天线检测系统及方法与流程

本发明是关于一种检测系统及方法，特别是指一种天线检测系统及方法。

背景技术：

随着无线通信产业的快速发展，应用于无线通信产业的天线需求量也越来越大，举凡收音机、电视机、移动电话等，均需要经由天线才能将声音、影像或其他数据进行传送。如此可见，天线的良劣是影响通讯质量非常关键的因素，因此，天线在制造完成后的检测过程十分重要。

目前量测天线主要的方式，大多是通过一网络分析仪量测天线的回波损耗(S11参数)，再由网络分析仪或测试人员根据量测到的回波损耗来判断天线的质量。然而，S11参数并无法实际反应出天线真正的增益值，因而影响所应用的无线通信产品的通讯质量与良率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种天线检测系统及方法，用以检测一待测天线。

在一实施例中，一种天线检测系统包括网络分析仪与测试装置。测试装置包括第一基板、第二基板及标准天线。第二基板与第一基板平行设置。待测天线可移除地设置在第二基板。标准天线固设在第一基板上，且接收来自网络分析仪的第一端口的测试信号并根据测试信号发送辐射信号。待测天线设置于第二基板上并与网络分析仪的第二端口电性连接，使得待测天线可接收辐射信号。且标准天线与待测天线的间具有固定间距。其中，待测天线接收辐射信号产生待测信号，并传送至网络分析仪的第二端口。网络分析仪根据测试信号及待测信号得到S21参数(正向穿透系数)，并比较S21参数与理论值以输出待测天线的检测结果。其中，理论值是通过固定间距与对应待测天线的工作频率计算出而得。

在一实施例中，一种天线检测方法包括通过工作频率及固定间距计算出理论值，工作频率对应待测天线、通过测试装置使待测天线与标准天线保持固定间距、由网络分析仪输出测试信号至标准天线、由标准天线根据测试信号发射辐射信号、由待测天线接收辐射信号并根据辐射信号产生待测信号、由网络分析仪根据测试信号与待测信号得到待测天线的S21参数(正向穿透系数)、比较S21参数与理论值，以输出待测天线的检测结果。

综上，本发明实施例的天线检测系统及方法是通过测试装置将待测天线与标准天线保持固定间距，以供网络分析仪进行待测天线的S21参数的量测及比对，借以快速且准确地判定待测天线的实际增益是否符合需求，进而大幅提升检测作业的效率以及天线的质量。

【附图说明】

图1为本发明一实施例的天线检测系统的立体图。

图2为本发明一实施例的测试装置的分解立体图。

图3为本发明一实施例的测试装置的剖视图。

图4为本发明一实施例的天线检测系统的电路方框图。

图5为图1天线检测系统的限位件一实施例的作动图(一)。

图6为图1天线检测系统的限位件一实施例的作动图(二)。

图7为本发明另一实施例的天线检测系统的电路方框图。

图8为图7的供电电路一实施例的电路示意图。

图9为本发明一实施例的天线检测系统的检测结果示意图。

图10为本发明第一实施例的天线检测方法的流程图。

图11为本发明第二实施例的天线检测方法的流程图。

图12为本发明第三实施例的天线检测方法的流程图。

【具体实施方式】

图1及图2为本发明天线检测系统一实施例的立体图与分解立体图。参照图1及图2，此天线检测系统1是用以检测待测天线2。于一些实施例中，待测天线2较佳为一主动天线，但也可为被动天线或其他种类的天线，此并不局限。在本实施例中，天线检测系统1包括网络分析仪10与测试装置20。

网络分析仪10用以量测各种主动或被动组件的特性。网络分析仪10可包括两个以上的端口。为方便说明，在此，以两个端口为例，以下分别称之为第一端口11与第二端口12。其中，第一端口11是用以发射信号，而第二端口12是用以接收信号。于一些实施例中，网络分析仪10还可包括有处理单元(图未表示)、显示屏幕13及操作接口14。处理单元能执行一种以上的检测程序。于任一种检测程序中，处理单元可通过执行韧体或软件算法接收到待测对象所发出的信号、基于接收到的信号进行运算作业以得到对应的检测结果，并将检测结果显示在显示屏幕13上。上述处理单元可为微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算器、中央处理器、场编程门阵列、可编程逻辑设备、状态器、逻辑电路、模拟电路或数字电路。

测试装置20包括有第一基板21、第二基板22及标准天线23。其中第一基板21与第二基板22是平行设置，且待测天线2可移除地设置在第二基板22。换言之，待测天线2是组装在第二基板22而可拆卸取出。标准天线23是固设在第一基板21上。于一些实施例中，标准天线23可为一被动天线，但也可为主动天线或其他种类的天线，此并不局限。另外，于一些实施例中，标准天线23也可组装于第一基板21上而呈可拆卸状态。

