TWI390217B - 天線特性測定裝置及天線特性測定方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種例如當測定使用於行動電話等之小型天線之天線特性時所使用的天線特性測定裝置及天線特性測定方法。
一般而言，已知有使用電波屏蔽箱(shielding box)以測定無線機器之天線功率之測定方法(例如參照專利文獻1)。又，專利文獻1所揭示之測定方法中，將已知特性之電波屏蔽箱之位置衰減(site attenuation)與實際測定所使用之電波屏蔽箱之位置衰減的差作為該電波屏蔽箱之位置係數，導入天線功率之求值式之修正項。藉此，習知技術中，使用小型電波屏蔽箱簡易地測定無線機器之天線功率。
專利文獻1：日本特開2003－75489號公報
然而，習知技術之測定方法中，必須事先測定電波屏蔽箱之位置衰減以特定位置係數。此時，位置衰減為各電波屏蔽箱之固有值。因此，當使用新的電波屏蔽箱時，有下列問題：必須測定該位置衰減且無法立即使用。又，習知技術中，必須在進行實際測定後進行修正項之運算處理，未必能簡易地測定天線特性。
本發明係有鑑於上述習知技術之問題而構成，本發明之目的在於提供不需進行修正等之運算處理，使用小型電波屏蔽箱測定天線特性之天線特性測定裝置及天線特性測定方法。
為解決上述問題，請求項1發明之天線特性測定裝置，具備內部設有電波吸收體的電波屏蔽箱，設於該電波屏蔽箱內作為測定對象的被測定天線，及與該被測定天線相對向設於該電波屏蔽箱內、用以測定該被測定天線之天線特性的測定天線，其特徵在於：設該被測定天線之開口尺寸為D、該測定天線之開口尺寸為d、測定頻率之波長為λ時，將該被測定天線與測定天線間之距離L設定在滿足下式關係的範圍，
請求項2發明之天線特性測定方法，係在內部設有電波吸收體之電波屏蔽箱內相對向設置被測定天線與測定天線，使用該測定天線測定該被測定天線的天線特性，其特徵在於：設該被測定天線之開口尺寸為D、該測定天線之開口尺寸為d、測定頻率之波長為λ時，將該被測定天線與測定天線間之距離L設定在滿足下式關係的範圍，
使用該測定天線測定來自該被測定天線的電磁波。
依據請求項1、2的發明，可在測定天線與被測定天線之距離近的菲涅爾(Frenel)區域，測定與該等之距離離開的弗朗荷費(Fraunhofer)區域相同的天線特性。
亦即，一般而言，由於各天線的開口尺寸D、d係與測定頻率之波長λ相同程度的值，因此當滿足請求項1、2所限定之關係時，開口尺寸D、d與距離L相較有變小之趨勢。此時，即使從被測定天線輻射之電磁波之輻射圖案在菲涅爾區域亦成為與弗朗荷費區域相同的圖案。因此，即使在被測定天線與測定天線間之距離L為(D＋d)2
/(2 λ)以上2(D＋d)2
/λ以下之範圍內之菲涅爾區域，亦能測定與距離L較2(D＋d)2
/λ為長之弗朗荷費區域相同的天線特性。
其結果，由於能在天線間之距離L較弗朗荷費區域為短之菲涅爾區域測定天線特性，因此能縮小電波屏蔽箱之外形尺寸，將電波屏蔽箱小型化以縮小測定空間。又，由於除不必事先測定電波屏蔽箱之衰減外，亦不必進行修正等之運算處理，因此能謀求縮短測定時間及提高測定作業性。
以下，依照所附圖式，詳細說明本發明實施形態之天線特性測定裝置。
圖1中，電波屏蔽箱1，係由例如使用具有1~2mm左右厚度之鋁板材所形成的箱體1A、及設於該箱體1A內部的電波吸收體1B構成。又，電波屏蔽箱1於寬度方向(X方向)、長度方向(Y方向)、高度方向(Z方向)分別具有例如50~100cm左右的長度。又，電波屏蔽箱1阻斷來自外部之電磁波，且防止內部電磁波之反射。
