天线辐射场型自动量测系统的制作方法

本发明涉及一种系统，具体地，涉及一种可以自动化量测天线的半球面辐射场型的系统。

后台技术

参阅图1，传统技术的天线量测系统是在电波暗室11中安装一个高指向性天线12及旋转基座13，再将待测天线14放在旋转基座13上，旋转基座13具有绕着z轴360度旋转的功能，高指向性天线12具有人工手动调整绕着x轴±90度旋转的功能。高指向性天线12与待测天线14分别用来接收和发射电磁波，并藉由旋转基座13连动待测天线14绕着z轴360度旋转一圈而量得xy平面的二维辐射场型。

这种技术的缺点在于：需人工手动调整高指向性天线12及待测天线14的摆放位置，每次﹙旋转基座13绕着z轴360度旋转一圈称为一次﹚只能量得一个二维平面的辐射场型，若要用n个二维平面的辐射场型去建构一个三维的辐射场型就必须人工手动n次去调整待测天线14的倾斜角度，如此一来不但不精准且非常耗时。

技术实现要素：

本发明的较佳实施例公开一种天线辐射场型自动量测系统，可以解决传统人工量测辐射场型不精准且非常耗时的问题。

本发明的第一较佳实施例适用于量测待测天线的半球面辐射场型，待测天线包括主辐射面，第一较佳实施例包括电波暗室、高指向性天线、机器手臂单元，以及控制及量测单元。

电波暗室包括一顶板，及相对于顶板的底板，待测天线贴近顶板设置，且待测天线的主辐射面朝向底板设置。

机器手臂单元设置在电波暗室中，并包括固定座及活动臂，固定座设置在电波暗室的底板，活动臂从固定座延伸而出且包括夹物臂部，高指向性天线设置在夹物臂部上并被活动臂连动。

控制及量测单元电连接待测天线、高指向性天线及机器手臂单元，并控制机器手臂单元连动高指向性天线在多个预设的量测点之间移动，且预设的量测点皆位于一个预设半径的半球面上，当高指向性天线移动到每一个预设的量测点时，控制及量测单元是通过待测天线及高指向性天线分别收发电磁波去量测待测天线的辐射增益，控制及量测单元还利用这多数个分别对应多数个量测点的辐射增益建构出待测天线的一个半球面辐射场型，并且，半球面所界定出的一个圆形开口是朝向电波暗室的顶板及待测天线，且待测天线、半球面的球心及固定座于底板的法线方向上的投影相重迭。

优选地，电波暗室的顶板包括一个开口，电波暗室更包括一个窗户，这个窗户的内面用以贴附待测天线，当窗户打开时，电波暗室的内外空间通过这个开口连通，而当窗户关上时，顶板的开口被窗户盖住，待测天线的主辐射面是朝向电波暗室的底板。

优选地，活动臂更包括旋转件、第一臂部及第二臂部。旋转件包括旋转端部及关节，旋转端部套接于固定座，旋转件包括相对于固定座旋转0度到360度的功能，且旋转件的轴心线及半球面的球心共同位于底板的法线方向上。第一臂部包括第一关节、第二关节，及连接第一关节及第二关节的臂杆，且第一臂部的第一关节与旋转件的关节相连接，使得第一臂部可以相对旋转件转动。第二臂部包括第一关节、第二关节，及连接第一关节及第二关节的臂杆，且第二臂部的第一关节与第一臂部的第二关节相连接，使得第二臂部可以相对第一臂部转动，夹物臂部与第二臂部的第二关节相连接，使得夹物臂部可以相对第二臂部转动。

优选地，控制及量测单元包括射频讯号产生器、讯号馈入夹具、频谱分析仪及计算机。射频讯号产生器输出预设大小的射频输出讯号。讯号馈入夹具电连接射频讯号产生器以接收射频输出讯号，且包括探针及摄像镜头，摄像镜头朝向探针设置以辅助观测探针的影像，探针用以碰触待测天线以将射频输出讯号传递到待测天线，待测天线接收射频输出讯号并转换成电磁波，高指向性天线接收电磁波并转换成射频接收讯号。频谱分析仪电连接高指向性天线以接收射频接收讯号，并量测射频接收讯号的振幅。计算机电连接频谱分析仪以得到射频接收讯号的振幅，并根据射频接收讯号的振幅、高指向性天线的辐射增益、半球面的半径及讯号馈入夹具的路径损耗共同计算高指向性天线位于量测点时待测天线的辐射增益，并建构待测天线的半球面辐射场型。

