DE19917661B4

DE19917661B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen

Info

Publication number: DE19917661B4
Application number: DE19917661A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Kitayoshi
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2019-04-20
Also published as: US6249248B1; DE19917661A1

Abstract

Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen mit
einer drehbaren Abtasteinrichtung (1), die in x-, y- und z-Richtung bewegbar ist und einen Sensor (1c) und eine Abtastmessantenne (1d) aufweist, wobei der Sensor (1c) mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Verschiebung der Abtasteinrichtung (1) in x-, y- und z-Richtung zusammenwirkt und zur Messung einer dreidimensionalen Form (5) und zur Ausgabe einer Objektformverteilung (H(x,y)) ausgebildet ist, und die Abtastmessantenne (1d) zur Messung einer zweidimensionalen Verteilung einer elektromagnetischen Welle ausgebildet ist, und der Sensor (1c) und die Abtastmessantenne (1d) an der Abtasteinrichtung (1) angeordnet sind;
einer feststehenden Messantenne (6), deren Anordnung sich relativ zum Messobjekt nicht ändert;
einer Interferenzmesseinrichtung (3), die ein erstes, von der feststehenden Messantenne (6) detektiertes Signal, und ein zweites, von der Abtastmessantenne (1d) detektiertes Signal empfängt und eine Verteilung von komplexen Interferenzdaten des ersten und des zweiten Signals ausgibt, und einen Pegeldetektor (4) aufweist, der das erste Signal...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen und ein Verfahren zur Auswertung und Messung der Strahlungsrichtfähigkeit einer elektromagnetischen Welle unter Verwendung derselben.

Im allgemeinen wird eine von einer Antenne ausgestrahlte elektromagnetische Welle oder eine von einem Gerät unmittelbar ausgestrahlte elektromagnetische Welle bezüglich ihrer Energie und Richtfähigkeit mit einem Verfahren untersucht, bei dem das zu untersuchende Gerät in einem großen RF-Absorber-Meßraum untergebracht wird und eine vom Gerät ausgehende elektromagnetische Welle an einer ausreichend entfernten Position empfangen und überwacht wird. Der Grund für die Verwendung des RF-Absorber-Meßraumes ist, das Eindringen einer elektromagnetischen Welle von außen und Auswirkungen einer reflektierten Welle auf die Messung zu verhindern. Die Messung wird an einer ausreichend entfernten Position durchgeführt, um eine Messung der abgestrahlten elektromagnetischen Welle in einem Fernfeld vornehmen zu können, und außerdem werden Fehler vermieden, die durch eine veränderte Empfindlichkeit aufgrund einer Auswirkung des zu untersuchenden Gerätes auf eine Empfangsantenne hervorgerufen werden.

Dieses Verfahren ist jedoch mit einer sehr großen Meßeinrichtung verbunden (z. B. mit einer Größe von 10 m × 10 m × 10 m). Deshalb wurde ein Nahfeld-Meßverfahren (Tasuku Teshirogi: „Measurement in Neighborhood Field for Antenna", Shingakusi, vol. 62, no. 10, pp.1145-1153, Oct. 1979) als Verfahren zur Auswertung einer Antenne entwickelt. Das Nahfeld-Meßverfahren umfaßt: (a) Ebenenabtastung; (b) zylindrische Ebenenabtastung; und (c) sphärische Abtastung. Bei den Verfahren (b) und (c) stellt sich das große Problem der genauen Messung des Umfangs eines zu untersuchenden Gerätes und erfordern eine große Menge an Operationen, die für die Korrektur einer Meßantenne und für die Konvertierung eines Nahfeldes in ein distales Feld benötigt werden, so daß diese Verfahren in der Praxis weitgehend nicht zum Einsatz kamen. Somit wurde im allgemeinen das Verfahren (a) angewandt.

Jedoch hat das obengenannte konventionelle Verfahren (a) der Ebenenabtastung den Nachteil, daß es nur für eine Antenne mit relativ enger Richtfähigkeit, wie bei einem Aperturstrahler, angewandt werden kann. Der Grund hierfür ist, daß das Verfahren eine Konvertierung des Nahfeldes in das distale Feld unter der Annahme durchführt, daß eine Quelle der elektromagnetischen Welle planar ist.

