CN101512352A - 天线特性测定装置及天线特性测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线特性测定装置及天线特性测定方法。在电波消声箱(1)的内部配置被测定天线(3)和测定天线(4)。并且，根据被测定天线(3)的开口尺寸D、测定天线(4)的开口尺寸d、测定频率的波长λ，将被测定天线(3)和测定天线(4)之间的距离尺寸L设定为(D+d)²/(2λ)以上且2(D+d)²/λ以下的范围内的值。由此，在距离尺寸L较近的菲涅尔区域中，能够测定与距离尺寸L远离的夫琅禾费区域相同的被测定天线(3)的天线特性。

Description

天线特性测定装置及天线特性测定方法

技术领域

本发明涉及在例如测定移动电话等中使用的小型天线的天线特性时采用的适当的天线特性测定装置和天线特性测定方法。

背景技术

一般，已知有采用电波消声箱来测定无线设备的天线功率的测定方法(例如参照专利文献1)。并且，在基于专利文献1的测定方法中，将特性已知的电波消声箱的场衰减量(site attenuation)和实际测定中采用的电波消声箱的场衰减量之间的差作为该电波消声箱的场地因子(site factor)来导入天线功率的求值式的修正项。由此，现有技术中，采用小型电波消声箱来简单地测定无线设备的天线功率。

专利文献1：JP特开2003—75489号公报

发明内容

但是，基于现有技术的测定方法中，必须预先测定电波消声箱的场衰减量来确定场地因子。此时，场衰减量成为各电波消声箱中固有的值。因此，在使用新的电波消声箱时，必须测定该场衰减量，存在不能直接使用新的电波消声箱的问题。此外，现有技术中，必须在进行实际的测定之后进行修正项的运算处理，未必是能够简单测定天线特性的技术。

本发明鉴于上述现有技术的问题而产生，本发明的目的在于提供一种能够采用小型的电波消声箱来测定天线特性，而不进行修正等运算处理的天线特性测定装置和天线特性测定方法。

为了解决上述课题，本发明提供一种天线特性测定装置，该天线特性测定装置包括：电波消声箱，其在内部设置电波吸收体；被测定天线，其成为设置在该电波消声箱内的测定对象；以及测定天线，其与该被测定天线相对置并设置在上述电波消声箱内，测定该被测定天线的天线特性，在该天线特性测定装置中，设上述被测定天线的开口尺寸为D，上述测定天线的开口尺寸为d，测定频率的波长为λ时，上述被测定天线和测定天线之间的距离尺寸L被设定在满足如下关系的范围中，

$\frac{{(D+d)}^2}{2\mathrm{\λ}}\≤L\≤\frac{2{(D+d)}^2}{\mathrm{\λ}}.$

此外，本发明提供一种天线特性测定方法，在内部设置了电波吸收体的电波消声箱内相对置地设置被测定天线和测定天线，采用该测定天线来测定上述被测定天线的天线特性，在该天线特性测定方法中，构成为包括如下步骤：设上述被测定天线的开口尺寸为D，上述测定天线的开口尺寸为d，测定频率的波长为λ时，上述被测定天线和测定天线之间的距离尺寸L被设定在满足如下关系的范围中，

$\frac{{(D+d)}^2}{2\mathrm{\λ}}\≤L\≤\frac{2{(D+d)}^2}{\mathrm{\λ}};$ 和

在该步骤后，采用上述测定天线测定来自上述被测定天线的电磁波。

通过这样的结构，在测定天线和被测定天线之间的距离较近的菲涅尔(Frenel)区域中，能够测定与两者距离远离之后的夫琅禾费(Fraunhofer)区域相同的天线特性。

即，一般地，由于各天线的开口尺寸D、d为与测定频率的波长λ相同程度的值，因此在满足技术方案1、2中规定的关系时，开口尺寸D、d具有相比距离尺寸L变小的倾向。此时，由被测定天线发射的电磁波的发射模式，即使是菲涅尔区域，也成为与夫琅禾费区域相同的模式。因此，即使是菲涅尔区域，也能够测定与距离尺寸L比2(D+d)²/λ更长的夫琅禾费区域相同的天线特性，其中，菲涅尔区域，被测定天线和测定天线之间的距离尺寸L为(D+d)²/(2λ)以上且2(D+d)²/λ以下的范围内。

其结果，由于能够在天线之间的距离尺寸L比夫琅禾费区域更短的菲涅尔区域中测定天线特性，因此能够使电波消声箱的外形尺寸变小，能够使电波消声箱小型化，使测定空间变小。此外，除了不必预先测定电波消声箱的衰减量之外，由于不必进行修正等运算处理，因此能够实现测定时间的缩短和测定操作性的提高。

