KR20120062778A

KR20120062778A - 도파관 내 안테나 특성화

Info

Publication number: KR20120062778A
Application number: KR1020127006718A
Authority: KR
Inventors: 군나르 아름브레히트; 홀거 티예; 세바스티안 취슬로; 스벤 도르트문트
Original assignee: 로젠버거 호흐프리쿠벤츠테흐닉 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2012-06-14
Also published as: DE102009037336A1; CN102576044A; HK1172090A1; KR101746006B1; CN102576044B; CA2769881A1; US20120146861A1; US9279845B2; CA2769881C; EP2464985A1; WO2011018206A1

Abstract

본 발명은 안테나(8)의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법으로서, a) 결정되는 하나 이상의 특성을 가지는 안테나(8)를 도파관(1)에 의하여 둘러싸인 공간에 위치시키는 단계; b) 상기 도파관(1)의 공급 연결부(4) 안으로 전기적 여자 신호(u_tx(t))를 공급하는 단계; c) 상기 여자 신호(u_tx(t))의 결과로서 상기 안테나(8)에 의하여 방출되는 전기적 응답 신호(u_rx(t))를 획득하는 단계; 및 상기 응답 신호(u_rx(t))의 하나 이상의 부분 및 상기 여자 신호(u_tx(t))의 대응 부분으로부터 상기 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 단계로서, 응답 신호(u_rx(t))의 상기 부분은 이하의 조건을 만족하는 시간 도메인에서 평가된 시간 세그먼트인, 단계를 포함하고, 상기 조건은 i) 상기 여자 신호(u_tx(t))에 의하여 발생되고 상기 공급 연결부(4)에서 상기 안테나(8) 쪽으로 진행하는 전자기장의 단일 파장 또는 복수 파장이 상기 안테나(8)가 있는 위치에 존재하고, ii) 상기 안테나(8)가 있는 위치에서의 상기 전자기장은 TEM 장인, 방법에 관한 것이다. 본 발명은 상기 안테나의 하나 이상의 특성을 시간 절약 및 비용 절약하면서 결정할 수 있게 한다. 본 발명은 더 나아가 상기 방법을 수행하는 측정 장치에 관한 것이다.

Description

도파관 내 안테나 특성화{ANTENNA CHARACTERISATION IN A WAVEGUIDE}

본 발명은 청구항 제1항에 따라서 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법, 및 바람직하게는 상기 방법을 수행하기 위한 청구항 제16항에 따른 측정 장치에 관한 것이다.

안테나 특성이란 예를 들어 개별적인 파라미터, 파라미터의 시간 곡선 또는 방향 및 주파수 의존적 특성, 방사 다이어그램과 같은 임의의 종류의 안테나 특성을 의미한다. 알려진 공지의 방법을 사용한다면, 안테나의 이러한 특성 데이터는 일반적으로 주파수 도메인에서 결정된다. 이 때문에, 일명 주파수 스윕(sweep)이라 불리는 방법이 측정 대상이 되는 특정 주파수 범위에서 수행되도록 테스트 신호가 주파수 생성기에 의하여 생성된다. 이로써 각각의 주파수는 상기 안테나가 정상 상태 조건을 만족할 때까지 짧은 시간 주기 동안에 일정하게 유지된다. 그 후 상기 특성 데이터를 결정하기 위한 측정이 상기 안테나에서 수행된다.

예를 들어, 알려진 한 측정 방법으로서 기준 안테나 방법이 있으며, 이러한 방법은 기준으로서 개방 도파관 프로브 또는 혼 안테나(horn antenna)와 같은 극히 한정된 방사 안테나를 필요로 한다. 이러한 방법의 문제점은, 제한되며 상대적으로 좁은 유효 대역폭을 여러 개의 기준 안테나가 표시하도록 제공되어야 하고 연속적으로 측정되어야 하기 때문에, 상기 측정 방법은 상대적으로 시간 소모가 크고 비싸다는 점에 있다. 또한 높은 극성화 순도를 제공하기 위하여, 정확하게 제조되고 극히 특성화된 기준 안테나를 필요로 하기 때문에 상대적으로 가격이 비싸지게 된다. 많은 경우에 있어서, 이러한 비용 지출은 문제점으로서 작용한다. 또 다른 알려진 측정 방법으로서 2 안테나 방법이 있으며, 이 방법에서는 완전히 동일하게 디자인된 두 개의 안테나가 비반사 공간에서 특정된 거리에서 서로에 대하여 마주보며 배치되어야만 한다. 또 다른 알려진 측정 방법으로서 3 안테나 방법이 보다 양질의 결과를 도출할 수 있지만 상대적으로 시간 소모가 크고 노동 집약적인 방법이라는 문제점을 가진다.

따라서, 본 발명은 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 보다 합리적인 방법 및 이러한 방법을 수행하기 위한 측정 장치를 제공할 때 발생하는 어려움에 관한 것이다.

이러한 문제점은 청구항 제1항 및 청구항 제16항에서 설명된 본 발명을 통해서 해결될 수 있다. 이들 청구항의 종속 청구항은 본 발명의 더 바람직한 실시예를 설명하고 있다.

본 발명은 간단한 수단들을 사용하여 유리하게 이해될 수 있다. 이들 사용 수단들은 유리하게 예들 들어 도파관과 같은 널리 사용되는 측정 장치로 만들어질 수 있다. 본질적으로, 상기 안테나 위치에 TEM 장을 적어도 간헐적으로 제공하고 상기 안테나의 배치를 위한 충분한 공간을 제공하는 모든 종류의 도파관이 본 발명의 적용예에 있어서 적합하게 고려될 수 있다. 전기장의 벡터장 및 자기장의 벡터장이 서로에 대하여 수직이고 두 벡터장은 전파(propagation) 방향에 수직인 횡적 전자기장(transverse electromagnetic field)의 약자로서 TEM 장이란 용어가 사용된다.

따라서, 다양한 배치 형태로서, 예를 들어 측정 대상인 상기 안테나가 위치될 수 있는 특정 공간을 싸고 있는 상부 및 하부 금속 판을 포함하는 평행한 선형 판과 같은 도파관이 본 발명의 방법을 수행하는데 유리하게 사용될 수 있는 상기 도파관으로서 고려될 수 있다. 본 발명의 방법을 수행하기 위하여, 상기 도파관으로 싸인 상기 공간은 길이 방향으로 뻗어 나가는 일정한 너비를 가지는 동축 도파관과 같은 동봉 도파관에서 외부 간섭을 방지하기 위한 보호막 처리가 덜 된 케이스가 제공되어 부분적으로 측면이 개구된 공간을 싸인 공간으로서 가질 수 있지만 필수적인 것은 아니다.

