CN101855560A - 用于测量天线辐射图的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种通过使用源天线来测量AUT的辐射图的天线辐射图测量装置包括控制单元、分析单元、和测量单元。控制单元控制源天线和AUT的驱动。分析单元根据从源天线和AUT之一传送的并且由另一天线接收的射频(RF)信号来测量电场值。另外，测量单元控制所述控制单元和分析单元，并且通过使用该电场值来测量AUT的辐射图。

Description

用于测量天线辐射图的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种天线辐射图(radiation pattern)测量系统。更具体地，其涉及一种在有限距离内改变天线辐射图的系统。

背景技术

一般地，在从天线向自由空间辐射的电磁场的情况下，在预定的区域内，反应电电磁场大于辐射的电磁场，并且该预定的区域被称为反应近场区域。此外，在被称为辐射近场区域的区域中，辐射的电磁场变得大于反应电磁场。这里，辐射近场区域也被称为菲涅耳(Fresnel)区域，并且在该区域中存在的电磁场被称为菲涅耳电磁场。

在穿过菲涅耳区域之后，从天线辐射的无线电波几乎被变换为平面波。此时，其中从天线辐射的无线电波的距离R大于2L²/λ的区域被称为远场区域或弗朗荷费(Fraunhofer)区域，并且在该区域中存在的电磁场被称为远场。这里，L表示天线孔径长度，而λ表示操作频率波长。

诸如移动通信基站之类的无线电装置辐射高功率电磁波。因此，应该知道电磁场的强度，并且应该引导安全距离。

为了获得菲涅耳场或有限距离的远场，可以在对应的位置处或在抗反射室中直接地执行测量。这里，抗反射室可以被称作消声室(anechoic chamber)。

当定位被测天线(AUT)、以用于获得诸如菲涅耳场或远场之类的特定距离的电磁场时，如果抗反射室足够大以包括要测量的距离，则可以在对应位置处直接执行测量。然而，当要测量的距离大于抗反射室的大小时，应该提供比现有抗反射室更大的抗反射室。另外，探针(probe)和AUT之间的距离应该可变，并因此抗反射室应具有距离控制仪器。

在背景技术部分中公开的以上信息仅仅用于增强对于本发明背景技术的理解，并因此其可以包含没有形成在本国中对于本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

技术问题

已经做出了本发明，以致力于提供一种具有以下优点的天线辐射图测量装置和天线辐射图测量方法，所述优点即是根据距源天线预定距离处的天线的辐射图来获得另一预定距离内的天线辐射图。

技术解决方案

根据本发明实施例的示范天线辐射图测量装置通过使用源天线来测量被测天线(AUT)的辐射图。该天线辐射图测量装置包括控制单元、分析单元、和测量单元。控制单元控制源天线和AUT的驱动，分析单元根据从源天线和AUT之一传送的并且由另一天线接收的射频(RF)信号来测量电场值，并且测量单元控制所述控制单元和分析单元，并且通过使用该电场值来测量AUT的辐射图。

根据本发明另一实施例的用于测量天线辐射图的示范方法通过在天线辐射图测量装置中使用源天线来测量AUT的辐射图。该方法包括：在所述源天线和AUT之间维持第一长度的距离的同时，测量具有第一长度的半径的球上的多个点处的电场值；以及通过使用所述多个点处的电场值来测量与AUT相距第二长度距离处的区域中的辐射图。

根据本发明另一实施例的用于通过在天线辐射图测量装置中使用第一天线来测量第二天线的辐射图的另一示范方法包括：通过在所述第一天线和第二天线之间维持第一长度的距离的同时、移动第一和第二天线中的至少一个，来从第一和第二天线之一向另一天线传送信号；接收该信号，并且测量具有第一长度的半径的球上的多个点处的电场值；以及通过使用所述多个点处的电场值、第一长度、第二长度、和该球上的所述多个点的位置，来测量与第二天线相距第二长度距离处的区域的辐射图。

有益效果

根据本发明的示范实施例，可以获得比小尺寸抗反射室更大的距离的位置处的天线的辐射图，由此增加该室的效用。

另外，可以通过利用有限距离获得天线辐射图来预测根据距离的电磁场的幅度，并相应地，可以不需要用于变更源天线和AUT之间的距离的距离控制仪器。

附图说明

图1示出了根据本发明示范实施例的天线辐射图变换系统。

图2示出了在天线辐射图变换系统中放置的天线的角坐标。

图3示出了根据本发明示范实施例的用于在变更仰角的同时扫描电场的方法。

图4示出了根据本发明示范实施例的用于在变更角度的同时扫描电场的方法。

图5示出了根据本发明示范实施例的用于在变更高度的同时扫描电场的方法。

图6示出了根据本发明示范实施例的用于天线的辐射图测量的角坐标系。

图7是示出了根据本发明示范实施例的天线的辐射图测量方法的流程图。

图8示出了用于验证图7的所测量的天线辐射图的结果的曲线图。

具体实施方式

在以下详细描述中，已经简单地通过阐释的方式而仅仅示出并且描述了本发明的某些示范实施例。如本领域技术人员将认识到的，可以以各种不同的方式来修改所描述的实施例，而全部没有脱离本发明的精神或范围。相应地，附图和描述将被认为实际上是说明性而非限制性的。贯穿说明书中，同样的附图标记指定同样的元件。

