CN101517421B - 天线耦合器 - Google Patents

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Abstract

一种用于对无线通信的发射设备和/或接收设备、尤其是移动电话(4)进行测试的天线耦合器(2)，包括用于发射设备或接收设备的保持元件(6)和多个天线元件，这些天线元件设置为使得天线元件的主辐射方向或主敏感方向在空间中彼此不同地取向。

Description

天线耦合器
本发明涉及一种用于测试发射设备和/或接收设备、尤其是测试移动电话的天线耦合器。
天线耦合器被用于测试发射设备和/或接收设备，尤其是用于测试移动电话。该天线耦合器能够实现移动电话的完全的终端测试，因为移动电话的无线电特性、尤其是天线效率也被检验。此外，在测试移动电话时检查移动电话的多个特性和/或参数，这些特性和/或参数大致可分成发射机测试和接收机测试。在发射测试中，例如对相位误差、频率误差、功率和/或频谱进行测量。在接收测试中，例如对比特误码率进行测量。
发射设备和/或接收设备的耦合通过设置在天线耦合器上的天线元件来进行，其中对发射设备或者接收设备所接收的功率相对于所发射的全部功率的比值进行说明的耦合因数在发射设备或接收设备的位置改变的情况下应尽可能保持不变。在DE 101 29 408 A1中公开了这种天线耦合器。
然而，已证实的是，在DE 101 29 408 A1中所公开的天线耦合器不足以测试在MIMO(多输入多输出)系统中工作的、在智能天线系统中的或者根据天线分集方法工作的、带有具有多个天线的天线装置的发射设备和/或接收设备。
本发明的任务是提出一种天线耦合器，该天线耦合器特别适于对具有复杂的发射特性和/或接收特性的发射设备或者接收设备进行测试。
根据本发明，所述的任务通过权利要求1的特征来解决。有利的改进方案是引用权利要求1的从属权利要求的主题。
为了对具有特别复杂的发射特性和/或接收特性的发射设备或者接收设备进行测试，天线耦合器包括多个天线元件，这些天线元件设置在天线耦合器上，使得天线耦合器的天线元件的主敏感方向或主辐射方向在空间中不同地取向。此外，天线耦合器包括用于容纳发射设备或者接收设备的保持元件。发射设备或者接收设备尤其是实施为移动电话。
借助本发明实现的优点尤其在于，在MIMO系统中工作的发射设备和/或接收设备的特性能够借助根据本发明的天线耦合器作为完整设备(受测设备)特别可靠地被分析，其中该发射设备和/或接收设备具有天线装置，该天线装置具有多个例如线形地彼此独立设置的天线。
此外，根据本发明的天线耦合器也适于对智能天线系统中工作的或者根据天线分集方法工作的发射设备和/或者接收设备进行测试。
此外，根据本发明的天线耦合器被构建为用于接收和/或发射不同极化的波并且特别适于对发射设备和/或接收设备进行测试，该发射设备和/或接收设备被实施为移动电话或者蓝牙设备。
在天线元件的主敏感方向在空间中不同取向的情况下，此外可以针对发射机测试借助根据本发明的天线耦合器对发射设备的发射特性例如MIMO系统的发射特性进行特别精确的分析。
对于接收机测试，天线耦合器借助天线元件的主辐射方向在空间中的不同取向来产生不同的辐射图配置。通过天线耦合器的外部布线可以用来自多个不同方向的射束同时照射接收设备，其中不同的射束可以携带相同或者不同的信号。如果一射束携带有用信号而另一射束携带干扰信号，则有用信号的方向选择性的接收可以与干扰信号的方向选择性的抑制相结合地进行测试。来自不同射束的有用信号的可区分性是MIMO系统的本性，并且可以由该天线耦合器表现。也就是说，这种天线耦合器不仅支持接收机特性和定向接收特性的特别准确的测试，而且如上一例子所示，其对于接收机以及MIMO发射机/接收机的协议测试是有意义的。
根据一个有利的扩展方案，一个或者多个天线元件以主敏感方向和/或主辐射方向朝向发射设备或者接收设备地对准。合乎目的地，天线元件可以彼此独立地对准。对此，天线耦合器优选包括对准装置。
