TWI422838B - 多頻道無吸收器之近場測量系統 - Google Patents

多頻道無吸收器之近場測量系統 Download PDF

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Description

多頻道無吸收器之近場測量系統
本發明係關於來自多模式、多頻帶及/或多輸入/多輸出(MIMO)行動或蜂巢式電話的有效等向輻射功率(EIRP)與有效輻射功率(ERP)之測量與校準，以及明瞭發射(Tx)/接收(Rx)性能之測量，皆無需一電流RF(Radio Frequency；射頻)連接。尤其，本發明係關於使用來自一近場掃描系統的即時測量以小於大約一波長的距離來估計來自RF與微波天線及發射器的EIRP/ERP、輻射圖案、方向性及磁近場分佈。
在製造蜂巢式電話或行動無線電器件時，必須將其校準以將一已知的RF功率(電流功率)從發射器發射至天線結構以及從該天線結構輻射已知的RF功率(EIRP/ERP)。還必須遍及該行動器件之操作範圍來以各種位準執行該功率校準。此校準確保發射至天線及從天線發射之最高功率產生合法及可以接受的特定吸收率(SAR)並針對一給定的EIRP/ERP限制。同時，功率校準輔助在蜂巢式通信中保持一有效無線連結同時最小化電力使用，從而延長電池壽命並最大化單元扇區之涵蓋範圍與容量。
傳統上，在一測試實驗室中針對最大EIRP/ERP位準來測試欲零售上市的每一行動電話模型之一樣本數個小時，使用一大於2.0 dB的相當大的測量不確定性。在執行此測試之前，必須校準該行動電話之電流功率並將該行動電話設定為使用最小電流功率進行輻射。
傳統上，使用即在該RF電路之天線區段前的實體硬佈線連接器來將該行動電話RF功率傳遞至該行動電話測試組，並經由在該行動電話上的RF連接器與測試組之間的電纜連接來調整該行動電話RF功率。一旦調整該最大EIRP/ERP位準或發現其針對一給定電流功率滿足規定的限制，便出於合法目的僅執行SAR位準測量。
為校準具有多個天線之一行動電話的RF功率，以及針對具有MIMO架構的器件，製造商通常針對每一天線電路提供一單一RF連接器與一RF切換元件、濾波器及阻抗匹配一起。由於該RF連接器即在該RF切換元件、濾波器及匹配電路前面，即使在使用傳統方法成功地完成該行動電話的所有製造測試之後，仍不知道該天線電路之各電路的性能。
在執行SAR測量時，將在第一步驟中獲得的最大電流功率位準用作起始位準。若需要調整該電流功率以滿足該SAR限制，則會將所調整電流功率位準視為可以饋送至該天線之最大功率並然後必須重新評估EIRP/ERP位準。
使用新的電流功率位準作為該天線之最大功率來校準相同模型的所有所製造行動電話樣本。一旦校準此最大位準，便設定多達20個中間功率位準並遍及該動態範圍對其進行測量。為執行此等測量，在該行動電話RF連接器與該測試組之間使用一電纜來建立一電流RF連結。針對該行動電話連接端的電纜之RF連接器隨時間磨損並在針對所有所生產單元的製造測試循環期間(通常極大)基於所估計的最大***數目來對其進行取代。在可以恢復製造測試之前，停止生產測試並必須引入與重新校準一新的電纜。此引入延遲與成本花費。