특히 TEM 도파관의 경우 본 발명의 방법에 유리한 안테나 위치에서 상기 TEM 장의 전파에 보다 유리하기 때문에 본 발명의 적용에 있어서 유리하다. 특히, TEM 셀, 즉 예를 들어 EMC 측정(EMC = 전자기적 적합성) 분야에서 널리 사용되는 TEM 셀의 사용이 유리할 수 있다. 예를 들어 크로퍼드 셀(Crawford cell)이 상기 TEM 셀로서 사용될 수 있다. 상기 TEM 셀의 넓고 유용한 주파수 범위 덕분에, GTEM 셀(GTEM = 기가헤르츠 횡적 전자기 모드(Gigahertz Transverse Electromagnetic Mode)) 또한 특히 유리하게 사용될 수 있다. 이는 폐쇄되고 금속적으로 보호되는 확장 동축 도파관 형태의 측정 장치이다. GTEM 셀 또한 예를 들어 EMC 측정 등을 위하여 다양한 크기로 널리 사용되기 때문에, 본 발명의 실시예로서 바로 사용될 수 있다.

본 발명을 사용한다면, TEM 셀, 특히 GTEM 셀의 적용 범위가 안테나의 특성화 가능성에 까지 확장되게 된다. 본 발명은 상기 종래 기술로서 설명된 공지된 방법에 비하여 완전히 상이한 접근 방법을 제시하고 있다. 본 발명에 따르면, 전기적 여자 신호가 도파관의 공급 연결부 안으로 공급된다. 상기 여자 신호의 결과로서 상기 안테나에 의하여 방출되는 전기적 응답 신호는 예를 들어 오실로스코프, 또는 예를 들어 스팩트럼 또는 네트워크 분석기(NWA)와 같은 신호 분석기를 사용하여 기록된다. 상기 여자 신호는 본질적으로 모든 종류의 신호일 수 있으며, 예를 들어 상기 언급된 주파수 스윕(frequency sweep)에서와 같이 개별적인 여자 펄스, 복수의 여자 펄스 또는 주파수 시퀀스과 같은 것일 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 응답 신호의 적어도 한 부분 및 상기 여자 신호의 대응 부분이 상기 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하기 위하여 사용된다. 상기 응답 신호의 특정 부분은 이러한 목적, 즉 이하 조건을 만족하는 시간 도메인에서 측정된 시간 세그먼트에 사용된다.

조건 i) 상기 여자 신호에 의하여 발생되고 상기 공급 연결부에서 상기 안테나 쪽으로 진행하는 전자기장의 단일의 파 또는 복수의 파가 상기 안테나가 있는 위치에 존재한다(이하 전파파(propagating wave)라고 함).

조건 ii) 상기 안테나가 있는 위치에서의 상기 전자기장은 TEM 장이다.

상기 TEM 장은 평평한 및/또는 구형으로 굴곡진 동위상 파면(phase front)을 따라서 전파될 수 있다.

이와 같이, 예를 들어 GTEM 셀과 같은 적합한 도파관의 사용을 통해서, 그리고 예를 들어 상기 응답 신호의 적합한 시간 세그먼트의 실험적 결정치를 통해서 실현될 수 있고, 상기 언급된 조건 i) 및 ii)를 만족하는 상기 시간 도메인에서 평가되는 시간 세그먼트가 사용될 수 있다.

상기 언급된 조건 i)에 의한다면, 상기 응답 신호 중 분석된 부분은 예를 들어 GTEM 셀의 뒷벽으로부터 반사되는 반사파를 통해서 발생되는 임의의 왜곡된 합성 부분을 포함하지 않는다. 대신에, 시간 세그먼트는 상기 전자기장의 전파파만이 상기 안테나 위치에 존재하는 경우에 사용된다. 이는 본 방법에 의하여 달성되는 높은 측정 정확성 및 상기 안테나 특성화의 높은 재현도를 가능하게 한다.

더 나아가, 상기 조건 ii)에 따르면, 시간 세그먼트는 상기 안테나 위치에 있는 전자기장이 TEM 장인 경우에 사용된다. 상기 TEM 특성으로부터 간헐적인 TEM 장의 편차 때문에 발생하는 왜곡 측정값은 상기 측정 결과로부터 배제될 수 있기 때문에 상기 측정 결과의 왜곡은 상기 시간 세그먼트를 정의함으로써 피할 수 있다. 상기 전자기장이 TEM 특성을 가진다는 사실은, 측정 대상인 안테나가 일반적으로 기준 안테나에서 떨어진 전자기장에 위치하는 종래의 기준 안테나 측정 방법의 전자기장 조건에 상응하는 등가 전자기장 조건을 상기 측정 방법이 생성할 수 있다는 이점을 가진다. 측정 대상인 상기 안테나의 위치에서, 이러한 기준 안테나에서 멀리 떨어진 전자기장은 구형으로 굴곡진 TEM 장이기 때문에 자유 공간 측정 방법의 가상의 평평도 조건과 거의 동일하다. GTEM 셀 내의 상기 TEM 장의 동위상 파면 또한 격벽의 상승 각도 때문에 약간 구형으로 굴곡지게 된다.

TEM의 특수한 특성 때문에, GTEM 셀의 사용은 측정 결과의 분석이 단순화된다는 이점을 가진다. GTEM 셀은 상기 펄스 응답의 제1 성분으로서 디랙 함수(Dirac function)를 가진다(Thye, Armbrecht, Koch가 쓴 "기가헤르츠의 횡적 전자기 셀에서의 펄스 전파(Pulse Propagation in Gigahertz Transverse Electromagnetic Cells)"란 IEEE 간행물을 참조). 따라서 상기 GTEM 셀은 자기 자신의 특성에 의하여 상기 안테나의 응답 신호를 왜곡하지 않는다. 특히, 상기 GTEM 특성과 상기 응답 신호의 콘벌루션의 영향은 고려될 필요가 없다. 따라서, 상기 안테나 위치에 존재하는 신호로 상기 응답 신호를 변환하는 것은 왜곡 없이(분산 없이) 이루어진다.

안테나 측정을 위한 GTEM 셀의 사용은 과거에 이미 고려되고 개발되어 왔다. 하지만, 충분히 정확한 상관 관계가 GTEM 셀을 사용하여 얻어지는 측정 결과와 자유 공간에서 얻어지는 측정 결과 사이에서 구축될 수 없었다. 이러한 결과의 한 이유로서, 측정된 안테나가 자기 상태(excitation)에 이르고 그 결과 상기 GTEM의 동축 연결부에서 불특정 방법을 사용하여 전압으로 변환되는 상기 GTEM 셀 내 더 높은 전자기장 모드에 기인하는 기생적 공진을 발생시키는 전송 안테나로서 상기 측정된 안테나가 사용되었기 때문이다. 또 다른 이유로, 수신용으로서 사용되는 경우, 또 다시 이들 다중 모드의 공진 현상 때문에, 상기 GTEM 셀의 뒷면에 위치하는 셀 연결부의 비이상(non-ideal) 흡수 성질에 의하여 이들 현상의 발생이 더욱 촉진되고, 이는 상기 측정된 주파수 범위의 더 넓은 범위에 걸쳐서 일정하게 유지되는 측정 대상 안테나가 있는 위치에서의 전자기장 세기를 제공하는 것 또한 불가능하게 만든다. 따라서 최선의 경우라 할지라도 간단한 파라미터의 근사적 추정값만을 얻을 수 있을 뿐이다.

본 발명을 사용한다면, 보다 정확한 안테나 특성화를 위하여 GTEM 셀이 사용될 수 있다.

