用於測量天線輻射圖的設備和方法
2023-10-26 05:52:47
專利名稱：用於測量天線輻射圖的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種天線輻射圖(radiation pattern)測量系統。更具體地，其涉及 一種在有限距離內改變天線輻射圖的系統。
背景技術：
一般地，在從天線向自由空間輻射的電磁場的情況下，在預定的區域內，反應電電 磁場大於輻射的電磁場，並且該預定的區域被稱為反應近場區域。此外，在被稱為輻射近場 區域的區域中，輻射的電磁場變得大於反應電磁場。這裡，輻射近場區域也被稱為菲涅耳 (Fresnel)區域，並且在該區域中存在的電磁場被稱為菲涅耳電磁場。在穿過菲涅耳區域之後，從天線輻射的無線電波幾乎被變換為平面波。此時， 其中從天線輻射的無線電波的距離R大於2L2/X的區域被稱為遠場區域或弗朗荷費 (Fraunhofer)區域，並且在該區域中存在的電磁場被稱為遠場。這裡，L表示天線孔徑長 度，而X表示操作頻率波長。諸如移動通信基站之類的無線電裝置輻射高功率電磁波。因此，應該知道電磁場 的強度，並且應該引導安全距離。為了獲得菲涅耳場或有限距離的遠場，可以在對應的位置處或在抗反射室中直接 地執行測量。這裡，抗反射室可以被稱作消聲室(anechoic chamber) 0當定位被測天線(AUT)、以用於獲得諸如菲涅耳場或遠場之類的特定距離的電磁 場時，如果抗反射室足夠大以包括要測量的距離，則可以在對應位置處直接執行測量。然 而，當要測量的距離大於抗反射室的大小時，應該提供比現有抗反射室更大的抗反射室。另 外，探針(probe)和AUT之間的距離應該可變，並因此抗反射室應具有距離控制儀器。在背景技術部分中公開的以上信息僅僅用於增強對於本發明背景技術的理解，並 因此其可以包含沒有形成在本國中對於本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。
發明內容
技術問題已經做出了本發明，以致力於提供一種具有以下優點的天線輻射圖測量裝置和天 線輻射圖測量方法，所述優點即是根據距源天線預定距離處的天線的輻射圖來獲得另一預 定距離內的天線輻射圖。技術解決方案根據本發明實施例的示範天線輻射圖測量裝置通過使用源天線來測量被測天線 (AUT)的輻射圖。該天線輻射圖測量裝置包括控制單元、分析單元、和測量單元。控制單元 控制源天線和AUT的驅動，分析單元根據從源天線和AUT之一傳送的並且由另一天線接收 的射頻(RF)信號來測量電場值，並且測量單元控制所述控制單元和分析單元，並且通過使 用該電場值來測量AUT的輻射圖。根據本發明另一實施例的用於測量天線輻射圖的示範方法通過在天線輻射圖測量裝置中使用源天線來測量AUT的輻射圖。該方法包括在所述源天線和AUT之間維持第 一長度的距離的同時，測量具有第一長度的半徑的球上的多個點處的電場值；以及通過使 用所述多個點處的電場值來測量與AUT相距第二長度距離處的區域中的輻射圖。根據本發明另一實施例的用於通過在天線輻射圖測量裝置中使用第一天線來測 量第二天線的輻射圖的另一示範方法包括通過在所述第一天線和第二天線之間維持第一 長度的距離的同時、移動第一和第二天線中的至少一個，來從第一和第二天線之一向另一 天線傳送信號；接收該信號，並且測量具有第一長度的半徑的球上的多個點處的電場值； 以及通過使用所述多個點處的電場值、第一長度、第二長度、和該球上的所述多個點的位 置，來測量與第二天線相距第二長度距離處的區域的輻射圖。有益效果根據本發明的示範實施例，可以獲得比小尺寸抗反射室更大的距離的位置處的天 線的輻射圖，由此增加該室的效用。另外，可以通過利用有限距離獲得天線輻射圖來預測根據距離的電磁場的幅度， 並相應地，可以不需要用於變更源天線和AUT之間的距離的距離控制儀器。
