TWI710772B - 天線智能量測系統 - Google Patents

Abstract

一種天線智能量測系統包含一電波量測裝置及一演算法裝置。該電波量測裝置包括一標準天線及一移動部件。該移動部件受控制連動該標準天線到空間中多數個量測位置，以讓該標準天線對該待測天線進行增益量測。該演算法裝置電連接該電波量測裝置，並根據該等量測位置及該待測天線的多個辨識輻射增益產生一偵測場型圖。該演算法裝置更儲存多張的參考場型圖，該等參考場型圖分別對應多種不同輻射場型的天線。該演算法裝置更將該偵測場型圖與該等參考場型圖相比對，以產生一對應該待測天線的類型的辨識訊號。該電波量測裝置更接收該辨識訊號，且根據該辨識訊號決定該標準天線對該待測天線進行增益量測的一量測範圍，以及決定該量測範圍中的量測點數。

Description

天線智能量測系統

本發明是關於一種量測系統；特別是一種用於量測天線輻射場型的智能量測系統。

參閱圖1及圖2，各是一種傳統的天線輻射場型量測方法的示意圖，圓球面上的每一個黑點代表的是每一個量測取樣點1，並利用多數個量測取樣點1所量得的天線增益值對應球面座標資訊作圖，進而得到三維輻射場型圖。

這兩種量測方法的共同缺點在於：無論待測天線的類型為何，都一律採用全向性、全球面量測，如果要得到更精確的輻射場型圖就必須增加量測取樣點1的數目，進而增加量測時間，換句話說，量測的準確度與量測時間兩者無法同時兼顧。

而上述的缺點在過去第4代行動通訊的年代還不至於十分明顯，但在第5代行動通訊就會被凸顯出來，因為第4代行動通訊的天線其工作頻段大約都不超過數個GHz，而第5代行動通訊的天線是工作在數十GHz的毫米波頻段，毫米波頻段的天線相較先前世代的通訊系統所採用的天線具有更高的指向性特徵(主波束集中在更小的空間角度範圍)，因此在量測輻射場型時就必須更密集的取樣才能準確地建構出輻射場型的主波束的 形狀與強度，但越密集的取樣代表越長的量測時間、越低的研發效率。

由於已知的方法有前述的問題，因此需要發展一種能解決前述缺點以量測天線輻射場型的智能量測系統。

本發明天線智能量測系統的較佳實施例適用於量測一待測天線的輻射參數，該較佳實施例包含一電波量測裝置及一演算法裝置。

該電波量測裝置包括一標準天線及一移動部件。該標準天線設置於該移動部件上，該移動部件受控制連動該標準天線到空間中多數個量測位置，以讓該標準天線對該待測天線進行增益量測。

該演算法裝置電連接該電波量測裝置，並記錄每一個量測位置，及計算且記錄每一個量測位置所對應的該待測天線的一辨識輻射增益，並根據該等量測位置及該等辨識輻射增益產生一偵測場型圖。該演算法裝置更儲存多張的參考場型圖，該等參考場型圖分別對應多種不同輻射場型的天線。該演算法裝置更將該偵測場型圖與該等參考場型圖相比對，以產生一對應該待測天線的類型的辨識訊號。該電波量測裝置更接收該辨識訊號，且根據該辨識訊號決定該標準天線對該待測天線進行增益量測的一量測範圍，以及決定該量測範圍中的量測點數。

較佳地，該演算法裝置包括一辨識控制單元，該辨識控制單元電連接該移動部件以控制該移動部件移動到每一個量測位置(r,θ _i ,ψ _i)，並記錄每一個量測位置(r,θ _i ,ψ _i )；該辨識控制單元電連接該標準天線以計算並記錄該標準天線位於每一個量測位置(r,θ _i ,ψ _i )時，該待測天線的該辨識輻射增益G _i ；該辨識控制單元一共記錄下N筆量測位置的極角θ _i 與方位角ψ _i ，及記錄下N個辨識輻射增益G _i ；該辨識控制單元更將該N筆的極角θ _i=1~N 及N筆的方位角ψ _i=1~N 分別作為該偵測場型圖的兩垂直軸，以及將N個辨識輻射增益G _i 的大小對應為該偵測場型圖的色階來區分顯示；並且，每一個極角θ _i 與每一個方位角ψ _i 兩者共同對應一個該辨識輻射增益G _i ，參數i=1~N，參數N是正整數。

較佳地，該參數N是大於或等於6的正整數。

較佳地，該參數N=6時，該6個量測位置分別為(r,θ ₁=90°,ψ ₁=0°)、(r,θ ₂=90°,ψ ₂=90°)、(r,θ ₃=90°,ψ ₃=180°)、(r,θ ₄=90°,ψ ₄=270°)、(r,θ ₅=0°,ψ ₅)及(r,θ ₆=180°,ψ ₆)，其中，參數r是該標準天線到該待測天線之間的一固定距離。

