專利名稱：天線特性測量系統和天線特性測量方法
技術領域：
本文中公開的實施例涉及測量天線特性的天線特性測量系統和天線特性測量方法。
背景技術：
經常執行測量來求得諸如接收靈敏度或輻射功率的通信性能，通信性能包括諸如移動電話、筆記本個人計算機中內置的通信裝置等的移動通信設備的天線特性。在測量時， 重要的是將在電波暗室中去除移動通信設備的電路和結構對天線的影響作為測量目標。在如上所述地測量移動通信設備的通信性能時，采用了球面測量法來測量通信設備在受測設備(將被測量的設備)周圍的球面上發出的電磁場，由此可以允許在圍繞通信設備全部立體角處進行測量。日本特開2008-89567號公報已經提出了利用反射器將來自受測天線(將被測量的天線)的輻射功率集中在上半球表面上來測量天線輻射特性的技術。日本特開 2005-61949號公報已經提出了一種電磁波測量箱，其中利用反射器將屏蔽腔的內部形成為球形。

發明內容
因此，本發明的一個方面的目的是提供一種天線特性測量系統，該天線特性測量系統被構造成通過縮短用于測量球面上的測量點處的接收靈敏度和輻射功率所花費的時間來提高測量效率。根據本發明的一個方面，一種天線特性測量系統包括測量點掃描器，其對測量點進行掃描；天線增益測量裝置，其測量受測天線在多個所述測量點處的天線增益，確定多個所述測量點中的基準點，并且求得所述基準點處的天線增益與多個所述測量點中的除所述基準點以外的測量點處的各個天線增益之間的天線增益差分值；以及天線特性測量裝置， 其測量所述受測天線在所述基準點處的基準天線特性，并且通過利用各個所述天線增益差分值校正所述基準天線特性來求得所述受測天線在多個所述測量點中的除所述基準點以外的各個測量點處的天線特性。本發明的目的和優點將通過在權利要求中具體指出的部件和組合來實現和獲得。應當理解，上述一般描述和下面的詳細描述僅是示例性和說明性的，并且并不是如權利要求那樣對本發明進行限制。


圖1是例示一種天線特性測量系統的構造的例子的示意圖；圖2是例示一種天線特性測量系統的構造的例子的示意圖；圖3是例示測量點的例子的示意圖；圖4是一天線特性測量操作的整個操作流程的例子；
圖5是例示一種測量衰減的方式的例子的示意圖；圖6是例示一種測量天線增益的方式的例子的示意圖；圖7是例示一種測量接收靈敏度的方式的例子的示意圖；以及圖8是例示一種測量輻射功率的方式的例子的示意圖。
具體實施例方式初步考慮在如上所述的球面測量中，在測量了受測設備在圍繞該受測設備的球面上的多個測量點(例如，264個測量點)處的接收靈敏度和輻射功率。接收靈敏度和輻射功率用于評估受測設備在該球面上的通信性能。在接收靈敏度的測量中，首先，從測量天線(用于測量的天線)向安裝在受測設備上的受測天線輻射無線電波，從而建立起受測設備與用于測量通信性能的仿真基站之間的通信信道。然后，在信道的建立起來之后，求得了受測設備接收可能導致預定誤碼率的無線電波的接收電平。例如，通過降低從虛設基站輸出的無線電波的電平，在大約20dB的范圍內，每次按照接收的無線電波的電平的0. ldB(0. IdB的操作)來降低接收電平。繼續降低電平，直至誤碼率達到受測設備規定值為止。顯示規定誤差的最小接收電平表示在涉及的測量點處的接收靈敏度。通過按照上述方式測量各個接收靈敏度，可以評估出對于接收極限來說降低接收電平的程度。然而，如上所述的接收靈敏度測量具有這樣的問題由于利用具有多個頻率的無線電波測量球面上的全部測量點中的各個測量點處的各接收靈敏度，測量花費了大量時間，例如每一個頻帶花費沈個小時。