근본적으로, 전기적 여자 신호는 상기 응답 신호와 같이 시간 의존형 신호이다.

본 발명의 더 나아간 바람직한 실시예에 따르면, 주파수 도메인 신호는 여자 신호로서 사용될 수 있다. 주파수 도메인 신호란, 흔히 주파수 스윕(sweep)이 측정되는 특정 주파수 범위 전체에 걸쳐서 수행(즉 이산 주파수가 연속 주파수로 설정)되고 이로써 각각의 주파수가 상기 안테나가 정상 상태(steady-state) 조건을 만족할 때까지 짧은 시간 주기 동안에 일정하게 유지되도록 주파수 생성기에 의하여 생성되는 테스트 신호이다.

유리하게, 짧은 정지 간격이 상기 여자 신호의 두 주파수 값의 설정 사이에서 제공되고, 상기 정지 간격의 길이는 상기 도파관 내 전자기파가 이후 측정에 대하여 아무런 관련도 가지지 않는 정도까지 감쇠할 수 있는 정도이다. 그 후 다음 주파수가 설정된다.

상기 주파수 도메인 신호가 여자 신호로서 사용되는 경우, 상기 여자 신호를 인가하는 동안에 상기 안테나의 전전압 응답(full voltage respon)이 상기 응답 신호로서 기록된다. 복수의 공급 주파수를 포함하는 상기 응답 신호는 예를 들어 역 퓨리에(Fourier) 변환을 통해서 주파수 도메인에서 시간 도메인으로 변환된다. 상기 시간 도메인에 존재하는 응답 정보에 있어서, 전자기장의 전파 파장만이 존재하고 이들 파장이 안테나 위치에서 TEM 장으로서 존재하는 경우에 특성의 추가 결정을 위하여 시간 세그먼트가 사용된다. 예를 들어, 시간 도메인의 시간 라인의 시작 부분에서의 응답 정보 구간이 이러한 목적을 달성하기 위하여 사용되고, 이로써 지속 시간은 상기 언급된 조건이 만족하도록 실험적으로 결정되게 된다. 예를 들어, 반사파의 예측 타이밍은 반사 성질을 가지는 상기 도파관의 뒷벽으로부터 안테나까지의 거리 및 전자기장의 전파 속도에 기초하여 추정될 수 있고, 따라서 반사파의 도착에 앞서는 방법으로 상기 분석된 시간 세그먼트는 상기 응답 정보를 제거할 수 있다.

본 발명의 더 나아간 유리한 실시예에 따르면, 전기적 여자 펄스, 특히 고주파 대역폭을 가지는 여자 펄스가 여자 신호로서 공급되고, 안테나의 상기 응답 신호는 시간 곡선으로 기록된다. 이는 안테나의 특성이 시간 도메인에서 직접 결정되도록 한다. 즉, 시간 도메인 상에서 어떠한 변환도 필요하지 않도록 상기 응답 신호의 분석에 필요한 정보가 이미 시간 도메인에 존재한다. 이는 본 발명에 따른 방법이 그 수행에 있어 매우 단순하다는 것을 의미한다.

고주파 대역폭을 가지는 여자 펄스를 사용하는 것은, 단일 펄스 - 또는 복수 펄스 - 를 사용하는 경우 상기 안테나가 넓은 주파수 범위 전반에 걸쳐서, 예를 들어 안테나의 전체 희망 수신 범위 전반에 걸쳐서 측정될 수 있다는 이점을 가진다. 여자 펄스를 사용함으로써, 복수의 주파수가 상기 안테나에 동시적으로 전달될 수 있다. 즉, 상기 복수의 주파수는 상기 여자 펄스의 스팩트럼에 포함된다. 본 발명에 따른 방법을 통해서, 단일 안테나의 특성화는 복수의 기준 안테나를 필요로 하는 종래 알려진 안테나 특성화 방법에서 보다 실질적으로 더 빠르게 이루어 질 수 있다. 유리하게, 동일한 펄스 형태를 가지는 펄스들의 다중 전송을 통해서, 예를 들어 이러한 다중 측정 방법의 결과값들을 평균시켜 노이즈 영향력을 제거하는 것과 같이, 측정의 역학적 증가가 달성될 수 있다.

본 발명의 더 나아간 유리한 실시예에 따르면, 가우스형 펄스(Gaussian pulse)가 여자 펄스로서 공급된다. 가우스형 펄스는 시간 경과에 따라서 진폭 곡선이 가우스 정규 분포 곡선에 대응하는 - 또는 적어도 이와 닮은 - 펄스 형태를 가진다. 이러한 가우스형 펄스는 고주파 대역폭을 가지는 여자를 가능하게 만드는 이점을 가진다.

본 발명의 더 나아간 유리한 실시예에 따르면, 상기 여자 펄스의 앞쪽 가장자리(leading edge)는 상대적으로 가파르게 된다. 상기 여자 펄스의 앞쪽 가장자리에서, 상기 여자 펄스 진폭의 80%는 1ns(나노세컨드) 미만이다. 상기 앞쪽 가장자리의 가파른 정도는 상기 여자 펄스의 고주파 대역폭이 달성될 수 있게 한다. 이러한 방법으로, 전체 주파수 도메인에 걸쳐서 적어도 500MHz의 대역폭을 가지는 초광대역 안테나(UWB 안테나)일지라도 단일 여자 펄스를 사용하여 측정될 수 있다. 이는 본 발명에 따른 방법이 특히 시간을 절약할 수 있다는 것을 의미한다.

효과 측면에 있어서, 본 발명에 따른 방법은 예를 들어 GTEM 셀과 같이 특히 실제 산업 적용에 있어서 이미 사용되고 있는 도파관을 사용하여 경제적으로 수행될 수 있는, 빠르고 안정적인 안테나 측정을 가능하게 한다. 예를 들어 축적형 오실로스코프가 측정 데이터를 기록하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 측정 대상인 알려지지 않은 특성 데이터를 가지는 단일 안테나만을 필요로 한다, 즉 정확한 측정을 위한 추가적인 기준 안테나가 더 이상 필요하지 않다. 특히 이러한 이점은 보다 복잡한 안테나를 사용하는 여러 실시예들의 설치에 있어서 비용 증가를 피할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 방법의 더 나아간 이점은 시간 도메인에서 분석된 시간 세그먼트로서 상기 응답 신호의 일 부분의 분석으로부터 도출되는 측정 정확도의 고유 증가와 관련되어 있다. GTEM 셀 내 파장의 전파 상태에서 보여지듯이, 고주파 흡수기가 존재함에도 불구하고 상기 셀의 뒷벽에서의 무시할 수 없는 반사 현상이 반사파를 유발시키며 발생한다(Thye, Armbrecht, Koch가 쓴 "기가헤르츠의 횡적 전자기 셀에서의 펄스 전파(Pulse Propagation in Gigahertz Transverse Electromagnetic Cells)"란 IEEE 간행물을 참조). 각각의 개별적 측정 주파수가 적어도 짧은 시간 주기 동안에 일정하게 유지되어야만 하는 주파수 도메인에서의 측정 경우에 있어서, 전파파와 반사파 사이의 합성(superimposition)은 필연적으로 상기 측정 결과를 왜곡하는 안테나에서 일어난다. 본 발명에서 제시된 시간 도메인에서의 분석 방법을 통하면, 측정 데이터는 상기 반사파가 상기 안테나에 도달하기 전에 안테나 상에서 기록될 수 있다. 이러한 방법에 있어서, 비록 주파수 도메인 신호가 여자 신호로서 사용된다고 할지라도, 상기 반사 현상에 의한 불필요한 간섭 영향을 피할 수 있다.