在一个合乎目的的改进方案中，在天线元件上发射的功率可以在每个天线元件上通过馈送而分别调节。
根据一个有利的改进方案，天线元件分别以相对于发射设备和/或接收设备合适的间距定位在天线耦合器上。
按照测试目的，发射设备和/或接收设备与天线耦合器的一个或者多个天线元件之间的距离为λ/4(近场)或者数个λ(远场)，其中λ对应于由相应的天线元件接收或者发射的波的波长。
根据一个有利的扩展方案，天线耦合器的多个天线元件设置在坐标系的坐标轴上，其中发射设备和/或接收设备合乎目的地设置在坐标原点。
根据一个有利的改进方案，坐标轴彼此正交地走向，使得坐标系是笛卡尔坐标系。
为了特别精确地对发射设备或者接收设备的辐射特性和/或接收特性进行分析，不仅在坐标系的坐标轴上的正坐标轴方向而且在负坐标轴方向上都分别设置天线元件。
根据一个有利的扩展方案，天线耦合器的天线元件设置在八面体的角上，其中发射设备和/或接收设备合乎目的地设置在八面体的中心点。
根据一个有利的扩展方案，天线耦合器的天线元件实施为棒状天线、环形天线、八木天线(Yagi-Antennen)或者混合地实施为棒状天线、八木天线和环形天线。
在一个合乎目的的改进方案中，构建为环形天线的天线元件基本上构建为圆环状并且合乎目的地构建为基本封闭的环，其中在馈送环端部上的馈送点和与馈送环端部对置的环端部之间优选存在尽可能小的间距。构建为环形天线的天线元件合乎目的地包括外导体和内导体，内导体优选在馈送环端部的区域中和/或在与其对置的环端部的区域中从外导体引出，并且合乎目的地与外导体导电地相连。根据一个有利的扩展方案，构建为环形天线的天线元件由例如特氟隆(Teflon)构成的保持器保持。
根据一个有利的改进方案，构建为环形天线的天线元件的周长基本上对应于通过天线元件发射的和/或接收的波的平均波长λ。
合乎目的地，由构建为环形天线的天线元件发射的和/或接收的波的极化方向可以被调节。对此，天线元件优选绕垂直于由环形成的平面取向的中轴线可转动地设置。
在一个合乎目的的改进方案中，构建为环形天线的天线元件相对于优选设置在坐标系的坐标原点中的发射设备和/或接收设备对准，使得环形天线的中轴线指向发射设备或者接收设备。
在一个有利的改进方案中，天线耦合器的相应的天线元件和天线耦合器的外部端子之间的连接在电气长度上彼此一致并且对用户而言是已知的。
为了将发射设备和/或接收设备固定在保持元件上，保持元件优选具有固定装置。
以下将参照附图更为详细地阐述本发明的实施例。其中：
图1示意性地示出了通过天线耦合器的纵截面，其中具有实施为环形天线的天线元件和实施为移动电话的发射设备和/或接收设备；
图2示意性地示出了天线耦合器的俯视图，其中具有实施为环形天线的天线元件和实施为移动电话的发射设备和/或接收设备；
图3示意性地示出了天线耦合器的俯视图，其中具有实施为棒状天线的天线元件和实施为移动电话的发射设备和/或接收设备；以及
图4示意性地示出了天线耦合器的俯视图，其中具有实施为八木天线的天线元件和实施为移动电话的发射设备和/或接收设备。
彼此相应的部分在所有图中设置有相同的参考标记。
图1示意性地示出了用于对实施为发射设备和/或接收设备的移动电话4进行测试的天线耦合器2的纵截面，该移动电话被容纳在保持元件6上并且固定在固定装置8上。在根据图1的实施例中，天线耦合器2包括三个实施为环形天线10、12、14的天线元件91、92、93。
相应的环形天线10、12、14具有在图1中通过虚线表示的内导体16、18、20和包围内导体18、20、22的外导体22、24、26，该外导体将内导体16、18、20屏蔽。外导体22、24、26圆柱护套状地包围内导体16、18、20。在内导体16、18、20与外导体22、24、26之间优选设置有图1中未示出的绝缘体。环形天线10、12、14基本上构建为空间上封闭的环，其中在图1中仅仅在环形天线12、14处可见的、在馈送环端部上的馈送点28、30和与其对置的环端部32、34之间存在尽可能小的间距36、38。在环形天线12、14的环端部32、34上，内导体18、20从外导体24、26引出。内导体18、20在馈送环端部上的馈送点28、30的区域中向外导体24、26引导，以便在内导体18、20与外导体24、26之间建立电接触。
