專利名稱：用于測(cè)量復(fù)雜電磁場(chǎng)的天線陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測(cè)量電磁波場(chǎng)強(qiáng)的天線，特別涉及由具有特殊尺寸、間距和阻抗的多個(gè)天線元件所組成的、有更高性能的天線陣列。
背景技術(shù)：
近些年來，在所謂的藍(lán)牙系統(tǒng)，廣泛出現(xiàn)了用于替代無線通訊系統(tǒng)如移動(dòng)電話、短程微波通訊連接等的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)電纜。然而，隨著它的廣泛應(yīng)用，全世界都越來越多地關(guān)注電磁場(chǎng)輻射對(duì)人類組織的損傷。移動(dòng)電話等無線電子設(shè)備的天線和機(jī)身與人的頭或其他敏感部位的接觸越加緊密，使人們更近距離地暴露于電磁場(chǎng)中。因此，在要求無線通訊系統(tǒng)具有最優(yōu)性能的同時(shí)，還要求人體能最少地暴露于電磁場(chǎng)中。
為了達(dá)到這個(gè)要求，必須在輻射源的近場(chǎng)(near-filed)對(duì)電磁場(chǎng)成分進(jìn)行測(cè)量，例如測(cè)量天線和振蕩器的近場(chǎng)分布特性、評(píng)估電磁干涉發(fā)射、測(cè)量生物電磁仿真的近場(chǎng)強(qiáng)度、測(cè)量微波醫(yī)學(xué)圖像中的散射場(chǎng)，等等。
其主要難點(diǎn)在于，在對(duì)分布于較大面積或通常在1到100個(gè)波長維數(shù)之間的大數(shù)量的復(fù)雜電磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，通常是以一定波長部分進(jìn)行間隔采樣來完成測(cè)量的。對(duì)于這種測(cè)量，在1996年12月17日授權(quán)給Wysome的美國專利5,585,808、2001年2月13日授權(quán)給Mattsson等人的美國專利6,188,365、或2001年10月11日公開的PCT申請(qǐng)WO 01/75460 A1中，都公開了處于試驗(yàn)階段的對(duì)一個(gè)容積的單天線機(jī)械掃描方案，其中需要根據(jù)測(cè)試條件的調(diào)整進(jìn)行長時(shí)間的重復(fù)測(cè)試，本專利中以之作為參考。而且，在一個(gè)容積中使用移動(dòng)的單探測(cè)器來測(cè)量電磁場(chǎng)有其固有的誤差缺陷。
更適宜的方法是采用多維固定天線陣列，它可使測(cè)量時(shí)間有實(shí)質(zhì)性的降低，并有提高測(cè)量準(zhǔn)確性的潛能。
然而，利用固定天線陣列進(jìn)行測(cè)量會(huì)產(chǎn)生單天線系統(tǒng)中所不存在的三個(gè)問題。構(gòu)成天線陣列的偶極振子通常利用高導(dǎo)材料制成，會(huì)在陣列邊緣引起入射電磁波的反射和折射。由于陣列的有限性，會(huì)產(chǎn)生不需要的邊緣效應(yīng)。而且所述反射會(huì)與其他元件交互作用，特別是與輻射源的近場(chǎng)。在場(chǎng)測(cè)量過程中，折射也引起測(cè)量誤差。入射于天線陣列的偶極振子上的電磁波會(huì)在偶極振子中產(chǎn)生電流。所產(chǎn)生的電流又會(huì)引起再輻射，從而產(chǎn)生一個(gè)離散場(chǎng)，最終又在在天線陣列的其他偶極振子中產(chǎn)生電流。
在Clllingnon，G.等人于1982年12月在《微波》第129-130頁發(fā)表的“QuickMicrowave Field Mapping for Large Antennas”一文，以及Previti，J.S.于1989年11月在《EMC測(cè)試》第4-5頁發(fā)表的“ATool to Measure EMI Emission for PrintedCircuit Packs”一文中，都公開了用終接小偶極和環(huán)形天線組成的二維天線陣列來減少測(cè)量時(shí)間的方案，本專利中以之作為參考。然而，其中并沒有描述天線維數(shù)、安裝間距以及負(fù)載的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為了確保陣列的每一個(gè)元件都符合低散布、互相耦合、以及邊沿衍射的條件，需對(duì)每一個(gè)陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于測(cè)量電磁場(chǎng)的固定天線陣列。
