DE112008001091B4

DE112008001091B4 - Strahlungswirkungsgradmessvorrichtung und Strahlungswirkungsgradmessverfahren

Info

Publication number: DE112008001091B4
Application number: DE112008001091.9T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kitada
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2028-04-19
Also published as: US20100045543A1; KR20090130397A; JP4438905B2; US8400366B2; WO2008139832A1; CN101675345B; JPWO2008139832A1; DE112008001091T5; KR101099949B1; CN101675345A

Abstract

Eine Strahlungswirkungsgradmessvorrichtung, die folgende Merkmale umfasst: eine Zielantenne (4A), die zu messen ist, eine Messantenne (5), die an einer Position beabstandet von der Zielantenne (4A) um ein Abstandsmaß von R angeordnet ist, eine Elektromagnetisches-Feld-Messvorrichtung (7), die mit der Messantenne (5) verbunden ist, zum Messen eines elektromagnetischen Feldes, das durch die Zielantenne (4A) abgestrahlt wird, eine Höhenwinkelschalteinrichtung (3A) zum Schalten eines Höhenwinkels Φ der Position der Zielantenne (4A) zwischen einem ersten Winkel Φ1 und einem zweiten Winkel Φ2, die sich um 90 Grad voneinander unterscheiden, wobei die Höhenwinkelschalteinrichtung (3A) ein Mechanismus ist, der konfiguriert ist, um es nur zu ermöglichen, die Zielantenne (4A) zwischen dem ersten Winkel Φ1 und dem zweiten Winkel Φ2 zu schalten; eine Azimutwinkeldreheinrichtung (2, 2A) zum Drehen der Zielantenne (4A) zu einem Azimutwinkel θ, eine Steuerung (8) zum Bewirken, dass die Azimutwinkeldreheinrichtung (2, 2A) die Zielantenne (4A) zu mehreren Azimutwinkeln θ dreht, mit dem Höhenwinkel Φ der Zielantenne (4A) zu dem ersten Winkel Φ1 geschaltet durch die Höhenwinkelschalteinrichtung (3A), und zum Messen eines ersten Azimutwinkelebenenstrahlungsmusters S21 (R, θ, Φ1) mit der Elektromagnetisches-Feld-Messvorrichtung (7), ...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strahlungswirkungsgradmessvorrichtung und ein Strahlungswirkungsgradmessverfahren zum Messen eines Strahlungswirkungsgrads einer Antenne für die Verwendung in einem Zellulartelefon oder dergleichen.
Stand der Technik
Eine Vorrichtung zum Messen eines Strahlungswirkungsgrads oder dergleichen einer Antenne, die in einem Zellulartelefon oder dergleichen verwendet wird, ist bekannt (siehe beispielsweise Patentdokumente 1–3). Das Patentdokument 1 offenbart eine Messvorrichtung. Um die Antennenleistung für eine kurze Zeitperiode zu bewerten, misst die offenbarte Messvorrichtung den Strahlungswirkungsgrad einer Zellularanschlussantenne als einer Zielantenne, wobei die Anzahl von Segmenten zu einem Höhenwinkel der Zellullaranschlussantenne reduziert ist. Das Patentdokument 2 offenbart ein Messsystem. Das offenbarte Messsystem verwendet zwei Messantennen, eine für eine horizontal polarisierte Welle und die andere für eine vertikal polarisierte Welle, und misst Daten von zwei polarisierten Wellen einer Zielantenne schnell durch Schalten zwischen den beiden Messantennen bei hoher Geschwindigkeit. Das Patentdokument 3 offenbart eine Elektromagnetische-Strahlung-Messvorrichtung. Die offenbarte Elektromagnetische-Strahlung-Messvorrichtung misst eine elektromagnetische Strahlung über den gesamten festen Winkel eines Zielobjekts, der zu messen ist (wie z. B. eines Zellulartelefons), bestimmt Ankunftswahrscheinlichkeiten einer horizontal polarisierten Welle und einer vertikal polarisierten Welle an dem Zielobjekt, und bestimmt dann eine effektive Strahlungsleistung unter Verwendung einer Gewichtungsfunktion, die sich von dem Normieren der Ankunftswahrscheinlichkeit ergibt.

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2000-214201
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2000-338155
Patentdokument 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2-163668

Patentdokument 1 offenbart, dass, falls die Anzahl der Segmente zu dem Höhenwinkel der Zellularanschlussantenne auf 4 eingestellt ist, ein Messfehler eines Strahlungswirkungsgrads maximal innerhalb 3 dB fällt. Das Patentdokument 1 offenbart jedoch kein spezifisches Berechnungsverfahren des Strahlungswirkungsgrads. Außerdem kann die in Patentdokument 1 offenbarte Messvorrichtung zu einem Messfehler von etwa 3 dB führen, was eine geringe Messgenauigkeit ist.