另外，除非明确地进行相反描述，否则词语“包括(comprise)”以及诸如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”之类的变形将被理解为暗示包括所陈述的元件、但不排除任何其它元件。

在下文中，将更详细地描述根据本发明示范实施例的天线辐射图测量系统。

图1示出了根据本发明示范实施例的天线辐射图变换系统，而图2示出了辐射图变换系统的天线的角坐标。

如图1所示，天线辐射图变换系统1包括抗反射室100和天线辐射图测量装置200，并且该天线辐射图测量装置200包括控制单元210、分析单元220、和测量单元230。

该抗反射室100包括源天线110、被测天线(AUT)120、驱动装置130和140、支撑装置150、和水平旋转装置160。

抗反射室100内的源天线110和AUT 120之间的距离R近似为2L²/λ。这里，L是天线孔径长度，而λ是操作频率波长。驱动装置130连接到源天线110，而驱动装置140连接到AUT 120，并且驱动装置130和140通过变更天线110和120中的每一个的测量高度和测量角度来控制天线。支撑装置150连接在AUT 120和水平旋转装置160之间，并且水平旋转装置160根据旋转角来水平地旋转支撑装置150，以用于获取数据。

控制单元210控制电动机，以用于AUT自动地驱动所述驱动装置130和140以及水平旋转装置160。

分析单元220通过射频(RF)信号线缆、利用在源天线110和AUT 120之中被设置为传送天线的天线来传送RF信号。分析单元220通过RF信号线缆、利用在源天线110和AUT 120之中没有被设置为传送天线的天线来接收RF信号。在该实例中，分析单元220根据所传送/接收的RF信号对要测量的辐射图以每个角度来测量辐射图的复电场值，并且向测量单元230传送所测量的复电场值。

测量单元230确定用于测量天线的辐射图所需的参数。另外，测量单元230控制所述控制单元210和分析单元220，以用于以天线辐射图测量所需的每个角度来测量辐射图。测量单元230存储从分析单元220传送的、以每个角度测量的复电场值，并且通过使用所存储的复电场值来测量要测量的辐射图。

如图2所示，在抗反射室100中，要测量其辐射图的AUT 120位于角坐标系的原点。这里，Lx表示AUT 120的X轴方向中孔径的长度，而Ly表示AUT 120的y轴方向的孔径的长度。另外，R表示从原点到要测量的电场值[E_R(α，β)]的距离。源天线110位于由E_R(α，β)表现的黑点处。在这里，α是从y-z平面到x轴方向的角度，而β是从x-z平面到z轴方向的角度。

在下文中，将参考图3到图5来更详细地描述用于测量天线辐射图的电场扫描方法。

图3示出了根据本发明示范实施例的在改变仰角情况下的电场扫描方法，而图4示出了根据本发明示范实施例的在改变角度情况下的电场扫描方法。图5示出了根据本发明示范实施例的在改变高度情况下的电场扫描方法。

在图3到图5中，要测量其辐射图的AUT 120位于角坐标系的原点。在图3到图5中，黑点示出了与AUT 120相距距离R1处的电场E_R1，并且在具有半径R1的球面上扫描电场E_R1(在下文中，该球将被称为R1球)。这里，源天线(图1的110)位于如R1球面上的黑点所示的点处，并且执行RF传送/接收。

如图3所示，可以沿着以下水平线扫描电场E_R1，其中通过在变更源天线110和AUT 120之一的仰角的同时在水平方向上旋转AUT 120来定位该黑点。在该实例中，该仰角是从AUT 120到源天线110的视线的角度，并且可通过在垂直或水平方向中改变在驱动装置130和140中包括的电动机和支撑装置150来改变该仰角。

另外，如图4所示，可以在变更源天线110和AUT 120的角度Φ的同时沿着黑点所位于的平面扫描电场E_R1。这里，角度Φ是以z轴为中心的旋转角。可以通过控制驱动装置130和140的电动机、以在水平方向中旋转AUT120的同时以z轴为中心进行旋转，来进行这种扫描方法。