在針對適當RF功率位準(電流)來校準每一行動電話以便滿足合法EIRP/ERP以及SAR位準之後，進一步針對Tx與Rx性能來測試每一行動電話。為執行此測試，如上所述在其RF連接器與測試設備之間使用一RF電纜來將該行動電話連接至該行動電話測試器。在大多數情況下，在一位置中完成RF功率校準而在另一位置完成Tx/Rx參數測試。在於不同位置執行此等測試之情況下，由於大量的***所致必須頻繁地使用一新的RF電纜來取代在該行動電話與測試組之間連接的RF電纜。在繼續行動電話之製造Tx/Rx參數測試之前必須執行該RF電纜之一重新校準，其進一步引入延遲與成本花費。
在進行板層級製造或設計者測試以最佳化行動電話之RF參數期間，使用一RF電流連接來執行該等測量。此方法不提供所有必要的測量以明白該RF電路之完整性能。
在設計與開發新的行動電話模型期間，設計者通常通過一系列迭代以改良該行動電話天線模型之輻射性能用於實現頻率與敏感度兩者之更大的可用範圍，而以低SAR位準與低電流RF功率為目標。每次測量該行動電話之輻射性能，皆有必要到測試實驗室，在其中可以透過一系列測量來最佳化EIRP/ERP位準。當前，不存在用於發現RF輻射在近場中的精確空間分佈以最小化不必要的輻射之工具。設計者在測試實驗室中依賴傳統測試方法用於遠場輻射圖案並然後於電路板層級除錯，其係一極乏味與複雜之程序。
為測量天線特性，例如輻射圖案、增益及方向性，採用近場掃描器來收集精確的振幅與相位資料並隨後使用先前技術中已知並可用的許多轉換之一者來計算等效的遠場值。為精確估計該遠場，熟習此項技術者咸信在探針與受測試天線之間的測量距離應大於或等於一波長。使用具有可以偵測兩個偏振極化之一單一補償探針的一機械掃描器來執行電流近場測試。此等測量通常花費數小時來完成整個輻射表面之一掃描。
當測量近場輻射時，該等陣列元件與在其後面的接地平面對輻射源之近場分佈以及其遠場特性具有相當大的影響。在先前技術中，藉由使用多軸近場測量系統，以大於來自該陣列表面之一波長來執行該測量以便最小化該接地平面影響，然後其將相對容易地解決。或者，使用一完美的近場吸收器(如2004年7月13日發佈的美國專利案第6,762,726 B2號所述)以增加在輻射與陣列表面之間的隔離，因而減小相互耦合。在任一情況下，該陣列敏感度顯著地減小而該測量動態範圍受到限制。
因此，在此項技術中需要測量來自RF與微波發射器之EIRP與ERP的方法及裝置，尤其係具有對於MIMO行動或蜂巢式電話的EIRP/ERP以及Tx/Rx性能的測量與校準之一應用。此類裝置應較佳的係在近場中執行測量，無需一實體電流RF連接且無需一吸收器。
本發明包含一新穎的多頻道近場掃描系統用於測量並校準RF與微波發射器之EIRP/ERP。較佳的係，該掃描系統明瞭Tx/Rx性能之精確與可重複測量。將一輻射源(例如一多模式、多頻帶或MIMO行動或蜂巢式電話)以一等於或小於該輻射源之操作頻率的一波長之距離置於一有限面積的掃描器上。在一具體實施例中，該距離較佳的係該波長的大約1/1.8至大約1/88，對於一大約8 GHz至大約170 MHz的頻率範圍。使用一電子切換的探針陣列即時地執行一多頻道電磁掃描並測量、校正、重新測量及顯示該輻射源之x與y成分兩者的近場振幅與相位。使用所校正近場資料、遠場轉換及輻射源模型來估計與顯示該輻射源之EIRP/ERP、方向性及輻射圖案。
由於其即時掃描速度及精確的近與遠場測量能力所致，可以將本發明之具體實施例用於在一生產環境中快速地測試或特徵化該等輻射源、在天線之安裝表面上測量該RF電流分佈、改良RF電路及最佳化天線性能。
本發明之具體實施例還可以測量一輻射源之Tx/Rx性能而無需一電流RF連接。將收發器(其可以係一多模式、多頻帶或MIMO行動或蜂巢式電話)置放於該掃描器上，以距離小於該輻射源之操作頻率的一波長來置放，其較佳的係一波長之1/1.8至1/88。選擇該近場掃描器之兩個不同與最佳的RF頻道並將其指派給該收發器之Tx與Rx模式。使用一外部測試組來評估收發器之Tx與Rx性能。