較佳地，該參數N=14時，該14個量測位置分別為(r,θ ₁=90°,ψ ₁=0°)、(r,θ ₂=90°,ψ ₂=90°)、(r,θ ₃=90°,ψ ₃=180°)、(r,θ ₄=90°,ψ ₄=270°)、(r,θ ₅=0°,ψ ₅)、(r,θ ₆=180°,ψ ₆)、(r,θ ₇=45°,ψ ₇=45°)、(r,θ ₈=45°,ψ ₈=135°)、(r,θ ₉=45°,ψ ₉=225°)、(r,θ ₁₀=45°,ψ ₁₀=315°)、(r,θ ₁₁=135°,ψ ₁₁=45°)、(r,θ ₁₂=135°,ψ ₁₂=135°)、(r,θ ₁₃=135°,ψ ₁₃=225°)、(r,θ ₁₄=135°,ψ ₁₄=315°)，其中，參數r是該標準天線到該待測天線之間的一固定距離°

較佳地，該演算法裝置更包括一儲存該等參考場型圖的大數據儲存單元。

較佳地，該等參考場型圖分別對應多種不同輻射場型的天線，包括：單極天線、偶極天線、全向性天線，及高指向性陣列天線°

較佳地，該辨識控制單元更電連接該大數據儲存單元以讀取該等參考場型圖，並將該偵測場型圖與該等參考場型圖相比對，以在該 等參考場型圖中選擇出與該偵測場型圖最近似的一張，而最近似的該張參考場型圖所對應的天線類型就是該待測天線最接近的輻射類型，並且，該辨識控制單元更產生對應該待測天線的類型的該辨識訊號°

較佳地，每一張參考場型圖的兩垂直軸分別是極角θ _j 及方位角ψ _j ，每一個極角θ _j 與每一個方位角ψ _j 兩者共同對應一個參考增益G _j ，該等參考增益G _j 的強度是以色階來區分顯示。

較佳地，該電波量測裝置更包括一電連接於該標準天線及該辨識控制單元之間的網路分析儀。

本發明之效果在於：該電波量測裝置根據該辨識訊號決定對該待測天線進行增益量測時的量測範圍及該量測範圍中的量測點數，而非如傳統技術完全未考慮該待測天線的類型一律進行全球面量測，因此能減少量測時間又能兼顧量測精確度，解決傳統技術的缺點。

1‧‧‧量測取樣點

2‧‧‧待測天線

3‧‧‧電波量測裝置

31‧‧‧標準天線

32‧‧‧移動部件

33‧‧‧網路分析儀

4‧‧‧演算法裝置

41‧‧‧辨識控制單元

42‧‧‧大數據儲存單元

51~56‧‧‧量測位置

第1圖是一種傳統的天線輻射場型量測方法的示意圖。

第2圖是另一種傳統的天線輻射場型量測方法的示意圖。

第3圖是本發明天線智能量測系統的較佳實施例的示意圖。

第4圖是本發明較佳實施例對待測天線進行量測的球座標的示意圖。

參閱圖3，本發明一種天線智能量測系統適用於量測一待測 天線2的輻射參數，該天線智能量測系統的較佳實施例包含一電波量測裝置3及一演算法裝置4。

該電波量測裝置3包括一標準天線31、一移動部件32，及一網路分析儀33。該網路分析儀33電連接該標準天線31，該標準天線31設置於該移動部件32上，該移動部件32受控制連動該標準天線31到空間中多數個量測位置，以讓該標準天線31對該待測天線2進行增益量測。

該待測天線2位於一球座標的球心位置，且該電波量測裝置3對該待測天線2進行量測時的每一個量測位置(r,θ,ψ)是如圖4所示以球座標來表示。

當該待測天線2的輻射類型還未知時，該電波量測裝置3會先執行場型辨識，該場型辨識的執行方法是：該電波量測裝置3於預設的N個量測位置(r,θ _i ,ψ _i )，i=1~N，分別去量測該待測天線2的N個辨識輻射增益G _i ，該參數N是大於或等於6的正整數，參數r是該標準天線31到該待測天線2之間的一固定距離，所以這N個量測位置都位於一個共同的圓球面上。

參閱圖3及圖4，該參數N=6時，代表該電波量測裝置3從該待測天線2的前、右、後、左、上、下這6個方向對該待測天線2進行增益量測，這6個量測位置51、52、53、54、55、56以球座標分別表示為(r,θ ₁=90°,ψ ₁=0°)、(r,θ ₂=90°,ψ ₂=90°)、(r,θ ₃=90°,ψ ₃=180°)、(r,θ ₄=90°,ψ ₄=270°)、(r,θ ₅=0°,ψ ₅)及(r,θ ₆=180°,ψ ₆)。

