KR101099949B1

KR101099949B1 - 방사효율 측정장치 및 방사효율 측정방법

Info

Publication number: KR101099949B1
Application number: KR1020097022553A
Authority: KR
Inventors: 히로시 키타다
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2011-12-28
Also published as: DE112008001091B4; JPWO2008139832A1; US8400366B2; CN101675345B; WO2008139832A1; JP4438905B2; CN101675345A; DE112008001091T5; KR20090130397A; US20100045543A1

Abstract

전파 무향 챔버(1)의 내부에는 피측정 안테나(4A)와 측정 안테나(5)를 배치한다. 그리고 피측정 안테나(4A)의 앙각(φ)을 제1의 각도(φ1)에 고정한 상태에서, 네트워크 애널라이저(7)를 이용하여 제1의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 측정한다. 다음으로 피측정 안테나(4A)의 앙각(φ)을 제1의 각도(φ1)와 90도 다른 제2의 각도(φ2)로 고정한 상태에서, 네트워크 애널라이저(7)를 이용하여 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 측정한다. 그리고 이들 2면의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 구 형상으로 적분함으로써 피측정 안테나(4A)의 방사효율을 측정한다.

피측정 안테나, 측정 안테나, 앙각, 방위각, 방사패턴, 네트워크 애널라이저

Description

방사효율 측정장치 및 방사효율 측정방법{RADIATION EFFICIENCY MEASURING DEVICE AND RADIATION EFFICIENCY MEASURING METHOD}

본 발명은 예를 들면 휴대전화 등에 사용되는 안테나의 방사효율을 측정하는 방사효율 측정장치 및 방사효율 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 휴대전화 등에 사용되는 안테나의 방사효율 등을 측정하는 장치가 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1∼3 참조). 그리고 특허문헌 1에는, 단시간에 안테나 성능을 평가하기 위해, 피측정 안테나가 되는 휴대단말용 안테나의 앙각 방향으로의 분할수를 감소시켜 측정하는 측정장치가 개시되어 있다. 또한 특허문헌 2에는, 수평편파용과 수직편파용의 2개의 측정 안테나를 사용하여, 이 2개의 측정 안테나를 고속으로 전환함으로써 피측정 안테나의 2개의 편파의 데이터를 고속으로 측정할 수 있는 측정 시스템이 개시되어 있다. 또한 특허문헌 3에는, 피측정물(예를 들면 휴대전화 등)의 전체 입체각에 걸쳐 방사 전자계를 측정하여, 피측정물에의 수평편파와 수직편파의 도래 확률을 구하고, 이 도래 확률을 정규화한 가중 함수(weight function)를 이용하여 실효 방사전력을 구하는 방사 전자계 측정장치가 개시되어 있다.

[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 2000-214201호

[특허문헌 2] 일본국 공개특허공보 2000-338155호

[특허문헌 3] 일본국 공개특허공보 평2-163668호

그런데 특허문헌 1에는, 휴대단말용 안테나의 앙각 방향으로의 분할수를 4로 설정한 경우에는 방사효율의 측정 오차가 최대 약 3dB 이내 정도가 되는 점이 개시되어 있다. 그러나 특허문헌 1에는 방사효율의 구체적인 연산방법이 개시되어 있지 않을 뿐만 아니라, 특허문헌 1의 측정장치에서는 측정 오차가 3dB 정도가 될 가능성이 있어 측정 정밀도가 낮다는 문제가 있다.

또한 특허문헌 2의 측정 시스템에서는, 피측정 안테나의 방사 전자계를 전체 입체각 방향에 대하여 측정하고, 이들 방사 전자계를 전체 입체각 방향에 걸쳐 적분함으로써 방사효율을 구하는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 특허문헌 2의 측정 시스템에서는 측정에 장시간을 요할 뿐만 아니라, 측정 안테나를 전체 입체각에 걸쳐 이동시키는 이동 기구가 대형화된다는 문제가 있다. 또한 특허문헌 2에서는, 전체 입체각 방향의 방사전력의 합에 의해 방사효율을 계산하고 있어, 본래의 방사효율과 같이, 입력전력에 대한 방사전력의 비율(방사전력/입력전력)을 계산하는 것과는 다를 뿐 아니라, 그 정밀도도 불분명하다.