圖1示出了根據本發明示範實施例的天線輻射圖變換系統。圖2示出了在天線輻射圖變換系統中放置的天線的角坐標。圖3示出了根據本發明示範實施例的用於在變更仰角的同時掃描電場的方法。圖4示出了根據本發明示範實施例的用於在變更角度的同時掃描電場的方法。圖5示出了根據本發明示範實施例的用於在變更高度的同時掃描電場的方法。圖6示出了根據本發明示範實施例的用於天線的輻射圖測量的角坐標系。圖7是示出了根據本發明示範實施例的天線的輻射圖測量方法的流程圖。圖8示出了用於驗證圖7的所測量的天線輻射圖的結果的曲線圖。
具體實施例方式在以下詳細描述中，已經簡單地通過闡釋的方式而僅僅示出並且描述了本發明的 某些示範實施例。如本領域技術人員將認識到的，可以以各種不同的方式來修改所描述的 實施例，而全部沒有脫離本發明的精神或範圍。相應地，附圖和描述將被認為實際上是說明 性而非限制性的。貫穿說明書中，同樣的附圖標記指定同樣的元件。另外，除非明確地進行相反描述，否則詞語「包括(comprise)」以及諸如「包括 (comprises)，，和「包括(comprising)，，之類的變形將被理解為暗示包括所陳述的元件、但 不排除任何其它元件。在下文中，將更詳細地描述根據本發明示範實施例的天線輻射圖測量系統。圖1示出了根據本發明示範實施例的天線輻射圖變換系統，而圖2示出了輻射圖 變換系統的天線的角坐標。如圖1所示，天線輻射圖變換系統1包括抗反射室100和天線輻射圖測量裝置 200，並且該天線輻射圖測量裝置200包括控制單元210、分析單元220、和測量單元230。該抗反射室100包括源天線110、被測天線(AUT) 120、驅動裝置130和140、支撐裝
5置150、和水平旋轉裝置160。抗反射室100內的源天線110和AUT 120之間的距離R近似為2L2/X。這裡，L 是天線孔徑長度，而\是操作頻率波長。驅動裝置130連接到源天線110，而驅動裝置140 連接到AUT 120，並且驅動裝置130和140通過變更天線110和120中的每一個的測量高度 和測量角度來控制天線。支撐裝置150連接在AUT 120和水平旋轉裝置160之間，並且水 平旋轉裝置160根據旋轉角來水平地旋轉支撐裝置150，以用於獲取數據。控制單元210控制電動機，以用於AUT自動地驅動所述驅動裝置130和140以及 水平旋轉裝置160。分析單元220通過射頻(RF)信號線纜、利用在源天線110和AUT 120之中被設置 為傳送天線的天線來傳送RF信號。分析單元220通過RF信號線纜、利用在源天線110和 AUT 120之中沒有被設置為傳送天線的天線來接收RF信號。在該實例中，分析單元220根 據所傳送/接收的RF信號對要測量的輻射圖以每個角度來測量輻射圖的復電場值，並且向 測量單元230傳送所測量的復電場值。測量單元230確定用於測量天線的輻射圖所需的參數。另外，測量單元230控制 所述控制單元210和分析單元220，以用於以天線輻射圖測量所需的每個角度來測量輻射 圖。測量單元230存儲從分析單元220傳送的、以每個角度測量的復電場值，並且通過使用 所存儲的復電場值來測量要測量的輻射圖。如圖2所示，在抗反射室100中，要測量其輻射圖的AUT 120位於角坐標系的原 點。