CN110501670A

CN110501670A - 天线测量系统和天线测量方法

Info

Publication number: CN110501670A
Application number: CN201810474819.XA
Authority: CN
Inventors: 亚当·坦基伦
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2019-11-26

Abstract

用于确定测量天线的空间位置的天线测量系统和方法。为此，在测量天线的环境中移动另外的天线，并且针对多个空间位置来确定测量天线与另一天线之间的传递函数。基于所确定的与空间位置相关联的传递函数，可以实现对测量天线的空间位置的精确确定。

Description

天线测量系统和天线测量方法

技术领域

本发明涉及一种天线测量系统。本发明还涉及一种天线测量方法。

背景技术

虽然原则上适用于任何无线测量系统，但下文将结合无线设备的测试来描述本发明及其潜在的问题。

随着高速无线数据通信的发展，电子设备之间通信的无线通信系统的使用不断增加。

在此类通信系统的设备的开发或生产过程中，有必要彻底测试设备是否符合通信标准和法规，尤其是无线通信标准和法规。

为了测试无线通信设备，可能有必要提供具有明确定义的电磁场的待测设备。此外，可能有必要精确测量被测设备的电磁辐射。为了精确地发射和测量电磁场，用于发射和/或接收射频信号的天线或天线系统必须位于众所周知的空间位置。因此，有必要精确确定用于测试无线通信设备的测量天线的空间位置。

在这种背景下，本发明解决的问题是提供一种天线测量系统和天线测量方法，其中测量天线的空间位置可以被精确地确定。此外，需要快速且容易地确定测量天线的空间位置。

发明内容

本发明通过具有独立权利要求的特征的天线测量系统和天线测量方法解决了这个问题。其他实施例是从属权利要求的主题。

根据第一方面，提供了一种天线测量系统。天线测量系统包括第一天线、第二天线、天线定位结构和处理设备。第一天线具有预定的第一矢量辐射特性。此外，第一天线可以位于未知的空间位置。第二天线具有预定的第二矢量辐射特性。天线定位结构用于承载第二天线。此外，天线定位结构用于移动第二天线。测量设备电耦合到第一天线和第二天线。测量设备适于测量第一天线和第二天线之间的传递函数。处理设备适于控制天线定位结构以将第二天线移动到多个预定位置，并且使测量设备在多个预定位置中的每一个处测量第一天线和第二天线之间的传递函数。此外，处理设备适于基于第一天线和第二天线之间测量的传递函数来确定第一天线的空间位置。

根据第二方面，提供了一种天线测量方法。该天线测量方法包括在未知空间位置处提供第一天线并提供第二天线。特别地，第一天线具有预定的第一矢量辐射特性，并且第二天线具有预定的第二矢量辐射特性。该方法还包括通过天线定位结构移动第二天线并且在多个预定空间位置处测量第一天线和第二天线之间的传递函数。此外，该方法包括基于测量的第一天线和第二天线之间的传递函数来确定第一天线的空间位置。

本发明基于以下事实：可以通过分析来自不同方向的信号，特别是射频信号来确定空间位置。

因此，本发明的想法是在围绕天线中的一个天线移动的同时测量两个天线之间的传递函数。这样，可以精确确定另一个固定天线的空间位置。因此，固定天线的确定的空间位置可以被考虑用于进一步的测量。

通过这种方式，可以使用非常简单的安装设备将测量天线安装在固定位置，即使这样的安装设备不能精确确定天线位置。而且，天线的精确空间位置可以在安装天线之后确定。因此，通过非常简单和便宜的测量设备可以实现对射频测量的非常精确的测量。

例如，安装在固定空间位置的第一天线可以是测量天线，用于随后测试被测设备。特别地，通过将测量天线安装在固定的空间位置处，可以至少近似地知道相应的空间位置，即具有一些不确定性。空间位置的这种不确定性可通过测量测量天线与另一天线之间的传递函数来补偿，其中可以移动另一天线以确定另一天线的多个不同空间位置处的传递函数。以这种方式，可以实现测量系统中的测量天线的空间位置和/或方位的校准。