附图说明

图1是表示基于本发明的实施方式的天线特性测定装置的正面图。

图2是对图1中的被测定天线的周围进行放大表示的立体图。

图3是表示实施方式和比较例之间的天线发射效率的偏差的特性曲线图。

符号说明

1 电波消声箱

1B 电波吸收体

3 被测定天线

4 测定天线

具体实施方式

以下，按照附图详细地说明基于本发明的实施方式的天线特性测定装置。

图1中，电波消声箱1由以下部分构成：箱体1A，其采用具有例如1～2mm左右的厚度尺寸的铝板材来形成；和电波吸收体1B，其设置在该箱体1A的内部。此外，电波消声箱1对于宽度方向(X方向)、长度方向(Y方向)、高度方向(Z方向)分别具有例如50～100cm左右的长度尺寸而形成。并且，电波消声箱1遮断来自外部的电磁波，并且防止内部电磁波的反射。

2轴定位器(positioner)2设置在电波消声箱1的内部中例如左侧的壁面附近。并且，2轴定位器2包括：第1旋转部2A，其能绕与高度方向平行的O1轴进行旋转；第2旋转部2B，其设置在该旋转部2A上，能绕与长度方向(左、右方向)平行的O2轴进行旋转。并且，在第2旋转部2B的前端安装有后述的被测定天线3。由此，2轴定位器2使得被测定天线3以相互正交的O1轴和O2轴这两个轴为中心旋转，来决定被测定天线3的方位(朝向)。

被测定天线3安装在2轴定位器2中第2旋转部2B的前端，采用第1、第2旋转部2A、2B，使其绕O1轴和O2轴这2轴旋转。此外，被测定天线3是对天线特性进行测定的测定对象，移动电话、移动终端等中使用的各种天线适用。并且，被测定天线3具有例如1～20cm左右的开口尺寸D。

在此，作为被测定天线3来使用移动电话的鞭形天线(whip antenna)(1/4波长天线等)时，由于从鞭形天线和移动电话整体发射电磁波，因此在鞭形天线和移动电话整体中安装2轴定位器2。该情况下，开口尺寸D假定为鞭形天线和移动电话的全长。

另一方面，作为被测定天线3来使用移动电话的内置天线(例如芯片天线等)时，由于从移动电话整体发射电磁波，因此在移动电话整体中安装2轴定位器2。该情况下，开口尺寸D假定为移动电话的全长。

测定天线4设置在电波消声箱1的内部中例如右侧的壁面附近。此外，测定天线4安装在天线定位器5上，配置于在长度方向(水平方向)上与被测定天线3相对置的位置处。在此，测定天线4由具有例如15cm左右的元件长的小型双锥形天线(biconical antenna)构成。因此，测定天线4的开口尺寸d为与元件长相同的长度尺寸。

此外，天线定位器5贯通电波消声箱1的右侧的壁面而设置，具有沿O2轴在横方向上能进退的功能。并且，测定天线4安装在天线定位器5的前端。因此，通过使得天线定位器5进退，从而将被测定天线3和测定天线4之间的距离尺寸L设定在满足以下式1的关系的范围内。

[式1]

$\frac{{(D+d)}^2}{2\mathrm{\λ}}\≤L\≤\frac{2{(D+d)}^2}{\mathrm{\λ}}$

其中，距离尺寸L表示从2轴定位器2的旋转中心位置Pa(O1轴和O2轴相交叉的位置)开始至测定天线4的基准点Pb(双锥形天线的中心位置)为止的位置尺寸。此外，式1中的λ表示测定频率中的信号(电磁波)的波长。此外，式1中，开口尺寸D、d、波长λ、距离尺寸L的单位全都相同(例如为cm)。更进一步地，测定天线4通过衰减器(attenuator)6与后述的网络分析仪(network analyzer)7连接。

网络分析仪7通过高频电缆与被测定天线3连接，并且通过高频电缆7B和衰减器6与测定天线4连接。并且，网络分析仪7采用测定天线4接收从被测定天线3发送的电磁波，测定此时的接收功率Pr。此外，采用2轴定位器2，使得图2中示出的被测定天线3的方位角θ和仰角φ缓慢变化，同时反复该测定操作。由此，网络分析仪7测定被测定天线3的天线发射效率等天线特性。

基于本实施方式的天线特性测定装置如上述那样构成，下面，针对采用该天线特性测定装置的天线特性的测定方法进行说明。

首先，作为第1步骤，在2轴定位器2上安装被测定天线3，在该状态下将2轴定位器2设置在电波消声箱1内。

接着，作为第2步骤，根据以下式2计算被测定天线3和测定天线4之间的测定距离。其中，式2中的Lmin表示满足式1的关系式的最短的距离尺寸(最短距离)。

[式2]