Das in Patentdokument 2 offenbarte Messsystem misst ein abgestrahltes elektromagnetisches Feld der Zielantenne in dem gesamten Raumwinkel und bestimmt dann den Strahlungswirkungsgrad durch Integrieren des abgestrahlten elektromagnetischen Feldes über den gesamten Raumwinkel. Aus diesem Grund benötigt das in Patentdokument 2 offenbarte Messsystem eine lange Zeitperiode für die Messung. Ein Bewegungsmechanismus zum Bewegen der Messantenne über den gesamten Raumwinkel wird sperrig. Gemäß Patentdokument 2 wird der Strahlungswirkungsgrad berechnet durch Summieren von Strahlungsleistungen über den gesamten Raumwinkel Der berechnete Strahlungswirkungsgrad unterscheidet sich von dem ursprünglich definierten Strahlungswirkungsgrad, der bestimmt wird durch Berechnen eines Verhältnisses einer abgestrahlter Leistung zu einer Eingangsleistung (abgestrahlte Leistung/Eingangsleistung). Ferner ist die Genauigkeit des berechneten Strahlungswirkungsgrads nicht bekannt.
Die in Patentdokument 3 offenbarte Messvorrichtung muss das abgestrahlte elektromagnetische Feld über den gesamten Raumwinkel des Zielobjekts (wie z. B. des Zellulartelefons) messen und benötigt somit eine lange Messzeit wie das in Patentdokument 2 offenbarte Messsystem. Um die effektive Strahlungsleistung zu bestimmen, muss die in Patentdokument 3 offenbarte Messvorrichtung auch die Ankunftswahrscheinlichkeiten der horizontal polarisierten Welle und der vertikal polarisierten Welle von Daten bestimmen, die durch Messen des abgestrahlten elektromagnetischen Feldes über den gesamten Raumwinkel erhalten werden, und dann den Strahlungswirkungsgrad mit der gewichteten Ankunftswahrscheinlichkeit berechnen. Das Berechnungsverfahren wird komplex und der Strahlungswirkungsgrad kann nicht ohne weiteres berechnet werden. Da ferner das abgestrahlte elektromagnetische Feld über den gesamten Raumwinkel des Zielobjekts gemessen wird, ist der Mechanismus zum Steuern des Zielobjekts zu dem Höhenwinkel erforderlich. Der Drehmechanismus wird somit sperrig und es ist schwierig, denselben an einem kompakten reflexionsfreien Raum oder dergleichen anzuwenden.
Aus der US 4,968,983 A ist eine Vorrichtung zur Messung einer Strahlungscharakteristik bekannt, bei der die Strahlungsleistung abhängig vom Antennengewinn, der Wellenlänge und dem Abstand ermittelt wird. Ferner ist angegeben, dass ein Strahlungswirkungsgrad auf der Basis der ermittelten Strahlungsleistung berechnet werden kann.
Aus Meinke, H. Gundlach, F. W.: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, 3. Auflage, Springer Verlag Berlin, 1968, S. 1631–1636 ist es bekannt, dass der Antennengewinn durch Integration gemessener Charakteristika bestimmt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde in Hinsicht auf die oben beschriebenen Probleme entwickelt, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strahlungswirkungsgradmessvorrichtung, die einen kompakten Entwurf und kurze Messzeit ermöglicht, und ein Wirkungsgradmessverfahren derselben zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Strahlungswirkungsgradmessvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Strahlungswirkungsgrad η berechnet auf der Basis des ersten und des zweiten Azimutwinkelebenenstrahlungsmusters S21 (R, θ, Φ), die unter Verwendung der ersten und der zweiten Strahlungsmustermesseinrichtung gemessen werden. Es reicht somit aus, wenn die Strahlungsmuster an der Azimutwinkelrichtung der Zielantenne an zwei Ebenen der Winkel Φ1 und Φ2 bezüglich des Höhenwinkels Φ gemessen werden. Aus diesem Grund ist die Messzeit kurz im Vergleich zu der Messung eines abgestrahlten elektromagnetischen Feldes, die über den gesamten Raumwinkel durchgeführt wird.
Da die Höhenwinkelschalteinrichtung den Höhenwinkel Φ der Zielantenne zwischen dem ersten Winkel Φ1 und Φ2 schaltet, reicht ein Mechanismus aus, der es ermöglicht, dass die Zielantenne zwischen den beiden Winkeln Φ1 und Φ2 geschaltet wird. Aus diesem Grund ist eine Höhenwinkelschalteinrichtung vereinfacht und die gesamte Vorrichtung weist eine kompakte Struktur auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Strahlungsmuster des Hauptstrahls der Zielantenne vorzugsweise symmetrisch bezüglich der Richtung des Φ-Höhenwinkels.
Mit der Symmetrie des Strahlungsmusters des Hauptstrahls wird das Strahlungsmuster an den beiden Ebenen der beiden Winkel Φ1 und Φ2 gemessen, die sich in dem Höhenwinkel Φ um 90 Grad voneinander unterscheiden, und das Strahlungsmuster wird dann sphärisch integriert. Der Strahlungswirkungsgrad der Zielantenne wird somit bei einem Genauigkeitspegel gemessen, der etwa gleich dem Genauigkeitspegel ist, bei dem das Strahlungsmuster über den gesamten Raumwinkel gemessen wird.
