发射效率测量装置以及发射效率测量方法

摘要

在电波暗箱(1)的内部配置被测量天线(4A)和测量天线(5)。然后，在将被测量天线(4A)的仰角(φ)固定为第1角度(φ1)的状态下，使用网络分析器(7)测量第1方位角面发射模式(S21(R、θ、φ))。接下来，在将被测量天线(4A)的仰角(φ)固定为与第1角度(φ1)相差90度的第2角度(φ2)的状态下，使用网络分析器(7)测量第2方位角面发射模式(S21(R、θ、φ))。然后，通过将这2个面的方位角面发射模式(S21(R、θ、φ))按球状进行积分，测量被测量天线(4A)的发射效率。

说明书

技术领域

[0001]

本发明涉及测量用于例如移动电话等的天线的发射效率的发射效率测量装置以及发射效率测量方法。

背景技术

[0002]

一般而言，测量用于移动电话等的天线的发射效率等的装置已经为人所知(参照例如专利文献1～3)。专利文献1中公开了一种测量装置，其为了在短时间内评价天线的性能，将向成为被测量天线的移动终端用天线的仰角方向的分割数减少，进行测量。另外，专利文献2中公开了一种测量系统，其中，使用水平偏振用和垂直偏振用的2根测量天线，可以通过高速切换这2根测量天线，高速地测量被测量天线的2个偏振的数据。并且，专利文献3中公开了一种发射电磁场测量装置，其测量被测量物(例如移动电话等)的所有立体角的发射电磁场，求出到达被测量物的水平偏振和垂直偏振的到来概率，使用将该到来概率正规化的权重函数，求出有效发射功率。

[0003]

专利文献1：JP特开2000-214201号公报

专利文献2：JP特开2000-338155号公报

专利文献3：JP特开平2-163668号公报

[0004]

可是，专利文献1中公开了这样一点，即，在向移动终端用天线的仰角方向的分割数设定为4的情况下，发射效率的测量误差最大为大约3dB以内左右。但是，由于专利文献1中没有公开发射效率的具体计算方法，而且，使用专利文献1的测量装置，存在测量误差为3dB左右的可能性，所以，专利文献1存在测量精度低的问题。

[0005]

另外，专利文献2的测量系统的构成为，对所有立体角方向测量被测量天线的发射电磁场，通过将所有立体角方向上的这些发射电磁场进行积分，求出发射效率。因此，专利文献2的测量系统存在如下的问题：测量所需时间长，并且，需要使测量天线在所有立体角度上移动，因此，移动机构必然大型化。另外，专利文献2中，通过求出所有立体角方向的发射功率之和来计算发射效率，与计算发射功率和输入功率的比率(发射功率/输入功率)的这种以往的发射效率的计算方法不同，并且其精度也不清楚。

[0006]

另外，专利文献3的测量装置也需要测量被测量物(例如移动电话等)的所有立体角的发射电磁场，所以，与专利文献2的测量系统一样，测量时间长。另外，专利文献3的测量装置存在如下问题：为了求出有效发射功率，需要从测量所有立体角的发射电磁场所获得的数据中，求出到达被测量物的水平偏振、垂直偏振的到来概率，计算方法复杂，不能容易地获得发射效率。而且，为了测量被测量物的所有立体角的发射电磁场，需要将被测量物向仰角方向控制的旋转机构，使得旋转机构大型化，很难适用于小型的电波暗箱等。

发明内容

[0007]

本发明是鉴于上述现有技术中存在的问题而实现的发明。本发明的目的是提供一种可以缩短测量时间，并可以实现小型化的发射效率测量装置以及发射效率测量方法。

[0008]

(1)用于解决上述课题的本发明的发射效率测量装置的构成为，具有：成为测量对象的被测量天线；在与该被测量天线相隔的距离长度为R的位置上设置的测量天线；与该测量天线连接，测量上述被测量天线所发射的电磁场的电磁场测量器；将上述被测量天线切换为相对于仰角φ方向彼此相差90度的第1、第2角度φ1、φ2的仰角切换单元；将上述被测量天线相对于方位角θ方向旋转的方位角旋转单元；第1发射模式测量单元，其在使用上述仰角切换单元将上述被测量天线的仰角φ切换为第1角度φ1的状态下，使用上述方位角旋转单元将上述被测量天线向方位角θ方向旋转，并使用上述电磁场测量器测量第1方位角面发射模式S21(R、θ、φ)；第2发射模式测量单元，其在使用上述仰角切换单元将上述被测量天线的仰角φ切换为第2角度φ2的状态下，使用上述方位角旋转单元将上述被测量天线向方位角θ方向旋转，并使用上述电磁场测量器测量第2方位角面发射模式S21(R、θ、φ)；和发射效率计算单元，其将测量频率的波长设为λ，将上述测量天线的收益设为G，将仰角φ方向的测量角度步长设为Δφ，将方位角θ方向的测量角度步长设为Δθ时，使用通过上述第1、第2发射模式测量单元所测量的第1、第2方位角面发射模式S21(R、θ、φ)，根据下列公式计算上述被测量天线的发射效率η。

