SE528829C2 - Antenneffektivitetmätningsmetod och system därför - Google Patents

Description

U1 RJ Ca C, Ä- uu Detta syfte, bland andra, erhålls genom en nætod respektive ett system för att fastställa antenneffektivitet för en elekt- riskt liten multibandantenn enligt de medföljande kraven.

Antenneffektivitet kan noggrant fastställas för olika typer av små antenner och särskilt för olika frekvenser, till följd av användning av plottade yttersta värden, som sedan anpassas till en cirkel.

Den uppfinningsenliga metoden kan utföras genom att utnyttja ett lagringsorgan, en vektornätanalysenhet (VNA) och en kavi- tet med en rörlig vägg.

Ytterligare egenskaper och fördelar med föreliggande uppfin- ning kommer att vara uppenbara från den följande beskriv- ningen.

Kort beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning kommer att beskrivas nedan i den de- taljerade beskrivningen av utföringsformer givna i samband med de nædföljande figurerna, som endast ges genom illustration och således inte är begränsande för föreliggande uppfinning, varpå: figur 1 illustrerar en komplex Su-parameter plottad för en frekvens för en elektriskt liten multibandantenn, enligt före- liggande uppfinning, figur 2 illustrerar schematiskt fastställandet av ASWW- och ASmN-värden enligt föreliggande uppfinning, figur 3 illustrerar schematiskt en utrustning som används för att utföra metoden enligt föreliggande uppfinning; och LW NJ CS O? w! I" 1 figur 4 illustrerar' schematiskt ett tvärsnitt av en kavitet med en rörlig vägg.

Detaljerad beskrivning av utföringsformer I den följande beskrivningen, för förklarande syften och inte begränsande syften, anges specifika detaljer, såsom särskilda tekniker och tillämpningar för att tillhandahålla en grundlig förståelse av föreliggande uppfinning. Det är emellertid up- penbart för en fackman inom området att föreliggande uppfin- ning kan tillämpas i. andra utföringsformer som avviker från dessa specifika detaljer. I andra fall utelämnas detaljerad beskrivning av välkända metoder och apparater för att det inte skall fördunkla beskrivningen av föreliggande uppfinning med onödiga detaljer.

En första utföringsform av föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas med hänvisning till figurerna 1-4.

Antenneffektiviteten för en elektriskt liten multibandantenn, d.v.s. en antenn som har sin största dimension mindre än Ä/4 av de önskade resonansfrekvenserna, typiskt en som används i en. bärbar radiokommunikationsapparat, såsonx en mobiltelefon, en bärbar telefon, en bärbar dator eller liknande anordning, såsom antenner som används för bilar eller stationära datorer, skall fastställas. Både antennens totala effektivitet nmt P (nm==?ï) och antennens strålningseffektivitet nad Ill P (Um,=;;-ï--) kan enkelt erhållas av föreliggande uppfin- in _ reflekmaa ning.

Antennen ansluts först till en vektornätanalysenhet (VNA), ge- nom vilken Sn-parametern mäts för antennen i fri rymd.

Su-parametern är inreflektionskoefficienten från VNA. Detta utförs för ett flertal frekvenser, exempelvis 800-2500 MHz el- ler varje annan önskad frekvens för att erhålla ett flertal komplexa Sun-värden för montering i fri rymd av antennen. De uppmätta komplexa värdena lagras företrädesvis i ett lagrings- organ, såsom minnet i en dator.

Härnäst monteras antennen i en kavitet 1 med en volym V med en rörlig vägg 2, se figur 4. Antennen 3 är positionerad nära väggen motsatt den rörliga väggen 2. Väggen motsatt den rör- liga väggen 2 är fast under nätningen men är borttagbar för montering av antennen 3 i kaviteten 1. Antennen är företrädes- vis monterad i chassit den man avser använda i under mätningen för att tillhandahålla så noggranna mätningar som, möjligt.

