DE102011075256B4

DE102011075256B4 - Messgerät und Messverfahren zur Vermessung von Antennen

Info

Publication number: DE102011075256B4
Application number: DE102011075256.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Fischlein; Florian Ramian
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2031-05-05
Also published as: DE102011075256A1

Abstract

Messgerät (11) zum Vermessen einer Antenne (10) mit einer Erfassungseinrichtung (21) und einer Eliminationseinrichtung (22),wobei die Erfassungseinrichtung (21) dazu ausgebildet ist, mehrere Messwerte eines Signals (40) der Antenne (10) zu erfassen,wobei die Eliminationseinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, ein bereinigtes Signal (50) durch das Entfernen von Störsignalen (13, 41) aus dem Signal (40) der Antenne (10) zu erzeugen, undwobei die Eliminationseinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, bei der Entfernung der Störsignale (13, 41) aus dem Signal (40) der Antenne (10) die Messwerte des Signals (40) der Antenne (10) lediglich in einem einzigen Zeitintervall auszuwerten,dadurch gekennzeichnet,dass das Messgerät (11) weiterhin über eine Vergleichseinrichtung (23) verfügt,dass die Vergleichseinrichtung (23) ausgebildet ist, um das bereinigte Signal (50) mit einem Referenzsignal zu vergleichen, unddass die Vergleichseinrichtung (23) weiterhin ausgebildet ist, um anhand des Vergleichs die Tauglichkeit der Antenne (10) zu bewerten.

Description

Die gegenwärtige Erfindung betrifft ein Messgerät und ein Messverfahren zur Vermessung von Antennen, insbesondere zur Unterdrückung von externen Signalen.
Bei der Vermessung von Kabeln und Antennen ist üblicherweise eine Aussage über die Qualität des Gesamtsystems gewünscht. Üblicherweise wird diese Aussage durch die Charakterisierung des Stehwellenverhältnisses (VSWR) mittels eines Netzwerkanalysators durchgeführt. Die Größe charakterisiert, welcher Anteil der eingespeisten Leistung abgestrahlt, d.h. als Nutzsignal für Empfänger zur Verfügung steht. Üblicherweise wird dabei ein Messsignal bekannten Pegels und bekannter Frequenz an das zu untersuchende Gerät (DUT) angelegt. Je nach Qualität des Messobjekts wird ein mehr oder weniger großer Anteil reflektiert und im Empfängerteil des Netzwerkanalysators ausgewertet.
In der Praxis werden bei dieser Vermessung des neu einzurichtenden Antennensystems umliegende, sendende Antennen nicht abgeschaltet. Dies hat zur Folge, dass sich das reflektierte Generatorsignal des Netzwerkanalysators mit einem störenden externen Signal überlagert. Das durch die zu untersuchende Antenne empfangene Störsignal kann das reflektierte Messsignal um ein Vielfaches übersteigen und so zu einem inkorrekten Messergebnis führen.
Die DE 103 08 279 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermessung einer Antenne, welche derartige Störungen durch externe Störsignale kompensieren. Zu einem ersten Zeitpunkt wird ein erstes Signal empfangen. Zu einem zweiten Zeitpunkt wird ein zweites Signal empfangen. Durch Subtraktion wird ein Signal ermittelt, in welchem der Einfluss des Störsignals reduziert ist. Nachteilhaft an diesem Vorgehen ist, dass es nicht zuverlässig zu einem störsignalfreien Nutzsignal führt. Darüber hinaus erfordert es auf Grund der zweimaligen Messung eine deutlich verlängerte Messzeit.
Die Druckschrift US 6 590 399 B1 offenbart ein Verfahren zur Eliminierung eines Störsignals in einem mit einem vektoriellen Netzwerkanalysator gemessenen Signal, das dem reflektierten Signal eines vom vektoriellen Netzwerkanalysator erzeugten Anregungssignals zuzüglich eines von einer externen Quelle erzeugten Störsignals entspricht.
Weiterer Stand der Technik geht aus der US 6 122 309 A , der US 5 410 750 A und der DE 103 08 279 A1 hervor. Die zuletzt genannte Druckschrift betrifft ein Verfahren zum Vermessen einer Antenne mithilfe eines Antennentesters. Dabei wird ein erster Signalvektor zu einem ersten Zeitpunkt und ein zweiter Signalvektor zu einem zweiten Zeitpunkt angelegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Messverfahren und eine Messvorrichtung zu schaffen, welche bei geringer Messzeit eine zuverlässige Messung unabhängig von externen Störquellen ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für die Vorrichtung durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und für das Verfahren durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes Messgerät zum Vermessen einer Antenne verfügt über eine Erfassungseinrichtung und eine Eliminationseinrichtung. Die Erfassungseinrichtung ist dazu ausgebildet, ein Signal von der Antenne zu erfassen. Die Eliminationseinrichtung ist dazu ausgebildet, ein bereinigtes Signal durch Entfernen von Störsignalen aus dem Signal zu erzeugen und bei der Entfernung der Störsignale aus dem Signal das Signal lediglich zu einem Zeitpunkt auszuwerten. Es wird so eine hohe Genauigkeit bei einer geringen Messzeit erreicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messverfahrens;
4 ein erstes exemplarisches Messsignal in einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, und
5 ein zweites exemplarisches Messsignal in einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung.