또한 특허문헌 3의 측정장치에서도, 피측정물(예를 들면 휴대전화 등)의 전체 입체각에 걸쳐 방사 전자계를 측정할 필요가 있기 때문에, 특허문헌 2의 측정 시스템과 마찬가지로 측정 시간이 길어진다. 또한 특허문헌 3의 측정장치에서는, 실효 방사전력을 구하기 위해, 전체 입체각에 걸친 방사 전자계를 측정한 데이터로부터 피측정물에의 수평편파, 수직편파의 도래 확률을 구하고, 가중하여 계산할 필 요가 있어, 계산방법이 복잡해져 간단하게 방사효율을 얻을 수 없다는 문제도 있다. 또한, 피측정물의 전체 입체각에 걸쳐 방사 전자계를 측정하기 위해, 피측정물을 앙각 방향으로 제어하는 회전 기구가 필요하고, 회전 기구가 대형화되어 소형의 전파 무향 챔버(anechoic chamber) 등에는 적용하기 어려운 경향이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 측정 시간을 단축할 수 있는 동시에, 소형화가 가능한 방사효율 측정장치 및 방사효율 측정방법을 제공하는 것에 있다.

(1). 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 방사효율 측정장치는, 측정 대상이 되는 피측정 안테나와, 상기 피측정 안테나와 거리치수(R)만큼 이간한 위치에 형성된 측정 안테나와, 상기 측정 안테나에 접속되어 상기 피측정 안테나가 방사하는 전자계를 측정하는 전자계 측정기와, 상기 피측정 안테나를 앙각(φ) 방향에 대하여 서로 90도 다른 제1, 제2의 각도(φ1, φ2)로 전환하는 앙각 전환수단과, 상기 피측정 안테나를 방위각(θ) 방향에 대하여 회전시키는 방위각 회전수단과, 상기 앙각 전환수단을 이용하여 상기 피측정 안테나의 앙각(φ)을 제1의 각도(φ1)로 전환한 상태에서 상기 방위각 회전수단을 이용하여 상기 피측정 안테나를 방위각(θ) 방향으로 회전시키고, 상기 전자계 측정기를 이용하여 제1의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 측정하는 제1의 방사패턴 측정수단과, 상기 앙각 전환수단을 이용하여 상기 피측정 안테나의 앙각(φ)을 제2의 각도(φ2)로 전환한 상태에서 상기 방위각 회전수단을 이용하여 상기 피측정 안테나를 방위각(θ) 방향으로 회전시키고, 상기 전자계 측정기를 이용하여 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 측정하는 제2의 방사패턴 측정수단과, 측정 주파수의 파장을 λ라고 하고, 상기 측정 안테나의 이득을 G라고 하고, 앙각(φ) 방향의 측정 각도 스텝을 Δφ라고 하고, 방위각(θ) 방향의 측정 각도 스텝을 Δθ라고 했을 때에, 상기 제1, 제2의 방사패턴 측정수단에 의해 측정한 제1, 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 이용하여, 상기 피측정 안테나의 방사효율(η)을

에 기초하여 연산하는 방사효율 연산수단을 구비하는 구성으로 하고 있다.

본 발명에 의하면, 제1, 제2의 방사패턴 측정수단에 의해 측정한 제1, 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 이용하여 피측정 안테나의 방사효율(η)을 연산하기 때문에, 앙각(φ) 방향에 대하여 2개의 각도(φ1, φ2)의 2면에서 피측정 안테나의 방위각 방향의 방사패턴을 측정하면 된다. 이 때문에, 전체 입체각에 걸쳐 방사 전자계 등을 측정하는 경우에 비해 측정 시간을 단축할 수 있다.

또한, 앙각 전환수단은 피측정 안테나를 앙각(φ) 방향에 대하여 제1, 제2의 각도(φ1, φ2)로 전환하는 구성으로 했기 때문에, 2개의 각도(φ1, φ2)로 전환 가능한 구성으로 하면 된다. 이 때문에, 앙각 전환수단의 구성을 간략화할 수 있어 장치 전체를 소형화할 수 있다.

