KR102481050B1 - 어레이 안테나의 총 복사 전력을 측정하기 위한 방법, 장치 및 시스템 - Google Patents

어레이 안테나의 총 복사 전력을 측정하기 위한 방법, 장치 및 시스템 Download PDF

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Abstract

어레이 안테나의 총 복사 전력을 측정하기 위한 방법, 장치 및 시스템이 제공된다. 방법은, 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능을 결정하고 레일리 분해능에 따라 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격(stepping grid spacing)을 세팅하는 단계; 및 스테핑 그리드 간격에 따라 샘플링 포인트들을 결정하고, 샘플링 포인트들의 포지션들에서 등가 등방성 복사 전력(EIRP)을 측정하고, EIRP에 따라 TRP를 결정하는 단계를 포함한다. 15°의 각도 스테핑 그리드들(θgrid 및 φgrid)을 사용하는 종래의 테스트 모드와 비교하면, 이는 측정 에러들을 감소시키고, 부가적으로 정규화된 파동 벡터 공간 변환을 통해, 샘플링 포인트들의 수가 추가로 감소되고, 측정 효율이 개선된다.

Description

어레이 안테나의 총 복사 전력을 측정하기 위한 방법, 장치 및 시스템
본 출원은 무선 통신 기술 분야에 관한 것으로, 특히 어레이 안테나의 총 복사 전력(TRP; total radiated power)을 측정하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
더 높은 품질, 더 높은 화질, 더 빠른 응답 속도를 갖는 콘텐츠가 점점 더 많이 요구됨에 따라, 대규모 다중 입력 다중 출력(대규모-MIMO; massive multiple input multiple output) 어레이 안테나, 빔 포밍 및 밀리미터파 통신들과 같은 다수의 새로운 기술들을 포함하는 5-세대(5G) 모바일 통신 기술들이 출현하게 되었다. 밀리미터파 통신 기술은 주로 밀리미터 파장(30GHz 내지 300GHz 범위의 주파수들)을 갖는 전자파들이 네트워크에 액세스하는 기지국에 대한 반송파로서 사용되는 통신 기술을 지칭한다. 밀리미터파 기술의 개입은 요소 크기를 밀리미터 스케일로 감소시켰다. 대규모-MIMO 어레이 안테나 기술은 5G 통신 제품들에서 널리 사용된다. 어레이 안테나의 요소 유닛들의 수는 128개 내지 256개의 범위에 있고, 심지어 512개에 이른다. 이러한 경우들은 모두 성공적인 응용 사례들을 갖는다. 밀리미터파 회로들의 설계 및 대규모-MIMO 어레이 안테나의 적용은 활성 안테나 시스템(AAS)과 무선 원격 유닛(RRU, radio remote unit)의 통합을 요구한다.
3세대 파트너십 프로젝트(3GPP)에서, 표준 TS38.104는, 밀리미터파 AAS 통합 기지국이 2-O 유형 5G 장비에 속하고, 밀리미터파 AAS 통합 기지국의 무선 주파수 인덱스는 OTA(over the air) 방식으로 밀리미터파 챔버(millimeter wave chamber)에서 측정될 필요가 있다는 것을 규정한다. 기지국의 TRP는 핵심적인 OTA 테스트 아이템이고, 기지국 출력 전력, 스퍼(spur)들 및 인접 채널 누설 비(ACLR)와 같은 다중 무선 주파수 인덱스들을 측정하기 위한 토대이다.
저주파 대역(6GHz 미만)에서의 종래의 TRP 측정에 있어, 미국 CTIA(Cellular Telecommunications and Internet Association) 사양 및 중국 통신 산업 표준 YD/T 1484는 각도 스테핑 그리드들(θgrid 및 φgrid)이 둘 모두 15°라는 것을 규정한다. 그러나 밀리미터파 대규모-MIMO 어레이 안테나 기지국의 경우에, 위에서 언급된 테스트 사양은 비교적 큰 측정 에러들로 이어진다.
본 발명의 실시예들은 측정 에러들을 감소시키도록, 어레이 안테나의 TRP를 측정하기 위한 방법, 장치 및 시스템을 제공한다.
본 개시내용의 실시예는 어레이 안테나의 총 복사 전력(TRP)을 측정하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 아래에서 설명되는 단계들을 포함한다.
각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들이 결정되고, 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격(stepping grid spacing)들이 레일리 분해능들에 따라 세팅된다.
스테핑 그리드 간격들에 따라 샘플링 포인트들이 결정되고, 등가 등방성 복사 전력(EIRP)이 샘플링 포인트의 포지션들에서 측정되고, EIRP에 따라 TRP가 결정된다.
본 개시내용의 실시예는 추가로, 어레이 안테나의 총 복사 전력(TRP)을 측정하기 위한 장치를 제공한다. 장치는 스테핑 그리드 간격 세팅 모듈 및 TRP 결정 모듈을 포함한다.
스테핑 그리드 간격 세팅 모듈은 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하고 레일리 분해능들에 따라 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격들을 세팅하도록 구성된다.
TRP 결정 모듈은 스테핑 그리드 간격들에 따라 샘플링 포인트들을 결정하고, 샘플링 포인트들의 포지션들에서 등가 등방성 복사 전력(EIRP)을 측정하고, EIRP에 따라 TRP를 결정하도록 구성된다.
본 개시내용의 실시예는 추가로, 어레이 안테나의 총 복사 전력(TRP)을 측정하기 위한 시스템을 제공한다. 시스템은 턴테이블 상에 고정된 테스트 중인 장비, 테스트 안테나 시스템, 전력 검출기 및 테스트 기계를 포함한다. 테스트 중인 장비는 함께 통합되는 어레이 안테나 및 무선 원격 유닛을 포함한다. 전력 검출기는 테스트 안테나 시스템에 연결된다. 테스트 기계는 테스트 중인 장비, 턴테이블, 테스트 안테나 시스템 및 전력 검출기에 각각 연결된다.
테스트 기계는 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하고 레일리 분해능들에 따라 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격들을 세팅하고, 스테핑 그리드 간격들에 따라 샘플링 포인트들을 결정하고, 테스트 중인 장비, 턴테이블, 테스트 안테나 시스템 및 전력 검출기를 제어하여 샘플링 포인트들의 포지션들에서 등가 등방성 복사 전력(EIRP)을 측정하고, EIRP에 따라 TRP를 결정하도록 구성된다.
본 개시내용의 실시예는 추가로, 어레이 안테나의 총 복사 전력(TRP)을 측정하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 아래에서 설명되는 단계들을 포함한다.
어레이 안테나의 샘플링 포인트들의 그리드 간격들이 정규화된 파동 벡터 공간에서 결정되고;
정규화된 파동 벡터 공간에서의 균일 샘플링 포인트들이 그리드 간격들에 따라 결정되고;
각도 공간에서 대응하는 비-균일 샘플링 포인트들이 정규화된 파동 벡터 공간에서의 균일 샘플링 포인트들에 따라 결정되고; 그리고
EIRP는 구면 좌표계에서 비-균일 샘플링 포인트들의 포지션들에 따라 각도 공간에서 측정되고 TRP는 EIRP에 따라 결정된다.
본 개시내용의 실시예는 추가로, 어레이 안테나의 총 복사 전력(TRP)을 측정하기 위한 장치를 제공한다. 이 장치는 그리드 간격 결정 모듈, 균일 샘플링 포인트 결정 모듈, 비-균일 샘플링 포인트 결정 모듈 및 TRP 결정 모듈을 포함한다.
그리드 간격 결정 모듈은 정규화된 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 샘플링 포인트들의 그리드 간격들을 결정하도록 구성되고;
균일 샘플링 포인트 결정 모듈은 그리드 간격들에 따라 정규화된 파동 벡터 공간에서 균일 샘플링 포인트들을 결정하도록 구성되고;
비-균일 샘플링 포인트 결정 모듈은 정규화된 파동 벡터 공간에서의 균일 샘플링 포인트들에 따라 각도 공간에서의 대응하는 비-균일 샘플링 포인트들을 결정하도록 구성되고; 그리고
TRP 결정 모듈은 구면 좌표계에서 비-균일 샘플링 포인트들의 포지션들에 따라 각도 공간에서 EIRP을 측정하고 EIRP에 따라 TRP를 결정하도록 구성된다.
본 개시내용의 실시예는 추가로, 어레이 안테나의 총 복사 전력(TRP)을 측정하기 위한 시스템을 제공한다. 시스템은 턴테이블 상에 고정된 테스트 중인 장비, 테스트 안테나 시스템, 전력 검출기 및 테스트 기계를 포함한다. 테스트 중인 장비는 함께 통합되는 어레이 안테나 및 무선 원격 유닛을 포함한다. 전력 검출기는 테스트 안테나 시스템에 연결된다. 테스트 기계는 테스트 중인 장비, 턴테이블, 테스트 안테나 시스템 및 전력 검출기에 각각 연결된다.
테스트 기계는, 정규화된 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 샘플링 포인트들의 그리드 간격들을 결정하고, 그리드 간격들에 따라 정규화된 파동 벡터 공간에서 균일 샘플링 포인트들을 결정하고, 정규화된 파동 벡터 공간에서의 균일 샘플링 포인트들에 따라 각도 공간에서의 대응하는 비-균일 샘플링 포인트들을 결정하고, 테스트 중인 장비, 턴테이블, 테스트 안테나 시스템 및 전력 검출기를 제어하여 구면 좌표계에서 비-균일 샘플링 포인트들의 포지션들에 따라 각도 공간의 EIRP을 측정하고, EIRP에 따라 TRP를 결정하도록 구성된다.
본 개시내용의 다른 실시예는 추가로 저장 매체를 제공한다. 저장 매체는 실행될 때 위의 임의의 방법 실시예의 단계들을 구현하도록 구성되는 컴퓨터 프로그램을 저장한다.
본 개시내용의 다른 실시예는 추가로 전자 장치를 제공한다. 전자 장치는 메모리 및 프로세서를 포함한다. 메모리는 컴퓨터 프로그램을 저장한다. 프로세서는 위의 임의의 방법 실시예의 단계들을 구현하기 위해 컴퓨터 프로그램을 실행하도록 구성된다.
15°의 각도 스테핑 그리드들(θgrid 및 φgrid)을 사용하는 종래의 테스트 방식과 비교하면, 본 개시내용의 실시예들은 측정 에러들을 감소시키고, 부가적으로 정규화된 파동 벡터 공간 변환을 통해, 샘플링 포인트들의 수가 추가로 감소되고, 측정 효율이 개선된다.
본 개시내용의 다른 특징들 및 이점들은 이하 설명에서 상세히 설명될 것이고, 또한 설명으로부터 부분적으로 명백해지거나, 또는 본 개시내용의 구현을 통해 이해될 것이다. 본 개시내용의 목적 및 다른 이점들은 상세한 설명, 청구범위 및 도면들에 기술된 구조들을 통해 구현 및 획득될 수 있다.
도면들은 본 개시내용의 방식들의 추가의 이해를 제공하고, 설명의 부분을 구성하고, 본 출원의 실시예들과 함께 본 개시내용의 방식들을 설명하는데 사용되며, 본 개시내용의 방식들을 제한하지 않는다.
도 1은 초기 스캐닝 각도들(θ 및 φ)이 변동되고 8x16 요소 어레이의 θgrid 및 φgrid가 각각 15°의 스캐닝 간격을 갖는 경우에 계산된 TRP 값의 큰 변동들을 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 테스트 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른 테스트 환경의 공간 좌표계이다.
도 4a는 규칙적 직사각형 요소 어레이의 개략도이다.