此外，在上述測量中，由于接收電平被降低至受測設備的接收極限，在一些情況中，在各個測量的中間，受測設備與虛設基站之間的通信的可能斷開。在上述情況中，再次設置通信并再次測量各個測量點處的各接收靈敏度可能是不可避免的。如上所述，在天線特性的傳統測量中，測量可能花費大量時間，并且不能獲得有效的測量。鑒于上述情況而做出本發明，并且本發明的目的在于提供一種天線特性測量系統，該天線特性測量系統被構造成通過縮短用于測量球面上的測量點處的接收靈敏度和輻射功率所花費的時間來提高測量效率。此外，本發明的目的也在于提供一種天線特性測量方法，該方法通過縮短用于測量球面上的測量點處的接收靈敏度和輻射功率所花費的時間來提高測量效率。下面，參照附圖描述本發明的優選實施例。圖1是描述了天線特性測量系統的構造的實施例的示意圖。天線特性測量系統1包括測量點掃描器20和測量控制器10。測量點掃描器20對測量點進行掃描，受測天線(將被測量的天線)3A的天線特性將在該測量點處被測量。測量控制器10包括天線增益測量裝置11、天線特性測量裝置12 和控制器13。天線增益測量裝置11測量受測天線3A的天線增益。天線特性測量裝置12測量受測天線3A的天線特性。控制器13控制天線增益測量裝置11、天線特性測量裝置12，并控制測量點掃描器20。控制器13存儲多組測量用數據、當前必須用于測量的數據以及測量的結果數據。天線增益測量裝置11測量多個測量點中的各個測量點處的天線增益，并從全部測量點中選擇一個測量點作為基準點。然后，天線增益測量裝置11求得天線增益差分值， 該天線增益差分值是在基準點處測得的天線增益與在另一個測量點處測得的另一個天線增益之間的差分。此外，天線特性測量裝置12測量基準天線特性(在基準點處測得的天線特性)，并利用天線增益差分值來修正基準天線特性，以求得另一個測量點處的天線特性(稍后進行詳細描述)。下面，將描述該系統的具體構造。圖2是示出了天線特性測量系統1-1的構造的例子的示意圖。天線特性測量系統1-1是被設置在電波暗室等中以測量在要被掃描的球面上設置的測量點處的天線特性的系統。天線特性測量系統1-1包括旋轉臺20A、測量天線(用于測量的天線)移動部20B、 網絡分析器11A，虛設基站12A和終端裝置13A。順便提及，旋轉臺20A和測量天線移動部 20B被包括在測量點掃描器20的功能中。網絡分析器IlA對應于天線增益測量裝置11，虛設基站12A對應于天線特性測量裝置12，終端裝置13A對應于控制器13。旋轉臺20A是其上載置有受測設備3并且被制造成能夠在水平面方向上進行360 度旋轉的臺。測量天線移動部20B包括測量天線21B、臂22B、臂驅動部2 和臂支承部MB。測量天線21B被附接至臂22B的一端，并且臂22B的另一端設置在臂驅動部2 上。臂22B能夠在垂直面上移動，以在圍繞與臂驅動部2 相連接的部分為中心的位置處向上和向下移動測量天線21B。網絡分析器IlA經由電纜100與受測設備3電連接，并經由電纜110與測量天線 21B電連接。通過改變電纜100和110的連接，如圖2中的虛線所示那樣，虛設基站12A經由電纜100與受測設備3電連接，并經由電纜110與測量天線21B電連接。終端裝置13A與網絡分析器IlA和虛設基站12A相連以控制針對網絡分析器IlA 和虛設基站12A的設置，并控制天線特性的測量結果的顯示。終端裝置13A與旋轉臺20A和測量天線移動部20B電連接以控制旋轉臺20A的旋轉驅動以及臂22B的驅動，從而執行涉及針對球面上的掃描測量點的設置的控制。下面，將參照圖3來描述測量點，在圖3中示出了測量點的例子。在天線特性測量系統1-1中，評估了在圍繞被放置在旋轉臺20A上的受測設備3在球面上的全部測量點處的天線特性。