环形天线10、12、14优选由图1中未示出的保持器保持。通过使环形天线10、12、14绕垂直于由环形天线10的环形成的平面的中轴线40转动(图1中仅仅针对环形天线10表示了该中轴线)，可以改变由环形天线10、12、14发射的波的极化方向和/或通过环形天线10、12、14可以检测不同极化的波。
环形天线10、12、14分别与天线底座42耦合，该天线底座通过信号线路44与测量和控制装置46连接。
为了实现有利的发射特性和/或接收特性，环形天线10、12、14的周长基本上分别对应于由环形天线10、12、14发射或者接收的波的平均波长λ。
在具有空间上不同取向的主辐射方向和/或主敏感方向的多个天线元件的布置的情况下(在根据图1的具有三个实施为环形天线10、12、14的天线元件的实施例中可看到该布置)，可以特别精确地测量由移动电话4的天线装置50所发射的电场的电分量和磁分量。
此外，在构建为环形天线10、12、14的天线元件的情况下，在环形天线10、12、14与天线装置50之间的耦合因子基本上与天线装置50相对于环形天线10、12、14的精确几何位置无关，由此不需要在空间上精确调整天线耦合器2上的、包括天线装置50的移动电话4，其中天线装置50例如为了实现在移动电话上MIMO系统具有多个天线。
图2示出了在另一实施例中的天线耦合器2的示意性俯视图。作为环形天线10、12、14、52、54、56实施的天线元件基本上设置在八面体的角上。为了对环形天线10、12、14、52、54、56的八面体形的布置加以说明，在图2中用虚线示出了笛卡尔坐标系的坐标轴x、y、z。环形天线10、12、14、52、54、56在坐标轴x、y、z上定位在负的坐标轴方向上和正的坐标轴方向上，其中环形天线10、12、14、52、54、56的、垂直于由环形天线10、12、14、52、54、56的环形成的平面的中轴线40沿着坐标轴x、y、z走向，并且在坐标原点58相交，移动电话4定位在该坐标原点。在根据图2的实施例中，移动电话4的天线装置以集成在移动电话中的方式实施并且因此在图2中不可见。
相应的环形天线10、12、14、52、54、56基本上与移动电话4相距λ/4地设置。此外，环形天线10、12、14、52、54、56通过连接线路48引导至天线底座42，这些连接线路分别具有相同的电气长度。
图3示出了在另一实施例中的天线耦合器2的示意性俯视图，其中具有三个实施为棒状天线60、62、64的天线元件以及实施为移动电话4的发射设备和/或接收设备。移动电话4容纳在保持元件6中并且包括集成的、图3中不可见的天线装置。
实施为棒状天线60、62、64的天线元件以棒状天线60、62、64的棒的相应的横向轴线朝向定位在坐标原点58中的移动电话4地取向，并且主辐射方向在笛卡尔坐标系的坐标轴x、y、z上走向，这些坐标轴在图3中以虚线示出。移动电话4和相应的棒状天线60、62、64之间的距离(尤其是集成在移动电话中的天线装置与相应的棒状天线60、62、64之间的距离)彼此相一致，并且基本上为棒状天线60、62、64发射的和/或接收的波的平均波长的λ/4。
棒状天线60、62、64通过分别具有相同的电气长度的连接线路48引导到天线底座42。
图4示出了在另一实施例中的天线耦合器2的示意性俯视图，其中具有三个实施为八木天线66、68、70的天线元件和实施为移动电话4的发射设备和/或接收设备。移动电话4容纳在保持元件6中并且包括集成的、在图3中不可见的天线装置。
对应于根据图3的实施例，八木天线66、68、70在根据图4的实施例中设置在笛卡尔坐标系的坐标轴x、y、z上(该坐标系具有设置在坐标原点58的移动电话4)并且分别具有距移动电话4相同的距离。在此，八木天线66、68、70的主波瓣72、74、76分别朝着移动电话4的方向。
八木天线66、68、70通过分别具有相同的电气长度的连接线路48引导到天线底座42。