도 4b 및 도 4c는 각각, 불규칙적 어레이의 개략도이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따라, 균일 샘플링 방식을 사용함으로써 어레이 안테나의 TRP를 측정하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 개시내용의 실시예에 따라, 균일 샘플링 방식을 사용함으로써 어레이 안테나의 TRP를 측정하기 위한 장치의 개략도이다.
도 7a 및 도 7b는 각각, 각도 공간에서 실험 안테나의 시뮬레이팅된 3-차원 패턴의 2-차원 평면 전개이다.
도 8은 본 개시내용의 실시예에 따라, 비-균일 샘플링 방식을 사용함으로써 어레이 안테나의 TRP를 측정하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 9는 본 개시내용의 실시예에 따라, 비-균일 샘플링 방식을 사용함으로써 어레이 안테나의 TRP를 측정하기 위한 장치의 개략도이다.
도 10a 및 도 10b는 각각, 정규화된 파동 벡터 공간에서 실험 안테나의 시뮬레이팅된 3-차원 패턴의 2-차원 평면 전개이다.
도 11은 본 개시내용의 응용 사례에 따라 균일 샘플링 방식을 사용함으로써 어레이 안테나의 TRP 측정하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 12는 본 개시내용의 응용 사례에 따라 비-균일 샘플링 방식을 사용함으로써 어레이 안테나의 TRP를 측정하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 13은 8×16 요소 어레이의 θgrid 및 φgrid가 각각 1°로부터 30°로 변동되는 경우 θgrid 및 φgrid의 2차원들에서 계산되는 TRP 에러들의 분포도이다.
본 개시내용의 실시예들은 도면들과 함께 아래에서 상세히 설명된다. 충돌하지 않는 경우, 본원에서 설명된 실시예들 및 그의 특징들은 서로 결합될 수 있다는 것이 주의될 것이다.
도면들 사이에서 흐름도들로 예시된 단계들은 예컨대, 컴퓨터-실행 가능 명령들의 세트를 실행할 수 있는 컴퓨터 시스템에 의해 수행될 수 있다. 더욱이, 논리 시퀀스들이 흐름도들에서 예시되지만, 예시되거나 설명된 단계들은 일부 경우들에 본원에서 설명된 것들과 상이한 시퀀스들로 수행될 수 있다.
현재, TRP는 3-차원 턴테이블을 사용함으로써 밀리미터파 챔버에서 측정될 수 있다. 이 프로세스는 다음 단계들을 포함하는데: 테스트중인 장비(EUT)가 턴테이블 상에 고정되고 EUT의 등가 등방성 복사 전력(EIRP)이 원거리 필드에서 수신 프로브를 통해 측정된다. 안테나 구면 필드의 EIRP 분포는 구면 좌표계에서 원뿔 탄젠트 방법 또는 대원(large circle) 탄젠트 방법을 사용함으로써 측정된다. 마지막으로, TRP는 아래에 설명된 공식(3GPP TS37.843에서 인용됨)을 참조하여 계산된다.
Figure 112020130829447-pct00001
(1)
공식(1)에 따라, TRP는 NxM 번의 EIRP 측정에 기초하여 계산된다. N 및 M 값들은 θ 및 φ의 스테핑 그리드들에 의존한다:
Figure 112020130829447-pct00002
및
Figure 112020130829447-pct00003
.
저주파 대역(6GHz 미만)에서의 종래의 TRP 측정에 있어, 미국 CTIA 사양 및 중국 통신 산업 표준 YD/T 1484는 각도 스테핑 그리드들(θgrid 및 φgrid)이 둘 모두 15°라는 것을 규정한다.
예로써 성숙한 128-요소(8x16 배열됨) 어레이 안테나를 사용하면, 송신 신호는 30GHz이고, 구면 측정에서 스테핑 그리드들(θgrid 및 φgrid)은 둘 모두 15°이며, TRP는 종래 방식에 따라 측정된다(즉, YD/T 1484의 측정 단계들). 측정 에러들을 정량적으로 관찰하기 위해, 구 상에서 EIRP를 측정하는 초기 포지션은 1°로부터 15°로 변동된다. 도 1을 참조하면, TRP의 실제 값에 대한 TRP의 최종 테스트 값의 변동 곡선이 획득된다. 어레이 안테나의 유닛 간격은 0.5λ이고, 가로축은 스캐닝 시작 포인트의 포지션을 지칭한다. 15°의 이러한 종래의 스캐닝 간격은 일반적으로 6GHz 미만의 단말 장비에 적용된다. 15°의 스캐닝 간격을 사용하면, 시작 포인트의 포지션이 변동됨에 따라 TRP의 계산된 결과가 약 14dB만큼 변동된다는 것이 도 1로부터 알 수 있다. 주요 이유는 밀리미터파 어레이 안테나의 퍼스트 널 빔폭(FNBW; first null beamwidth)이 종래의 6GHz 미만의 안테나 빔의 FNBW보다 작다는 것이다. 밀리미터파 기지국 안테나의 구면 에너지 밀도 공간의 경우, 15°에 따른 각도 그리드 샘플링은 왜곡된 측정 결과들을 야기한다. 따라서, 15°의 스캔 간격은 더 이상 TRP 값을 정확하게 반영할 수 없다. 포인트들의 수를 증가시키고 스캐닝 밀도를 증가시킬 필요가 있다.
15°의 스캐닝 간격을 갖는 종래의 TRP 테스트 방식은 밀리미터파 어레이 안테나의 TRP 측정에 효과적으로 적용될 수 없기 때문에, 종래의 테스트 방식을 업그레이드하고 심지어는, 이 상황을 처리하기 위한 아주 새로운 테스트 방식을 설계할 필요가 있다.
밀리미터파 대규모-MIMO 어레이 안테나의 TRP를 측정하기 위한 기술은 여전히 연구 중이다. 현재, 잘 알려진 밀리미터파 챔버들(이를테면, 미국의 KeySight Company 및 프랑스의 MVG Company)에 의해 채택된 종래의 방식은 1°이하의 스테핑 그리드들(θgrid 및 φgrid)을 사용함으로써 EIRP를 측정하고 미세한 3-차원 패턴을 획득하고, 그 후 TRP를 계산하는 것이다. 그러나 이 방법은 이론적으로 최소 360×180 번의 측정들을 요구하며 효율이 높지 않다.
한마디로, 15°그리드를 사용하는 종래의 TRP 알고리즘은 5G 기지국의 밀리미터파 어레이 안테나의 총 복사 전력 측정에 더 이상 적용 가능하지 않다. 그러나 챔버에서 약 1°스텝핑을 사용하는 종래의 방식은 너무 많은 샘플링 포인트들로 이어지고, 측정 효율이 낮다.
본 개시내용의 실시예들은 측정 에러들을 감소시키고 측정 효율을 개선할 수 있는, 어레이 안테나의 TRP를 측정하기 위한 방법, 장치 및 시스템을 제공한다.
테스트 환경은 아래에서 설명된다.
일반적으로, 예시적인 실시예에 따르면, 마이크로파 챔버는 밀리미터파 어레이 안테나를 갖는 EUT(예컨대, 송신 체인 및 수신 체인 포함함)의 완전한 원거리 필드 특성화를 위해 사용될 수 있다. 부가적으로, 적어도 하나의 테스트 안테나, 수신 링크 및 검출 디바이스가 복사 에너지의 분포를 테스트하는 데 사용될 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예에 따라 밀리미터파 AAS 장비의 TRP를 측정하기 위한 챔버 OTA 테스트 시스템의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 시스템(200)은 EUT(210)의 TRP를 측정하도록 구성된다. EUT(210)는 무선 원격 유닛(RRU)(211) 및 어레이 안테나(212)를 포함한다. 어레이 안테나(212) 및 RRU(211)는 점선에 의해 도시된 바와 같이 통합된 디바이스를 형성하도록 긴밀하게 통합된다. RRU 및 안테나 시스템이 별개이고 독립적으로 측정 가능한 경우와 달리, EUT(210)의 송신 채널 및 수신 채널은 어레이 안테나(212)의 유닛에 직접 연결된다. 설명된 실시예들에서, 어레이 안테나(212)는 매트릭스 유형으로 배열된 안테나 또는 다른 불규칙하게 배열된 안테나들일 수 있고, 복사된 전자기파 에너지는 밀리미터파 대역에 있을 수 있다.
어레이 안테나(212) 및 RRU(211)는 무선 연결 없이 함께 통합되기 때문에, 어레이 안테나는 격리된 채로 테스트될 수 없다. 이는, EIRP, TRP, 등가 전방향 민감도(EIRS) 및 총 전방향 민감도(TIS)를 포함하는 무선 주파수 전체 기계 인덱스들이 단순히 어레이 안테나(212)의 복사 성능 및 RRU(211)의 송신 및 수신 링크 성능을 테스트함으로써 계산될 수 없음을 의미한다. 측정들은 EUT(210) 상에서 동시에 수행될 필요가 있다.
EUT(210)는 턴테이블(220) 상에 고정된다. 턴테이블(220)은 수평 평면 및 피치 평면 상에서 회전 가능하다.
테스트 안테나 시스템(230)은 테스트 안테나(231), 안테나 고정 지지부(232) 및 테스트 케이블(233)을 포함한다. 테스트 안테나(231)는 단일 안테나 또는 다수의 안테나일 수 있다. 안테나 고정 지지부(232)는 테스트 안테나(231)를 고정하도록 구성되고 3-차원 공간에서 이동할 수 있다. 테스트 안테나(231)는 테스트 케이블(233)을 통해 전력 검출기(240)에 연결된다. 전력 검출기(240)는 벡터 네트워크 분석기, 분광계, 전력계 등일 수 있다.
EUT(210), 턴테이블(220), 안테나 고정 지지부(232) 및 전력 검출기(240)는 테스트 기계(250)에 연결된다. 테스트 기계(250)는 EUT(210)의 송신 및 수신, 턴테이블(220)의 회전, 안테나 고정 지지부(232)의 움직임(movement), 전력 검출기(240)의 송신 및 수신, 레코드, EIRP의 값을 포함하는 프로세스 관련 테스트 데이터 및 레코드 로그를 제어하도록 구성될 수 있다.
전체 테스트 프로세스 동안, 완전 무반향(full anechoic) 챔버 환경은 무한한 공간의 경우를 시뮬레이팅하도록 흡수 재료(260) 및 챔버 외부 벽(270)에 의해 외부 환경으로부터 격리된다.
도 3은 예시적인 실시예에 따라 EUT(210) 상의 어레이 안테나(212)의 기준 포인트를 갖는 좌표계의 개략도이다. x-축은 기본적으로 안테나 어레이 평면의 법선 방향과 일치한다. y-축 및 z-축은 각각 수평 방향 및 수직 방향에 대응한다. 여기에서, 2개의 공간 좌표들은 방향들을 설명하는데 사용된다. 하나는 구면 좌표계에서 (θ, φ)로 표현되는 각도 공간이다. 예컨대, (90°, 0°)로서 교정된 파동 벡터 방향은 x-축 방향을 가리키는 것을 의미한다. 다른 하나는 데카르트 좌표계에서 (Ky, Kz)에 의해 표현되는 정규화된 파동 벡터 공간이다. Ky 및 Kz는 각각, y-축 및 z-축 상에 투영된 정규화된 파동 벡터의 크기를 나타낸다. 예컨대, (0, 0)으로서 교정된 파동 벡터 방향은 x-축 방향을 가리키는 것을 의미한다. 각도 공간(θ, φ)과 정규화된 파동 벡터 공간(Ky, Kz) 사이에는 공간 변환 관계가 존재한다.