在掃描測量點中，例如如圖3所示，按照相對于水平面上的360°的范圍的15°步長和相對于垂直面上的從15°至165°的范圍的15°的步長來掃描測量點。當在垂直面上移動臂22B時，臂22B的移動范圍并不被設置成從0°至180°的范圍，而是被設置成從15°至165°的范圍，使得附接至臂22B的一端的測量天線21B不與天花板或地板接觸。由于按照相對于水平面上的360°的范圍的15°的步長來執行掃描，因此水平面方向上的測量點的數量是M個。按照相對于垂直面上的從15°至165°的范圍的15°的步長設置的測量點的數量是11個。因此，在上面提到的情況中，球面上的測量點的數量是 264( = 11X24)個。
例如，作為掃描測量點的一種方式，將臂22B設置在15°的角度處并且按照15° 的步長來旋轉旋轉臺20A，以掃描位于15°位置處的測量天線21B的M個測量點。同樣，在垂直面中將臂22B設置在30°的角度處并且按照15°的步長來旋轉旋轉臺20A，以掃描位于30°位置處的測量天線2讓的M個測量點。由于執行如上所述的掃描操作直至將臂22B設置在165°的角度處，因此在對球面上的測量點的一輪掃描中掃描到 264個測量點。下面，將描述天線特性測量操作。作為天線特性的測量，測量了被安裝在受測設備 3上的受測天線3A(下文中，將其稱為設置天線3A)的接收靈敏度和輻射功率。圖4是天線特性測量操作的整個操作流程的例子。[Si]測量系統的包括空間衰減在內的衰減。[S2]校正在操作Sl中測得的衰減，以單獨地測量設置天線3A在球面上的全部測量點處的天線增益。[S3]從全部測量點中選擇一個測量點作為基準點ft·。[S4]求得在該基準點ft·處測得的天線增益與在各個其他測量點Pn處測得的天線增益之間的差分值AGPrfn。由于基準點ft·以外的測量點的數量是263個，因此求得天線增益之間的263個差分值AGPrfn。[S5]測量基準點ft·處的接收靈敏度(基準接收靈敏度Ar)。[S6]根據在基準點ft·處測得的基準接收靈敏度Ar，估計并計算在各個其他測量點Pn處的接收靈敏度An。下面的公式(1)示出了具體的計算公式。An= Δ G^+kr (1)根據接收靈敏度計算公式(1)，可以估計并計算出基準點ft"以外的263個測量點 Pn處的接收靈敏度An。[S7]測量基準點ft·處的輻射功率(基準輻射功率Br)。[S8]根據在基準點ft·處測得的基準輻射功率Br，估計并計算在其他測量點Pn 處的輻射功率&1。下面的公式(2)示出具體的計算公式。Bn = Δ Ορ,^+ΒΓ (2)根據輻射功率計算公式0，)可以估計并計算出基準點ft"以外的263個測量點Pn 處的輻射功率&1。下面，將描述衰減測量。圖5是描述了測量衰減的方式的例子的示意圖。作為位于天線與測量設備之間的連接結構，用于測量系統的衰減的天線(基準天線R)經由電纜Cl 與網絡分析器IlA的信號輸出端子TO電連接。測量天線21B經由電纜C2與網絡分析器 IlA的信號輸入端子TI電連接。[S11]將基準天線R與測量天線21B之間的距離設置為特定的天線間距離。[S12]網絡分析器IlA從信號輸出端子TO經由電纜Cl向基準天線R輸出預定頻率測試信號，該預定頻率測試信號的傳輸功率由Pa(dBm)表示。[S13]基準天線R向著測量天線21B發送測試無線電波，測量天線21B接收到測試無線電波。[S14]網絡分析器IlA經由電纜C2在信號輸入端子TI處接收測試信號。接收功率由I3MdBm)表示。