(2). 본 발명에서는, 상기 피측정 안테나는 메인 빔의 방사패턴이 앙각(φ) 방향에 대하여 대칭성을 가지는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

이로 인해, 메인 빔의 방사패턴의 대칭성에 의해, 앙각(φ) 방향에 대하여 서로 90도 다른 2개의 각도(φ1, φ2)의 2면에서 방위각 방향의 방사패턴을 측정하고 이 방사패턴을 구 형상으로 적분하는 것만으로, 전체 입체각에 걸쳐 방사패턴을 측정했을 때와 같은 정도의 정밀도로 피측정 안테나의 방사효율을 측정할 수 있다.

즉, 피측정 안테나가 앙각(φ) 방향에 대하여 대칭성을 가진 방사패턴을 가질 경우에는, 앙각(φ)이 90도 다른 2면의 방위각 방향 방사패턴을 구 형상으로 적분하여 방사효율을 구했을 때와, 전체 입체각에 걸쳐 방사패턴을 적분하여 방사효율을 구했을 때의, 방사효율의 계산 결과가 거의 같은 값이 된다.

특히, 피측정 안테나의 전압정재파비(Voltage Standing Wave Ratio)를 1∼3으로 한정했을 때에는 피측정 안테나에 접속하는 케이블의 영향이 적어지기 때문에, 방사패턴이 일정해져 ±1dB 미만의 측정 오차로 피측정 안테나의 방사효율을 측정할 수 있다.

한편, 방사효율은 주로 메인 빔에 의해 정해지기 때문에, 방사패턴의 대칭성은 메인 빔에서 생기면 되며, 사이드로브(sidelobe)의 대칭성은 불필요하다.

(3). 본 발명에서는, 피측정 안테나와 측정 안테나를 거리치수(R)만큼 이간한 위치에 형성하고, 상기 측정 안테나를 이용하여 상기 피측정 안테나의 방사효율을 측정하는 방사효율 측정방법에 있어서, 상기 피측정 안테나의 앙각(φ)을 제1의 각도(φ1)로 전환한 상태에서 상기 피측정 안테나를 방위각(θ) 방향으로 회전시키고, 제1의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 측정하는 제1의 방사패턴 측정공정과, 상기 피측정 안테나의 앙각(φ)을 제1의 각도(φ1)와 90도 다른 제2의 각도(φ2)로 전환한 상태에서 상기 피측정 안테나를 방위각(θ) 방향으로 회전시키고, 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 측정하는 제2의 방사패턴 측정공정과, 측정 주파수의 파장을 λ라고 하고, 상기 측정 안테나의 이득을 G라고 하고, 앙각(φ) 방향의 측정 각도 스텝을 Δφ라고 하고, 방위각(θ) 방향의 측정 각도 스텝을 Δθ라고 했을 때에, 상기 제1, 제2의 방사패턴 측정공정에 의해 측정한 제1, 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 이용하여, 상기 피측정 안테나의 방사효율(η)을

에 기초하여 연산하는 방사효율 연산공정을 구비하는 구성으로 한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 따르면, 제1, 제2의 방사패턴 측정공정에 의해 측정한 제1, 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 이용하여 피측정 안테나의 방사효율(η)을 연산하기 때문에, 앙각(φ) 방향에 대하여 2개의 각도(φ1, φ2)의 2면에서 피측정 안테나의 방위각 방향의 방사패턴을 측정하면 된다. 이 때문에, 전체 입체각에 걸쳐 방사 전자계 등을 측정하는 경우에 비해 측정 시간을 단축할 수 있다.

(4). 본 발명에 따른 방사효율 측정방법에서는, 상기 피측정 안테나는 메인 빔의 방사패턴이 앙각(φ) 방향에 대하여 대칭성을 가지는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 안테나 특성 측정장치를 나타내는 정면도이다.

도 2는 도 1 중의 피측정 안테나의 주위를 확대하여 나타내는 사시도이다.

도 3은 방사효율 측정 프로그램을 나타내는 흐름도이다.

도 4는 실시형태 및 비교예에 의한 안테나 방사효율의 주파수 특성을 나타내는 설명도이다.

<부호의 설명>

1 전파 무향 챔버

2 아지머스 테이블(방위각 회전수단)

3A 앙각 전환부(앙각 전환수단)

4A 피측정 안테나

5 측정 안테나

7 네트워크 애널라이저(전자계 측정기)

이하, 본 발명의 실시형태에 의한 방사효율 측정장치를 첨부 도면에 따라 상세하게 설명한다.