$\eta =\frac{4\pi R^2\underset{\theta }{\Sigma }\underset{\phi }{\Sigma }S21^2(R,\theta ,\phi )\sin \mathrm{\theta \Delta \phi \Delta \theta }}{{\lambda }^{2}G}$

[0009]

根据本发明，因为使用通过第1、第2发射模式测量单元所测量的第1、第2方位角面发射模式S21(R、θ、φ)，计算被测量天线的发射效率η，所以，在相对于仰角φ方向的2个角度φ1、φ2的2个面上测量被测量天线的方位角方向的发射模式即可。因此，与测量所有立体角的发射电磁场等的情况相比，可以缩短测量时间。

[0010]

另外，由于仰角切换单元的构成为，将被测量天线相对于仰角φ方向切换为第1、第2角度φ1、φ2，所以其构成为可以在2个角度φ1、φ2上能够切换即可。因此，可以简化仰角切换单元的结构，并实现装置整体的小型化。

[0011]

(2)本发明中，上述被测量天线的构成优选，主波束的发射模式相对于仰角φ方向具有对称性。

[0012]

由此，根据主波束的发射模式的对称性，只需在相对于仰角φ方向彼此相差90度的2个角度φ1、φ2的2个面上，测量方位角方向的发射模式，将该发射模式进行球状积分，就可以以与测量所有立体角的发射模式时相同程度的精度，测量被测量天线的发射效率。

[0013]

也就是说，在被测量天线具有相对于仰角φ方向呈对称性的发射模式的情况下，当将仰角φ相差90度的2个面的方位角方向的发射模式进行球状积分来求出发射效率时，与当将所有立体角度的发射模式进行积分来求出发射效率时，发射效率的计算结果几乎为相同的值。

[0014]

特别地，将被测量天线的电压驻波比(Voltage StandingWave Ratio)限定为1～3时，连接于被测量天线的电缆的影响减少，所以，发射模式成为恒定，可以在不到±1dB的测量误差范围内测量被测量天线的发射效率。

[0015]

另外，发射效率主要由主波束决定，所以发射模式的对称性可以由主波束生成，不需要副瓣的对称性。

[0016]

(3)本发明为一种发射效率测量方法，其将被测量天线和测量天线设置在隔开距离长度为R的位置上，并使用该测量天线测量上述被测量天线的发射效率，其构成为，具有：在将上述被测量天线的仰角φ切换为第1角度φ1的状态下，将上述被测量天线向方位角θ方向旋转，并测量第1方位角面发射模式S21(R、θ、φ)的第1发射模式测量工序；在将上述被测量天线的仰角φ切换为与第1角度φ1相差90度的第2角度φ2的状态下，将上述被测量天线向方位角θ方向旋转，并测量第2方位角面发射模式S21(R、θ、φ)的第2发射模式测量工序；和将测量频率的波长设为λ，将上述测量天线的收益设为G，将仰角φ方向的测量角度步长设为Δφ，将方位角θ方向的测量角度步长设为Δθ时，使用通过上述第1、第2发射模式所测量工序测量的第1、第2方位角面发射模式S21(R、θ、φ)，根据下列公式计算上述被测量天线的发射效率η的发射效率计算工序。

$\eta =\frac{4\pi R^2\underset{\theta }{\Sigma }\underset{\phi }{\Sigma }S21^2(R,\theta ,\phi )\sin \mathrm{\theta \Delta \phi \Delta \theta }}{{\lambda }^{2}G}$

[0017]

根据本发明，因为使用通过第1、第2发射模式测量工序所测量的第1、第2方位角面发射模式S21(R、θ、φ)，计算被测量天线的发射效率η，所以，在相对于仰角φ方向的2个角度φ1、φ2的2个面上测量被测量天线的方位角方向的发射模式即可。因此，与测量所有立体角的发射电磁场等的情况相比，可以缩短测量时间。

[0018]