본 발명의 더 나아간 유리한 실시예에 따르면, 상기 응답 신호는 시간 도메인에서 기록된다. 상기 기록 단계는 예를 들어 축적형 오실로스코프를 사용하여 수행될 수 있다. 시간 도메인에서 직접적으로 이루어지는 기록 단계는 상기 신호의 분석 및 상기 안테나의 특성의 결정을 단순화시키는 이점을 가진다. 예를 들어, 상기 응답 신호는 상기 안테나 특성을 직접적으로 나타낸다. 이러한 경우에 있어서, 상기 응답 신호는 안테나 분야의 당업자가 측정 대상인 상기 안테나의 특성을 도출할 수 있는 예를 들어 시간에 따른 전압 곡선과 같은 2 차원 곡선일 수 있다. 더 나아간 이점으로서, 시간-곡선의 형태인 진폭값만이 상기 안테나로부터의 응답 신호로서 전달될 필요가 있고 어떠한 위상 위치의 기준도 필요하지 않기 때문에, 시간 도메인에서 제안된 상기 측정 방법은 안테나에서 상기 측정 장치로의 응답 신호를 전달하기 위하여 전기-광학적 변환기를 사용하는 것을 가능하게 한다. 광섬유와 결합한 전기-광학적 변환기의 사용이 가능하다는 것 역시 안테나 부근의 기생적 전자기장 왜곡이 종래의 금속 케이블에 비하여 감소된다는 이점을 가진다.

본 발명의 더 나아간 유리한 실시예에 따르면, 주파수 도메인 신호가 여자 신호로서 사용된다. 이는 안테나 측정에 사용되는 기존의 백터 네트워크 분석기를 계속 사용할 수 있게 한다는 이점을 가진다.

본 발명의 더 나아간 유리한 실시예에 따르면, 네트워크 분석기는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위하여 사용된다, 즉 상기 여자 신호를 생성하기 위하여 상기 응답 신호를 기록하고 분석하기 위하여 사용된다. 예를 들어, 상기 네트워크 분석기는 소프트웨어 측면에서의 확장을 통해서 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 특수하게 설정될 수 있다.

본 발명의 더 나아간 바람직한 실시예에 따르면, 상기 응답 신호는 주파수 도메인 내 위상으로 기록된다. 이러한 방법에 있어서, 유리하게, 복소수 응답 변수의 진폭 및 위상은 상기 안테나의 베이스(base)에 직접 기록될 수 있다(수직적 측정). 상기 주파수 도메인에서 기록된 상기 응답 신호는 그 후 역 퓨리에 변환을 통해서 시간 도메인으로 변환되고 그 후 구간 별로 분석된다.

본 발명의 더 나아간 바람직한 실시예에 따르면, 상기 응답 신호는 상기 특성을 결정하기 위하여 더 분석될 수 있다. 예를 들어, 상기 안테나의 주파수 도메인 특성은 상기 응답 신호로부터 결정될 수 있다. 이를 위하여, 시간 도메인에서 분석된 상기 안테나 응답의 시간 세그먼트는 주파수 도메인으로 변환될 수 있다. 안테나의 이득(gain), 방향 특성 및/또는 효율과 같은 특성이 이러한 방법에 으로 결정될 수 있다. 종래 알려진 주파수 도메인에서의 안테나 특성화 방법과 비교하여 볼 때, 본 발명을 따르면, 특히 만약 상기 안테나가 이미 전기적 여자 펄스의 결과로서 고주파 대역폭으로 동시에 여자된다면, 이러한 특성들이 매우 넓은 주파수 범위와 같이 극히 넓은 대역에 걸쳐서 한번의 측정으로 결정될 수 있다.

본 발명의 더 나아간 바람직한 실시예에 따르면, 상기 안테나의 전송 성질은 상기 안테나로부터 수신되는 상기 응답 신호로부터 결정된다. 상기 응답 신호는 상기 여자 펄스로부터 유발되는 파(wave)의 수신을 수반하기 때문에 상기 안테나의 수신 성질을 가지고 있다. 하지만, 로렌츠 상반 정리(Lorentz reciprocity theorem)를 적용한다면, 상기 전송 신호, 특히 전송 펄스 응답(h_tx(t, φ_i, θ_i)) 또한 상기 안테나로부터 수신되는 상기 응답 신호, 특히 상기 수신 펄스 응답(h_rx(t, φ_i, θ_i))으로부터 도출될 수 있다. 이는 안테나의 전송 상태를 결정하기 위하여 복잡한 추가적인 측정을 필요없게 만든다. 상기 전송 펄스 응답은 이하의 수신 펄스 응답으로부터 결정될 수 있다.

수식 (1)

여기서 φ_i 및 θ_i은 구면 좌표계의 전자기장과 관련하여 상기 안테나의 방향에 대한 각각의 좌표이다. φ_i은 방위각 좌표이고, θ_i은 높이 좌표이다. c₀는 광속이다.

주파수 범위 특성 또한 상기 수신측 펄스 응답으로부터 도출될 수 있다. 이를 위하여, 퓨리에 변환을 사용하여 시간 도메인 신호h _rx (t)를 주파수 도메인 신호H _rx (ω)로 변환시킬 필요가 있다(여기서 ω는 각 주파수를 의미한다). 이하 설명되는 상관 관계는 안테나의 유효 이득(또는 "절대 이득"이라고 알려짐)으로 나타나 있다.

수식 (2)

안테나 기술에 있어서 보다 일반적인 특성은 유효 안테나 영역이다. 이는 안테나의 상기 유효 이득에 직접적으로 연결되어 있다.

수식 (3)

상기 수식은 종래의 시간 도메인 특성(수신측 및 전송측 펄스 응답)과 주파수 도메인 특성(유효 이득 및 안테나 영역) 사이의 상관 관계를 나타내고 있다. 이는 상기 수신측 펄스 응답이 상기 유효 안테나 영역에 직접적으로 연결되어 있다는 것을 명확하게 하는 한편, 상기 전송측 펄스 응답은 상기 유효 이득에 직접적으로 연결되어 있다는 것을 명확하게 한다. 유효 안테나 영역과 유효 이득 사이의 상기 상관 관계는 주파수를 통해서 구축된다.

"수신측"("rx"로 표시됨)은 안테나가 신호를 수신하는데 사용된다는 것을 의미하고, "전송측"("tx"로 표시됨)은 안테나가 신호를 전송하는데 사용된다는 것을 의미한다.

상기 언급된 특성뿐 만 아니라 방향성, 효율성, IEEE 이득 및 그룹 딜레이와 같은 더 많은 특성들이 도출될 수 있다.