本發(fā)明提供一種測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其中包括多個(gè)實(shí)質(zhì)上相同的天線元件，它們的長度小于所述電磁場(chǎng)的波長，且相鄰天線元件之間具有相同的間距，所述間距比所述天線元件的長度約長三倍，每一個(gè)天線元件感應(yīng)一個(gè)預(yù)定位置處的電磁場(chǎng)，并據(jù)此提供一個(gè)信號(hào)，所述信號(hào)可指示出天線元件之間實(shí)質(zhì)上不存在互耦合效應(yīng)時(shí)的近似精確的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。
本發(fā)明還提供另一種測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其中包括多個(gè)實(shí)質(zhì)上相同的天線元件，它們的長度小于所述電磁場(chǎng)的波長，且相鄰天線元件之間具有相同的間距，所述間距比所述天線元件的長度約長三倍，每一個(gè)天線元件感應(yīng)一個(gè)預(yù)定位置處的電磁場(chǎng)，并據(jù)此提供一個(gè)信號(hào)，所述信號(hào)可指示出天線元件之間實(shí)質(zhì)上不存在散射效應(yīng)時(shí)的近似精確的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。
本發(fā)明還提供一種用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線，其中包括用于在預(yù)定位置感應(yīng)電磁場(chǎng)并據(jù)此提供一個(gè)信號(hào)的天線元件的陣列；用于將被所述天線元件陣列所感應(yīng)的電磁場(chǎng)與由傳輸所述信號(hào)的電路系統(tǒng)所發(fā)出的電磁輻射之間充分屏蔽開來的電磁分離層；以及設(shè)置于所述電磁分離層與一個(gè)電磁信號(hào)源之間，用于削弱電磁輻射的吸收器。
另一方面，本發(fā)明提供一種用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，其中包括以下步驟在預(yù)定位置設(shè)置多個(gè)實(shí)質(zhì)上相同的天線元件，它們的長度小于所述電磁場(chǎng)的波長，且相鄰天線元件之間具有相同的間距，所述間距比所述天線元件的長度約長三倍；在每一個(gè)天線元件處測(cè)量一個(gè)電磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)并據(jù)此提供一個(gè)信號(hào)，所述信號(hào)可指示出當(dāng)天線元件之間實(shí)質(zhì)上不存在互耦合效應(yīng)時(shí)的近似精確的電磁場(chǎng)強(qiáng)度；以及，在未進(jìn)行信號(hào)后處理步驟以修正所述天線元件之間的互耦合效應(yīng)的前提下，確定每一預(yù)定位置處的近似精確的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。
本發(fā)明還提供另一種用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，其中包括以下步驟在預(yù)定位置設(shè)置至少一個(gè)天線元件陣列以感應(yīng)所述電磁場(chǎng)強(qiáng)度，并據(jù)此提供一個(gè)信號(hào)；設(shè)置一個(gè)電磁分離層，以將被所述至少一個(gè)天線元件陣列所感應(yīng)的電磁場(chǎng)與由傳輸所述信號(hào)的電路系統(tǒng)所發(fā)出的電磁輻射之間充分屏蔽開來；在所述電磁分離層與一個(gè)電磁場(chǎng)信號(hào)源之間設(shè)置一個(gè)吸收器；以及，在所述至少一個(gè)天線元件處測(cè)量所述電磁場(chǎng)的強(qiáng)度，并據(jù)此提供一個(gè)信號(hào)，所述信號(hào)可指示出在未進(jìn)行信號(hào)后處理步驟以修正因傳輸所述信號(hào)的電路系統(tǒng)所發(fā)出的電磁輻射而引起的測(cè)得場(chǎng)強(qiáng)失真的前提下所確定的近似精確的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。


正面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是本發(fā)明天線陣列幾何示意簡圖；圖2是用于波傳播的單元晶胞的示意圖；圖3是圖2所示單元晶胞中的偶極振子的等效電路示意圖；圖4a至圖4c是圖3所示偶極振子的簡化等效電路示意圖；圖5a至圖5c是根據(jù)單元晶胞對(duì)陣列平面進(jìn)行分區(qū)域的示意圖；圖6是本發(fā)明中天線陣列的一個(gè)示意簡圖；圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中天線陣列的示意圖；圖8是圖7所示天線陣列中的一個(gè)單元晶胞的示意圖；圖9至圖11是圖8所示單元晶胞的等效電路示意圖；圖12是用于聯(lián)接每一個(gè)耦合一個(gè)PWS組件到天線元件終端的等效電路的電路示意圖；
