TWI698649B - 用於多輸入多輸出空中傳輸的天線量測系統 - Google Patents

Abstract

一種用於多輸入多輸出空中傳輸的天線量測系統，包括一電波暗室、一旋轉基座及多數個縮距場天線單元。該旋轉基座用以放置一待測裝置。該待測裝置包括多數個待測天線。每一個縮距場天線單元中的一訊號饋源用以朝向對應的該凹面鏡發射一第一射頻訊號，該凹面鏡面將該第一射頻訊號反射成為一第二射頻訊號，其中，每一第二射頻訊號是均勻平面波且每一第二射頻訊號是朝向該旋轉基座的一平台發射，且任兩個縮距場天線單元的凹面鏡不面對面地設置。

Description

用於多輸入多輸出空中傳輸的天線量測系統

本發明是關於一種量測系統，特別是一種應用於多重路徑環境下的多輸入多輸出空中傳輸量測系統。

參閱圖1，是美國專利申請號US 2012/0282863 A1(以下簡稱已知技術1)公開的一種天線測試系統的局部示意圖，此種已知技術是將一待測裝置17放置在電波暗室1中，並利用6個測試天線等間距地環繞該待測裝置17，以量測該待測裝置17的天線特性。

這種已知技術1的缺點在於：(1)、測試天線11與測試天線12彼此相對，所以量測該待測裝置17的接收特性時，相對的兩測試天線11、12所發射出的電磁波就會彼此碰撞干擾造成量測誤差，同理，相對的兩測試天線13、14，以及相對的兩測試天線15、16也會有同樣的問題。(2)、習知1若是採用遠場量測技術，則該等測試天線11、12、13、14、15、16中的任一者距離該待測裝置17的距離r就必須遠大於2D²/λ，以使得從每一個測試天線11、12、13、14、15、16到達該待測裝置17的電磁波是近似均勻平面波。純理論計算時，參數D就是待測天線171的最大幾何直徑，λ是量測時該待測天線171的工作波長，然而在實務應用上，若是該待測裝置17是手機、平板，或是筆記型電腦，則該待測天線171是連接待測裝置17內部的電 路板(圖未示出)，以將此電路板作為參考接地面，這會使得整體待測裝置17都參與輻射，而不僅只是該待測天線171而已，因此，為了修正理論與實務的偏差，參數D應修正為待測裝置17的最大幾何直徑，在進入5G毫米波的通訊時代，智慧型手機的尺寸所對應的參數D幾乎不變，但是毫米波的波長λ小至毫米等級，經計算2D²/λ就會變得非常大，因此用於5G通訊量測時的電波暗室1的空間就要遠大於4G通訊量測時的要求，這會嚴重增加建置的場地需求並提高建置費用。(3)、若是要解決前述第(2)項的問題，則類似如圖1的已知技術就得採用近場量測技術以取代遠場量測技術，但近場量測技術在過去被動式天線量測就得將到達該待測裝置17處的非均勻平面波的相位經過複雜的計算，才能轉換達到近似遠場的量測效果，不但無法避免地引入轉換計算誤差，還會因計算時間降低量測效率，但更難克服的問題就是近場量測只適用於被動式量測(待測裝置17關機並將待測天線171以傳導線外接儀器量測)，無法對該待測裝置17進行主動式量測(就是將待測裝置17開機進入實際通訊模式量測)，原因在於近場量測必須知道量測時電磁波的相位，再利用數值計算的方式將近場量的數據轉換成遠場，但是該待測裝置17於主動式量測時的電磁波都是經過通訊調變後的訊號，因此難以回推計算未調變前的電磁波相位，且越複雜的計算過程引入的誤差和運算時間需求也越大，因此已知技術也沒有辦法解決5G毫米波主動式量測時電波暗室1的空間需求問題。

為了解決前述已知技術的問題，本發明提出一種相較遠場量測節省電波暗室的空間，無須近場轉遠場的繁複 計算，同時適用主、被動式量測，以及還能避免多個測試天線彼此電磁干擾的測試系統。

本發明用於多輸入多輸出空中傳輸的天線量測系統包括一電波暗室、一旋轉基座及多數個縮距場天線單元。

該旋轉基座設置於該電波暗室中，該旋轉基座包括一平台面，該平台面用以放置一待測裝置，該待測裝置包括多數個待測天線。

每一個縮距場天線單元包括一訊號饋源，一凹面鏡，一用以固定該訊號饋源與該凹面鏡的連接臂，每一個縮距場天線單元中的該訊號饋源用以朝向對應的該凹面鏡發射一第一射頻訊號，該凹面鏡面向該旋轉基座的平台面設置，用以將該第一射頻訊號反射成為朝向該旋轉基座的平台面的一第二射頻訊號，其中，每一第二射頻訊號是均勻平面波，且任兩個縮距場天線單元的凹面鏡不面對面地設置。