Genauer gesagt, falls die Zielantenne das Strahlungsmuster aufweist, das symmetrisch ist bezüglich des Höhenwinkels Φ, sind Rechenergebnisse des Strahlungswirkungsgrads im Wesentlichen gleich zueinander zwischen dem Strahlungswirkungsgrad, der durch sphärisches Integrieren der Azimutwinkelrichtungsstrahlungsmuster an zwei Ebenen der Höhenwinkel Φ bestimmt wird, die sich um 90 Grad voneinander unterscheiden, und dem Strahlungswirkungsgrad, der durch Integrieren des Strahlungsmusters über den gesamten Raumwinkel bestimmt wird.
Genauer gesagt, falls das Spannungsstehwellenverhältnis der Zielantenne auf innerhalb von 1–3 begrenzt ist, ist der Effekt eines Kabels, das mit der Zielantenne verbindet, eliminiert. Das Strahlungsmuster wird konstant und der Strahlungswirkungsgrad der Zielantenne wird mit einem Messfehler von innerhalb ±1 dB gemessen.
Da der Strahlungswirkungsgrad hauptsächlich durch den Hauptstrahl bestimmt wird, reicht es aus, wenn die Symmetrie des Strahlungsmusters in dem Hauptstrahl stattfindet. Eine Symmetrie der Nebenlappen ist nicht notwendig.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Strahlungswirkungsgradmessverfahren gemäß Anspruch 3 gelöst.
Gemäß dem Strahlungswirkungsgradmessverfahren der vorliegenden Erfindung ist eine Strahlungsmuster des Hauptstrahls der Zielantenne vorzugsweise symmetrisch bezüglich der Richtung des Höhenwinkels Φ.
Mit der Symmetrie des Strahlungsmusters des Hauptstrahls wird das Strahlungsmuster an den beiden Ebenen der beiden Winkel Φ1 und Φ2 gemessen, die sich in dem Höhenwinkel Φ um 90 Grad voneinander unterscheiden, und das Strahlungsmuster wird dann sphärisch integriert. Der Strahlungswirkungsgrad der Zielantenne wird somit bei einem Genauigkeitspegel gemessen, der etwa gleich ist wie der Genauigkeitspegel, bei dem das Strahlungsmuster über den gesamten Raumwinkel gemessen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Vorderansicht, die eine Antennencharakteristikmessvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die die äußere Umrisslinie einer Zielantenne von 1, die zu messen ist, vergrößert darstellt.
3 ist ein Flussdiagramm eines Strahlungswirkungsgradmessprogramms.
4 stellt Frequenzcharakteristika von Antennenstrahlungswirkungsgraden des Ausführungsbeispiels und eines Vergleichsbeispiels dar.
Bezugszeichenliste

1: reflexionsfreier Raum
2: Azimuttisch (Azimutwinkeldreheinrichtung)
3A: Höhenwinkelschalter (Höhenwinkelschalteinrichtung)
4A: Zielantenne, die zu messen ist
5: Messantenne
7: Netzwerkanalysator (Elektromagnetisches-Feld-Messvorrichtung)

Bester Modus zum Ausführen der Erfindung
Eine Strallungswirkungsgradmessvorrichtung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Mit Bezugnahme auf 1 umfasst ein reflexionsfreier Raum 1 einen Raum 1A, der aus Aluminiumplatten mit einer Dicke von 1–2 mm hergestellt ist, und einen Funkwellenabsorber 1B, der in dem Raum 1A angeordnet ist. Die Größenabmessungen des reflexionsfreien Raums 1 reichen von etwa 50–100 cm in einer Breitenrichtung (X-Richtung), einer Längenrichtung (Y-Richtung) und einer Höhenrichtung (Z-Richtung). Der reflexionsfreie Raum 1 blockiert elektromagnetische Wellen von der Außenseite, während er verhindert, dass innere elektromagnetische Wellen in demselben reflektieren.
Ein Azimuttisch 2 bildet die Azimutwinkeldreheinrichtung und ist nahe zu der linken Innenwandoberfläche des reflexionsfreien Raums 1 angeordnet. Der Azimuttisch 2 umfasst einen Drehtreiber 2A, wie z. B. einen Antriebsmotor, und dreht getrieben durch den Rotationstreiber 2A zu einem Azimutwinkel θ um eine O1-Achse parallel zu der Höhenrichtung.
Ein Zielobjekttragebauglied 3, das ein Zielobjekt 4 trägt, das zu messen ist, ist auf dem Azimuttisch 2 angeordnet. Das Zielobjekttragebauglied 3 umfasst einen Höhenwinkelschalter 3A, wie die Höhenwinkelschalteinrichtung. Der Höhenwinkelschalter 3A kann eingestellt werden zwischen zwei Positionen in dem Höhenwinkel Φ um eine O2-Achse parallel zu der longitudinalen Richtung (Links-Rechts-Richtung) des reflexionsfreien Raums 1. Der Höhenwinkelschalter 3A wird zwischen dem ersten und zweiten Winkel Φ1 und Φ2 (beispielsweise 0 und 90 Grad) in dem Höhenwinkel Φ geschaltet.