[S15]網絡分析器IlA計算包括系統衰減的空間衰減。在這里，當基準天線R的天線增益由Gr(已知)表示時，利用下面的公式(3)來計算系統的衰減Kn。Kn = Pb (dBm) -Pa (dBm) -Gr (3)當Gm是測量天線21B的天線增益，ca是電纜Cl的電纜損耗，cb是電纜C2的電纜損耗且α是基準天線R與測量天線21Β之間的空間衰減時，下面的關系表達式(3. 1)成立。Kn = Pb (dBm) -Pa (dBm) -Gr = Gm- α -ca_cb (3. 1)下面，將描述對設置天線3A在球面上的測量點處的天線增益的單獨測量。圖6是示出了一種測量天線增益的方式的例子的示意圖。首先，作為天線與測量設備之間的連接結構，要連接的天線從基準天線R改變成被安裝在受測設備3上的設置天線3A。在上述情況中，由于設置天線3A與受測設備3中的通信電路(通信電路板)相連接，因此將設置天線3A從通信電路斷開。然后，與受測設備3的通信電路部分斷開的設置天線3A經由電纜Cl與網絡分析器IlA的信號輸出端子TO相連接。然后，測量天線12B經由電纜C2與網絡分析器IlA的信號輸入端子TI相連接。假定測量點被設置在球形表面上的預定點處。[S21]網絡分析器IlA從信號輸出端TO經由電纜C向設置天線3A輸出預定頻率測試信號，該預定頻率測試信號的傳輸功率由Pa (dBm)表示。[S22]設置天線3A向著測量天線21B發送測試無線電波，測量天線21B接收到測試無線電波。[S23]網絡分析器IlA經由電纜C2在信號輸入端子TI處接收測試信號。接收功率由I3MdBm)表示。[S24]根據系統的衰減，網絡分析器IlA校正衰減以求得設置天線3A在各個測量點處的天線增益(以便求得設置天線3A在各個測量點處的指向性增益)。當foe是衰減增益時，從下面的公式(4)求得衰減增益(^。Gx = Pb (dBm) -Pa (dBm) -Kn (4)[S25]對旋轉臺20A和測量天線移動部20B進行控制以使測量點改變，其中利用終端裝置13A執行調節控制。通過依次改變測量點以順序地執行與上面相同的測量，測量全部264個測量點處的天線增益。[S26]從264個測量點中選擇一個測量點作為基準點ft·，例如選擇求得了最大天線增益處的測量點作為基準點ft·。[S27]求得在基準點ft·處測得的天線增益與在各個其他測量點Pn處測得的天線增益之間的差分值AGPrfn。下面，將描述接收靈敏度測量。圖7是示出了一種測量接收靈敏度方式的例子的示意圖。首先，作為天線和測量設備之間的連接結構，使設置天線3A和受測設備3的通信電路之間的連接返回至其原始狀態。然后，使用虛設基站12A代替網絡分析器11A，并且使測量天線21B經由電纜Cl與虛設基站12A的信號輸出端子TO電連接。然后，使與受測設備3的通信電路相連接的設置天線3A經由電纜C2與虛設基站12A的信號輸入端子TI電連接。
[S31]旋轉臺20A和測量天線移動部20B被調節，以將測量接收靈敏度處的測量點設置為基準點ft·。[S32]在虛設基站12A和受測設備3之間執行信號發送和接收，以在它們之間建立起通信狀態(通信信道)。[S33]虛設基站12A從信號輸出端TO向測量天線21B發送測試信號，以使測量天線21B向著設置天線3A發射無線電波。[S34]測量經由信號輸入端子TI被設置天線3A接收的測試信號的接收電平。[S35]虛設基站12A逐步減小并監控測試信號的發送電平，從而減小受測設備3 接收的接收電平，直至該接收電平達到受測設備3的規定誤碼率為止。[S36]虛設基站12A識別在發送電平達到指定誤碼率時求得的接收電平，并且接著將該接收電平設置成基準點處的基準接收靈敏度Ar。