20m 左右， A 点位信号发射点、 B 点放置被测天线。 B 点建筑物高度为 16.5m， 转台高度 2.5 天线安装后的高度大约在 19m 左右，点建议修建一个 17.5 筑物用于放置发射天线极化转台。 远场 系统 方案 5 图 2-1 远场收发地点 3 远场 天线测量 系统特点 睿腾万通为客户提供的系统 ，是基于是德科技 仪表 的一套远场天线测量系统，具有以下特点： 1. 能够进行多频点、 多 通道 同时测量； 2. 能 对 天线多 种 姿态 进行 测量，一次测量获得天线相对于天线罩的多个姿态的方向图； 3. 一次测量获得天线的主极化和交叉极化； 4. 自动分析方向图 和 天线罩 的多个

7、参数； 4 远场 天线 测量系统 4.1 系统组成 远场天线测量系统由机械子系统、控制子系统、射频子系统、天线测量软件及 、 系统附件组成。 机械子系统用于架设被测天线及天线罩， 带动天线罩和天线转动在测量位置远场 系统 方案 6 发出触发脉冲 ； 控制子系统是测量系统高效运行的核心部件，根据转台的触发脉冲执行测量时序同时 完成多频点、多通道的测量； 射频子系统包括信号源、接收机、本振 /中频单元等仪器。信号源用于产生射频信号，接收机接收参考信号和测试信号，获得天线在该点的幅度相位值； 天线测量软件用于控制系统运行，设置测量参数获、取测量数据、画出天线方向图、获得方向图 和 天线罩 的指标；

8、测试系统附件包括射频电缆、接头等。 4.2 系统 清单 序号 项目 厂商 /型号 描述 （一 ） 机械 子系统 被测 天线转台和发射天线转台 1.1 被测天线转台 国产 /定制 4 轴 转台 上方位 /俯仰 转台 ； - 方位 行程： 360； - 俯仰 行程： -35+50； - 承重 ： 100Kg； 下方为 /俯仰 转台 。 - 方位 行程： 360； - 俯仰 行程： -35+50； - 承重 100Kg。 1.2 发射 天线极化转台 国产 /定制 探头极化 转台 - 极化转台 承重 30Kg； - 手动 俯仰 ； - 俯仰 范围 020。 1.3 转台 控制器 国产 /定制 转台 控

9、制器 - 伺服 系统； 远场 系统 方案 7 - 转台 角度实时回传 显示 ； - 光纤 连接； （二 ） 射频 子系统 2.1 信号源 是德 /MXG 信号源 - 频率 范围 ： 0.0120GHz； - 频率 切换时间 ： 600us； - 最大 输出功率： 20dBm。 2.2 接收机 是德/N5264A 接收机 - 系统 噪声： -113dBm10KHz IFBW - 动态 范围： 134dB10Hz - 选件 ： -108 26.5 GHz 本振 信号 -1CP 机柜安装 2.3 本振 /中频单元 是德 /85309B 本振 /中频 单元 - 频率范围： 0.318GHz； - 输出

10、 功率： 20dBm; - 中频 增益： 20dB。 2.4 4 通道 开关 睿腾万通 / 定制 4 通道 开关 - 工作 频率： 0.520GHz - 控制 接口； 2.5 发射 天线 恒达微波 /标准增益 喇叭 标准增益 喇叭 - 0.520GHz 一套； 2.6 参考 天线 恒达微波 /标准增益 喇叭 标准增益 喇叭 - 0.520GHz 一套； （三 ） 控制子系统 3.1 系统 控制器 睿腾万通 / 定制 系统控制器 - 支持 多通道开关； 远场 系统 方案 8 - 支持 多波束测量； - 多 仪表支持 ； （四 ） 天线 测量软件 4.1 天线 测量软件 睿腾万通 / 定制 天线远