优选地，控制及量测单元包括射频讯号产生器、讯号馈入夹具、频谱分析仪及计算机。射频讯号产生器输出预设大小的射频输出讯号，高指向性天线电连接射频讯号产生器以接收射频输出讯号并转换成电磁波，待测天线接收电磁波并转换成射频接收讯号。讯号馈入夹具包括探针及摄像镜头，摄像镜头朝向探针设置以辅助观测探针影像，探针用以碰触待测天线以接收射频接收讯号。频谱分析仪电连接讯号馈入夹具以接收射频接收讯号，并量测射频接收讯号的振幅。计算机电连接频谱分析仪以得到射频接收讯号的振幅，并根据射频接收讯号的振幅、高指向性天线的辐射增益、半球面的半径及讯号馈入夹具的路径损耗共同计算高指向性天线位于量测点时待测天线的辐射增益，并建构待测天线的半球面辐射场型。

本发明天线辐射场型自动量测系统的第二较佳实施例适用于量测待测天线的半球面辐射场型，待测天线包括主辐射面，第二较佳实施例包括电波暗室、反射镜、高指向性天线、机器手臂单元，及控制及量测单元。

电波暗室包括顶板，及相对于顶板的底板，待测天线贴近顶板设置，且待测天线的主辐射面朝向底板设置。

高指向性天线包括主辐射面，高指向性天线的辐射场型的主波束是指向反射镜，高指向性天线与待测天线之间收发的电磁波是入射反射镜并被反射。

机器手臂单元设置在电波暗室中，并包括固定座及活动臂，固定座设置在电波暗室的底板，活动臂从固定座延伸而出且包括夹物臂部，夹物臂部包括第一端及第二端，反射镜设置在夹物臂部的第一端，高指向性天线设置在夹物臂部的第二端。

控制及量测单元电连接待测天线、高指向性天线及机器手臂单元，并控制机器手臂单元连动反射镜在多个预设的量测点之间移动，且这些量测点皆位于同一个预设半径的半球面上，当反射镜移动到每一个预设的量测点时，控制及量测单元是通过待测天线及高指向性天线分别收发电磁波去量测待测天线的单点辐射增益，控制及量测单元还利用这多数个分别对应多数个量测点的辐射增益建构出待测天线的半球面辐射场型，并且，半球面所界定出的一个圆形开口是朝向电波暗室的顶板及待测天线，且待测天线、半球面的球心及固定座于底板的法线方向上的投影相重迭。

优选地，反射镜是平面镜。

优选地，活动臂更包括旋转件、第一臂部及第二臂部。旋转件包括旋转端部及关节，旋转端部套接于固定座，旋转件包括相对于固定座旋转0度到360度的功能，且旋转件的轴心线及半球面的球心共同位于底板的法线方向上。第一臂部包括第一关节、第二关节，及连接第一关节及第二关节的臂杆，且第一臂部的第一关节与旋转件的关节相连接，使得第一臂部可以相对旋转件转动。第二臂部包括第一关节、第二关节，及连接第一关节及第二关节的臂杆，且第二臂部的第一关节与第一臂部的第二关节相连接，使得第二臂部可以相对第一臂部转动，夹物臂部与第二臂部的第二关节相连接，使得夹物臂部可以相对第二臂部转动。

优选地，控制及量测单元包括射频讯号产生器、讯号馈入夹具、频谱分析仪及计算机。射频讯号产生器输出预设大小的射频输出讯号。讯号馈入夹具电连接射频讯号产生器以接收射频输出讯号，且包括探针及摄像镜头，摄像镜头朝向探针设置以辅助观测探针的影像，探针用以碰触待测天线以将射频输出讯号传递到待测天线，待测天线接收射频输出讯号并转换成电磁波发射，反射镜反射部分的电磁波到高指向性天线，高指向性天线接收部分的电磁波并转换成射频接收讯号。频谱分析仪电连接高指向性天线以接收射频接收讯号，并量测射频接收讯号的振幅。计算机电连接频谱分析仪以得到射频接收讯号的振幅，并根据射频接收讯号的振幅、高指向性天线的辐射增益、半球面的半径、高指向性天线到反射镜之间的直线距离，及讯号馈入夹具的路径损耗，共同计算反射镜位于量测点时待测天线的辐射增益，且利用这多数个量测点所在位置的空间信息及辐射增益建构待测天线的半球面辐射场型。