Aus der JP 05-026 930 (A) ist eine Messvorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen aus einer Wellenquelle mittels einer verschiebbaren Abtasteinrichtung zur Messung einer zweidimensionalen Verteilung einer elektromagnetischen Welle bekannt. Die Abtastmessanordung umfasst zwei bezüglich der Wellenquelle einander gegenüber angeordnete Messantennen, die auf der Achse, die sie mit der Wellenquelle bilden, verschiebbar sind. Zusätzlich sind die Messantennen und die Wellenquelle gegeneinander auch höhenverschiebbar. Ein Drehteller gestattet es, die Messantennen um die Wellenquelle herum zu drehen. Die von den Messantennen gelieferten Daten werden in einem Scanner verarbeitet (Abstract).

In der US 5 589 773 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen des elektrischen und des magnetischen Feldes beschrieben, die eine zu testende Anordnung (equipment under test) erzeugt, während sie in einer bestimmten gekippten Position in einer Messvorrichtung befestigt ist, wobei die Anordnung drehbar gelagert ist. Eine Messzelle zur Messung der Vektoren des elektrischen und des magnetischen Feldes wird wenigstens in zwei Winkellagen bezüglich der Anordnung geschwenkt; bei dieser Vorrichtung ist es nicht erfor derlich, die zu testende Anordnung zu kippen, da ausschließlich die Messzelle gekippt wird (Abstract und Spalte 3, Zeilen 26 bis 48). Mit diesem Verfahren ist es möglich, auch Drucker und medizinische Geräte auf die Ausstrahlung elektromagnetischer Wellen zu untersuchen, die sich nicht kippen lassen, sondern nur in senkrecht stehender Position gehandhabt werden dürfen (Spalte 2, Zeilen 49 bis 55).

Gemäß der US 4 968 983 umfasst ein Messapparat zur Bestimmung der Charakteristiken eines Strahlungsfeldes eine drehbare Anordnung, um ein darauf angebrachtes zu testendes Objekt um dessen gesamten Raumwinkel zu drehen.

Ferner ist eine Empfangseinrichtung vorgesehen, um die von dem Objekt abgestrahlten elektromagnetischen Wellen zu empfangen. Dadurch werden die Charakteristiken des von dem Objekt erzeugten elektromagnetischen Feldes über den gesamten Raumwinkel ermittelt. Es ist vorgesehen, dass nahezu alle Komponenten der Drehvorrichtung aus einem nicht-metallischen Material bestehen und dass in der Drehvorrichtung Durchlässe vorhanden sind, die einen Durchtritt der elektromagnetischen Wellen erlauben (Abstract). Mit dieser Vorrichtung lässt sich eine genaue Messung der elektromagnetischen Strahlung des zu testenden Gegenstands, beispielsweise eines schnurlosen Telefons innerhalb des VHF- und des UHF-Frequenzbandes durchführen. Ebenso lässt sich ermitteln, in welcher Lage am besten eine Antenne bei dem zu untersuchenden Objekt angebracht wird (Spalte 1, Zeile 13; Spalte 4, Zeilen 50 bis 58).

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Streustrahlung bei einer Testanordnung werden in der US 4 255 702 beschrieben. Zusammen mit einer Sendeantenne befindet sich die Testanordnung auf einem Drehtisch. Eine Empfangsantenne ist stationär seitlich des Drehtisches angeordnet. Die zentralen Achsen der Sende- und der Empfangsantenne sind auf die Drehachse des Drehtisches gerichtet. Mit dieser Messanordnung lassen sich Transmissions- und Reflektionsmessungen in einer Kammer durchführen, in der das Echo ausgelöscht wird (Abstract, Spalte 2, Zeile 65 bis Spalte 4, Zeile 24).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen zu schaffen, die geeignet ist, die Strahlungsrichtfähigkeit einer Antenne mit relativ weiter Richtfähigkeit oder einer Kommunikationseinheit mit einer integrierten Antenne zu bestimmen, und ein Verfahren zur Auswertung und Messung der Strahlungsrichtfähigkeit einer elektromagnetischen Welle anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 3 sowie mit dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 2 und 4.