較佳地，該電波暗室呈一立方體，並包括一第一頂角、一第二頂角、一第三頂角、一第四頂角、一第一底角、一第二底角、一第三底角、一第四底角。該第一頂角、該旋轉基座的平台面及該第三底角三者依序沿著一直線排列；該第二頂角、該旋轉基座的平台面及該第四底角三者依序沿著一直線排列；該第三頂角、該旋轉基座的平台面及該第一底角三者依序沿著一直線排列；該第四頂角、該旋轉基座的平台面及該第二底角三者依序沿著一直線排列。其中，該等縮 距場天線單元的數量是兩個，分別位於第一頂角及第二底角。

較佳地，該電波暗室呈一立方體，並包括一第一頂角、一第二頂角、一第三頂角、一第四頂角、一第一底角、一第二底角、一第三底角、一第四底角。該第一頂角、該旋轉基座的平台面及該第三底角三者依序沿著一直線排列；該第二頂角、該旋轉基座的平台面及該第四底角三者依序沿著一直線排列；該第三頂角、該旋轉基座的平台面及該第一底角三者依序沿著一直線排列；該第四頂角、該旋轉基座的平台面及該第二底角三者依序沿著一直線排列。其中，該等縮距場天線單元的數量是三個，分別位於第一頂角、第二底角，以及第三底角與第四頂角的連線中間。

較佳地，該電波暗室呈一立方體，並包括一第一頂角、一第二頂角、一第三頂角、一第四頂角、一第一底角、一第二底角、一第三底角、一第四底角。該第一頂角、該旋轉基座的平台面及該第三底角三者依序沿著一直線排列；該第二頂角、該旋轉基座的平台面及該第四底角三者依序沿著一直線排列；該第三頂角、該旋轉基座的平台面及該第一底角三者依序沿著一直線排列；該第四頂角、該旋轉基座的平台面及該第二底角三者依序沿著一直線排列，其中，該等縮距場天線單元的數量是四個，分別位於第一頂角、第二底角、第三頂角及第四底角。

較佳地，該電波暗室呈一立方體，並包括一第一 頂角、一第二頂角、一第三頂角、一第四頂角、一第一底角、一第二底角、一第三底角、一第四底角。該第一頂角、該旋轉基座的平台面及該第三底角三者依序沿著一直線排列；該第二頂角、該旋轉基座的平台面及該第四底角三者依序沿著一直線排列；該第三頂角、該旋轉基座的平台面及該第一底角三者依序沿著一直線排列；該第四頂角、該旋轉基座的平台面及該第二底角三者依序沿著一直線排列。其中，該等縮距場天線單元的數量是六個，分別位於第一頂角、第二底角、第三頂角、第四底角、第二頂角與第二底角的連線中間，以及第三頂角與第三底角的連線中間。

較佳地，該電波暗室還包括多數個螺絲孔，每一個縮距場天線單元的連接臂包括一第一臂部及一第二臂部，每一第一臂部固定於該電波暗室，每一連接臂的第二臂部與該凹面鏡相連接。

較佳地，該凹面鏡可以相對該連接臂的第二臂部轉動。

較佳地，用於多輸入多輸出空中傳輸的天線量測系統更包括一第一支撐板，該第一支撐板為非導體、低介電常數(permittivity)、低介質損耗(dielectric loss)的材料，該第一支撐板固定於該電波暗室的一壁板，用來支撐對應的一個該縮距場天線單元的重量，且受該第一支撐板支撐的該縮距場天線單元是位於第三頂角與第三底角的連線中間的位 置。

較佳地，用於多輸入多輸出空中傳輸的天線量測系統，更包括一個也是非導體、低介電常數、低介質損耗的第二支撐板，該第二支撐板固定於該電波暗室的該壁板，用來支撐對應的另一個該縮距場天線單元的重量，且受該第二支撐板支撐的該縮距場天線單元是位於第二頂角與第二底角的連線中間的位置。