Zunächst wird anhand von 1 die der gegenwärtigen Erfindung zu Grunde liegende Problematik erläutert. Anschließend wird anhand von 1 und 2 der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Messvorrichtung erläutert. Mittels 3 wird daraufhin die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Messverfahrens ausgeführt. Abschließend wird anhand von 4 und 5 weiter auf die Funktionsweise und die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Messverfahrens und der erfindungsgemäßen Messvorrichtung eingegangen. Identische Elemente wurden in ähnlichen Abbildungen zum Teil nicht wiederholt dargestellt und beschrieben.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung gezeigt. Eine zu vermessende Antenne 10 ist mit einem Netzwerkanalysator 11 verbunden. Der Netzwerkanalysator 11 erzeugt ein Messsignal und speist es in die Antenne 10 ein. Ein Teil dieses Signals wird von der Antenne 10 abgestrahlt. Weiterhin wird ein Teil des Messsignals von der Antenne 10 zurück zu dem Netzwerkanalysator 11 reflektiert. Dieses reflektierte Signal wird von dem Netzwerkanalysator 11 gemessen. Anhand eines Vergleichs dieses reflektierten Signals mit einem Referenzsignal bestimmt der Netzwerkanalysator 11 ob die zu vermessende Antenne 10 bestimmte Qualitätsanforderungen erfüllt.
Im weiteren Umfeld der Messanordnung befindet sich eine weitere Antenne 12, welche Störsignale 13 aussendet. Diese Antenne 12 ist nicht Teil des Messsystems. Auch eine Vielzahl von Antennen, welche Störsignale 13 aussenden ist möglich. Auch eine Erzeugung von Störsignalen durch Geräte ohne Antenne ist denkbar. Die Störsignale 13 werden von der zu untersuchenden Antenne 10 empfangen und zusammen mit dem reflektierten Messsignal an den Netzwerkanalysator 11 übertragen. Der Netzwerkanalysator 11 kann ohne weiteres Vorwissen reflektierte Signale nicht von empfangenen Signalen unterscheiden.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung und das erfindungsgemäße Messverfahren gehen von der Annahme aus, dass das Messergebnis ohne evtl. Störsignale einen stetigen Verlauf im Frequenzbereich aufweist. Es werden somit Unstetigkeiten des empfangenen Signals detektiert und ausgeblendet. Hierauf wird im Folgenden weiter eingegangen.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung. Hier ist ein Teil des inneren Aufbaus des Netzwerkanalysators 11 aus 1 gezeigt. Der Netzwerkanalysator 11 beinhaltet eine Anregungseinrichtung 20, eine Erfassungseinrichtung 21, eine Eliminationseinrichtung 22 und eine Vergleichseinrichtung 23. Darüber hinaus beinhaltet der Netzwerkanalysator 11 eine Speichereinrichtung 24. Die Anregungseinrichtung 20 erzeugt ein Messsignal, welches an die zu untersuchende Antenne 10 übertragen wird. Ein Teil dieses Messsignals wird von der Antenne 10 abgestrahlt. Ein weiterer Teil dieses Messsignals wird von der Antenne 10 reflektiert und von der Erfassungseinrichtung 21 erfasst. Optional erfolgt bereits eine Speicherung dieses erfassten Messsignals durch die Speichereinrichtung 24.
Die Erfassungseinrichtung 21 ist weiterhin mit der Eliminationseinrichtung 22 verbunden. Das erfasste Messsignal wird an die Eliminationseinrichtung 22 über diese Verbindung übertragen. Die Eliminationseinrichtung 22 detektiert Unstetigkeiten in dem erfassten Messsignal und eliminiert diese. Die Eliminationseinrichtung kann dabei ein Median-Filter oder ein Fenster-Filter oder ein beliebiger weiterer geeigneter Filter sein. Auch abweichende Ausgestaltungen sind denkbar. Das resultierende Signal wird über eine Verbindung der Vergleichseinrichtung 23 zugeführt. Diese vergleicht das Signal mit einem Referenzsignal und ermittelt so, ob die zu untersuchende Antenne 10 bestimmten Kriterien genügt.
In 3 wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messverfahrens gezeigt. In einem ersten Schritt 30 wird die zu untersuchende Antenne mit einem Messsignal angeregt. Ein Teil dieses Messsignals wird von der Antenne reflektiert. In einem zweiten Schritt 31 werden ausgehend von diesem reflektierten Messsignal Messwerte bestimmt. In einem optionalen dritten Schritt 32 werden diese Messwerte aufgezeichnet. In einem vierten Schritt 33 werden Unstetigkeiten in dem Messsignal detektiert und eliminiert. Hierzu erfährt das Messsignal eine Verarbeitung, beispielsweise eine Filterung. Als Filter können hier z.B. Fenster-Filter oder Median-Filter eingesetzt werden.
Abschließend wird in einem fünften Schritt 34 ein Vergleich der bereinigten Messwerte mit einem Referenzsignal durchgeführt. Anhand dieses Vergleichs wird festgestellt, ob die zu untersuchende Antenne vordefinierten Kriterien genügt.
4 und 5 zeigen beispielhafte Messsignale, welche bei dem erfindungsgemäßen Messverfahren und der erfindungsgemäßen Messvorrichtung vorkommen. So zeigt 4 ein Messsignal 40 direkt nach der Erfassung. Deutlich sichtbar ist das Störsignal 41 bei ca. 1050 MHz. 5 zeigt das Signal 40 aus 4 als bereinigtes Signal 50. Deutlich erkennbar ist hier, dass das Störsignal 41 aus 4 nicht länger präsent ist. Gleichzeitig ist jedoch auch erkennbar, dass weitere Unstetigkeiten 51 des Messsignals 40 aus 4 hier geglättet sind. Da diese Unstetigkeiten 51 jedoch üblicherweise bei lokalen Minima des Messsignals auftreten, beeinflussen diese die Beurteilung, ob die zu untersuchende Antenne ausreichend tauglich ist, nicht.
Durch Modifikation der Eliminationseinrichtung 22 aus 2 bzw. des Schritts 33 aus 3 kann das Messverfahren bzw. die Messvorrichtung an tatsächlich vorhandene Störsignale angepasst werden. So kann z.B. durch Änderung der Fensterbreite bei einem Fenster-Filter das Ausmaß der Glättung eingestellt werden. Auch kann durch Änderung der Apertur des Median-Filters das Ausmaß der Glättung eingestellt werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Wie bereits erwähnt, können unterschiedliche Filter als Eliminationseinrichtung eingesetzt werden. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar.

