专利名称：天线特性测量系统和天线特性测量方法
技术领域：
本文中公开的实施例涉及测量天线特性的天线特性测量系统和天线特性测量方法。
背景技术：
经常执行测量来求得诸如接收灵敏度或辐射功率的通信性能，通信性能包括诸如移动电话、笔记本个人计算机中内置的通信装置等的移动通信设备的天线特性。在测量时， 重要的是将在电波暗室中去除移动通信设备的电路和结构对天线的影响作为测量目标。在如上所述地测量移动通信设备的通信性能时，采用了球面测量法来测量通信设备在受测设备(将被测量的设备)周围的球面上发出的电磁场，由此可以允许在围绕通信设备全部立体角处进行测量。日本特开2008-89567号公报已经提出了利用反射器将来自受测天线(将被测量的天线)的辐射功率集中在上半球表面上来测量天线辐射特性的技术。日本特开 2005-61949号公报已经提出了一种电磁波测量箱，其中利用反射器将屏蔽腔的内部形成为球形。

发明内容
因此，本发明的一个方面的目的是提供一种天线特性测量系统，该天线特性测量系统被构造成通过缩短用于测量球面上的测量点处的接收灵敏度和辐射功率所花费的时间来提高测量效率。根据本发明的一个方面，一种天线特性测量系统包括测量点扫描器，其对测量点进行扫描；天线增益测量装置，其测量受测天线在多个所述测量点处的天线增益，确定多个所述测量点中的基准点，并且求得所述基准点处的天线增益与多个所述测量点中的除所述基准点以外的测量点处的各个天线增益之间的天线增益差分值；以及天线特性测量装置， 其测量所述受测天线在所述基准点处的基准天线特性，并且通过利用各个所述天线增益差分值校正所述基准天线特性来求得所述受测天线在多个所述测量点中的除所述基准点以外的各个测量点处的天线特性。本发明的目的和优点将通过在权利要求中具体指出的部件和组合来实现和获得。应当理解，上述一般描述和下面的详细描述仅是示例性和说明性的，并且并不是如权利要求那样对本发明进行限制。


图1是例示一种天线特性测量系统的构造的例子的示意图；图2是例示一种天线特性测量系统的构造的例子的示意图；图3是例示测量点的例子的示意图；图4是一天线特性测量操作的整个操作流程的例子；
图5是例示一种测量衰减的方式的例子的示意图；图6是例示一种测量天线增益的方式的例子的示意图；图7是例示一种测量接收灵敏度的方式的例子的示意图；以及图8是例示一种测量辐射功率的方式的例子的示意图。
具体实施例方式初步考虑在如上所述的球面测量中，在测量了受测设备在围绕该受测设备的球面上的多个测量点(例如，264个测量点)处的接收灵敏度和辐射功率。接收灵敏度和辐射功率用于评估受测设备在该球面上的通信性能。在接收灵敏度的测量中，首先，从测量天线(用于测量的天线)向安装在受测设备上的受测天线辐射无线电波，从而建立起受测设备与用于测量通信性能的仿真基站之间的通信信道。然后，在信道的建立起来之后，求得了受测设备接收可能导致预定误码率的无线电波的接收电平。例如，通过降低从虚设基站输出的无线电波的电平，在大约20dB的范围内，每次按照接收的无线电波的电平的0. ldB(0. IdB的操作)来降低接收电平。继续降低电平，直至误码率达到受测设备规定值为止。显示规定误差的最小接收电平表示在涉及的测量点处的接收灵敏度。通过按照上述方式测量各个接收灵敏度，可以评估出对于接收极限来说降低接收电平的程度。然而，如上所述的接收灵敏度测量具有这样的问题由于利用具有多个频率的无线电波测量球面上的全部测量点中的各个测量点处的各接收灵敏度，测量花费了大量时间，例如每一个频带花费沈个小时。此外，在上述测量中，由于接收电平被降低至受测设备的接收极限，在一些情况中，在各个测量的中间，受测设备与虚设基站之间的通信的可能断开。在上述情况中，再次设置通信并再次测量各个测量点处的各接收灵敏度可能是不可避免的。如上所述，在天线特性的传统测量中，测量可能花费大量时间，并且不能获得有效的测量。鉴于上述情况而做出本发明，并且本发明的目的在于提供一种天线特性测量系统，该天线特性测量系统被构造成通过缩短用于测量球面上的测量点处的接收灵敏度和辐射功率所花费的时间来提高测量效率。此外，本发明的目的也在于提供一种天线特性测量方法，该方法通过缩短用于测量球面上的测量点处的接收灵敏度和辐射功率所花费的时间来提高测量效率。下面，参照附图描述本发明的优选实施例。图1是描述了天线特性测量系统的构造的实施例的示意图。