阅读说明：本技术 环形缩距天线测试装置 () 是由 张道治 于 2019-03-15 设计创作，主要内容包括：一种环形缩距天线测试装置,包含一组环形主反射面,单组或多组辅反射面,及单组或多组讯号馈入器。主反射面为一环形反射面,其凹陷朝向环形中心轴线上。辅反射面几何形状依费马原理之波特性原理求得。如要产生多组分别由不同方向朝向环形中心轴线之平面波,可利用环形反射面上朝向环形中心轴线之不同区块,及其相对应不同讯号馈入器之位置,则其相对应之多组辅反射面几何形状可算出。本发明可在天线测试静区产生多组不同方向之入射平面波,同时供单组或多组天线在不同方向的天线辐射场型量测,且可快速量测二维及三维天线辐射场型。()

环形缩距天线测试装置

技术领域

本发明涉及通过环形的反射面，结合不同多组辅反射面，及多组讯号馈入器，产生多组不同方向入射平面波到测试静区内的装置，供不同位置天线同时间量测天线场型(Radiation pattern)之装置。

背景技术

目前在量测天线的辐射场型时，需将天线置于可接收到类似理想之入射平面波(Plane wave)区域，理想平面波为波前(Wavefront)之电场(Electric field)振幅(Amplitude)大小相同，波前之电场相位(Phase)大小相同的区域，此条件下之区域称为测试静区(Quiet zone)。如要达到理想之平面波，待测天线与发射源距离需无限远及电波传播过程没有多重路径反射(Multiple reflections)，折射(Refraction)，或绕射(Diffraction)等发生，因此平面波视规格需求，波前(Wavefront)之电场(Electricfield)振幅(Amplitude)，及波前之电场相位(Phase)大小，可允许稍微放宽，例如市面上之现有远场微波暗室测试静区规格(如测试静区大小为D，λ为波长，量测距离R为2D²/λ时之波前之电场二次方相位差22.5度，加上电波多重路径反射或绕射等影响)，为电场振幅变动±1分贝(Decibel)，电场相位波纹(ripple)为±6度。如波长越短(频率越高)，为了维持同样测试静区大小D，量测距离R需增加，相对地，微波暗室之空间也需变大。

为了在有限空间下有较大之测试静区，且测试静区大小不受频率影响，现有的天线场型量测装置，主要是采缩距式天线量测场(CATR，Compact Antenna Test Range)装置执行，而现有的缩距式天线量测装置主要可分二种，单一反射面之缩距式天线量测场，及双反射面之缩距式天线量测场。单一反射面之缩距式天线量测场由偏心之部分抛物面为主要反射面，馈源置于抛物面之焦点(Focus)位置上，馈源辐射之球面波经抛物面反射后，就可得平面波，如考虑较佳之天线功率效率(Antenna power efficiency)下，此缩距式天线辐射量测场测试静区小。双反射面之缩距式天线辐射量测场，常见主反射面为偏心之部分抛物面(Paraboloid)为主要反射面，辅反射面几何形状为部分之椭圆面(Ellipsoid)或部分之双曲面(Hyperboloid)，辅反射面之内(或外)焦点(Focus)与抛物面之焦点重叠，馈源置于辅反射面之外(或内)焦点，馈源辐射之球面波经辅反射面反射后，为等效虚拟馈源置于辅反射面之内(或外)焦点辐射之球面波，这球面波经主要反射面反射后为平面波，如考虑相同天线功率效率(Antenna power efficiency)下，双反射面构成之测试静区比单一反射面构成之测试静区大。

要使以上两种缩距式天线量测场测试静区内，平面波之波前电场振幅及电场相位波纹(ripple)变化小，除了反射面表面几何形状失真小外，反射面之边缘需特别处理，反射面之边缘处理，常见为边缘增加多个锯齿型状(Serrated edge)之反射面，或边缘采用往后翻之滚边(Rolled edge)型式，愈多之反射面之边缘处理将增加成本及复杂度。另外，如要多个平面波由不同方向进入测试静区，供测试静区内待测载具上不同位置且不同指向之多个天线辐射场型测试，则须多组缩距式天线量测场之安排，由于主反射面为抛物面，因此增加架设复杂度及空间须求。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种除了低复杂度及节省空间需求外，且在量测场测试静区内有多个不同方向之入射平面波，供载具上不同位置及不同方向之多天线同时间量测各别场型之环形缩距天线测试装置。