优选地，控制及量测单元包括射频讯号产生器、讯号馈入夹具、频谱分析仪及计算机。射频讯号产生器输出预设大小的射频输出讯号，高指向性天线电连接射频讯号产生器以接收射频输出讯号并转换成电磁波朝反射镜发射，反射镜反射电磁波到待测天线，待测天线接收电磁波并转换成射频接收讯号。讯号馈入夹具包括探针及摄像镜头，摄像镜头朝向探针设置以辅助观测探针影像，探针用以碰触待测天线以接收射频接收讯号。频谱分析仪电连接讯号馈入夹具以接收射频接收讯号，并量测射频接收讯号的振幅。计算机电连接频谱分析仪以得到射频接收讯号的振幅，并根据射频接收讯号的振幅、高指向性天线的辐射增益、半球面的半径、高指向性天线到反射镜之间的直线距离，及讯号馈入夹具的路径损耗，共同计算反射镜位于量测点时待测天线的辐射增益，且利用这多数个量测点所在位置的空间信息及这多数个辐射增益建构待测天线的半球面辐射场型。

本发明之效果在于利用机器手臂单元进行自动化的辐射增益量测，并利用计算机建构出半球面辐射场型，所以可解决传统技术所述的缺点。

附图说明

图1是传统技术的天线量测系统的示意图。

图2是本发明天线辐射场型自动量测系统的第一较佳实施例的示意图。

图3是第一较佳实施例更详细的示意图，说明控制及量测单元的一种实施方式。

图4是第一较佳实施例更详细的另一个示意图，说明控制及量测单元的另一种实施方式。

图5是第二较佳实施例的示意图。

图6是第二较佳实施例的另一个示意图。

具体实施方式

参阅图2，本发明天线辐射场型自动量测系统适用于量测待测天线2的半球面辐射场型，待测天线2包括主辐射面21，本发明的第一较佳实施例包括电波暗室3、高指向性天线4、机器手臂单元5及控制及量测单元6。

电波暗室3的外型大致上呈中空的长方体，其包括顶板31、相对于顶板31的底板32、四片连接顶板31及底板32的侧板33，及窗户34。

顶板31、侧板33及底板32贴有多个用电磁波吸收体35，且顶板31包括一个开口311，开口311大约位于顶板31的几何中心。

窗户34内面用以贴附待测天线2，当窗户34打开时，电波暗室3的内外空间通过开口311连通，而当窗户34关上时，顶板31的开口311被窗户34盖住，此时待测天线2贴近顶板31设置，且主辐射面21是面向电波暗室3的底板32。

高指向性天线4的辐射场型包括一个主波束，高指向性天线4可以是导波管天线﹙waveguideantenna﹚、泄漏波天线﹙leakywaveantenna﹚、喇叭天线﹙hornantenna﹚、数组天线﹙arrayantenna﹚，或其它高指向性特征的天线。

机器手臂单元5设置在电波暗室3中，并包括固定座50及活动臂51。

固定座50设置在电波暗室3的底板32的几何中心。

活动臂51从固定座50延伸而出，且包括旋转件52、第一臂部53、第二臂部54及夹物臂部55。

旋转件52包括旋转端部521及关节522，旋转端部521套接于固定座50，旋转件52包括相对于固定座50旋转0度到360度的功能。

第一臂部53包括第一关节531、第二关节532，及连接第一关节531及第二关节532的臂杆533，且第一臂部53的第一关节531与旋转件52的关节522相连接，使得第一臂部53可以相对旋转件52转动。

第二臂部54包括第一关节541、第二关节542，及连接第一关节541及第二关节532的臂杆543，且第二臂部54的第一关节541与第一臂部53的第二关节532相连接，使得第二臂部54可以相对第一臂部53转动。

夹物臂部55与第二臂部54的第二关节542相连接，使得夹物臂部55可以相对第二臂部54转动。高指向性天线4设置在夹物臂部55上并被活动臂51连动。

控制及量测单元6电连接待测天线2、高指向性天线4及机器手臂单元5，并控制机器手臂单元5连动高指向性天线4在多个预设的量测点之间移动。

这多个预设的量测点皆位于同一个预设半径的半球面上，当高指向性天线4移动到每一个预设的量测点时，控制及量测单元6是通过待测天线2及高指向性天线4分别收发电磁波去量测待测天线2的辐射增益，控制及量测单元6还利用这多数个分别对应这些量测点的辐射增益建构出待测天线2的一个半球面辐射场型，其中，当高指向性天线4停留在量测点时，机器手臂单元5还会转动高指向性天线4的角度，使高指向性天线4的主波束朝向半球面的球心﹙半球面的球心也就是辐射面21的一几何中心﹚，并且，半球面所界定出的一圆形开口是朝向电波暗室3的顶板31及待测天线2，且待测天线2、半球面的球心、旋转件52的轴心线及固定座50于底板32的法线方向﹙z方向﹚上的投影相重迭。

