TWI674416B - 用於量測天線的自動化系統 - Google Patents

Abstract

一種用於量測天線的自動化系統包含一電波暗室、一量測支架、一標準天線及一控制單元。該量測支架設置在該電波暗室中，並包括一固定座及一滑軌單元。該固定座設置在該電波暗室的一底板。該滑軌單元包括一圓弧軌道及一滑動部件。該圓弧軌道與該固定座相接。該圓弧軌道可相對該固定座進行0度至360度的轉動。該滑動部件可沿著該圓弧軌道滑動。該標準天線設置於該滑動部件。該控制單元電連接該量測支架、該待測天線及該標準天線。該控制單元控制該圓弧軌道相對該固定座旋轉的一水平角度，並控制該滑動部件滑動到該圓弧軌道上的一預設位置，且透過該標準天線去量測該待測天線的天線增益。

Description

用於量測天線的自動化系統

本發明是關於一種可以自動化量測天線的增益及建構半球面輻射場型的系統。

參閱第1圖，先前技術的天線量測系統是在一電波暗室11中安裝一個高指向性天線12及一個旋轉基座13，再將一待測天線14放在該旋轉基座13上，該旋轉基座13具有繞著Z軸360度旋轉的功能，該高指向性天線12具有人工手動調整繞著X軸±90度旋轉的功能。該高指向性天線12與該待測天線14分別用來接收和發射一電磁波，並藉由該旋轉基座13連動該待測天線214繞著Z軸360度旋轉一圈而量得XY平面的二維輻射場型。

這種先前技術的缺點在於：人工手動不精準且非常耗時。原因在於此種系統需人工手動調整該高指向性天線12及該待測天線14的擺放位置，每次(該旋轉基座13繞著Z軸360度旋轉一圈稱為一次)只能量得一個二維平面的輻射場型，若要用N個二維平面的輻射場型去建構一個三維的輻射場型就必須人工手動N次去調整該待測天線14的傾斜角度然 後量測N次。

由於已知的天線量測系統有前述的問題，因此需要發展一種能自動化量測天線效能的系統，以增進研發效率及避免人為誤差。

本發明用於量測天線的自動化系統適用於量測一待測天線，該待測天線包括一主輻射面，該系統包含一電波暗室、一量測支架、一標準天線及一控制單元。該電波暗室包括一頂板，及相對於該頂板的一底板，該待測天線貼近該頂板設置，且該待測天線的主輻射面朝向該底板設置。該量測支架設置在該電波暗室中，並包括一固定座及一滑軌單元，該固定座設置在該電波暗室的底板，該滑軌單元包括相對應的一圓弧軌道及一滑動部件，該圓弧軌道與該固定座相接，且該圓弧軌道可相對該固定座進行0度至360度的轉動，該滑動部件可沿著該圓弧軌道滑動。該標準天線設置於該滑動部件。該控制單元電連接該量測支架、該待測天線及該標準天線，該控制單元控制該圓弧軌道相對該固定座旋轉的一水平角度，並控制該滑動部件滑動到該圓弧軌道上的一預設位置，且透過該待測天線及該標準天線對應收發一預設的電磁波去量測該待測天線的天線增益。

較佳地，該圓弧軌道的弧角大體上是π/2。

較佳地，該圓弧軌道的弧角大體上是π。

較佳地，該待測天線及該固定座於該底板的一法線方向上的投影相重疊。

較佳地，該電波暗室的頂板具有一開口，該電波暗室還包括一窗戶，該窗戶內面用以貼附該待測天線，當該窗戶打開時，該電波暗 室的內外空間透過該開口連通，而當該窗戶關上時，該頂板的開口被該窗戶蓋住，該待測天線的主輻射面是朝向該電波暗室的底板。