本发明环形缩距天线测试装置包含一环形(Torus)的主反射面、至少一几何形状一样(也可不一样)在不同位置之辅反射面、及至少一相对于辅反射面之讯号馈入器。

该主反射面为环形反射面，且面上任何一点皆由两个互相垂直主要曲率构成，之一曲率为一呈圆形线(Circle)的第一曲线之曲率，其曲率半径随第二曲线不同高度之位置而改变，但其曲率中心位置永远在测场测试静区中心位置，另一第二曲线之曲率中心位置在环形内，其形状可为拋物线(Parabola)、双曲线(Hyperbola)、椭圆线(Ellipse)、圆形线(Circle)，及可公式表示之任何曲线等。

该辅反射面之几何形状通过主反射面上之部分反射面积，及相对应之馈源位置决定。由馈源位置辐射之球面波，经辅反射面反射到主反射面，再经主反射面反射成为平面波，朝向测试静区中心位置，依费马原理(Fermat principle)，进行中两波之间相对位置之相位差为等值，及史奈儿定律(Snell’s law)，在反射点位置，入射角度等于反射角度，入射方向、反射方向，及反射点位置之法线为共平面。因此，馈源位置到辅反射面上反射点之距离R，加上辅反射面上反射点到主反射面上相对反射点之距离L，再加上主反射面反射后成为平面波之距离M，则依R+L+M为固定常数，及Snell’s定律，则辅反射面几何形状可算出。

又，本发明的另一目的，即在提供一种除了低复杂度及节省空间需求外，且在量测场测试静区内有多个不同方向之入射平面波，供载具上不同位置及不同方向之多天线同时间量测各别场型之环形缩距天线测试装置。

本发明环形缩距天线测试装置包含一主反射面、至少一讯号馈入器，及至少一辅反射面。

该主反射面呈环形。

该至少一讯号馈入器与该环形的主反射面间隔设置。

该至少一辅反射面的表面几何形状由该主反射面的表面公式及所述讯号馈入器的位置共同定义。

三者相互配合用于产生多个不同方向入射之平面波于一测试静区，供多个天线接收或发射之场型量测之用。

较佳地，该环形的主反射面由两正交之曲线构成，之一曲线的轨迹为圆线，其圆心在该测试静区的一中心轴线上，另一曲线的轨迹为拋物线、双曲线、椭圆线、圆线、及可用公式表示之曲线其中之一。

较佳地，该环形的主反射面由二曲线构成，一第一曲线为圆形曲线，圆心在测试静区中心轴线上。

较佳地，该环形的主反射面的另一第二曲线为拋物线公式。

较佳地，该环形的主反射面的另一第二曲线为双曲线公式。

较佳地，该环形的主反射面的另一第二曲线为椭圆线公式。

较佳地，该环形的主反射面的另一第二曲线为可用公式表示之曲线。

本发明的功效在于：通过该第一曲线围绕该中心轴线形成的该主反射面，及界定出的该辐射空间，及由该主反射面的表面公式与该讯号馈入器的位置共同界定出的该辅反射面，以在该辐射空间中产生在各种方向行进的测量用电磁波，进而可量测到该至少一天线在特定时间点下接收而产生对应的电磁辐射参数，同时根据该主反射面的几何结构特性，减少了须进行边缘处理的区域，且可提升测试静区尺寸因而降低反射面施工难度及制造成本。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是本发明环形缩距天线测试装置的一实施例之俯视图，及产生中间方向平面波之正向图，说明本发明一个环形的主反射面、多个辅反射面，及多个馈源位置之示意图；

图2是一示意图，辅助说明该实施例相关组件的设置位置；

图3是一局部示意图(含主反射面，辅反射面，馈源位置，及测试静区等)，说明该实施例的一辐射空间中相关组件的设置位置及电磁波行进方向；及

图4说明实例之仿真波束成形方向，在测试静区多波束分别有0度，45度，90度，135度，180度，225度，270度，315度等方向之平面波，本例之测试静区内每一波束之平面波振幅维度变动幅度为±0.65分贝。

具体实施方式

参阅图1、图2，本发明环形缩距天线测试装置(Toroidal compact antenna testrange)的一实施例，用于在一测试静区R2，量测多个天线21接收平面电磁波(Planeelectromagnetic wave)后的天线辐射场型(Antenna radiation pattern)参数，包含一环形(Torus)的主反射面(Main reflector)31、至少一讯号馈入器(feed horn)4，及至少一辅反射面(Sub-reflector)51。

需先说明的是，本实施例的讯号馈入器4与辅反射面51的数量可为多个，且每一讯号馈入器4设置位置不同，每一辅反射面51的几何形状可为相同，也可为不同，本实施例以下关于讯号馈入器4与辅反射面51的说明其数量皆为多个。