天线特性测量系统1包括测量点扫描器20和测量控制器10。测量点扫描器20对测量点进行扫描，受测天线(将被测量的天线)3A的天线特性将在该测量点处被测量。测量控制器10包括天线增益测量装置11、天线特性测量装置12 和控制器13。天线增益测量装置11测量受测天线3A的天线增益。天线特性测量装置12测量受测天线3A的天线特性。控制器13控制天线增益测量装置11、天线特性测量装置12，并控制测量点扫描器20。控制器13存储多组测量用数据、当前必须用于测量的数据以及测量的结果数据。天线增益测量装置11测量多个测量点中的各个测量点处的天线增益，并从全部测量点中选择一个测量点作为基准点。然后，天线增益测量装置11求得天线增益差分值， 该天线增益差分值是在基准点处测得的天线增益与在另一个测量点处测得的另一个天线增益之间的差分。此外，天线特性测量装置12测量基准天线特性(在基准点处测得的天线特性)，并利用天线增益差分值来修正基准天线特性，以求得另一个测量点处的天线特性(稍后进行详细描述)。下面，将描述该系统的具体构造。图2是示出了天线特性测量系统1-1的构造的例子的示意图。天线特性测量系统1-1是被设置在电波暗室等中以测量在要被扫描的球面上设置的测量点处的天线特性的系统。天线特性测量系统1-1包括旋转台20A、测量天线(用于测量的天线)移动部20B、 网络分析器11A，虚设基站12A和终端装置13A。顺便提及，旋转台20A和测量天线移动部 20B被包括在测量点扫描器20的功能中。网络分析器IlA对应于天线增益测量装置11，虚设基站12A对应于天线特性测量装置12，终端装置13A对应于控制器13。旋转台20A是其上载置有受测设备3并且被制造成能够在水平面方向上进行360 度旋转的台。测量天线移动部20B包括测量天线21B、臂22B、臂驱动部2 和臂支承部MB。测量天线21B被附接至臂22B的一端，并且臂22B的另一端设置在臂驱动部2 上。臂22B能够在垂直面上移动，以在围绕与臂驱动部2 相连接的部分为中心的位置处向上和向下移动测量天线21B。网络分析器IlA经由电缆100与受测设备3电连接，并经由电缆110与测量天线 21B电连接。通过改变电缆100和110的连接，如图2中的虚线所示那样，虚设基站12A经由电缆100与受测设备3电连接，并经由电缆110与测量天线21B电连接。终端装置13A与网络分析器IlA和虚设基站12A相连以控制针对网络分析器IlA 和虚设基站12A的设置，并控制天线特性的测量结果的显示。终端装置13A与旋转台20A和测量天线移动部20B电连接以控制旋转台20A的旋转驱动以及臂22B的驱动，从而执行涉及针对球面上的扫描测量点的设置的控制。下面，将参照图3来描述测量点，在图3中示出了测量点的例子。在天线特性测量系统1-1中，评估了在围绕被放置在旋转台20A上的受测设备3在球面上的全部测量点处的天线特性。在扫描测量点中，例如如图3所示，按照相对于水平面上的360°的范围的15°步长和相对于垂直面上的从15°至165°的范围的15°的步长来扫描测量点。当在垂直面上移动臂22B时，臂22B的移动范围并不被设置成从0°至180°的范围，而是被设置成从15°至165°的范围，使得附接至臂22B的一端的测量天线21B不与天花板或地板接触。由于按照相对于水平面上的360°的范围的15°的步长来执行扫描，因此水平面方向上的测量点的数量是M个。按照相对于垂直面上的从15°至165°的范围的15°的步长设置的测量点的数量是11个。因此，在上面提到的情况中，球面上的测量点的数量是 264( = 11X24)个。
例如，作为扫描测量点的一种方式，将臂22B设置在15°的角度处并且按照15° 的步长来旋转旋转台20A，以扫描位于15°位置处的测量天线21B的M个测量点。同样，在垂直面中将臂22B设置在30°的角度处并且按照15°的步长来旋转旋转台20A，以扫描位于30°位置处的测量天线2让的M个测量点。由于执行如上所述的扫描操作直至将臂22B设置在165°的角度处，因此在对球面上的测量点的一轮扫描中扫描到 264个测量点。下面，将描述天线特性测量操作。作为天线特性的测量，测量了被安装在受测设备 3上的受测天线3A(下文中，将其称为设置天线3A)的接收灵敏度和辐射功率。图4是天线特性测量操作的整个操作流程的例子。