較佳地，該控制單元還記錄並利用多組的該水平角度、該預設位置，以及該天線增益建構出該待測天線的半球面輻射場型。

較佳地，該控制單元包括一射頻訊號產生器、一訊號饋入夾具、一頻譜分析儀及一電腦。該射頻訊號產生器輸出一預設大小的射頻輸出訊號。該訊號饋入夾具電連接該射頻訊號產生器以接收該射頻輸出訊號，且具有一探針及一攝像鏡頭，該攝像鏡頭朝向該探針設置以輔助觀測該探針的影像，該探針用以碰觸該待測天線以將該射頻輸出訊號傳遞到該待測天線，該待測天線接收該射頻輸出訊號並轉換成該電磁波，該標準天線接收該電磁波並轉換成一射頻接收訊號。該頻譜分析儀電連接該標準天線以接收該射頻接收訊號，並量測該射頻接收訊號的振幅。該電腦電連接該頻譜分析儀以得到該射頻接收訊號的振幅，並根據該射頻接收訊號的振幅、該標準天線的天線增益、該標準天線到該待測天線之間的距離，以及該訊號饋入夾具的路徑損耗共同計算該待測天線的天線增益，並建構該待測天線的半球面輻射場型。

較佳地，該控制單元包括一射頻訊號產生器、一訊號饋入夾具、一頻譜分析儀及一電腦。該射頻訊號產生器輸出一預設大小的射頻輸出訊號，該標準天線電連接該射頻訊號產生器以接收該射頻輸出訊號並轉換成該電磁波，該待測天線接收該電磁波並轉換成一射頻接收訊號。該訊號饋入夾具具有一探針及一攝像鏡頭，該攝像鏡頭朝向該探針設置以輔助觀測該探針的影像，該探針用以碰觸該待測天線以接收該射頻接收訊 號。該頻譜分析儀電連接該探針以接收該射頻接收訊號，並量測該射頻接收訊號的振幅。該電腦電連接該頻譜分析儀以得到該射頻接收訊號的振幅，並根據該射頻接收訊號的振幅、該標準天線的天線增益、該標準天線到該待測天線之間的距離，以及該訊號饋入夾具的路徑損耗共同計算該待測天線的天線增益，並建構該待測天線的半球面輻射場型。

較佳地，該標準天線是偏焦天線(off set antenna)、導波管天線(waveguide antenna)、洩漏波天線(leaky wave antenna)、喇叭天線(horn antenna)及陣列天線(array antenna)的其中任一者。

本發明之效果在於利用該控制單元自動控制該量測支架連動該標準天線移動到一個半球面上的多個預設位置去量測該待測天線的天線增益，並利用該電腦建構出半球面輻射場型，因而免除人工量測的缺點。

11‧‧‧電波暗室

12‧‧‧標準天線

13‧‧‧旋轉基座

14‧‧‧待測天線

2‧‧‧待測天線

21‧‧‧主輻射面

3‧‧‧電波暗室

31‧‧‧頂板

311‧‧‧開口

32‧‧‧底板

33‧‧‧側板

34‧‧‧窗戶

35‧‧‧電磁波吸收體

4‧‧‧量測支架

41‧‧‧固定座

42‧‧‧滑軌單元

421‧‧‧圓弧軌道

422‧‧‧滑動部件

423‧‧‧配重

5‧‧‧標準天線

51‧‧‧喇叭輻射元件

52‧‧‧碟型反射鏡

6‧‧‧控制單元

61‧‧‧射頻訊號產生器

62‧‧‧訊號饋入夾具

621‧‧‧探針

622‧‧‧攝像鏡頭

63‧‧‧頻譜分析儀

64‧‧‧電腦

A‧‧‧弧心點

Z‧‧‧方向

第1圖是先前技術的示意圖。

第2圖是本發明用於量測天線的自動化系統的第一較佳實施例的示意圖。

第3圖是第一較佳實施例的示意圖，說明控制單元的一種實施方式。

第4圖是第一較佳實施例的示意圖，說明控制單元的另一種實施方式。

第5圖是本發明的第二較佳實施例的示意圖。

第6圖是本發明的第一較佳實施例的示意圖，說明標準天線的一種實 施方式。

第7圖是本發明的第一較佳實施例包括配重的示意圖。

參閱第2圖，本發明一種用於量測天線的自動化系統適用於量測一待測天線2的天線增益及建構該待測天線2的半球面輻射場型，該待測天線2包括一主輻射面21，本系統的第一較佳實施例包含一電波暗室3、一量測支架4、一標準天線5及一控制單元6。