도 1에 있어서, 전파 무향 챔버(1)는 예를 들면 1∼2mm 정도의 두께 치수를 가진 알루미늄의 판재를 이용해 형성된 하우징(1A)과, 상기 하우징(1A)의 내부에 형성된 전파 흡수체(1B)에 의해 구성되어 있다. 또한, 전파 무향 챔버(1)는 폭방향(X방향), 길이방향(Y방향), 높이방향(Z방향)에 대하여 각각 예를 들면 50∼100cm 정도의 길이 치수로 형성되어 있다. 그리고 전파 무향 챔버(1)는 외부로부터의 전자파를 차단하는 동시에 내부의 전자파의 반사를 방지하는 것이다.

아지머스 테이블(azimuth table)(2)은 방위각 회전수단을 구성하며, 전파 무향 챔버(1)의 내부에서 예를 들면 좌측의 벽면 근방에 형성되어 있다. 그리고 아지머스 테이블(2)은 전동 모터 등의 회전 구동부(2A)를 구비하고, 상기 회전 구동부(2A)를 이용하여 높이방향에 평행한 O1축 주위에서 방위각(θ) 방향으로 회전하는 구성으로 되어 있다.

또한, 아지머스 테이블(2)의 상부에는 피측정물(4)을 지지하는 피측정물 지지구(3)가 부착되어 있다. 또한, 피측정물 지지구(3)에는 앙각 전환수단으로서의 앙각 전환부(3A)가 형성되며, 상기 앙각 전환부(3A)는 길이방향(좌, 우 방향)에 평행한 O2축 주위에서 앙각(φ) 방향의 2위치로 전환 가능하게 되어 있다. 이때, 앙각 전환부(3A)는 앙각(φ) 방향에 대하여 서로 90도 다른 제1, 제2의 각도(φ1, φ2)(예를 들면 0도와 90도)로 전환하는 것이다.

그리고 앙각 전환부(3A)에는 피측정물(4)이 부착된다. 이로 인해, 아지머스 테이블(2) 및 앙각 전환부(3A)는 피측정물(4)을 서로 직교하는 O1축과 O2축의 2축을 중심으로 회전시켜 피측정물(4)(피측정 안테나(4A))의 방위각(θ) 및 앙각(φ) 을 정하는 것이다.

피측정물(4)은 앙각 전환부(3A)의 선단에 부착되며, 아지머스 테이블(2)과 앙각 전환부(3A)를 이용하여 O1축과 O2축의 2축 주위로 회전한다. 또한, 피측정물(4)은 예를 들면 휴대전화, 휴대단말 등에 의해 구성되는 동시에, 방사효율을 측정하는 측정 대상으로서의 피측정 안테나(4A)를 구비하고 있다. 이때, 피측정 안테나(4A)는 예를 들면 휩 안테나(whip antenna), 내장 칩 안테나 등에 의해 구성되어 있다.

한편, 휴대전화 등의 이동체 통신기기는 임의의 위치에 있는 기지국과의 사이에서 신호(전자파)의 송신, 수신을 행한다. 이 때문에, 피측정물(4)로서 이동체 통신기기를 이용할 경우에는, 피측정 안테나(4A)는 예를 들면 다이폴(dipole) 안테나나 모노폴(monopole) 안테나와 동일한 지향성을 가지고 있다. 이로 인해, 피측정 안테나(4A)는 피측정 안테나(4A)를 중심으로 하여 앙각(φ) 방향이나 방위각(θ) 방향에 대하여 대칭성을 가진 방사패턴을 가지고 있다.

또한, 피측정 안테나(4A)는 그 전압정재파비(Voltage Standing Wave Ratio)가 3보다 커지면 정합성이 악화되고 방사패턴(지향성)이 변화되는 일이 있다. 이 때문에, 피측정 안테나(4A)의 전압정재파비는 1∼3 정도의 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

측정 안테나(5)는 전파 무향 챔버(1)의 내부에서 예를 들면 우측의 벽면 근방에 형성되어 있다. 또한, 측정 안테나(5)는 측정 안테나 지지구(6)에 부착되며, 피측정물(4)과 길이방향(수평방향)에서 거리치수(R)만큼 이간한 위치에 대향한 상 태로 배치되어 있다. 여기서, 측정 안테나(5)는 예를 들면 소형 바이코니컬(biconical) 안테나에 의해 구성되고, 수평편파와 수직편파 중 어느 한쪽을 선택적으로 측정한다. 이때, 측정 안테나(5)는 측정 안테나 지지구(6)를 이용하여 측정하는 편파가 전환되는 구성으로 되어 있다. 그리고 측정 안테나(5)는 후술하는 네트워크 애널라이저(7)에 접속되어 있다.