圖13是圖7的天線陣列中前向散射矩陣模型示意圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明在試驗(yàn)設(shè)備與天線陣列之間的波反射示意圖；圖15是圖14中表示反射環(huán)境的散射矩陣示意圖；圖16是用于確定天線陣列分辨率的幾何結(jié)構(gòu)示意圖；圖17是試驗(yàn)設(shè)備和天線陣列的系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)示意圖；圖18是用于處理天線陣列提供的信號(hào)處理網(wǎng)絡(luò)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下文描述了本發(fā)明的一種用于測(cè)量復(fù)雜電磁場(chǎng)的天線陣列，在陣列中采用偶極振子來感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然還可以在天線陣列中采用其他的感應(yīng)元件來測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度，例如環(huán)形線圈。而且，本專利中的天線陣列被描述為3-D偶極天線陣列，本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然可在本專利的基礎(chǔ)上構(gòu)造出線性或平面陣列的樣式。而且，曲面例如圓柱陣列和球體陣列也是可行的。
圖1示出了本發(fā)明的一個(gè)3-D偶極天線陣列100。從圖1中可以看出，該天線陣列100被設(shè)置得可截取入射到此處的一個(gè)平面電磁波102的電場(chǎng)的x-方向成分。偶極振子104是實(shí)質(zhì)上相同的圓柱結(jié)構(gòu)，其長度為2h，直徑為2a。偶極振子104在天線陣列100中按正交方式對(duì)稱排列，各個(gè)偶極振子104之間在x、y、z方向的間距分別為bx、by、bz。
在具有多個(gè)實(shí)質(zhì)相同且對(duì)稱設(shè)置的偶極振子的天線陣列中，可將對(duì)3-D陣列中波傳播的分析簡化為對(duì)單元晶胞(unit cell)的分析，在Oliner，A.A及Malech，R.G.于1966年發(fā)表于紐約Academic Press第2卷中的“Mutual Couplingin Infinite Scanning Antennas”一文中就有這樣的內(nèi)容。單元晶胞106在天線陣列100的容積中延伸，例如在z方向上，如圖2所示，其中還含有偶極振子104的1-D陣列。單元晶胞106被認(rèn)為是帶有“相位壁”的理想波導(dǎo)。單元晶胞106的壁108將單元晶胞106中的每一個(gè)偶極振子104映射為一個(gè)無限平面陣列，以重建天線陣列100中偶極振子的3-D格子。無限平面陣列中偶極振子之間的互耦合可被單元晶胞壁108的存在所調(diào)節(jié)。
在圖2所示的單元晶胞中，包括第一X偶極振子1005和直徑為2a的第二偶極振子1001。陣列容積1009是被單元晶胞的陣列所占據(jù)的空間。平面電磁波102在到達(dá)界面1003之前是在自由介質(zhì)1007中傳播，然后會(huì)通過界面1003，在陣列容積1009中傳播。
而且，可以考慮在天線陣列容積內(nèi)部和外部的任何一點(diǎn)對(duì)復(fù)雜電磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，它等同于多個(gè)平面波通過該點(diǎn)處的一個(gè)疊加。在單元晶胞106中，每一個(gè)波導(dǎo)模式可模擬天線陣列容積內(nèi)部和外部的一個(gè)特定平面波，并通過阻抗Z0(θ，φ)和波長λ0(θ，φ)來表征其特性，這兩個(gè)參數(shù)都是構(gòu)成該種模式之平面波的傳播方向(θ，φ)的函數(shù)。
對(duì)于一個(gè)無限3-D陣列，除了考慮單元晶胞的波傳播是在z方向外，還可假設(shè)同樣的波在x方向上傳播。根據(jù)Brown，J.于1953年5月發(fā)表在ProceedingsIEE，?？?2R，卷100，Pt4.第51-62頁的“Artificial Dielectrics Having RefractiveIndices Less Than Unity”一文，從對(duì)通常3-D介質(zhì)的截?cái)嗖ㄩL的分析可以看出，如果偶極在x、y、z方向的間距相等，即滿足下式，如則這兩種方案是等同的，bx＝by＝bz＝b (1)在這種情況下，沿單元晶胞106的元件之間沒有縱向的交互作用發(fā)生，用于描述單元晶胞的單個(gè)偶極的模型對(duì)于每一個(gè)單元晶胞106中的偶極振子104都是有效的。另外，如果單元晶胞106的偶極振子104在縱向的間距不小于垂直于單元晶胞106的間距，則在模型中還可使用不相等的間距。在這種情況下，模擬偶極仍保持去耦狀態(tài)。