$L\min =\frac{{(D+d)}^2}{2\mathrm{\λ}}$

然后，作为第3步骤，使2轴定位器2的旋转中心位置Pa和小型双锥形天线的基准点Pb之间的距离尺寸L与如下尺寸相一致，上述尺寸为：与最短距离Lmin相同的尺寸、或相比最短距离Lmin在10％左右的范围内(例如数cm左右)稍长的尺寸。具体地，进行操作使得天线定位器5在长度方向上移动，在距离尺寸L与所希望的值相一致的位置处，定位测定天线4并对其固定。

接着，作为第4步骤，操作2轴定位器2的第1、第2旋转部2A、2B，在方位角θ和仰角φ中任何一个都为0°的位置处固定被测定天线3的姿势。在该状态下，采用网络分析仪7，由测定天线4接收从被测定天线3发送的电磁波，测定此时的接收功率Pr(0°，0°)。然后，如果在被测定天线3的1个姿势中接收功率Pr(θ，φ)的测定结束，则操作2轴定位器2的第1旋转部2A，使得被测定天线3的方位角θ增加10°，再次进行接收功率Pr(10°，0°)的测定。在方位角θ为0°～360°的范围中反复该操作。

使得被测定天线3在方位角θ方向上旋转1周之后，操作2轴定位器2的第2旋转部2B，使得被测定天线3的仰角φ增加10°。在该状态下，再次在方位角θ为0°～360°的范围中按每10°进行变化，进行接收功率Pr(θ，φ)的测定。在方位角θ为0°～360°的范围中以及仰角φ为0°～180°的范围中反复以上的操作，测定各自的方位角θ和仰角φ中的接收功率Pr(θ，φ)。

最后，作为第5步骤，对于全空间对接收功率Pr(θ，φ)进行球面积分，根据以下的式3来计算被测定天线3的发射功率Prad。

[式3]

$\mathrm{Prad}=\underset{0}{\overset{\mathrm{\π}}{\∫}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}\mathrm{Ut}(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})\sin \mathrm{\θd\θd\φ}$

$=\frac{4\mathrm{\π}{L}^2}{{\mathrm{\λ}}^2\mathrm{Gar}}\underset{0}{\overset{\mathrm{\π}}{\∫}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}\mathrm{Pr}(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})\sin \mathrm{\θd\θd\φ}$

另外，式3中，Ut(θ，φ)表示每单位立体角的发射强度，Gar表示测定天线4的绝对增益。此外，实际上，接收功率Pr(θ，φ)对方位角θ、仰角φ按每10°来测定。因此，采用离散化的积分，而不采用式3所示的连续的积分。

然后，如式4所示，由式3计算出的被测定天线3的发射功率Prad除以对于被测定天线3的输入功率Pin。由此，计算被测定天线3的天线发射效率ηt(天线特性)。

[式4]

$\mathrm{\ηt}=\frac{\mathrm{Prad}}{\mathrm{Pin}}$

下面，针对被测定天线3和测定天线4之间的距离尺寸L进行研究。

首先，作为基于本实施方式的情形，测定出菲涅尔区域中的天线特性(天线发射效率ηt)。此时，距离尺寸L设定为满足式1的关系的范围内的值L1，采用上述的测定方法，测定出天线发射效率ηt。

在此，被测定天线3采用移动电话的内置天线。由此，被测定天线3的开口尺寸D作为移动电话的全长假定为18cm。此外，测定天线4的开口尺寸d作为小型双锥形天线的元件长设为15cm。更进一步地，在1.7～2.0GHz的范围内采用多个频率测定出测定频率。

此外，满足式1的关系的最短距离Lmin依赖于测定频率(波长λ)，随着测定频率增大而变长。由此，对于比全部测定频率更高频率的信号求得最短距离Lmin，如果对该最短距离Lmin设定距离尺寸L，则对于全部的测定频率，距离尺寸L(L1)满足式1的关系。

因此，如果考虑本实施方式，则对于比测定频率更高频率的2.17GHz(波长λ为13.8cm)的信号，最短距离Lmin为39.5cm左右。因此，本实施方式中，将被测定天线3和测定天线4之间的距离尺寸设定为40cm。由此，距离尺寸L1对于全部的测定频率(1.7～2.0GHz)满足式1的关系。

下面，作为基于比较例的情形，测定出夫琅禾费区域(远场：far-field)中的天线特性(天线发射效率ηt’)。此时，距离尺寸L设定为比满足式1的关系的范围更长的值L2，采用与上述相同的测定方法，测定出天线发射效率ηt’。

