DE102010033325A1 - Verfahren zur Vermessung einer Antenne - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung einer Antenne (1). In dem Verfahren wird über eine Referenzantenne (5) Strahlung mit einer Trägerfrequenz und vorgegebener Sendeleistung ausgesendet, welche an der zu vermessenden Antenne (1) rückgestreut wird, wobei eine an die zu vermessenden Antenne (1) gekoppelte Impedanz variiert wird, indem ein optisches Signal eines Lichtwellenleiters (3), welches mit einer Modulationsfrequenz kleiner als die Messfrequenz moduliert ist, einer optoelektrischen Wandlereinrichtung (2) zugeführt wird, welche elektrisch mit der zu vermessenden Antenne (1) verbunden ist. Die von der zu vermessenden Antenne (1) rückgestreute Strahlung, welche aufgrund der variierenden Impedanz moduliert ist, wird von der Referenzantenne (5) empfangen und aus dieser Strahlung werden ein oder mehrere Parameter der zu vermessenden Antenne (1) ermittelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung einer Antenne und eine entsprechende Messanordnung.
  • Zur Charakterisierung von Antennen bzw. zur Überprüfung der Funktion von Antennen sind aus dem Stand der Technik verschiedene Messverfahren bekannt, mit denen Parameter der Antennen ermittelt werden können. Häufig wird als messtechnische Größe das Strahlungsdiagramm der Antenne im Freifeld ermittelt, wobei dieses Strahlungsdiagramm die aus verschiedenen Richtungen empfangene Leistung bzw. Strahlungsdichte der Antenne in Bezug auf die Leistung bzw. Strahlungsdichte eines Referenzstrahlers, insbesondere eines isotropen Punktstrahlers, angibt. Hieraus lässt sich der Antennengewinn ermitteln, der die Strahlungsdichte der Antenne in Hauptstrahlrichtung im Verhältnis zum Referenzstrahler angibt. Dieser Gewinn wird in der Regel logarithmisch durch dB angegeben.
  • In vielen herkömmlichen Messverfahren erfolgt die Vermessung einer Antenne im Sendebetrieb, wobei die Antenne mit einer mechanischen Dreh- bzw. Kippvorrichtung in verschiedene Raumwinkelbereiche bewegt wird, während eine Referenzantenne die Stärke des Sendesignals misst und daraus die oben erwähnten Parameter in der Form eines Strahlungsdiagramms bzw. des Antennengewinns ermittelt. Um dabei eine Freifeld-Messung mit möglichst wenig Störeinflüssen durchzuführen, werden die zu vermessende Antenne und die Referenzantenne in der Regel in reflexionsarmen Kammern positioniert, wodurch Reflexionen, die zu Mehrwegeausbreitungen und somit zu Verfälschungen führen, vermieden werden.
  • Einen weiteren wesentlichen Störeinfluss bei der Vermessung von Antennen stellt die üblicherweise koaxiale Hochfrequenzleitung dar, über die der Anschluss der Antenne im Sendebetrieb mit einem elektrischen Hochfrequenzsignal versorgt wird. Selbst bei optimaler Ankopplung der Hochfrequenzleitung an die Antenne verändert diese Leitung im Nahfeld die elektrische und magnetische Feldverteilung, was zu Fehlern bei der Messung führt. Insbesondere bei miniaturisierten Antennen mit kleinen Abmessungen im Vergleich zur Betriebswellenlänge bzw. zu den Abmessungen der Hochfrequenzleitung sind solche Störeinflüsse sehr groß.
  • Um die oben beschriebenen, durch die Hochfrequenzleitung verursachten Störungen zu vermeiden, ist es aus der Druckschrift [1] bekannt, das elektrische Hochfrequenzsignal der Antenne durch einen Miniatursender mit eigener Stromversorgung am Speisepunkt der zu vermessenden Antenne zu ersetzen. Dabei ist es jedoch erforderlich, dass der Sender über eine eigene Batterie verfügt. Ferner kann auch ein kleiner Miniatursender aufgrund seiner räumlichen Ausdehnung die Feldverteilung der Antenne beeinflussen.