因此，一方面，本發明可以包含一近場微波掃描系統，其包含：(a)一切換式天線元件陣列，其係形成一陣列表面；(b)一掃描表面，其中該掃描表面實質上與該陣列表面平行並分離一小於所測量頻率之大約一波長的距離；(c)一處理引擎，其係操作上連接至該切換式天線陣列用於獲得與處理近場資料，該處理引擎包含：i.一控制器，ii.一頻道選擇器與取樣器，iii.一頻道校正器，iv.一資料轉譯器與內插器，v.一振幅與相位偵測器，vi.一近場校正器，vii.一轉換器，其係用於將該近場資料轉換成遠場資料，以及viii.一使用者介面。
另一方面，本發明可以包含一種測量與校準RF與微波收發器之EIRP/ERP或Tx/Rx性能的方法，該方法包含以下步驟：(a)使用一切換式天線元件陣列形成一陣列表面；(b)使用一掃描表面，其中該掃描表面實質上與該陣列表面平行並分離一小於所測量頻率之大約一波長的距離；(c)從每一天線接收輸出；(d)校正該近場資料；(e)將該近場資料轉換成遠場資料；以及(f)不使用一吸收器。
本發明提供一種用於在近場中測量一輻射源之輻射功率的方法及裝置。在說明本發明時，本文未定義之所有術語具有其常見技術公認的含意。術語「大約」在組合一數值使用時應意味著該值包括一高於與低於該值10%之範圍或在測量該值的方法之已知容限內。術語「近場」意謂著該場在自該天線起的等於所輻射無線電頻率之大約一波長的距離內。本文所列舉之參考全文重製併入本文。
本發明包含一無吸收器微波近場掃描器。在一具體實施例中，該掃描器(100)包括複數個天線(101)，其係排列於能夠發射或接收低位準電磁輻射之一二維陣列中。該等天線較佳的但並不必要係半迴路天線。如圖1所示，該陣列可以在x軸中具有m個元件而在該y軸中具有n個元件。最佳化該迴路尺寸的長度(L)與深度以在H場強度與E場強度之間提供充分的識別。針對一給定掃描面積與輻射功率精確度來決定元件間隔(d)與陣列元件之總數。在一具體實施例中，m可以係24而n可以係16，而d可以等於大約10 mm。在一具體實施例中，d可以等於大約5L。在給定面積(較小之d值)內之一較大數目的天線會提供更大的精確度，然而會造成增加天線之間的相互耦合效應之成本花費。
如圖2所示，以自該陣列表面(103)起波長的大約1/88至大約1/1.8之較佳範圍的一距離(D)放置該掃描平面(102)而該陣列的對應元件間距離(d)之範圍較佳的係波長的大約1/176至大約1/3.6。在行動無線電器件之頻率範圍的上端附近，一波長的1/1.8可以係大約2.0 cm。在該頻率範圍的下端附近，該波長的1/88可以再係大約2.0 cm。若D使得該掃描平面過於接近該陣列表面，則該陣列表面可以係處於極易反應的近場內，如圖6所示，其具有負面後果。然而，隨著D變大，必須增加該陣列之大小以獲得相同的掃描能量。在一具體實施例中，D/d可以係大約2.0。
所解說具體實施例顯示一平面的掃描平面與天線陣列，其實質上相互平行。替代性具體實施例可以包括球形、圓筒形或其他幾何掃描表面。
該半迴路(101)之典型佈局使得該等連續的陣列元件發射或接收H場強度的正交偏振極化。還可以將替代性佈局配置與此掃描器或陣列一起使用，包括圖3所示之該些配置。