雙軸定位器2係設於電波屏蔽箱1內部之例如左側之壁面附近。又，雙軸定位器2具備可繞與高度方向平行之O1軸旋轉的第1旋轉部2A、及設於該旋轉部2A上，可繞與長度方向(左、右方向)平行之O2軸旋轉的第2旋轉部2B。又，在第2旋轉部2B之前端安裝後述被測定天線3。藉此，雙軸定位器2使被測定天線3以彼此正交之O1軸與O2軸之雙軸為中心旋轉，以決定被測定天線3之方位(方向)。
被測定天線3係安裝於雙軸定位器2中第2旋轉部2B之前端，使用第1、第2旋轉部2A,2B繞O1軸與O2軸之雙軸旋轉。又，被測定天線3係測定天線特性之測定對象，相當於使用在行動電話、行動終端等的各種天線。又，被測定天線3具有例如1~20cm左右之開口尺寸D。
此處，當使用行動電話之鞭形天線(1/4波長天線等)作為被測定天線3時，由於電磁波從鞭形天線與行動電話整體輻射，因此以鞭形天線與行動電話整體安裝於雙軸定位器2。此時，開口尺寸D係假設為鞭形天線與行動電話之全長。
另一方面，當使用行動電話之內裝天線(例如晶片天線等)作為被測定天線3時，由於電磁波從行動電話整體輻射，因此以行動電話整體安裝於雙軸定位器2。此時，開口尺寸D係假設為行動電話之全長。
測定天線4係設於電波屏蔽箱1內部之例如右側之壁面附近。又，測定天線4係安裝於天線定位器5，且配置於與被測定天線3在長度方向(水平方向)相對向之位置。此處，測定天線4係由例如具有15cm左右之元件(element)長度的小型雙錐形天線構成。因此，測定天線4之開口尺寸d係與元件長度成為相同之長度。
又，天線定位器5具有下列功能，即能貫通電波屏蔽箱1之右側壁面設置、沿O2軸朝橫方向進退的功能。又，測定天線4係安裝於天線定位器5之前端。因此，使天線定位器5進退，藉此將被測定天線3與測定天線4間之距離L設定在滿足以下之數學式1關係的範圍。
此處，距離L係表示從雙軸定位器2之旋轉中心位置Pa(O1軸與O2軸交叉的位置)到測定天線4之基準點Pb(雙錐形天線之中心位置)為止的距離。又，數學式1中之λ係表示測定頻率之訊號(電磁波)之波長。又，於數學式1，開口尺寸D,d、波長λ、距離L之單位全部相同(例如cm)。再者，測定天線4係透過衰減器6連接於後述網路分析儀7。
網路分析儀7係透過高頻纜線7A連接於被測定天線3，且透過高頻纜線7B與衰減器6連接於測定天線4。又，網路分析儀7，係使用測定天線4接收從被測定天線3發射之電磁波，以測定此時之接收功率Pr。又，使用雙軸定位器2，逐漸改變圖2所示之被測定天線3之方位角θ與仰角，並反覆此測定操作。藉此，網路分析儀7測定被測定天線3之天線輻射效率等的天線特性。
本實施形態之天線特性測定裝置係以上述方式構成，其次，說明使用該天線特性測定裝置之天線特性的測定方法。
首先，將被測定天線3安裝於雙軸定位器2，以此狀態將雙軸定位器2設於電波屏蔽箱1內。
其次，依據以下之數學式2算出被測定天線3與測定天線4間之測定距離。此處，數學式2中之Lmin係表示滿足數學式1關係式之最短距離。
又，使雙軸定位器2之旋轉中心位置Pa與小型雙錐形天線之基準點Pb之距離L與最短距離Lmin相同或較最短距離Lmin稍長10%左右範圍內(例如數cm左右)。具體而言，進行使天線定位器5在長度方向移動之操作，在距離L與所欲值一致時，定位並固定測定天線4。