  • In dem Dokument [2] wird zur Vermeidung einer elektrischen Hochfrequenzleitung vorgeschlagen, das Sendesignal optisch über einen Lichtwellenleiter zur Antenne zu leiten und dort mittels einer Schaltung mit Photodiode und Spannungsquelle wieder in ein elektrisches Hochfrequenzsignal zu wandeln. Die Schaltung benötigt wiederum eine Batterie. Ferner ist die Erzeugung des optischen Hochfrequenzsignals technisch aufwändig.
  • In der Druckschrift [3] wird ein Verfahren zur Vermessung einer Antenne beschrieben, welches auf einer sog. Backscatter-Modulation basiert. Dabei wird nicht die von der zu vermessenden Antenne aktiv ausgesendete Strahlung ausgewertet, sondern die von einer Referenzantenne ausgesendete Strahlung, welche an der zu vermessenden Antenne rückgestreut wird. In dem Verfahren der Druckschrift [3] ist am Speisepunkt der zu vermessenden Antenne ein RFID-Transponder vorgesehen, und die Messung erfolgt über die benötigte Energie zum Aufwecken des Transponders, wobei diese Energie aus der von der Referenz-Antenne ausgesendeten Strahlung entnommen wird. Nach dem Aufwecken des Transponders moduliert dieser das rückgestreute Signal, was wiederum von der Referenzantenne erfasst werden kann. Hieraus können dann entsprechende Parameter der Antenne ermittelt werden. Aufgrund der räumlichen Ausdehnung des Transponders kann es wiederum zu störenden Messeinflüssen bei kleinen Antennen kommen. Ferner kann das Verfahren nur für Modulationsfrequenzen eingesetzt werden, für welche passende Transponder verfügbar sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vermessung einer Antenne zu schaffen, welches die oben beschriebenen Nachteile vermeidet und zu genauen Messergebnissen, insbesondere für Antennen mit kleinen Abmessungen, führt.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. die Messanordnung gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird über eine Referenzantenne elektromagnetische Strahlung mit einer Trägerfrequenz und vorgegebener Sendeleistung ausgesendet, welche an der zu vermessenden Antenne rückgestreut wird, wobei eine an die zu vermessende Antenne gekoppelte Impedanz, insbesondere eine Impedanz am Speisepunkt der Antenne, variiert wird, indem ein optisches Signal eines Lichtwellenleiters, welches mit einer Modulationsfrequenz kleiner als die Trägerfrequenz moduliert ist, einer optoelektrischen Wandlereinrichtung zugeführt wird, welche elektrisch mit der zu vermessenden Antenne verbunden ist. Dabei wird die von der zu vermessenden Antenne rückgestreute Strahlung, welche aufgrund der variierenden Impedanz moduliert ist, von der Referenzantenne empfangen und daraus ein oder mehrere Parameter der zu vermessenden Antenne ermittelt. Die Modulationsfrequenz beträgt dabei vorzugsweise 5% oder weniger der Trägerfrequenz, besonders bevorzugt 1% oder weniger der Trägerfrequenz.
  • Der Begriff der Referenzantenne ist erfindungsgemäß weit zu verstehen. Insbesondere kann eine Referenzantenne gegebenenfalls eine separate Sendeantenne zum Aussenden der Antennenstrahlung und eine separate Empfangsantenne zum Empfangen der rückgestreuten Strahlung umfassen, wobei diese Antennen zur Vermeidung von Messfehlern räumlich nahe beieinander angeordnet sein sollten. Vorzugsweise ist die Referenzantenne jedoch eine sog. Transceiver-Antenne mit einer einzigen Sende- und Empfangsantenne, welche die Strahlung mit der Trägerfrequenz aussendet und gleichzeitig die modulierte und rückgestreute Strahlung empfängt. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Ort des Aussendens der Strahlung mit dem Ort des Empfangs der rückgestreuten Strahlung übereinstimmt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die Kombination der Backscatter-Messtechnik mit einer Impedanzvariation über ein optisches Signal aus. Hierdurch werden elektrische Hochfrequenzleitungen hin zur Antenne vermieden, welche das Nahfeld der Antenne stören. Ferner erfolgt die Impedanzvariation auf einfache Weise mittels eines optoelektrischen Wandlers, ohne dass aufwändige elektronische Bauteile am Speisepunkt der Antenne vorgesehen werden müssen. Darüber hinaus wird das optische Signal im Lichtwellenleiter mit einer Frequenz moduliert, welche kleiner als die in der Regel sehr hochfrequente Trägerfrequenz der Referenzantenne ist, so dass die Erzeugung des optischen Signals vereinfacht wird.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere sehr kleine Antennen mit Abmessungen im Zentimeter-Bereich ohne störende Einflüsse auf die Feldverteilung der Antenne im Nahbereich vermessen werden. Ein Anwendungsgebiet der Erfindung ist beispielsweise die Vermessung von Antennen in Hörgeräten, welche dort zur Datenkommunikation verwendet werden.