11、场测量软件 - 数据 采集； - 数据 分析； 4.3 系统 布局 俯仰转台用户厂房图 4-1 系统 布局图 系统 布局如上图所示， 测试 天线转台安装在用户 厂房 楼顶，发射天线安装在修建的 塔楼上方 ， 参考天线安装在距 接收 天线 下方 5 米 左右 。 用户 外场为 水泥地面 ，对 电磁波有一定 反射， 增对 客户 测试 环境现状 我们推荐 在系统中 加入时域测量 功能 以 以抑制环境中的多路径干扰 。 4.4 系统原理 系统原理 图如下所示： 远场 系统 方案 9 8 5 3 2 0 B R e f . M i x e r8 5 3 2 0 A T e s t M i x e rAg

12、ilent 85309 ALO / IF Distribution UnitJ 9J 10K e y s i g h t P N A - XR e c e i v e r10 M H z R e f图 4-2 系统 原理图 信号源 产生射频信号 ，射频 信号 经发射 天线 发射 ，参考天线和被测 天线 接收辐射 信号，混频器 将 接收到的信号 混频至中频， 接收机 比较两个中频信号得到天线在该 位置 的幅度 /相位。在 测量过程中 4 通道 开关可以实时切换状态，可以 一次 测量得到 4 个 通道的幅度 /相位 值。 系统 控制图： K e y s i g h t P N A - XR e c

13、 e i v e r10 M H z R e f交换机转台控制器系统控制器图 4-3 系统 控制连线图 根据系统 设置转台在转动过程中会实时反馈角度信息，转台控制器根据反馈信息 发出 触发 信号 给 系统控制器，系统控制器根据生成的逻辑时序 协调 开关切换通道 、控制信号源 切换频率 、 触发 接收机 接收 测量 。 转台 转到下一个测量 位置 时远场 系统 方案 10 再 次 向 系统控制器 发出触发 信号重复测量时序 直到 完成天线方向图测量。 4.4.1 时域 测量 外场测量存在 多路径 效应 ， 被测 天线接收到的 不止 是来自于发射天线的辐射信号，同样会存在来自于 地面、 周围建筑物

14、的反射 信号 ，如果能准确识别出 反射波并 加以 抑制 就能 提高 测试 的准确性。 俯仰转台用户厂房直射波反射波图 4-4 被测 天线接收到的信号 天线 接收到的信号在时域中可做如下表示 ： 时间轴直射波反射波图 4-5 接收 信号在时域中的 波形 转换到 时域后接 系统 能识别出那些是直射波 那些是 反射波通过该技术可以远场 系统 方案 11 滤除 环境反射的影响。 4.5 系统 测试能力 天线 远场 测量要求 ： 22/D 远 场 距 离 D-天线口面直径， -波长 用户 远场距离大约 120m， 由此计算出 该远场 距离可测量天线口径大小与频率的关系 见 下表 ： 表格 4-1 用户

15、远场可测量天线大小 远场距离 FF-Distance(m) 120 Freq(Ghz) Lamda(m) MAX AUT(m) 0.5 0.600 6.00 1 0.300 4.24 5 0.060 1.90 10 0.030 1.34 18 0.017 1.00 20 0.015 0.95 4.6 射频 链路预算 根据远场 系统布局， 选取 远场收发距离 120m、 发射天线 增益 20dBi、 接收天线增益 20dBi。系统射频连路预算见下表 ： 被测天线增益 (dBi) 20 发射天线增益 (dBi) 20 远场距离（ m） 120 频率 1.00 5.00 10.00 15.00 15

16、.00 20.00 GHz LO 谐波次数 1.00 1.00 1.00 1.00 3.00 3.00 信号源功率 18.00 18.00 18.00 15.00 15.00 15.00 dBm 远场 系统 方案 12 信号源到发射天线 电缆损耗 -0.81 -1.84 -2.63 -3.24 -3.24 -3.77 dB 发射天线增益 10.00 10.00 10.00 20.00 20.00 20.00 dBi 天线发射功率 27.19 26.16 25.37 31.76 31.76 31.23 dBm 空间衰减 -74.03 -88.01 -94.03 -97.56 -97.56 -10

