[发明专利]混合反射计系统(HRS)

说明书

技术领域

本发明涉及能够测量包括天线且尤其包括电小天线(ESA)的射频(RF)组件的正向信号参数和反向信号参数的RF信号测试与测量系统，并且更具体地，涉及能够被集成在通信系统内以辅助天线的自动重新调谐的RF测试与测量系统。

背景技术

在开发RF设备时，独立地或在集成系统内测试RF组件(诸如天线)以验证它们的实际性能是必要的。测量天线性能通常通过将天线连接到反射计来实现。这允许个人使用网络分析仪测量天线的散射参数(S-参数)大小(magnitude)，但是将来自辐射装置的不可预测的损耗算在内的校准是有问题的。这对于ESA尤其有问题，因为从天线反射回来的能量用作返回到测量系统的共模电流。在校准过程中不能解释这种不可预测的影响。

嵌入诸如移动电话的主机中的天线一般是电小的。电小天线通常被认为表示当天线在它的最高操作频率操作时该天线具有不大于λ/10的尺寸。此外，这些嵌入式ESA对于周围环境敏感且易于失谐。在测试期间，例如，如果测试系统被放置得太靠近天线，则由于比如RF输入线缆的组件的使用，该测试系统可能用作寄生元件。因此，由于这种失谐效应，与不同环境中的主机进行通信变得极其困难。

存在使用测量系统来测量ESA的辐射效率的多种方法。迄今为止，模式集成(pattern integration)是当前用于测量ESA的绝对辐射效率的最精确的方法。然而，该方法是最复杂和耗时的方法，需要经校准的范围(range)或消声室。在实践中，难以在500MHz以下的频率实现。如果天线的远场具有复模式或复杂的极化，则该方法会更为复杂。

Q因子方法使用无损天线的质量因子的理论值；在天线不是简单结构的情况下，可能难以获得该理论值。还假设当在天线或其周围环境中做出改变时，天线上的电流分布的形式保持不变。

电阻比较方法需要两个天线，这两个天线被构造为是相同的但具有不同的金属。假定两个金属的导电性的差异是小扰动且假设它们的欧姆电阻不同。该方法还假设金属的导电性和操作频率很高。做出这些假设，从而使用表面电阻的概念来确定辐射电阻。此外，与Q因子方法一样，该方法也假设当在天线或其周围环境中做出改变时，天线上的电流分布的形式保持不变。

辐射测量方法基于如下原理：定向在低噪声区域的有损耗天线将生成比定向在同一区域的无损天线更多的噪声功率。天线中的损耗可以被看作为环境温度的噪声源。该方法不适于名义上具有全向辐射模式的天线，诸如ESA。当定向到低噪声区域(即，顶点处天空)时，这类天线从可能更热的地平线(horizon)接收辐射，因而增加了测量不确定性。因此，对于具有笔形波束型辐射模式的高增益天线，该方法是有用的。该方法还需要高质量放大器和具有良好噪声指数的混合器，它们必须靠近天线安装以避免会增加噪声的附加组件。易于漂移的放大器增加了测量不确定性。此外，天线必须与源阻抗匹配以避免增加系统噪声。

随机场测量(RFM)方法基于如下统计理论，该统计理论假设由未知天线和参考天线接收的信号遵循瑞利分布(Rayleigh distribution)。该技术用于测量当与人体靠得很近时天线的辐射效率。测量过程的统计性质导致它比其它常规方法更加耗时。

量热(calorimetric)方法基于对所耗散的功率而不是所辐射的功率的测量。该量热方法被认为是下面描述的模式集成的低成本另选方案和惠勒帽(Wheeler cap)方法的替代方案。然而，测量过程比惠勒帽方法更加复杂。尽管测量所需的设备比模式集成方法相对较便宜，但是与使用惠勒帽方法相比，它仍相当昂贵。

混响室方法被认为是模式集成方法的较便宜的另选方案。使用模式和平台搅动在金属室内部设置多路径环境。然后，使用统计分析确定天线的辐射效率。通过以恒定和已知的速度旋转的金属桨调制室内部的模式。为了获得改善的测量精确度，测试下的天线(也称为平台)也旋转。该方法基于混响室中的平均接收功率与测试天线的辐射效率成正比的假定。

反射方法检查在天线和反射构件(reflecting short)之间的距离变化时天线的反射系数。在操作横向电TE 10模式的矩形波导中执行该测量。该方法可以被视为是惠勒帽方法的扩展，然而，其过程更加复杂且需要具有高质量滑动构件的稍微复杂的波导设置。额外的益处在于天线损耗被建模，而不管它们是否由串联电阻器、并联电导或非简单的天线结构组成。