  • Die Parameter der Antenne, welche mit dem Verfahren ermittelt werden, sind insbesondere das Strahlungsdiagramm der Antenne bzw. der Gewinn der Antenne, wobei in der detaillierten Beschreibung an einem Ausführungsbeispiel dargelegt wird, wie diese Größen aus den Systemparametern der Messanordnung abgeleitet werden können.
  • In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das optische Signal des Lichtwellenleiters die mit der Modulationsfrequenz amplitudenmodulierte Intensität des im Lichtwellenleiter transportierten Lichts. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Messung der Antennencharakteristika derart, dass die an der Referenzantenne empfangene Leistung für ein Seitenband der modulierten und rückgestreuten Strahlung gemessen wird und hieraus das oder die Parameter der zu vermessenden Antenne bestimmt werden. Dabei wird insbesondere die rückgestreute Strahlung für diejenige Seitenbandfrequenz ermittelt, welche gegenüber der Trägerfrequenz um die Modulationsfrequenz erhöht oder erniedrigt ist. Diese Frequenzen enthalten im Wesentlichen die gesamte rückgestreute Leistung und weitere höhere bzw. niedrigere Frequenzen der Seitenbänder können vernachlässigt werden.
  • Die optoelektrische Wandlereinrichtung kann im Rahmen des Messvorgangs unterschiedlich ausgestaltet sein. Es ist lediglich sicherzustellen, dass diese Einrichtung in Antwort auf das modulierte optische Signal des Lichtwellenleiters ein elektrisches Signal derart erzeugt, dass hierdurch eine an die Antenne gekoppelte Impedanz variiert wird. Beispielsweise kann die Impedanz durch eine optoelektrische Wandlereinrichtung in der Form zumindest eines mit der zu vermessenden Antenne verschalteten Phototransistors und/oder zumindest einer mit der zu vermessenden Antenne verschalteten Photodiode variiert werden, wobei das optische Signal des Lichtwellenleiters auf den zumindest einen Phototransistor und/oder die zumindest eine Photodiode fällt und hierdurch die Schaltzustände des zumindest einen Phototransistors und/oder den Photostrom der zumindest einen Photodiode variiert.
  • Zur Ermittlung von aussagekräftigen Messergebnissen liegt die Trägerfrequenz bei der Durchführung der Messung vorzugsweise im Bereich der Betriebsfrequenz der zu vermessenden Antenne, wobei diese Betriebsfrequenz in der Regel der Resonanzfrequenz der Antenne entspricht. Die Trägerfrequenz kann z. B. bei 100 MHz und größer liegen, insbesondere bei 500 MHz und größer. Demgegenüber liegt die Modulationsfrequenz vorzugsweise bei 5 kHz und größer, insbesondere bei 10 kHz und größer und besonders bevorzugt bei 100 kHz und größer. Insbesondere können Trägerfrequenzen im lizenzfreien ISM-Band verwendet werden, um Antennen zu vermessen, welche in einem solchen Frequenzbereich arbeiten.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Variation der Impedanz passiv ohne Verwendung einer Spannungs- bzw. Stromquelle. Gegebenenfalls kann die Impedanz jedoch auch aktiv durch Verschaltung einer Spannungsquelle mit der zu vermessenden Antenne verändert werden. Basierend auf einer entsprechenden optoelektrischen Wandlereinrichtung kann die Impedanz beispielsweise zwischen dem Wert Null (Kurzschluss) und dem Wert unendlich (Trennung der Antenne von der Wandlereinrichtung) variiert werden.