17、0.05 dB 被测天线增益 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 dBi 被测天线接收功率 -26.843 -41.849 -48.659 -45.798 -45.798 -48.825 dBm 4 通道开关衰减 -2 -2 -2 -2 -2 -2 dB 混频器变频损耗 -22.00 -15.00 -17.00 -17.00 -28.00 -33.00 dB 85309B 中频增益 21.00 21.00 21.00 21.00 21.00 21.00 dB 接收机输入功率 -29.843 -37.849 -46.659 -43.798 -54.798 -6

18、2.825 dBm N5264A 底噪 （ 100Hz IFBW） -123.00 -123.00 -123.00 -123.00 -123.00 -123.00 dBm S/N （ 100Hz IFBW） 93.16 85.15 76.34 79.20 68.20 60.18 dB N5264A 底噪 （ 1KHz IFBW） -113.00 -113.00 -113.00 -113.00 -113.00 -113.00 dBm S/N （ 1KHz IFBW） 83.16 75.15 66.34 69.20 58.20 50.18 dB 从上表可 知 系统 在 20GHz 以内可以满足 用

19、户 测量 需求 。 4.7 系统 扩展性 在系统 设计中 在 满足 用户 目前使用的情况下， 充分考虑了系统的可扩展性 ，用户 只需 在 发射 端 添加 一个 40GHz 的倍频 器 就 可以将 系统 应用频率扩展到40GHz。 5 分系统 设计 5.1 机械子系统 机械子系统是 天线 方向图测量 系统 的关键部件，直接 影响到天线测量 参数的准确性 。 机械 子系统 用于带动 被测 天线 定位 、转动 并发出 测量 触发 脉冲。 机械子系统包括 被测 天线 转台、 极化 转台 、 转台控制器。 远场 系统 方案 13 5.1.1 被测天线 转台 转台 由两个 方位 /俯仰 转台 组成 ， 转

20、台 结构如下 图 所示： 上方位转台上俯仰转台下俯仰转台下方位转台图 5-1 转台 结构图 下方位 /俯仰 转台用于安装天线罩 ，在 方位转台上方 设计 有一个大的安装面用于天线罩 架设 ， 上 方位 /俯仰 转台 同样 安装在该安装 面 上 。 上 方位 /俯仰 转台用于天线架设， 为了 保证天线口面大致在转台测量中心线上，上方位 /俯仰 转台相对下 方位 /俯仰 转台有一定偏移。 转台 主要技术指标如下 表 ： 表格 5-1 转台 主要技术指标 序号 转台参数 指标 （一 ） 下方位 /俯仰 转台 1.1 方位转台 精度 0.05 1.2 方位转台行程 360 1.3 转台 盘面 800m

21、m 1.4 转台最大 承重 1000Kg 远场 系统 方案 14 1.5 俯仰 转台 精度 0.1 1.6 俯仰 转台行程 -35 +50 1.7 旋转 关节 DC 40GHz （二 ） 上方位 /俯仰 转台 2.1 方位转台 精度 0.05 2.2 方位转台行程 360 2.3 转台 盘面 200mm 2.4 转台最大 承重 100Kg 2.5 俯仰 转台 精度 0.1 2.6 俯仰 转台行程 -35 +50 2.7 旋转 关节 DC 40GHz 5.1.2 极化 转台 极化 转台带动 探头 天线转动 用于 天线测量的极化切换 。转台 结构如下所示： 0极化转台手动俯仰图 5-2 探头极化

22、转台 远场 系统 方案 15 表格 5-2 探头极化 转台指标 序号 转台参数 指标 （一 ） 探头极化 转台 1.1 极化 转台 精度 0.1 1.2 极化 转台行程 360 1.3 转台 盘面 200mm 1.4 转台最大 承重 30Kg 1.5 旋转 关节 DC 40GHz 5.1.3 转台 控制器 图 5-3： 转台 控制器 系统采用闭环控制模式，控制模式简易图如下图所示： 远场 系统 方案 16 图 5-4 转台控制器控制模式 控制方式采用闭环模块化控制。转台控制单元通过网口方式接收上位机遥控的指令，向转台驱动器发送控制信号，驱动器驱动电机转动，电机驱动负载做各种运动。转台末级安装高