這裡，Lx表示AUT 120的X軸方向中孔徑的長度，而Ly表示AUT 120的y軸方向的孔 徑的長度。另外，R表示從原點到要測量的電場值[EK(a，0)]的距離。源天線110位於 *EK(a，表現的黑點處。在這裡，a是從y-z平面到x軸方向的角度，而0是從x_z 平面到z軸方向的角度。在下文中，將參考圖3到圖5來更詳細地描述用於測量天線輻射圖的電場掃描方法。圖3示出了根據本發明示範實施例的在改變仰角情況下的電場掃描方法，而圖4 示出了根據本發明示範實施例的在改變角度情況下的電場掃描方法。圖5示出了根據本發 明示範實施例的在改變高度情況下的電場掃描方法。在圖3到圖5中，要測量其輻射圖的AUT 120位於角坐標系的原點。在圖3到圖 5中，黑點示出了與AUT 120相距距離R1處的電場EK1，並且在具有半徑R1的球面上掃描電 場EK1 (在下文中，該球將被稱為R1球)。這裡，源天線(圖1的110)位於如R1球面上的 黑點所示的點處，並且執行RF傳送/接收。如圖3所示，可以沿著以下水平線掃描電場EK1，其中通過在變更源天線110和AUT 120之一的仰角的同時在水平方向上旋轉AUT 120來定位該黑點。在該實例中，該仰角是從 AUT 120到源天線110的視線的角度，並且可通過在垂直或水平方向中改變在驅動裝置130 和140中包括的電動機和支撐裝置150來改變該仰角。另外，如圖4所示，可以在變更源天線110和AUT 120的角度①的同時沿著黑點 所位於的平面掃描電場EK1。這裡，角度①是以z軸為中心的旋轉角。可以通過控制驅動 裝置130和140的電動機、以在水平方向中旋轉AUT120的同時以z軸為中心進行旋轉，來 進行這種掃描方法。
另夕卜，如圖5所示，可以當在圍繞R1球的垂直方向中變更源天線110的高度和AUT 120的高度的同時，掃描電場EK1。在該實例中，所掃描的測量值的位置被示出為圖5中的白點，並且可以通過使用 補償算法來補償R1球面上的白點和黑點之間的幅度和相位差。可以通過控制驅動裝置130 和140的電動機，以在使得AUT 120垂直地移動的同時、使得源天線110和AUT 120之一在 相對於地面的垂直方向中線性移動，來進行這種掃描方法。在下文中，將參考圖6和圖7來更詳細地描述天線輻射圖測量方法。圖6示出了根據本發明示範實施例的用於天線的輻射圖測量的角坐標系，而圖7 是示出了根據本發明示範實施例的天線輻射圖測量方法的流程圖。根據本發明的示範實施例，使用圖3到圖5所示的掃描方法之一，並且假設天線的 角度被設置為a = 0°和3 = 0°。如圖6所示，要測量其輻射圖的AUT 120位於角坐標系的原地。如黑點所示的電 場EK1(a+mAa，日+n A日)800與AUT 120分開距離R1，並且位於R1球面上。在該實例中，要測量其輻射圖的電場EK2( a，3)900如位於z軸上的黑點所示，並 且與AUT 120分開距離R2。可以通過使用如等式1所給出的變換方法來獲得電場EK2(a，3)900的輻射圖。[等式1]= 等式1使用距離R1處的區域中的電場EK1(a+mA a，3+n A日)800、等式2的系 數K、和等式3的係數k 。通過位置(m，n)來確定係數K和k ，其中如等式2到等式4所 給出地測量兩個距離R1和R2以及電場Ew ( a +m A a，日+n A日)。這裡，A a表示從y-z 平面朝向x軸方向變化的角度的增加值，而△ 0表示從x-z平面朝向y軸方向變化的角度 的增加值。因此，可以在變更位置(m，n)的同時，測量R1球上的多個點處(即，每個角度 處)的電場值。