將來自該等陣列天線的輸出透過一背板饋送至一多層印刷電路板(PCB)之二次側。該PCB層堆疊與佈局應較佳地能夠在有關頻率範圍內提供一優於20 dB的元件至元件隔離。將該半迴路天線(101)之一端連接至與該天線層直接相鄰的一接地平面，而將該半迴路天線之另一端透過一饋送通道連接至一微帶線層，使用適當的匹配。
藉由切換元件(110)選擇來自一特定天線(101)的輸出，該等切換元件可以選擇來自該等天線元件(101)之任一者的輸出。因為大量的天線元件使得針對每一天線之一單一切換元件難以實施，故本發明之一具體實施例包含一層狀切換元件系統，其允許使用一相對較小數目之切換元件。在一範例中，使用3層SP4T切換元件，可以以一因數64來減低信號之數目。因而，可以將一384個元件陣列減低至6個RF輸出。圖4中係具有兩層切換元件的一16個元件之模組。
與該切換元件矩陣一起，可以將一第二頻道連接至一天線元件以提供一參考信號。此參考信號有必要進行相對相位測量。天線陣列之架構使得多個輻射表面或器件之同步輻射功率測量可以藉由適當選擇一對頻道擴展。
一選擇與一非選擇天線應較佳的係相互充分隔離。較差的隔離現象一般係由於鄰接的接地平面形成之空腔中的洩漏所致，使得該等天線饋送通道將該等天線電流之傳導穿過該等內部層至該組件層，從而使該饋送通道成為一有效輻射器。
在一兩層板中的天線隔離之測量與模擬顯示極好的隔離。因此，吾等咸信該耦合並非由於該天線結構所致並且僅具有一接地層不會存在該耦合。當改變該模擬模型以包括多於兩個接地層時，觀察到顯著洩漏。電力會在該等接地層之間的基板中從一通道流向下一通道，具有極小的衰減。
理論上一同軸饋送可以提供優良的隔離，然而一同軸饋送可能難以製造。一更實際的解決方式可以係使用接地通道或接地連結來實施。因此，在一具體實施例中，該PCB包括隔離構件，其由將所有接地層連接在一起的一接地通道(或一接地連結)組成。我們已發現將該接地連結更接近該饋送通道定位產生更好的隔離，而使用多個接地連結亦產生更好的隔離。
處理引擎接受來自該掃描器PCB的天線信號並對其進行處理以提供有用資訊。在一具體實施例中，如圖5示意性顯示，該處理引擎(10)包含一控制器(12)、一頻道選擇器與取樣器(14)、一頻道校正器(16)、一資料轉譯器與內插器(18)、一振幅與相位偵測器(20)、一近場校正器(22)、一用於將近場資料轉換成遠場資料的轉換器(24)及一包括一圖形卡或其他用於驅動一顯示器之構件的使用者介面(26)。該處理引擎還可以包括一後處理器(28)與用於決定EIRP之構件(30)。一追蹤性模組(32)係可選的。
可以軟體、韌體、硬體或其任何組合來實施該處理引擎之組件，如此項技術中所熟知的。
如圖5B所示，該控制器(12)主要係用來將電力供應至該系統之其餘部分並控制該PCB上的切換元件與衰減器。該控制器(12)接收來自該操作處理器(其可以係一桌上型或膝上型電腦)之命令並將此資料轉譯成操作該天線板與該信號調節區段所需之信號。將該控制板輸入連接至該電腦上的I/O。將該等輸入線用於狀態控制信號以及選路信號之資料傳輸，其會造成適當的狀態控制以進入適當的輸出資料線。
在一較佳具體實施例中，為完全控制該天線板與該信號調節系統之狀態，需要兩組輸入。在該輸入上的位元之一者係專用於該輸入之群組選擇。回授與延遲區段有必要處理該I/O卡之交握要求。還將此區段用於產生CLK(clock；時脈)信號。
從該I/O傳送ACK(acknowledge；確認)信號並且其需要在該卡將輸出下一組資料之前返回一REQ(request；請求)。該REQ信號必須具有一特定最小延遲與持續時間。