假設(shè)偶極振子104的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其直徑，也就是有，2h≥10(2a) (2)則可基于圖3所示的等效電路1011來模擬每一個(gè)偶極振子。為了模擬偶極終端的電流與單元晶胞106中偶極振子的有效分流電流之間的耦合，可將偶極振子104視為變壓比為1∶n(θ、φ)的變壓器，并用電抗jX(θ、φ)來表明偶極振子104臨近區(qū)域內(nèi)存儲(chǔ)的電磁能。一般說來，變壓比1∶n(θ、φ)和電抗jX(θ、φ)都是傳播方向(θ、φ)的函數(shù)。負(fù)載阻抗ZL模擬出與各個(gè)振子連接的外部設(shè)備，以允許讀取被測(cè)量電場(chǎng)的每一個(gè)采樣值。
假設(shè)被測(cè)量電磁場(chǎng)的波長大于偶極振子104的長度，也就是，λ0≥10(2h) (3)則可獲得準(zhǔn)靜場(chǎng)條件，并可將位于偶極振子周圍的反應(yīng)場(chǎng)限制于圍繞該偶極振子周圍的一個(gè)偶極長度的容積內(nèi)。此處將偶極振子之間的間距選得比偶極的長度大3倍，也就是，b≥6h (4)并將單元晶胞的壁設(shè)置在失真-反應(yīng)場(chǎng)的前部。偶極電抗用于表征存儲(chǔ)于偶極振子附近的能量。對(duì)于相互間隔的壁，該電抗基本上獨(dú)立于單元晶胞壁的特性，也就是平面波的傳播方向。
從圖3所示的等效電路中可以看出，電抗jX(θ、φ)等于晶胞內(nèi)卸載偶極振子的電抗。通過在晶胞內(nèi)并與晶胞壁有一定距離處設(shè)置一個(gè)小圓柱障礙，可獲得近似的分析表達(dá)式。這種偶極振子的極化率將與晶胞壁的特性無關(guān)，并允許使用小障礙理論來確定單元晶胞或其他用1/jX＝j(luò)ωεPe0.e0表示的傳輸線性模型中的電抗值，其中P是具有偶極振子尺寸的卸載圓柱障礙的極化率，e0是所研究的平面波的電場(chǎng)模式函數(shù)。因?yàn)閳D3所示的電抗jX(θ，φ)幾乎與平面波傳播的方向無關(guān)，因此可獲得下式1/jX=4h3jωϵ(3ln(2h/a)-1)b2---(5)]]>在Oliner.A.A和Malech.R.G1996年于發(fā)表于紐約Academic Press第二卷的文章“Mutual Coupling in Infinite Scanning Antennas”中，給出了關(guān)于變壓比1∶n的表達(dá)式，它是入射平面波的傳播方向的函數(shù)。相對(duì)于極小偶極振子陣列的傳播方，變壓比是一個(gè)確定常數(shù)。從上面引用的表達(dá)式中可以看出，對(duì)于較小且有限尺寸的元件，變壓比對(duì)于入射平面波傳播方向的依賴是確定的，且變壓比近似常數(shù)。例如，對(duì)于長度為λ/20、并按三倍間距排列的偶極振子陣列，其變壓比隨傳播方向變化將小于0.2％。
利用Harrington，R.F.1961年發(fā)表于紐約McGraw-Hill的“Time-HarmnoicElelctomagnetic Fields”一文中所提供的靜態(tài)公式，可通過在晶胞的橫平面的面積分及偶極終端的電流Iin得到所述變壓比，其公式為n＝1/Iin∫∫Js.e0ds。其中的電流分布Js可通過與沿著和通過偶極振子的電流對(duì)應(yīng)的正弦曲線及δ函數(shù)來獲得其近似值。沿偶極振子分布的電流與上文公式(1)到(4)中所提到的維數(shù)的晶胞壁的特性無關(guān)。電場(chǎng)模式函數(shù)e0是橫截面坐標(biāo)與入射平面波傳播方向的函數(shù)。變壓比1∶n是通過對(duì)正弦電流分布與沿偶極振子的電流的積分和偶極終端的電流Iin而得到的。對(duì)于較長的偶極，積分會(huì)隨入射平面波的傳播方向而變化，但是當(dāng)偶極振子的末端逼近終端時(shí)，模式函數(shù)的變化將不再重要，積分結(jié)果變成與傳播方向相關(guān)的常數(shù)，在Knittel，G.等人1968年11月發(fā)表于Proc.IEE，卷56，11第1822-1836頁的文章“Element Pattern Nulls inPhased Array and their Relation to Guided Wave”中，以及Brown，J.1953年5月發(fā)表于Proc.IEE，卷102B，第51-62頁的文章“Artificial Dielectrics HavingRefractive Indices Less Than”中，都有這方面的描述。