(4)本发明的发射效率测量方法中，上述被测量天线的构成优选：主波束的发射模式相对于仰角φ方向具有对称性。

[0019]

由此，根据主波束的发射模式的对称性，仅在相对于仰角φ方向彼此相差90度的2个角度φ1、φ2的2个面上，测量方位角方向的发射模式，并将该发射模式进行球状积分，就可以以与测量所有立体角的发射模式时相同程度的精度，测量被测量天线的发射效率。

附图说明

[0020]

图1是表示根据本发明的实施方式的天线特性测量装置的正视图。

图2是将图1中的被测量天线的周围放大显示的立体图。

图3是表示发射效率测量程序的流程图。

图4是表示根据实施方式和比较例的天线发射效率的频率特性的说明图。

符号说明

[0021]

1电波暗箱

2方位角台(方位角旋转单元)

3A仰角切换部(仰角切换单元)

4A被测量天线

5测量天线

7网络分析器(电磁场测量器)

具体实施方式

[0022]

以下，根据附图对本发明的实施方式的发射效率测量装置进行详细说明。

[0023]

图1中，电波暗箱1由使用具有例如1～2mm左右的厚度尺寸的铝板材形成的箱体1A，和设置在该箱体1A内部的电波吸收体1B构成。另外，电波暗箱1是以宽度方向(X方向)、长度方向(Y方向)、高度方向(Z方向)各自为例如50～100cm左右的长度尺寸形成的。另外，电波暗箱1隔断来自外部的电磁波，并防止内部的电磁波的反射。

[0024]

方位角台2构成方位角旋转单元，设置在电波暗箱1的内部，例如左侧壁面的附近。另外，方位角台2的构成为，具有电动马达等的旋转驱动部2A，使用该旋转驱动部2A绕着与高度方向平行的O1轴向方位角θ方向旋转。

[0025]

另外，在方位角台2的上部安装了支撑被测量物4的被测量物支撑器具3。而且，在被测量物支撑器具3上设置了作为仰角切换单元的仰角切换部3A，该仰角切换部3A可以绕着与长度方向(左右方向)平行的O2轴切换到仰角φ方向的2个位置上。此时，仰角切换部3A可以切换到相对于仰角φ方向，彼此相差90度的第1、第2角度φ1、φ2(例如0度和90度)上。

[0026]

另外，在仰角切换部3A上安装被测量物4。由此，方位角台2以及仰角切换部3A以相互正交的O1轴和O2轴的2个轴为中心使被测量物4旋转，来决定被测量物4(被测量天线4A)的方位角θ以及仰角φ。

[0027]

被测量物4安装在仰角切换部3A的顶端，使用方位角台2和仰角切换部3A绕着O1轴和O2轴的2个轴旋转。另外，被测量物4由例如移动电话、移动终端等构成，并且，具有作为测量发射效率的测量对象的被测量天线4A。此时，被测量天线4A由例如鞭状天线、内置芯片天线等构成。

[0028]

另外，移动电话等的移动体通信设备与处在任意位置的基站之间进行信号(电磁波)的发送、接收。因此，在使用移动体通信设备作为被测量物4的情况下，被测量天线4A具有与例如偶极天线或单极天线同样的指向性。由此，被测量天线4A具有以被测量天线4A为中心，相对于仰角φ方向或方位角θ方向呈对称性的发射模式。

[0029]

另外，若被测量天线4A的电压驻波比(Voltage StandingWave Ratio)大于3，则有时候整合性变差，发射模式(指向性)发生变化。因此，被测量天线4A的电压驻波比优选设定为1～3左右的值。

[0030]

测量天线5设置在电波暗箱1的内部，例如右侧的壁面附近。另外，测量天线5安装在测量天线支撑器具6上，与被测量物4在长度方向(水平方向)上相隔的距离为R，在该位置上以相对置的状态配置。此处，测量天线5由例如小型双锥形天线构成，选择性地测量水平偏振和垂直偏振中的任意一方。此时，测量天线5的构成为，将使用测量天线支持器具6来测量的偏振进行切换。并且，测量天线5与后面提到的网络分析器7连接。

[0031]

网络分析器7构成测量被测量天线4A发射的电磁场的电磁场测量器，通过高频电缆7A与被测量天线4A连接，并且通过高频电缆7B与测量天线5连接。另外，网络分析器7使用测量天线5接收由被测量天线4A发送的电磁波(高频信号)。由此，网络分析器7计算提供给被测量天线4A的功率与由测量天线5接收的功率的比率，测量相当于空间的损失部分的S行列的参数S21。

[0032]