其次，操作雙軸定位器2之第1、第2之旋轉部2A,2B，在方位角θ與仰角皆為0°的位置固定被測定天線3之角度。在此狀態下，使用網路分析儀7，藉由測定天線4接收從被測定天線3發射之電磁波，以測定此時之接收功率Pr(0°,0°)。接著，當結束以被測定天線3之一個角度測定接收功率Pr(θ,)時，操作雙軸定位器2之第1旋轉部2A，使被測定天線3之方位角θ增加10°，再次進行接收功率Pr(10°,0°)之測定。在0°~360°之範圍反覆此操作。
使被測定天線3在方位角θ方向僅旋轉1周後，操作雙軸定位器2之第2旋轉部2B，使被測定天線3之仰角增加10°。在此狀態下，再次使方位角θ在0°~360°之範圍以每10°變化，進行接收功率Pr(θ,)之測定。在方位角θ為0°~360°之範圍及仰角為0°~180°之範圍反覆以上之操作，以測定分別之方位角θ與仰角之接收功率Pr(θ,)。
最後，對全空間將接收功率Pr(θ,)進行球面積分，依據以下之數學式3算出被測定天線3之輻射功率Prad。
此外，在數學式3，Ut(θ,)係表示每一單位立體角之輻射強度，Gar係表示測定天線4之絕對增益。又，實際上，接收功率Pr(θ,)係相對於方位角θ、仰角，以每10°進行測定。因此，不是使用數學式3所示之連續積分，而是使用離散化積分。
又，如數學式4所示，將數學式3所算出之被測定天線3之輻射功率Prad除以對被測定天線3之輸入功率Pin。藉此，算出被測定天線3之天線輻射效率η t(天線特性)。
其次，探討被測定天線3與測定天線4間之距離L。
首先，本實施形態之情形，測定菲涅爾區域之天線特性(天線輻射效率η t)。此時，距離L係設定在滿足數學式1之關係之範圍內之值L1，使用上述測定方法測定天線輻射效率η t。
此處，在被測定天線3使用行動電話之內裝天線。因此，被測定天線3之開口尺寸D係假設成行動電話之全長的18cm。又，測定天線4之開口尺寸d係設定在小型雙錐形天線之元件長度之15cm。再者，測定頻率係在1.7~2.0GHz之範圍內使用複數個頻率進行測定。
又，滿足數學式1關係之最短距離Lmin係取決於測定頻率(波長λ)，隨測定頻率愈高變愈長。因此，對較所有測定頻率為高的高頻訊號求出最短距離Lmin，若將距離L設定在此最短距離Lmin，則距離L(L1)對所有之測定頻率能滿足數學式1之關係。
因此，考量本實施形態，對較測定頻率為高之高頻之2.17GHz(波長λ為13.8cm)之訊號，最短距離Lmin為39.5cm左右。因此，本實施形態中，將被測定天線3與測定天線4間之距離L1設定在40cm。藉此，距離L1對所有之測定頻率(1.7~2.0GHz)能滿足數學式1之關係。
其次，比較例之情形，測定弗朗荷費區域(遠場區)之天線特性(天線輻射效率η t’)。此時，距離L係設定在較滿足數學式1關係之範圍為長之值L2，使用與上述相同之測定方法測定天線輻射效率η t’。
此時，被測定天線3、測定天線4係使用與本實施形態相同者。因此，於比較例，距離L2以外之值(開口尺寸D,d、波長λ)係與本實施形態之情形相同的值。
又，距離L係設定在較滿足數學式1關係之範圍為長之值L2。此處，滿足數學式1關係之最長距離Lmax係取決於測定頻率(波長λ)，隨測定頻率愈高變愈長。因此，對較所有測定頻率為高之高頻訊號求出最長距離Lmax，若將距離L設定在此最長距離Lmax，則距離L對所有測定頻率成為較滿足數學式1關係之範圍為長之值。
因此，考量本實施形態，對較測定頻率為高之高頻之2.17GHz(波長λ為13.8cm)之訊號，最長距離Lmax成為157cm左右。因此，比較例中，將被測定天線3與測定天線4間之距離L2設定在170cm。藉此，距離L2對所有測定頻率(1.7~2.0GHz)成為較滿足數學式1關係之範圍為長之值。