本发明并不限于图中所示的实施例，尤其是并不限于在实施例中所示的天线耦合器的天线元件布置，并且不限于实施为移动电话的发射设备或者接收设备。天线元件也可能会沿着x轴、y轴或z轴移动或者围绕与其垂直的轴线摆动。所有上面所描述的并且在图中所示的特征彼此可以任意地组合。

Claims (16)

1.一种用于对发射设备和/或接收设备(4)进行测试的天线耦合器，该天线耦合器具有用于发射设备和/或接收设备(4)的保持元件(6)和多个天线元件(91，92，93)，所述多个天线元件设置为使得所述天线元件(91，92，93)的主辐射方向或者主敏感方向在空间中彼此不同地取向，其中为了不同的辐射图配置，针对每个天线元件(91，92，93)能够单独地调节主辐射方向和/或主敏感方向的取向。
2.根据权利要求1所述的天线耦合器，其特征在于，所述天线元件中的一个或者多个以主敏感方向和/或主辐射方向朝向发射设备和/或接收设备的方向地取向。
3.根据权利要求1或者2所述的天线耦合器，其特征在于，针对每个天线元件(91，92，93)能够单独地调节在天线元件(91，92，93)上发射的功率。
4.根据权利要求1或者2所述的天线耦合器，其特征在于，天线元件(91，92，93)能够分别以距发射设备和/或接收设备(4)可变的距离定位。
5.根据权利要求1或者2所述的天线耦合器，其特征在于，在相应的天线元件(91，92，93)与发射设备和/或接收设备(4)之间的距离基本上为λ/4，其中λ对应于天线元件所接收的或者发射的波的平均波长。
6.根据权利要求1或者2所述的天线耦合器，其特征在于，天线元件分别设置在坐标系的坐标轴(x，y，z)上，其中发射设备和/或接收设备(4)由保持元件(6)定位在坐标系的坐标原点(58)。
7.根据权利要求6所述的天线耦合器，其特征在于，坐标轴(x，y，z)在坐标系中彼此正交地取向。
8.根据权利要求6所述的天线耦合器，其特征在于，天线元件(91，92，93)在正的坐标轴方向和/或负的坐标轴方向分别设置在坐标轴(x，y，z)之一上。
9.根据权利要求1或者2所述的天线耦合器，其特征在于，天线元件设置在八面体的角上，其中保持元件(6)将发射设备和/或接收设备(4)定位在八面体的中心点。
10.根据权利要求1或者2所述的天线耦合器，其特征在于，天线元件实施为棒状天线(60，62，64)和/或八木天线(66，68，70)和/或环形天线(10，12，14，52，54，56)。
11.根据权利要求10所述的天线耦合器，其特征在于，实施为环形天线(10，12，14，52，54，56)的天线元件的环圆环形地构建。
12.根据权利要求11所述的天线耦合器，其特征在于，实施为环形天线(10，12，14，52，54，56)的天线元件的环的周长对应于通过该天线元件发射的或接收的波的平均波长λ。
13.根据权利要求10所述的天线耦合器，其特征在于，至少一个实施为环形天线(10，12，14，52，54，56)的天线元件能够绕中轴线(40)转动地设置，以调节通过该天线元件所发射的和/或接收的波的极化方向，其中该中轴线垂直于由环形天线的环形成的平面地取向。
14.根据权利要求13所述的天线耦合器，其特征在于，至少一个实施为环形天线(10，12，14，52，54，56)的天线元件相对于由保持元件(6)定位在坐标系的坐标原点(58)的发射设备和/或接收设备(4)对准，使得所述环形天线(10，12，14，52，54，56)的中轴线(40)沿着坐标系的坐标轴(x、y、z)之一走向。
15.根据权利要求1或者2所述的天线耦合器，其特征在于，设置在所述天线元件的每一个天线元件上的馈送点(28，30)与天线耦合器(2)的天线底座(42)之间的每个连接线路(48)具有相同的电气长度。
16.根据权利要求1或者2所述的天线耦合器，其特征在于，保持元件(6)具有固定装置(8)，用于固定发射设备和/或接收设备。
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