Claims

Messgerät (11) zum Vermessen einer Antenne (10) mit einer Erfassungseinrichtung (21) und einer Eliminationseinrichtung (22), wobei die Erfassungseinrichtung (21) dazu ausgebildet ist, mehrere Messwerte eines Signals (40) der Antenne (10) zu erfassen, wobei die Eliminationseinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, ein bereinigtes Signal (50) durch das Entfernen von Störsignalen (13, 41) aus dem Signal (40) der Antenne (10) zu erzeugen, und wobei die Eliminationseinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, bei der Entfernung der Störsignale (13, 41) aus dem Signal (40) der Antenne (10) die Messwerte des Signals (40) der Antenne (10) lediglich in einem einzigen Zeitintervall auszuwerten, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (11) weiterhin über eine Vergleichseinrichtung (23) verfügt, dass die Vergleichseinrichtung (23) ausgebildet ist, um das bereinigte Signal (50) mit einem Referenzsignal zu vergleichen, und dass die Vergleichseinrichtung (23) weiterhin ausgebildet ist, um anhand des Vergleichs die Tauglichkeit der Antenne (10) zu bewerten.
Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eliminationseinrichtung (22) ein Filter ist.
Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter ein Median-Filter oder ein Fenster-Filter ist.
Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (11) weiterhin über eine Anregungseinrichtung (20) verfügt, dass die Anregungseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, die Antenne (10) mit einem Anregungssignal anzuregen, und dass das Signal (40) ein von der Antenne (10) reflektierter Anteil des Anregungssignals ist.
Messverfahren zum Vermessen einer Antenne (10), wobei mehrere Messwerte eines Signals (40) der zu vermessenden Antenne (10) erfasst werden, wobei ein bereinigtes Signal (50) durch das Entfernen von Störsignalen (13, 41) aus dem Signal (40) der Antenne (10) erzeugt wird, und wobei bei der Entfernung der Störsignale (13, 41) aus dem Signal (40) der Antenne (10) die Messwerte des Signals (40) der Antenne (10) lediglich in einem einzigen Zeitintervall ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das bereinigte Signal (50) mit einem Referenzsignal verglichen wird, und dass anhand des Vergleichs die Tauglichkeit der Antenne (10) bewertet wird.
Messverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung durch Filterung erfolgt.
Messverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung durch Median-Filterung oder Fenster-Filterung erfolgt.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (10) mit einem Anregungssignal angeregt wird, und dass das Signal (40) ein von der Antenne (10) reflektierter Anteil des Anregungssignals ist.