도 4는 예시적인 실시예에 따라 어레이 안테나(212)에서 어레이 유닛들의 여러 배열들을 도시한다. 도 4a는 일반적인 직사각형 어레이를 도시하고, 직사각형 어레이에서 유닛 간격은 d이고, 각각의 유닛은 일반적으로 a의 변 길이를 갖는 정사각형이다. y 방향 및 z 방향으로 직사각형 어레이의 변 길이들은 각각 Dy 및 Dz이다. 유닛 간격 d는 일반적으로 λ/2이고, 변 길이 a는 유닛 간격 d 이하이고, M×N 어레이의 변 길이들은 Dy
Figure 112020130829447-pct00004
Nλ/2 및 Dz
Figure 112020130829447-pct00005
Mλ/2를 충족한다. 예로서 8×16 어레이 안테나를 사용하면, 안테나 크기는 Dy
Figure 112020130829447-pct00006
8λ 및 Dz
Figure 112020130829447-pct00007
4λ로서 표현될 수 있다. 어레이 안테나의 원거리 필드 패턴은 대략 어레이 안테나의 형상을 갖는 푸리에 변환이다. 따라서 나이퀴스트(Nyquist) 샘플링 법칙에 따라, θ 방향의 샘플링 간격 및 φ 방향의 샘플링 간격이 각각 레일리 분해능들 sin-1(λ/Dy) 및 sin-1(λ/Dz) 미만인 한, 이산 샘플링은 어레이 정보를 거의 손실하지 않는다. 이 샘플링 간격을 사용하여, TRP의 정수 값은 이러한 직사각형 어레이의 TRP의 실제 값을 표현할 수 있다.
도 4b는 Z-유형 어레이를 도시한다. 이 형상은 불규칙적이고 명백한 규칙성을 결여한 패턴에 대응하지만, 이 형상은 우측 상위 코너 및 좌측 하위 코너에 일부 유닛들이 없는 Dy×Dz 직사각형 어레이로서 간주될 수 있다. Dy 및 Dz는 각각, y 방향 및 z 방향으로 Z-유형 어레이의 최대 크기로서 간주될 수 있다. 따라서, 나이퀴스트 샘플링 법칙에 따라, 패턴의 샘플링 간격이 각각 Dy 및 Dz에 대응하는 레일리 분해능들 미만인 경우에, 이산 샘플링은 등가 직사각형 어레이에 관한 정보를 거의 손실하지 않고, 이에 따라 Z-유형 어레이에 관한 정보도 손실되지 않을 것이다. 이 샘플링 간격을 사용하여, TRP의 정수 값은 Z-유형 어레이의 TRP의 실제 값을 표현할 수 있다.
도 4c는 O-유형 어레이를 도시한다. 이 형상에 대응하는 패턴은 에어리 디스크(airy disk)인 경향이 있다. 유사하게, 이 형상은 어레이 주위에 일부 유닛들이 없는 Dy x Dz 직사각형 어레이로서 간주될 수 있다. 따라서, 나이퀴스트 샘플링 법칙에 따라, 패턴의 샘플링 간격이 각각 Dy 및 Dz에 대응하는 레일리 분해능들 미만인 경우에, 이산 샘플링은 등가 직사각형 어레이에 관한 정보를 거의 손실하지 않고, 이에 따라 O-유형 어레이에 관한 정보도 손실되지 않을 것이다. 이 샘플링 간격을 사용하여, TRP의 정수 값은 O-유형 어레이의 TRP의 실제 값을 표현할 수 있다.
위의 3개의 예들로부터, 각각의 불규칙적 형상 어레이는 직사각형 어레이로서 간주될 수 있다는 것이 분석될 수 있다. y 방향 및 z 방향으로 직사각형 어레이의 변 길이들은 각각 y 방향 및 z 방향으로 불규칙적 형상 어레이의 최대 크기들이다. 샘플링 간격들이 직사각형 어레이에 관한 정보를 손실하지 않는 한, TRP의 적분 값은 TRP의 실제 값을 표현할 수 있다. 따라서, 아래에 설명된 논의에서, 직사각형 어레이의 경우만이 고려된다.
본 개시내용의 실시예들은 2개의 샘플링 방식들을 제공한다. 하나는 각도 공간에서 동일한 각도 간격을 사용하는 샘플링 방식이다. 이 방식은 균일 샘플링 방식으로서 지칭된다. 다른 하나는 정규화된 파동 벡터 공간에서 동일한 간격 샘플링을 수행하는 샘플링 방식이다. 이 샘플링 방법은 각도 공간에서 불균등한 간격들을 보여주고, 따라서 비-균일 샘플링 방식으로서 지칭될 수 있다.
2개의 방식들이 각각 아래에서 설명된다.
1. 균일 샘플링 방식
균일 샘플링 방식은 종래의 각도 공간에서 EIRP를 샘플링하는 것 그리고 TRP를 계산하는 것을 포함한다. 균일 샘플링 방식은 종래의 테스트 사양들(표준 YD/T 1484 및 CTIA 사양)에 따라 밀리미터파 어레이 안테나의 TRP 측정에서의 현저한 에러들을 회피한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 개시내용의 실시예에 따라, 균일 샘플링 방식을 사용함으로써 어레이 안테나의 TRP를 측정하기 위한 방법은 아래에서 설명된 단계들을 포함한다.
단계(501)에서, 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들이 결정되고, 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격(stepping grid spacing)들이 레일리 분해능들에 따라 세팅된다.
각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들은 어레이 안테나의 어레이 크기가 알려져 있는지 여부에 따라 상이한 방식들로 결정될 수 있다.
(1) 어레이 안테나의 어레이 크기가 알려져 있다.
각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들은 어레이 안테나의 어레이 크기 및 신호 파장에 따라 결정된다.
일 실시예에서, 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들은 아래에서 설명되는 방식으로 어레이 안테나의 어레이 크기 및 신호 파장에 따라 결정된다.
Figure 112020130829447-pct00008
및
Figure 112020130829447-pct00009
(2)
θr은 구면 좌표계의 θ 방향으로 어레이 안테나의 레일리 분해능을 나타내고 φr은 구면 좌표계의 φ 방향으로 어레이 안테나의 레일리 분해능을 나타내고, Dy는 수평 방향으로 어레이 안테나의 최대 안테나 어퍼처를 나타내고 Dz는 수직 방향으로 어레이 안테나의 최대 안테나 어퍼처를 나타내고, λ는 신호 파장을 나타낸다.
θr 및 φr이 비교적 작은 값들을 갖는 경우에, 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들은 아래에서 설명되는 방식으로 어레이 안테나의 어레이 크기 및 신호 파장에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112020130829447-pct00010
및
Figure 112020130829447-pct00011
(3)
(2) 어레이 안테나의 어레이 크기가 알려져 있지 않다.
퍼스트 널 빔폭(FNBW)들이 결정된다. 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들은 FNBW들에 따라 결정된다.
안테나 어레이의 크기를 정확히 알 수 없는 경우에(예컨대, 기지국 장비는 열기 어려운 레이돔을 가짐), 메인 빔의 FNBW들이 최대 복사 전력 포인트를 포함하는 구면 좌표계의 방위 평면(azimuth plane) 상에서 그리고 피치 평면 상에서 측정될 수 있다.
일 실시예에서, 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들은 아래에서 설명되는 방식으로 FNBW들에 따라 결정된다.
θr = FNBWθ/2 및 φr = FNBWφ/2
θr은 구면 좌표계의 θ 방향으로 어레이 안테나의 레일리 분해능을 나타내고 φr은 구면 좌표계의 φ 방향으로 어레이 안테나의 레일리 분해능을 나타낸다. FNBWθ는 구면 좌표계의 피치 평면 상에서 패턴의 FNBW를 나타내고, FNBWφ는 구면 좌표계의 방위 평면 상에서 패턴의 FNBW를 나타낸다.
단계(502)에서, 스테핑 그리드 간격들에 따라 샘플링 포인트들이 결정되고, 등가 등방성 복사 전력(EIRP)이 샘플링 포인트들의 포지션들에서 측정되고, EIRP에 따라 TRP가 결정된다.
일 실시예에서, 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격들은 레일리 분해능들 이하가 되도록 세팅된다.
즉, 샘플링 단계 간격들은 구면 좌표계의 θ 방향 및 φ 방향으로 어레이 안테나의 레일리 분해능들(θr, φr)보다 크지 않아야 한다. 즉, θgrid ≤ θr 및 φgrid ≤ φr이다.
실제 적용에서, 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격들은 레일리 분해능들과 동일하도록 세팅된다.
EIRP에 따라 TRP를 결정하는 단계는 공식(1)을 사용함으로써 EIRP에 따라 TRP를 계산하는 단계일 수 있다.
부가적으로, 고주파 5G 기지국에 대해, 기지국의 밀리미터파 대규모-MIMO 어레이 안테나의 출력 신호 전력은 기본적으로 메인 빔을 포함하는 전반구 상에 집중되는 반면, 후방 복사는 비교적 적고, TRP에 대한 후방 복사의 기여는 무시될 수 있어서, 후반구는 더 이상 가치가 없다.
따라서, 일 실시예에서, 공식(1)은 약간 수정된다.
Figure 112020130829447-pct00012
(4)
Figure 112020130829447-pct00013
θgrid는 구면 좌표계의 θ 방향으로의 스테핑 그리드 간격을 나타내고, φgrid는 구면 좌표계의 φ 방향으로의 스테핑 그리드 간격을 나타낸다.
본 개시내용의 이 실시예에서, EIRP에 따라 TRP를 결정하는 단계는 공식(1) 및 공식(4)를 사용할 수 있다는 것이 주의되어야 한다(반드시 그런 것은 아닐 수 있음). 예컨대, 상이한 좌표계들을 사용하기 위해 공식(1) 또는 공식(4)를 수정하는 것이 또한 실현 가능하고 기타 등등이 가능하다.
종래의 방식과 비교하여, 본 개시내용의 이 실시예의 균일 샘플링 방식은 계산 정확도를 개선할 수 있다. 예로서 128-요소(8x16 배열됨) 어레이 안테나를 사용하면, 송신된 밀리미터파 신호는 30GHz이며, 종래의 알고리즘에서의 15°의 스테핑 그리드에 따라, TRP의 계산된 결과는 완전 무반향 챔버 턴테이블의 초기 각도가 변동됨에 따라 14dB 초과의 에러 변동을 갖는다. 어레이 스케일이 더 큰 경우, 에러가 또한 증가할 것이다. 본 발명의 균일 샘플링 방식에서, 레일리 분해능들이 스테핑 그리드들로서 사용되며, TRP의 에러 변동은 동일한 테스트 스트레스 하에서 0.15dB를 초과하지 않는다.
종래의 방식과 비교하여, 본 개시내용의 이 실시예의 균일 샘플링 방식은 계산 효율을 개선할 수 있다. 여전히, 예로서 128-요소(8×16 배열됨) 어레이 안테나를 사용하여, 현재 주류 밀리미터파 챔버의 종래의 측정 방법에 따라 1°의 스테핑 그리드를 사용함으로써 균일 샘플링을 수행되고 반구형 스캐닝을 구현하기 위해 32400(180×180)개의 샘플링 포인트들이 요구된다. 그러나 스테핑을 위해 각도 공간에서 레일리 분해능들을 사용하면, 샘플링 포인트들의 수는 338개(26x13)를 초과하지 않고 효율이 95배만큼 개선된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 개시내용의 실시예에 따라 어레이 안테나의 TRP를 측정하기 위한 장치는 스테핑 그리드 간격 세팅 모듈(601) 및 TRP 결정 모듈(602)을 포함한다.
