TWI635290B - 應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統 - Google Patents

Abstract

一種應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統包括第一轉動部、旋臂、傳送天線、反射器、支架以及第二轉動部。旋臂的固定端連接第一轉動部。傳送天線設置於旋臂，設置於旋臂的自由端的反射器與傳送天線的間距保持固定，第一轉動部驅動旋臂轉動而使反射器繞著第一中心軸線旋轉。支架的定位部將電子裝置定位在第一轉動部的第一中心軸線的一位置。反射器與電子裝置的間距不僅是保持固定而且在空間上所連成的一直線是垂直於第一中心軸線。第二轉動部使支架依據垂直於第一中心軸線的第二中心軸線原地旋轉。藉此，獲得電子裝置的至少一待測天線的輻射場型。

Description

應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統

本發明有關於一種天線量測系統，且特別是一種應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統。

傳統上，天線的輻射場型量測需要嚴格控制的量測環境以及精密的量測設備。傳統上的量測環境是使用電波暗室(anechoic chamber)，電波暗室通常需要符合兩個條件以實現理想上的自由空間(free space)：分別是無外部電磁波訊號的干擾進入以及暗室內傳遞的電磁波不會產生反射，一般的例子是使用全金屬結構的電磁波屏蔽遮擋外部電磁波訊號的干擾，並配合電波暗室內設置的電磁波吸收部件，以構成電波暗室。電波暗室雖然可以提供無反射與無干擾的量測環境，但是其設置成本會與暗室量測動態範圍成正比。相對於高昂的量測成本，應用於傳統上對於視線距離(Light of Sight，LOS)天線量測(如基地台天線此種高指向性天線)的輻射場型量測卻可以得到相當精準有效的天線性能評估。

傳統上的電波暗室與天線量測設備分為近場量測與遠場量測。近場量測是將近場量測數據利用數學運算轉換為遠場數據，可能會因為各種無線通訊產品本身的實體結構的諸多差異 而無法僅用理想的數學模型換算得到真實產品在遠場應用的實際結果。而遠場量測會遇到的問題是，依據天線工作波長(或頻率)，電波暗室需要對應的足夠大空間，電波暗室並不是可以毫無限制的縮小的(電波暗室的設備在廠房或研發機構所佔用的空間是一個很大的成本)，待測天線和訊號發射源之間需要足夠的距離以符合遠場條件，還需要規劃適當的遠場靜域(Quiet Zone)，尤其當天線工作波長較長時則符合遠場條件的電波暗室的體積會相當大。再者，傳統上在電波暗室內進行的天線量測皆以視線距離來當要求標準，不僅要能量測到天線強訊號收訊情形，更要量到收發訊號死角(null)的收訊狀況。

本發明實施例提供一種應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，應用於多重路徑環境的天線只需掌握天線強訊號收訊區域狀況，並不需要準確得到訊號死角收訊狀況，例如一般具有無線通訊能力的小型電子裝置在實際應用的效能呈現就是與使用環境所造成的多重路徑有關。據此，應用於多重路徑環境下的天線輻射特性量測需求不像應用於視線距離環境的高指向性天線需要非常精準的量測，高指向性天線需要在各個角度精準量測訊號的強弱(包括主波束、波瓣、波瓣之間的零點(null))，諸如像基地台天線這種高指向性天線的輻射特性是針對使用者設備的方位而調整，沒有使用者的方位不需要輻射以節省功耗，相對的，量測一般具有無線通訊功能的小型電子裝置(的天線)的輻射特性(輻射場型)主要是注重於訊號收訊(或發射)較強的方向，對於訊號收訊(或發射)較弱的方向的輻射特性量測較為不重視。本發明 實施例為應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，不同於傳統的近場量測系統與視線距離量測架構的遠場量測系統，是在量測目標精準度、系統建置成本控管兩者作需求取捨而得到的折衷方案，但卻能夠創造出不同於傳統量測方案的突出量測效能，可在天線應用於多重路徑條件情況下取代傳統的輻射場型量測系統。