네트워크 애널라이저(7)는 피측정 안테나(4A)가 방사하는 전자계를 측정하는 전자계 측정기를 구성하고, 고주파 케이블(7A)을 통해 피측정 안테나(4A)에 접속되는 동시에, 고주파 케이블(7B)을 통해 측정 안테나(5)에 접속되어 있다. 그리고 네트워크 애널라이저(7)는 피측정 안테나(4A)로부터 송신한 전자파(고주파 신호)를 측정 안테나(5)를 이용하여 수신한다. 이로 인해, 네트워크 애널라이저(7)는 피측정 안테나(4A)에 공급한 전력과 측정 안테나(5)로부터 수신한 전력의 비율을 연산하여, 공간의 손실분에 상당하는 S행렬의 파라미터(S21)를 측정한다.

제어장치(8)는 아지머스 테이블(2)의 회전 구동부(2A), 네트워크 애널라이저(7) 등에 접속되고, 후술하는 방사효율 측정 프로그램에 따라 이들의 동작을 제어하고 있다. 구체적으로는, 제어장치(8)는 피측정물(4)의 앙각(φ)을 제1의 앙각(φ1)에 고정한 상태에서, 아지머스 테이블(2)을 이용하여 피측정물(4)의 방위각(θ)을 서서히 변화시킨다. 이때, 네트워크 애널라이저(7)는 파라미터(S21)의 측정 조작을 반복하여, 제1의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ1)을 측정한다. 또한, 제어장치(8)는 피측정물(4)의 앙각(φ)을 제2의 앙각(φ2)으로 전환한 상태에서, 다시 피측정물(4)의 방위각(θ)을 서서히 변화시킨다. 이때, 네트워크 애널라이저(7) 는 파라미터(S21)의 측정 조작을 반복하여, 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ2)을 측정한다. 이로 인해, 제어장치(8)는 네트워크 애널라이저(7)에 의해 측정한 2면의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 이용하여, 피측정 안테나(4A)의 방사효율(η)을 측정하는 것이다.

본 실시형태에 의한 방사효율 측정장치는 상술한 바와 같이 구성되는 것이며, 다음으로 도 3을 참조하면서 방사효율 측정장치를 이용한 방사효율의 측정방법에 대하여 설명한다.

먼저, 아지머스 테이블(2)상에 있는 피측정물 지지구(3)에 대하여 피측정물(4)을 부착한다. 이때, 피측정물(4)은 수평인 상태로 설치한다. 또한, 측정을 시작하기 전에, 네트워크 애널라이저(7)는 피측정물(4)에 접속되는 고주파 케이블(7A)과 측정 안테나(5)에 접속되는 고주파 케이블(7B)을 직접 연결하고, 고주파 케이블(7A, 7B)에 의한 손실분만큼 눈금을 수정(calibration)한다.

이 상태에서 방사효율 측정 프로그램을 작동시키면, 도 3 중의 스텝 1에서는 제1의 수평편파 측정처리를 행한다. 이때, 측정 안테나(5)는 피측정물(4)(피측정 안테나(4A))로부터 방사되는 수평편파를 수신한다. 또한, 앙각 전환부(3A)를 이용하여 피측정물(4)의 앙각(φ)을 제1의 앙각(φ1)(예를 들면 φ1=0도)에 고정한다. 이 상태에서 아지머스 테이블(2)을 회전시켜, 방위각(θ)이 0도∼360도인 범위에서 예를 들면 10도마다 방위각(θ) 방향의 파라미터(S21)를 측정하고, 수평편파에 대한 제1의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ1)을 측정한다.