[Si]测量系统的包括空间衰减在内的衰减。[S2]校正在操作Sl中测得的衰减，以单独地测量设置天线3A在球面上的全部测量点处的天线增益。[S3]从全部测量点中选择一个测量点作为基准点ft·。[S4]求得在该基准点ft·处测得的天线增益与在各个其他测量点Pn处测得的天线增益之间的差分值AGPrfn。由于基准点ft·以外的测量点的数量是263个，因此求得天线增益之间的263个差分值AGPrfn。[S5]测量基准点ft·处的接收灵敏度(基准接收灵敏度Ar)。[S6]根据在基准点ft·处测得的基准接收灵敏度Ar，估计并计算在各个其他测量点Pn处的接收灵敏度An。下面的公式(1)示出了具体的计算公式。An= Δ G^+kr (1)根据接收灵敏度计算公式(1)，可以估计并计算出基准点ft"以外的263个测量点 Pn处的接收灵敏度An。[S7]测量基准点ft·处的辐射功率(基准辐射功率Br)。[S8]根据在基准点ft·处测得的基准辐射功率Br，估计并计算在其他测量点Pn 处的辐射功率&1。下面的公式(2)示出具体的计算公式。Bn = Δ Ορ,^+ΒΓ (2)根据辐射功率计算公式0，)可以估计并计算出基准点ft"以外的263个测量点Pn 处的辐射功率&1。下面，将描述衰减测量。图5是描述了测量衰减的方式的例子的示意图。作为位于天线与测量设备之间的连接结构，用于测量系统的衰减的天线(基准天线R)经由电缆Cl 与网络分析器IlA的信号输出端子TO电连接。测量天线21B经由电缆C2与网络分析器 IlA的信号输入端子TI电连接。[S11]将基准天线R与测量天线21B之间的距离设置为特定的天线间距离。[S12]网络分析器IlA从信号输出端子TO经由电缆Cl向基准天线R输出预定频率测试信号，该预定频率测试信号的传输功率由Pa(dBm)表示。[S13]基准天线R向着测量天线21B发送测试无线电波，测量天线21B接收到测试无线电波。[S14]网络分析器IlA经由电缆C2在信号输入端子TI处接收测试信号。接收功率由I3MdBm)表示。
[S15]网络分析器IlA计算包括系统衰减的空间衰减。在这里，当基准天线R的天线增益由Gr(已知)表示时，利用下面的公式(3)来计算系统的衰减Kn。Kn = Pb (dBm) -Pa (dBm) -Gr (3)当Gm是测量天线21B的天线增益，ca是电缆Cl的电缆损耗，cb是电缆C2的电缆损耗且α是基准天线R与测量天线21Β之间的空间衰减时，下面的关系表达式(3. 1)成立。Kn = Pb (dBm) -Pa (dBm) -Gr = Gm- α -ca_cb (3. 1)下面，将描述对设置天线3A在球面上的测量点处的天线增益的单独测量。图6是示出了一种测量天线增益的方式的例子的示意图。首先，作为天线与测量设备之间的连接结构，要连接的天线从基准天线R改变成被安装在受测设备3上的设置天线3A。在上述情况中，由于设置天线3A与受测设备3中的通信电路(通信电路板)相连接，因此将设置天线3A从通信电路断开。然后，与受测设备3的通信电路部分断开的设置天线3A经由电缆Cl与网络分析器IlA的信号输出端子TO相连接。然后，测量天线12B经由电缆C2与网络分析器IlA的信号输入端子TI相连接。假定测量点被设置在球形表面上的预定点处。[S21]网络分析器IlA从信号输出端TO经由电缆C向设置天线3A输出预定频率测试信号，该预定频率测试信号的传输功率由Pa (dBm)表示。[S22]设置天线3A向着测量天线21B发送测试无线电波，测量天线21B接收到测试无线电波。[S23]网络分析器IlA经由电缆C2在信号输入端子TI处接收测试信号。接收功率由I3MdBm)表示。[S24]根据系统的衰减，网络分析器IlA校正衰减以求得设置天线3A在各个测量点处的天线增益(以便求得设置天线3A在各个测量点处的指向性增益)。当foe是衰减增益时，从下面的公式(4)求得衰减增益(^。Gx = Pb (dBm) -Pa (dBm) -Kn (4)[S25]对旋转台20A和测量天线移动部20B进行控制以使测量点改变，其中利用终端装置13A执行调节控制。通过依次改变测量点以顺序地执行与上面相同的测量，测量全部264个测量点处的天线增益。[S26]从264个测量点中选择一个测量点作为基准点ft·，例如选择求得了最大天线增益处的测量点作为基准点ft·。[S27]求得在基准点ft·处测得的天线增益与在各个其他测量点Pn处测得的天线增益之间的差分值AGPrfn。下面，将描述接收灵敏度测量。图7是示出了一种测量接收灵敏度方式的例子的示意图。首先，作为天线和测量设备之间的连接结构，使设置天线3A和受测设备3的通信电路之间的连接返回至其原始状态。然后，使用虚设基站12A代替网络分析器11A，并且使测量天线21B经由电缆Cl与虚设基站12A的信号输出端子TO电连接。然后，使与受测设备3的通信电路相连接的设置天线3A经由电缆C2与虚设基站12A的信号输入端子TI电连接。