該電波暗室3的形狀大致上呈一中空的長方體，其包括一頂板31、一相對於該頂板31的底板32、四片連接該頂板31及該底板32的側板33，及一窗戶34。

該頂板31、該等側板33及該底板32貼有多個電磁波吸收體35，且該頂板31具有一開口311，該開口311大約位於該頂板31的幾何中心。

該窗戶34內面用以貼附該待測天線2，當該窗戶34打開時，該電波暗室3的內外空間透過該開口311連通，而當該窗戶34關上時，該頂板31的開口311被該窗戶34蓋住，且主輻射面21是面向該電波暗室3的底板32。

該量測支架4設置在該電波暗室3中，並包括一固定座41及一滑軌單元42。

該固定座41設置在該電波暗室3的底板32的幾何中心，且該待測天線2及該固定座41於該底板的一法線方向Z上的投影相重疊。

該滑軌單元42包括相對應的一圓弧軌道421及一滑動部件 422，舉例說明，該滑動部件422及該圓弧軌道421分別是一組滑軌的內軌和外軌。

該圓弧軌道421與該固定座41相接，且該圓弧軌道421可相對該固定座41進行360度的轉動，例如繞著圖2中的Z方向旋轉ψ度(ψ=0~360度)，該滑動部件422可沿著該圓弧軌道421滑動，且由於該圓弧軌道421的弧角大體上是π/2(90度)，所以該滑動部件422具有繞著該圓弧軌道421的弧心點A旋轉θ度(θ=0~90度)的功能。

該標準天線5設置於該滑動部件422。

該控制單元6電連接該量測支架4、該待測天線2及該標準天線5。該控制單元6控制該圓弧軌道421相對該固定座41旋轉的水平角度ψ，及控制該滑動部件422滑動到該圓弧軌道421上的一預設位置(該預設位置相關於繞著弧心點A旋轉的角度θ)，以及透過該待測天線2及該標準天線5對應收發一預設的電磁波去量測該待測天線2的天線增益G。該控制單元6還記錄並利用多組的水平角度ψ、該標準天線5位於該圓弧軌道421上的預設位置θ，以及該待測天線2的天線增益G建構出該待測天線2的半球面輻射場型。

以下更詳細地說明半球面輻射場型的建構方式，由於該標準天線5被該滑動部件422連動，且無論該滑動部件422滑動到該圓弧軌道421上的任何位置，該標準天線5與該待測天線2之間的距離都保持固定，而該標準天線5與該待測天線2之間的相對角度則是在ψ=0~360度且θ=0~90度這樣的範圍中變動，並且，一個半徑固定為R的預設半球面上的任一點的空間座標都可以用(R,ψ=0~360,θ=0~90)界定出來，所以該標 準天線5的所在位置(R,ψ,θ)及天線增益G就可以對應起來，從而知道該待測天線2不同角度時的天線增益，進而建構出該待測天線2的半球面輻射場型(ψ=0~360,θ=0~90,G)，其中參數R是定值，所以建構輻射場型圖時可忽略，只要保留三個參數(ψ,θ,G)即可。

參閱第3圖，其是為了說明當該待測天線2作為發射天線而該標準天線5作為接收天線時，該控制單元6的一種實施方式。

該控制單元6包括一射頻訊號產生器61、一訊號饋入夾具62、一頻譜分析儀63及一電腦64。

該射頻訊號產生器61輸出一預設大小的射頻輸出訊號。

該訊號饋入夾具62電連接該射頻訊號產生器61以接收該射頻輸出訊號，且具有一探針621及一攝像鏡頭622，該攝像鏡頭622朝向該探針621設置以輔助觀測該探針621的影像，該探針621用以碰觸該待測天線2以將該射頻輸出訊號傳遞到該待測天線2，該待測天線2接收該射頻輸出訊號並轉換成電磁波，該標準天線5接收該電磁波並轉換成一射頻接收訊號。