Die Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen und das Verfahren zur Auswertung und Messung der Strahlungsrichtfähigkeit elektromagnetischer Wellen kann mit der Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, um ein extremes Nahfeld mit Ebenenabtastung und die Form eines zu untersuchenden Gerätes zu messen, wodurch ein korrektes Messen der Strahlungsrichtfähigkeit von einer Antenne mit relativ weiter Richtfähigkeit oder von einer Kommunikationseinheit mit integrierter Antenne möglich ist.

Darüber hinaus kann eine elektromagnetische Welle in einer Kommunikationseinheit mit integrierter Antenne, wie beispielsweise ein tragbares Telefon, das zuvor nicht ausgewertet werden konnte, durch Einsatz einer sehr kompakten Meßeinrichtung ausgewertet werden, ohne große Meßeinrichtungen, wie beispielsweise einen RF-Absorber-Meßraum, einzusetzen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

2 ein Ablaufplan für die Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

3 ein Diagramm, das eine Objektformverteilung eines tragbaren Telefons und eine komplexe Interferenzdatenverteilung anzeigt, die sich als zweidimensionale Feldverteilung in überlagertem Zustand darstellt,

4 ein Diagramm, das eine Objektformverteilung des tragbaren Telefons und eine komplexe Interferenzdatenverteilung anzeigt, die sich als zweidimensionale Feldverteilung in überlagertem Zustand darstellt,

5 ein Diagramm zum Beschreiben eines Linienbereiches (z. B. ein linearer Teil der Antenne des tragbaren Telefons) und eines Flächenbereiches (z. B. ein Gehäuseteil des tragbaren Telefons) für einen Bildschirm,

6 ein Diagramm zum Beschreiben nur des Linienbereiches (z. B. der lineare Teil der Antenne des tragbaren Telefons) für den Bildschirm,

7 ein Diagramm zum Beschreiben nur des Flächenbereiches (z. B. das Gehäuseteil des tragbaren Telefons) für den Bildschrim,

8 ein Diagramm, das ein Radar-Kurvenblatt der Strahlungsrichtfähigkeit zeigt, wenn der Linienbereich (z. B. der lineare Teil der Antenne des tragbaren Telefons) und der Flächenbereich (z. B. das Gehäuseteil des tragbaren Telefons) für den Bildschirm beschrieben sind,

9 ein Diagramm, das ein Radar-Kurvenblatt der Strahlungsrichtfähigkeit zeigt, wenn nur der Linienbereich (z. B. der lineare Teil der Antenne des tragbaren Telefons) für den Bildschirm beschrieben ist,

10 ein Diagramm, das ein Radar-Kurvenblatt der Strahlungsrichtfähigkeit zeigt, wenn nur der Flächenbereich (z. B. das Gehäuseteil des tragbaren Telefons) für den Bildschirm beschrieben ist,

11 ein Diagramm, das eine Flächenverteilung einer horizontalen Komponente in einem elektrischen Feld bei einer Reproduktionshöhe von z = 60 cm zeigt, hergeleitet aus einer Feldverteilung, die in einer Höhe h = 1,5 cm der in x-Richtung bewegbaren Abtastmeßantenne gemessen wurde,

12 ein Diagramm, das eine Flächenverteilung einer vertikalen Komponente in einem elektrischen Feld bei einer Reproduktionshöhe von z = 60 cm zeigt, hergeleitet aus einer Feldverteilung, die in einer Höhe h = 1,5 cm der in x-Richtung bewegbaren Abtastmeßantenne gemessen wurde und