参阅图3，图3是为了说明当待测天线2作为发射天线而高指向性天线4作为接收天线时控制及量测单元6的实施方式。

控制及量测单元6包括射频讯号产生器61、讯号馈入夹具62、频谱分析仪63及计算机64。

射频讯号产生器61输出预设大小的射频输出讯号。

讯号馈入夹具62电连接射频讯号产生器61以接收射频输出讯号，且包括探针621及摄像镜头622，摄像镜头622朝向探针621设置以辅助观测探针621的影像，探针621用以碰触待测天线2以将射频输出讯号传递到待测天线2，待测天线2接收射频输出讯号并转换成电磁波，高指向性天线4接收电磁波并转换成射频接收讯号。

频谱分析仪63电连接高指向性天线4以接收射频接收讯号，并量测射频接收讯号的振幅。在实际应用上，频谱分析仪63也可以用网络分析仪取代。

计算机64电连接频谱分析仪63以接收射频接收讯号的振幅，并根据射频接收讯号的振幅、高指向性天线4的辐射增益、半球面的半径r及讯号馈入夹具62的路径损耗﹙insertionloss﹚共同计算高指向性天线4位于量测点时，待测天线2的辐射增益，且利用这些量测点所在位置的空间信息及辐射增益建构待测天线2的半球面辐射场型。

参阅图4，图4是为了说明当高指向性天线4作为发射天线而待测天线2作为接收天线时，控制及量测单元6的另一种实施方式。

射频讯号产生器61输出预设大小的射频输出讯号。

高指向性天线4电连接射频讯号产生器61以接收射频输出讯号，并将射频输出讯号转换成电磁波，待测天线2接收电磁波并转换成射频接收讯号。

讯号馈入夹具62包括探针621及摄像镜头622。摄像镜头622朝向探针621设置以辅助观测探针621影像，探针621用以碰触待测天线2以接收射频接收讯号。

频谱分析仪63电连接讯号馈入夹具62以接收射频接收讯号，并量测射频接收讯号的振幅。

计算机64电连接频谱分析仪63以得到射频接收讯号的振幅，并根据射频接收讯号的振幅、高指向性天线4的辐射增益、半球面的半径r及讯号馈入夹具62的路径损耗共同计算高指向性天线4位于量测点时待测天线2的辐射增益，且利用这些量测点所在位置的空间信息及辐射增益建构待测天线2的半球面辐射场型。

参阅图5，是本发明的第二较佳实施例，其与第一较佳实施例近似﹙见图2﹚，差异在于第一较佳实施例支持远场或近场的量测方式，第二较佳实施例更支持缩距场的量测方式，因此第二较佳实施例更包括反射镜7。本较佳实施例与该第一较佳实施例近似的部分不再赘述，差异的部分说明如下。

夹物臂部55包括第一端551及第二端552，反射镜7设置在夹物臂部55的第一端551，高指向性天线4设置在夹物臂部55的第二端552。

于本较佳实施例，反射镜7是平面镜，高指向性天线4其辐射场型的主波束是指向反射镜7，当待测天线2作为发射天线而高指向性天线4作为接收天线时，待测天线2发射出的电磁波传播至反射镜7，再被反射镜7反射到高指向性天线4；反之，当高指向性天线4作为发射天线而待测天线2作为接收天线时，高指向性天线4发射出的电磁波传播至反射镜7，再被反射镜7反射到待测天线2接收。相较于第一较佳实施例，第二较佳实施例的电波暗室3的空间要求较小﹙缩距场量测﹚，原因在于第一较佳实施例中的待测天线2与高指向性天线4之间是以直视﹙line-of-sight﹚的方式收发电磁波，但第二较佳实施例是利用反射镜7反射的方式收发电磁波，如此等同延长了传播距离。