該演算法裝置4包括一辨識控制單元41及一大數據儲存單元42。

該辨識控制單元41電連接該移動部件32以控制該移動部件 32移動到每一個量測位置(r,θ _i ,ψ _i )，且該辨識控制單元41更電連接該電波量測裝置3的網路分析儀33以計算並記錄該標準天線31位於每一個量測位置(r,θ _i ,ψ _i )時，該待測天線2的一辨識輻射增益G _i ，該辨識控制單元41更記錄每一個量測位置(r,θ _i ,ψ _i )。該辨識控制單元41在N個量測位置(r,θ _i ,ψ _i) ，i=1~N，執行完該場型辨識後會記錄下N個辨識輻射增益G _i=1~N，及N筆量測位置的極角θ _i=1~N與方位角ψ _i=1~N 。該辨識控制單元41更將該N筆的極角θ _i=1~N 及N筆的方位角ψ _i=1~N分別作為一幅二維圖像的兩垂直軸(例如X軸是極角θ _1~N 的值，Y軸是方位角ψ _1~N 的值)，並且，每一個極角θ _i 與每一個方位角ψ _i 兩者共同對應一個辨識輻射增益G _i ，該辨識輻射增益G _i 的大小是以色階來區分顯示，因此，該辨識控制單元41會產生一幅粗略顯示該待測天線2的輻射場型分布的偵測場型圖。

該大數據儲存單元42更預先儲存多張的參考場型圖，該等參考場型圖分別對應多種不同輻射場型的天線，包括單極天線、偶極天線、全向性天線，及高指向性陣列天線等，但不以此為限。每一張的參考場型圖都包括球座標的多個不同的極角θ _j 、多個不同的方位角ψ _j ，及多個增益G _j ，於本較佳實施例，每一張參考場型圖的兩垂直軸分別是極角θ _j及方位角ψ _j ，每一個極角θ _j 與每一個方位角ψ _j 兩者共同對應一個參考增益G _j ，該等參考增益G _j 的強度是以色階來區分顯示。

該辨識控制單元41更電連接該大數據儲存單元42以讀取這多張的參考場型圖，並將該偵測場型圖與該等參考場型圖相比對，以在該等參考場型圖中選擇出與該偵測場型圖最近似的一張，而最近似的該張參考場型圖所對應的天線類型就是該待測天線2最接近的輻射類型，並且，該 辨識控制單元41更產生一對應該待測天線2的類型的辨識訊號。

該電波量測裝置3的移動部件32更接收該辨識訊號，且根據該辨識訊號決定該標準天線31對該待測天線2進行增益量測的一量測範圍，以及該量測範圍中的量測點數。

舉例說明，當被選擇出的、與該偵測場型圖最近似的該幅參考場型圖所對應的天線類型是具有單一主波束的陣列天線，則該量測範圍就可以是僅涵蓋這個主波束的部分球面就夠了，例如1/4球面、1/8球面，或是極角θ與方位角ψ所界定出的一塊量測範圍(r,θ₁<θ<θ₂,ψ₁<ψ<ψ₂)，而不用如傳統技術進行全球面的量測，這樣就可以相對縮短量測時間，甚至，在固定的量測點數下(量測點數正相關於量測時間)，可以針對指向性越高的該待測天線2縮小量測範圍，對指向性越低的該待測天線2增加量測範圍，因為指向性越高的天線代表的就是波束寬越窄，所以量測範圍就可以縮小，但兩兩相鄰的量測點也必須要越近才能維持量測精準度，相反地，指向性越低的天線代表的就是波束寬越寬，所以量測範圍就相對要增大，但兩兩相鄰的量測點則可以相對遠離且不致影響量測精準度。

綜上所述，本發明利用該演算法裝置4對該待測天線2的類型進行辨識，且該電波量測裝置3更根據該辨識訊號決定對該待測天線2進行增益量測時的量測範圍及該量測範圍中的量測點數，既能減少量測時間又能兼顧量測精確度，因此能解決傳統技術的缺點。

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。

2‧‧‧待測天線

3‧‧‧電波量測裝置

31‧‧‧標準天線

32‧‧‧移動部件

33‧‧‧網路分析儀

4‧‧‧演算法裝置

41‧‧‧辨識控制單元

42‧‧‧大數據儲存單元

Claims (10)