본 발명의 더 나아간 바람직한 실시예에 따르면, 상기 여자 신호의 주파수 대역폭은 측정 대상인 안테나의 주파수 대역폭과 동일하거나 이보다 더 크다. 유리하게, 이는 측정 대상인 상기 안테나가 전체 주파수 스펙트럼에 걸쳐서 단일 여자 신호, 특히 단일 여자 펄스를 사용하여 측정될 수 있게 한다.

본 발명의 더 나아간 바람직한 실시예에 따르면, 측정 대상인 상기 안테나는 초광대역 안테나, 특히 적어도 500MHz 주파수 대역을 가지는 안테나이다. 이는 본 발명에 따른 방법이 매우 넓은 광대역 안테나의 측정에 있어서 특히 유리하다는 것을 나타낸다.

본 발명의 더 나아간 바람직한 실시예에 따르면, 상기 안테나는 하나 이상의 공간 디멘션 또는 하나 이상의 회전축에서 움직일 수 있도록 도파관에 배치된다. 예를 들어, 상기 안테나는 대응 전기 구동부를 사용하여 총 3 개의 공간 좌표축 주위에서 회전될 수 있다. 더 나아간 실시예에 따르면, 상기 안테나 특성의 제1 값은 제1 안테나 위치에서 결정되고 적어도 상기 안테나 특성의 제2 값은 제2 안테나 위치에서 결정된다. 이는 일련의 특성들이 복수의 안테나 위치에서 빠르고 간편하게 결정될 수 있게 한다. 효과 측면에서 봤을 때, 이는 안테나의 2 차원 및 3 차원의 방사 특성이 빠르게 결정될 수 있게 한다. 특히, GTEM 셀이 사용된다면, 순수한 2-성분 TEM 장에 있어서, 공통 극성 및 교차 극성 안테나 성분의 독립적 특성화, 즉 무커플링(coupling-free) 특성화가, 안테나를 전파 방향에 대하여 90˚로 회전시킴으로써 가능해진다.

본 발명의 더 나아간 바람직한 실시예에 따르면, 도파관의 디멘션 및/또는 상기 도파관의 길이 방향에 있어서의 상기 도파관 내 안테나 위치는 안테나의 희망 특성 및/또는 크기의 결정에 필요한 응답 신호의 지속 시간에 따라서 선택된다. 예를 들어, GTEM 셀의 경우에 있어서, 상기 응답 신호의 상대적으로 긴 지속 시간이 예상되는 경우에, 상기 안테나는 만약 짧은 응답 신호가 본 방법에 있어서 반사파의 영향을 배제하기 위하여 예측된다는 경우 보다, 상기 안테나의 뒷벽에서 더 멀리 떨어진 장소에 위치된다. 만약 예를 들어 상기 GTEM 셀의 측면 벽으로부터의 거리가 비왜곡 측정에 있어서 너무 작기 때문에 상기 GTEM 셀의 뒷벽에서보다 더 멀리 떨어진 거리에 위치시키는 것이 불가능하다면, 이에 따라서 더 큰 GTEM 셀이 선택되어야만 한다.

본 발명의 더 나아간 바람직한 실시예에 따르면, 상기 안테나는 데카르트 좌표 상의 2-성분 TEM 장의 전기장 세기 및 자기장 세기의 상대적 직교 성분 사이의 비율이 자유 공간의 고유 임피던스에 가능한 가깝게 되는 상기 도파관 내 위치에 배치된다(여기서 상기 두 성분은 상기 도파관 내 전자기장의 주 전파 방향에 직교함). 이는 원하지 않은 교차 극성화 커플링을 통한 상기 측정 신초의 왜곡을 방지한다.

본 발명의 더 나아간 바람직한 실시예에 따르면, 제1항에 따른 상기 방법은 상기 도파관의 특성 데이터가 측정을 통해서 결정된다는 추가적인 단계를 포함한다. 이러한 데이터의 결정은 예를 들어 상기 도파관 내 알려지고 특정된 특성 데이터를 가지는 전자기장 센서의 위치 결정 단계 및 자기 펄스의 공급 단계를 통해서 이루어질 수 있다(Thye, Armbrecht, Koch가 쓴 "기가헤르츠의 횡적 전자기 셀에서의 펄스 전파(Pulse Propagation in Gigahertz Transverse Electromagnetic Cells)"란 IEEE 간행물을 참조). 측정 대상인 알려지지 않은 성질을 가지는 안테나의 배치와는 반대로, 상기 특정 GTEM 셀 또는 상기 도파관의 알려지지 않은 성질의 측정은 기준으로서 사용되는 전자기장 감지기를 사용하여 상기 단계에서 이루어질 수 있다. 마지막으로, 상기 응답 신호가 상기 도파관의 특성 데이터에 의하여 수학적으로 보정된다는 점에 있어서, 상기 안테나의 특성은 상기 도파관의 측정된 특성 데이터와 함께 청구항 제1항 방법을 따라서 결정된 안테나의 응답 신호로부터 결정된다. 이는 본 발명에 따른 방법의 측정 방법의 정확성을 더욱 향상시킨다. 상기 도파관에 의한 불필요한 왜곡 현상은 수학적으로 제거될 수 있다.

또한 본 발명은 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 측정 장치에 관한 것으로서, 상기 측정 장치는 위에서 설명한 종류의 방법을 수행하도록 설정된 것이다. 이를 위하여, 상기 측정 방법은 예를 들어 상기 여자 신호를 생성하는 신호 생성 장치, 및 상기 응답 신호를 기록하는 것뿐 만 아니라 상기 응답 신호를 통합 분석하는 신호 기록 장치를 포함할 수 있다. 또한 본 발명은 위에서 설명한 종류의 방법에 따라서 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하기 위하여 구성된 복수의 확장 장치를 포함할 수 있다.

상기 측정 장치 또는 상기 확장 장치의 적용은 예를 들어 이들 장치에 사용되는 소프트웨어의 수정 또는 확장을 통해서 실현될 수 있다. 본 발명의 유리한 실시예는 위에서 설명한 종류의 방법을 수행하기 위하여 특별히 구성된 네트워크 분석기에 관한 것일 수 있다.

본 발명은 도면을 참조하여 이하 실시예에서 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 GTEM 셀의 본질적 구조의 사시도이다.
도 2는 측정 대상 안테나의 예시적 사시도이다.
도 3은 GTEM을 사용한 본 발명에 따른 방법을 수행하는 측정 배치 형태의 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 영향 인자를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도식적 형태로 GTEM 셀 내 TEM 장 내 주 전자기장 성분을 나타낸다.
도 6은 GTEM 셀의 평면도이다.
도 7은 주 전자기장 성분의 수치로서 GTEM 셀의 횡 방향의 고유 임피던스 곡선을 나타내고 있다.
도 8은 예시적 여자 펄스를 나타내고 있다.
도 9는 안테나의 예시적 펄스 응답을 나타내고 있다.
도 10은 GTEM 셀을 사용한 본 발명에 따른 방법을 수행하는 측정 배치 형태의 또 다른 실시예의 측면도이다.
도 11은 표준 게인 혼 안테나의 유효 이득에 대한 측정 결과를 나타낸다.
이들 도면에 있어서, 동일한 도면 부호가 서로 대응하는 구성에 사용되었다.