Das Zielobjekt 4 wird an dem Höhenwinkelschalter 3A befestigt. Der Azimuttisch 2 und der Höhenwinkelschalter 3A bestimmen den Azimutwinkel θ und den Höhenwinkel Φ des Zielobjekts 4 (Zielantenne 4A) durch Drehen des Zielobjekts 4 um die O1-Achse und die O2-Achse senkrecht zueinander.
Das Zielobjekt 4 ist an einem Endabschnitt des Höhenwinkelschalters 3A befestigt und wird unter Verwendung des Azimuttisches 2 und des Höhenwinkelschalters 3A um zwei Achsen von O1 und O2 gedreht. Das Zielobjekt 4 umfasst beispielsweise ein Zellulartelefon, einen Zellularanschluss oder dergleichen und ist mit einer Zielantenne 4A versehen, deren Strahlungswirkungsgrad zu messen ist. Die Zielantenne 4A kann eine Peitschenantenne, eine integrierte Chipantenne oder dergleichen umfassen.
Ferner sendet und empfängt eine Mobilkommunikationsvorrichtung, wie z. B. das Zellulartelefon, Signale (elektromagnetische Wellen) an und von einer Basisstation an jeder Stelle. Wenn die Mobilkommunikationsvorrichtung als Zielobjekt 4 verwendet wird, hat die Zielantenne 4A aus diesem Grund die gleiche Richtwirkung wie eine Dipolantenne oder eine Monopolantenne. Auf diese Weise hat die Zielantenne 4A ein Strahlungsmuster, das auf derselben in der Richtung des Höhenwinkels Φ und der Richtung des Azimutwinkels θ symmetrisch zentriert ist.
Falls das Spannungsstehwellenverhältnis der Zielantenne 4A über 3 ansteigt, kann die Anpassungsleistung der Zielantenne 4A schlecht werden und das Strahlungsmuster (die Richtwirkung) kann sich ändern. Aus diesem Grund ist das Spannungsstehwellenverhältnis der Zielantenne 4A vorzugsweise eingestellt, um innerhalb eines Bereichs von etwa 1–3 zu liegen.
Eine Messantenne 5 ist nahe der rechten Innenwand des reflexionsfreien Raums 1 angeordnet. Die Messantenne 5 ist an einem Messantennentragebauglied 6 befestigt. Die Messantenne 5 ist somit angeordnet, um dem Zielobjekt 4 in einer Position gegenüber zu liegen, die von dem Zielobjekt 4 beabstandet ist um ein Abstandsmaß von R von dem Zielobjekt 4 in der longitudinalen Richtung (horizontale Richtung). Die Messantenne 5 ist hier eine kompakte Doppelkonusantenne und misst selektiv die horizontal polarisierte Welle oder die vertikal polarisierte Welle. Die Messantenne 5 ist entworfen, um die polarisierte Welle, die zu messen ist, mit dem Messantennentragebauglied 6 zu schalten. Die Messantenne 5 ist mit dem oben beschriebenen Netzwerkanalysator 7 verbunden.
Der Netzwerkanalysator 7 bildet die Elektromagnetisches-Feld-Messvorrichtung, die ein elektromagnetisches Feld misst, das durch die Zielantenne 4A abgestrahlt wird. Der Netzwerkanalysator 7 ist über ein Hochfrequenzkabel 7A mit der Zielantenne 4A verbunden, während er über ein Hochfrequenzkabel 7B mit der Messantenne 5 verbunden ist. Der Netzwerkanalysator 7 empfingt über die Messantenne 5 die elektromagnetische Welle (Hochfrequenzsignal), die von der Zielantenne 4A gesendet wird. Auf diese Weise berechnet der Netzwerkanalysator 7 ein Verhältnis einer Leistung, die an die Zielantenne 4A geliefert wird, und einer Leistung, die durch die Messantenne 5 empfangen wird, und misst somit einen S-Matrixparameter S21, der einem Raumverlust entspricht.
Eine Steuerung 8 ist mit dem Drehtreiber 2A des Azimuttisches 2, dem Netzwerkanalysator 7 und dergleichen verbunden und steuert den Betrieb dieser Elemente gemäß einem Strahlungswirkungsgradmessprogramm, das nachfolgend erörtert wird. Genauer gesagt, mit dem Höhenwinkel Φ des Zielobjekts 4, festgelegt auf einen ersten Höhenwinkel Φ1 befestigt ist, ändert die Steuerung 8 allmählich den Azimutwinkel θ des Zielobjekts 4 unter Verwendung des Azimuttisches 2. Der Netzwerkanalysator 7 wiederholt dann den Messschritt des Parameters S21 und misst dadurch ein erstes Azimutwinkelebenenstrahlungsmuster S21 (R, θ, Φ1). Außerdem, mit dem Höhenwinkel Φ des Zielobjekts 4 festgelegt auf einen zweiten Höhenwinkel Φ2 ändert die Steuerung 8 allmählich den Azimutwinkel θ des Zielobjekts 4. Der Netzwerkanalysator 7 wiederholt dann den Messschritt des Parameters S21 und misst dadurch ein zweites Azimutwinkelebenenstrahlungsmuster S21 (R, θ, Φ2). Auf diese Weise misst die Steuerung 8 den Strahlungswirkungsgrad η der Zielantenne 4A auf der Basis von zwei Azimutwinkelebenenstrahlungsmustern S21 (R, θ, Φ), die mit dem Netzwerkanalysator 7 gemessen werden.
Die Strahlungswirkungsgradmessvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist somit aufgebaut. Das Strahlungswirkungsgradmessverfahren, das die Strahlungswirkungsgradmessvorrichtung verwendet, wird nachfolgend mit Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Zunächst wird das Zielobjekt 4 an dem Zielobjekttragebauglied 3 auf dem Azimuttisch 2 befestigt. Das Zielobjekt 4 wird in der horizontal ausgerichteten Position desselben befestigt. Bevor die Messung begonnen wird, wird der Netzwerkanalysator 7 direkt mit dem Hochfrequenzkabel 7A verbunden, für eine Verbindung mit dem Zielobjekt 4, und mit dem Hochfrequenzkabel 7B für eine Verbindung mit der Messantenne 5, und Skalenkorrektur (Kalibrierung) wird durchgeführt, um Verluste der Hochfrequenzkabel 7A und 7B zu kompensieren.
Wenn das Strahlungswirkungsgradmessprogramm in diesem Zustand abläuft, wird bei Schritt 1 in 3 ein erster Horizontal-Polarisierte-Welle-Messprozess durchgeführt. Die Messantenne 5 empfängt ein horizontal polarisierte Welle, die von dem Zielobjekt 4 (der Zielantenne 4A) abgestrahlt wird. Der Höhenwinkel Φ des Zielobjekts 4 ist auf den ersten Höhenwinkel Φ1 festgelegt (beispielsweise Φ1 = 0 Grad), unter Verwendung des Höhenwinkelschalters 3A. Wenn der Azimuttisch 2 in diesem Zustand gedreht wird, wird der Parameter S21 an dem Azimutwinkel θ alle 10 Grad innerhalb eines Bereichs des Azimutwinkels θ von 0 Grad bis 360 Grad gemessen. Das erste Azimutwinkelebenenstrahlungsmuster S21 (R, θ, Φ1), das auf die horizontal polarisierte Welle anspricht, wird gemessen.
Nach dem Drehen der Zielantenne 4A um eine Windung in dem Azimutwinkel θ schreitet die Verarbeitung zu Schritt 2 fort, um einen ersten Vertikal-Polarisierte-Welle-Messprozess durchzuführen. Die polarisierte Welle, die mit der Messantenne 5 zu messen ist, wird von der horizontal polarisierten Welle zu der vertikal polarisierten Welle geschaltet, unter Verwendung des Messantennentragebauglieds 6. Wie bei Schritt 1 wird der Azimuttisch 2 mit dem Höhenwinkel Φ des Zielobjekts 4 auf den Höhenwinkel Φ1 festgelegt gedreht. Der Parameter S21 wird alle 10 Grad innerhalb eines Bereichs des Azimutwinkels θ von 0 Grad bis 360 Grad gemessen. Das erste Azimutwinkelebenenstrahlungsmuster S21 (R, θ, Φ1), das auf die vertikal polarisierte Welle anspricht, wird somit gemessen.
Wenn die Messung des ersten Azimutwinkelebenenstrahlungsmusters S21 (R, θ, Φ1), das auf die vertikal polarisierte Welle anspricht, abgeschlossen ist, werden das Quadrat des Messergebnisses der horizontal polarisierten Welle, S21² (R, θ, Φ1), und das Quadrat des Messergebnisses der vertikal polarisierten Welle, S21² (R, θ, Φ1) an jedem Azimutwinkel θ addiert. Das Quadrat des ersten Azimutwinkelebenenstrahlungsmusters S21² (R, θ, Φ1) ist somit endgültig berechnet. In diesem Fall werden das Messergebnis der horizontal polarisierten Welle und das Messergebnis der vertikal polarisierten Welle in einen delogarithmierten (Antilogarithmus-konvertierten) Wert addiert anstatt einen gemessenen Wert in logarithmischer Darstellung (dB) gemessen durch den Netzwerkanalysator 7.
Um einen zweiten Horizontal-Polarisierte-Welle-Messprozess in Schritt 3 durchzuführen, wird die polarisierte Welle, die durch die Messantenne 5 zu messen ist, unter Verwendung des Messantennentragebauglieds 6 zu der horizontal polarisierten Welle geschaltet. Der Höhenwinkel Φ des Zielobjekts 4 wird unter Verwendung des Höhenwinkelschalters 3A zu dem zweiten Höhenwinkel Φ2 geschaltet (beispielsweise Φ2 = 90 Grad). Wenn der Azimuttisch 2 in diesem Zustand gedreht wird, wird der Parameter S21 an dem Azimutwinkel θ alle 10 Grad gemessen. Das erste Azimutwinkelebenenstrahlungsmuster S21 (R, θ, Φ1), das auf die horizontal polarisierte Welle anspricht, wird gemessen.