  • Um Strahlungsdiagramme mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu messen, werden in einer bevorzugten Variante die zu vermessende Antenne und die Referenzantenne bei der Vermessung in verschiedenen Relativpositionen angeordnet, wobei in jeder Relativposition die rückgestreute Strahlung von der Referenzantenne empfangen wird und daraus ein oder mehrere Parameter der zu vermessenden Antenne ermittelt werden.
  • Um eine Verfälschung der Messergebnisse aufgrund von Reflexionen zu vermeiden, werden in einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Referenzantenne und die zu vermessende Antenne beim Messvorgang in einer reflexionsarmen Umgebung angeordnet.
  • Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Messanordnung zur Vermessung einer Antenne. Diese Messanordnung umfasst eine Referenzantenne, welche im Messbetrieb Strahlung mit einer Trägerfrequenz und vorgegebener Sendeleistung aussendet und die an der zu vermessenden Antenne rückgestreute Strahlung empfängt. Die Anordnung beinhaltet ferner einen Modulator, der mit einem Lichtwellenleiter verbunden ist, um ein mit einer Modulationsfrequenz moduliertes optisches Signal in den Lichtwellenleiter einzuspeisen, wobei die Modulationsfrequenz kleiner als die Trägerfrequenz ist. Ferner ist eine optoelektrische Wandlereinrichtung vorgesehen, mit der eine im Messbetrieb mit der zu vermessenden Antenne gekoppelte Impedanz variiert wird, indem das optische Signal des Lichtwellenleiters der optoelektrischen Wandlereinrichtung zugeführt wird. Die erfindungsgemäße Messanordnung beinhaltet ferner eine an die Referenzantenne gekoppelte Auswerteeinrichtung, welche die von der Referenzantenne empfangene Strahlung, die von der zu vermessenden Antenne rückgestreut und aufgrund der variierenden Impedanz moduliert ist, auswertet und daraus einen oder mehrere Parameter der zu vermessenden Antenne ermittelt.
  • Die erfindungsgemäße Messanordnung dient somit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Insbesondere ist die Messanordnung dabei derart ausgestaltet, dass eine oder mehrere Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Messanordnung durchgeführt werden können.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten 1 detailliert beschrieben. Diese Figur zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Messanordnung, mit der eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vermessung einer Antenne durchgeführt wird.
  • In der Messanordnung der 1 wird eine Antenne 1 in der Form einer Dipolantenne vermessen. Bei dieser Antenne handelt es sich z. B. um eine Antenne mit einer Betriebsfrequenz im Hochfrequenzbereich, z. B. im ISM-Band. Insbesondere können mit der Messanordnung Antennen vermessen werden, deren Abmessungen klein gegenüber der Wellenlänge der Betriebsfrequenz bzw. klein gegenüber den Abmessungen der Anschlussleitung der Antenne sind. Zum Beispiel kann es sich bei der Antenne um eine in einem Hörgerät integrierte Antenne handeln, welche dazu verwendet wird, um im Rahmen der Anpassung des Hörgeräts drahtlos eine Datenkommunikation mit dem Hörgerät durchzuführen.
  • Bei der Vermessung der Antenne 1 wird ein sog. Backscatter-Verfahren verwendet, bei dem eine Referenzantenne 5 in der Form einer Transceiver-Antenne Strahlung mit einer Trägerfrequenz (insbesondere der Betriebsfrequenz der Antenne 1) und vorgegebener Sendeleistung aussendet. Diese Antennenstrahlung wird an der zu vermessenden Antenne 1 rückgestreut, wobei die rückgestreute Strahlung wiederum von der Referenzantenne 5 empfangen wird und daraus dann entsprechende Parameter der zu vermessenden Antenne ermittelt werden. Zur Auswertung der empfangenen Strahlung ist dabei eine Auswerteeinheit 6 in der Form eines Backscatter-Transceivers vorgesehen, der zum einen das Aussenden der Strahlung über die Referenzantenne veranlasst und zum anderen die rückgestreute Strahlung erfasst und hieraus die entsprechenden Parameter der zu vermessenden Antenne ermittelt.