于一些实施例中，第一基板21与第二基板22的间固接有立向且长度相同的二支撑柱25，使得第一基板21与第二基板22的间的距离固定并相互平行。另外，于一些实施例中，第二基板22可位于第一基板21的上方。

于一些实施例中，二支撑柱25可分别靠近第一基板21与第二基板22的相对二边缘，而能够获得较稳固的支撑效果。但实际上，上述支撑柱25的数量、长度或位置都可以依实际的需求调整例如，第一基板21与第二基板22之间也可仅连接有一个支撑柱25或二个以上的支撑柱25，以上仅为示例，而非用以限制。此外，于一些实施例中，各支撑柱25可通过嵌卡或锁固的方式组接于第一基板21与第二基板22，使各支撑柱25、第一基板21及第二基板22呈可拆卸分离型态。或者，于一些实施例中，各支撑柱25也可通过黏着的方式固接于第一基板21与第二基板22。

于一些实施例中，第一基板21的底部还可一体形成或组接有若干个底脚211，使测试装置20放置在平面上时，第一基板21与平面能保持一段距离，达到在安装对象(如标准天线23)于第一基板21的过程中，安装人员的手部能够有更大的操作空间，使组装过程更加快速、方便。

于一些实施例中，标准天线23可接收来自网络分析仪10的第一端口11的测试信号S1，且标准天线23根据测试信号S1发送一辐射信号S2。待测天线2可与网络分析仪10的第二端口12电性连接，使得待测天线2可接收标准天线23发出的辐射信号S2。

于一些实施例中，第一基板21的顶面(也就是面向第二基板22的表面)设置有凹槽212与接线槽213，标准天线23是嵌入或放置于凹槽212中而固设在第一基板21上。接线槽213连通于凹槽212与第一基板21的一侧面，所述接线槽213穿设有一第一传输线214(如缆线或一般信号传输线)，第一传输线214一端是电性连接于标准天线23，第一传输线214的另一端则电性连接于网络分析仪10的第一端口11，使标准天线23能够接收来自网络分析仪10的第一端口11的测试信号S1。

于一些实施例中，第二基板22具有上表面221、下表面222及容置槽223，下表面222是面向第一基板21，上表面221相对于下表面222远离第一基板21(也就是说，上表面221是面向上方)，容置槽223是凹设于上表面221。于一些实施例中，待测天线2可放置于容置槽223中而呈可拆卸状态，待测试完毕后，能够取出并放入另一个待测天线2进行测试作业，使得测试人员对于大量测试时，可快速更换待测天线2。

请对照图3所示，为本发明一实施例测试装置20的剖视图，在本实施例中，第二基板22还具有一贯孔225，所述贯孔225位于容置槽223的底部且贯穿至下表面222。待测天线2位于容置槽223内时，待测天线2的天线单元3是位于贯孔225内。构成所述天线单元3是面向标准天线23，且天线单元3与标准天线23之间无受到阻隔，而使信号传输的效益更佳。

另外，由于标准天线23是设置在第一基板21，而待测天线2是设置在第二基板22，因此标准天线23与待测天线2之间具有固定间距H。其中固定间距H可依据不同测试需求作调整。于一些实施例中，上述固定间距H是和第一基板21与第二基板22之间的间距成正比。换言之，第一基板21与第二基板22之间的间距越大，则标准天线23与待测天线2之间的固定间距H则越大。若需固定间距H为一定值，则需使第一基板21与第二基板22之间的间距也固定。

于一些实施例中，上述标准天线23与待测天线2之间的固定间距H，是指待测天线2的天线单元3的顶端与标准天线23的表面之间的最短距离(如图3所标示的固定间距H)。但并不局限于此，于一些实施例中，固定间距H也可以是指待测天线2面向标准天线23的任一表面至标准天线23的表面之间的最短距离。

于一些实施例中，第二基板22还具有一线槽224，所述线槽224凹设于上表面221且连通容置槽223与上表面221的一侧边。所述线槽224穿设有一第二传输线226(如缆线或一般信号传输线)，第二传输线226一端是电性连接于待测天线2，第二传输线226的另一端则电性连接于网络分析仪10的第二端口12，使待测天线2能够传送信号至网络分析仪10的第二端口12。