控制及量测单元6控制机器手臂单元5连动反射镜7在多个预设的量测点之间移动，且全部的量测点皆位于同一个预设半径的半球面上，当反射镜7移动到每一个预设的量测点时，控制及量测单元6是通过待测天线2及高指向性天线4分别收发电磁波﹙电磁波途中经过反射镜7﹚去量测待测天线2的辐射增益，控制及量测单元6还利用这多个分别对应这些量测点的辐射增益建构出待测天线2的半球面辐射场型。

当待测天线2作为发射天线且高指向性天线4作为接收天线时，待测天线2接收射频输出讯号并转换成电磁波发射，反射镜7反射部分的电磁波到高指向性天线4，高指向性天线4接收部分的电磁波并转换成射频接收讯号，频谱分析仪63电连接高指向性天线4以接收射频接收讯号，并量测射频接收讯号的振幅。计算机64电连接频谱分析仪63以接收射频接收讯号的振幅，并根据射频接收讯号的振幅、高指向性天线4的辐射增益、半球面的半径r、高指向性天线4到反射镜7之间的直线距离l，及讯号馈入夹具62的路径损耗共同计算反射镜7位于该量测点时，待测天线2的辐射增益，且利用所有量测点所在位置的空间信息及辐射增益建构待测天线2的半球面辐射场型。

参阅图6，当高指向性天线4作为发射天线且待测天线2作为接收天线时，高指向性天线4电连接射频讯号产生器61以接收射频输出讯号并转换成电磁波朝反射镜7发射，反射镜7反射电磁波到待测天线2，待测天线2接收电磁波并转换成射频接收讯号。探针621用以碰触待测天线2以接收射频接收讯号。频谱分析仪63电连接讯号馈入夹具62以接收射频接收讯号，并量测射频接收讯号的振幅。计算机64电连接频谱分析仪63以得到射频接收讯号的振幅，并根据射频接收讯号的振幅、高指向性天线4的辐射增益、半球面的半径、高指向性天线4到反射镜7之间的直线距离，及讯号馈入夹具62的路径损耗共同计算反射镜7位于量测点时，待测天线2的辐射增益，且利用这些量测点所在位置的空间信息及辐射增益建构待测天线2的半球面辐射场型。

待测天线2的辐射增益的计算方式补充说明如下:

因为射频讯号产生器61输出的射频输出讯号的功率p1是已知，高指向性天线4也是已知的天线(增益已知)，所以可以计算出高指向性天线4接收射频输出讯号后辐射出的电磁波的功率p2，电磁波行经的路径距离是l+r，且环境是空气，因此可以计算该电磁波到达该待测天线2时的功率p3，另外频谱分析仪63接可以量得射频接收讯号的功率p4，其中功率p4和功率p3的差异就是待测天线2的增益和讯号馈入夹具62的路径损耗(insertionloss)两者造成的，而路径损耗又是已知(可用网络分析仪等工具量得)，因此可以将路径损耗补偿掉，故最终算得到待测天线2的辐射增益g。其中，参数r是半球面的半径，参数l是高指向性天线4到反射镜7之间的直线距离。

此外，由于旋转件52能旋转0度到360度(ψ＝0⁰～3600)，且第一臂部53、第二臂部54及夹物臂部55彼此间可以相对转动(θ＝-900～+900)，所以每一个量测点的空间位置可以用(ψ，θ)表示出来，若再加入待测天线2的辐射增益g，则计算机64根据数据(ψ，θ，g)就可以建构待测天线2的半球面辐射场型。

综上所述，上述较佳实施例包括以下特点∶利用机器手臂单元5对待测天线2进行自动化的辐射增益量测，并利用计算机64建构出待测天线2的半球面辐射场型，进而解决传统技术的缺点。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

附图标记

11：电波暗室

12：高指向性天线

13：旋转基座

14：待测天线

2：待测天线

21：主辐射面

3：电波暗室

4：高指向性天线

5：机器手臂单元

6：控制及量测单元

31：顶板

311：开口

32：底板

33：侧板

34：窗户

35：电磁波吸收体

4：高指向性天线

5：机器手臂单元

50：固定座

51：活动臂

52：旋转件

521：旋转端部

522：关节

53：第一臂部

531：第一关节

532：第二关节

533：臂杆

54：第二臂部

541：第一关节

542：第二关节

543：臂杆

55：夹物臂部

551：第一端

552：第二端

6：控制及量测单元

61：射频讯号产生器

62：讯号馈入夹具

621：探针

622：摄像镜头

63：频谱分析仪

64：计算机

7：反射镜

r：半球面的半径