[S31]旋转台20A和测量天线移动部20B被调节，以将测量接收灵敏度处的测量点设置为基准点ft·。[S32]在虚设基站12A和受测设备3之间执行信号发送和接收，以在它们之间建立起通信状态(通信信道)。[S33]虚设基站12A从信号输出端TO向测量天线21B发送测试信号，以使测量天线21B向着设置天线3A发射无线电波。[S34]测量经由信号输入端子TI被设置天线3A接收的测试信号的接收电平。[S35]虚设基站12A逐步减小并监控测试信号的发送电平，从而减小受测设备3 接收的接收电平，直至该接收电平达到受测设备3的规定误码率为止。[S36]虚设基站12A识别在发送电平达到指定误码率时求得的接收电平，并且接着将该接收电平设置成基准点处的基准接收灵敏度Ar。[S37]从上面的公式(1)计算出其他测量点Pn处的其他接收灵敏度An。例如，利用从公式⑴中推导出的公式An= AGPrfl+Ar，计算出测量点Pl处的接收灵敏度Al。值 AGprfl已经在操作S27处计算得到。按照与上面相同的方式，计算出其他测量点处的其他接收灵敏度。如上所述，天线特性测量系统1-1被构造成使得仅基准点ft"处的接收灵敏度(基准接收灵敏度)被实际测量，并通过利用预先计算出的基准点处的天线增益与各个其他测量点处的天线增益之间的差分值来校正基准接收灵敏度，从而计算出各个其他测量点处的其他接收灵敏度。由于上面提到的构造，用于测量接收灵敏度而花费的时间会大大减小，并因此可以相应地提高测量效率。下面，将描述辐射功率测量。图8是描述一种测量辐射功率的方式的例子的示意图。作为天线和测量设备之间的连接结构，与受测设备3的通信电路部分相连接的设置天线3A经由电缆Cl与虚设基站12A的信号输出端子TO相连接。然后，测量天线21B经由电缆C2与虚设基站12A的信号输入端子TI相连接。[S41]调节旋转台20A和测量天线移动部20B，以把要测量辐射功率的测量点设置为基准点ft"。[S42]虚设基站12A从信号输出端子TO向设置天线3A发送测试信号，以使设置天线3A朝向测量天线21B发射无线电波。[S43]测量经由信号输入端子TI被测量天线21B接收的测试信号的接收电平，以便将它设置为基准点ft"处具有预定频率的基准辐射功率Br。[S44]利用上面的公式(2)计算其他测量点P的其他辐射功率&1。例如，利用从公式(2)推导出的公式Bl = AGPrfl+Br来计算测量点Pl处的辐射功率Bi。值AGprfl已经在操作S27处被计算出来。按照与上面相同的方式来计算其他测量点处的其他辐射功率。如上面所述，天线特性测量系统1-1被构造成使得仅基准点ft"处的辐射功率(基准辐射功率)被实际测量，并通过利用预先计算出的基准点处的天线增益与各个其他测量点处的天线增益之间的差分值来校正基准辐射功率，从而计算出各个其他测量点处的其他辐射功率。由于上面提到的构造，用于测量辐射功率而花费的时间会大大减小，并因此可以相应地提高测量效率。如上面所述，天线特性测量系统被构造成使得单独测量与通信电路部分断开的设置天线3A的增益，然后设置天线3A与通信电路部分的连接返回至原始状态，并测量受测设备3在基准点处的完整基准接收灵敏度或基准辐射功率。然后，天线特性测量系统被构造成使得通过利用基准点处的天线增益与各个其他测量点处的天线增益之间的差分值校正基准接收灵敏度或基准辐射功率，来求得受测设备3在其他测量点处3的完整的各其他接收灵敏度或辐射功率。由于上面提到的构造，在不实际测量其他测量点处的天线特性的情况下，通过利用基准点处的天线增益与各个其他测量点处的天线增益之间的差分来对在基准点处实际测得的基准天线特性进行增益校正，使得能够求得各个其他测量点处的其他天线特性。