[S37]從上面的公式(1)計算出其他測量點Pn處的其他接收靈敏度An。例如，利用從公式⑴中推導出的公式An= AGPrfl+Ar，計算出測量點Pl處的接收靈敏度Al。值 AGprfl已經在操作S27處計算得到。按照與上面相同的方式，計算出其他測量點處的其他接收靈敏度。如上所述，天線特性測量系統1-1被構造成使得僅基準點ft"處的接收靈敏度(基準接收靈敏度)被實際測量，并通過利用預先計算出的基準點處的天線增益與各個其他測量點處的天線增益之間的差分值來校正基準接收靈敏度，從而計算出各個其他測量點處的其他接收靈敏度。由于上面提到的構造，用于測量接收靈敏度而花費的時間會大大減小，并因此可以相應地提高測量效率。下面，將描述輻射功率測量。圖8是描述一種測量輻射功率的方式的例子的示意圖。作為天線和測量設備之間的連接結構，與受測設備3的通信電路部分相連接的設置天線3A經由電纜Cl與虛設基站12A的信號輸出端子TO相連接。然后，測量天線21B經由電纜C2與虛設基站12A的信號輸入端子TI相連接。[S41]調節旋轉臺20A和測量天線移動部20B，以把要測量輻射功率的測量點設置為基準點ft"。[S42]虛設基站12A從信號輸出端子TO向設置天線3A發送測試信號，以使設置天線3A朝向測量天線21B發射無線電波。[S43]測量經由信號輸入端子TI被測量天線21B接收的測試信號的接收電平，以便將它設置為基準點ft"處具有預定頻率的基準輻射功率Br。[S44]利用上面的公式(2)計算其他測量點P的其他輻射功率&1。例如，利用從公式(2)推導出的公式Bl = AGPrfl+Br來計算測量點Pl處的輻射功率Bi。值AGprfl已經在操作S27處被計算出來。按照與上面相同的方式來計算其他測量點處的其他輻射功率。如上面所述，天線特性測量系統1-1被構造成使得僅基準點ft"處的輻射功率(基準輻射功率)被實際測量，并通過利用預先計算出的基準點處的天線增益與各個其他測量點處的天線增益之間的差分值來校正基準輻射功率，從而計算出各個其他測量點處的其他輻射功率。由于上面提到的構造，用于測量輻射功率而花費的時間會大大減小，并因此可以相應地提高測量效率。如上面所述，天線特性測量系統被構造成使得單獨測量與通信電路部分斷開的設置天線3A的增益，然后設置天線3A與通信電路部分的連接返回至原始狀態，并測量受測設備3在基準點處的完整基準接收靈敏度或基準輻射功率。然后，天線特性測量系統被構造成使得通過利用基準點處的天線增益與各個其他測量點處的天線增益之間的差分值校正基準接收靈敏度或基準輻射功率，來求得受測設備3在其他測量點處3的完整的各其他接收靈敏度或輻射功率。由于上面提到的構造，在不實際測量其他測量點處的天線特性的情況下，通過利用基準點處的天線增益與各個其他測量點處的天線增益之間的差分來對在基準點處實際測得的基準天線特性進行增益校正，使得能夠求得各個其他測量點處的其他天線特性。因此，在短時間內有效地測量和評估安裝在無線電終端設備上的天線在球面上的天線特性 (諸如接收靈敏度、輻射功率等)成為可能。此外，使設置天線3A與通信電路部分斷開，以便單獨地測量設置天線3A的天線增益。然后，使設置天線3A與通信電路部分的連接返回至它的原始狀態，以便測量受測設備 3在基準點處的完整的基準天線特性(基準接收靈敏度和基準輻射功率)。通過改變各個天線與測量設備之間的連接結構來執行測量以對基準天線特性單獨地執行基于設置天線3A的天線增益的增益校正，求得設置天線3A的受到受測設備3的通信電路部分影響的天線特性成為可能。盡管已經通過給出實施例的例子而描述了實施例，但是具有相同或相似功能的其他結構可以代替在各實施例中描述的各元件的構造。此外，其他任意結構和操作可以被添加至實施例。此處敘述的全部示例和條件性語言旨在出于教育目的而幫助讀者理解本發明以及發明人對現有技術做出貢獻的原理，并且應當被解釋為不限于如此具體敘述的示例和條件，并且說明書中對這種示例的組織也與展示本發明的優點和缺點無關。盡管已經詳細描述了本發明的實施例，但應當理解的是在不偏離本發明的精神和范圍的情況下可對其做出各種變化、替換和修改。