另外，如图5所示，可以当在围绕R1球的垂直方向中变更源天线110的高度和AUT 120的高度的同时，扫描电场E_R1。

在该实例中，所扫描的测量值的位置被示出为图5中的白点，并且可以通过使用补偿算法来补偿R1球面上的白点和黑点之间的幅度和相位差。可以通过控制驱动装置130和140的电动机，以在使得AUT 120垂直地移动的同时、使得源天线110和AUT 120之一在相对于地面的垂直方向中线性移动，来进行这种扫描方法。

在下文中，将参考图6和图7来更详细地描述天线辐射图测量方法。

图6示出了根据本发明示范实施例的用于天线的辐射图测量的角坐标系，而图7是示出了根据本发明示范实施例的天线辐射图测量方法的流程图。

根据本发明的示范实施例，使用图3到图5所示的扫描方法之一，并且假设天线的角度被设置为α＝0°和β＝0°。

如图6所示，要测量其辐射图的AUT 120位于角坐标系的原地。如黑点所示的电场E_R1(α+mΔα，β+nΔβ)800与AUT 120分开距离R1，并且位于R1球面上。

在该实例中，要测量其辐射图的电场E_R2(α，β)900如位于z轴上的黑点所示，并且与AUT 120分开距离R2。

可以通过使用如等式1所给出的变换方法来获得电场E_R2(α，β)900的辐射图。

[等式1]

$E_{R2}(\mathrm{\α},\mathrm{\β})=K\underset{m=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{k}_{\mathrm{mn}}{E}_{R1}(\mathrm{\α}+\mathrm{m\Δ\α},\mathrm{\β}+\mathrm{n\Δ\β})$

等式1使用距离R1处的区域中的电场E_R1(α+mΔα，β+nΔβ)800、等式2的系数K、和等式3的系数k_mn。通过位置(m，n)来确定系数K和k_mn，其中如等式2到等式4所给出地测量两个距离R1和R2以及电场E_R1(α+mΔα，β+nΔβ)。这里，Δα表示从y-z平面朝向x轴方向变化的角度的增加值，而Δβ表示从x-z平面朝向y轴方向变化的角度的增加值。因此，可以在变更位置(m，n)的同时，测量R1球上的多个点处(即，每个角度处)的电场值。

[等式2]

$K=\frac{R_1}{R_2}{e}^{+\mathrm{jk}(R_1-R_2)}$

[等式3]

$k_{\mathrm{mn}}=\frac{1}{T_x{T}_y}{\∫}_{-T_x/2}^{|T_x/2}{e}^{+{\mathrm{ip}}^2{u}^2}{e}^{-i2\mathrm{\πmu}/T_x}\mathrm{du}{\∫}_{-T_y/2}^{T_y/2}{e}^{+{\mathrm{ip}}^2{\mathrm{\υ}}^2}{e}^{-i2\mathrm{\πn\υ}/T_y}\mathrm{d\υ}$

另外，通过等式4来确定等式3的指数p。

[等式4]

$p^2=\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})$

在等式1到等式4中，k表示传播常数(其中，k＝2π/λ)，而λ表示操作频率波长。Tx表示包括AUT 120的孔径的截面在x轴方向中的长度，而Ty表示包括AUT 120的孔径的截面在y轴方向中的长度。

参考图6和图7，测量单元230根据抗反射室100中源天线110和AUT 120之间的距离、以及天线孔径的大小来确定计算应用于变换天线辐射图的等式1到等式4所需的参数和系数，以便测量天线辐射图(S100)。

另外，测量单元230控制所述控制单元210，以根据要测量的辐射图来驱动源天线110和AUT 120，并且控制单元210驱动水平旋转装置160，以水平地旋转AUT 120和支撑装置150。当源天线110和AUT 120传送/接收RF信号时，分析单元220根据RF信号测量复电场值，并且向测量单元230传送所测量的复电场值，并且测量单元230在数据库中存储所接收的复电场值。

也就是说，针对与AUT 120相距距离R2处的特定角度(α，β)来测量与AUT 120相距距离R1处的区域中的电场E_R1(α+mΔα，β+nΔβ)。

测量单元230确定在每个角度(即，球R1上的多个点)处测量的辐射图(S300)。如果没有在每个角度处测量辐射图，则测量单元230执行步骤S200。如果在每个角度处测量了辐射图，则测量单元230从数据库中检测用于测量距离R1处的辐射图的复电场值(S400)。另外，测量单元230通过将所检测的复电场值应用到等式1到等式4来进行用于测量所期望的辐射图的处理(S500)。