  • Mit der Messanordnung der 1 werden vorzugsweise zum einen das Strahlungsdiagramm der Antenne 1 und zum anderen der Gewinn in Hauptstrahlrichtung bzw. in beliebigen anderen Richtungen ermittelt, wie weiter unten noch näher erläutert wird. Um Messfehler möglichst gering zu halten, werden sowohl die zu vermessende Antenne 1 als auch die Referenzantenne 5 in einem reflexionsarmen Raum R angeordnet, wobei zur Vermeidung von Reflexionen Pyramidenabsorber an den Wänden und an der Decke des Raums sowie Ferrit-Kacheln am Boden vorgesehen sind.
  • In der Messanordnung der 1 ist eine optoelektrische Wandlereinrichtung 2 vorgesehen, welche ein optisches Signal in der Form von moduliertem Licht eines Lichtwellenleiters 3 empfängt. Das modulierte Licht wird von einem Modulator 4 erzeugt, der an einem Ende des Lichtwellenleiters vorgesehen ist und das Licht in den Wellenleiter einspeist. Dabei wird durch den Modulator 4 eine Amplitudenmodulation der Intensität des Lichts durchgeführt, wobei die Modulation des Lichts mit einer Modulationsfrequenz erfolgt, welche wesentlich kleiner als die Trägerfrequenz der von der Referenzantenne 5 ausgesendeten Strahlung ist.
  • Durch das auf die optoelektrische Wandlereinrichtung 2 fallende Licht wird ein elektrisches Signal generiert, das in geeigneter Weise eine an die Antenne 1 gekoppelte Impedanz variiert. Es sind dabei verschiedene Ausgestaltungen möglich, wie mit einer optoelektrischen Wandlereinrichtung eine Impedanz geeignet moduliert werden kann. In der Ausführungsform der 1 wird eine besonders einfache optoelektrische Wandlung mit einem Phototransistor T durchgeführt, der genauer in der Detailansicht D dargestellt ist. Man erkennt in der Detailansicht, dass die optoelektrische Wandlereinrichtung einen an sich bekannten Phototransistor T umfasst, auf den das aus dem Lichtwellenleiter 3 austretende modulierte Licht fällt. Der Transistor T verbindet dabei die beiden Hälften der Dipolantenne 1 und er ändert seine Schaltzustände durch das modulierte einfallende Licht, so dass im Idealfall zwischen einem Zustand mit Impedanz unendlich (Transistor sperrt) und einem Zustand mit Impedanz Null (Transistor schaltet durch und erzeugt Kurzschluss) gewechselt wird. Da üblicherweise keine idealen Schaltzustände vorliegen, wird in der Regel zwischen einem Zustand mit einem ersten Impedanzwert und einem Zustand mit einem zweiten Impedanzwert gewechselt.
  • Durch die Variation der Impedanz über das modulierte optische Signal des Lichtwellenleiters wird eine Modulation der von der Antenne 1 rückgestreuten Strahlung bewirkt. Insbesondere entstehen im Frequenzspektrum der rückgestreuten Strahlung zwei Seitenbänder umfassend eine Frequenz bei der Trägerfrequenz zuzüglich der Modulationsfrequenz und eine Frequenz bei der Trägerfrequenz abzüglich der Modulationsfrequenz. Diese beiden Frequenzen tragen die meiste Energie der rückgestreuten Strahlung, so dass höhere bzw. niedrigere Frequenzen der Seitenbänder im Rahmen der Messung und Auswertung vernachlässigt werden können.