如图4所示，于一些实施例中，测试人员可经由操作接口14(表示于图1)，使网络分析仪10的第一端口11的发出一测试信号S1至标准天线23，标准天线23在接收到测试信号S1即开始发送辐射信号S2，待测天线2接收到辐射信号S2后会产生待测信号S3，并将待测信号S3传送至网络分析仪10的第二端口12，其中由于网络分析仪10是通过第一传输线214电性连接于标准天线23，通过第二传输线226电性连接于待测天线2，因此，上述测试信号S1与待测信号S3是经由传输线传送，而标准天线23与待测天线2之间具有固定间距H，故标准天线23发送的辐射信号S2是经由空气介质传送至待测天线2。而网络分析仪10是根据测试信号S1及待测信号S3得到一S21参数(正向穿透系数)。

于一些实施例中，网络分析仪10于接收到测试信号S1及待测信号S3时可直接产生对应的S21参数并将其显示于其显示屏幕13上。

于一些实施例中，S21参数是由下列公式实现：

S21参数＝G1+FSPL+G3，

其中G1为标准天线23的增益(可为默认值)，G3为待测天线2的实际增益，FSPL为自由空间路径损耗(free-space path loss)，也就是标准天线23发送的辐射信号S2至待测天线2之间的空气路径所产生的损耗，d为标准天线23与待测天线2之间的固定间距H(如1cm或3cm)，f为待测天线2的工作频率(如2.07GHz)，c为光速。由前述可知，S21参数是直接反应出待测天线2的实际增益。

接着，于一实施例中，网络分析仪10可比对S21参数与一理论值。于一些实施例中，所述理论值是通过工作频率(如1.56GHz)及标准天线23与待测天线2之间的固定间距H(如5cm或10cm)所计算出。

于一实施例中，理论值是由下列演算公式计算出：

I＝G1+FSPL+G2，

其中I为理论值，G1为标准天线的增益(可为默认值)，G2为待测天线2的理想增益(可为默认值)，FSPL为自由空间路径损耗(free-space path loss)，d为标准天线23与待测天线2之间的固定间距H，f为待测天线2的工作频率(如1.56GHz)，c为光速。由上式可知，理论值是反应出待测天线2理想的增益值。换言之，理论值是供比对的阀值。

于一些实施例中，上述理论值可以是通过人为计算，举例来说，测试人员可通过上述演算公式计算出理论值，然后再输入至网络分析仪10中，使网络分析仪10能够比对S21参数与理论值。或者，于一些实施例中，上述演算公式也可预先编程于网络分析仪10的处理器中，以由处理器自动依据输入的变量计算出理论值。于此，变数可为上述演算公式中一个或多个参数(例如：仅G2、或者G1和G2、或者G2和d、或者G1、G2和d等)。

于一些实施例中，上述网络分析仪10还包含用以储存理论值的储存单元(图未表示)，以供处理器于进行检测程序时从储存单元中读出所需的理论值来与S21参数作比较。于此，储存单元可为挥发性内存或非挥发性内存，例如随机存取内存(RAM)、只读存储器(ROM)、电子抹除式可复写只读存储器等(EEPROM)。

最后，通过S21参数与理论值的比对能输出待测天线2的检测结果，以供测试人员进行判断。此可参图9所示，在本实施例中，网络分析仪10的显示屏幕13是显示一检测画面，在此检测画面中，显示实际量测的波形与分别的工作频率点对应的S21参数的位置，例如第一组S21参数P1为0.3022dB(在此是以点的方式显示)，是以待测天线的工作频率为1.56GHz对应量测波形而得。第一组理论值I1为0.25dB(在此是以横线的方式显示)，是以设定待测天线2的工作频率为1.56GHz带入上述理论值公式而计算得出。第二组S21参数P2为-2.7157dB，是以待测天线的工作频率为1.575GHz对应量测波形而得。第二组理论值I2为-3.25dB，是以设定待测天线2的工作频率为1.575GHz带入上述理论值公式而计算得出。第三组S21参数P3为0.1588dB，是以设定待测天线2的工作频率为1.604GHz对应量测波形而得。第三组理论值I3为0.05dB，是以设定待测天线2的工作频率为1.604GHz带入上述理论值公式而计算得出。由于每次量测所需要的天线增益值可能都不同，因此可设定多组对应不同频率点的理论值，借以分别量测待测天线2的不同频率点的S21参数是否符合上述第一组理论值I1、第二组理论值I2或第三组理论值I3。但也可仅设定一组理论值，此并不局限。