스테핑 그리드 간격 세팅 모듈(601)은 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하고 레일리 분해능들에 따라 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격들을 세팅하도록 구성된다.
TRP 결정 모듈(602)은 스테핑 그리드 간격들에 따라 샘플링 포인트들을 결정하고, 샘플링 포인트들의 포지션들에서 등가 등방성 복사 전력(EIRP)을 측정하고, EIRP에 따라 TRP를 결정하도록 구성된다.
일 실시예에서, 스테핑 그리드 간격 세팅 모듈(601)은 아래에서 설명된 단계들을 수행하도록 구성된다.
각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들은 어레이 안테나의 어레이 크기 및 신호 파장에 따라 결정된다.
대안적으로, 퍼스트 널 빔폭(FNBW)들이 결정되고, FNBW들에 따라 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들이 결정된다.
일 실시예에서, 스테핑 그리드 간격 세팅 모듈(601)은 아래에서 설명되는 방식으로 어레이 안테나의 어레이 크기 및 신호 파장에 따라 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하도록 구성된다.
Figure 112020130829447-pct00014
및
Figure 112020130829447-pct00015
또는
Figure 112020130829447-pct00016
및
Figure 112020130829447-pct00017
.
θr은 구면 좌표계의 θ 방향으로 어레이 안테나의 레일리 분해능을 나타내고 φr은 구면 좌표계의 φ 방향으로 어레이 안테나의 레일리 분해능을 나타내고, Dy는 수평 방향으로 어레이 안테나의 최대 안테나 어퍼처를 나타내고 Dz는 수직 방향으로 어레이 안테나의 최대 안테나 어퍼처를 나타내고, λ는 신호 파장을 나타낸다.
일 실시예에서, 스테핑 그리드 간격 세팅 모듈(601)은 최대 복사 전력 포인트를 포함하는 구면 좌표계의 방위 평면 상에서 그리고 피치 평면 상에서 메인 빔의 FNBW들을 측정하도록 구성된다.
일 실시예에서, 스테핑 그리드 간격 세팅 모듈(601)은 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들은 아래에서 설명되는 방식으로 FNBW들에 따라 결정하도록 구성된다.
θr = FNBWθ/2 및 φr = FNBWφ/2
θr은 θ 방향으로 어레이 안테나의 레일리 분해능을 나타내고 φr은 구면 좌표계의 φ 방향으로 어레이 안테나의 레일리 분해능을 나타낸다. FNBWθ는 피치 평면 상에서 패턴의 FNBW를 나타내고, FNBWφ는 구면 좌표계의 방위 평면 상에서 패턴의 FNBW를 나타낸다.
일 실시예에서, 스테핑 그리드 간격 세팅 모듈(601)은 레일리 분해능들 이하가 되도록 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격들을 세팅하도록 구성된다.
일 실시예에서, TRP 결정 모듈(602)은 아래에서 설명되는 방식으로 EIRP에 따라 TRP를 결정하도록 구성된다.
Figure 112020130829447-pct00018
Figure 112020130829447-pct00019
는 구면 좌표계의 θ 방향으로의 스테핑 그리드 간격을 나타내고, φgrid는 구면 좌표계의 φ 방향으로의 스테핑 그리드 간격을 나타낸다.
15°의 각도 스테핑 그리드들(θgrid 및 φgrid)을 사용하는 종래의 테스트 방식과 비교하여, 본 개시내용의 실시예들은 측정 에러들을 감소시킨다. 1°의 스테핑 그리드를 갖는 균일 샘플링과 비교하면, 샘플링 포인트들의 수가 감소되고 측정 효율이 개선된다.
이에 대응하여, 도 2를 참조하면, 본 개시내용의 실시예는 어레이 안테나의 총 복사 전력(TRP)을 측정하기 위한 시스템을 제공한다. 시스템은 턴테이블(220) 상에 고정된 테스트 중인 장비(210), 테스트 안테나 시스템(230), 전력 검출기(240) 및 테스트 기계(250)를 포함한다. 테스트 중인 장비(210)는 함께 통합되는 어레이 안테나(212) 및 원격 무선 주파수 유닛(211)을 포함한다. 전력 검출기(240)는 테스트 안테나 시스템(230)에 연결된다. 테스트 기계(250)는 테스트 중인 장비(210), 턴테이블(220), 테스트 안테나 시스템(239) 및 전력 검출기(240)에 각각 연결된다.
테스트 기계(250)는 각도 공간에서 어레이 안테나(212)의 레일리 분해능들을 결정하고 레일리 분해능들에 따라 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격들을 세팅하고, 스테핑 그리드 간격들에 따라 샘플링 포인트들을 결정하고, 샘플링 포인트들의 포지션들에서 등가 등방성 복사 전력(EIRP)을 측정하도록 테스트 중인 장비(210), 턴테이블(220), 테스트 안테나 시스템(230) 및 전력 검출기(240)를 제어하고, EIRP에 따라 TRP를 결정하도록 구성된다.
도 7a 및 도 7b는 각각, 예시적인 실시예에 따라 8x16 직사각형 어레이(410)의 시뮬레이팅된 패턴 및 균일 샘플링 스캐닝 방식의 실연이다. 직사각형 어레이에서, 각각의 유닛은 진폭 및 위상이 동일하고, 유닛 간격 d는 λ/2이고 유닛 크기는 Dy
Figure 112020130829447-pct00020
8λ 및 Dz
Figure 112020130829447-pct00021
4λ를 충족한다. 어레이 안테나는 y-z 평면에 평행하고 어레이 평면의 법선 방향은 x-축에 평행하다. 도 7a의 2-차원 패턴은 전반구 각도 공간(θ, φ)에서 직사각형 안테나의 EIRP 분포를 보여준다. EIRP의 최대 값은 (90°, 0), 즉 x-축 방향이다. 10dB만큼 이격된 다수의 등고선들은 패턴을 여러 구역들로 분할한다. 컬러의 음영은 EIRP의 값의 크기를 표현한다. 컬러가 밝을수록, EIRP의 값이 커지고; 컬러가 어두울수록, EIRP의 값은 작아진다. 가장 어두운 컬러를 갖는 선들로 구성된 메쉬가 2-차원 패턴으로 보일 수 있다. 이러한 메쉬 포인트들 및 메쉬를 구성하는 어두운 곡선들은 정확히 EIRP의 값의 널(null) 포지션들이다.
φ = 0인 피치 평면 상에서, 퍼스트 널 빔폭은 안테나 크기 Dz와 관련된 FNBWθ로 명명될 수 있는데, 즉, FNBWθ/2 = θr = sin-1(λ/Dz)이며, 여기서 θr = sin-1(λ/Dz)이고, 피치 평면 상의 레일리 분해능으로서 지칭될 수 있다. 마찬가지로, θ = 90°인 방위 평면 상에서, 퍼스트 널 빔폭은 FNBWφ로 명명될 수 있고, FNBWφ/2 = φr = sin-1(λ/Dy)이며, 여기서 φr = sin-1(λ/Dy)이고, 방위 평면 상의 레일리 분해능으로서 지칭될 수 있다. 나이퀴스트 샘플링 법칙에 따르면, 방위 평면 및 피치 평면 상에서 2-차원 샘플링 그리드들의 간격들이 개개의 레일리 분해능보다 작은 경우에(θgrid ≤ θr 및 φgrid ≤ φr), 샘플링은 어레이 정보를 거의 손상시키지 않고 무손실 샘플링으로서 간주될 수 있다. 따라서, 위의 샘플링에 기초하여, 계산된 TRP 값은 실제 TRP 값과 일치해야 한다. 이 샘플링 방식은 도 7b의 각도 공간 복사 샘플링 다이어그램에서 "+"로 표시된 주기적 어레이에 의해 표시된 바와 같이 균일 샘플링 방식으로서 지칭된다. 도 7b의 샘플 다이어그램에서, θgrid 및 φgrid의 값들은 개개의 레일리 분해능과 동일하여서, 값 포인트들은 피치 평면 상의 제1 널 포인트(φ = 0) 및 방위 평면 상의 제1 널 포인트(θ = 90°)를 포함한다. 이는 가장 경제적이고 빠른 균일 샘플링 솔루션입니다.
2. 비-균일 샘플링 방식
비-균일 샘플링 방식은 정규화된 파동 벡터 공간의 개념을 도입한다. 이 방식은 먼저, 정규화된 파동 벡터 공간에서의 균일 샘플링 포인트들을 획득하고, 그 후 변환 공식을 사용함으로써 각도 공간에서 비-균일 샘플링 포인트들을 계산하고, 그리하여 샘플링 포인트들 대한 압축을 구현하는 것이다.
이 방식은 정규화된 파동 벡터 공간(Ky, Kz)에서 균일하게 샘플링하는 것이다. 정규화된 파동 벡터 공간(Ky, Kz)과 각도 공간(θ, φ) 사이의 변환 관계는 아래에서 설명된다.
Figure 112020130829447-pct00022
및
Figure 112020130829447-pct00023
(5)
비-균일 샘플링 방식에서, 정규화된 파동 벡터 공간 샘플링을 통해 중복 샘플링 포인트들이 제거되어서, 샘플링 포인트들의 수가 크게 감소된다. 비-균일 샘플링 방식의 테스트 효율은 균일 샘플링 방식의 효율에 비해 분명히 개선된다(비-균일 샘플링 방식의 테스트 효율은 균일 샘플링 방식의 3배 초과임).
도 8에 도시된 바와 같이, 본 개시내용의 실시예에 따라, 비-균일 샘플링 방식을 사용함으로써 어레이 안테나의 TRP를 측정하기 위한 방법은 아래에서 설명된 단계들을 포함한다.
단계(801)에서, 정규화된 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 샘플링 포인트들의 그리드 간격들(Kgrid,y 및 Kgrid,z)이 결정된다.
일 실시예에서, 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들이 결정되고, 정규화된 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 샘플링 포인트들의 그리드 간격들이 레일리 분해능들에 따라 결정된다.
파동 벡터에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들은 어레이 안테나의 어레이 크기가 알려져 있는지 여부에 따라 상이한 방식들로 결정될 수 있다.
(1) 어레이 안테나의 어레이 크기가 알려져 있다.
파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들은 어레이 안테나의 어레이 크기 및 신호 파장에 결정하는 따라 결정된다.
일 실시예에서, 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들은 아래에서 설명되는 방식으로 어레이 안테나의 어레이 크기 및 신호 파장에 따라 결정된다.
Figure 112020130829447-pct00024
및
Figure 112020130829447-pct00025
(6)
Kyr 및 Kzr은 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 나타내고, Dy는 수평 방향으로 어레이 안테나의 최대 안테나 어퍼처를 나타내고 Dz는 수직 방향으로 어레이 안테나의 최대 안테나 어퍼처를 나타내고, λ는 신호 파장을 나타낸다.
(2) 어레이 안테나의 어레이 크기가 알려져 있지 않다.
각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들이 결정되고 각도 공간의 레일리 분해능들은 파동 벡터 공간의 레일리 분해능들로 변환된다.
일 실시예에서, FNBW들이 결정되고, FNBW들에 따라 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들이 결정된다.
안테나 어레이의 크기가 정확히 알 수 없는 경우에(예컨대, 기지국 장비는 열기 어려운 레이돔을 가짐), 메인 빔의 FNBW들이 최대 복사 전력 포인트를 포함하는 구면 좌표계의 방위 평면 상에서 그리고 피치 평면 상에서 측정된다.
일 실시예에서, 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들은 아래에서 설명되는 방식으로 FNBW들에 따라 결정된다.