GTEM 셀은 도파관의 일 실시예로서 이하 설명되게 된다. 도 1에서 보여지듯이, GTEM 셀(1)은 피라미드와 유사한 형태를 가진다. 상기 GTEM 셀(1)은 단면이 직사각형인 금속 외부 하우징(2)을 가지고 있다. 상기 외부 하우징(2)은 뒷벽(3)에서 상기 피라미드의 꼭지점 쪽으로 멀어지면서 끝난다. 고주파 흡수기(7)가 상기 피라미드 형태를 가지는 복수의 흡수기 요소를 가지는 뒷벽(3) 부근에 제공된다. 판 형상의 평평한 내부 컨덕터(5)가 상기 GTEM 셀(1)의 내부에서 뻗어나가는 형태로 배치된다. 또한 상기 내부 컨덕터(5)는 격벽으로서 도시되고 있다. 임피던스 지역(6)은 상기 뒷벽(3)에 인접한 상기 격벽(5)의 일부 지역에서 제공된다. 상기 임피던스 지역(6)과 상기 고주파 흡수기(7)의 결합을 통해서, 상기 GTEM 셀(1)은 본질적으로 희망 특성 임피던스로 반사 현상 없이 구성될 수 있다.

상기 격벽(5)은 50Ω의 특성 임피던스가 상기 GTEM 셀(1)의 길이 전체에 걸쳐 일정하게 달성되도록 하는 방법으로 상기 GTEM 셀(1) 내에 배치된다. 상기 GTEM 셀(1)은 신호를 공급하는 동축 공급 라인용 전기적 동축 연결부(4)를 가진다. 상기 동축 연결부(4)의 내부 컨덕터는 연결점으로부터 상기 GTEM 셀(1)의 상기 격벽(5) 안으로 연속적으로 통과한다. 상기 동축 연결부(4)의 외부 컨덕터는 연결점으로부터 상기 GTEM 셀(1)의 외부 컨덕터 안으로, 즉 상기 금속 외부 하우징(2) 안으로 연속적으로 통과한다.

도 2는 코니컬 안테나(8) 형상을 가지는 초광대역 안테나의 실시예를 도시하고 있다. 상기 코니컬 안테나(8)는 대략 반구형인 상부 부분(9) 및 대략 원뿔(conical)형인 하부 부분(10)을 포함하는 금속 안테나 몸체(9, 10)를 가진다. 상기 안테나 몸체(9, 10)는 예를 들어 퍼스펙스(perspex) 재질의 베이스(11, 점선으로 도시됨)에 의하여 지지된다. 상기 안테나(8)의 상기 원뿔 부분(10)은 베이스(11)를 통과하는 안테나 연결부(12)에서 마감된다. 상기 안테나 몸체(9)는 금속 베이스 판(16)과 함께 모노폴 안테나(monopole antenna) 구조로 형성되어 있다.

도 3은 본 발명에 따른 방법을 수행하는 측정 방법의 배치 형태를 도시하고 있다. 상기 GTEM 셀(1)은 도 3에서 측면에서 도시되고 있다. 펄스 생성기(13)는 상기 동축 연결부(4)에 연결되어 있다. 측정 대상인 안테나(8)는 상기 GTEM 셀(1) 안에 배치되어 있다. 상기 안테나(8)는 케이블(15)를 통해서 신호 탐지 장치(14)와 연결되어 있다. 상기 신호 탐지 장치(14)는 예를 들어 축적형 오실로스코프(storage oscilloscope) 또는 트랜지언트 기록기(transient recorder)로서 구성될 수 있다. 유리하게, 상기 케이블(15)은 광학 케이블, 즉 광학 도파관의 형태일 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 상기 안테나(8)로부터 수신된 신호를 광학 신호로 직접 변환하는 전기-광학 변환기는 상기 안테나 연결부(12)에 직접적으로 연결되어 있을 수 있다. 상기 광학 신호는 그 후 순차적으로 상기 신호 탐지 장치(14) 근처에 있는 상기 광학-전기 변환기에 의하여 전기 신호로 변환된다.

본 발명에 따른 방법을 수행하기 위하여, 여자 펄스(Ut_x(t))가 상기 펄스 생성기(13)에서 상기 GTEM 셀(1) 안으로 공급된다. 형성된 후 상기 안테나(8) 방향으로 전파하는 상기 전자기파는 이후 상기 안테나(8)의 한 점에 도달하고, 상기 신호 탐지 장치(14)에 의하여 기록되는 응답 신호(U_rx(t))를 생성한다.

도 4는 안테나 특성을 결정하는데 고려될 필요가 있는 충돌 영향 인자들을 도시하고 있다. 제1 영향 인자는 상기 GTEM 셀 안에 있는 안테나의 각각의 위치에서의 펄스 정지 지속 시간이다. 상기 펄스 정지 지속 시간은, 상기 여자 펄스에 의하여 유발되어 상기 안테나로 전송되는 상기 전파파를 모두 수신한 때와 반사파의 수신을 시작하는 때 사이의 경과 시간이다. 상기 펄스 정지 지속 시간의 이러한 시간 간격에 있어서, 측정 결과의 어떠한 왜곡도 상기 GTEM 셀의 뒷벽을 떠나는 반사 현상에 의하여 발생되지 않는다고 가정할 수 있다.

제2 영향 인자는 상기 안테나로부터의 응답 펄스의 예상 길이이다. 상기 예상 길이는, 어떠한 간섭도 상기 응답 신호의 마지막 부분에서 반사파를 통해서 상기 응답 신호의 전파파에 합성되지 않도록, 상기 펄스 정지 지속 시간에 대하여 일정하여야만 한다.

제3 영향 인자는 여자 펄스 폭, 즉 상기 여자 신호의 지속 시간이다. 이는 상기 펄스 정지 지속 시간보다 매우 짧아야만 하고, 예를 들어 위에서 설명된 종류의 방법에서 사용된 초광대역 펄스의 사용을 통해서 가능하게 된다.

고려할 필요가 있는 제4 영향 인자는 안테나의 크기로서, 상기 안테나의 크기에 의하여 유발되는 전자기장 왜곡이 무시될 수 있도록 상기 GTEM 셀의 단면과 합리적 상관 관계를 가져야만 한다. 경험에 비추어볼 때, 상기 코니컬 안테나의 경우, 측정 대상인 상기 안테나의 위치 근처에 있는 상기 GTEM 셀의 단면 영역은 동일한 단면 평면에 있어서 상기 안테나의 단면보다 적어도 25배 더 크거나 상기 단면 영역의 약 5% 정도여야만 한다.

도 5는 데카르트 좌표계로서 TEM 장의 주 전자기장 성분의 이론상의 곡선을 도식적 형태로 도시하고 있다. 상기 좌표계는 x축이 상기 GTEM 셀의 횡으로 진행하고 y축이 종으로 진행하고 Z축이 길이방향으로 진행하는 방법으로 상기 GTEM 셀(1)을 정의하고 있다. 도 5에 있어서, 전기장 선(H_x)은 도 5에서 z축 처럼 본 도면에 직교하는 격벽(5) 주위에서 진행한다. 전기장 선(E_y)은 - y방향으로 진행한다. 상기 TEM 장은 z축 방향으로 전파된다.