13 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Abtasteinrichtung 1 mit einer in x-Richtung bewegbaren Sonde 1a und einer in y-Richtung bewegbaren Bühne 1b; eine Kontroll-/Aufnahme- und Operations-/Anzeige-Einrichtung 2; eine Interferenzmeßeinrichtung 3; und einen Niveaudetektor 4 auf. Ein Sensor zur Messung einer dreidimensionalen Form 1c, wie beispielsweise ein Laserverschiebungsmesser, und eine in x-Richtung bewegbare Abtastmeßantenne 1d sind an der in x-Richtung bewegbaren Sonde 1a angebracht.
Die in x-Richtung bewegbare Abtastmeßantenne 1d ist in Φ-Richtung drehbar. Als Interferenzmeßeinrichtung 3 kann eine Vorrichtung eingesetzt werden, die in der japanischen Offenlegungsschrift No. 9-133721 offenbart ist.
Im folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zuerst wird die zu untersuchende Kommunikationseinheit mit integrierter Antenne, wie beispielsweise ein tragbares Telefon, auf der in y-Richtung bewegbaren Bühne 1b fest angebracht.
Als nächstes wird eine feststehende Meßantenne in einer Position auf der in y-Richtung bewegbaren Bühne 1b derart angebracht, daß die relative Anordnung zu dem zu untersuchenden tragbaren Telefon 5 nicht verändert wird.
Danach wird die in x-Richtung bewegbare Abtastmeßantenne 1d benutzt, um eine komplexe Interferenzdatenverteilung zu messen, die eine zweidimensionale Feldverteilung (Verteilung eines elektrischen oder magnetischen Feldes) des zu untersuchenden tragbaren Telefons darstellt. Da die Feldverteilung eine Richtfähigkeit (Bündelung) besitzt, ist es notwendig, die Feldverteilung getrennt in zwei Richtungen von Φ = 0° bzw. Φ = 90° zu messen, wie es durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird: E .(x,y,Φ = 0°) und E .(x,y,Φ = 90°)
Bei der Messung der Feldverteilung, während eine Übertragungs-Stromversorgung über die Zeit ein- und ausgeschaltet wird, wie in einem TDMA-Modus o. ä., wird der Niveaudetektor 4 zur Synchronisation mit einer Meßzeit benutzt. Wenn eine durchschnittliche Niveauschwankung auftritt, wird eine Amplitude der komplexen Interferenzdaten mit einem Ausgangswert des Niveaudetektors 4 korrigiert.
Gleichzeitig mit oder zeitlich getrennt von der obengenannten Messung der Feldverteilung wird die Objektformverteilung H(x,y) des zu untersuchenden tragbaren Telefons unter Verwendung von einem Sensor zur Messung einer dreidimensionalen Form 1c, wie beispielsweise ein Laserverschiebungsmesser, gemessen.
Im folgenden wird ein Ablaufplan für die Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Zuerst werden die in x-Richtung bewegbare Sonde 1a und die in y-Richtung bewegbare Bühne 1b mit dxy-Schritten als minimale Bewegungseinheit bewegt, wobei die Objektformverteilung H(x,y) des zu untersuchenden tragbaren Telefons 5 und die komplexe Interferenzdatenverteilung, die eine zweidimensionale Verteilung darstellt, gemessen und aufgenommen wird (S1), wie sich aus der folgenden Gleichung ergibt: E .(x,y,Φ = 0°) und E .(x,y,Φ = 90°)
Als nächstes werden die obengenannte Objektformverteilung H(x,y) und die komplexe Interferenzdatenverteilung, ausgedrückt durch die folgende Gleichung, eingeblendet und angezeigt (S2) (3 und 4): E .(x,y,Φ = 0°) und E .(x,y,Φ = 90°)

Für die 3 und 4 gelten folgende Parameter:

minimale Bewegungseinheit:	dxy = 3.9 mm
Meßbereich:	25 cm × 25 cm
Meßfrequenz:	f = 2 GHz
Wellenlänge der untersuchten Funkwelle:	λ = 15 cm
Höhe der in x-Richtung bewegbaren Abtastmeßantenne:	h = 1.5 cm