θr = FNBWθ/2 및 φr = FNBWφ/2
θr은 θ 방향으로 어레이 안테나의 레일리 분해능을 나타내고 φr은 구면 좌표계의 φ 방향으로 어레이 안테나의 레일리 분해능을 나타낸다. FNBWθ는 구면 좌표계의 피치 평면 상에서 패턴의 FNBW를 나타내고, FNBWφ는 구면 좌표계의 방위 평면 상에서 패턴의 FNBW를 나타낸다.
일 실시예에서, 정규화된 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 샘플링 포인트들의 그리드 간격들은 레일리 분해능들 이하가 되도록 세팅된다.
본 개시내용의 이 실시예에서, 정규화된 파동 벡터 공간에서 샘플링 포인트들의 그리드 간격(Kgrid,y 및 Kgrid,z)은 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들(Kyr 및 Kzr) 이하이다.
실제 적용에서, 정규화된 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 샘플링 포인트들의 그리드 간격들을 레일리 분해능들 이하가 되도록 세팅될 수 있다.
단계(802)에서, 정규화된 파동 벡터 공간에서의 균일 샘플링 포인트들(Kym, Kzn)은 그리드 간격들에 따라 결정된다.
일 실시예에서, 균일 샘플링은 정규화된 파동 벡터 공간에서 벡터 샘플링 포인트들
Figure 112020130829447-pct00026
를 형성하기 위해, 이산 값들의 그룹을 획득하도록 그리드 간격들(Kgrid,y 및 Kgrid,z)에 따라 정규화된 파동 벡터 공간에서 수행되고, 그리고
정규화된 파동 벡터 공간에서의 균일 샘플링 포인트들로서
Figure 112020130829447-pct00027
를 만족하는 벡터들(Kym, Kzn)이 선택된다.
단계(803)에서, 각도 공간에서 대응하는 비-균일 샘플링 포인트들이 정규화된 파동 벡터 공간에서의 균일 샘플링 포인트들에 따라 결정된다.
일 실시예에서, 각도 공간에서, 정규화된 파동 벡터 공간의 균일 샘플링 포인트들(Kym, Kzn)에 대응하는 (θn, φm,n)가 정규화된 파동 벡터 공간(Ky, Kz)과 각도 공간(θ, φ) 간의 변환 관계를 통해 결정된다.
변환 공식(5)을 통해, (Kym, Kzn)에 대응하는 (θn, φm,n)이 각도 공간에서 발견된다. θn과 φm,n은 각도 공간에서 비-균일하게 분포된다.
단계(804)에서, EIRP가 구면 좌표계에서 비-균일 샘플링 포인트들(θn, φθm,n)의 포지션들에 따라 각도 공간에서 측정되고 TRP는 EIRP에 따라 결정된다.
일 실시예에서, TRP는 아래에 설명된 방식으로 EIRP에 따라 결정된다.
Figure 112020130829447-pct00028
(7)
Kgrid,y는 정규화된 파동 벡터 공간의 y 방향으로 샘플링 포인트의 그리드 간격을 나타내고, Kgrid,z는 정규화된 파동 벡터 공간의 z 방향으로 샘플링 포인트들의 그리드 간격을 나타낸다.
Figure 112020130829447-pct00029
는 샘플링 포인트의 정규화된 파동 벡터를 나타낸다. 관계
Figure 112020130829447-pct00030
는 1 미만의 모듈러스 값을 갖는 샘플링 포인트들만을 선택하는 것을 지칭한다. 즉, 1 미만의 모듈러스 값에 대한 필터링이 수행된다.
피치 각도(θn) 및 방위 각도(φm,n)는 정규화된 파동 벡터 이산 샘플링 포인트
Figure 112020130829447-pct00031
에 대응하는 각도 공간에서의 이산 값들이다. 즉, 1 미만의 모듈러스 값에 대해 필터링된 정규화된 파동 벡터 이산 샘플링 포인트들
Figure 112020130829447-pct00032
의 이산 값을 구하는 프로세스가 완료된다.
EIRP(θn, φm,n)는 각도 공간에서 이산 샘플링 포인트(θn, φm,n)의 EIRP를 나타낸다.
공식(7)은 파동 벡터 공간에서 표현될 수 있다. 이 경우에, 파라미터들(θn 및 φm,n)은 공간 변환 공식들
Figure 112020130829447-pct00033
및
Figure 112020130829447-pct00034
를 통해 y 방향 및 z 방향으로 정규화된 파동 벡터
Figure 112020130829447-pct00035
의 성분들(Kym 및 Kzn)에 의해 표현될 수 있다.
종래의 방식과 비교하여, 본 개시내용의 이 실시예의 비-균일 샘플링 방식은 계산 정확도를 개선할 수 있다. 예로서 128-요소(8x16 배열됨) 어레이 안테나를 사용하면, 송신된 밀리미터파 신호는 30GHz이며, 종래의 알고리즘의 15°의 스테핑 그리드에 따라, TRP의 계산된 결과는 완전 무반향 챔버 턴테이블의 초기 각도가 변동됨에 따라 14dB 초과의 에러 변동을 갖는다. 어레이 스케일이 커지면, 에러가 또한 증가할 것이다. 본 개시내용에서 구현된 비-균일 샘플링 알고리즘의 에러 변동은 0.3dB를 초과하지 않는다.
종래의 방식과 비교하여, 본 개시내용의 이 실시예에서의 비-균일 샘플링 방식은 계산 효율을 개선할 수 있다. 여전히, 예로서 128-요소(8×16 배열됨) 어레이 안테나를 사용하여, 현재 주류 밀리미터파 챔버의 종래의 측정 방법에 따라 1°의 스테핑 그리드를 사용함으로써 균일 샘플링을 수행되고 반구형 스캐닝을 구현하기 위해 32400(180×180)개의 샘플링 포인트들이 요구된다. 그러나 스테핑을 위해 파형 벡터 공간의 레일리 분해능들을 사용하는 비-균일 샘플링에서, 샘플링 포인트들의 수는 93개를 초과하지 않고 효율이 348 배만큼 개선된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 개시내용의 실시예에 따라, 비-균일 샘플링 방식을 사용함으로써 어레이 안테나의 TRP를 측정하기 위한 장치는 그리드 간격 결정 모듈(901), 균일 샘플링 포인트 결정 모듈(902), 비-균일 샘플링 포인트 결정 모듈(903) 및 TRP 결정 모듈(904)을 포함한다.
그리드 간격 결정 모듈(901)은 정규화된 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 샘플링 포인트들의 그리드 간격들을 결정하도록 구성된다.
균일 샘플링 포인트 결정 모듈(902)은 그리드 간격들에 따라 정규화된 파동 벡터 공간에서 균일 샘플링 포인트들을 결정하도록 구성된다.
비-균일 샘플링 포인트 결정 모듈(903)은 정규화된 파동 벡터 공간에서의 균일 샘플링 포인트들에 따라 각도 공간에서의 대응하는 비-균일 샘플링 포인트들을 결정하도록 구성된다.
TRP 결정 모듈(904)은 구면 좌표계에서 비-균일 샘플링 포인트들의 포지션들에 따라 각도 공간에서 EIRP을 측정하고 EIRP에 따라 TRP를 결정하도록 구성된다.
일 실시예에서, 그리드 간격 결정 모듈(901)은 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하고, 레일리 분해능들에 따라 정규화된 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 샘플링 포인트들의 그리드 간격들을 결정하도록 구성된다.
일 실시예에서, 그리드 간격 결정 모듈(901)은 어레이 안테나의 어레이 크기 및 신호 파장에 따라 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하거나; 또는, 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하고 각도 공간의 레일리 분해능들을 파동 벡터 공간의 레일리 분해능들로 변환하도록 구성된다.
일 실시예에서, 스테핑 그리드 간격 결정 모듈(901)은 아래에서 설명되는 방식으로 어레이 안테나의 어레이 크기 및 신호 파장에 따라 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하도록 구성된다.
Figure 112020130829447-pct00036
및
Figure 112020130829447-pct00037
Kyr 및 Kzr은 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 나타낸다. Dy는 수평 방향으로 어레이 안테나의 최대 안테나 어퍼처를 나타내고 Dz는 수직 방향으로 어레이 안테나의 최대 안테나 어퍼처를 나타낸다. λ는 신호 파장을 나타낸다.
일 실시예에서, 그리드 간격 결정 모듈(901)은 퍼스트 널 빔폭(FNBW)들을 결정하고, FNBW들에 따라 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하도록 구성된다.
일 실시예에서, 스테핑 그리드 간격 결정 모듈(901)은 최대 복사 전력 포인트를 포함하는 구면 좌표계의 방위 평면 상에서 그리고 피치 평면 상에서 메인 빔의 FNBW들을 측정하도록 구성된다.
일 실시예에서, 스테핑 그리드 간격 결정 모듈(901)은 각도 공간에서 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 아래에서 설명되는 방식으로 FNBW들에 따라 결정하도록 구성된다.
θr = FNBWθ/2 및 φr = FNBWφ/2.
θr은 구면 좌표계의 θ 방향으로 어레이 안테나의 레일리 분해능을 나타내고 φr은 구면 좌표계의 φ 방향으로 어레이 안테나의 레일리 분해능을 나타낸다. FNBWθ는 구면 좌표계의 피치 평면 상에서 패턴의 FNBW를 나타내고, FNBWφ는 구면 좌표계의 방위 평면 상에서 패턴의 FNBW를 나타낸다.
일 실시예에서, 그리드 간격 결정 모듈(901)은 레일리 분해능들 이하가 되도록 정규화된 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 샘플링 포인트들의 그리드 간격들을 세팅하도록 구성된다.
일 실시예에서, 균일 샘플링 포인트 결정 모듈(902)은, 정규화된 파동 벡터 공간에서 벡터 샘플링 포인트들
Figure 112020130829447-pct00038
를 형성하기 위해, 이산 값들의 그룹을 획득하도록 그리드 간격들(Kgrid,y 및 Kgrid,z)에 따라 정규화된 파동 벡터 공간에서 균일 샘플링을 수행하고; 그리고
정규화된 파동 벡터 공간에서의 균일 샘플링 포인트들로서
Figure 112020130829447-pct00039
를 만족하는 벡터들(Kym, Kzn)을 선택하도록 구성된다.
일 실시예에서, 비-균일 샘플링 포인트 결정 모듈(903)은 정규화된 파동 벡터 공간(Ky, Kz)과 각도 공간(θ, φ) 간의 변환 관계를 통해 각도 공간에서, 정규화된 파동 벡터 공간의 균일 샘플링 포인트들(Kym, Kzn)에 대응하는 (θn, φm,n)를 결정하도록 구성된다.
정규화된 파동 벡터 공간(Ky, Kz)과 각도 공간(θ, φ) 사이의 변환 관계는 아래에서 설명된다.
Figure 112020130829447-pct00040
및
Figure 112020130829447-pct00041
.
일 실시예에서, TRP 결정 모듈(904)은 아래에서 설명되는 방식으로 EIRP에 따라 TRP를 결정하도록 구성된다.
Figure 112020130829447-pct00042
Kgrid,y는 정규화된 파동 벡터 공간의 y 방향으로 샘플링 포인트의 그리드 간격을 나타내고, Kgrid,z는 정규화된 파동 벡터 공간의 z 방향으로 샘플링 포인트들의 그리드 간격을 나타낸다.