再参图9所示，于一些实施例中，输出在显示屏幕13上的检测结果可为S21参数与理论值的比对结果，例如：检测画面会显示S21参数与理论值的位置及其数值，借此，即可直接由理论值的标记线看出S21参数是低于、等于或高于理论值，进而判断待测天线2是否合格。举例来说，测试人员可直接以目视的方式观看显示屏幕13上所显示S21参数与理论值的位置何者较高来作判断，例如：在本实施例中，以图9所示的检测结果为例，S21参数P1是高于理论值I1，因此待测天线2于工作频率1.56GHz的增益值判定为合格，S21参数P2同样是高于理论值I2，因此待测天线2于工作频率1.575GHz的增益值判定为合格，以此类推。反之，若S21参数低于理论值即为不合格。或者，于一些实施例中，也可由网络分析仪10自动判断并显示待测天线2合格与否。也就是说，网络分析仪10是自动比对于不同工作频率的S21参数是否高于理论值而输出检测结果，网络分析仪10可以文字、灯号、图案或其组合的方式呈现检测结果，以通过所呈现的文字、灯号、图案或其组合告知测试人员待测天线2是否合格。举例来说，以文字为例，若网络分析仪10显示pass即代表待测天线2合格，而网络分析仪10显示fail则代表待测天线2不合格。另外，若是由网络分析仪10自动判断检测结果，检测画面上可不显示理论值及/或量测到的S21参数，而是直接输出检测结果。实际上，S21参数与理论值的比对方式可依实际需求作设定，以上仅为示例，而非用以限制。

于一些实施例中，上述测试装置20还包括一限位件24，限位件24位于第二基板22，并且当待测天线2位于容置槽223内时，限位件24可选择性地固定或释放待测天线2。如图5所示，在本实施例中，限位件24包括一压块241与一轴柱242，轴柱242是固定在第二基板22的上表面221，压块241一端是连接于轴柱242，且压块241可以轴柱242为旋转中心转动。借此，请对照图6所示，当压块241往容置槽223方向转动时，压块241的一端会抵压于待测天线2上，达到固定的作用而防止待测天线2晃动或轻易脱离容置槽223。相对地，当待测天线2测试完毕后，要更换另一待测天线2时，可将压块241朝远离容置槽223的方向转动而回归到图5的状态，即可将待测天线2拆卸取出而替换另一个待测天线2进行测试。

于一些实施例中，限位件24也可为其他形式，例如，限位件24可为螺锁于第二基板22的一调整螺丝(图未表示)，当调整螺丝旋紧时，调整螺丝的螺丝头会抵压于待测天线2而达到固定效果。反之，当调整螺丝旋松时，螺丝头即离开待测天线2，使待测天线2可拆卸取出。

如图7所示，为天线检测系统1另一实施例的电路方框图。在本实施例中，待测天线2还包括天线单元3、低噪声放大器4(low noise amplifier，LNA)、滤波器5。天线单元3可接收标准天线23发送的辐射信号S2，滤波器5是连接于天线单元3与低噪声放大器4之间。其中低噪声放大器4连接于滤波器5与网络分析仪10的第二端口12之间。于本实施例中，天线检测系统1还包括有供电电路30(供电电路30具体电路可参图8所示)。于一些实施例中，供电电路30是连接于待测 天线2与网络分析仪10的第二端口12之间，所述供电电路30可提供低噪声放大器4电力，以将待测天线2发出的待测信号S3放大而供网络分析仪10处理运用，其中放大的倍率端视设计者的需求。因此，于一些实施例中，天线单元3在接收到辐射信号S2时，可发出待测信号S3并经由滤波器5过滤及低噪声放大器4放大后，再传送至网络分析仪10。

如图10所示，为本发明第一实施例的天线检测方法的流程图，以下所提的硬件结构与传输信号可对照上述天线检测系统1所揭示，先此叙明。天线检测方法包括通过工作频率及固定间距H计算出理论值，工作频率对应待测天线2(步骤S00)、通过测试装置20使待测天线2与标准天线23保持固定间距H(步骤S01)、由网络分析仪10输出测试信号S1至标准天线23(步骤S02)、由标准天线23根据测试信号S1发射辐射信号S2(步骤S03)、由待测天线2接收辐射信号S2并根据辐射信号S2产生待测信号S3(步骤S04)、由网络分析仪10根据测试信号S1与待测信号S3得到待测天线2的S21参数(步骤S05)、比较S21参数与理论值，以输出待测天线2的检测结果(步骤S06)。