因此，對(duì)于小偶極振子，變壓比與入射平面波的傳播方向無關(guān)，可用如下公式表達(dá)，n=2(2h)πb---(6)]]>在一個(gè)偶極振子方向上的凈電場(chǎng)是由各個(gè)模式在該點(diǎn)的電場(chǎng)成分累加而成。由于偶極模型的參數(shù)都與傳播方向θ、φ無關(guān)，基于小偶極、大間距，偶極振子末端處的RF電壓將與互耦合效應(yīng)無關(guān)，如圖4a的等效電路所示，因此能在該位置上對(duì)凈電場(chǎng)進(jìn)行真實(shí)測(cè)量。如圖4b所示，在每一個(gè)偶極位置穿過單元晶胞的等效分流阻抗ZT變?yōu)閆T=jX+ZLn2---(7)]]>當(dāng)分流阻抗ZT比單元晶胞的阻抗特性Z0大時(shí)，可以在波發(fā)生明顯的散射之前，在入射波的路徑上引入大量的天線陣列平面。
對(duì)于有限的天線陣列容積，每一偶極振子104的作用是不同的，對(duì)大量偶極振子的分析變得非常困難。上述標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)無限天線陣列提供了一個(gè)可忽略的互耦合作用，所以元件邊界和元件周圍之間基本沒有耦合發(fā)生。進(jìn)一步說，從一個(gè)邊界元件發(fā)出的散射幾乎僅僅依賴于電抗和元件的負(fù)載終端。
在第一步驟中，天線陣列的每一個(gè)平面被分成中心區(qū)1019、邊界區(qū)1015和角區(qū)1013，如圖5a所示。對(duì)于每一個(gè)被至少一個(gè)最鄰近的相同元件所包圍的偶極振子，為了進(jìn)行分析(如前所述)，其中心區(qū)1019被假設(shè)為雙重?zé)o限天線陣列平面。對(duì)于邊界區(qū)1015或角區(qū)1013偶極振子，其狀態(tài)被認(rèn)為是在沒有或僅在最臨近處有元件的情況下所確定的。因此，對(duì)如圖5a所示陣列平面的分析被簡化為對(duì)平行運(yùn)行的3種單元晶胞的分析，如圖5b和5c所示。位于邊界1015和角區(qū)1013區(qū)域的單元晶胞被認(rèn)為在無限區(qū)域1021分別具有一個(gè)或二個(gè)壁，以用于阻止其映射到雙重?zé)o限中心區(qū)域。例如，圖5b中所示角區(qū)單元1013的壁反射一個(gè)角區(qū)偶極成為被二個(gè)臨近體所包圍的本體內(nèi)部。因此，邊界1015和角區(qū)1013偶極振子都被半無限單元晶胞所表示，其概念近似于中心1019偶極振子的方式。邊界區(qū)1015或角區(qū)1013偶極振子的特性類似于不對(duì)稱布置的單偶極振子，被放置于等效電路如圖3所示的一個(gè)單元晶胞中?；ヱ詈媳簧衔慕o出的維數(shù)標(biāo)準(zhǔn)所限制。如底邊晶胞1023、角區(qū)晶胞1213、邊界晶胞1015等一些晶胞與入射波1051和圖5c所示的陣列平面1017有關(guān)。
由于單元晶胞的半無限尺寸，入射平面波被1015和中心1013偶極振子散射成無限數(shù)量傳播模式。這相當(dāng)于每個(gè)平面波在邊緣1015和中心1013偶極振子的衍射，使得從每一種單元晶胞在無限陣列容積內(nèi)反射和折射的波處于一種復(fù)雜模式。此時(shí)中心元件也使用同樣方式，通過使用公式(7)所表示的大偶極阻抗ZT，可通過限制偶極電流而防止散射成其他模式。如圖4b所示，通過阻抗ZT周期性分流的單元晶胞，具有如圖4c的等效電路所示與等價(jià)特性阻抗ZR和傳播常數(shù)γR的傳播等同的線性模型。
coshγR=cosγ0+Z02ZTsinhγ0---(8)]]>ZR=Z0tanhγ0/2tanhγR/2---(9)]]>當(dāng)分流電阻ZT相對(duì)于Z0較大時(shí)，公式(8)的第二項(xiàng)變小，波傳播伴隨傳播常數(shù)在自由介質(zhì)1007附近僅發(fā)生微小的散射。上述公式(8)和(9)定向偶極場(chǎng)元件的特性。對(duì)于單極化偶極振子陣列場(chǎng)元件傳播常數(shù)在正交方向上就是自由介質(zhì)的值，這因?yàn)榕紭O振子的反應(yīng)極化在這些方向上可以忽略。