为了确定第一天线和第二天线之间的传递函数，可以考虑第一天线和第二天线的矢量辐射特性。天线测量系统的第一天线和第二天线通常是众所周知的天线。这些天线的相应矢量辐射特性是已知的或可以预先确定。

第一天线(即，天线测量系统的测量天线)和第二天线(即，用于校准第一天线的空间位置的可移动天线)可以是任何种类的适当天线。例如，第一天线和/或第二天线可以是足以执行所需测量的任何类型的天线。这种天线可以例如可以是微带天线或喇叭天线，并且可以根据相关的信号频率或波长进行尺寸调整。此外，第一天线也可以是包括多个天线元件的天线系统。例如，第一天线可以包括平面波转换器(PWC)。

第一天线和第二天线可以包括信号连接器并且可以例如通过测量电缆耦接到测量设备。这种测量电缆例如可以是具有所需RF特性的电缆，例如在所需频率范围内具有低阻尼系数。

第二天线可以设置在可移动的天线定位结构上。借助于天线定位结构，第一天线和第二天线之间的空间关系可以根据需要进行调整。在此可以使用天线定位结构来相应地调整第一天线和第二天线之间的空间关系，并重复测量以确定第一天线和第二天线之间的传递函数。

天线定位结构可以例如包括导轨或轨道以及承载第二天线的滑动件。天线定位结构还可以包括具有轮子的滑动件或者仅仅是机械保持设备，其不固定到地面并且因此可以被运送到需要的位置。

此外，天线定位结构可以配备有用于确定第二天线的绝对或相对位置的适当的感测元件。通过这种方式，可以确定第二天线的移动，并且在基于传递函数确定第一天线的位置时考虑到这一点。为此，第二天线的确定位置可以被提供给处理设备。

测量设备可以是用于执行测量以确定第一天线和第二天线之间的传递函数的任何种类的设备。例如，测量设备可以生成射频信号并将生成的射频信号提供给第一天线。相应地，第一天线可以发射生成的射频信号。特别地，射频信号可以朝着第二天线发射。第二天线可以接收第一天线发射的射频信号并将接收到的信号转发给测量设备。因此，测量设备可以将生成的射频信号与接收到的射频信号进行比较以确定传递函数。为了确定传递函数，可以考虑发射/接收的射频信号的任何种类的特征参数。特别地，可以考虑相位、幅度、极化或任何其他参数。

传递函数可以根据以下公式确定：

其中：

i测量位置的数量；

S₂₁(i)第i测量的传递函数；

T()第一天线的矢量辐射特性；

C()第二天线的矢量辐射特性；

(θ′_c，i，φ′_c，i)在位置i处第一天线相对于第二天线的方向；

(θ″_c，i，φ″_c，i)在位置i处第二天线相对于第一天线的方向；

r_n第一天线的标称/估计位置；

r_t第一天线的实际位置；

r_c,i第二天线的位置；

||r||₂矢量r的欧式范数；

λ₀测量频率的波长。

为了确定第二天线的多个不同空间位置的传递函数，第二天线可以通过天线定位结构移动。特别地，天线定位结构的移动，并且因此第二天线的移动可以由处理设备来控制。为此，处理设备可以向天线定位结构发送适当的命令，以便将第二天线移动到期望的位置。这些命令可以作为模拟或数字信号发送到天线定位结构。然而，应当理解的是，用于控制第二天线的移动的任何其他方法也是可能的。

处理设备还从测量设备接收测量的传递函数。例如，处理设备可以将测量的传递函数与第二天线的相应空间位置相关联地存储。为此，可以在处理设备中提供用于存储各个数据的存储器。

基于由测量设备针对第二天线的多个不同空间位置确定的所确定的传递函数，处理设备可以计算第一天线的实际位置。为此，处理设备可以针对多个测量的传递函数计算满足上述指定传递函数的条件的各个坐标。例如，可以以笛卡尔坐标确定第一天线的位置。但是，任何其他的坐标系也是可能的。