此交握要求藉由一簡單的回授與延遲電路來滿足。藉由將該ACK信號穿過兩個使用NAND閘極實施的反相器來引入該REQ延遲。還使用該兩轉換器方法將一CLK信號引入該系統。
由於該配電板與控制板所需之總輸出資料線很多(在所示之具體實施例中係38個線)，需要某形式的解多工或解碼而在此情況下在該板上採用兩個策略。熟習此項技術者熟知適當的解多工與解碼策略。
該使用者介面與顯示器(26)可以在一傳統電腦監視器上顯示資料並經由一電腦鍵盤與滑鼠接受使用者輸入，如此項技術中所熟知的。在一具體實施例中，該使用者介面係一圖形使用者介面(GUI)而該顯示器架構係設計成用以將靈活性提供至饋送測試參數(例如選擇掃描面積、參考探針、掃描類型、選擇模型、頻率範圍)及載入資料(例如原始資料、DAQ(data acquisition；資料擷取)校正之資料、探針校正之資料、所轉譯資料、路徑校正之資料及參考遠場資料)。一旦載入所有測試參數，該處理引擎(10)之GUI與顯示器區段(26)便解釋所載入測試參數並產生一測試序列並在該控制器幫助下開始執行每一測試序列，同時將該掃描資料測量/登錄一電腦記憶體。此外或視需要地，可以將該掃描資料寫入一硬碟或其他資料儲存器件用於進一步處理。
然後，進一步處理該掃描資料以決定2D與3D成分特定的近場分佈、總近場分佈、振幅與相位分佈、原則切割與任何所需切割的遠場圖案、ERP、EIRP及即時方向性。
在一兩頻道系統中，將該等頻道分別指定為參考與測量頻道。在一具體實施例中，將該參考頻道連接至該陣列之一唯一元件，然而還可以將其重新配置以連接至該陣列之不同元件，其可以基於所掃描資訊或輸入參數來藉由該控制器動態決定。該系統架構能夠選擇該陣列之一對天線元件並將其同時連接至參考與測量頻道。
將參考與測量輸入頻道兩者混合至一中間頻率(IF)。將該等IF信號進一步放大並透過帶通濾波器處理。此等濾波器會決定該IF之頻率範圍，以便覆蓋該整個測量頻率範圍，會需要程式化本地振盪器(LO)用以產生正確的IF範圍。會將該整個輸入頻率範圍分成N個寬度等於該IF濾波器頻寬之區段。較佳的係，該LO會設計成用以僅覆蓋有關頻率區域，即蜂巢式頻帶。對於該參考頻道，該對數放大器會決定該峰值或平均峰值振幅。自該對數放大器之限制器輸出會穿過一比較器並進入一會決定該信號頻率之計數器。在該測量頻道上，在該放大器之後會使用一額外可切換衰減器以便增加允許的輸入信號強度之範圍。一RMS(Root Mean Square；均方根)偵測器會測量該測量頻道之振幅。視需要，還可以使用相同偵測器以決定該峰值振幅。藉由使用兩個偵測器，可使用各種調變格式偵測並測量所接收調變的RF能量之信號強度。
對於相位測量，使用兩個相位偵測器。一偵測器會直接從該等IF濾波器輸入該等參考與測量頻道，而另一偵測器會在該參考頻道上具有一90度相位延遲濾波器。
一微處理器可以控制並讀取相關聯A/D(Analog/Digital；類比/數位)轉換器與計數器之測量。其會與處理系統通信以決定輸入頻帶及其他必要資訊，並且會將該等信號測量發射至該處理系統。為實現較佳精度，該等A/D轉換器應較佳的係具有一最小10個位元之解析度。取樣速率應較佳的係至少1 MSPS，儘管具有一更快的取樣速率可能會減低進行所有所需測量之所需時間並還允許該資料之某一平均。
該RF取樣器測量之振幅與相位處於一原始狀態，針對該狀態施加各種校正以產生該掃描平面之一精確資料集。最初，以一給定頻率及一給定溫度施加該RF取樣器振幅與相位校正。隨後，以一給定頻率與一給定溫度將路徑損失校正施加至振幅與相位兩者。最後，施加天線因數校正將所校正振幅與相位資料轉換成場量。