Nach dem Drehen der Zielantenne 4A um eine Windung in dem Azimutwinkel θ schreitet die Verarbeitung zu Schritt 4 fort, um einen zweiten Vertikal-Polarisierte-Welle-Messprozess durchzuführen. Die polarisierte Welle, die mit der Messantenne 5 zu messen ist, wird unter Verwendung des Messantennentragebauglieds 6 von der horizontal polarisierten Welle zu der vertikal polarisierten Welle geschaltet. Wie bei Schritt 3 wird der Azimuttisch 2 mit dem Höhenwinkel Φ des Zielobjekts 4 auf den ersten Höhenwinkel Φ2 festgelegt gedreht. Der Parameter S21 wird alle 10 Grad innerhalb eines Bereichs des Azimutwinkels θ von 0 Grad bis 360 Grad gemessen. Das zweite Azimutwinkelebenenstrahlungsmuster S21 (R, θ, Φ2), das auf die vertikal polarisierte Welle anspricht, wird somit gemessen.
Wenn die Messung des zweiten Azimutwinkelebenenstrahlungsmusters S21 (R, θ, Φ2), das auf die vertikal polarisierte Welle anspricht, abgeschlossen ist, werden das Quadrat des Messergebnisses der horizontal polarisierten Welle, S21² (R, θ, Φ2), und das Quadrat des Messergebnisses der vertikal polarisierten Welle, S21² (R, θ, Φ2) an jedem Azimutwinkel θ addiert. Das Quadrat des ersten Azimutwinkelebenenstrahlungsmusters S21² (R, θ, Φ2) ist somit endgültig berechnet. Wie in dem Fall des ersten Azimutwinkelebenenstrahlungsmusters S21² (R, θ, Φ1) werden das Messergebnis der horizontal polarisierten Welle und das Messergebnis der vertikal polarisierten Welle in einen delogarithmierten Wert addiert.
Schließlich wird in einem Strahlungswirkungsgradberechnungsprozess in Schritt 5 das Azimutwinkelebenenstrahlungsmuster S21 (R, θ, Φ), das auf dem Messergebnis der horizontal polarisierten Welle und dem Messergebnis der vertikal polarisierten Welle basiert, sphärisch oberflächenintegriert in den gesamten Raum, und der Strahlungswirkungsgrad η der Zielantenne 4A wird gemäß Gleichung 1 berechnet.
In der Gleichung von Gl. 1 stellt λ die Wellenlänge der Messfrequenz dar, und G stellt den Gewinn der Messantenne 5 dar. Außerdem stellt ΔΦ einen Messwinkelschnitt in der Richtung des Höhenwinkels Φ dar. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ΔΦ 90 Grad (ΔΦ = π/2 [Radian]). Ferner stellt Δθ einen Messwinkelschritt in der Richtung des Azimutwinkels θ dar. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist Δθ 10 Grad (Δθ = π/18 [Radian]).
Das Messverfahren des oben beschriebenen Strahlungswirkungsgrads wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet. Der Strahlungswirkungsgrad eines tatsächlichen Zellulartelefons wurde somit unter Verwendung des oben beschriebenen Messverfahrens des Strahlungswirkungsgrads gemessen. Die Messergebnisse sind in 4 durch leere Kreise dargestellt.
In einem Vergleichsbeispiel wie im Stand der Technik wurde das elektromagnetische Feld über den gesamten Raumwinkel gemessen, um den Strahlungswirkungsgrad zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in 4 durch gefüllt Quadrate dargestellt. Der Höhenwinkel Φ wird in Schritten von 10 innerhalb eines Bereichs von 0 bis 90 Grad variiert. Der Azimutwinkel θ wird in Schritten von 10 Grad innerhalb eines Bereichs von 0 bis 360 Grad variiert. Der Parameter S21 wird an allen Höhenwinkeln Φ und alten Azimutwinkeln θ gemessen. Die Messergebnisse werden dann im gesamten Raum sphärisch oberflächenintegriert. Die Strahlungswirkungsgrade des vorliegenden Ausführungsbeispiels und des Vergleichsbeispiels wurden in zwei Frequenzbändern (824–960 MHz und 1.710–2.170 MHz) für die Verwendung in dem Zellulartelefon gemessen.