测量设备和处理设备可以例如包括具有相应指令的通用处理器。此外，测量设备和处理设备可以包括连接到处理器的接口元件，从第一天线和第二天线接收测量的信号并将接收到的信号提供给处理器。这种接口元件可以例如包括将接收到的信号转换为可由处理器处理的数字数据的模数转换器。这种专用模数转换器可以例如通过串行或并行数字接口连接到处理器。在数模转换器和输入端口模拟元件之间，例如，可以提供包括电阻器、电容器和电感器的滤波器等。

可以理解的是，在可能的实现中也可以提供专用测量设备。专用测量设备可以耦合到第一天线和第二天线，并且例如可以是矢量网络分析仪、示波器等。

参考附图，本发明的其他实施例是其他从属权利要求和以下描述的主题。

在可能的实施例中，处理设备适于基于第一天线的估计位置来确定第一天线的空间位置。

例如，可以基于用于安装第一天线的固定结构的知识来估计第一天线的位置。此外，第一天线的位置可以粗略地由感测系统来确定，例如，诸如照相机等的光学传感器。而且，用户可以输入第一天线的位置的第一估计。然而，用于获得第一天线的空间位置的估计的任何其他源也是可能的。

在可能的实施例中，第一天线的实际位置与第一天线的估计位置之间的距离小于用于测量第一天线与第二天线之间的传递函数的频率的半波长。

通过实现上述限制，可以避免模糊性，增加了第一天线的确定的空间位置的精确度。

在可能的实施例中，天线测量系统包括用于安装第一天线的天线安装设备。特别地，第一天线可以安装在预定空间不确定性的空间区域中。

因此，可基于用于安装第一天线的安装设备的空间不确定性来确定第一天线的空间位置的第一估计。以这种方式，第一天线可以被安全地安装并且同时可以确定天线位置的估计。

在可能的实施例中，天线定位结构适于在圆形路径上来回移动第二天线。

通过在圆形路径上移动第一天线或围绕预定轴旋转第二天线，可以改变第二天线相对于第一天线的方位。相应地，第二天线可以根据天线的方位接收不同的极化。

在进一步可能的实施例中，天线定位结构适于在线性路径上来回移动第二天线。

此外，第二天线可以在任何其他预定路径上移动。特别地，可以将第一天线的圆形移动和第一天线的线性移动组合起来。为此，天线定位结构可以提供例如用于在预定路径上移动第二天线的引导件等。

在可能的实施例中，第二天线包括电光探针。

通过电光探针，接收到的射频信号可以被转换成光信号，并且光信号可以被提供给测量设备。特别地，电光探针可以是电学上小的电光探针。

在可能的实施例中，在第一天线的第一参考点处指定第一天线的矢量辐射特性，并且在第二天线的第二参考点处指定第二天线的辐射特性。

特别地，第一参考点和/或第二参考点可以是相应天线的相位中心。

在可能的实施例中，处理设备适于基于第一参考点和第二参考点来确定第一天线和第二天线之间的距离。

在可能的实施例中，第一天线包括多个天线元件，并且处理设备适于确定多个天线元件中的每一个天线元件的空间位置。

通过单独考虑第一天线的多个天线元件，可以确定每个天线元件的精确空间位置。为此，可以在第二天线的每个空间位置处针对每个天线元件测量单独的传递函数。

在可能的实施例中，第一天线的第一参考点对应于第一天线的相位中心，和/或第二天线的第二参考点对应于第二天线的相位中心。

在可能的实施例中，处理设备适于基于传递函数的相位测量来确定第一天线和第二天线之间的距离。

通过仅考虑测量的相位，可以以快速和有效的方式确定第一天线和第二天线之间的距离。因此，传递函数的测量也可以限于确定各个阶段。

在可能的实施例中，测量设备适于通过由第一天线发射射频信号并通过第二天线接收发射的射频信号来测量传递函数。

由于通常可以通过使用第一天线作为发射天线来执行测量系统的测量，所以可以以相同操作模式使用第一天线用于确定空间位置和进一步的测量操作。然而，也可以使用第二天线作为发射天线以及使用第一天线作为接收天线。