比率ZR/Z0提供天線陣列入射波反射的直接測(cè)量，傳播常數(shù)NγR描述了入射波通過天線陣列N平面時(shí)的衰減和相位移動(dòng)。例如，從自由介質(zhì)值的周期相位移動(dòng)變化小于30度，衰減小于10％，反射能量至少小于入射波能20dBπ/6≥Im(NγR-Nγ0)≥-π/6 (10)ln1.1≥Re(NγR-Nγ0)≥ln0.9(11)20log10ZR/Z0-1ZR/Z0+1≤-20---(12)]]>公式(1)到(12)描述了本發(fā)明天線陣列系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。例如，對(duì)于長1.5cm，直徑0.4mm，間距為4.5cm的偶極振子，其變壓比n是0.2，頻率900Mhz的容抗jX是100 Z0。每一偶極振子使用定向探測(cè)，對(duì)于典型引線光束二極管，依此頻率的偶極負(fù)載電阻為6Z0。250 Z0的分流電阻通過傳播線路時(shí)出現(xiàn)，如公式(7)。使用公式(10)的相移標(biāo)準(zhǔn)，在900Mhz時(shí)，天線陣列容積伴隨低于入射波55dB的天線陣列反射，天線陣列容積的最大值200是可用的。
下文描述了本發(fā)明用于掃描微波近場(chǎng)的平面天線的設(shè)計(jì)。平面陣列或掃描儀被認(rèn)為是有損天線，接受不同方向的平面波傳播。這些波作為聚集平面波頻譜或PWS從試驗(yàn)設(shè)備形成合成輻射。掃描儀的前表面將PWS的外界轉(zhuǎn)變成在多個(gè)端口輸出的測(cè)量電壓。在每一端口輸出的電壓負(fù)載是在不同方向傳播的平面波產(chǎn)生電壓的合成。如果輸出端口值等于需要指定輻射離散波方向的數(shù)值，通過解方程組，得出PWS的值。根據(jù)PWS可以預(yù)定EUT前任何平面中輻射能量和散射場(chǎng)。
參考圖7，本發(fā)明一個(gè)微波近場(chǎng)掃描儀的實(shí)施例300。這里，陣列近似圖6所示，具有不同輸出端口雙極化陣列構(gòu)造，伴有大量半環(huán)形線圈302、304前部的天線元件，附著一個(gè)末端1071到固件后平面316以及通過后平面316通過通路1073，到達(dá)與一個(gè)信號(hào)分析系統(tǒng)連接的輸入傳輸線1075。接收器與設(shè)置的一個(gè)吸收器材料1077一起表示出來?？蛇x擇使用其它天線元件。固件后平面316有效削弱輸出輸入子系統(tǒng)的波泄漏。單元晶胞在實(shí)施例300中，如圖8所示。在點(diǎn)ABCD之間邊緣的每一個(gè)半環(huán)形線圈作為單晶胞中波的過渡到共軸線1081的電流Im。如圖9所示變壓比1∶n的變壓器和固有點(diǎn)抗jX構(gòu)成此過渡。與單元晶胞占有模式結(jié)合的用于線圈BC部分交互作用的比率可用哈令頓靜態(tài)公式n2=(1/Iin2)∫∫Js.e0ds]]>表示，其中Js是BC長度方向的表電流矢量，e0是單元晶胞支配模式矢量，S是包括場(chǎng)BC的單元晶胞橫截面。由于半環(huán)形線圈非常小，其中電流被認(rèn)為是在模型中的常數(shù)，是變壓器比率公式表示為n＝d/b，其中b是單元晶胞正交截面的維數(shù)。因?yàn)榘氕h(huán)形線圈電尺寸小而他們與單元晶胞的距離相對(duì)較大，就可近似的，周長3d的半環(huán)形線圈的電阻為周長2πd，是半徑r的單圓線圈電阻的一半，也就是X≅ωμd{(ln(8d/r)-2)}/2.]]>由于線圈很小，感應(yīng)電場(chǎng)可近似忽略。如果使用磁吸收材料，任何重要內(nèi)在損失以及為線圈磁心的充磁電流被包括于使用分流電阻和越過變壓器模型基礎(chǔ)截面的高感抗自感元件的模型中。
上文所述近似方式，如果晶胞尺寸相對(duì)于探測(cè)的輻射波長小，而且線圈遠(yuǎn)離晶胞壁，則變壓比n和線圈感抗jX實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于傳播方向。上文所述線圈尺寸以及距離的標(biāo)準(zhǔn)也能阻止邊緣反應(yīng)。每一晶胞的負(fù)載線圈引起通過晶胞分流阻抗的變化，因此，吸收器更好是回來維持它與進(jìn)入波匹配。
在900MHz執(zhí)行P-spice仿真，用于半環(huán)形線圈陣列。在3mm距離、突出1mm位置從導(dǎo)電底板進(jìn)入4.5mm厚鐵片。鐵片的前面設(shè)置用于輻射100mw進(jìn)入同一半球波每個(gè)極化的1到2cm光圈。由于非常薄的吸收器而用于每一吸收器傳輸線長的π-等效電路，用材料RLGC參數(shù)和線長的產(chǎn)品中預(yù)定參數(shù)。使用給定鐵的構(gòu)成參數(shù)，構(gòu)成此損失的一系列電阻是目前主要元件。忽略線圈電阻，用于EUT/掃描儀系統(tǒng)的模型使半環(huán)形線圈最靠近光圈，如圖10所示其簡單構(gòu)成和參數(shù)值。半環(huán)形線圈被處理傳輸?shù)阶儔浩鱾魉筒糠值淖酉到y(tǒng)的信號(hào)的50Ω輸入阻抗終結(jié)。圖10所示，全波1101進(jìn)入吸收器表面1102。由于半環(huán)形線圈靠近光圈，半環(huán)形線圈的輸入信號(hào)估值在-14dB，與P-Spice仿真十分吻合。等效電路給出吸收器前部反射率-28dB，也與仿真十分吻合。因?yàn)槠渌氕h(huán)形線圈與EUT輻射入射角升到80度，用于吸收器傳輸線長的模型正常依賴于入射角。而且考慮到可忽略絕緣損失的鐵吸收器，表達(dá)式可演化成吸收器截面的參數(shù)主項(xiàng)R，近似為與角度有關(guān)的常數(shù)。模如圖11所示，在邊緣采集的最小信號(hào)為-54dBm，相對(duì)于從仿真獲得的-51dBm。如圖11所示等效電路提供最差反射率-10dB，與仿真-3dB也一定程度的吻合。上述電路仿真利用一個(gè)通用模型用于在任何方向傳播的單波入射，以及用于天線元件的分別極化。