由於該天線陣列之每一元件僅測量與其相鄰成分正交的一磁場成分，故施加內插以便於該掃描平面之每一取樣點獲得兩個橫向成分。對於振幅，可以藉由平均化其四個相鄰測量點來實施內插。對於邊緣元件，可以從其相鄰的三個元件內插資料。對於角元件，可以從其相鄰的兩個元件內插資料。在一具體實施例中，可以藉由一三點方法來實現相位內插。首先，從最小至最大來排序該等4個相鄰資料點。若所排序相鄰資料點之間的相差大於某一臨界值，則捨棄最獨特之一資料點並平均化其餘三個點。否則，平均該等四個相鄰的測量點。較佳的係，可以針對邊緣點與4個角使用特殊處理以便獲得更佳結果。或者，針對該些點採用內部點之外推法。
在一振幅與相位模組(20)中，在該原始資料穿過校正與內插級之後，該近場資料之振幅與相位可用於進一步處理顯示與儲存。
可以使用本文說明之方法解決接地平面影響。執行計算來計算各種模型及其NF(Near Field；近場)校正。可以藉由測量近場輻射來測量並研究該等天線之遠場輻射圖案與輻射功率[Johnson J.H.Wang的「近場測量原理與實作之檢查」(IEEE Trans.Antennas Propagat.，第36卷第746至753頁，1986年1月)]。
圖6描述一輻射天線之外部場，其通常分成三個區域：反應近場區域、輻射進場區域及遠場區域。該反應近場即在超過該天線之一較小體積中激發，並解決該天線周圍的所儲存電與磁能量並極快地衰減。通常將反應近場區域從該天線之表面擴展大約λ /2π ，儘管傳統近場測量使用一或大於一波長(λ )之一距離以最小化該系統不確定性[Arthur D.Yaghjian的「近場天線測量之概覽」(IEEE Trans.Antennas Propagat.，第AP－34卷第30至45頁，1986年1月)]。
天線之近場測量的傳統掃描技術係基於表示場之平面波頻譜(PWS)，其可以在Whittaker與Watson的早期著作中找到[G.T.Whittaker與G.N.Watson的「現代分析」，第四版，London：Cambridge Univ.Press，1927年，第XVIII章]。
圖7描述一平面近場測量系統。該輻射天線之孔徑處於z0的x－y平面。近場測量之平面處於z＝zt 的x－y平面。考量到z>0之區域係無來源的，在該天線孔徑之前的時間諧波電磁場之解決方式可以表達為： 與k x A x (k x ,k y ) ＋k y A y (k x ,k y ) ＋k z A z (k x ,k y ) ＝0 (3) 其中k x 與k y 係實變數且k ＝k x x ＋k y y ＋k z z (4)
k可以稱為波數向量而A(kx ,ky )稱為平面波頻譜，因為表達式A(kx ,ky )e－jk．r 整體表示在方向k上傳播的均勻平面波。
使用成分H(x,y,z)來轉換並重新配置該等等式以表達來自近場之PWS A(kx ,ky )：
在該天線之遠場區域中(kz>>1)，基於最陡下降方法，可顯示可以藉由漸近展開來表示該等式(1)[P.C.Clemmow的「電磁場之平面波頻譜表示」，London：Pergamon，1966年]。
當在一輻射表面上執行平面近場掃描時，由於實際理由與限制所致，必須將該掃描限制於該x－y平面中之一有限面積。可以在此掃描之資料上施加平面波頻譜轉換以決定該輻射表面之遠場特性。用於掃描的有限面積限制一給定頻率的遠場轉換之資料的精確度。可以在一後處理模組中進一步處理該資料以改良該精確度。