该环形的主反射面31上任何一点，皆由一为圆形曲线的第一曲线C1，及与该第一曲线C1正交之第二曲线C2构成，该第二曲线C2的态样为圆形曲线，抛物曲线，椭圆曲线，双曲线，及可公式表示之任何曲线，第一曲线C1之一曲率半径L1随第二曲线C2之高度位置而改变，但第一曲线C1之曲率中心永远在测试静区之中心轴线L2上。因此第一曲线C1及第二曲线C2构成之主反射面为环形的主反射面。

再进一步地说明，该主反射面31的实质外观呈现环状围绕，且表面呈弧形，且该主反射面31以环状形式围绕的空间即为被界定出的辐射空间R1，而该第二曲线C2的轨迹满足拋物线公式、椭圆线公式、双曲线公式，圆公式，或可由公式表示之曲线等，在实际设计制造该主反射面31时，由于壳体在第一曲线C1的对称与连续性，未有边缘绕射问题，且该第二曲线C2边缘之电场振幅大小可由讯号馈入器场型及辅反射面决定，因此边缘绕射处理相对简单，使除了施工简单外，该主反射面31也将有较大的测试静区尺寸。更具体地说，该主反射面的面上任何一点皆由两个互相垂直主要曲线构成，其中之一曲线为圆形线(Circle)，其曲率中心位置在测试静区轴线中心上，另一正交曲线可为拋物线(Parabola)、双曲线(Hyperbola)、椭圆线(Ellipse)、圆形线(Circle)，及可公式表示之任何曲线等。

此外，被量测的所述天线21是放置于该辐射空间R1的一测试静区(Quiet zone)R2内，该测试静区R2，在本案例为在此区域内的平面电磁波的振幅变化为1.3分贝、即振幅涟波介于-0.65分贝至0.65分贝间，及相位角度涟波介于-5°至5°间。

所述讯号馈入器4位于该辐射空间R1，并辐射多个与该平面波相关的馈入讯号，其中，S1～S3各为每一讯号馈入器4辐射的馈入讯号的有效辐射区域。

所述辅反射面51的表面公式由该主反射面31的表面公式及该讯号馈入器4的位置共同定义，且所述讯号馈入器4朝所述辅反射面51入射所述馈入球面波讯号时，所述辅反射面51将所述馈入球面波讯号反射至该主反射面31，再经主反射面31反射出行进方向朝中心轴线L2的平面电磁波，用于供被量测的所述天线21接收后产生对应的场型参数，并由接收分析器22量测相关数据。

需再说明的是，所述辅反射面51的表面几何形状是由该主反射面31的表面公式与所述讯号馈入器4的位置搭配几何射线追踪法(Ray tracing)所决定。

此外，本发明也可用环形的主反射面，配合相同(或不相同)之辅反射面及馈入器，达到测试静区内有不同方向之平面波。

再者，本发明还可用环形的主反射面，配合沿固定轨迹机械移动之馈入器及其对应之辅反射面，达到在测试静区有相对方向之平面波，加上支撑待测天线之二维旋转台，可同时测试多天线系统之天线三维辐射场型。

如前所述者，本发明的实施例，除了可快速测试多天线系统之天线二维(Twodimension)场型外，如加上支撑待测天线之转台，也可快速测试多天线系统之天线三维(Three dimension)场型。

参阅图4，为本实施例在实际模拟时，对朝向L2不同方向(45°、90°、135°、180°、215°、270°、315°、360°)的波束成形(beamforming)，由此结果可知，在本实施例的确可在L2各方向形成平面入射波而被待测天线所接收。

综上所述，本发明环形缩距天线测试装置通过环形外观的主反射面所具备的几何结构特性，减少了须进行边缘处理的区域，据此提升测试静区尺寸因而降低反射面施工难度及制造成本。因此确实达成本发明的创作目的。另一方面，也由于主反射面的第一曲线轨迹为圆公式，环形之正交第二曲线轨迹可为拋物线公式、椭圆线公式、双曲线公式，及圆公式，或可公式表示之曲线等，辅反射面几何形状由主反射面之部分面积、及该讯号馈入器位置所决定，如将多个讯号馈入器位置安排为圆形，于环形的主反射面相对位置，界定出该相对之辅反射面几何形状，将在测试静区之中心轴线上具有不同方向入射之平面波，再者，依据以实际参数得到的模拟结果，充分验证多天线在本发明缩距式天线量测装置，各自可同时收到来自不同方向的平面电磁波，供一或多个天线同时量测二维天线辐射场型之用。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。