그리고 피측정 안테나(4A)를 방위각(θ) 방향으로 1바퀴만큼 회전시킨 후에 는 스텝 2로 이행하여 제1의 수직편파 측정처리를 행한다. 이때, 측정 안테나 지지구(6)를 이용하여, 측정 안테나(5)에 의해 측정하는 편파를 수평편파에서 수직편파로 전환한다. 이 상태에서, 스텝 1과 마찬가지로, 다시 피측정물(4)의 앙각(φ)을 제1의 앙각(φ1)에 고정한 상태에서 아지머스 테이블(2)을 회전시킨다. 이로 인해, 방위각(θ)이 0도∼360도인 범위에서 예를 들면 10도마다 방위각(θ) 방향의 파라미터(S21)를 측정하고, 수직편파에 대한 제1의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ1)을 측정한다.

그리고 수직편파에 대한 제1의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ1)의 측정이 종료되면, 각 방위각(θ)마다 수평편파의 측정결과의 2승 S21²(R, θ, φ1)과 수직편파의 측정결과의 2승 S21²(R, θ, φ1)을 가산하여, 최종적인 제1의 방위각면 방사패턴의 2승 S21²(R, θ, φ1)을 산출한다. 이때, 수평편파의 측정결과와 수직편파의 측정결과는 네트워크 애널라이저(7)에 의해 측정한 대수 표시(dB)의 측정값이 아니라, 진수로 변환한 수치로 가산을 행한다.

다음으로 스텝 3에서는, 제2의 수평편파 측정처리를 행하기 위해, 측정 안테나 지지구(6)를 이용하여, 측정 안테나(5)에 의해 측정하는 편파를 수평편파로 전환한다. 또한, 앙각 전환부(3A)를 이용하여 피측정물(4)의 앙각(φ)을 제2의 앙각(φ2)(예를 들면 φ2=90도)으로 전환한다. 이 상태에서 아지머스 테이블(2)을 회전시켜, 예를 들면 10도마다 방위각(θ) 방향의 파라미터(S21)를 측정하고, 수평편파에 대한 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ2)을 측정한다.

그리고 피측정 안테나(4A)를 방위각(θ) 방향으로 1바퀴만큼 회전시킨 후에는 스텝 4로 이행하여 제2의 수직편파 측정처리를 행한다. 이때, 측정 안테나 지지구(6)를 이용하여, 측정 안테나(5)에 의해 측정하는 편파를 수평편파에서 수직편파로 전환한다. 이 상태에서, 스텝 3과 마찬가지로, 다시 피측정물(4)의 앙각(φ)을 제2의 앙각(φ2)에 고정한 상태에서 아지머스 테이블(2)을 회전시킨다. 이로 인해, 방위각(θ)이 0도∼360도인 범위에서 예를 들면 10도마다 방위각(θ) 방향의 파라미터(S21)를 측정하고, 수직편파에 대한 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ2)을 측정한다.

그리고 수직편파에 대한 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ2)의 측정이 종료되면, 각 방위각(θ)마다 수평편파의 측정결과의 2승 S21²(R, θ, φ2)과 수직편파의 측정결과의 2승 S21²(R, θ, φ2)을 가산하여, 최종적인 제2의 방위각면 방사패턴의 2승 S21²(R, θ, φ2)을 산출한다. 이때, 제1의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ1)의 경우와 마찬가지로, 수평편파의 측정결과와 수직편파의 측정결과를, 진수로 변환한 수치로 가산을 행한다.

마지막으로 스텝 5에서는, 방사효율 연산처리로서, 수평편파의 측정결과 및 수직편파의 측정결과에 기초하는 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 전체 공간에 대하여 구면(球面) 적분하고, 피측정 안테나(4A)의 방사효율(η)을 이하의 수학식 1에 기초하여 산출한다.

한편, 수학식 1에 있어서, λ는 측정 주파수의 파장을 나타내고, G는 측정 안테나(5)의 이득을 나타내고 있다. 또한, Δφ는 앙각(φ) 방향의 측정 각도 스텝을 나타내며, 본 실시형태에서는 Δφ는 90도(Δφ=π/2[라디안])로 되어 있다. 또한, Δθ는 방위각(θ) 방향의 측정 각도 스텝을 나타내며, 본 실시형태에서는 예를 들면 Δθ는 10도(Δθ=π/18[라디안])로 되어 있다.