此时，被测定天线3、测定天线4使用与本实施方式相同的天线。因此，在比较例中，距离尺寸L2以外的值(开口尺寸D、d、波长λ)设为与基于本实施方式的情形相同的值。

此外，距离尺寸L设定为比满足式1的关系的范围更长的值L2。在此，满足式1的关系的最长距离Lmax依赖于测定频率(波长λ)，随着测定频率变高而变长。因此，对于比全部测定频率更高频率的信号求出最长距离Lmax，如果将距离尺寸L设定为该最长距离Lmax，则对于全部的测定频率，距离尺寸L成为比满足式1的关系的范围更长的值。

在此，如果考虑本实施方式，则对于比测定频率更高频率的2.17GHz(波长λ为13.8cm)的信号，最长距离Lmax为157cm左右。因此，比较例中，将被测定天线3和测定天线4之间的距离尺寸L2设定为170cm。由此，距离尺寸L2对于全部的测定频率(1.7～2.0GHz)成为比满足式1的关系的范围更长的值。

按照以上的条件，调查上述2种情形(本实施方式和比较例)之间产生的测定结果的偏差。图3中示出该结果。由图3的结果可知，两者的偏差为±1.0dB以内。由此，如本实施方式，即使被测定天线3和测定天线4之间的距离尺寸L在满足式1的关系的范围中设定，也能够明确得到与比此更长的远场大致相同的测定结果。

一般，由于各天线的开口尺寸D、d成为与测定频率的波长λ相同程度的值，因此在满足式1的关系时，开口尺寸D、d具有相比距离尺寸L变小的倾向。此时，由被测定天线3发射的电磁波的发射模式，即使是菲涅尔区域，也成为与夫琅禾费区域相同的模式。因此，即使是被测定天线3和测定天线4之间的距离尺寸L较短的菲涅尔区域，也能够测定与距离尺寸L较长的夫琅禾费区域相同的天线特性。

但是，将距离尺寸L设定为比(D+d)²/(2λ)更短的值时，由于成为瑞利(Rayleigh)区域，因此由被测定天线3发射的电磁波的发射模式成为与夫琅禾费区域不同的模式。因此，被测定天线3和测定天线4之间的距离尺寸L，采用比瑞利区域更长的值，作为比夫琅禾费区域更短的值，必须设定为满足式1的关系的值。

这样，本实施方式中，在被测定天线3和测定天线4之间的距离尺寸L较近的菲涅尔区域中，能够测定与夫琅禾费区域(远场)相同的天线特性。其结果，由于在天线3、4之间的距离尺寸L比夫琅禾费区域更短的菲涅尔区域中能够测定天线特性，因此能够将电波消声箱1的外形尺寸减小为各边的长度尺寸为100cm以下，能够将电波消声箱1小型化，减小测定空间。此外，除了不必预先测定电波消声箱1的衰减量之外，由于不必进行修正等运算处理，因此能够实现测定时间的缩短和测定操作性的提高。

另外，上述实施方式中，虽然列举采用移动电话的内置天线作为被测定天线3的情形为例进行了说明，但是也可以采用移动电话的鞭形天线，其他形式的各种天线。同样地，虽然作为采用双锥形天线来作为测定天线4的结构，但是也可以采用其他形式的天线。

此外，上述实施方式中，虽然电波消声箱1形成为四角柱状(立方体形状)，但是如果是画成容纳被测定天线3和测定天线4的空间的形状也可以，也可以是圆柱状、多角柱状、球状等。

Claims (2)

1.一种天线特性测定装置，包括：

电波消声箱，其在内部设置电波吸收体；

被测定天线，其成为设置在该电波消声箱内的测定对象；以及

测定天线，其与该被测定天线相对置并设置在上述电波消声箱内，测定该被测定天线的天线特性，

在该天线特性测定装置中，设上述被测定天线的开口尺寸为D，上述测定天线的开口尺寸为d，测定频率的波长为λ时，上述被测定天线和测定天线之间的距离尺寸L被设定在满足如下关系的范围中，

$\frac{{(D+d)}^2}{2\mathrm{\λ}}\≤L\≤\frac{2{(D+d)}^2}{\mathrm{\λ}}.$

2.一种天线特性测定方法，在内部设置了电波吸收体的电波消声箱内相对置地设置被测定天线和测定天线，采用该测定天线来测定上述被测定天线的天线特性，

在该天线特性测定方法中，构成为包括如下步骤：

设上述被测定天线的开口尺寸为D，上述测定天线的开口尺寸为d，测定频率的波长为λ时，上述被测定天线和测定天线之间的距离尺寸L被设定在满足如下关系的范围中，

$\frac{{(D+d)}^2}{2\mathrm{\λ}}\≤L\≤\frac{2{(D+d)}^2}{\mathrm{\λ}};$ 和

在该步骤后，采用上述测定天线来测定来自上述被测定天线的电磁波。

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