以上述條件調查上述兩種情形(本實施形態與比較例)之間所產生之測定結果之偏差。將此結果顯示於圖3。由圖3之結果可知，兩者之偏差在±1.0dB以內。藉此能確認，即使以本實施形態之方式將被測定天線3與測定天線4間之距離L設定在滿足數學式1關係之範圍，亦能獲得與較長的遠場區大致相同之測定結果。
一般而言，由於各天線之開口尺寸D,d成為與測定頻率之波長λ相同程度之值，因此當滿足數學式1之關係時，開口尺寸D,d有較距離L為小之傾向。此時，從被測定天線3輻射之電磁波之輻射圖案，即使於菲涅爾區域亦成為與弗朗荷費區域相同之圖案。因此，即使被測定天線3與測定天線4間之距離L為短的菲涅爾區域，亦能測定與距離L長的弗朗荷費區域相同之天線特性。
然而，將距離L設定在較(D＋d)2
/(2 λ)為短之值時，由於成為雷利(Rayleigh)區域，因此從被測定天線3輻射之電磁波之輻射圖案成為與弗朗荷費區域不同之區域。因此，被測定天線3與測定天線4間之距離L必須設定在較雷利區域為長、且較弗朗荷費區域為短之值，以滿足數學式1關係之值。
如此，本實施形態中，在被測定天線3與測定天線4之距離L近的菲涅爾區域，能測定與弗朗荷費區域(遠場區)相同之天線特性。其結果，由於能在天線3,4間之距離L較弗朗荷費區域為短之菲涅爾區域測定天線特性，因此能將電波屏蔽箱1之外形尺寸縮小到各邊長度為100cm以下，能將電波屏蔽箱1小型化，縮小測定空間。又，除了不必事先測定電波屏蔽箱1之衰減外，亦不必進行修正等之運算處理，因此能謀求縮短測定時間及提高測定作業性。
又，上述實施形態中，雖舉例說明使用行動電話之內裝天線作為被測定天線3之情形，但亦可使用行動電話之鞭形天線，亦可使用其他形式之各種天線。同樣地，測定天線4雖使用雙錐形天線，但亦可使用其他形式之天線。
又，上述實施形態中，雖電波屏蔽箱1係形成為四角柱狀(立方體形狀)，但只要是可劃分成收容被測定天線3及測定天線4之空間即可，亦可為圓柱狀、多角柱狀、球狀等。
1．．．電波屏蔽箱
1B．．．電波吸收體
3．．．被測定天線
4．．．測定天線
圖1係顯示本發明實施形態之天線特性測定裝置的前視圖。
圖2係放大顯示圖1中之被測定天線之周圍的立體圖。
圖3係顯示實施形態與比較例間之天線輻射效率之偏差的特性線圖。
1．．．電波屏蔽箱
1A．．．箱體
1B．．．電波吸收體
2．．．雙軸定位器
2A．．．第1旋轉部
2B．．．第2旋轉部
3．．．被測定天線
4．．．測定天線
5．．．天線定位器
6．．．衰減器
7．．．網路分析儀
7A．．．高頻纜線
7B．．．高頻纜線
O1．．．軸
O2．．．軸
Pa．．．雙軸定位器之旋轉中心位置
Pb．．．小型雙錐形天線之基準點
Claims (2)
- 一種天線特性測定裝置，具備內部設有電波吸收體的電波屏蔽箱，設於該電波屏蔽箱內作為測定對象的被測定天線，及與該被測定天線相對向設於該電波屏蔽箱內、用以測定該被測定天線之天線特性的測定天線，其特徵在於：設該被測定天線之開口尺寸為D、該測定天線之開口尺寸為d、測定頻率之波長為λ時，將該被測定天線與測定天線間之距離L設定在滿足下式關係的範圍，
- 一種天線特性測定方法，係在內部設有電波吸收體之電波屏蔽箱內相對向設置被測定天線與測定天線，使用該測定天線測定該被測定天線的天線特性，其特徵在於：設該被測定天線之開口尺寸為D、該測定天線之開口尺寸為d、測定頻率之波長為λ時，將該被測定天線與測定天線間之距離L設定在滿足下式關係的範圍，
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