較佳地，用於多輸入多輸出空中傳輸的天線量測系統更包括呈T形狀或倒L形狀的一第一支撐柱及一第二支撐柱，該第一支撐板為非導體、低介電常數、低介質損耗的材料，該第一支撐柱固定於該電波暗室的一底板上，用來支撐對應的一個該縮距場天線單元的重量，且受該第一支撐柱支撐的該縮距場天線單元是位於第三頂角與第三底角的連線中間的位置，該第二支撐柱也是非導體、低介電常數、低介質損耗的材料，該第二支撐柱固定於該電波暗室的該底板上，用來支撐對應的另一個該縮距場天線單元的重量，且受該第二支撐柱支撐的該縮距場天線單元是位於第二頂角與第二底角的連線中間的位置。

本發明之效果在於：利用縮距場天線單元的凹面鏡將來自訊號饋源的非均勻平面波(第一射頻訊號)反射成均勻平面波(第二射頻訊號)，就不受限如圖1習知技術參數r必須遠大於2D²/λ到達該待測裝置才是均勻平面波的限制，因 此改進了遠場量測電波暗室空間需求大或是近場量測計算複雜且不適合主動式量測的問題；此外，本發明亦考量該多數個縮距場天線單元在電波暗室中的空間配置，避免多輸入多輸出(MIMO)測試時任兩個縮距場天線單元反射出的第二射頻訊號相互碰撞干擾的問題。

1:電波暗室

11~16:測試天線

17:待測裝置

171:待測天線

2:電波暗室

200:壁板

201:底板

21:第一頂角

22:第二頂角

23:第三頂角

24:第四頂角

25:第一底角

26:第二底角

27:第三底角

28:第四底角

3:旋轉基座

31:平台面

4:縮距場天線單元

41:訊號饋源

42:凹面鏡

43:連接臂

431:第一臂部

4311:螺絲

4312:固定金屬片

432:第二臂部

5:待測裝置

51:待測天線

111:第一射頻訊號

112:第二射頻訊號

291、293:位置

20:螺絲孔

61:第一支撐板

61:第二支撐板

71:第一支撐柱

72:第二支撐柱

第1圖是習知技術的局部示意圖。

第2圖是本發明第一較佳實施例的示意圖。

第3圖是一示意圖，說明第一較佳實施例的縮距場天線單元。

第4圖是本發明第二較佳實施例的示意圖。

第5圖是本發明第三較佳實施例的示意圖。

第6圖是本發明第四較佳實施例的示意圖。

第7圖是一示意圖，說明任一較佳實施例的縮距場天線單元與電波暗室的一種固定方式。

第8圖是一示意圖，說明任一較佳實施例的縮距場天線單元與電波暗室的另一種固定方式。

第9圖是一示意圖，說明第一較佳實施例更包括一第一支撐板。

第10圖是一示意圖，說明第一較佳實施例更包括一第二支撐板。

第11圖是一示意圖，說明以T形狀第一支撐柱取代第一支撐板的實施方式。

第12圖是一示意圖，說明以T形狀第二支撐柱取代第二支撐板的實施方式。

第13圖是一示意圖，說明以L形狀第一支撐柱取代第一支撐板的實施方式。

第14圖是一示意圖，說明以L形狀第二支撐柱取代第二支撐板的實施方式。

參閱圖2及圖3，本發明用於多輸入多輸出空中傳輸的天線量測系統包括一電波暗室2、一旋轉基座3及多數個縮距場天線單元4。

該旋轉基座3設置於該電波暗室2中，該旋轉基座3包括一平台面31，該平台面31用以放置一待測裝置5，該待測裝置5包括多數個待測天線51。

於第一較佳實施例，該電波暗室2呈一立方體，並包括一第一頂角21、一第二頂角22、一第三頂角23、一第四頂角24、一第一底角25、一第二底角26、一第三底角27、一第四底角28。該第一頂角21、該旋轉基座3的平台面31及該第三底角27三者依序沿著一直線排列；該第二頂角22、該旋轉基座3的平台面31及該第四底角28三者依序沿著一直線排列；該第三頂角23、該旋轉基座3的平台面31及該第一底角25三者依序沿著一直線排列；該第四頂角24、該旋轉基座3的平台面31及該第二底角26三者依序沿著一直線排列。