因此，在短时间内有效地测量和评估安装在无线电终端设备上的天线在球面上的天线特性 (诸如接收灵敏度、辐射功率等)成为可能。此外，使设置天线3A与通信电路部分断开，以便单独地测量设置天线3A的天线增益。然后，使设置天线3A与通信电路部分的连接返回至它的原始状态，以便测量受测设备 3在基准点处的完整的基准天线特性(基准接收灵敏度和基准辐射功率)。通过改变各个天线与测量设备之间的连接结构来执行测量以对基准天线特性单独地执行基于设置天线3A的天线增益的增益校正，求得设置天线3A的受到受测设备3的通信电路部分影响的天线特性成为可能。尽管已经通过给出实施例的例子而描述了实施例，但是具有相同或相似功能的其他结构可以代替在各实施例中描述的各元件的构造。此外，其他任意结构和操作可以被添加至实施例。此处叙述的全部示例和条件性语言旨在出于教育目的而帮助读者理解本发明以及发明人对现有技术做出贡献的原理，并且应当被解释为不限于如此具体叙述的示例和条件，并且说明书中对这种示例的组织也与展示本发明的优点和缺点无关。尽管已经详细描述了本发明的实施例，但应当理解的是在不偏离本发明的精神和范围的情况下可对其做出各种变化、替换和修改。
权利要求
1.一种天线特性测量系统，该天线特性测量系统包括测量点扫描器，其被配置成对测量点进行扫描；天线增益测量装置，其被配置成测量受测天线在多个所述测量点处的天线增益，确定多个所述测量点中的基准点，并且求得所述基准点处的天线增益与多个所述测量点中的除所述基准点以外的测量点处的各个天线增益之间的天线增益差分值；以及天线特性测量装置，其被配置成测量所述受测天线在所述基准点处的基准天线特性， 并且基于所述基准天线特性和各个所述天线增益差分值来求得所述受测天线在多个所述测量点中的除所述基准点以外的各个测量点处的天线特性。
2.根据权利要求1所述的天线特性测量系统，其中，在所述受测天线与通信装置中的通信部电连接的情况下，所述天线增益测量装置在所述受测天线预先与所述通信部断开电连接的状态下测量所述受测天线的天线增益，并且所述天线特性测量装置在所述受测天线与所述通信部电连接的状态下测量所述受测天线的天线特性。
3.根据权利要求1所述的天线特性测量系统，其中，所述天线特性测量装置测量所述受测天线在所述基准点处的基准接收灵敏度，并且利用各个所述天线增益差分值校正所述基准接收灵敏度来求得所述受测天线在多个所述测量点中的除所述基准点以外的各个测量点处的接收灵敏度。
4.根据权利要求1所述的天线特性测量系统，其中，所述天线特性测量装置测量所述受测天线在所述基准点处的基准辐射功率，并且利用各个所述天线增益差分值校正所述基准辐射功率来求得所述受测天线在多个所述测量点中的除所述基准点以外的各个测量点处的辐射功率。
5.根据权利要求1所述的天线特性测量系统，该天线特性测量系统还包括测量控制器，所述测量控制器包括所述天线增益测量装置和所述天线特性测量装置。
6.一种测量天线特性的方法，该方法包括以下步骤对测量点进行扫描，在该测量点处测量受测天线的天线特性；测量所述受测天线在多个所述测量点处的天线增益；确定多个所述测量点中的基准点，并求得所述基准点处的天线增益与多个所述测量点中的除所述基准点以外的的测量点处的各个天线增益之间的天线增益差分值；测量所述受测天线在所述基准点处的基准天线特性；以及通过利用各个所述天线增益差分值校正所述基准天线特性，求得所述受测天线在多个所述测量点中的除所述基准点以外的各个测量点处的天线特性。
全文摘要
本发明涉及天线特性测量系统和天线特性测量方法。提供了一种天线特性测量系统，其包括测量点扫描器，其用于对测量点进行扫描；天线增益测量装置，其测量受测天线在多个测量点处的天线增益，确定多个测量点中的基准点，并且求得基准点处的天线增益与除基准点以外的多个测量点处的各个天线增益之间的天线增益差分值；以及天线特性测量装置，其测量受测天线在基准点处的基准天线特性，并且通过利用各个差分值校正基准天线特性，以求得受测天线在基准点以外的多个测量点中的各个测量点处的天线特性。
文档编号G01R29/10GK102375097SQ20111026808
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月3日 优先权日2010年8月16日
发明者宫田邦行 申请人:富士通株式会社