Figure 112020130829447-pct00043
는 샘플링 포인트의 정규화된 파동 벡터를 나타낸다. 피치 각도(θn) 및 방위 각도(φm,n)는 정규화된 파동 벡터 이산 샘플링 포인트
Figure 112020130829447-pct00044
에 대응하는 각도 공간에서의 이산 값들이다. EIRP(θn, φm,n)는 각도 공간에서 이산 샘플링 포인트(θn, φm,n)의 EIRP를 나타낸다.
위의 공식은 파동 벡터 공간에서 표현될 수 있다. 이 경우에, 파라미터들(θn 및 φm,n)은 공간 변환 공식들
Figure 112020130829447-pct00045
를 통해 y 방향 및 z 방향으로 정규화된 파동 벡터
Figure 112020130829447-pct00046
의 성분들(Kym 및 Kzn)에 의해 표현될 수 있다.
15°의 각도 스테핑 그리드들(θgrid 및 φgrid)을 사용하는 종래의 테스트 방식과 비교하여, 본 개시내용의 실시예들은 측정 에러들을 감소시킨다. 1°의 스테핑 그리드를 사용하는 균일 샘플링과 비교하면, 샘플링 포인트들의 수가 감소되고 측정 효율이 개선된다.
이에 대응하여, 도 2를 참조하면, 본 개시내용의 실시예는 어레이 안테나의 총 복사 전력(TRP)을 측정하기 위한 시스템을 제공한다. 시스템은 턴테이블(220) 상에 고정된 테스트 중인 장비(210), 테스트 안테나 시스템(230), 전력 검출기(240) 및 테스트 기계(250)를 포함한다. 테스트 중인 장비(210)는 함께 통합되는 어레이 안테나(212) 및 원격 무선 주파수 유닛(211)을 포함한다. 전력 검출기(240)는 테스트 안테나 시스템(230)에 연결된다. 테스트 기계(250)는 테스트 중인 장비(210), 턴테이블(220), 테스트 안테나 시스템(239) 및 전력 검출기(240)에 각각 연결된다.
테스트 기계(250)는, 정규화된 파동 벡터 공간에서 어레이 안테나의 샘플링 포인트들의 그리드 간격들을 결정하고, 그리드 간격들에 따라 정규화된 파동 벡터 공간에서 균일 샘플링 포인트들을 결정하고, 정규화된 파동 벡터 공간에서의 균일 샘플링 포인트들에 따라 각도 공간에서의 대응하는 비-균일 샘플링 포인트들을 결정하고, 구면 좌표계에서 비-균일 샘플링 포인트들의 포지션들에 따라 각도 공간에서 EIRP을 측정하고 EIRP에 따라 TRP를 결정하도록 테스트 중인 장비(210), 턴테이블(220), 테스트 안테나 시스템(230) 및 전력 검출기(240)를 제어하도록 구성된다.
도 10a 및 도 10b는 각각, 예시적인 실시예에 따라 8x16 직사각형 어레이의 비-균일 샘플링 스캐닝 방식을 사용함으로써 시뮬레이팅된 패턴의 실연이다. 직사각형 어레이에서, 각각의 유닛은 진폭 및 위상이 동일하고, 유닛 간격 d는 λ/2이고 유닛 크기는 Dy
Figure 112020130829447-pct00047
8λ 및 Dz
Figure 112020130829447-pct00048
4λ를 충족한다. 어레이 안테나는 y-z 평면에 평행하고 어레이 평면의 법선 방향은 x-축에 평행하다. 도 10a에서, 2-차원 패턴은 정규화된 파동 벡터 공간(Ky, Kz)에서 직사각형 안테나의 EIRP의 분포를 도시한다. EIRP의 최대 값은 포지션(0, 0), 즉 x-축 방향이다. 10dB만큼 이격된 다수의 등고선들은 패턴을 여러 구역들로 분할한다. 컬러의 음영은 EIRP의 값의 크기를 표현한다. 컬러가 밝을수록, EIRP 값이 커지고; 컬러가 어두울수록, EIRP의 값은 작아진다. 도 10a에서, 가장 어두운 컬러를 갖는 선들로 구성된 주기적인 메쉬가 2-차원 패턴으로 보일 수 있다. 이러한 주기적인 메쉬 포인트들 및 메쉬를 구성하는 어두운 선들은 정확히 EIRP의 값의 널(null) 포지션들이다.
정규화된 파동 벡터 공간(Ky, Kz)에서, 널 포인트들은 y 방향 및 z 방향으로 동일한 간격으로 균일하게 배열된다는 것을 알 수 있다. 동일한 간격은 각도 공간에서 제1 널 파워 빔폭들에 의해, 즉 정규화된 파동 벡터 공간의 y 방향 및 z 방향으로 레일리 분해능들(Kyr 및 Kzr(Kyr = λ/Dy 및 Kzr = λ/Dz))에 각각 대응하는 sin(FNBWφ/2) 및 sin(FNBWθ/2)에 의해 표현될 수 있다. 나이퀴스트 샘플링 법칙에 따르면, 정규화된 파동 벡터 공간에서 2-차원 샘플링 그리드들의 간격들이 개개의 레일리 분해능 미만인 경우, 즉, Kgrid,y ≤ Kyr 및 Kgrid,z ≤ Kzr인 경우에, 샘플링은 어레이 정보를 거의 손상시키지 않고 무손실 샘플링으로서 간주될 수 있다. 따라서, 위의 샘플링에 기초하여, 계산된 TRP 값은 실제 TRP 값과 일치해야 한다. 도 10b에서, 정규화된 파동 벡터 공간 복사 샘플링 다이어그램에서 "+"로 표시된 주기적 어레이는 위의 샘플링 방식을 입증한다. 도 10b의 샘플 다이어그램에서, Kgrid,y 및 Kgrid,z의 값들은 각각 레일리 분해능들과 동일하여서, 값 포인트들은 y 방향 및 z 방향의 모든 널 포인트들을 포함한다. 이러한 샘플링 포인트들은 정규화된 파동 벡터 공간(Ky, Kz)에 균일하게 분포되지만, 각도 공간에서는 비-균일하게 분포된다. 실제로, 각도 공간(θ, φ)에서 이러한 샘플링 포인트들의 분포는 도 7a에 도시된 바와 같이 널 곡선들에 의해 형성된 그리드 포인트들을 정확하게 커버한다. 따라서, 이러한 샘플링 방식은 비-균일 샘플링 방식으로서 지칭될 수 있다. 도 10b의 샘플링 다이어그램은 비-균일 샘플링 방식의 특정 예이며, 이는 비-균일 샘플링 방식의 가장 경제적이고 빠른 예이다.
본 개시내용의 실시예들은 응용 사례들을 사용하여 아래에서 설명된다.
도 11 및 도 12는 위의 시스템들과 관련된 균일 샘플링 방식 및 비-균일 샘플링 방식을 포함하는 여러 응용 사례들의 흐름도들이다. 아래에서 설명되는 4개의 예시적인 응용 사례들은 위의 논의들에 기초하여 제공될 수 있다. 도 11 및 도 12의 프로세싱은 도 2의 테스트 환경 및 도 7b 및 도 10b의 샘플링 방식들에 의해 구현될 수 있다. 단순화를 위해, 방법들은 일련의 블록들에 의해 설명된다. 그러나, 청구된 본론은 블록들의 시퀀스에 의해 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 일부 블록들은 여기에 설명된 시퀀스와 상이한 시퀀스로 그리고/또는 다른 블록들과 동시에 발생할 수 있다. 부가적으로, 설명된 효과들을 달성하기 위해 사례들에서의 모든 블록들이 필요한 것은 아니다.
응용 사례 1
이 응용 사례에서, 안테나 크기는 알려져 있으며, 이는 y 방향 및 z 방향으로 각각 Dy 및 Dz에 의해 표현되며 균일 샘플링 방식이 사용된다. 테스트 환경은 원거리 필드 밀리미터파 챔버 테스트 시스템(200)일 수 있다(그러나 이에 제한되지 않음). 원칙적으로, 안테나 패턴 측정을 구현할 수 있는 콤팩트 필드 밀리미터파 챔버와 근거리 필드 밀리미터파 챔버(근거리 필드는 평면 필드, 원통형 필드 및 구면 필드를 포함함) 둘 모두는 측정 환경으로서 사용될 수 있다.
도 11은 균일 샘플링 방식에 기초한 TRP 테스트 방법의 프로세스를 도시한다. 이 프로세스는 아래에서 설명되는 단계들을 포함한다.
단계(1111)에서, 공기 경로 손실, 케이블 삽입 손실, 구면 좌표계의 포지션 파라미터들 등을 포함하는, 완전 무반향 챔버 및 완전 무반향 챔버의 측정 환경이 교정된다. 이는 후속 측정 단계들의 토대이다. 챔버 환경 교정은 무선 주파수 테스트들을 위한 일반적인 준비 동작이다.
단계(1112)에서, 통합된 안테나의 크기를 알 수 있는지가 결정된다. 이 응용 사례에서, 안테나 크기가 알려져 있고 프로세스는 단계(1121)로 진행한다.
단계(1121)에서, 안테나 크기가 알려져 있기 때문에, 각도 공간에서의 레일리 분해능들(θr 및 φr)은 공식(2) 또는 공식(3)을 통해 직접 획득될 수 있다. 결과가 테스트 기계(250)에 기록되고, 프로세스는 단계(1141)로 진행한다.
단계(1141)에서, 균일 샘플링의 간격들(θgrid 및 φgrid)이 결정된다. 도 7b의 샘플링 다이어그램의 설명에서 언급된 바와 같이, 샘플링 간격들(θgrid 및 φgrid)은 각각, 레일리 분해능(θr 및 φr) 미만이고, 가급적 레일리 분해능(θr 및 φr)인 경향이 있다. 가장 경제적이고 효과적인 방식은 샘플링 간격들이 각각 레일리 분해능들과 동일한 것이다. 샘플링 간격들은 결정된 후에, 테스트 기계(250)에 기록된다. 프로세스는 단계(1142)로 진행한다.
단계(1142)에서, 결정된 샘플링 간격들을 통해, 테스트 기계(250)는 메인 빔이 위치되는 전반구 상의 각각의 샘플링 포인트의 방위(θn, φm,n)(m 및 n = 0, ± 1, ± 2 ...)를 계산하고, 샘플링 포인트들의 수가 결정되고, 샘플링 시간이 추정되고, 결정된 샘플링 포인트들의 방위들로 돌리도록 턴테이블(220) 및 측정 안테나 지지부(232)가 제어된다(실제 샘플링 프로세스는 대원 탄젠트 방법 또는 원뿔 탄젠트 방법일 수 있음). 그 후, 측정 안테나 시스템(230) 및 전력 수신 측정기(240)는 이러한 샘플링 포인트들의 포지션들에서 EIRP의 값들을 측정 및 레코딩한다. 전력 수신 측정기(240)는 데이터를 테스트 기계(250)로 전달한다. 프로세스는 단계(1143)로 진행한다.
단계(1143)에서, 샘플 포인트들의 EIRP의 값들을 획득한 후, 테스트 기계(250)는 공식(4)를 사용하여 TRP의 값을 계산하고, 계산된 결과가 출력되고 테스트가 종료된다.
응용 사례 2
이 응용 사례에서, 안테나 크기는 알려지지 않고(예컨대, 안테나가 분해하기 어려운 레이돔을 가짐), 균일 샘플링 방식이 사용된다. 테스트 환경은 원거리 필드 밀리미터파 챔버 테스트 시스템(200)일 수 있다(그러나 이에 제한되지 않음). 원칙적으로, 안테나 패턴 측정을 구현할 수 있는 콤팩트 필드 밀리미터파 챔버와 근거리 필드 밀리미터파 챔버(근거리 필드는 평면 필드, 원통형 필드 및 구면 필드를 포함함) 둘 모두는 측정 환경으로서 사용될 수 있다.