Till följd av användningen av kaviteten 1 enligt föreliggande uppfinning är inte positionen för antennen nära väggen motsatt den rörliga väggen särskilt känslig avseende mätnoggrannhet.

VNA är ansluten till antennen 3 genom två anslutningar 4, 5 genom kaviteten 1. Om chassit som antennen är monterad på är liten, med en minsta dimension av omkring 60 mm, påverkas strömmarna i anslutningarna 4, 5 märkbart mätningen. Detta kan emellertid tas om hand genom att fästa ferriter på anslut- ningarna 4, 5 för att stoppa dessa strömmar från att propagera in i kaviteten 1 och påverka mätningarna.

För en mätning av 800-2500 MHz är en basarea av 200x200 um? av kaviteten lämplig. Avståndet d från antennen till den rörliga väggen är för sådana frekvenser lämpligen mellan 100 och 600 mm, uppnående ett flertal volymer V(d) mellan 0,04 och 0,24 nf. Propagationsvägen längs avståndet d är emellertid mycket mer viktig för mätningen jämfört med volymen V(d), som varför en kavitet med endast en rörlig vägg används.

Antennen ansluts igen till VNA, genom vilken Su-parametern nu mäts för antennen anordnad inuti kaviteten. Detta utförs för 528 Éš29 ett flertal avstånden d för samma flertal frekvenser som för mätningen i fri rymd, för att erhålla ett flertal komplexa Sn,c(d)-värden för kavitetsmontering av antennen. De uppmätta komplexa värdena lagras företrädesvis i minnet i datorn. För att noggrant fastställa antenneffektiviteten för en antenn täckande 800-2500 MHz behövs approximativt 50 komplexa värden S11,,(d) mätas för varje flertal frekvenser. Dessutom mäts ap- proximativt 30-40 frekvenser för frekvensintervallet för att noggrant fastställa antenneffektiviteten för en antenn täckan- de 800-2500 MHz.

För att fastställa de yttersta värdena för de komplexa S1,,c(d)- värdena plottas de imaginära delarna av de komplexa S11,c(d)- värdena mot realdelarna av de komplexa S11,c(d)-värdena för var- je frekvens av flertalet frekvenser, se figur 1. Dessa värden presenteras exempelvis i polära koordinater eller i kartesiska koordinater. Experiment har emellertid visat att presentation i kartesiska koordinater ger ett mer noggrant resultat av an- tenneffektiviteten jämfört med plottning i polära koordinater.

De yttersta värdena fastställs företrädesvis som de komplexa S,1,c(d)-värdena längst bort från den komplexa mittpunkten där- av, som företrädesvis fastställs på följande sätt. Den kom- plexa mittpunkten för värdena fastställs i två steg. Realdelen av den komplexa mittpunkten fastställs genom att dela med två det högsta positiva realvärdet adderat till det högsta nega- tiva realvärdet, (Re{mittpunkt}=Reås*l'°(d)}(max):Reismüløxmln) ) . ginärdelen av den komplexa mittpunkten fastställs genom att Ima- dela med två det högsta positiva imaginärvärdet adderat till det högsta negativa imaginära värdet , ( ÜfÅmíflfPlm/fffi Imßw Imislhxdnfinin) ) . Därefter kontrolleras i en rät linje från mittpunkten vilket komplext värde som är (_71 FJ CC» CTC Wi längst bort från mittpunkten. Detta utförs i ett flertal rikt- ningar, exempelvis varje 1° av cirkeln.

De yttersta värdena anpassas sedan numeriskt, minimerande kva- dratroten till medelkvadratavvikelsen till en cirkel för varje frekvens av flertalet frekvenser, se figur 1. Ett initialvill- kor för anpassning av de yttersta värdena till en cirkel an- vänder mittpunkten fastställd ovan som mitten av cirkeln. Ett annat initialvillkor för anpassning av de yttersta värdena till en cirkel använder en radie av cirkeln fastställd som en fjärdedel av avståndet mellan de högsta och lägsta realvärdena adderade till en fjärdedel av avståndet mellan de högsta och lägsta imaginära värdena, ( «f:šfxnfln1 + |hn{s..,>¿kn{s.wmmmx ) o Därefter fastställs antennaktiviteten baserad på den anpassade cirkeln och det komplexa Slhü-värdet för antennen i fri rymd för varje frekvens av flertalet frekvenser.