在可能的实施例中，测量设备包括矢量网络分析仪。

网络分析仪可能是确定传输功能的合适设备。然而，应当理解的是，也可以使用用于确定传递函数的任何其他设备，例如数字示波器等。

在可能的实施例中，天线测量系统包括容纳第一天线和第二天线的测量室。

测量室可以包括屏蔽或保护外壳，其在测量期间将测试设备与任何外部干扰或干扰隔离。应该理解的是，测量室可以例如还包括用于进入测量室内部的门或可密封开口，例如，以将待测设备放置在测量室中。

在可能的实施例中，测量室包括消声室。

消声室是设计用于完全吸收电磁波反射的测量室。消声室的内表面可以用辐射吸收材料RAM来覆盖。RAM可以被设计或成型为尽可能有效地吸收入射射频辐射。电磁兼容性和天线辐射图的测量需要由测试设备产生的信号(例如，反射)可以忽略从而避免造成测量错误和模糊的风险。

因此，利用消声室可以增加利用测试设备执行测量的质量。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图的以下描述。下面使用在附图的示意图中指定的示例性实施例更详细地解释本发明，其中：

图1示出了根据本发明的天线测量系统的实施例的框图；

图2示出了根据本发明的天线测量系统的另一实施例的框图；

图3示出了根据本发明的天线测量系统的另一实施例的框图；以及

图4示出了根据本发明的天线测量方法的实施例的流程图。

附图旨在提供对本发明实施例的进一步理解。它们示出了实施例，并且结合描述有助于解释本发明的原理和概念。考虑到附图，其他实施例和许多提到的优点变得清楚。附图中的要素不一定按比例显示。在附图中，除非另有说明，否则类似的、在功能上等同且相同地进行操作的元件、特征和部件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了天线测量系统100的实施例的框图。天线测量系统100包括第一天线11和第二天线12。天线测量系统100还包括测量设备20和处理设备30。对于第一天线11和第二天线12，矢量辐射特性可以是已知的。换句话说，对于两个天线，第一天线11和第二天线12而言，相对于天线的空间方向的发送和接收属性的特性是已知的。

第一天线11可以位于未知的空间位置。特别地，第一天线11的空间位置可能具有一定的不确定性。例如，可以估计第一天线的空间位置。在可能的示例中，由于用于安装第一天线11的安装设备50的一些公差，天线的空间位置可能已知具有不确定性。

第二天线12可以安装在天线定位结构40上。因此，天线定位结构40可以承载第二天线12并来回移动第二天线12。例如，天线定位结构40可以沿着线性路径移动第二天线12。这样，第二天线12相对于第一天线11的方向被改变。特别地，天线定位结构40可以将第二天线12移动到至少两个不同的空间位置中的若干空间位置。然而，天线定位结构40也可以在任何其他路径(例如圆形路径)上或沿着二维平坦或弯曲平面来回移动第二天线12。此外，天线定位结构40可以在三维空间中来回移动第二天线12。

对于第二天线12已经移动到的每个位置，测量设备20为了确定第一天线11和第二天线12之间的传递函数可以执行测量。例如，测量设备20可以生成射频信号并将生成的射频信号提供给第一天线11。因此，所生成的射频信号可以由第一天线11发射。第二天线12可以接收发射的射频信号并且将接收到的射频信号转发给测量设备20。因此，通过比较生成的射频信号和测量到的射频信号，测量设备20可以确定第一天线11和第二天线12之间的传递函数。该传递函数可以与第二天线的对应空间位置相关联地存储。例如，传递函数和对应的空间位置可以存储在测量设备20的存储器中。此外，可以将测量的传递函数和相应的空间位置转发给处理设备30。因此，测量的传递函数和相应的空间位置也可以存储在处理设备30的存储器。

在针对至少两个空间位置的若干个执行第一天线11和第二天线12之间的传递函数的测量之后，处理设备30可以计算第一天线11的空间位置。为此，处理设备30可以参考测量的传递函数和相应的空间位置。此外，处理设备30可以考虑对第一天线11的空间位置的估计。特别地，第一天线11的空间位置的估计可以小于用于确定传递函数而使用的频率的半波长。