每一個縮距場天線單元4包括一訊號饋源41，一凹面鏡42，一用以固定該訊號饋源41與該凹面鏡42的連接臂43。每一個縮距場天線單元4中的該訊號饋源41用以朝向對應的該凹面鏡42發射一第一射頻訊號111，該凹面鏡42面向該旋轉基座3的平台面31設置，用以將該第一射頻訊號111反射成為朝向該旋轉基座3的平台面31的一第二射頻訊號112，其中，每一第二射頻訊號112是均勻平面波，且任兩個縮距場天線單元4的凹面鏡42不面對面地設置。

其中，該等縮距場天線單元4的數量是六個，分別位於第一頂角21、第二底角26、第三頂角23、第四底角28、第二頂角22與第二底角26的連線中間(位置293)，以及第三頂角23與第三底角27的連線中間(位置291)。

舉例說明，圖2中第一頂角21設置一個縮距場天線單元4，則第三底角27就不能設置縮距場天線單元4；第三頂角23設置一個縮距場天線單元4，則第二底角25就不能設置縮距場天線單元4；同理，位置291設置一個縮距場天線單元4，則位置292就不能設置縮距場天線單元4。如此，就能避免任兩個縮距場天線單元4的凹面鏡42面對面地設置產生兩個第二射頻訊號112相消的干擾問題。

參閱圖4，是本發明第二較佳實施例的一示意圖，第二較佳實施例與第一較佳實施例近似，差異在於：該等縮距場天線單元4的數量是四個，分別位於第一頂角21、第二底角26、第三頂角23及第四底角28。

參閱圖5，是本發明第三較佳實施例的一示意圖，第三較佳實施例與第二較佳實施例近似，差異在於：該等縮距場天線單元4的數量是 三個，分別位於第一頂角21、第二底角26，以及第三底角27與第四頂角24的連線中間291。

參閱圖6，是本發明第四較佳實施例的一示意圖，第四較佳實施例與第三較佳實施例近似，差異在於：該等縮距場天線單元4的數量是兩個，分別位於第一頂角21及第二底角26。

參閱圖7，前述的任一個較佳實施例的該電波暗室2還包括多數個螺絲孔20，每一個縮距場天線單元4的連接臂43包括一第一臂部431及一第二臂部432，每一第一臂部431以螺絲4311鎖接固定於該電波暗室2的壁板200上，每一連接臂43的第二臂部432與該凹面鏡42相連接，且該凹面鏡42可以相對該連接臂43的第二臂部432轉動，以調整該第二射頻訊號112的方向，該第二臂部432也可以相對該第一臂部431繞著Z方向軸轉動。

參閱圖8，該縮距場天線單元4相較圖7的更包括一固定金屬片4312，該固定金屬片4312與該第一臂部431分別位於該電波暗室2的壁板200的兩側，兩個螺絲4311鎖接固定將該第一臂部431、該壁板200與該該固定金屬片4312三者鎖住固定。此外，在實際應用上不限於用螺絲4311鎖接，也可以用直接焊接的方式固定。

參閱圖2及圖9，圖9示意該第一較佳實施例更包括一第一支撐板61，該第一支撐板61為非導體、低介電常數、低介質損耗的材料以降低對電磁波的干擾，該第一支撐板61固定於該電波暗室2的壁板200，用來支撐對應的一個該縮距場天線單元4的重量，且受該第一支撐板61支撐的該縮距場天線單元4是位於第三頂角23與第三底角27的連線中間的位置291。

參閱圖2及圖10，圖10示意該第一較佳實施例更包括一個也 是非金屬導體、低介電常數、低介質損耗的第二支撐板62。該第二支撐板62固定於該電波暗室2的該壁板200，用來支撐對應的另一個該縮距場天線單元4的重量，且受該第二支撐板62支撐的該縮距場天線單元4是位於第二頂角22與第二底角26的連線中間的位置293。

參閱圖2、11、12，說明該第一支撐板61及該第二支撐板62(見圖9、10)也可以分別用一第一支撐柱71及一第二支撐柱72取代，該第一支撐柱71及該第二支撐柱72各呈T形狀、並設置固定在該電波暗室2的一底板201上的，且受該第一支撐柱71支撐的該縮距場天線單元4是位於第三頂角23與第三底角27的連線中間的位置291，受該第二支撐柱72支撐的該縮距場天線單元4是位於第二頂角22與第二底角26的連線中間的位置293。