본 실시형태에서는, 상술한 바와 같은 방사효율의 측정방법을 이용하는 것이며, 다음으로, 상술한 방사효율의 측정방법을 이용하여 실제의 휴대전화에 대한 방사효율을 측정하였다. 그 결과를 도 4 중에 백색의 원표시를 이용하여 나타낸다.

또한 비교예로서, 종래 기술과 마찬가지로 전체 입체각에 대하여 방사 전자계를 측정하여 방사효율을 구하였다. 이 결과를 도 4 중에 흑색의 사각표시를 이용하여 나타낸다. 이때, 앙각(φ)은 0도∼90도의 범위에서 10도마다 변화시키고, 방위각(θ)은 0도∼360도의 범위에서 10도마다 변화시켰다. 그리고 이들 모든 앙각(φ) 및 방위각(θ)에 대하여 파라미터(S21)를 측정하고, 이 측정결과를 전체 공간에 대하여 구면 적분하였다.

한편, 본 실시형태 및 비교예의 모든 경우에, 휴대전화에서 사용하는 2개의 주파수대역(824∼960MHz 및 1710∼2170MHz)에 대하여 방사효율의 측정을 행하였다.

도 4의 결과로부터, 본 실시형태와 비교예에서는 방사효율이 거의 같은 값이 되어 ±1.0dB 이내로 일치하는 것이 확인되었다. 이때, 비교예의 경우, 아지머스 테이블(2)의 회전속도를 3rpm으로 설정한 상태에서 방사효율을 구하면, 20분 정도의 측정 시간이 필요하게 되었다. 이에 반해, 본 실시형태와 같이 2면만 측정한 경우에는 2분 정도로 방사효율의 측정이 종료되어 측정 시간을 단축할 수 있었다.

이렇게 하여 본 실시형태에서는, 앙각(φ) 방향에 대하여 2개의 각도(φ1, φ2)의 2면에서 피측정 안테나(4A)의 방위각 방향 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 측정하여 방사효율(η)을 연산하기 때문에, 전체 입체각에 걸쳐 방사 전자계 등을 측정하는 경우에 비해 측정 시간을 예를 들면 1/10 정도로 단축할 수 있다.

또한, 앙각 전환부(3A)는 피측정물(4)(피측정 안테나(4A))을 앙각(φ) 방향에 대하여 2개의 각도(φ1, φ2)로 전환하는 구성으로 했기 때문에, 종래 기술과 같이 예를 들면 앙각(φ) 방향으로 10도마다 변화시킬 때에 비해, 앙각 전환부(3A)의 구성을 간략화할 수 있어 장치 전체를 소형화할 수 있다. 이 때문에, 소형의 전파 무향 챔버(1)를 이용하여 피측정 안테나(4A)의 방사효율(η)을 측정할 수 있다.

또한, 피측정 안테나(4A)는 메인 빔의 방사패턴이 앙각(φ) 방향에 대하여 대칭성을 가지는 구성으로 하였다. 이 때문에, 메인 빔의 방사패턴의 대칭성에 의해, 앙각(φ) 방향에 대하여 서로 90도 다른 2개의 각도(φ1, φ2)의 2면에서 방위각 방향의 방사패턴을 측정하고, 이 방사패턴을 구 형상으로 적분하는 것만으로, 전체 입체각에 걸쳐 방사패턴을 측정했을 때와 같은 정도의 정밀도로 피측정 안테나(4A)의 방사효율(η)을 측정할 수 있다.

특히, 피측정 안테나(4A)의 전압정재파비를 1∼3으로 한정했을 때에는, 피측정 안테나(4A)에 접속하는 고주파 케이블(7A)의 영향이 적어지기 때문에, 방사패턴이 일정해져 ±1dB 미만의 측정 오차로 피측정 안테나(4A)의 방사효율(η)을 측정할 수 있다.

한편 상기 실시형태에서는, 도 3 중의 스텝 1, 2는 제1의 방사패턴 측정수단(제1의 방사패턴 측정공정)의 구체예, 스텝 3, 4는 제2의 방사패턴 측정수단(제2의 방사패턴 측정공정)의 구체예, 스텝 5는 방사효율 연산수단(방사효율 연산공정)의 구체예를 각각 나타내고 있다.