23、精度同步系统，同步系统实时刷新转台角度信息，以此构成闭环控制系统。 5.2 控制子系统 控制子系统 是确保系统高效运行 的核心部件， 直接 决定的系统的测试效率 。控制器完成接收 转台 触发 信号、 控制 信号源切换频率、 开关 切换 通道 、接收机测量。 睿腾万通 系统 控制 器采用硬件 触发 模式，相比较软 触发 模式 测试 效率 有 3倍 以上的提升。 控制 子系统 负责 系 接收 来自于转台控制器的 外部触发 信号， 然后向开关 、信号源发出切换通道、频率的指令， 并 接收来自开关和信号源的反馈信息，最后 触发 接收机 测量 。 系统 时序如下图 所示： 远场 系统 方案 17 P O

24、 S T r g （ IN ）Be a m c h a n g e （ vi r t u a l e ve n t ）RF S w i t c h C h a n g e （ O U T ）Be a m s t e e r i n g c h a n g e （ O U T ）RC V R T r g （ O UT ）L O T r g （ O U T ）A q u i r i n g D a t aS o u r c e T r g （ O U T ）L O D o w n D e w e l l （ IN ）L O L o k （ IN ）S o u r c e D e w e l l e

25、 n dSo u r c e L o k （ IN ）RC V R D o w n （ IN ）RC V R I n t e g r a t i o n （ IN ）D a t a T r a n s f e rS w e e p A x i s m o veRF S o u r c e D e w e l lL O So u r c e D e w e l lS w i t c h D e l a yBe a m d e l a yRe c e i ve r I n t e g r a t i o nD a t a t r a n s f e r t i m eBe a m d e l a

26、y图 5-5 系统逻辑 时序 5.3 射频子系统 射频 子系统是完成天线测量的主要 分 系统， 射频子系统直接 影响了天线 测量系统 测量 结果 的 准确性 。 射频 子系统完成射频信号的产生、 定向 辐射 、和 接收 /参考 天线的 信号 接收 ， 并记录天线的幅度 /相位 值 。 射频 子系统由 信号源 、接收机、本振 /中频 单元 、 4 通道 开关、发射天线、参考天线 组成 。 表格 5-3 射频 子系统组成 序号 设备 名称 厂家 /型号 描述 1 信号源 是德 /MXG 信号源 - 频率 范围： 0.0120GHz； 远场 系统 方案 18 - 频率 切换时间 ： 600us； -

27、 最大 输出功率： 20dBm。 2 接收机 是德 /N5264A 接收机 - 系统 噪声： -113dBm10KHz IFBW - 动态 范围： 134dB10Hz - 选件 ： -108 26.5 GHz 本振 信号 -1CP 机柜安装 3 本振 /中频单元 是德 /85309B 本振 /中频 单元 - 频率范围： 0.318GHz； - 输出 功率： 20dBm; - 中频 增益： 20dB。 4 4 通道 开关 睿腾万通 / 定制 4 通道 开关 - 工作 频率： 0.520GHz - 控制 接口； 5 发射 天线 恒达微波 /标准增益 喇叭 标准增益 喇叭 - 0.520GHz 一套

28、； 6 参考 天线 恒达微波 /标准增益 喇叭 标准增益 喇叭 - 0.520GHz 一套； 5.3.1 信号源 信号源 选用是德 MXG 系列 信号源 ， 为发射天线提供高功率的信号 输出 。 远场 系统 方案 19 图 5-6 是德 MXG系列 信号源 是德 MXG 系列 信号源 主要 技术指标如下： 序号 参数 指标 1 最高 工作频率 20GHz 2 频率 切换时间 600us 3 最小输出 功率 -130dBm 4 最大 输出功率 +20dBm 5.3.2 接收机 系统 接收机 选用 PNA-X 接收机 ， 测量参考 通道 和测试通道 幅度 /相位值 。 图 5-7 N5264A接收