例如，为了确定在各个空间位置处的第一天线11和第二天线12之间的距离，处理设备30可以分析传递函数的相位。基于这些距离，处理设备30可以在三维空间中计算天线11的位置。

如在图1中可以进一步看到的那样，至少第一天线11和第二天线12可以布置在测量室90中。具体地，测量室90可以是消声室。

如图1所示以及上面已经提到，第二天线12可以通过天线定位结构40沿着线性路径来回移动。

图2示出天线测量系统100的实施例的另一框图。根据图2的天线测量系统100主要对应于如上所述的天线测量系统100。因此，各个描述对于该实施例也是有效的。

从图2中可以看出，第二天线12可以通过天线定位结构40沿着圆形路径来回移动。例如，第二天线12可以安装在棒41上，并且该棒41可以围绕预定轴线42旋转。因此，第二天线12相对于第一天线11的方位可以改变。以这种方式，取决于第二天线12的方位，射频信号的不同极化可以被第二天线12接收。

此外，可以使用多于一个的第二天线12。例如，可以使用两个相互垂直定向的第二天线12。这样可以接收射频信号的全极化。

特别地，第二天线12可以是电光探针。以这种方式，接收到的射频信号可以被转换为光信号，并且可以将该光信号转发给测量装置20。

图3示出天线测量系统100的实施例的另一框图。在该实施例中，第一天线11包括多个天线元件11a-11c。因此，可以确定天线元件11a-11c中的每个天线元件的单独的空间位置。为此，可以针对第二天线12的每个空间位置测量单独的传递函数。尽管在图3中示出3个天线元件11a-11c，但是应当理解，任何其他数量的天线元件11a-11c也是可能的。

为了清楚起见，在下面对基于图4的方法的描述中，将保持上面在基于图1至图3的装置的描述中使用的附图标记。

图4示出了天线测量方法的流程图。

天线测量方法包括在未知的空间位置提供(S1)第一天线11。特别地，第一天线11可以具有预定的第一矢量辐射特性。该方法还包括提供(S2)具有预定的第二矢量辐射特性的第二天线12。此外，该方法包括通过天线定位结构40来回移动(S3)第二天线12；在多个预定空间位置处测量(S4)第一天线11和第二天线12之间的传递函数；以及基于所测量的第一天线11和第二天线12之间的传递函数来确定(S5)第一天线11的空间位置。

在该方法中，第二天线可以在圆形和/或线性路径上来回移动。

在该方法中，基于估计的空间位置来确定第一天线11的空间位置。

第一天线可以包括多个天线元件。在这种情况下，针对多个天线元件中的每个天线元件确定单独的空间位置。

总之，本发明提供了一种用于确定测量天线的空间位置的天线测量系统和方法。为此，在测量天线的环境中来回移动另外的天线，并且针对多个空间位置来确定测量天线与另一天线之间的传递函数。基于所确定的与空间位置相关联的传递函数，可以实现对测量天线的空间位置的精确确定。

尽管在此已经说明和描述了具体实施例，但是本领域的普通技术人员将会理解，存在各种替代和/或等同实现。应该理解的是，示例性实施例或多个示例性实施例仅是示例，并且不旨在以任何方式限制范围、适用性或配置。相反，前面的概述和详细描述将为本领域技术人员提供用于实现至少一个示例性实施例的方便的路线图，应当理解，在不脱离所附权利要求书及其合法等同物所阐述的范围的情况下，可以在示例性实施例中描述的元件的功能和布置方面做出各种改变。通常，本申请旨在覆盖在此讨论的具体实施例的任何修改或变化。

在前面的详细描述中，出于简化本公开的目的，各种特征组合在一个或多个示例或示例中组合在一起。应该理解的是，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。其旨在涵盖可能包括在本发明范围内的所有替代、修改和等同物。在阅读上述说明书后，许多其他示例对于本领域技术人员来说将是清楚的。