在自由空間中或在存在巨大接地平面時執行傳統輻射功率測量。使用PWS估計之遠場資料提供在自由空間中進行估計。必要時，校正該資料集以解決該接地平面之相互作用。
可如下執行功率密度圖案或輻射圖案、方向增益、輻射功率及EIRP之計算：
將Z2 作為Poffset 取出，其還會將其他係數列入考慮。在Matlab中，PDS→U。藉由整合在半球上的功率密度來獲得輻射功率。將該半球分成50x100片。並再次，藉由加總該半球上的功率密度來執行整合。
對於一完整掃描，可以獲得該值。若一個接一個地繼續該掃描，則可以提供準即時曲線。
在當前實施方案中，dθ ＝1.8°，dΦ ＝3.6°。
在藉由球面座標(θ ,φ )指定之方向上的一天線之功率增益係定義為： 其中U(θ ,φ )(輻射強度)係定義為在方向(θ ,φ )上的「每單位立體角自一天線輻射之功率」[C.A.Balanis的「天線原理：分析與設計」，第二版，John Wiley & Sons，1997年]，而Pin 係該天線從該來源接受之總功率。由該來源之電壓與電流將Pin 計算為： 且
E係由等式(28)與方向(θ ,φ )上的r獲得，而r＝R。方向性係類似地定義為： 其中Prad 係該天線所輻射之總功率， 且Ploss 係該天線中的總歐姆損失。
若未指定方向，則暗示最大輻射強度之方向(最大方向性)表達為：
該有效等向輻射功率(EIRP)係發射至該接收器之視在功率，若假定在所有方向上均等地輻射該信號，即作為從一點來源發出之一球面波。此功率藉由下列等式給出：EIRP＝G t ．P t ＝D．P rad (16)其中：Gt＝發射器天線之增益，Pt＝所發射功率
範例
以下範例係解說所主張的發明，而非對其之限制。
使用遠場測量技術針對增益與方向性在工業中可實現的典型精確度的等級係行動電話操作頻率範圍之＋/－ 0.25 dB。為實現追蹤性，藉由實現並調整處於預定義行動電話頻帶頻率的參考來源之數值模型參數來執行延伸電磁數值模擬以實現類似遠場精確度。藉由使用此等模擬，發現該等參考來源之EIRP於1880 MHz與836.4 MHz分別係29.66 dBm與24.95 dBm，精確度係＋/－ 0.3 dB。由從該等遠場模擬導出的近場資料集來估計距離極近的近場振幅與相位精確度並發現其等級為0.30 dB與＋/－ 5度。藉由使用來自該等模擬之振幅與相位資料，發展一頻率與模型敏感NF校正因數來將該掃描器系統校準至＋/－ 0.3 dB振幅與＋/－ 5度相位的精確度。
圖8A顯示該受測試輻射器件之3D近場總振幅分佈。其係藉由定位於一預定義實體位置的每一探針所測量的輻射器件之x與y磁場強度所產生的振幅。
圖8B顯示受測試輻射器件的x與y成分之2D近場振幅分佈。其係藉由定位於一預定義實體位置的每一探針所測量的輻射器件之磁場強度的x與y成分之振幅。
圖8C顯示該輻射器件的EIRP、方向性及輻射功率(即時顯示)之估計值。由所校正近場振幅與相位分佈以及將適當近場施加至遠場轉換來計算該輻射功率。由該輻射功率與該輻射器件的所計算輻射圖案來進一步計算該方向性與EIRP。
圖8D顯示該輻射器件之3D半球輻射圖案並且其係在將該等近場至遠場轉換施加至所校正近場振幅與相位分佈之後計算出。
圖8E結合圖8A、8B、8C及8D顯示一所整合GUI。可以放大此等圖式之任一者以清楚地顯示所顯示之參數。可以藉由選擇選項帶中的適當選項來相互交換圖8A與8B所示之顯示。該右上象限顯示表示該輻射圖案之極性，其中還可以將從任何測試實驗室獲得的受測試器件之標準圖案超施加於該掃描器系統之所計算輻射圖案上。