또한 상기 실시형태에서는, 제1, 제2의 각도(φ1, φ2)는 0도와 90도로 각각 설정하는 것으로 하였다. 그러나 본 발명은 이에 한하지 않으며, 제1, 제2의 각도(φ1, φ2)는 서로 90도 다르면 되고, 예를 들면 -45도와 +45도로 각각 설정하는 구성으로 해도 된다.

또한 상기 실시형태에서는, 피측정 안테나(4A)로서 휴대전화의 휩 안테나, 내장 칩 안테나를 사용하는 구성으로 했지만, 예를 들면 다이폴 안테나, 모노폴 안테나 등의 다른 형식의 각종 안테나를 사용해도 된다. 마찬가지로, 측정 안테나(5)로서 바이코니컬 안테나를 사용하는 구성으로 했지만, 다른 형식의 안테나를 사용해도 된다.

Claims

측정 대상이 되는 피측정 안테나와,

상기 피측정 안테나와 거리치수(R)만큼 이간한 위치에 형성된 측정 안테나와,

상기 측정 안테나에 접속되어 상기 피측정 안테나가 방사하는 전자계를 측정하는 전자계 측정기와,

상기 피측정 안테나를 앙각(φ) 방향에 대하여 서로 90도 다른 제1, 제2의 각도(φ1, φ2)로 전환하는 앙각 전환수단과,

상기 피측정 안테나를 방위각(θ) 방향에 대하여 회전시키는 방위각 회전수단과,

상기 앙각 전환수단을 이용하여 상기 피측정 안테나의 앙각(φ)을 제1의 각도(φ1)로 전환한 상태에서 상기 방위각 회전수단을 이용하여 상기 피측정 안테나를 방위각(θ) 방향으로 회전시키고, 상기 전자계 측정기를 이용하여 제1의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 측정하는 제1의 방사패턴 측정수단과,

상기 앙각 전환수단을 이용하여 상기 피측정 안테나의 앙각(φ)을 제2의 각도(φ2)로 전환한 상태에서 상기 방위각 회전수단을 이용하여 상기 피측정 안테나를 방위각(θ) 방향으로 회전시키고, 상기 전자계 측정기를 이용하여 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 측정하는 제2의 방사패턴 측정수단과,

측정 주파수의 파장을 λ라고 하고, 상기 측정 안테나의 이득을 G라고 하고, 앙각(φ) 방향의 측정 각도 스텝을 Δφ라고 하고, 방위각(θ) 방향의 측정 각도 스텝을 Δθ라고 했을 때에, 상기 제1, 제2의 방사패턴 측정수단에 의해 측정한 제1, 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 이용하고, 상기 피측정 안테나의 방사효율(η)을

에 기초하여 연산하는 방사효율 연산수단을 포함하며,

상기 피측정 안테나는 메인 빔의 방사패턴이 앙각(φ) 방향에 대하여 대칭성을 가지는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사효율 측정장치.
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피측정 안테나와 측정 안테나를 거리치수(R)만큼 이간한 위치에 형성하고, 상기 측정 안테나를 이용하여 상기 피측정 안테나의 방사효율을 측정하는 방사효율 측정방법에 있어서,

상기 피측정 안테나의 앙각(φ)을 제1의 각도(φ1)로 전환한 상태에서 상기 피측정 안테나를 방위각(θ) 방향으로 회전시키고, 제1의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 측정하는 제1의 방사패턴 측정공정과,

상기 피측정 안테나의 앙각(φ)을 제1의 각도(φ1)와 90도 다른 제2의 각도(φ2)로 전환한 상태에서 상기 피측정 안테나를 방위각(θ) 방향으로 회전시키고, 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 측정하는 제2의 방사패턴 측정공정과,

측정 주파수의 파장을 λ라고 하고, 상기 측정 안테나의 이득을 G라고 하고, 앙각(φ) 방향의 측정 각도 스텝을 Δφ라고 하고, 방위각(θ) 방향의 측정 각도 스텝을 Δθ라고 했을 때에, 상기 제1, 제2의 방사패턴 측정공정에 의해 측정한 제1, 제2의 방위각면 방사패턴 S21(R, θ, φ)을 이용하고, 상기 피측정 안테나의 방사효율(η)을

에 기초하여 연산하는 방사효율 연산공정을 포함하며,

상기 피측정 안테나는 메인 빔의 방사패턴이 앙각(φ) 방향에 대하여 대칭성을 가지는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사효율 측정방법.
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