  • Bei der Durchführung der Messung wird durch die Auswerteeinheit 6 die Empfangsleistung der modulierten und rückgestreuten Strahlung am Ort der Referenzantenne 5 ermittelt und hieraus der richtungsabhängige Gewinn der Antenne 1 berechnet. Der Ermittlung des richtungsabhängigen Gewinns Gr liegt dabei folgende Formel zu Grunde, welche aus der hinlänglich bekannten monostatischen Radargleichung abgeleitet ist:
    Figure 00100001
  • Hierbei bezeichnet Pt die von der Referenzantenne abgestrahlte Leistung, welche vorbekannt ist. R stellt den Abstand zwischen Referenzantenne 5 und zu vermessender Antenne 1 dar, der ebenfalls bekannt ist. Die Referenzantenne ist dabei mit ihrer Hauptstrahlrichtung auf die zu vermessende Antenne gerichtet. Darüber hinaus bezeichnet λ die Wellenlänge der Frequenz aus einem Seitenband der rückgestreuten Strahlung. Das heißt, λ entspricht der Wellenlänge der Trägerfrequenz zuzüglich der Modulationsfrequenz oder abzüglich der Modulationsfrequenz. Die Größe Gt bezeichnet den Gewinn der Referenzantenne 5 in Hauptstrahlrichtung und berücksichtigt in der hier beschriebenen Ausführung ferner Zuleitungsverluste und Polarisationsverluste.
  • In einer konkreten Messung wurde eine Hörgeräteantenne basierend auf einer Trägerfrequenz von 868 MHz vermessen, wobei diese Trägerfrequenz der Betriebsfrequenz der Hörgeräteantenne entspricht. Das rückgestreute Signal war mit einer Modulationsfrequenz von 200 kHz moduliert. Die Distanz zwischen Referenzantenne und zu vermessender Antenne betrug 1,9 m. Die Pfadverluste pro Weg zwischen Hörgeräteantenne und Referenzantenne lagen bei 36,8 dB. Die Sendeleistung Pt der Referenzantenne lag bei –7 dBm. Die Zuleitungsverluste lagen bei 3 dB und die Polarisationsverluste bei 6 dB. Der Antennengewinn Gt der Referenzantenne betrug 7 dBi (bezogen auf einen isotropen Strahler). Zur Auswertung wurde das analog empfangene Antennensignal mit einem AD-Wandler in der Auswerteeinheit 6 in ein digitales Signal gewandelt, wobei sich von der Antennenbuchse der Referenzantenne bis zum Digitalausgang ein Gesamtgewinn von 179 dB ergab. All diese Größen wurden in geeigneter Weise in der obigen Gleichung berücksichtigt, wobei sich aufgrund der Polarisationsverluste und der Zuleitungsverluste für den Gewinn Gt der Referenzantenne effektiv 0 dB ergab. Insgesamt konnte der Gewinn Gr in dB für die obigen Systemparameter durch folgende Formel bestimmt werden, wobei Pr in der Einheit Watt anzugeben ist:
    Figure 00110001
  • Der in dieser Formel enthaltene Faktor 2 vor der Empfangsleistung Pr berücksichtigt dabei, dass nur der Absolutpegel eines der Seitenbänder gemessen wird, und somit die gesamte Empfangsleistung doppelt so hoch ist, da diese auf beide Seitenbänder gleich verteilt ist.
  • In den obigen Gleichungen (1) und (2) wird davon ausgegangen, dass die gesamte Leistung durch die Antenne 1 rückgestrahlt wird. Je nach verwendeter Ausführungsform der Impedanzvariation können auch Wirkverluste auftreten, so dass nicht alle Leistung rückgestrahlt wird. Dies kann in geeigneter Weise durch eine Kalibration der Messanordnung mit einer Antenne bekannter Strahlcharakteristik berücksichtigt werden.
  • Basierend auf der oben dargelegten Auswertung kann somit der richtungsabhängige Gewinn gemessen werden. Es ist dabei eine Dreh- und Kippanordnung zur Verdrehung bzw. Verkippung der Antenne 1 vorgesehen, so dass der richtungsabhängige Gewinn in beliebigen Raumrichtungen erfasst werden kann. Basierend darauf kann dann ein geeignetes Strahlungsdiagramm der zu vermessenden Antenne 1 erstellt werden und auch der Gewinn in Hauptstrahlrichtung der Antenne angegeben werden.