控制装置8与方位角台2的旋转驱动部2A、网络分析器7等连接，按照后面提到的发射效率测量程序，控制它们的工作，具体来讲，控制装置8在将被测量物4的仰角φ固定为第1仰角φ1的状态下，使用方位角台2慢慢地改变被测量物4的方位角θ。此时，网络分析器7反复进行参数S21的测量操作，测量第1方位角面发射模式S21(R、θ、φ1)。另外，控制装置8在将被测量物4的仰角φ切换为第2仰角φ2的状态下，再次慢慢地改变被测量物4的方位角θ。此时，网络分析器7反复进行参数S21的测量操作，测量第2方位角面发射模式S21(R、θ、φ2)。由此，控制装置8使用通过网络分析器7所测量的2个面的方位角面发射模式S21(R、θ、φ)，来测量被测量天线4A的发射效率η。

[0033]

本实施方式的发射效率测量装置具有上述构成，接下来，一边参照图3，一边对使用发射效率测量装置的发射效率的测量方法进行说明。

[0034]

首先，在方位角台2上的被测量物支持器具3上安装被测量物4。此时，被测量物4以水平状态设置。另外，测量开始前，网络分析器7与连接于被测量物4的高频电缆7A和连接于测量天线5的高频电缆7B直接连接，进行由高频电缆7A、7B引起的损失部分的刻度修正(校准)。

[0035]

若在该状态下启动发射效率测量程序，则在图3的步骤1中，进行第1水平偏振测量处理。此时，测量天线5接收由被测量物4(被测量天线4A)发射的水平偏振。另外，使用仰角切换部3A，将被测量物4的仰角φ固定为第1仰角φ1(例如φ1＝0度)。在该状态下，使方位角台2旋转，在方位角θ在0度～360度的范围内，测量例如每10度的方位角θ方向的参数S21，测量相对于水平偏振的第1方位角面发射模式S 21(R、θ、φ1)。

[0036]

然后，在将被测量天线4A向方位角θ方向仅旋转1圈之后，进入步骤2，进行第1垂直偏振测量处理。此时，使用测量天线支撑器具6，将由测量天线5测量的偏振从水平偏振切换到垂直偏振。在该状态下，与步骤1同样，在再次将被测量物4的仰角φ固定在第1仰角φ1的状态下，使方位角台2旋转。由此，在方位角θ在0度～360度的范围内，测量例如每10度的方位角θ方向的参数S 21，测量相对于垂直偏振的第1方位角面发射模式S21(R、θ、φ1)。

[0037]

然后，若相对于垂直偏振的第1方位角面发射模式S21(R、θ、φ1)的测量结束，则将每个方位角θ的水平偏振的测量结果的平方S21²(R、θ、φ1)和垂直偏振的测量结果的平方S21²(R、θ、φ1)进行相加，计算出最终的第1方位角面发射模式的平方S21²(R、θ、φ1)。此时，水平偏振的测量结果和垂直偏振的测量结果不是通过网络分析器7所测量的用对数表示(dB)的测量值，而是用变换为反对数的数值进行相加。

[0038]

接下来，在步骤3中，为进行第2水平偏振测量处理，使用测量天线支撑器具6，将用测量天线5测量的偏振切换到水平偏振。另外，使用仰角切换部3A，将被测量物4的仰角φ切换为第2仰角φ2(例如φ2＝90度)。在该状态下，使方位角台2旋转，测量例如每10度的方位角θ方向的参数S21，测量相对于水平偏振的第2方位角面发射模式S21(R、θ、φ2)。

[0039]

然后，在将被测量天线4A向方位角θ方向仅旋转1圈之后，进入步骤4，进行第2垂直偏振测量处理。此时，使用测量天线支撑器具6，将由测量天线5测量的偏振从水平偏振切换到垂直偏振。在该状态下，与步骤3同样，在再次将被测量物4的仰角φ固定在第2仰角φ2的状态下，使方位角台2旋转。由此，在方位角θ在0度～360度的范围内，测量例如每10度的方位角θ方向的参数S21，测量相对于垂直偏振的第2方位角面发射模式S21(R、θ、φ2)。

[0040]

然后，若相对于垂直偏振的第2方位角面发射模式S21(R、θ、φ2)的测量结束，则将每个方位角θ的水平偏振的测量结果的平方S21²(R、θ、φ2)和垂直偏振的测量结果的平方S21²(R、θ、φ2)进行相加，计算出最终的第2方位角面发射模式的平方S 21²(R、θ、φ2)。此时，与第1方位角面发射模式S21(R、θ、φ1)的情况相同，将水平偏振的测量结果和垂直偏振的测量结果，用变换为反对数的数值进行相加。