該頻譜分析儀63電連接該標準天線5以接收該射頻接收訊號，並量測該射頻接收訊號的振幅。在實際應用上，該頻譜分析儀63也可以用網路分析儀取代。

該電腦64電連接該頻譜分析儀63以接收該射頻接收訊號的振幅，並根據該射頻接收訊號的振幅、該標準天線5的天線增益、該標準天線5到該待測天線2之間的距離，以及該訊號饋入夾具62的路徑損耗(insertion loss)共同計算該待測天線2的天線增益G，並建構該待測天線 2的半球面輻射場型(ψ,θ,G)。

參閱第4圖，其是為了說明當該標準天線5作為發射天線而該待測天線2作為接收天線時，該控制單元6的另一種實施方式。

該射頻訊號產生器61輸出一預設大小的射頻輸出訊號。

該標準天線5電連接該射頻訊號產生器61以接收該射頻輸出訊號並轉換成該電磁波，該待測天線2接收該電磁波並轉換成一射頻接收訊號。

該訊號饋入夾具62包括一探針621及一攝像鏡頭622。該攝像鏡頭622朝向該探針621設置以輔助觀測該探針621的影像，該探針621用以碰觸該待測天線2以接收該射頻接收訊號。

該頻譜分析儀63電連接該探針621以接收該射頻接收訊號，並量測該射頻接收訊號的振幅。

該電腦64電連接該頻譜分析儀63以得到該射頻接收訊號的振幅，並計算該待測天線2的天線增益G及建構該待測天線2的半球面輻射場型。

該待測天線2的天線增益G的計算方式補充說明如下：因為該訊號產生器61輸出的射頻輸出訊號的功率P1是已知，該標準天線5也是已知的天線(增益已知)，所以可以計算出該標準天線5接收該射頻輸出訊號後輻射出的該電磁波的功率P2，並且，該電磁波行經的路徑距離是固定的，因此可以計算該電磁波到達該待測天線2時的功率P3，另外該頻譜分析儀63接可以量得該射頻接收訊號的功率P4，其中功率P4和功率P3的差異就是該待測天線2的增益和該訊號饋入夾具62 的路徑損耗(insertion loss)兩者造成的，而該路徑損耗又是已知(可用網路分析儀等工具量得)，因此可以將該路徑損耗補償掉，故最終算得到該待測天線2的天線增益G。

參閱第5圖，是本發明的第二較佳實施例，其與第一較佳實施例近似，差異的地方在於該圓弧軌道421的弧角大體上是π(180度)，所以該滑動部件422具有繞著該圓弧軌道421的弧心點A旋轉θ=0~±90度的功能，而該圓弧軌道421可相對該固定座41進行ψ=0~180度的轉動功能。

參閱第6圖，是該標準天線5採用偏焦天線(off set antenna)的一示意圖，該標準天線5具有一喇叭輻射元件51及一碟型反射鏡52，該控制單元6是電連接到該標準天線5的喇叭輻射元件51，該喇叭輻射元件51本身就在是一個喇叭天線。此外，該標準天線5還可以是導波管天線(waveguide antenna)、洩漏波天線(leaky wave antenna)、喇叭天線(horn antenna)、陣列天線(array antenna)，或其它具有高指向性特徵的天線類型。

參閱第7圖，該滑軌單元42還包括一與該圓弧軌道421相接的配重423，該配重423的功用在於降低該滑軌單元42高速旋轉時所產生的抖動。

綜上所述，上述較佳實施例具有以下優點：利用該量測支架4連動該標準天線5在一個半球面上的多個空間點對該待測天線2進行自動化的天線增益量測，並利用該電腦64建構出該待測天線2的半球面輻射場型，不但免除了手動操作的費時更降低人工操作誤差，進而解決先前 技術的缺點。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單地等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (10)