熟習此項技術者會明白，可以進行上述特定揭示內容之各種修改、調適及變更而不脫離本文所主張的發明之範疇。可以一不同於本文說明或主張之組合的方式來組合所說明發明之各種特徵與元件，而不脫離本發明之範疇。
10．．．處理引擎
12．．．控制器
14．．．頻道選擇器與取樣器
16．．．頻道校正器
18．．．資料轉譯器與內插器
20．．．振幅與相位偵測器
22．．．近場校正器
24．．．轉換器
26．．．使用者介面
28．．．後處理器
30．．．用於決定EIRP之構件
32．．．追蹤性模組
100．．．掃描器
101．．．半迴路天線
102．．．掃描平面
103．．．陣列表面
110．．．切換元件
已參考隨附的簡化、概略、不照比例之圖式以一範例性具體實施例之方式說明本發明。在該等圖式中：圖1係一掃描器的天線陣列之一示意性表示。
圖2係該天線陣列與該掃描平面之一側視圖。
圖3顯示一半迴路天線陣列之替代性配置。
圖4顯示一兩層切換元件陣列。
圖5A顯示該處理引擎之一示意性描述，而圖5B顯示該控制器功能之一示意性表示。圖5C顯示描述近場校正之一示意性流程圖。
圖6顯示一輻射天線的外部場之一示意性描述。
圖7顯示一平面近場測量的幾何形狀之一示意性描述。
圖8A至8E顯示藉由該處理引擎之圖形使用者介面產生的各種顯示之不同的螢幕擷取畫面。
100．．．掃描器
101．．．半迴路天線

Claims (9)

  1. 一種近場微波掃描系統，其包含：(a)一切換式天線元件陣列，其係形成一陣列表面；(b)一掃描表面，其中該掃描表面實質上與該陣列表面平行並分離一小於該所測量頻率之1波長的距離；(c)一處理引擎，其係操作上連接至該切換式天線陣列用於獲得與處理近場資料，該處理引擎包含：i.一控制器，ii.一頻道選擇器與取樣器，iii.一頻道校正器，iv.一資料轉譯器與內插器，v.一振幅與相位偵測器，vi.一近場校正器，vii.一轉換器，其係用於將該近場資料轉換成遠場資料，以及viii.一使用者介面。
  2. 如請求項1之系統，其中該掃描系統不使用一吸收器來操作。
  3. 如請求項1之系統，其中該等天線元件以一多層結構組合，並且藉由透過該多層結構之接地通道來隔離該天線。
  4. 如請求項1之系統，其中該所測量頻率係處於170MHz與8GHz之間並且其中在該掃描表面與該陣列表面之間的該距離(D)係處於波長之1/88至1/1.8之間。
  5. 如請求項1之系統，其中該陣列之該元件間距離(d)係處於該波長之1/176至1/3.6之間。
  6. 如請求項4或5之系統，其中D/d係2.0。
  7. 一種測量與校準RF或微波收發器之性能的方法，該方法包含以下步驟：(a)使用一切換式天線元件陣列來形成一陣列表面；(b)使用一掃描表面，其中該掃描表面實質上與該陣列表面平行並分離一小於該所測量頻率之1個波長的距離；(c)從每一天線接收輸出；(d)校正該近場資料；(e)將該近場資料轉換成遠場資料；以及(f)不使用一吸收器。
  8. 如請求項7之方法，其中將該方法用於測量與校準一RF或微波收發器的EIRP/ERP、Tx/Rx、輻射圖案或方向性之至少一者。
  9. 如請求項7或8之方法，其中該RF或微波收發器包含一獨立、嵌入式或MIMO天線。
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