在步骤S00中，工作频率可说是待测天线2运作所发出的频率(如1.56GHz或1.575GHz)。

在步骤S01中，可通过将待测天线2与标准天线23分别固定在测试装置20的两个不同高度位置，使待测天线2与标准天线23保持固定间距H。

于一些实施例中，测试装置20是包括相互平行的第一基板21与第二基板22，且第一基板21与第二基板22之间具有一间隔距离，标准天线23是固设在第一基板21。此请参图3所示，可将标准天线23嵌入或放置于第一基板21的凹槽212中而获得定位。而如图11所示，为本发明第二实施例的天线检测方法的流程图，在本实施例中，步骤S01可包括：将待测天线2可移除地设置在第二基板22上的容置槽223内(步骤S011)、以限位件24固定待测天线2于第二基板22上(步骤S012)。

在步骤S011中，可将待测天线2放置于第二基板22的容置槽223内，使待测天线2获得定位并与标准天线23保持固定间距H，且待测天线2可由容置槽223拆卸取出以更换另一个待测天线2进行测试。

在步骤S012中，可安装限位件24于第二基板22上，此请参阅图3所示，可安装压块241与轴柱242在第二基板22上，测试人员可相对轴柱242旋转压块241而抵压固定待测天线2。

在步骤S02中，网络分析仪10可经由测试人员的操作或输入而输出测试信号S1。或者，网络分析仪10也可自动持续输出测试信号S1，且网络分析仪10可通过传输线连接于标准天线23而能够将输出的测试信号S1传送至标准天线23。

在步骤S03中，标准天线23在接收到测试信号S1发射辐射信号，其中测试信号S1可为一触发信号而驱使标准天线23发射辐射信号。或者，于一些实施例中， 标准天线23是依照测试信号S1的设定的指令或信息发出辐射信号。例如，测试信号S1中包含指定频率，标准天线23是依照该指定频率发出辐射信号。

在步骤S04中，由于待测天线2与标准天线23保持固定间距H，因此，标准天线23是以空气作为介质将辐射信号S2发送至待测天线2，使待测天线2接收辐射信号S2并根据辐射信号S2产生待测信号S3。

在步骤S05中，网络分析仪10接收到测试信号S1及待测信号S3时可直接产生对应的S21参数并将其显示于其显示屏幕13上。

于一些实施例中，S21参数可以下列公式实现：

S21参数＝G1+FSPL+G3，

其中G1为标准天线23的增益(可为默认值)，G3为待测天线2的实际增益，FSPL为自由空间路径损耗(free-space path loss)，也就是标准天线23发送的辐射信号S2至待测天线2之间的空气路径所产生的损耗，d为标准天线23与待测天线2之间的固定间距H(如1cm或3cm)，f为待测天线2的工作频率(如2.07GHz)，c为光速。

在步骤S06中，所述理论值可由下列演算公式计算出：

I＝G1+FSPL+G2，

其中I为理论值，G1为标准天线的增益(可为默认值)，G2为待测天线2的理想增益(可为默认值)，FSPL为自由空间路径损耗(free-space path loss)，d为标准天线23与待测天线2之间的固定间距H，f为待测天线2的工作频率(如1.56GHz)，c为光速。由上式可知，理论值是反应出待测天线2理想的增益值。换言之，理论值是供比对的阀值。

在步骤S06中，网络分析仪10可将比较S21参数与理论值的位置显示于显示屏幕13上(如图9所示)，以供测试人员自行观看比对而取得检测结果。或者，网络分析仪10也可自动比较S21参数与理论值后并输出检测结果，网络分析仪10可以文字、灯号、图案或其组合的方式呈现检测结果，以通过所呈现的文字、灯号、图案或其组合告知测试人员待测天线2是否合格。

如图12所示，为本发明第三实施例的天线检测方法的流程图，在本实施例中，天线检测方法还包括由供电电路30提供供电电压给待测天线2(步骤S07)。

在步骤S07中，供电电路30所提供的供电电压可驱动待测天线2中的低噪声放大器4将待测天线2发出的待测信号S3放大而供网络分析仪10处理运用。

需注意的是，虽然前述依序描述各步骤，但此顺序并非本发明的限制，熟习相关技艺者应可了解在合理情况下部分步骤的执行顺序可同时进行或先后对调。例如：可在由标准天线23根据测试信号S1发射辐射信号S2(步骤S03)的同时，由供电电路30提供供电电压给待测天线2(步骤S07)。

综上，本发明实施例的天线检测系统及方法是通过测试装置将待测天线与标准天线保持固定间距，以供网络分析仪进行待测天线的S21参数的量测及比对，借以快速且准确地判定待测天线的实际增益是否符合需求，进而大幅提升检测作业的效率以及天线的质量，进而提升所应用的无线通信产品的通讯质量。

本发明的技术内容已以较佳实施例揭示如上述，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本创作的精神所做些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。