可選用的，吸收器為多層型，例如復(fù)合鐵Jauman等，使用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造參數(shù)的每個(gè)層。
模型中半環(huán)形線圈電阻大約10Ω，輸出信號(hào)強(qiáng)度有小幅度減小?？蛇x用的，處理子系統(tǒng)的信號(hào)的輸入阻抗包括一些共振半環(huán)形線圈感應(yīng)系數(shù)的電容元件，并增大最大輸出信號(hào)強(qiáng)度到大約14dBm。
因?yàn)榘氕h(huán)形線圈陣列，吸收器/反射體的負(fù)載造成全反射在900MHz從-23dBm到-26dBm。
掃描儀的輸出結(jié)構(gòu)的殘余誤差是因?yàn)樵趻呙鑳x與EUT之間的多層反射、半環(huán)形線圈的不完整位置、陣列邊緣效應(yīng)和處理子系統(tǒng)本地信號(hào)的誤差引起的。
從圖12中可以看出，如果吸收器傳輸線模型和電流測(cè)量技術(shù)的參數(shù)已知，則入射到吸收器前表面的平面波的振幅和相位由半環(huán)形線圈負(fù)載電壓的振幅和相位決定。因此，吸收器/半環(huán)形線圈陣列被選擇視為有損接收天線在每一個(gè)PWS元件上轉(zhuǎn)化PWS，1203是從吸收器的前表面外部在多個(gè)輸入端口進(jìn)入測(cè)量電壓。各輸出端口電壓是平面波各個(gè)方向電壓的線性組合。如果輸出端的值等于用于指定輻射的離散波的方向值，接聯(lián)立方程得出PWS，輻射束內(nèi)測(cè)量值的數(shù)值越大，波的方向越確定，得出結(jié)果也越精確。
因?yàn)镻WS內(nèi)傳播方向和EUT和掃描儀之間的多反射，所以如果在空氣/吸收器交界面1303的全反射不會(huì)發(fā)生，則圖13所示，可以產(chǎn)生掃描儀的前向散射矩陣。吸收器的寬度是由外部和內(nèi)部平坦表面S1和S2決定的，S2與半環(huán)形線圈虛平面S31305一致。前向PWS外部和內(nèi)部S1可分別寫成a0(k)和b1(k)。在平面S2(也是吸收器交界面1303)可寫成b2(k)，其中k是傳播常數(shù)矢量，描述每個(gè)波的傳播方向。前兩個(gè)矢量波的振幅與描述吸收器前表面S1折射的前向散射參數(shù)S01(k)相關(guān)，因此每個(gè)極化表達(dá)式為b1(k)＝s01(k)a0(k)矢量b1(k)和b2(k)是與通過吸收器體內(nèi)的相位變化和衰減有關(guān)，因此b2(k)＝exp(jk.r)b1(k)波幅度b2(k)決定于k，半環(huán)形線圈陣列的依賴響應(yīng)。在有效測(cè)量平面S31301有負(fù)載的半環(huán)形線圈的接收特性參數(shù)S23(k)調(diào)整。使用標(biāo)準(zhǔn)散射矩陣公式入射阻抗Z的輸出波振幅a3(R)由下式給出a3(R)＝∫∫a0(k)s01(k)s23(k)exp(jK.R)/dK其中K和R分別是橫截面Z部分的傳輸常數(shù)矢量k和位置矢量r，利a0(k)s01(k)s23(k)＝1/4π2∫∫a3(R)exp(-jK.R)dR用反付立葉變換得到，其中通過Z矢量電壓得到a3(R)，使用標(biāo)準(zhǔn)S標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)理論。PWS的權(quán)值a0(k)由S01(k)和S23(k)唯一確定，現(xiàn)可得到吸收器/半環(huán)形線圈陣列的和成前向散射參數(shù)。
吸收器一般發(fā)生鏡面反射。每一反射平面波傳播回到EUT平面，依靠散射產(chǎn)生一套散射平面波1403。
因此，可獲得全部散射的PWS，作為從吸收器的每一個(gè)組件平面波的散射平面波的疊加，如圖14所示，吸收器反射入射到EUT1507的PWS1405。如圖15，所述EUT/掃描儀反射的散射矩陣表示包括許多反射情況。如果EUT的反射參數(shù)，子矩陣S0和掃描儀矩陣的全參數(shù)組是確定的，則掃描儀輸出電壓產(chǎn)生在任何特性環(huán)境包括自由空間中測(cè)量EUT輻射。如圖15所示PWS1503在塊之間出現(xiàn)。