[0041]

最后，在步骤5中，作为发射效率计算处理，在所有空间，对基于水平偏振的测量结果以及垂直偏振的测量结果的方位角面发射模式S21(R、θ、φ)进行球面积分，根据以下的公式1计算出被测量天线4A的发射效率η。

[0042]

(公式1)

$\eta =\frac{4\pi R^2\underset{\theta }{\Sigma }\underset{\phi }{\Sigma }S21^2(R,\theta ,\phi )\sin \mathrm{\theta \Delta \phi \Delta \theta }}{{\lambda }^{2}G}$

[0043]

并且，在公式1中，λ表示测量频率的波长，G表示测量天线5的增益。另外，Δφ表示仰角φ方向的测量角度步长，本实施方式中，Δφ为90度(Δφ＝π/2[弧度])。并且，Δθ表示方位角θ方向的测量角度步长，在本实施方式中，例如Δθ为10度(Δθ＝π/18[弧度])。

[0044]

在本实施方式中，使用上述发射效率的测量方法，然后，使用上述发射效率的测量方法来测量实际的移动电话的发射效率。将其结果用白色的圆形记号表示在图4中。

[0045]

另外，作为比较例，与现有技术一样，测量所有立体角的发射电磁场，求出了发射效率。其结果用黑色的四角记号表示在图4中。此时，仰角φ在0度～90度的范围内每10度发生变化，方位角θ在0度～360度的范围内每10度发生变化。另外，针对所有这些仰角φ以及方位角θ测量参数S21，在所有空间内对该测量结果进行球面积分。

[0046]

另外，本实施方式和比较例的情况都对移动电话中使用的2个频带(824～960MHz以及1710～2170MHz)进行了发射效率的测量。

[0047]

根据图4的结果，确认到：本实施方式和比较例的发射效率几乎为相同的值，在±1.0dB以内一致。此时，在比较例的情况下，若在将方位角台2的旋转速度设定为3rpm的状态下求发射效率，则需要20分钟左右的测量时间。而本实施方式中，在仅进行2个面的测量的情况下，2分钟左右就可以完成发射效率的测量，可以缩短测量时间。

[0048]

这样一来，在本实施方式中，在相对于仰角φ方向的2个角度φ1、φ2的2个面上测量被测量天线4A的方位角方向发射模式S21(R、θ、φ)，计算发射效率η，所以，与测量所有立体角的发射电磁场等的情况相比，可以将测量时间缩短到例如1/10左右。

[0049]

另外，仰角切换部3A的构成为，将被测量物4(被测量天线4A)切换为相对于仰角φ方向的2个角度φ1、φ2，所以，与例如使仰角φ方向每10度发生变化的现有技术相比，可以简化仰角切换部3A的构成，并实现整个装置的小型化。因此，可以使用小型的电波暗箱1测量被测量天线4A的发射效率η。

[0050]

另外，被测量天线4A的构成为：主波束(main beam)的发射模式相对于仰角φ方向具有对称性。因此，根据主波束的发射模式的对称性，只需要在相对于仰角φ方向相互相差90度的2个角度φ1、φ2的2个面上，测量方位角方向的发射模式，将该发射模式进行球状积分，就可以以与测量所有立体角的发射模式时相同程度的精度，测量被测量天线4A的发射效率η。

[0051]

特别地，将被测量天线4A的电压驻波比限定为1～3时，连接于被测量天线4A的高频电缆7A的影响减少，所以，发射模式成为恒定，可以在不到±1dB的测量误差范围内测量被测量天线4A的发射效率η。

[0052]

另外，在上述实施方式中，图3中的步骤1、2表示第1发射模式测量单元(第1发射模式测量工序)的具体例；步骤3、4表示第2发射模式测量单元(第2发射模式测量工序)的具体例；步骤5表示发射效率计算单元(发射效率计算工序)的具体例。

[0053]

另外，在上述实施方式中，第1、第2角度φ1、φ2各自设定为0度和90度。但是，本发明不局限于此，第1、第2角度φ1、φ2只要彼此相差90度即可，例如可以各自设定为-45度和+45度。

[0054]

另外，在上述实施方式中，作为被测量天线4A，虽然使用了移动电话的鞭状天线、内置芯片天线，但也可以使用例如偶极天线、单极天线等其他形式的各种天线。同样，作为测量天线5，虽然使用了双锥形天线，但也可以使用其他形式的天线。