Die Ergebnisse von 4 zeigen, dass die Strahlungswirkungsgrade des vorliegenden Ausführungsbeispiels und des Vergleichsbeispiels im Wesentlichen die gleichen Werte haben und in einen Bereich von ±1,0 dB fallen. In dem Fall des Vergleichsbeispiels war eine Messzeit von etwa 20 Minuten erforderlich, wenn der Strahlungswirkungsgrad mit der Drehgeschwindigkeit des Azimuttisches 2 auf 3 rpm eingestellt bestimmt wurde. Im Gegensatz dazu wurde gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Messung des Strahlungswirkungsgrads innerhalb von 2 Minuten abgeschlossen, wenn nur zwei Ebenen gemessen wurden. Die Messzeit wurde somit verkürzt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird auf diese Weise das Azimutwinkelebenenstrahlungsmuster S21 (R, θ, Φ) der Zielantenne 4A an zwei Ebenen der Winkel Φ1 und Φ2 bezüglich des Höhenwinkels Φ gemessen, und der Strahlungswirkungsgrad η wird berechnet. Die Messzeit ist somit auf etwa ein Zehntel der Messzeit der Messung des abgestrahlten elektromagnetischen Feldes verkürzt, die über den gesamten Raumwinkel durchgeführt wird.
Der Höhenwinkelschalter 3A ist entworfen, um den Höhenwinkel Φ des Zielobjekts 4 (die Zielantenne 4A) zwischen den beiden Winkeln Φ1 und Φ2 zu schalten. Die Struktur des Höhenwinkelschalters 3A ist einfacher als der Stand der Technik, bei dem der Höhenwinkel Φ in Schritten von 10 Grad variiert wird. Die gesamte Vorrichtung ist somit kompakt strukturiert. Ein kompakter reflexionsfreier Raum 1 kann somit verwendet werden, um den Strahlungswirkungsgrad η der Zielantenne 4A zu messen.
Ferner hat die Zielantenne 4A ein Strahlungsmuster des Hauptstrahls, das symmetrisch ist bezüglich des Höhenwinkels Φ. Mit der Symmetrie des Strahlungsmusters des Hauptstrahls wird das Strahlungsmuster an zwei Ebenen der Winkel Φ1 und Φ2 gemessen, die um 90 Grad senkrecht zueinander sind, und dann sphärisch oberflächenintegriert. Der Strahlungswirkungsgrad η der Zielantenne 4A wird bei dem gleichen Genauigkeitspegel gemessen, der sich auch ergibt, wenn das Strahlungsmuster über den gesamten Raumwinkel gemessen wird.
Genauer gesagt, mit dem Spannungsstehwellenverhältnis der Zielantenne 4A auf innerhalb einen Bereich von 1–3 eingestellt, ist der Effekt des Hochfrequenzkabels 7A, das mit der Zielantenne 4A verbindet, reduziert. Das Strahlungsmuster wird konstant. Der Strahlungswirkungsgrad η der Zielantenne 4A kann mit einer Messgenauigkeit von innerhalb ±1 dB gemessen werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stellen Schritte 1 und 2 in 3 ein spezifisches Beispiel der ersten Strahlungsmustermesseinrichtung dar (erster Strahlungsmustermessschritt), Schritte 3 und 4 stellen ein Beispiel der zweiten Strahlungsmustermesseinrichtung dar (zweiter Strahlungsmustermessschritt) und Schritt 5 stellt ein spezifisches Beispiel der Strahlungswirkungsgradberechnungseinrichtung dar (Strahlungswirkungsgradberechnungsschritt).
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der erste und der zweite Winkel Φ1 und Φ2 jeweils auf 0 und 90 Grad eingestellt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Anordnnung begrenzt. Es ist völlig akzeptabel, wenn sich der erste und der zweite Winkel Φ1 und Φ2 um 90 Grad voneinander unterscheiden. Beispielsweise können der erste und der zweite Winkel Φ1 und Φ2 jeweils auf –45 Grad und +45 Grad eingestellt sein.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Zielantenne 4A die Peitschenantenne des Zellulartelefons oder die integrierte Chipantenne des Zellulartelefons. Die Zielantenne 4A kann beispielsweise eine Vielzahl von Antennen sein, einschließlich einer Dipolantenne und einer Monopolantenne. Die Doppelkonusantenne wird für die Messantenne 5 in der obigen Struktur verwendet. Ein anderer Antennentyp kann für die Messantenne 5 verwendet werden.