權利要求
1.一種天線特性測量系統，該天線特性測量系統包括測量點掃描器，其被配置成對測量點進行掃描；天線增益測量裝置，其被配置成測量受測天線在多個所述測量點處的天線增益，確定多個所述測量點中的基準點，并且求得所述基準點處的天線增益與多個所述測量點中的除所述基準點以外的測量點處的各個天線增益之間的天線增益差分值；以及天線特性測量裝置，其被配置成測量所述受測天線在所述基準點處的基準天線特性， 并且基于所述基準天線特性和各個所述天線增益差分值來求得所述受測天線在多個所述測量點中的除所述基準點以外的各個測量點處的天線特性。
2.根據權利要求1所述的天線特性測量系統，其中，在所述受測天線與通信裝置中的通信部電連接的情況下，所述天線增益測量裝置在所述受測天線預先與所述通信部斷開電連接的狀態下測量所述受測天線的天線增益，并且所述天線特性測量裝置在所述受測天線與所述通信部電連接的狀態下測量所述受測天線的天線特性。
3.根據權利要求1所述的天線特性測量系統，其中，所述天線特性測量裝置測量所述受測天線在所述基準點處的基準接收靈敏度，并且利用各個所述天線增益差分值校正所述基準接收靈敏度來求得所述受測天線在多個所述測量點中的除所述基準點以外的各個測量點處的接收靈敏度。
4.根據權利要求1所述的天線特性測量系統，其中，所述天線特性測量裝置測量所述受測天線在所述基準點處的基準輻射功率，并且利用各個所述天線增益差分值校正所述基準輻射功率來求得所述受測天線在多個所述測量點中的除所述基準點以外的各個測量點處的輻射功率。
5.根據權利要求1所述的天線特性測量系統，該天線特性測量系統還包括測量控制器，所述測量控制器包括所述天線增益測量裝置和所述天線特性測量裝置。
6.一種測量天線特性的方法，該方法包括以下步驟對測量點進行掃描，在該測量點處測量受測天線的天線特性；測量所述受測天線在多個所述測量點處的天線增益；確定多個所述測量點中的基準點，并求得所述基準點處的天線增益與多個所述測量點中的除所述基準點以外的的測量點處的各個天線增益之間的天線增益差分值；測量所述受測天線在所述基準點處的基準天線特性；以及通過利用各個所述天線增益差分值校正所述基準天線特性，求得所述受測天線在多個所述測量點中的除所述基準點以外的各個測量點處的天線特性。
全文摘要
本發明涉及天線特性測量系統和天線特性測量方法。提供了一種天線特性測量系統，其包括測量點掃描器，其用于對測量點進行掃描；天線增益測量裝置，其測量受測天線在多個測量點處的天線增益，確定多個測量點中的基準點，并且求得基準點處的天線增益與除基準點以外的多個測量點處的各個天線增益之間的天線增益差分值；以及天線特性測量裝置，其測量受測天線在基準點處的基準天線特性，并且通過利用各個差分值校正基準天線特性，以求得受測天線在基準點以外的多個測量點中的各個測量點處的天線特性。
文檔編號G01R29/10GK102375097SQ20111026808
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月3日 優先權日2010年8月16日
發明者宮田邦行 申請人:富士通株式會社