  • Das oben beschriebene Messverfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. Die Messung kann für verschiedene Trägerfrequenzen durchgeführt werden, solange die Variation der Impedanz für jede Trägerfrequenz bekannt ist. Durch die Zuleitung des Modulationssignals über einen Lichtwellenleiter wird dabei die Feldverteilung um die zu vermessende Antenne in vernachlässigbar kleinem Umfang beeinflusst, so dass die durchgeführte Messung hochpräzise ist. Insbesondere ist die Messung wesentlich genauer als herkömmliche Messungen, bei denen über eine elektrische Zuleitung ein Hochfrequenzsignal zu der zu vermessenden Antenne geführt wird und die sich daraus ergebende Antennenstrahlung gemessen wird. Vor allem bei miniaturisierten Antennen führen solche elektrischen Zuleitungen zu einer Veränderung der Feldverteilung der zu vermessenden Antenne und dadurch zu einer Verfälschung der Messergebnisse.
  • Im Gegensatz zu dem in der Druckschrift [1] beschriebenen Verfahren ist es nicht mehr erforderlich, einen aktiven Sender an der Antenne vorzusehen. Ein solcher Sender hat nicht nur wegen seiner räumlichen Ausdehnung möglicherweise einen schädlichen Einfluss auf die Feldverteilung der zu vermessenden Antenne, sondern er ist in der Regel auch nur auf eine Frequenz beschränkt und hat ferner unter Umständen keine gut kalibrierbare Ausgangsleistung.
  • Im Unterschied zu der Druckschrift [2] benötigt man für die zu vermessende Antenne keine Batterie, um Antennenstrahlung zu erzeugen. Durch die Vermeidung einer Batterie wird wiederum die physikalische Ausdehnung der Speisung der zu vermessenden Antenne verkleinert, so dass das Strahlungsdiagramm weniger durch die Messanordnung beeinflusst wird. Zudem ist die technische Realisierung der erfindungsgemäßen Anordnung wesentlich einfacher, da auf dem Lichtwellenleiter nicht das durch die Antenne ausgestrahlte Hochfrequenzsignal übertragen wird, sondern lediglich ein niederfrequentes Modulationssignal. Im Vergleich zu dem Verfahren der Druckschrift [3] kann auf die Verwendung von RFID-Schaltkreisen verzichtet werden, welche aufgrund ihrer räumlichen Ausdehnung wiederum die Messung verfälschen können. Darüber hinaus ist das Verfahren der Druckschrift [3] auf solche Frequenzen beschränkt, für welche RFID-Transponder verfügbar sind, wohingegen das erfindungsgemäße Verfahren nahezu für beliebige Frequenzen verwendbar ist.
  • Literaturverzeichnis
  • [1] R. Hossa et al.: „3D Radiation Pattern Measurements of Miniature Antennas", Proceedings of the 37th European Microwave Conference, Seiten 580 bis 583, München, Oktober 2007.
  • [2] T. Fukusawa et al.: „Accurate and Effective Measurement Method for Small Antenna using Fiber-Optics", Mitsubishi Electric Corporation.