本發明實施例提供一種應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，包括第一轉動部、旋臂、傳送天線、反射器、支架以及第二轉動部。旋臂具有固定端與自由端，固定端連接第一轉動部。傳送天線設置於旋臂。反射器設置於旋臂的自由端，反射器與傳送天線的間距保持固定，第一轉動部驅動旋臂轉動而使位於自由端的反射器繞著第一轉動部的第一中心軸線旋轉。支架與旋臂的固定端保持設定距離。支架的定位部用以將一電子裝置定位在第一轉動部的第一中心軸線的一位置。其中，反射器用以將源自於傳送天線的電磁波反射至電子裝置的至少一待測天線，且反射器與電子裝置的間距是保持固定，反射器與電子裝置之間在空間上所連成的一直線是垂直於第一轉動部的第一中心軸線。第二轉動部連接支架，使支架依據第二中心軸線原地旋轉，第二中心軸線垂直於第一中心軸線。

綜上所述，本發明實施例提供一種應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，不但可以在縮小系統體積的情況下，增大遠場靜域(Quiet Zone)。利用反射器，傳送天線提供平面波(或近似平面波)的電磁波至待測的電子裝置(的其至少一待測天線)，讓此量測系統對於天線輻射場型的主波束或較強波瓣(Lobe 或Beam)提供足夠準確的量測，而忽略了波瓣與波瓣之間的零點(null)其強度的準確度，藉此提供較低成本、但精準度符合應用於多重路徑天線所需要的輻射場型量測系統。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅是用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

11‧‧‧第一轉動部

12‧‧‧旋臂

13‧‧‧傳送天線

14‧‧‧反射器

15‧‧‧支架

16‧‧‧第二轉動部

121‧‧‧固定端

122‧‧‧自由端

DA‧‧‧間距

X‧‧‧第一中心軸線

DS‧‧‧設定距離

151‧‧‧定位部

21‧‧‧電子裝置

PA‧‧‧位置

DB‧‧‧間距

Y‧‧‧第二中心軸線

17‧‧‧系統底座

N1、N2、N3、N3、N4、N5‧‧‧零點

P1、P2、P3、P4、P5‧‧‧峰值處

θ、Φ‧‧‧角

圖1是本發明實施例提供的電子裝置的輻射場型量測系統的示意圖。

圖2是本發明實施例提供的電子裝置的輻射場型量測系統的側視圖。

圖3是本發明實施例提供的電子裝置的輻射場型量測系統進行量測運作狀態示意圖。

圖4A是傳統視線距離(Light of Sight，LOS)天線量測方法所獲得的輻射場型圖。

圖4B是本發明實施例提供的應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統所量測到的輻射場型圖。

應用於多重路徑環境下的天線比較注重於整體接收訊號能力，若有可能的收訊死角(或較弱處)，針對死角(或較弱處)的量測精準度比較沒有被重視。本發明實施例的應用於多重路徑 環境下的天線輻射場型量測系統，是用於在量測目標精準度、系統建置成本控管兩者作需求取捨而得到的折衷方案，但卻能夠創造出不同於傳統量測方案的突出量測效能，可在應用於多重路徑情況下取代傳統的輻射場型量測系統，上述的應用於多重路徑環境下的天線主要應用的產品，例如是筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦、一體電腦、智慧電視、小型基站、路由器或智慧型手機，但本發明並不因此限定。

請參照圖1，本發明實施例的應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統包括第一轉動部11、旋臂12、傳送天線13、反射器14、支架15以及第二轉動器16。上述的第一轉動部11與第二轉動部16較佳的是設置於系統底座17，以維持旋臂12與支架15間的相對距離以及整體系統的穩定度。但第一轉動部11與第二轉動部16也可以直接裝設在堅固的地面(例如是建築任一樓層的平面樓地板)。