參閱圖2、13、14，該第一支撐柱71及該第二支撐柱72也可以置換成倒L形狀。

本發明之效果在於：利用縮距場天線單元4的凹面鏡42將來自訊號饋源41的非均勻平面波(第一射頻訊號111)反射成均勻平面波(第二射頻訊號112)，就不受限如圖1習知技術參數r必須遠大於2D²/λ到達該待測裝置5才是均勻平面波的限制，因此改進了遠場量測電波暗室2空間需求大或是近場量測計算複雜且不適合主動式量測的問題；此外，本發明亦考量該多數個縮距場天線單元4在電波暗室2中的空間配置，避免多輸入多輸出(MIMO)測試時任兩個縮距場天線單元4反射出的第二射頻訊號112相互碰撞干擾的問題。

2:電波暗室

21:第一頂角

22:第二頂角

23:第三頂角

24:第四頂角

25:第一底角

26:第二底角

27:第三底角

28:第四底角

3:旋轉基座

31:平台面

4:縮距場天線單元

5:待測裝置

51:待測天線

111:第一射頻訊號

112:第二射頻訊號

291、292、293、294:位置

Claims (5)

1. 一種用於多輸入多輸出空中傳輸的天線量測系統，包括：一電波暗室，該電波暗室呈一立方體，並包括一第一頂角、一第二頂角、一第三頂角、一第四頂角、一第一底角、一第二底角、一第三底角、一第四底角，該第一頂角、該旋轉基座的平台面及該第三底角三者依序沿著一直線排列，該第二頂角、該旋轉基座的平台面及該第四底角三者依序沿著一直線排列，該第三頂角、該旋轉基座的平台面及該第一底角三者依序沿著一直線排列，該第四頂角、該旋轉基座的平台面及該第二底角三者依序沿著一直線排列；一旋轉基座，設置於該電波暗室中，該旋轉基座包括一平台面，該平台面用以放置一待測裝置，該待測裝置包括多數個待測天線；六個縮距場天線單元，分別位於第一頂角、第二底角、第三頂角、第四底角、第二頂角與第二底角的連線中間，以及第三頂角與第三底角的連線中間，每一個縮距場天線單元包括一訊號饋源，一凹面鏡，一用以固定該訊號饋源與該凹面鏡的連接臂，每一個縮距場天線單元中的該訊號饋源用以朝向對應的該凹面鏡發射一第一射頻訊號，該凹面鏡面向該旋轉基座 的平台面設置，用以將該第一射頻訊號反射成為朝向該旋轉基座的平台面的一第二射頻訊號，其中，每一第二射頻訊號是均勻平面波，且任兩個縮距場天線單元的凹面鏡不面對面地設置；及一第一支撐板，該第一支撐板為非導體、低介電常數(permittivity)、低介質損耗(dielectric loss)的材料，該第一支撐板固定於該電波暗室的一壁板，用來支撐對應的一個該縮距場天線單元的重量，且受該第一支撐板支撐的該縮距場天線單元是位於第三頂角與第三底角的連線中間的位置。
2. 根據申請專利範圍第1項之用於多輸入多輸出空中傳輸的天線量測系統，其中該電波暗室還包括多數個螺絲孔，每一個縮距場天線單元的連接臂包括一第一臂部及一第二臂部，每一第一臂部固定於該電波暗室，每一連接臂的第二臂部與該凹面鏡相連接。
3. 根據申請專利範圍第2項之用於多輸入多輸出空中傳輸的天線量測系統，其中該凹面鏡可以相對該連接臂的第二臂部轉動。
4. 根據申請專利範圍第3項之用於多輸入多輸出空中傳輸的天線量測系統，更包括一個也是非導體、低介電常數、低介質損耗的第二支撐板，該第二支撐板固定於該電波暗室的該壁板，用來支撐對應的另一個該縮距場天線單元的重 量，且受該第二支撐板支撐的該縮距場天線單元是位於第二頂角與第二底角的連線中間的位置。
5. 根據申請專利範圍第1項之用於多輸入多輸出空中傳輸的天線量測系統，更包括呈T形狀或倒L形狀的一第一支撐柱及一第二支撐柱，該第一支撐板為非導體、低介電常數、低介質損耗的材料，該第一支撐柱固定於該電波暗室的一底板上，用來支撐對應的一個該縮距場天線單元的重量，且受該第一支撐柱支撐的該縮距場天線單元是位於第三頂角與第三底角的連線中間的位置，該第二支撐柱也是非導體、低介電常數、低介質損耗的材料，該第二支撐柱固定於該電波暗室的該底板上，用來支撐對應的另一個該縮距場天線單元的重量，且受該第二支撐柱支撐的該縮距場天線單元是位於第二頂角與第二底角的連線中間的位置。

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