도 11은 균일 샘플링 방식에 기초한 TRP 테스트 방법의 프로세스를 도시한다. 이 프로세스는 아래에서 설명되는 단계들을 포함한다.
단계(1111)에서, 공기 경로 손실, 케이블 삽입 손실, 구면 좌표계의 포지션 파라미터들 등을 포함하는, 완전 무반향 챔버 및 완전 무반향 챔버의 측정 환경이 교정된다. 이는 후속 측정 단계들의 토대이다. 챔버 환경 교정은 무선 주파수 테스트들을 위한 일반적인 준비 동작이다.
단계(1112)에서, 통합된 안테나의 크기를 알 수 있는지가 결정된다. 이 실시예에서, 안테나 크기가 알려져 있지 않고 프로세스는 단계(1131)로 진행한다.
단계(1131)에서, 안테나 크기가 알려져 있지 않기 때문에, 레일리 분해능은 메인 빔의 퍼스트 널 빔폭(FNBW)을 테스트함으로써 간접적으로 계산된다. 따라서, 단계(1131)에서, 메인 빔이 위치되는 방위 평면 및 피치 평면 상에서 1°또는 1°미만의 간격을 사용함으로써 패턴이 측정되고, 대응하는 퍼스트 널 빔폭(FNBWθ 및 FNBWφ)이 계산된다.
단계(1132)에서, 레일리 분해능들은 공식들(θr = FNBWθ/2 및 φr = FNBWφ/2)을 통해 계산된다. 레일리 분해능의 값들이 테스트 기계(250)에 기록된 후, 프로세스는 단계(1141)로 진행한다.
단계(1141)에서, 균일 샘플링의 간격들(θgrid 및 φgrid)이 결정된다. 도 7b의 샘플 다이어그램의 설명에서 언급된 바와 같이, 샘플링 간격들(θgrid 및 φgrid)은 각각, 레일리 분해능(θr 및 φr) 미만이고, 가급적 레일리 분해능(θr 및 φr)인 경향이 있다. 가장 경제적이고 효과적인 방식은 샘플링 간격들이 각각 레일리 분해능들과 동일한 것이다. 샘플링 간격들은 결정된 후에, 테스트 기계(250)에 기록된다. 프로세스는 단계(1142)로 진행한다.
단계(1142)에서, 결정된 샘플링 간격들을 통해, 테스트 기계(250)는 메인 빔이 위치되는 전반구 상의 각각의 샘플링 포인트의 방위(θn, φm,n)를 계산하고, 샘플링 포인트들의 수가 결정되고, 샘플링 시간이 추정되고, 결정된 샘플링 포인트들의 방위들로 돌리도록 턴테이블(220) 및 측정 안테나 지지부(232)가 제어된다. 실제 샘플링 프로세스는 대원 탄젠트 방법 또는 원뿔 탄젠트 방법일 수 있다. 그 후, 측정 안테나 시스템(230) 및 전력 수신 측정기(240)는 이러한 샘플링 포인트들의 포지션들에서 EIRP의 값들을 측정 및 레코딩한다. 전력 수신 측정기(240)는 데이터를 테스트 기계(250)로 전달한다. 프로세스는 단계(1143)로 진행한다.
단계(1143)에서, 샘플 포인트들의 EIRP의 값들을 획득한 후, 테스트 기계(250)는 공식(4)를 사용하여 TRP의 값을 계산하고, 계산된 결과가 출력되고 테스트가 종료된다.
아래에서 설명되는 응용 사례들은 정규화된 파동 벡터 공간에서 균일 샘플링 즉, 각도 공간에서 비-균일 샘플링 방식을 수행하는 것이다. 샘플링 포인트들의 수는 이 샘플링 방식을 사용함으로써 추가로 감소될 수 있다.
응용 사례 3
이 응용 사례에서, 안테나 크기는 알려져 있으며, 이는 y 방향 및 z 방향으로 각각 Dy 및 Dz에 의해 표현되며 비-균일 샘플링 방식이 사용된다. 테스트 환경은 원거리 필드 밀리미터파 챔버 테스트 시스템(200)일 수 있다(그러나 이에 제한되지 않음). 원칙적으로, 안테나 패턴 측정을 구현할 수 있는 콤팩트 필드 밀리미터파 챔버와 근거리 필드 밀리미터파 챔버(근거리 필드는 평면 필드, 원통형 필드 및 구면 필드를 포함함) 둘 모두는 측정 환경으로서 사용될 수 있다.
도 12는 비-균일 샘플링 방식에 기초한 TRP 테스트 방법의 프로세스를 도시한다. 이 프로세스는 아래에서 설명되는 단계들을 포함한다.
단계(1211)에서, 공기 경로 손실, 케이블 삽입 손실, 구면 좌표계의 포지션 파라미터들 등을 포함하는, 완전 무반향 챔버 및 완전 무반향 챔버의 측정 환경이 교정된다. 이는 후속 측정 단계들의 토대이다. 챔버 환경 교정은 무선 주파수 테스트들을 위한 일반적인 준비 동작이다.
단계(1212)에서, 통합된 안테나의 크기를 알 수 있는지가 결정된다. 이 실시예에서, 안테나 크기가 알려져 있고 프로세스는 단계(1221)로 진행한다.
단계(1221)에서, 안테나 크기가 알려져 있기 때문에, 정규화된 파동 벡터 공간에서의 레일리 분해능들(Kyr 및 Kzr)은 공식(6)을 통해 직접 획득될 수 있다. 결과는 테스트 기계(250)에 기록된다. 프로세스는 단계(1241)로 진행한다.
단계(1241)에서, 정규화된 파동 벡터 공간에서 샘플링 포인트들의 그리드 간격들(Kgrid,y 및 Kgrid,z)이 결정된다. 도 10b의 샘플 다이어그램의 설명에서 언급된 바와 같이, 샘플링 간격들(Kgrid,y 및 Kgrid,z)은 각각, 레일리 분해능(Kyr 및 Kzr) 미만이고, 가급적 레일리 분해능(Kyr 및 Kzr)인 경향이 있다. 가장 경제적이고 효과적인 방식은 샘플링 간격들이 각각 레일리 분해능들과 동일한 것이다. 샘플링 간격들은 결정된 후에, 테스트 기계(250)에 기록된다. 프로세스는 단계(1242)로 진행한다.
단계(1242)에서, 테스트 기계(250)는 결정된 샘플링 간격들을 통해 정규화된 파동 벡터 공간에서 이산 샘플링 포인트들을 계산한다. 즉,
Figure 112020130829447-pct00049
이다.
이러한 이산 포인트들은 필터링되고,
Figure 112020130829447-pct00050
를 만족하는 모듈러스 값을 갖는 샘플링 포인트들만이 선택된다. 이러한 필터링의 이유는 에어 인터페이스를 통해 장거리에 걸쳐 송신될 수 있는 전자기 모드들은 모두 복사 모드들이기 때문이다. 샘플링 포인트들이 정규화된 파동 벡터 공간에서 필터링된 후, 샘플링 포인트들의 수가 결정되고, 샘플링 시간이 추정된다. 프로세스는 단계(1243)로 진행한다.
단계(1243)에서, 필터링된 샘플링 포인트들을 획득한 후, 테스트 기계(250)는 각도 공간에서 비-균일하게 분포된 샘플링 포인트들(θn, φm,n)을 획득하기 위해 정규화된 파동 벡터 공간의 이러한 샘플링 포인트들을 공식(5)을 통해 각도 공간으로 변환한다. 그 후, 프로세스는 단계(1244)로 진행한다.
단계(1244)에서, 테스트 기계(250)는 결정된 샘플링 포인트들의 방위들로 돌리도록 턴테이블(220) 및 측정 안테나 지지부(232)를 제어한다. 그 후, 측정 안테나 시스템(230) 및 전력 수신 측정기(240)는 이러한 샘플링 포인트들의 방위들에서 EIRP의 값들을 측정 및 레코딩한다. 전력 수신 측정기(240)는 데이터를 테스트 기계(250)로 전달한다. 프로세스는 단계(1245)로 진행한다.
단계(1245)에서, 샘플 포인트들의 EIRP의 값들을 획득한 후, 테스트 기계(250)는 공식(7)을 사용함으로써 TRP의 값을 계산하고, 계산된 결과가 출력되고 테스트가 종료된다.
응용 사례 4
이 응용 사례에서, 안테나 크기는 알려지지 않고(예컨대, 안테나에 분해하기 쉽지 않은 레이돔을 가짐), 비-균일 샘플링 방식이 사용된다. 테스트 환경은 원거리 필드 밀리미터파 챔버 테스트 시스템(200)일 수 있다(그러나 이에 제한되지 않음). 원칙적으로, 안테나 패턴 측정을 구현할 수 있는 콤팩트 필드 밀리미터파 챔버와 근거리 필드 밀리미터파 챔버(근거리 필드는 평면 필드, 원통형 필드 및 구면 필드를 포함함) 둘 모두는 측정 환경으로서 사용될 수 있다.
도 12는 비-균일 샘플링 방식에 기초한 TRP 테스트 방법의 프로세스를 도시한다. 이 프로세스는 아래에서 설명되는 단계들을 포함한다.
단계(1211)에서, 공기 경로 손실, 케이블 삽입 손실, 구면 좌표계의 포지션 파라미터들 등을 포함하는, 완전 무반향 챔버 및 완전 무반향 챔버의 측정 환경이 교정된다. 이는 후속 측정 단계들의 토대이다. 챔버 환경 교정은 무선 주파수 테스트들을 위한 일반적인 준비 동작이다.
단계(1212)에서, 통합된 안테나의 크기를 알 수 있는지가 결정된다. 이 실시예에서, 안테나 크기가 알려져 있지 않고 프로세스는 단계(1231)로 진행한다.
단계(1231)에서, 안테나 크기가 알려져 있지 않기 때문에, 레일리 분해능은 메인 빔의 퍼스트 널 빔폭(FNBW)을 테스트함으로써 간접적으로 계산된다. 따라서, 단계(1231)에서, 메인 빔이 위치되는 방위 평면 및 피치 평면 상에서 1°또는 1°미만의 간격을 사용함으로써 패턴이 측정되고, 대응하는 퍼스트 널 빔폭(FNBWθ 및 FNBWφ)이 계산된다. 레일리 분해능들은 공식들(θr = FNBWθ/2 및 φr = FNBWφ/2)을 통해 계산된다.
단계(1232)에서, 각도 공간의 레일리 분해능들(θr 및 φr)은 변환 공식(5)을 사용함으로써 정규화된 파동 벡터 공간의 레일리 분해능들(Kyr 및 Kzr)로 변환되고, 프로세스는 단계(1241)로 진행한다.
단계(1241)에서, 정규화된 파동 벡터 공간에서 샘플링 포인트들의 그리드 간격들(Kgrid,y 및 Kgrid,z)이 결정된다. 도 10b의 샘플 다이어그램의 설명에서 언급된 바와 같이, 샘플링 간격들(Kgrid,y 및 Kgrid,z)은 각각, 레일리 분해능(Kyr 및 Kzr) 미만이고, 가급적 레일리 분해능(Kyr 및 Kzr)인 경향이 있다. 가장 경제적이고 효과적인 방식은 샘플링 간격들이 각각 레일리 분해능들과 동일한 것이다. 샘플링 간격들은 결정된 후에, 테스트 기계(250)에 기록된다. 프로세스는 단계(1242)로 진행한다.