29、机 是德 N5264A 接收机 主要 技术 指标如下： 序号 参数 指标 1 底噪 -143dBm 2 动态 范围 134dB 远场 系统 方案 20 3 本振 信号 26.5Ghz 4 输入 信号 中频 输入 5 接收机 数量 5 5.3.3 本振 /中频 单元 是德 85309B 本振 /中频单元是分布式频率变换组件，可将射频信号下变频至中频，将中频信号直接输入 PNA-X 的接收机，以 减少射频连路衰减 。 本振中频单元如 图 5-8 所示，其主要指标如下： 1) 频率范围： 218GHz； 2) 通道隔离度： 100dB； 图 5-8：本振 /中频单元 5.3.4 4 通道 开关 客户

30、 目前部分天线有 多个 端口 如相控阵 天线具有 和差通道 ，一次扫描 获得天线的多种状态 可以 提高系统使用效率 ， 为此本方案中配置有 一个 4 通道 开关。 单刀四掷开关用于开展多通道待测天线的快速测试，支持 4 通道测量，在一次扫描过程中可完成最多 4 个方向图的数据采集，从而提高测试效率。 5.4 天线 测量软件 天线 测量软件是 用户与 系统交互的 重要 窗口， 操作 界面简洁 、 逻辑 清晰 的 天线 测量软件 ， 能为客户 在 测量中提供自动化的 测量 方案 同时提供 快速的后期数据远场 系统 方案 21 处理 能力 。 以下 为睿腾万通测量软件界面 图 5-9：天线 测量软件

31、主界面 图 5-10：天线 测量设置 6 培训 为了使客户充分地利用此天线测量系统的特性和功能，睿腾万通将在现场安装验收期间提供近场测量系统涉及到的近场理论、系统应用，实际操作和维护的远场 系统 方案 22 培训。睿腾万通为客户提供的培训包括如下： 1. 系统安装和调试期间的客户培训 2. 安装完成后的操作培训 6.1 安装期间培训 睿腾万通会在系统调试和系统评估期 间 即 时提供培训。建议客户的系统操作员在此期间能够空出时间以便获得更多的 了解系统的 机会 。安装和调试过程中会涉及到射频、机械和软件子系统及系统的验证等 。 6.1.1 操作人员培训 系统安装和评估完成之后， 睿腾万通 会为系

32、统操作员提供培训 ，培训 形式 为教学和天线测试操作。 整个操作培训一般 为一天 到两天 ，主要覆盖以下要点： 1. 系统操作指导和步骤 2. 天线 测量 软件概览 3. 天线测量演示 4. 系统硬件概览 5. 系统启动和关闭顺序和过程 6. 转台 维护 6.1.2 提供文档 睿腾万通交付的 系统 提供操作和维护手册，另外提供天线测 软件 软件的用户手册。 标准版软件手册 包括 以下内容 ： 运行程序 保存和恢复程序设置 快捷键 控制转台 远场 系统 方案 23 打开数据文件 测量 扫描设置 数据处理 绘制数据 高级数据处理 比较法增益测量 硬件结构 故障诊断 菜单的详细说明 天线测量 软件

33、帮助 7 系统维护、保修等 针对本系统，成都睿腾万通有着地域上的优势，我们将为您对本系统提供为期 2 年的免费保修服务。 7.1 服务优势 睿腾万通在公司备有各种备件，在设备出现故障时可以在到达现场 24 小时内判断故障所在，如果需要更换备件或其他，睿腾万通的人员也可以随时赶到现场进行更换和进一步服务。 7.2 专业的售后服务保障团队 睿腾万通专注于天线测量系统，有天线近场、远场等系统的建设，有着一支职业化、专业化、全职化的队伍。 远场 系统 方案 24 7.3 系统维护服务保障 系统安装验收完成后， 睿腾万通 为客户提供整机 2 年的保修服务，保修期内，免费为客户更换非人为故障的正常损耗器件等，每年按照客户指定的时间进行 维护，免费为客户提供所需的更换、软件的必要升级、接口的澄清 。