[等式2] [等式3] 另外，通過等式4來確定等式3的指數p。[等式4] 在等式1到等式4中，k表示傳播常數(其中，k = 2Ji/X)，而入表示操作頻率 波長。Tx表示包括AUT 120的孔徑的截面在x軸方向中的長度，而Ty表示包括AUT 120的孔徑的截面在y軸方向中的長度。參考圖6和圖7，測量單元230根據抗反射室100中源天線110和AUT 120之間的 距離、以及天線孔徑的大小來確定計算應用於變換天線輻射圖的等式1到等式4所需的參 數和係數，以便測量天線輻射圖(S100)。另外，測量單元230控制所述控制單元210，以根據要測量的輻射圖來驅動源天線 110和AUT 120，並且控制單元210驅動水平旋轉裝置160，以水平地旋轉AUT 120和支撐裝 置150。當源天線110和AUT 120傳送/接收RF信號時，分析單元220根據RF信號測量復 電場值，並且向測量單元230傳送所測量的復電場值，並且測量單元230在資料庫中存儲所 接收的復電場值。也就是說，針對與AUT 120相距距離R2處的特定角度(a，日)來測量與AUT 120 相距距離R1處的區域中的電場Ew ( a +m A a，旦+n A旦)。測量單元230確定在每個角度(即，球R1上的多個點)處測量的輻射圖(S300)。 如果沒有在每個角度處測量輻射圖，則測量單元230執行步驟S200。如果在每個角度處 測量了輻射圖，則測量單元230從資料庫中檢測用於測量距離R1處的輻射圖的復電場值 (S400)。另外，測量單元230通過將所檢測的復電場值應用到等式1到等式4來進行用於 測量所期望的輻射圖的處理(S500)。圖8示出了用於驗證在圖7中測量的天線的輻射圖的結果的曲線圖。在圖8中，喇叭天線(horn antenna)用作小抗反射室中的AUT，以用於驗證所述輻 射圖變換方法。如圖8所示，該喇叭天線位於與源天線相距距離10 X處的菲涅耳區域，並且測量 距離35X處的輻射圖A。這裡，\表示操作頻率波長。在該實例中，設置菲涅耳區域中的輻射圖A的掃描方法，以如圖5所示地從距離 10 A處的球周圍向垂直方向改變源天線的高度和喇叭天線的高度。即，如圖5所示，通過應 用以下算法來測量距離、處的輻射圖A，所述算法補償通過變更測量高度並水平地旋轉x 軸和球面上的黑點而獲得的所測量值的位置之間的幅度和相位差。圖8示出了 a = 0°處 的輻射圖。根據圖7的天線輻射圖變換處理來將這樣測量的輻射圖變換為距離35 A處的輻 射圖B。另外，為了改善根據該天線輻射圖變換處理而測量的輻射圖B的準確性，將喇叭 天線定位於與源天線相距距離35 X處，並且測量距離35 X處的輻射圖C。比較結果示出了 輻射圖B與通過實際定位喇叭天線而測量的輻射圖C幾乎一致，如圖8所示。如所描述的，可以根據天線輻射圖變換處理，通過測量特定距離處的輻射圖並且 將所測量的輻射圖變換為另一特定位置處的輻射圖，來測量抗反射室之外的一距離處的天 線的輻射圖。 除了通過上述裝置和/或方法之外，還可以通過用於實現與所述實施例的配置對應的 功能的程序或用於記錄該程序的記錄介質來實現上述實施例，這是本領域技術人員容易實現的。
儘管已經結合目前被認為是實用示範實施例的內容而描述了本發明，但是要理 解，本發明不限於所公開的實施例，而是相反地，意欲覆蓋包括在所附權利要求的精神和範 圍內的各種修改和等效安排。
權利要求
一種用於通過使用源天線來測量被測天線(AUT)的輻射圖的天線輻射圖測量裝置，包括控制單元，用於控制源天線和AUT的驅動；分析單元，用於根據從源天線和AUT之一傳送的並且由另一天線接收的射頻(RF)信號來測量電場值；以及測量單元，用於控制所述控制單元和分析單元，並且通過使用該電場值來測量AUT的輻射圖。