Claims

Eine Strahlungswirkungsgradmessvorrichtung, die folgende Merkmale umfasst: eine Zielantenne (4A), die zu messen ist, eine Messantenne (5), die an einer Position beabstandet von der Zielantenne (4A) um ein Abstandsmaß von R angeordnet ist, eine Elektromagnetisches-Feld-Messvorrichtung (7), die mit der Messantenne (5) verbunden ist, zum Messen eines elektromagnetischen Feldes, das durch die Zielantenne (4A) abgestrahlt wird, eine Höhenwinkelschalteinrichtung (3A) zum Schalten eines Höhenwinkels Φ der Position der Zielantenne (4A) zwischen einem ersten Winkel Φ1 und einem zweiten Winkel Φ2, die sich um 90 Grad voneinander unterscheiden, wobei die Höhenwinkelschalteinrichtung (3A) ein Mechanismus ist, der konfiguriert ist, um es nur zu ermöglichen, die Zielantenne (4A) zwischen dem ersten Winkel Φ1 und dem zweiten Winkel Φ2 zu schalten; eine Azimutwinkeldreheinrichtung (2, 2A) zum Drehen der Zielantenne (4A) zu einem Azimutwinkel θ, eine Steuerung (8) zum Bewirken, dass die Azimutwinkeldreheinrichtung (2, 2A) die Zielantenne (4A) zu mehreren Azimutwinkeln θ dreht, mit dem Höhenwinkel Φ der Zielantenne (4A) zu dem ersten Winkel Φ1 geschaltet durch die Höhenwinkelschalteinrichtung (3A), und zum Messen eines ersten Azimutwinkelebenenstrahlungsmusters S21 (R, θ, Φ1) mit der Elektromagnetisches-Feld-Messvorrichtung (7), wobei die Steuerung (8) ferner ausgelegt ist, um zu bewirken dass die Azimutwinkeldreheinrichtung (2, 2A) die Zielantenne (4A) zu den Azimutwinkeln θ dreht, mit dem Höhenwinkel Φ der Zielantenne (4A) zu dem zweiten Winkel Φ2 geschaltet durch die Höhenwinkelschalteinrichtung (3A), und zum Messen eines zweiten Azimutwinkelebenenstrahlungsmusters S21 (R, θ, Φ2) mit der Elektromagnetisches-Feld-Messvorrichtung (7), und eine Strahlungswirkungsgradberechnungseinrichtung zum Berechnen eines Strahlungswirkungsgrads η der Zielantenne (4A) auf der Basis des ersten und des zweiten Azimutwinkelebenenstrahlungsmusters S21 (R, θ, Φ1) und S21 (R, θ, Φ2), gemessen durch die Elektromagnetisches-Feld-Messvorrichtung (7), wobei
für die Werte Φ = Φ1 und für Φ = Φ2 und für ΔΦ = 90°, wobei λ eine Wellenlänge einer Messfrequenz darstellt, G einen Gewinn der Messantenne darstellt, ΔΦ einen Messwinkelschritt in der Richtung des Höhenwinkels Φ darstellt, und Δθ einen Messwinkelschritt in der Richtung des Azimutwinkels θ darstellt.
Die Strahlungswirkungsgradmessvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der ein Strahlungsmuster des Hauptstrahls der Zielantenne (4A) symmetrisch ist bezüglich der Richtung des Höhenwinkels Φ.
Ein Strahlungswirkungsgradmessverfahren zum Messen eines Strahlungswirkungsgrads einer Zielantenne (4A) unter Verwendung einer Messantenne (5), wobei die Zielantenne (4A) und die Messantenne (5) um ein Abstandsmaß von R beabstandet sind, das folgende Schritte umfasst: einen ersten Strahlungsmustermessschritt des Messen eines ersten Azimutwinkelebenenstrahlungsmusters S21 (R, θ, Φ1), mit der Zielantenne (4A) zu mehreren Azimutwinkeln θ gedreht, in einem Zustand, in dem ein Höhenwinkel Φ der Position der Zielantenne (4A) zu einem ersten Winkel Φ1 geschaltet ist, einen zweiten Strahlungsmustermessschritt des Messen eines zweiten Azimutwinkelebenenstrahlungsmusters S21 (R, θ, Φ2), mit der Zielantenne (4A) zu den Azimutwinkeln θ gedreht, in einem Zustand, in dem der Höhenwinkel Φ der Position der Zielantenne (4A) zu einem zweiten Winkel Φ2 geschaltet ist, wobei sich der zweite Winkel Φ2 von dem ersten Winkel Φ1 um 90 Grad unterscheidet, und einen Strahlungswirkungsgradberechnungsschritt des Berechnens eines Strahlungswirkungsgrads η der Zielantenne (4A) auf der Basis des ersten und des zweiten Azimutwinkelebenenstrahlungsmusters S21 (R, θ, Φ1) und S21 (R, θ, Φ2), gemessen in dem ersten und dem zweiten Strahlungsmustermessschritt, wobei
für die Werte Φ = Φ1 und für Φ = Φ2 und für ΔΦ = 90°, wobei λ eine Wellenlänge einer Messfrequenz darstellt, G einen Gewinn der Messantenne darstellt, ΔΦ einen Messwinkelschritt in der Richtung des Höhenwinkels Φ darstellt, und Δθ einen Messwinkelschritt in der Richtung des Azimutwinkels darstellt, und wobei ein Mechanismus zum Schalten des Höhenwinkels Φ der Position der Zielantenne (4A) zwischen dem ersten Winkel Φ1 und dem zweiten Winkel Φ2 verwendet wird, der konfiguriert ist, um es nur zu ermöglichen, die Zielantenne (4A) zwischen dem ersten Winkel Φ1 und dem zweiten Winkel Φ2 zu schalten.
Das Strahlungswirkungsgradmessverfahren gemäß Anspruch 3, bei dem ein Strahlungsmuster des Hauptstrahls der Zielantenne (4A) symmetrisch ist bezüglich der Richtung des Höhenwinkels Φ.