Den totala antenneffektiviteten fastställs företrädesvis genom följande ekvation: 2 (77 1 = ) I '° (ASMAX)*+(ASM,~)* varvid Asmm är det maximala avståndet mellan omkretsen av cir- keln och det komplexa Snfifl-värdet och ASHN är det minimala av- ståndet mellan omkretsen av cirkeln och det komplexa S värdet, se figur 2. 11,fs"' Antennstråleffektiviteten fastställs företrädesvis med föl- jande ekvation: Cfi PG G3 CC 'B \Q 2 1 (Um = _ _' d I +(ASMIN)X l-ISUJJ 2)! varvid ASM* är det maximala avståndet mellan omkretsen av cir- keln och det komplexa SILÜ-värdet, och ASMN är det minimala av- ståndet mellan omkretsen av cirkeln och det komplexa SILÜ- värdet, se figur 2.

Metoden beskriven ovan tillhandahåller ett system som kan au- tomatiseras fullständigt och som nwcket effektivt mäter an- tenneffektiviteten noggrant. Sådan industriell tillämpbarhet har inte tillhandahållits av några tidigare system. Ett system enligt föreliggande uppfinning är till och med mer noggrant än ett dedicerat mätrum, åtminstone i det långa loppet, eftersom det innefattar färre komponenter och därigenom är mer stabilt och mekaniskt robust.

En andra utföringsform av föreliggande uppfinning beskrivs nu, som är identisk med den första utföringsformen beskriven ovan förutom följande.

En standardavvikelse beräknas mellan de yttersta värdena och cirkeln, givande en osäkerhetsfaktor för Asmp och Asmn. Behand- lingsfelet beräknas sedan från ekvationerna l och 2.

En tredje utföringsfornl utnyttjas företrädesvis när minnes- lagringskapaciteten är begränsad under beräkning av antenn- effektiviteten. Denna kan tillämpas på endera av de tidigare utföringsformerna.

De komplexa Sn@(d)-värdena plottade inuti de yttersta värdena identifieras och tas bort från lagringsorganet.

Föreliggande uppfinning har beskrivits för användning av nml- tibandantenner. När multibandet täcker över 500 MHz är förde- len med metoden av föreliggande uppfinning noterbart uppenbar jämfört med kända metoder.

En fördel med systemet enligt föreliggande uppfinning, som är liten och billig, är att varje laboratorieutrymme i en fabrik kan, ha sitt eget “mätningssystem. På detta sätt kan. utveck- lingstiden för en ny antenn förkortas då utvecklingspersonal inte behöver vänta på tillträde till ett gemensamt mätrum.

Det är uppenbart att föreliggande uppfinning kan varieras på ett flertal sätt. Sådana variationer skall inte avses som av- steg från omfånget av föreliggande uppfinning, såsom. defi- nieras av de nædföljande kraven. Alla sådana variationer som skulle vara uppenbara för en fackman inom området avses vara inkluderade inom, omfånget av föreliggande uppfinning, såsom definierat av de medföljande kraven.

Claims (11)