2.根據權利要求1的天線輻射圖測量裝置，其中該分析單元在將所述源天線和AUT之 間的距離維持第一長度的同時、測量多個點處的電場值，並且該測量單元通過使用所述多 個點處的電場值來測量與AUT相距第二長度距離處的區域處的輻射圖。
3.根據權利要求2的天線輻射圖測量裝置，其中所述多個點位於具有第一距離的半徑 的球上。
4.根據權利要求3的天線輻射圖測量裝置，其中該測量單元通過將所述電場值與分別 在所述多個點處確定的係數相乘並且相加所述相乘結果，來測量輻射圖，並且通過所述第一長度、第二長度、和所述球上的多個點中的每一個的位置來確定所述係數。
5.根據權利要求1的天線輻射圖測量裝置，其中在抗反射室中提供所述源天線和AUT，並且該抗反射室包括第一驅動裝置，連接到該源天線，並且用於驅動該源天線； 第二驅動裝置，連接到該AUT，並且用於驅動該AUT ；以及 水平旋轉裝置，用於水平地旋轉所述源天線和AUT中的至少一個。
6.根據權利要求2的天線輻射圖測量裝置，其中第一長度的距離處的電場是菲涅耳區 域中的電場，並且第二長度的距離處的電場是菲涅耳區域或遠場區域之一中的電場。
7.一種用於在天線輻射圖測量裝置中的通過使用源天線來測量被測天線(AUT)的輻 射圖的方法，該方法包括在所述源天線和AUT之間維持第一長度的距離的同時，測量具有第一長度的半徑的球 上的多個點處的電場值；以及通過使用所述多個點處的電場值來測量與AUT相距第二長度距離處的區域中的輻射圖。
8.根據權利要求7的方法，其中所述測量電場值的步驟還包括根據從源天線和AUT 之一傳送的並且由另一天線接收的射頻(RF)信號來測量所述多個點處的電場值。
9.根據權利要求7的方法，其中所述測量輻射圖的步驟包括通過將所述電場與分別 在所述多個點處確定的係數相乘並且相加所述相乘結果，來測量輻射圖。
10.根據權利要求9的方法，其中通過所述第一長度、第二長度、和該球上的所述多個 點中的每一個來確定所述係數。
11.一種用於天線輻射圖測量裝置中的通過使用第一天線來測量第二天線的輻射圖的 方法，該方法包括通過在所述第一天線和第二天線之間維持第一長度的距離的同時、移動第一和第二天線中的至少一個，來從第一和第二天線之一向另一天線傳送信號；接收該信號，並且測量在具有第一長度的半徑的球上的多個點處的電場值；以及 通過使用所述多個點處的電場值、第一長度、第二長度、和該球上的所述多個點的位 置，來測量與第二天線相距第二長度距離處的區域的輻射圖。
12.根據權利要求11的方法，其中所述測量輻射圖的步驟包括將所述電場值與分別 在所述多個點處確定的係數相乘並且將所述相乘結果相加，以及通過所述第一長度、第二長度、和該球上的所述多個點的每一位置來確定所述係數。
全文摘要
一種通過使用源天線來測量AUT的輻射圖的天線輻射圖測量裝置包括控制單元、分析單元、和測量單元。控制單元控制源天線和AUT的驅動。分析單元根據從源天線和AUT之一傳送的並且由另一天線接收的射頻(RF)信號來測量電場值。另外，測量單元控制所述控制單元和分析單元，並且通過使用該電場值來測量AUT的輻射圖。
文檔編號G01R29/08GK101855560SQ200880115711
公開日2010年10月6日 申請日期2008年9月19日 優先權日2007年9月19日
發明者全舜翼, 吳淳洙, 尹在焄, 曹仁貴, 趙用熙, 金昌周 申請人:韓國電子通信研究院