  • [3] P. Pursula et al.: „Antenna effective aperture measurement with backscattering modulation", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 55, Nr. 10, Oktober 2007.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • R. Hossa et al.: „3D Radiation Pattern Measurements of Miniature Antennas”, Proceedings of the 37th European Microwave Conference, Seiten 580 bis 583, München, Oktober 2007 [0039]
    • T. Fukusawa et al.: „Accurate and Effective Measurement Method for Small Antenna using Fiber-Optics”, Mitsubishi Electric Corporation [0040]
    • P. Pursula et al.: „Antenna effective aperture measurement with backscattering modulation”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 55, Nr. 10, Oktober 2007 [0041]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Vermessung einer Antenne (1), bei dem: – über eine Referenzantenne (5) Strahlung mit einer Trägerfrequenz und vorgegebener Sendeleistung ausgesendet wird, welche an der zu vermessenden Antenne (1) rückgestreut wird, wobei eine an die zu vermessenden Antenne (1) gekoppelte Impedanz variiert wird, indem ein optisches Signal eines Lichtwellenleiters (3), welches mit einer Modulationsfrequenz kleiner als die Trägerfrequenz moduliert ist, einer optoelektrischen Wandlereinrichtung (2) zugeführt wird, welche elektrisch mit der zu vermessenden Antenne (1) verbunden ist; – die von der zu vermessenden Antenne (1) rückgestreute Strahlung, welche aufgrund der variierenden Impedanz moduliert ist, von der Referenzantenne (5) empfangen wird und daraus ein oder mehrere Parameter der zu vermessenden Antenne (1) ermittelt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das optische Signal des Lichtwellenleiters (3) die mit der Modulationsfrequenz amplitudenmodulierte Intensität des im Lichtwellenleiter (3) transportierten Lichts ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die an der Referenzantenne (5) empfangene Leistung für ein Seitenband der modulierten und rückgestreuten Strahlung gemessen wird, insbesondere für die Seitenbandfrequenz, welche gegenüber der Trägerfrequenz um die Modulationsfrequenz erhöht oder erniedrigt ist, und hieraus das oder die Parameter der zu vermessenden Antenne (1) ermittelt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Impedanz durch eine optoelektrische Wandlereinrichtung (2) in der Form zumindest eines mit der zu vermessenden Antenne (1) verschalteten Phototransistors (T) und/oder einer mit der zu vermessenden Antenne (1) verschalteten Photodiode variiert wird, wobei das optische Signal des Lichtwellenleiters (3) auf den zumindest einen Phototransistor (T) und/oder die zumindest eine Photodiode fällt und hierdurch die Schaltzustände des zumindest einen Phototransistors (T) und/oder den Photostrom der zumindest einen Photodiode variiert.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Trägerfrequenz im Bereich der Betriebsfrequenz der zu vermessenden Antenne liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche, bei dem die Trägerfrequenz bei 100 MHz und größer liegt, insbesondere bei 500 MHz und größer, und/oder die Modulationsfrequenz bei 5 KHz und größer liegt, insbesondere 10 KHz und größer und besonders bevorzugt bei 100 KHz und größer.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Impedanz mit oder ohne Verwendung einer mit der zu vermessenden Antenne (1) verschalteten Spannungsquelle variiert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Referenzantenne (1) eine Transceiver-Antenne ist, welche die Strahlung mit der Trägerfrequenz aussendet und gleichzeitig die modulierte und rückgestreute Strahlung empfängt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zu vermessende Antenne (1) und die Referenzantenne (3) bei der Vermessung in verschiedenen Relativpositionen angeordnet werden, wobei in jeder Relativposition die rückgestreute Strahlung von der Referenzantenne (5) empfangen wird und daraus ein oder mehrere Parameter der zu vermessenden Antenne (1) ermittelt werden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei der Vermessung die Referenzantenne (3) und die zu vermessende Antenne (1) in einer reflexionsarmen Umgebung angeordnet sind.
  11. Messanordnung zur Vermessung einer Antenne, umfassend – eine Referenzantenne (5), welche im Messbetrieb Strahlung mit einer Trägerfrequenz und vorgegebener Sendeleistung aussendet und die an der zu vermessenden Antenne (1) rückgestreute Strahlung empfängt; – einen Modulator (4), der mit einem Lichtwellenleiter (3) verbunden ist, um ein mit einer Modulationsfrequenz moduliertes optisches Signal in den Lichtwellenleiter (3) einzuspeisen, wobei die Modulationsfrequenz kleiner als die Trägerfrequenz ist; – eine optoelektrische Wandlereinrichtung (2), mit der eine im Messbetrieb mit der zu vermessenden Antenne (1) gekoppelte Impedanz variiert wird, indem das optische Signal des Lichtwellenleiters (3) der optoelektrischen Wandlereinrichtung (2) zugeführt wird; – eine an die Referenzantenne (5) gekoppelte Auswerteeinrichtung (6), welche die von der Referenzantenne (5) empfangene Strahlung, welche von der zu vermessenden Antenne (1) rückgestreut und aufgrund der variierenden Impedanz moduliert ist, auswertet und daraus einen oder mehrere Parameter der zu vermessenden Antenne (1) ermittelt.
  12. Messanordnung nach Anspruch 11, welche derart ausgestaltet ist, dass mit der Messanordnung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10 durchführbar ist.
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