단계(1242)에서, 테스트 기계(250)는 결정된 샘플링 간격들을 통해 정규화된 파동 벡터 공간에서 이산 샘플링 포인트들을 계산한다. 즉,
Figure 112020130829447-pct00051
이다.
이러한 이산 포인트들은 필터링되고,
Figure 112020130829447-pct00052
를 만족하는 모듈러스 값을 갖는 샘플링 포인트들만이 선택된다. 이러한 필터링의 이유는 에어 인터페이스를 통해 장거리에 걸쳐 송신될 수 있는 전자기 모드들은 모두 복사 모드들이기 때문이다. 샘플링 포인트들이 정규화된 파동 벡터 공간에서 필터링된 후, 샘플링 포인트들의 수가 결정되고, 샘플링 시간이 추정된다. 프로세스는 단계(1243)로 진행한다.
단계(1243)에서, 필터링된 샘플링 포인트들을 획득한 후, 테스트 기계(250)는 각도 공간에서 비-균일하게 분포된 샘플링 포인트들(θn, φm,n)을 획득하기 위해 정규화된 파동 벡터 공간의 이러한 샘플링 포인트들을 공식(5)을 통해 각도 공간으로 변환한다. 그 후, 프로세스는 단계(1244)로 진행한다.
단계(1244)에서, 테스트 기계(250)는 결정된 샘플링 포인트들의 방위들로 돌리도록 턴테이블(220) 및 측정 안테나 지지부(232)를 제어한다. 그 후, 측정 안테나 시스템(230) 및 전력 수신 측정기(240)는 이러한 샘플링 포인트들의 방위들에서 EIRP의 값들을 측정 및 레코딩한다. 전력 수신 측정기(240)는 데이터를 테스트 기계(250)로 전달한다. 프로세스는 단계(1245)로 진행한다.
단계(1245)에서, 샘플 포인트들의 EIRP의 값들을 획득한 후, 테스트 기계(250)는 공식(7)을 사용함으로써 TRP의 값을 계산하고, 계산된 결과가 출력되고 테스트가 종료된다.
도 13은 각도 그리드 값들의 검증 결과이다. 8x16-요소 어레이가 실험들을 위해 사용된다. 어레이 안테나의 유닛 간격은 0.5λ이다. 3-차원 좌표계의 하부 좌표 축은 φgrid 및 θgrid이며, 이들 각각은 1°내지 30°의 범위를 갖는다. TRP의 값은 공식(1)에 따라 계산된다. 에러들은 3-차원으로 분포된다. 도 13에서 알 수 있는 바와 같이, 에러 분포의 평평한 구역들은 φgrid ≤ 7°및 θgrid ≤ 15°에 위치한다. 공식(2) 또는 공식(3)에 따라 계산된 레일리 분해능들은 φr
Figure 112020130829447-pct00053
7.2°및 θr
Figure 112020130829447-pct00054
14.5°이다. 샘플링 간격들의 최대 값들은 측정 정확도를 보장하기 위해 레일리 분해능들인 경향이 있으며, 이는 본 개시내용의 실시예들에서의 논의들과 일치한다는 것을 알 수 있다.
본 개시내용의 실시예는 추가로 컴퓨터-판독 가능 저장 매체를 제공한다. 저장 매체는 위에서 설명된 어레이 안테나의 TRP를 측정하기 위한 임의의 방법의 단계들을 구현하기 위한 컴퓨터-실행 가능 명령어들을 저장한다.
본 개시내용의 실시예는 추가로 전자 장치를 제공한다. 장치는 메모리 및 프로세서를 포함한다. 메모리는 컴퓨터 프로그램을 저장한다. 프로세서는 위의 임의의 방법 실시예의 단계들을 구현하기 위해 컴퓨터 프로그램을 실행하도록 구성된다.
위에서 개시된 방법 단계들, 시스템 및 장치의 전부 또는 일부의 기능적 모듈들/유닛들은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 및 이들의 적절한 조합들로 구현될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 하드웨어 구현에서, 위의 설명에서 언급된 기능적 모듈들/유닛들의 분할은 물리적 구성요소들의 분할에 대응하지 않을 수 있다. 예컨대, 하나의 물리적 구성요소가 여러 기능들을 가질 수 있거나, 또는 하나의 기능 또는 단계가 여러 물리적 구성요소들에 의해 공동으로 구현될 수 있다. 구성요소들 중 일부 또는 전부는 디지털 신호 프로세서 또는 마이크로프로세서와 같은 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어로서 구현될 수 있고, 하드웨어로서 구현될 수도 있거나, 또는 주문형 집적 회로와 같은 집적 회로로서 구현될 수 있다. 이러한 소프트웨어는 컴퓨터-판독 가능 매체들을 통해 배포될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체들은 컴퓨터 저장 매체들(또는 비-일시적 매체들) 및 통신 매체들(또는 일시적 매체들)을 포함할 수 있다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 컴퓨터 저장 매체들이라는 용어는 정보(이를테면, 컴퓨터-판독 가능 명령어들, 데이터 구조들, 프로그램 모듈들 또는 다른 데이터)를 저장하기 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비-휘발성 매체들뿐만 아니라, 착탈 가능 및 착탈 불가능 매체들을 포함한다. 컴퓨터 저장 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 전기적으로 소거 가능한 프로그래밍 가능 판독 전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리 또는 다른 메모리 기술들, 콤팩트 디스크 판독 전용 메모리(CD-ROM), 디지털 다용도 디스크(DVD) 또는 다른 광학 디스크 저장소들, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 또는 다른 자기 저장 장치들 또는 원하는 정보를 저장하는 데 사용되고 컴퓨터가 액세스 가능한 임의의 다른 매체를 포함(그러나 이에 제한되지 않음)한다. 더욱이, 통신 매체들은 통상적으로 컴퓨터-판독 가능 명령어들, 데이터 구조들, 프로그램 모듈들 또는 반송파 또는 다른 전송 메커니즘들과 같은 변조된 데이터 신호 내의 다른 데이터를 포함하고, 임의의 정보 전달 매체를 포함할 수 있다는 것이 당업자에게 알려져 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 본 개시내용의 실시예들에 따른 어레이 안테나의 총 복사 전력을 측정하기 위한 방법, 장치 및 시스템은 다음의 유익한 효과들을 갖는데: 15°의 각도 스테핑 그리드들(θgrid 및 φgrid)을 사용하는 종래의 테스트 방식과 비교하여, 측정 에러들이 본 개시내용의 실시예에서 감소되고; 부가적으로, 정규화된 파동 벡터 공간 변환을 통해, 샘플링 포인트들의 수가 추가로 감소되고 측정 효율이 개선된다.

Claims (22)

  1. 어레이 안테나의 총 복사 전력(TRP, total radiated power)을 측정하기 위한 방법으로서,
    각도 공간에서 상기 어레이 안테나의 레일리 분해능(Rayleigh resolution)들을 결정하고, 상기 레일리 분해능들에 따라 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격(stepping grid spacing)들을 세팅하는 단계; 및
    상기 스테핑 그리드 간격들에 따라 상기 샘플링 포인트들을 결정하고, 상기 샘플링 포인트들의 포지션들에서 등가 등방성 복사 전력(EIRP; equivalent isotropic radiated power)을 측정하고, 상기 EIRP에 따라 상기 TRP를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 각도 공간에서 상기 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하는 것은, 상기 어레이 안테나의 어레이 크기 및 신호 파장에 따라 상기 각도 공간에서 상기 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 각도 공간에서 상기 어레이 안테나의 레일리 분해능들은, 다음과 같은 구면 좌표계의 θ 방향의 상기 어레이 안테나의 레일리 분해능인
    Figure 112022086984452-pct00087
    를 사용하여, 또는 다음과 같은 상기 구면 좌표계의 φ 방향의 상기 어레이 안테나의 레일리 분해능인
    Figure 112022086984452-pct00088
    를 사용하여 결정되며, 여기서 Dy는 제1 방향으로 상기 어레이 안테나의 어레이의 변 길이를 나타내고, Dz는 제2 방향으로 상기 어레이 안테나의 어레이의 변 길이를 나타내며, λ는 상기 신호 파장을 나타내는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어레이는 직사각형 어레이인, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레일리 분해능들에 따라 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격들을 세팅하는 단계는,
    상기 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격들을 상기 레일리 분해능들 이하가 되도록 세팅하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 TRP는 다음 방식으로 상기 EIRP에 따라 결정되며:
    Figure 112022086984452-pct00089
    ;
    여기서
    Figure 112022086984452-pct00090
    , θgrid는 구면 좌표계의 θ 방향으로 스테핑 그리드 간격을 나타내고, φgrid는 상기 구면 좌표계의 φ 방향으로 스테핑 그리드 간격을 나타내는, 방법.
  5. 어레이 안테나의 총 복사 전력(TRP)을 측정하기 위한 시스템으로서,
    턴테이블 상에 고정된 테스트 중인 장비, 테스트 안테나 시스템, 전력 검출기 및 테스트 기계를 포함하고,
    상기 테스트 중인 장비는 함께 통합되는 상기 어레이 안테나 및 무선 원격 유닛(radio remote unit)을 포함하고, 상기 전력 검출기는 상기 테스트 안테나 시스템에 연결되고, 상기 테스트 기계는 상기 테스트 중인 장비, 상기 턴테이블, 상기 테스트 안테나 시스템 및 상기 전력 검출기에 각각 연결되고;
    상기 테스트 기계는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는, 시스템.
  6. 어레이 안테나의 총 복사 전력(TRP)을 측정하기 위한 장치로서,
    프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    각도 공간에서 상기 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하고, 상기 레일리 분해능들에 따라 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격들을 세팅하고;
    상기 스테핑 그리드 간격들에 따라 상기 샘플링 포인트들을 결정하고, 상기 샘플링 포인트들의 포지션들에서 등가 등방성 복사 전력(EIRP)을 측정하고, 상기 EIRP에 따라 상기 TRP를 결정하도록 구성되고, 상기 각도 공간에서 상기 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하기 위해, 상기 프로세서는,
    상기 어레이 안테나의 어레이 크기 및 신호 파장에 따라 상기 각도 공간에서 상기 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하도록 구성되며,
    상기 프로세서는, 다음과 같은 구면 좌표계의 θ 방향의 상기 어레이 안테나의 레일리 분해능인
    Figure 112022086984452-pct00091
    를 사용하여, 또는 다음과 같은 상기 구면 좌표계의 φ 방향의 상기 어레이 안테나의 레일리 분해능인
    Figure 112022086984452-pct00092
    를 사용하여, 상기 각도 공간에서 상기 어레이 안테나의 레일리 분해능들을 결정하도록 구성되며, 여기서 Dy는 제1 방향으로 상기 어레이 안테나의 어레이의 변 길이를 나타내고, Dz는 제2 방향으로 상기 어레이 안테나의 어레이의 변 길이를 나타내며, λ는 상기 신호 파장을 나타내는, 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 어레이는 직사각형 어레이인, 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 레일리 분해능들에 따라 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격들을 세팅하기 위해, 상기 프로세서는,
    상기 샘플링 포인트들의 스테핑 그리드 간격들을 상기 레일리 분해능들 이하가 되도록 세팅하도록 구성되는, 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는 다음 방식으로 상기 EIRP에 따라 상기 TRP를 결정하도록 구성되며:
    Figure 112022086984452-pct00093
    ;
    여기서
    Figure 112022086984452-pct00094
    , θgrid는 구면 좌표계의 θ 방향으로 스테핑 그리드 간격을 나타내고, φgrid는 상기 구면 좌표계의 φ 방향으로 스테핑 그리드 간격을 나타내는, 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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  17. 삭제
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  21. 삭제
  22. 삭제
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