前述说明书中使用的特定术语用于提供对本发明的透彻理解。然而，根据本文提供的说明书，对于本领域技术人员来说清楚的是，为了实施本发明，不需要具体细节。因此，出于说明和描述的目的呈现了本发明的具体实施例的前述描述。它们并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的确切形式；鉴于上述教导，显然可以有许多修改和变化。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最佳地利用本发明以及具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。在整个说明书中，术语“包括”和“其中”分别用作相应术语“包含”和“其中”的简明英语等同物。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标签，并且不旨在对其对象的重要性施加数字要求或建立某种重要性排序。

Claims

1.一种天线测量系统，包括：

具有预定的第一矢量辐射特性的第一天线，第一天线位于未知空间位置；

具有预定的第二矢量辐射特性的第二天线；

天线定位结构，其用于承载所述第二天线并来回移动所述第二天线；

测量设备，其电耦合到所述第一天线和所述第二天线，并且用于测量所述第一天线和所述第二天线之间的传递函数；以及

处理设备，用于控制天线定位结构以将所述第二天线移动到多个预定位置，以使所述测量设备在多个预定位置中的每个预定位置处测量所述第一天线和所述第二天线之间的传递函数，并且基于所测量的所述第一天线和所述第二天线之间的传递函数来确定所述第一天线的空间位置。

2.根据权利要求1所述的天线测量系统，其中所述处理设备用于基于所述第一天线的估计位置来确定所述第一天线的所述空间位置。

3.根据权利要求2所述的天线测量系统，其中所述第一天线的实际位置与所述第一天线的估计位置之间的距离小于用于测量第一天线与第二天线之间的所述传递函数而使用的频率的半波长。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线测量系统，包括适于将所述第一天线安装在具有预定的空间不确定性的空间区域中的天线安装设备。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线测量系统，其中所述天线定位结构适于在圆形路径上来回移动所述第二天线。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线测量系统，其中所述天线定位结构适于在线性路径上来回移动所述第二天线。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线测量系统，其中所述第二天线包括电光探针。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的天线测量系统，其中在所述第一天线的第一参考点处指定所述第一天线的矢量辐射特性，并且在所述第二天线的第二参考点处指定所述第二天线的辐射特性。

9.根据权利要求8所述的天线测量系统，其中所述处理设备适于基于所述第一参考点和所述第二参考点来确定第一天线与第二天线之间的距离。

10.根据权利要求8或9所述的天线测量系统，其中所述第一天线的所述第一参考点对应于所述第一天线的相位中心和/或所述第二天线的所述第二参考点对应于所述第二天线的相位中心。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的天线测量系统，其中所述第一天线包括多个天线元件，并且其中所述处理设备用于确定所述多个天线元件中的每一个天线元件的空间位置。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的天线测量系统，其中所述处理设备适于基于所述传递函数的相位测量来确定所述第一天线与所述第二天线之间的距离。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的天线测量系统，其中所述测量设备适于通过由所述第一天线发射射频信号并通过所述第二天线接收所发射的射频信号来测量所述传递函数。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的天线测量系统，其中所述测量设备包括矢量网络分析仪。

15.根据权利要求1至13中任一项所述的天线测量系统，包括用于容纳第一天线和第二天线的测量室。

16.根据权利要求15所述的天线测量系统，其中所述测量室包括消声室。

17.一种天线测量方法，包括：

在未知的空间位置处提供第一天线，其中所述第一天线具有预定的第一矢量辐射特性；

提供具有预定的第二矢量辐射特性的第二天线；

通过天线定位结构来回移动所述第二天线；

在多个预定的空间位置处测量所述第一天线和所述第二天线之间的传递函数；以及

基于所测量的所述第一天线和所述第二天线之间的传递函数来确定所述第一天线的空间位置。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二天线在圆形和/或线性路径上来回移动。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中基于估计的空间位置来确定所述第一天线的空间位置。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其中第一天线包括多个天线元件，并且针对所述多个天线元件中的每个天线元件分别确定单独的空间位置。