도 6은 두 단면(단면 1 및 단면 2)를 포함하는, 상기 GTEM 셀(1)의 평면도로서 지면측 좌표계에서의 정렬 상태를 도시하고 있으며, 상기 두 단면을 따라서 고유 임피던스가 계산된다.

도 7은 본 실시예의 방법에 의하여 선택된 x' 좌표를 따라서 두 단면(단면 1 및 단면 2)에 대한 주 전자기장 성분의 수치로서 상기 계산된 고유 임피던스(η_lin)를 도시하고 있다. 본 도면에서 보여지듯이, 상기 GTEM 셀의 횡 방향에 관하여 측정 대상인 상기 안타네의 중앙 위치(x'=0) 설정을 사용한다면, η₀의 임피던스 = 377 Ω이라는 자유 공간에서의 측정 조건에 대응하는 결과를 얻을 수 있고, 이로써 상기 TEM 장은 유리하게 오직 데카르트 좌표계의 2 성분 TEM 장(E_y, H_x)으로서 이러한 지점을 표현할 수 있다. 이러한 점에 있어서, 90˚로 상기 안테나를 회전시킴으로써 상기 공통 극성 전자기장 성분이 상기 교차 극성 전자기장 성분에 의하여 유발되는 왜곡을 포함하지 않고 측정될 수 있기 때문에, 직교 극성화된 안테나 성질에 관하여 상기 안테나(8)의 개별적 특성화가 매우 단순하게 이루어질 수 있다.

도 8은 여자 펄스(u_tx(t))의 예시를 도시하고 있다. 도면에 도시되어 있듯이, 상기 여자 펄스는 특히 앞쪽 부분에서 신호 가장자리가 떨어지는 부분이 상대적으로 가파르게 도시되어 있다. 도시된 예시에 있어서, 상기 여자 펄스의 진폭의 순간 값이 최대 도달 진폭의 10%와 90% 사이의 범위를 지나는 시간(T1)은 약 20ps 정도일 뿐이다. 따라서, 도시된 실시예에 있어서, 신호 가장자리의 기울기는 48V/ns이다. 이는 약 20GHz의 주파수 대역폭에 대응한다.

상기 안테나의 응답 신호는 전압 곡선(u_rx(t))으로서 기록된다. 상기 수신 펄스 응답(h^AUT _rx(t))은 일반적으로 수신 모드에서 상기 안테나에 충돌하는 세 개의 전기장 성분(E_X,E_y, E_z)을 사용하여 전압값으로 표현되는 상기 안테나의 응답 신호(u_rx(t))와 연결된다. 따라서 이러한 펄스 응답의 단위는 일반적으로 [m]으로 표시된다. 상기 응답 신호(u_rx(t))는 본질적으로 상기 좌표계의 서로 다른 좌표 방향으로 배향되는 펄스 응답 벡터의 선분들의 합성을 포함을 포함한다(h^AUT _rx(t) = (h_x(t), h_y(t), h_z(t)) (AUT = 테스트 중인 안테나)). 데카르트 좌표에서의 순수한 2 성분 TEM 장의 상기 전파파의 결과로서, 상기 GTEM 셀의 중앙축을 따라서, 극성화되는 일 없이 상기 안테나 특성을 결정하기 위하여 결정될 필요가 있는 상기 펄스 응답(h^AUT _rx,y (t))이 다음의 수식과 같이 y- 성분으로부터 도출되도록, 상기 x- 성분 및 z- 성분은 무시될 수 있다.

여기서 연산자 *^-1 는 역 콘벌루션(inverse convolution) 연산을 나타낸다. 상기 값α_PL 는 일반적으로 사용되는 GTEM 셀의 감쇠 상수이다. 상기 "TG"는 응답 신호의 시간 부분과 관계한다는 것으로, 즉 상기 응답 신호가 전파파만을 포함하고 있고 반사에 의한 어떠한 간섭 영향도 존재하지 않고 더 나아가 상기 안테나의 위치에서의 전자기장이 TEM 장인 동안에 상기 안테나의 특성을 결정하기 위하여 분석되는 (u_rx(t))의 시간 세그먼트와 관계하고 있다는 것을 나타낸다.

도 9는 상기 안테나의 펄스 응답(h^AUT _rx(t))의 시간 곡선을 도시하고 있다. 3 개의 곡선이 여기서 동일한 다이어그램에서 도시되고 있다. 곡선(h^AUT _rx, _REF(t))(가장 적게 물결(ripple)치는 곡선)은 2 개의 안테나 기준 방법을 사용하여 측정 결과의 타당성을 확인하기 위하여 측정되었다. 그 밖의 2 개의 곡선(더 크게 물결치는 곡선)은, 본 발명의 방법에 따라서 달성되는, 2 개의 안테나 기준 방법에 사용되었던 2 개의 측정 대상 코니컬 안테나(8)의 펄스 응답을 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 측정되 곡선들은 기준 측정 방법의 곡선과 매우 유사하다. 만약 필요하다면, 안테나의 추가 특성이 도 9에서 도시된 상기 펄스 응답으로부터 도출될 수 있다. 이를 위하여, 상기 수신 펄스 응답(h^AUT _rx(t))의 시간 곡선이 전송 펄스 응답(h^AUT _tx(t))으로 변환되거나, 이와는 달리 수신 펄스 응답 또는 전송 펄스 응답 중 어느 하나가 예를 들어 퓨리에 변환과 같은 방법을 통해서 주파수 도메인으로 변환될 수 있으며, 그 결과, 이득, 방향 특성 또는 효율과 같은 상기 안테나의 주파수 도메인 대응 특성들이 그 후 측정될 수 있다.

도 10은 도 3에서 보여진 것과 유사한 측정 배치 형태를 도시하고 있다. 도 3과는 대조적으로, 상기 펄스 생성기(13) 및 개별적 신호 탐지 장치(14) 대신에, 네트워크 분석기의 형태를 가지는 결합 장치(20)가 제공된다. 상기 네트워크 분석기(20)는 특히 여자 신호로서 종래의 주파수 도메인 신호를 생성하는 것뿐 만 아니라 주파수 도메인에서 종래의 주파수 도메인 신호, 즉 상기 응답 신호의 주파수 도메인 신호를 기록하는데 특히 적합하다. 비록 도 10에 따른 상기 측정 배치 형태가 측정 장치로서 사용되는 상기 네트워크 분석기(20)의 더 넓은 동적 범위의 결과로서 상기 주파수 도메인에서의 향상된 측정 방법을 가능하게 하지만, 본질적으로 도 3에서 도시된 측정 배치 형태와 호환 가능하다.