旋臂12具有固定端121與自由端122，固定端121連接第一轉動部11。傳送天線13設置於旋臂12。反射器14設置於旋臂12的自由端14，反射器14與傳送天線13的間距DA保持固定，第一轉動部11驅動旋臂12轉動而使位於自由端122的反射器14繞著第一轉動部11的第一中心軸線旋轉，在圖1中的第一中心軸線是X軸線。支架15與旋臂12的固定端121保持設定距離DS，且支架15具有定位部151，定位部151用以將具有至少一待測天線的電子裝置(圖1中未示)定位在第一轉動部11的第一中心軸線(X軸線)的一位置PA。

請接著一併參考圖1與圖2，反射器14用以將源自於 傳送天線13的電磁波反射至電子裝置21。也由於旋臂12的自由端122與第一中心軸線(X軸線)的間距保持固定，可以使得電子裝置21與位於旋臂12的自由端122的反射器14與電子裝置21的間距DB是保持固定。反射器14與電子裝置21之間在空間上所連成的直線是垂直於第一轉動部11的第一中心軸線(X軸線)，也就是間距DB的連線是垂直於X軸線。第二轉動部16連接支架15，使支架15依據第二中心軸線原地旋轉(固定於支架15的電子裝置21也因此依據第二中心軸線原地旋轉)，第二中心軸線垂直於第一中心軸線(X軸線)，在圖1與圖2中的第二中心軸線是Y軸線，在本實施例中間距DB的連線是與第二中心軸線(Y軸線)重合。

傳送天線13用以產生電磁波源，例如是喇叭天線，但本發明並不因此限定。傳送天線13所發送的電磁波頻率例如是位於700MHz頻帶、800MHz頻帶、900MHz頻帶、3.3GHz~3.6GHz、4.4GHz~4.5GHz、4.8GHz~4.99GHz或5.9GHz頻帶。又例如，傳送天線13所發送的電磁波頻率是位於毫米波的25GHz、26GHz、28GHz、30GHz或40GHz頻帶。又例如，傳送天線13所發送的電磁波頻率是位於IEEE 802.11標準的無線區域網路(WLAN)頻帶，但本發明並不因此限定。反射器14用以反射來自傳送天線13的電磁波。反射器14例如是拋物面反射器或平面反射板，拋物面反射器或平面反射板較佳的是由金屬製成，但本發明並不因此限定反射器的實施方式。由間距DA與間距DB加總而成的總反射路徑長度是讓待測的電子裝置21(的至少一個待測天線)接收到的電磁波是平面電磁波(或近似於平面電磁波)，並符合(或接近於)遠場條件。也因為使用反射路徑，不使用視線距離(Light of Sight)量測架構，如 此可以大幅減少量測系統所需佔用的空間。

請參照圖3，圖3是本發明實施例提供的應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統進行量測運作狀態示意圖。應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統用以量測電子裝置的二維(2D)或三維(3D)輻射場型，旋臂12的轉動角度代表球座標的θ角，支架15的旋轉代表球座標的Φ角。依據實際設置，旋臂12的轉動角度θ角可以從零度至90度，以至於180度，需要注意的是，當旋臂12的轉動角度θ角大於90度甚至於180度時，下方的空間必須要足夠，避免地面與相關的支撐結構(例如圖1的系統底座17)擋住旋臂12的自由端122的轉動。

本實施例的應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統可用以設置於一電波暗室中，或者是用以設置於多重路徑量測環境。在電波暗室中的此天線輻射場型量測系統可以減少傳統遠場量測其電波暗室所需使用的吸波體材料的成本(因電波暗室體積減少)。用於量測天線的主波束(或至少一個較強波瓣)，並省略了波瓣與波瓣之間的零點(null)其強度的部分準確度。參照圖4A與圖4B，圖4A是在電波暗室中利用傳統視線距離(Light of Sight，LOS)天線量測方法所量測到的輻射場型範例，其主波束(與旁波瓣)明顯(包含峰值處)又準確，波瓣與波瓣之間的零點(null)如N1、N2、N3、N3、N4、N5也代表量測的精準度。相比於圖4A，針對相同的天線，圖4B是在電波暗室中利用本發明實施例的天線輻射場型量測系統所得到的輻射場型，可見圖4B中波瓣與波瓣之間的零點(null)不如圖4A精準(具有較大的失真)，但主波束(與旁波瓣)的峰值處P1、P2、P3、P4、P5是與圖4A非常接近或是幾乎相同。