Patentkrav

1. l. Metod för att fastställa antenneffektivitet för en elekt- riskt liten multibandantenn, innefattande följande steg: - mätning av ett komplext Slhfl-parametervärde för nämnda elektriskt liten multibandantenn, när nämnda elektriskt liten nmltibandantenn är anordnad i fri rymd, för ett flertal fre- kvenser, - mätning av ett komplext Snß(d)-parametervärde för nämnda elektriskt liten multibandantenn, när nämnda elektriskt liten multibandantenn är anordnad i en kavitet för ett flertal voly- mer V(d) av nämnda kavitet för nämnda flertal frekvenser, - fastställande, för varje frekvens av nämnda flertal frekven- ser, de yttersta värdena för nämnda komplexa Snfl(d)-parameter- värden, vari imaginärdelen av Sn@(d)-parametervärdena plottas mot realdelen av' S1Lc(d)-parametervärdena för nämnda flertal volymer V(d) av nämnda kavitet, - anpassning för varje frekvens av nämnda flertal frekvenser av nämnda yttersta värden till en cirkel, och - fastställande, för varje frekvens av nämnda flertal frekven- ser, av nämnda antenneffektivitet baserad på nämnda cirkel och nämnda komplexa S1Lfl-parametervärde.

2. Metod enligt krav 1, varvid nämnda steg att fastställa de yttersta värdena innefattar val av de komplexa Snfl(d)-värdena längst bort från den komplexa mittpunkten därav.

3. Metod enligt krav 2, varvid nämnda komplexa mittpunkt för nämnda komplexa SuJ(d)-värden fastställs i två steg, 10 - realdelen av den komplexa mittpunkten fastställs genom att dela med tvâ det högsta positiva realvärdet adderat till det högsta negativa realvärdet, och - imaginärdelen av den komplexa mittpunkten fastställs genom att dela med två det högsta positiva imaginära värdet adderat till det högsta negativa imaginära värdet.

4. Metod enligt krav 3, varvid det kontrolleras i en rak linje från nämnda komplexa nüttpunkt vilket komplext värde som är längst bort från nämnda mittpunkt för ett flertal riktningar, exempelvis varje 3° av cirkeln.

5. Metod enligt något av kraven 1-4, innefattande steget att fastställa en standardavvikelse mellan nämnda komplexa ytters- ta värden och nämnda cirkel för att fastställa behandlingsfel.

6. Metod enligt något av kraven 1-5, innefattande de följande stegen: - identifierande komplexa Suß(d)-parametervärden plottade inom nämnda yttersta interpolerade kurva, och - borttagande av nämnda identifierade komplexa Snm(d)-parame- tervärden från nämnda komplexa Sum(d)-parametervärden.

7. Metod enligt något av' kraven 1-6, varvid antenntotal- effektiviteten fastställs, för varje frekvens av nämnda fler- tal frekvenser, genom följande ekvation: 2 _1)I (n =--_---- '°' (ASM *+(ASM,~ varvid ASWW är det maximala avståndet mellan omkretsen av nämn- da cirkel och nämnda komplexa Suüfi-parametervärden och ASMN är 11 det minimala avståndet mellan omkretsen av nämnda cirkel och nämnda komplexa Slhfi-parametervärde.

8. Metod enligt något av kraven l-7, varvid antennstrål- effektiviteten fastställs för varje frekvens av nämnda flertal frekvenser av följande ekvation: 1), 2 1 ( ”fa i - - . d uVÄmx)l+(ASMm I 1-ßhß) varvid Asm är det maximala avståndet mellan omkretsen av nämn- da cirkel och nämnda komplexa Sn,“-parametervärde, och ASM" är det minimala avståndet mellan omkretsen av nämnda cirkel och nämnda komplexa Sn,“-parametervärde.

9. Metod enligt något av kraven 1-8, varvid nämnde multiband täcker åtminstone 500 MHz, företrädesvis 800-2500 MHz.

10. Metod enligt något av kraven l-9, varvid nämnda flertal volymer V(d) erhålls genom att flytta en vägg (2) i nämnda ka- vitet (1) ett flertal avstånd d från nämnda elektriskt liten multibandantenn (3).

11. System för att fastställa antenneffektivitet för en elekt- riskt liten multibandantenn innefattande ett lagringsorgan, en vektornätanalysenhet och en kavitet (l), kännetecknat av att nämnda elektriskt liten nmltibandantenn (3) under mätning är positionerad nära en första fast vägg i. nämnda kavitet (1) motsatt en andra rörlig vägg (2) i nämnda kavitet (1).