1. 一種天線智能量測系統，用於量測一待測天線的輻射參數，包含：一電波量測裝置，包括一標準天線及一移動部件，該標準天線設置於該移動部件上，該移動部件受控制連動該標準天線到空間中多數個量測位置，以讓該標準天線對該待測天線進行增益量測；及一演算法裝置，電連接該電波量測裝置，並記錄每一個量測位置，及計算且記錄每一個量測位置所對應的該待測天線的一辨識輻射增益，並根據該等量測位置及該等辨識輻射增益產生一偵測場型圖，該演算法裝置更儲存多張的參考場型圖，該等參考場型圖分別對應多種不同輻射場型的天線，該演算法裝置更將該偵測場型圖與該等參考場型圖相比對，以產生一對應該待測天線的類型的辨識訊號，該電波量測裝置更接收該辨識訊號，且根據該辨識訊號決定該標準天線對該待測天線進行增益量測的一量測範圍，以及決定該量測範圍中的量測點數。
2. 根據申請專利範圍第1項之天線智能量測系統，其中該演算法裝置包括一辨識控制單元，該辨識控制單元電連接該移動部件以控制該移動部件移動到每一個量測位置(r,θ _i ,ψ _i )，並記錄每一個量測位置(r,θ _i ,ψ _i )， 該辨識控制單元電連接該標準天線以計算並記錄該標準天線位於每一個量測位置(r,θ _i ,ψ _i )時，該待測天線的該辨識輻射增益G _i ，該辨識控制單元一共記錄下N筆量測位置的極角θ _i 與方位角ψ _i ，及記錄下N個辨識輻射增益G _i ，該辨識控制單元更將該N筆的極角θ _i=1~N 及N筆的方位角ψ _i=1~N 分別作為該偵測場型圖的兩垂直軸，以及將N個辨識輻射增益G _i 的大小對應為該偵測場型圖的色階來區分顯示，並且，每一個極角θ _i 與每一個方位角ψ _i 兩者共同對應一個該辨識輻射增益G _i ，參數i=1~N，參數N是正整數。
3. 根據申請專利範圍第2項之天線智能量測系統，其中該參數N是大於或等於6的正整數。
4. 根據申請專利範圍第3項之天線智能量測系統，其中該參數N=6時，該6個量測位置分別為(r,θ₁=90°,ψ₁=0°)、(r,θ₂=90°,ψ₂=90°)、(r,θ₃=90°,ψ₃=180°)、(r,θ₄=90°,ψ₄=270°)、(r,θ₅=0°,ψ₅)及(r,θ₆=180°,ψ₆)，其中，參數r是該標準天線到該待測天線之間的一固定距離。
5. 根據申請專利範圍第3項之天線智能量測系統，其中該參數N=14時，該14個量測位置分別為(r,θ₁=90°,ψ₁=0°)、(r,θ₂=90°,ψ₂=90°)、(r,θ₃=90°,ψ₃=180°)、(r,θ₄=90°,ψ₄=270°)、(r,θ₅=0°,ψ₅)、(r,θ₆=180°,ψ₆)、(r,θ₇=45°,ψ₇=45°)、 (r,θ₈=45°,ψ₈=135°)、(r,θ₉=45°,ψ₉=225°)、(r,θ₁₀=45°,ψ₁₀=315°)、(r,θ₁₁=135°,ψ₁₁=45°)、(r,θ₁₂=135°,ψ₁₂=135°)、(r,θ₁₃=135°,ψ₁₃=225°)、(r,θ₁₄=135°,ψ₁₄=315°)，其中，參數r是該標準天線到該待測天線之間的一固定距離。
6. 根據申請專利範圍第2項之天線智能量測系統，其中該演算法裝置更包括一儲存該等參考場型圖的大數據儲存單元。
7. 根據申請專利範圍第6項之天線智能量測系統，其中該等參考場型圖分別對應多種不同輻射場型的天線，包括：單極天線、偶極天線、全向性天線，及高指向性陣列天線。
8. 根據申請專利範圍第6項之天線智能量測系統，其中該辨識控制單元更電連接該大數據儲存單元以讀取該等參考場型圖，並將該偵測場型圖與該等參考場型圖相比對，以在該等參考場型圖中選擇出與該偵測場型圖最近似的一張，並且，該辨識控制單元更產生該辨識訊號。
9. 根據申請專利範圍第1項之天線智能量測系統，其中每一張參考場型圖的兩垂直軸分別是極角θ _j 及方位角ψ _j ，每一個極角θ _j 與每一個方位角ψ _j 兩者共同對應一個參考增益G _j ，該等參考增益G _j 的大小是以色階來區分顯示。
10. 根據申請專利範圍第2項之天線智能量測系統，其中該電波量測裝置更包括一電連接於該標準天線及該辨識控制單元之間的網路分析儀。

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