Als nächstes wird ein Linienbereich (z. B. ein linearer Teil der Antenne 5a des tragbaren Telefons 5) und ein Flächenbereich (z. B. ein Gehäuseteil 5b des tragbaren Telefons 5) für einen Bildschrim beschrieben (S3) (5 bis 7).
Danach wird eine komplexe Stromverteilung des obengenannten beschriebenen Linienbereiches und des Flächenbereiches, ausgedrückt durch
I .(x,y,Φ),
aus der Objektformverteilung H(x,y) und der komplexen Interferenzdatenverteilung, ausgedrückt durch
E .(x,y,Φ),
hergeleitet.
Unter der Annahme, daß die Höhe der in x-Richtung bewegbaren Abtastmeßantenne h und die Empfindlichkeit der Abtastmeßantenne bei der Meßfrequenz g(f) ist, kann z. B. folgende Operation durchgeführt werden.
Im Linienbereich wird folgende Operation durchgeführt: I .(x,y,Φ) ≌ E .(x,y,Φ)·dxy·(h – H(x,y))2/g(f) (1)
Im Flächenbereich wird folgende Operation durchgeführt: I .(x,y,Φ) ≌ E .(x,y,Φ)·(dxy)2·(h – H(x,y))/g(f) (2)
In einem anderen Bereich als dem obengenannten Linienbereich und Flächenbereich wird folgendes angenommen: I .(x,y,Φ) = 0
In der obengenannten Gleichung (1) stellt dxy·(h – H(x,y))² die Gewichtung für den Linienbereich dar. In der obengenannten Gleichung (2) stellt (dxy)²·(h – H(x,y)) die Gewichtung für den Flächenbereich dar.
Als nächstes wird die Richtfähigkeit aus der Objektformverteilung H(x,y) und der komplexen Stromverteilung des Linienbereiches oder des Flächenbereiches, ausgedrückt durch
I .(x,y,Φ)
hergeleitet (S5).
Zum Beispiel kann die folgende Richtfähigkeit unter der Annahme, daß λ eine Wellenlänge der untersuchten Funkwelle ist, hergeleitet werden.
Richtfähigkeit einer horizontalen Komponente in einer horizontalen Ebene:
Richtfähigkeit einer vertikalen Komponente in der horizontalen Ebene:
Richtfähigkeit einer horizontalen Komponente in einer vertikalen Ebene:
Richtfähigkeit einer vertikalen Komponente in der vertikalen Ebene:
Als nächstes wird die obengenannte hergeleitete Richtfähigkeit für jede Komponente, ausgedrückt durch
|G ._HH(θ)|, |G ._HV(θ)|, |G ._VH(θ)| und |G ._VV(θ)|,
angezeigt (S6) (8 bis 10).
Danach kehrt die Prozedur zu S3 zurück (S7), und eine Simulation für eine andere Kombination einer Linie und einer Fläche wird durchgeführt, z. B. wenn kein Gehäusestrom vorliegt.
Es sei angemerkt, daß die Gleichungen (1), (2) zur Herleitung der komplexen Stromverteilung des Linienbereiches und des Flächenbereiches bei S4, ausgedrückt durch
I .(x,y,Φ),
aus der Objektformverteilung H(x,y) und der komplexen Interferenzdatenverteilung, ausgedrückt durch
E .(x,y,Φ),
Näherungsgleichungen sind, deren Genauigkeit in der folgenden Weise erhöht werden kann.
Zwischen einer angenommenen Stromverteilung in einem beliebigen Bereich, ausgedrückt durch
[I ._n],
und einer Spannungsverteilung, ausgedrückt durch
[V ._n],
gilt folgende Gleichung: [Z .mn][I .n] = [Vm],wobei
[Z ._mn]
eine gegenseitige Impedanz zwischen getrennten Stromsegmenten (Meßantenne oder zu untersuchendes Objekt) und einer Selbstimpedanz-Matrix repräsentiert.
[Z ._mn]
kann durch eine analytische oder numerische Integration hergeleitet werden (bekannte Verfahren: R. F. Harrington, „Field Computation by Moment Methods", IEEE Press, 1993). Somit ist es auch möglich, einen korrekten komplexen Proportionalitätsfaktor zwischen dem angenommenen Stromverteilungsbereich und der Meßantenne herzuleiten und zu benutzen.
Während S5 einen Fall zeigt, in dem eine spezielle Richtfähigkeit hergeleitet wird, kann die Richtfähigkeit für eine beliebige Richtung, ausgedrückt durch