图8示出了用于验证在图7中测量的天线的辐射图的结果的曲线图。

在图8中，喇叭天线(horn antenna)用作小抗反射室中的AUT，以用于验证所述辐射图变换方法。

如图8所示，该喇叭天线位于与源天线相距距离10λ处的菲涅耳区域，并且测量距离35λ处的辐射图A。这里，λ表示操作频率波长。

在该实例中，设置菲涅耳区域中的辐射图A的扫描方法，以如图5所示地从距离10λ处的球周围向垂直方向改变源天线的高度和喇叭天线的高度。即，如图5所示，通过应用以下算法来测量距离λ处的辐射图A，所述算法补偿通过变更测量高度并水平地旋转x轴和球面上的黑点而获得的所测量值的位置之间的幅度和相位差。图8示出了a＝0°处的辐射图。

根据图7的天线辐射图变换处理来将这样测量的辐射图变换为距离35λ处的辐射图B。

另外，为了改善根据该天线辐射图变换处理而测量的辐射图B的准确性，将喇叭天线定位于与源天线相距距离35λ处，并且测量距离35λ处的辐射图C。比较结果示出了辐射图B与通过实际定位喇叭天线而测量的辐射图C几乎一致，如图8所示。

如所描述的，可以根据天线辐射图变换处理，通过测量特定距离处的辐射图并且将所测量的辐射图变换为另一特定位置处的辐射图，来测量抗反射室之外的一距离处的天线的辐射图。

除了通过上述装置和/或方法之外，还可以通过用于实现与所述实施例的配置对应的功能的程序或用于记录该程序的记录介质来实现上述实施例，这是本领域技术人员容易实现的。

尽管已经结合目前被认为是实用示范实施例的内容而描述了本发明，但是要理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反地，意欲覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效安排。

Claims (12)

1.一种用于通过使用源天线来测量被测天线(AUT)的辐射图的天线辐射图测量装置，包括：

控制单元，用于控制源天线和AUT的驱动；

分析单元，用于根据从源天线和AUT之一传送的并且由另一天线接收的射频(RF)信号来测量电场值；以及

测量单元，用于控制所述控制单元和分析单元，并且通过使用该电场值来测量AUT的辐射图。

2.根据权利要求1的天线辐射图测量装置，其中该分析单元在将所述源天线和AUT之间的距离维持第一长度的同时、测量多个点处的电场值，并且该测量单元通过使用所述多个点处的电场值来测量与AUT相距第二长度距离处的区域处的辐射图。

3.根据权利要求2的天线辐射图测量装置，其中所述多个点位于具有第一距离的半径的球上。

4.根据权利要求3的天线辐射图测量装置，其中该测量单元通过将所述电场值与分别在所述多个点处确定的系数相乘并且相加所述相乘结果，来测量辐射图，并且

通过所述第一长度、第二长度、和所述球上的多个点中的每一个的位置来确定所述系数。

5.根据权利要求1的天线辐射图测量装置，其中在抗反射室中提供所述源天线和AUT，并且

该抗反射室包括：

第一驱动装置，连接到该源天线，并且用于驱动该源天线；

第二驱动装置，连接到该AUT，并且用于驱动该AUT；以及

水平旋转装置，用于水平地旋转所述源天线和AUT中的至少一个。

6.根据权利要求2的天线辐射图测量装置，其中第一长度的距离处的电场是菲涅耳区域中的电场，并且第二长度的距离处的电场是菲涅耳区域或远场区域之一中的电场。

7.一种用于在天线辐射图测量装置中的通过使用源天线来测量被测天线(AUT)的辐射图的方法，该方法包括：

在所述源天线和AUT之间维持第一长度的距离的同时，测量具有第一长度的半径的球上的多个点处的电场值；以及

通过使用所述多个点处的电场值来测量与AUT相距第二长度距离处的区域中的辐射图。

8.根据权利要求7的方法，其中所述测量电场值的步骤还包括：根据从源天线和AUT之一传送的并且由另一天线接收的射频(RF)信号来测量所述多个点处的电场值。

9.根据权利要求7的方法，其中所述测量辐射图的步骤包括：通过将所述电场与分别在所述多个点处确定的系数相乘并且相加所述相乘结果，来测量辐射图。

10.根据权利要求9的方法，其中通过所述第一长度、第二长度、和该球上的所述多个点中的每一个来确定所述系数。

11.一种用于天线辐射图测量装置中的通过使用第一天线来测量第二天线的辐射图的方法，该方法包括：

通过在所述第一天线和第二天线之间维持第一长度的距离的同时、移动第一和第二天线中的至少一个，来从第一和第二天线之一向另一天线传送信号；

接收该信号，并且测量在具有第一长度的半径的球上的多个点处的电场值；以及

通过使用所述多个点处的电场值、第一长度、第二长度、和该球上的所述多个点的位置，来测量与第二天线相距第二长度距离处的区域的辐射图。

12.根据权利要求11的方法，其中所述测量辐射图的步骤包括：将所述电场值与分别在所述多个点处确定的系数相乘并且将所述相乘结果相加，以及

通过所述第一长度、第二长度、和该球上的所述多个点的每一位置来确定所述系数。

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