另一方面，此應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統在當環境干擾較小時可直接設置於多重路徑量測環境，所述多重路徑量測環境是非屏蔽的空間，是一般具有無線通訊功能的小型電子裝置的應用場景(例如是辦公室、大樓內的樓層、停車場等)，也可配合產品應用屬性而改變周遭的量測環境，此種電子裝置產品的應用環境有一個共通點是由於周遭物體而造成多重路徑效應，在有多重路徑效應的情況下此輻射場型量測系統用於量測電子裝置的主波束(或至少一個較強波瓣)也沒有問題，並忽略了波瓣與波瓣之間的零點(null)其強度的部分準確度，因為對於此種電子裝置而言，輻射場型的波瓣零點(null)是不重要的。因此，可以在實際場域量測與量測精準度之間作兼顧，一舉兩得。

綜上所述，本發明實施例所提供的應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統不但可以在縮小系統體積的情況下，增大遠場靜域(Quiet Zone)。利用反射器，傳送天線提供平面波(或接近於平面波)的電磁波至待測的電子裝置，讓此量測系統對於輻射場型的主波束或較強波瓣(Lobe或Beam)提供足夠準確的量測，而忽略了波瓣與波瓣之間的零點(null)其強度的部分準確度，藉此提供較低成本、但精準度符合需要的輻射場型量測系統。並且，此應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統也不一定要設置在電波暗室，能夠專門適用於多重路徑量測環境，而能夠量測待測電子裝置的主波束或較強波瓣。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

Claims (10)

1. 一種應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，包括：一第一轉動部；一旋臂，具有一固定端與一自由端，該固定端連接該第一轉動部；一傳送天線，設置於該旋臂；一反射器，設置於該旋臂的該自由端，該反射器與該傳送天線的間距保持固定，該第一轉動部驅動該旋臂轉動而使位於該自由端的該反射器繞著該第一轉動部的一第一中心軸線旋轉；一支架，與該旋臂的該固定端保持一設定距離，具有一定位部，該定位部用以將一電子裝置定位在該第一轉動部的該第一中心軸線的一位置，其中，該反射器用以將源自於該傳送天線的電磁波反射至該電子裝置的至少一待測天線，且該反射器與該電子裝置的間距是保持固定，該反射器與該電子裝置之間在空間上所連成的一直線是垂直於該第一轉動部的該第一中心軸線；以及一第二轉動部，連接該支架，使該支架依據一第二中心軸線原地旋轉，該第二中心軸線垂直於該第一中心軸線。
2. 根據請求項第1項所述之應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，其中該傳送天線是喇叭天線。
3. 根據請求項第2項所述之應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，其中該反射器是一拋物面反射器或一平面反射板。
4. 根據請求項第1項所述之應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，其中該應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統是裝設於一電波暗室。
5. 根據請求項第1項所述之應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，其中該應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統用以設置於一多重路徑量測環境。
6. 根據請求項第1項所述之應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，其中該電子裝置是筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦、一體電腦、智慧電視、小型基站、路由器或智慧型手機。
7. 根據請求項第1項所述之應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，其中該應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統用以量測該電子裝置的二維(2D)或三維(3D)輻射場型，該旋臂的轉動角度代表球座標的θ角，該支架的旋轉代表球座標的Φ角。
8. 根據請求項第1項所述之應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，其中該傳送天線所發送的電磁波頻率是位於700MHz頻帶、800MHz頻帶、900MHz頻帶、3.3GHz~3.6GHz、4.4GHz~4.5GHz、4.8GHz~4.99GHz或5.9GHz頻帶。
9. 根據請求項第1項所述之應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，其中該傳送天線所發送的電磁波頻率是位於毫米波的25GHz、26GHz、28GHz、30GHz或40GHz頻帶。
10. 根據請求項第1項所述之應用於多重路徑環境下的天線輻射場型量測系統，其中該傳送天線所發送的電磁波頻率是位於IEEE 802.11標準的無線區域網路頻帶。