F
hergeleitet werden.
Die Verteilung eines in einem beliebigen Bereich V fließenden Stromes ist ausgedrückt durch
I ._(p)
und die Richtfähigkeit mit dem Strom kann für einen Einheits-Richtungsvektor, ausgedrückt durch
F,
hergeleitet werden, indem die effektive Vektorlänge
l_e
mit der folgenden Gleichung benutzt wird:
E(F) = –(l2zne–jhr)(4πr)–1le(F)
Es gilt: k = 2π/λ, Z₀ = 120π, r = (x² + y² + z²)^½ und
F = r·F
11 zeigt eine Flächenverteilung einer horizontalen Komponente in einem elektrischen Feld bei einer Reproduktionshöhe von z = 60 cm, hergeleitet aus einer Feldverteilung, die in einer Höhe h = 1,5 cm der in x-Richtung bewegbaren Abtastmeßantenne gemessen wurde.
12 zeigt eine Flächenverteilung einer vertikalen Komponente in einem elektrischen Feld bei einer Reproduktionshöhe von z = 60 cm, hergeleitet aus einer Feldverteilung, die in einer Höhe h = 1,5 cm der in x-Richtung bewegbaren Abtastmeßantenne gemessen wurde.
Obwohl in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Abtasteinrichtung 1 mit in x-Richtung bewegbarer Sonde und in y-Richtung bewegbarer Bühne 1b zum Einsatz kommt, so kann die vorliegende Erfindung mit jeder anderen Abtasteinrichtung versehen sein, so lange diese in x-Richtung, y-Richtung, z-Richtung und eine Rotationsrichtung bewegbar ist.
13 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Abtasteinrichtung 1 mit einer in x-Richtung bewegbaren Sonde 1a und einer in y-Richtung bewegbaren Bühne 1b, eine Kontroll-/Aufnahme- und Operations-/Anzeige-Einrichtung 2 und eine Netzwerk-Analysiereinrichtung 7 auf. Ein Sensor zur Messung einer dreidimensionalen Form 1c, wie beispielsweise ein Laserverschiebungsmesser, und eine in x-Richtung bewegbare Abtastmeßantenne 1d sind an der in x-Richtung bewegbaren Sonde 1a angebracht.
Wenn ein zu untersuchendes Objekt mit einem externen Eingang arbeitet, kann die Netzwerk-Analysiereinrichtung o. ä. zur Messung einer komplexen Übertragungscharakteristik, ausgedrückt durch
E .(x,y,Φ),
herangezogen werden, wie z. B. die in 13 gezeigte Antenne.
Obwohl in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Abtasteinrichtung 1 mit in x-Richtung bewegbarer Sonde und in y-Richtung bewegbarer Bühne 1b zum Einsatz kommt, so kann die vorliegende Erfindung mit jeder anderen Abtasteinrichtung versehen sein, so lange diese in x-Richtung, y-Richtung, z-Richtung und eine Rotationsrichtung bewegbar ist.
Wie oben beschrieben, hat die vorliegende Erfindung folgende Vorteile.
Ein erster Vorteil besteht darin, daß die Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen und das Verfahren zur Auswertung und Messung der Strahlungsrichtfähigkeit elektromagnetischer Wellen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen eingesetzt werden kann, um ein extremes Nahfeld mit Ebenenabtastung und die Form eines zu untersuchenden Gerätes zu messen, wodurch ein korrektes Messen der Strahlungsrichtfähigkeit einer Antenne mit relativ weiter Richtfähigkeit oder einer Kommunikationseinheit mit integrierter Antenne möglich ist.
Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß eine elektromagnetische Welle in einer Kommunikationseinheit mit integrierter Antenne, wie beispielsweise ein tragbares Telefon, die zuvor nicht ausgewertet werden konnte, durch Einsatz einer sehr kompakten Meßeinrichtung ausgewertet werden kann, ohne große Meßeinrichtungen, wie beispielsweise einen RF-Absorber-Meßraum, einzusetzen.