1. 一種用於量測天線的自動化系統，適用於量測一待測天線，該待測天線包括一主輻射面，該系統包含：一電波暗室，包括一頂板，及相對於該頂板的一底板，該待測天線貼近該頂板設置，且該待測天線的主輻射面朝向該底板設置；一量測支架，設置在該電波暗室中，並包括一固定座及一滑軌單元，該固定座設置在該電波暗室的底板，該滑軌單元包括相對應的一圓弧軌道及一滑動部件，該圓弧軌道與該固定座相接，且該圓弧軌道可相對該固定座進行0度至360度的轉動，該滑動部件可沿著該圓弧軌道滑動；一標準天線，設置於該滑軌單元的滑動部件；及一控制單元，電連接該量測支架、該待測天線及該標準天線，該控制單元控制該圓弧軌道相對該固定座旋轉的一水平角度，並控制該滑動部件滑動到該圓弧軌道上的一預設位置，且透過該待測天線及該標準天線對應收發一預設的電磁波去量測該待測天線的天線增益。
2. 根據申請專利範圍第1項之用於量測天線的自動化系統，其中該圓弧軌道的弧角大體上是π/2。
3. 根據申請專利範圍第1項之用於量測天線的自動化系統，其中該圓弧軌道的弧角大體上是π。
4. 根據申請專利範圍第1項之用於量測天線的自動化系統，其中該待測天線及該固定座於該底板的一法線方向上的投影相重疊。
5. 根據申請專利範圍第1項之用於量測天線的自動化系統，其中該電波暗室的頂板具有一開口，該電波暗室還包括一窗戶，該窗戶內面用以貼附該待測天線，當該窗戶打開時，該電波暗室的內外空間透過該開口連通，而當該窗戶關上時，該頂板的開口被該窗戶蓋住，該待測天線的主輻射面是朝向該電波暗室的底板。
6. 根據申請專利範圍第1項之用於量測天線的自動化系統，其中該控制單元還記錄並利用多組的該水平角度、該標準天線位於該圓弧軌道上的預設位置，以及該待測天線的天線增益建構出該待測天線的半球面輻射場型。
7. 根據申請專利範圍第1項之用於量測天線的自動化系統，其中該控制單元包括：一射頻訊號產生器，輸出一預設大小的射頻輸出訊號；一訊號饋入夾具，電連接該射頻訊號產生器以接收該射頻輸出訊號，且具有一探針及一攝像鏡頭，該攝像鏡頭朝向該探針設置以輔助觀測該探針的影像，該探針用以碰觸該待測天線以將該射頻輸出訊號傳遞到該待測天線，該 待測天線接收該射頻輸出訊號並轉換成該電磁波，該標準天線接收該電磁波並轉換成一射頻接收訊號；一頻譜分析儀，電連接該標準天線以接收該射頻接收訊號，並量測該射頻接收訊號的振幅；及一電腦，電連接該頻譜分析儀以得到該射頻接收訊號的振幅，並根據該射頻接收訊號的振幅、該標準天線的天線增益、該標準天線到該待測天線之間的距離，以及該訊號饋入夾具的路徑損耗共同計算該待測天線的天線增益，並建構該待測天線的半球面輻射場型。
8. 根據申請專利範圍第1項之用於量測天線的自動化系統，其中該控制單元包括：一射頻訊號產生器，輸出一預設大小的射頻輸出訊號，該標準天線電連接該射頻訊號產生器以接收該射頻輸出訊號並轉換成該電磁波，該待測天線接收該電磁波並轉換成一射頻接收訊號；一訊號饋入夾具，具有一探針及一攝像鏡頭，該攝像鏡頭朝向該探針設置以輔助觀測該探針的影像，該探針用以碰觸該待測天線以接收該射頻接收訊號；一頻譜分析儀，電連接該探針以接收該射頻接收訊號，並量測該射頻接收訊號的振幅；及一電腦，電連接該頻譜分析儀以得到該射頻接收訊號的振幅，並根據該射頻接收訊號的振幅、該標準天線的天 線增益、該標準天線到該待測天線之間的距離，以及該訊號饋入夾具的路徑損耗共同計算該待測天線的天線增益，並建構該待測天線的半球面輻射場型。
9. 根據申請專利範圍第1項之用於量測天線的自動化系統，其中該標準天線是偏焦天線(off set antenna)、導波管天線(waveguide antenna)、洩漏波天線(leaky wave antenna)、喇叭天線(horn antenna)及陣列天線(array antenna)的其中任一者。
10. 根據申請專利範圍第1項之用於量測天線的自動化系統，其中該滑軌單元還包括一與該圓弧軌道相接的配重。