신호를 기록하는 두 개의 가능성, 즉 도 3에 따른 측정 배치 형태와 도 10에 따른 측정 배치 형태는 퓨리에 변환을 통해서 서로 연결될 수 있다. 상기 각각의 측정 범위가 유한하다는 성질은 상기 변환에 있어서 편차를 유발시킬 수 있다. 따라서, 각각의 범위에서 윈도윙(windowing) 방법, 즉 여러 주파수 범위에 있어서 개별적으로 측정이 수행되는 방법이 바람직하다. 윈도우(window)는 이에 상당하는 범위 내에 낮은 처리 손실(기술적으로는 "처리 이득(processing gain)" 또는 "간섭 이득(coherent gain)"이라고도 한다)을 표시하는 것이 바람직하다. 상기 상당하는 범위는 상기 안테나의 작동 범위에 의하여 상기 주파수 도메인에서 식별되고 도 8에서 참조되어 설명된 시간 간격(T1)에 의하여 상기 시간 도메인에서 식별된다. 특히 낮은 처리 손실을 달성하는데 적합한 형태로서 직사각형의 윈도우 또는 흔히 "터키 윈도우(Tukey window)"라고 불리는 형태가 있으며, 이는 F. Harris 가 쓴 1978년 1월자 간행물 "이산 퓨리에 변환을 통한 조화 해석용 윈도우의 사용(On the use of windows for harmonic analysis with a discrete Fourier transform)"의 51페이지 내지 83페이지의 Vol. 66, No. 1에서의 IEEE 절차에서 상세히 설명되어 있다. 상기 이러한 기술의 파라미터 표시 성질 덕분에, 상기 터키 윈도우는 보다 향상된 유연성을 제공할 수 있다.

도 11은 "표준 이득 혼(standard gain horn) 안테나"에서 본 발명에 따른 방법을 사용하여 수행되는 측정 방법의 실시예를 도시하고 있다. Agilent사에 의하여 제조된 N5230A 네트워크 분석기가 신호를 생성하고 기록하기 위하여 사용되었다. Seavey Engineering Associates 사에 의하여 제조된 SGA-50L 타입의 "표준 이득 혼 안테나"이 안테나로서 사용되었다. 상기 안테나는 ENCO 사에 의하여 제조된 GTEM 5305 타입의 GTEM 셀 내에 배치되었다. 상기 혼 안테나에서 상기 안테나의 도파관으로의 전이는 상기 GTEM 셀의 공급 지점(4)로부터 1.51 m 떨어진 거리에 있는 상기 GTEM 셀의 중앙에서 이루어진다.

도 11에 도시된 실선은 측정 결과를 도시하고 있고, 본 도면에 있어서 dBi 단위의 무손실 등방성 기준 복사기(radiator)와 관련한 유효 이득이 GHz 단위의 주파수에 대하여 그려지고 있다. 본 도면에서 도시된 점선은 안테나 제조자에 의하여 설정된 기준을 나타낸다. 본 도면에서 도시된 바와 같이, 측정 결과와 상기 제조자에 의하여 특정된 기준 사이에 약간의 편차가 존재하지만, 상기 편차는 ±0.5 dBi보다 작은 범위 내에 있다. 이러한 편차는 시간 간격(T1)의 유한한 성질에 기인한 것일 수 있다. 상기 제조자의 설정 사항을 통해서 측정 결과의 보다 정확한 수렴 현상이 상기 측정 결과에 대한 평활 함수의 결정을 통해서 달성될 수 있다.

Claims

a) 하나 이상의 특성을 가지는 안테나(8)를 도파관(1)에 의하여 둘러싸인 공간에 위치시키는 단계;
b) 상기 도파관(1)의 공급 연결부(4) 안으로 전기적 여자 신호(u_tx(t))를 공급하는 단계;
c) 상기 여자 신호(u_tx(t))의 결과로서 상기 안테나(8)에 의하여 방출되는 전기적 응답 신호(u_rx(t))를 획득하는 단계; 및
d) 상기 응답 신호(u_rx(t))의 하나 이상의 부분 및 상기 여자 신호(u_tx(t))의 대응 부분으로부터 상기 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 단계로서, 응답 신호(u_rx(t))의 상기 부분은 이하 조건들;
조건 i) 상기 여자 신호(u_tx(t))에 의하여 발생되고 상기 공급 연결부(4)에서 상기 안테나(8) 쪽으로 진행하는 전자기장의 단일 파 또는 복수 파가 상기 안테나(8)가 있는 위치에 존재함,
조건 ii) 상기 안테나(8)가 있는 위치에 존재하는 상기 전자기장은 TEM 장임,
을 만족하는 시간 도메인에서 구해진 시간 세그먼트인, 단계;를 포함하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제1항에 있어서,
여자 펄스, 특히 예를 들어 가우스형 펄스와 같이 고주파 대역폭을 가지는 여자 펄스가 상기 여자 신호(u_tx(t))로서 사용되는 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 응답 신호(u_rx(t))는 시간 도메인에서 기록되는 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
주파수 도메인 신호가 상기 여자 신호(u_tx(t))로서 사용되는 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 응답 신호(U_rx(t))는 주파수 도메인에서 위상으로 기록되는 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안테나(8)의 주파수 도메인 특성, 특히 이득, 방향 특성 및/또는 효율에 관한 특성이 상기 응답 신호(u_rx(t))로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안테나(8)의 전송 성질이 상기 응답 신호(u_rx(t))로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 여자 신호(u_tx(t))의 주파수 대역폭은 측정 대상이 되는 상기 안테나(8)의 주파수 대역폭과 동일하거나 더 큰 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 여자 신호(u_tx(t))로 결정될 수 있는 상기 응답 신호(u_rx(t))의 디콘볼루션(deconvolution)에 비례하는 특성(h_rx(t))은 측정 대상인 상기 안테나(8)의 특성인 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도파관은 TEM 도파관, 특히 TEM 셀 또는 GTEM 셀인 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안테나(8)는 초광대역 안테나, 특히 500MHz 이상의 주파수 대역폭을 가지는 안테나인 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안테나(8)는 하나 이상의 공간 디멘션 또는 하나 이상의 회전축에서 움직일 수 있도록 상기 도파관(1)에 배치되고, 상기 안테나(8)의 특성 중 제1 값은 제1 안테나 위치에서 결정되고, 적어도 상기 특성 중 제2 값은 제2 안테나 위치에서 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도파관(1)의 디멘션 및/또는 상기 도파관(1) 내 길이 방향의 상기 안테나(8)의 위치는, 상기 안테나(8)의 요구 특성 및/또는 크기를 결정하기 위하여 필요한 상기 응답 신호(u_rx(t))의 지속 시간에 따라서 선택되는 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안테나(8)는 데카르트 좌표 상의 2-성분 TEM 장 중 전기장 세기와 자기장 세기의 상대적 직교 성분 사이의 비율이 자유 공간의 고유 임피던스에 가능한 가깝게 되도록 상기 도파관(1)에 배치되고, 상기 두 성분은 상기 도파관 내 전자기장의 주 전파 방향에 직교하는 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
도파관(1)의 특성 데이터는 측정을 통해서 결정되고, 상기 특성은 상기 도파관의 특성 데이터에 의하여 수학적으로 보정된 상기 응답 신호(u_rx(t))로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위하여 구성된 것을 특징으로 하는 안테나의 하나 이상의 특성을 결정하는 측정 장치.