Claims

Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen mit einer drehbaren Abtasteinrichtung (1), die in x-, y- und z-Richtung bewegbar ist und einen Sensor (1c) und eine Abtastmessantenne (1d) aufweist, wobei der Sensor (1c) mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Verschiebung der Abtasteinrichtung (1) in x-, y- und z-Richtung zusammenwirkt und zur Messung einer dreidimensionalen Form (5) und zur Ausgabe einer Objektformverteilung (H(x,y)) ausgebildet ist, und die Abtastmessantenne (1d) zur Messung einer zweidimensionalen Verteilung einer elektromagnetischen Welle ausgebildet ist, und der Sensor (1c) und die Abtastmessantenne (1d) an der Abtasteinrichtung (1) angeordnet sind; einer feststehenden Messantenne (6), deren Anordnung sich relativ zum Messobjekt nicht ändert; einer Interferenzmesseinrichtung (3), die ein erstes, von der feststehenden Messantenne (6) detektiertes Signal, und ein zweites, von der Abtastmessantenne (1d) detektiertes Signal empfängt und eine Verteilung von komplexen Interferenzdaten des ersten und des zweiten Signals ausgibt, und einen Pegeldetektor (4) aufweist, der das erste Signal von der feststehenden Messantenne (6) empfängt, eine Veränderung des Pegels des ersten Signals detektiert und Korrekturdaten zur Korrektur der komplexen Interferenzdaten ausgibt; einer Datenverarbeitungseinrichtung (2), die von der Interferenzmesseinrichtung (3) Daten einer zweidimensionalen Abtastverteilung (E .(x,y,ϕ)) eines elektrischen oder magnetischen Feldes, von dem Sensor (1c) die Objektformverteilung (H(x,y)) der dreidimensionalen Form (5) und Daten von dem Pegeldetektor (4) empfängt, die Daten verarbeitet und auf einer Anzeigeeinrichtung (2) zum Anzeigen der Strahlungsrichtfähigkeit anzeigt und die Abtasteinrichtung (1) steuert, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (2) aus der Objektformverteilung (H(x,y)) und der zweidimensionalen Verteilung (E .(y,ϕ)) die Richtfähigkeit herleitet.
Verfahren zur Messung und Auswertung der Strahlungsrichtfähigkeit einer zu untersuchenden Kommunikationseinheit (5) mit einer integrierten Antenne mit folgenden Verfahrensschritten: Messen einer Objektformverteilung (H(x,y)) der zu untersuchenden Kommunikationseinheit (5) mit einem Sensor (1c) zur Messung einer dreidimensionalen Form und Speichern der Objektformverteilung: Messen und Speichern einer Abtastverteilung (E .(x,y,ϕ)) von komplexen Interferenzdaten zwischen einem ersten Signal, das von einer Abtastmessantenne (1d) zur Messung einer zweidimensionalen Verteilung einer elektromagnetischen Welle detektiert wird, und einem zweiten Signal, das von einer feststehenden Antenne (6) detektiert wird, deren Anordnung relativ zu der Kommunikationseinheit (5) nicht verändert wird, wobei die Abtast- verteilung entweder eine zweidimensionale Verteilung eines elektrischen oder magnetischen Feldes ist, das durch Bewegung der Abtastmessantenne mit einer vorgegebenen Schrittweite gemessen wird; (S1) Anzeigen der Objektformverteilung und der zweidimensionalen Verteilung des elektrischen oder magnetischen Feldes in überlagertem Zustand auf einer Anzeigevorrichtung; (S2) Anzeigen eines Linienbereiches und eines Flächenbereiches der Kommunikationseinheit (5) auf der Anzeigevorrichtung; (S3) Herleiten einer komplexen Stromverteilung (I .(x,y,ϕ)) des definierten Linienbereiches und des Flächenbereiches aus der Objektformverteilung und der zweidimensionalen Verteilung des elektrischen oder magnetischen Feldes, wobei im Linienbereich gilt: I .(x,y,ϕ) ≌ E .(x,y,ϕ)·dxy·(h – H(x,y))2/g(f) (1)und wobei im Flächenbereich gilt: I .(x,y,ϕ) ≌ E .(x,y,ϕ)·(dxy)2·(h – H(x,y))/g(f); (2)wobei d_xy·(h – H_(x,y))²/g_{(f)_} die Gewichtung für den Linienbereich und (d_xy)²·(h – H_(x,y))/g_(f) die Gewichtung für den Flächenbereich darstellen (S4); Herleiten der Richtfähigkeit aus der Objektformverteilung und der komplexen Stromverteilung des Linienbereiches oder des Flächenbereiches (S5), und Anzeigen der hergeleiteten Richtfähigkeit (S6).
Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Wellen, aufweisend: eine drehbare Abtasteinrichtung (1), die in x-, y- und z-Richtung bewegbar ist und einen Sensor (1c) und eine Abtastmessantenne (1d) aufweist, wobei der Sensor (1c) zur Messung einer dreidimensionalen Form (5) des zu untersuchenden Objekts und die Abtastmessantenne (1d) zur Messung einer zweidimensionalen Verteilung einer elektromagnetischen Welle ausgebildet und der Sensor (1c) und die Abtastmessantenne (1d) an der Abtasteinrichtung (1) angeordnet sind; eine Netzwerk-Analysiereinrichtung (7) und eine Datenverarbeitungseinrichtung (2), die von der Netzwerk-Analysiereinrichtung (7) eine zweidimensionale Abtastverteilung (E .(x,y,ϕ) eines elektrischen oder magnetischen Feldes und von dem Sensor (1c) die Objektformverteilung (H(x,y)) der dreidimensionalen Form (5) empfängt und die Richtfähigkeit aus der Objektformverteilung (H(x,y)) und der zweidimensionalen Abtastverteilung (E .(x,y,ϕ)) ableitet, wobei die Netzwerk-Analysiereinrichtung (7) eine elektromagnetische Welle, die von der Abtastmessantenne (1d) detektiert wird, als RF-Ausgangssignal empfängt und die Netzwerk-Analysiereinrichtung ein RF-Ausgangssignal der Netzwerk-Analysiereinrichtung in das Objekt einspeist und die für die Übertragung charakteristischen Daten an die Datenverarbeitungseinrichtung ausgibt. (13)
Verfahren zur Messung und Auswertung der Strahlungsrichtfähigkeit einer Antenne mit folgenden Verfahrensschritten: Messen einer Objektformverteilung der zu untersuchenden Antenne mit einem Sensor zur Messung einer dreidimensionalen Form und Speichern der Objektformverteilung, Messen einer komplexen Übertragungscharakteristik, die eine zweidimensionale Verteilung eines elektrischen Feldes oder eine zweidimensionale Verteilung eines magnetischen Feldes darstellt, und Speichern der komplexen Übertragungscharakteristik, wobei der Schritt des Messens und Speicherns der komplexen Übertragungscharakteristik das Einspeisen eines RF-Ausgangssignals einer Netzwerk-Analysiereinrichtung (7) in die zu untersuchende Antenne umfasst, Empfangen einer von der Antenne abgestrahlten elektromagnetischen Welle mit einer Abtastmessantenne (1d) zur Messung einer zweidimensionalen Verteilung einer elektromagnetischen Welle und Einspeisen der elektromagnetischen Welle als RF-Eingangssignal in die Netzwerk-Analysiereinrichtung (7), wobei die Abtastmessantenne mit einer vorgegebenen Schrittweite bewegt wird; Anzeigen der Objektformverteilung und der komplexen Übertragungscharakteristik in überlagertem Zustand auf einer Anzeigevorrichtung (2); Herleiten einer komplexen Stromverteilung (I .(x,y,ϕ)) des definierten Linienbereiches aus der Objektformverteilung und der komplexen Übertragungscharakteristik; Herleiten der Richtfähigkeit (G) aus der Objektformverteilung und der komplexen Stromverteilung (I .(x,y,ϕ)) des Linienbereiches, wobei die folgende Richtleitfähigkeit benutzt wird: für die Richtleitfähigkeit einer horizontalen Komponente in einer horizontalen Ebene: G .HH(θ) ≌ (ΣΣI .(x,y,ϕ = 0°)·ej2π(–x·sinθ· + ·H(x,y)·cosθ/λ))cosθfür die Richtfähigkeit einer vertikalen Komponente in der horizontalen Ebene G .HV(θ) ≌ (ΣΣI .(x,y,ϕ = 0°)·ej2π(–x·sinθ· + ·H(x,y)·cosθ/λ)),für die Richtfähigkeit einer horizontalen Komponente in einer vertikalen Ebene: G .VH(θ) ≌ (ΣΣI .(x,y,ϕ = 0°)·ej2π(–y·sinθ· + ·H(x,y)·cosθ/λ)),für die Richtfähigkeit einer vertikalen Komponente in der vertikalen Ebene G .VV(θ) ≌ (ΣΣI .(x,y,ϕ = 0°)·ej2π(–x·sinθ· + ·H(x,y)·cosθ/λ))·cosθ,und Anzeigen der hergeleiteten Richtfähigkeit.