由于從這些目標(biāo)返回掃描儀誤差的反射，消除了從外部的吸收器到傳導(dǎo)目標(biāo)超出測(cè)量環(huán)境1407的反射。例如，掃描儀包括在EUT1507和掃描儀1503邊界的靠近自由空間1509邊緣的附帶吸收器材料。因?yàn)楦綆Р牧蠝p弱了平面吸收器邊緣的散射。掃描儀由吸收器的全組件校準(zhǔn)。
在EUT1507和掃描儀1503之間實(shí)際相對(duì)位置的差異，以及他們用于計(jì)算的參考位置的差異會(huì)造成一些誤差。這些誤差會(huì)與在EUT1507和掃描儀1503之間的重要反射的數(shù)據(jù)相混合。
在遠(yuǎn)場(chǎng)出已定點(diǎn)、磁和能量分布外，掃描儀測(cè)量可用來估計(jì)掃描儀的光圈部分包括光圈本身的任意平面的分布。相關(guān)于EUT光圈距離測(cè)量平面的寬大范圍使得掃描儀具有潛在的水平和垂直方向的高分辨率。
掃描儀水平分辨率的估計(jì)可分為以下步驟。參考圖16一個(gè)點(diǎn)輻射體位于14×14cm測(cè)量平面1301的中心前方，以1.4cm的距離。用輻射體1063的水平移動(dòng)ΔR造成每個(gè)測(cè)試位置接收信號(hào)的振幅相位變化。這里分辨率的關(guān)鍵在于只有振幅相位的變化每一個(gè)大于掃描儀50％或更多的測(cè)量位置的振幅相位測(cè)量精度，位移ΔR才可精確描述。本例中的測(cè)量精度為振幅5％、相位3°。由于點(diǎn)輻射體1603的位移為3mm，在所有位置可測(cè)出振幅變化5％，最大路徑長度差異接近ΔR的值，發(fā)生在測(cè)量平面1301邊界1601。中心位置1605的中心元件經(jīng)歷更小的相位變化。相應(yīng)于超出50％平面相位差3°的ΔR的值大約為3mm。如上所述，更大測(cè)量平面1301的范圍伴有更多位置探測(cè)相位差異造成的結(jié)果是更高的分辨率。對(duì)水平和垂直分辨率使用相同的標(biāo)準(zhǔn)適用3mm。
二維納奎斯特采樣定理說明因?yàn)椴〝?shù)限制波的光譜，電和磁場(chǎng)平面內(nèi)有點(diǎn)通過根據(jù)下式而分開的采樣點(diǎn)網(wǎng)格中的可知值重新建立。
Δx＝Δy＝π/kxm＝π/kym其中kxm和kym是橫截面相遇的波的個(gè)數(shù)。
一般說來，在輻射體中衰減波區(qū)域的電磁場(chǎng)的PWS不存在波數(shù)kx和ky的限制，并且采樣的間隔非常小。而且，通過在區(qū)域外定位采樣平面，采樣的間隔可以增加。對(duì)于沒有通過在距離輻射體Nλ的測(cè)量平面中以Δs速度采樣所恢復(fù)的衰減波的最小衰減值αmin的表達(dá)式如下αmin≅54.6N[(λ/2Δs)2-1]1/2dB]]>最小衰減通常的選擇安數(shù)量的順序比掃描儀(28dB)動(dòng)態(tài)范圍大。因?yàn)榫嚯xEUT3cm-0.1λ900MHz-的測(cè)量平面最小衰減280Db，必須的采樣距離為3mm。因?yàn)闇y(cè)量平面1.4cm的距離，采樣間隔衰減為1.4mm。
從近場(chǎng)掃描計(jì)算出得遠(yuǎn)場(chǎng)信息通常至少104方向。這對(duì)應(yīng)于100波數(shù)和x、y每個(gè)方向的測(cè)量采樣值。采樣間隔是關(guān)于到EUT光圈距離的線性函數(shù)。因?yàn)榫郋UT 1.4cm處的14×14cm陣列，就必需有1.4mm的間隔。因?yàn)榫郋UT 3cm處的30×30cm陣列，其間隔就需要增加到3mm。
吸收器最好滿足3個(gè)要求。第一，反射率一般說來要滿足在EUT和掃描儀之間的多個(gè)反射不影響測(cè)量精度。第二，通過吸收器的衰減波應(yīng)該足夠小以至于在測(cè)量平面的輸出端口能產(chǎn)生足夠的信號(hào)強(qiáng)度。第三，吸收器對(duì)PWS組件之間的差異可以容錯(cuò)。也就是，在測(cè)量平面直到入射吸收器的PWS任何一個(gè)唯一確認(rèn)的波組件上保持足夠的振幅和相位信息。
當(dāng)?shù)竭_(dá)半環(huán)形線圈陣列的反射波低于直接接收波20dB或產(chǎn)生的信號(hào)低于最小探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要滿足第一個(gè)要求。這一標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致在由EUT的等級(jí)決定的入射角和頻率情況下正常吸收器規(guī)范-20dB反射率。
小平面光圈的PWS預(yù)期包括朝全波80°方向的組件。寬幅角度的吸收器因?yàn)橛糜跍y(cè)試下一代移動(dòng)電話所使用。一個(gè)80°吸收器也適用于一般意義的掃描儀。因?yàn)橐苿?dòng)電話，掃描儀被用于每一個(gè)波段頻率的操作，因此削減了每一個(gè)掃描儀的頻率帶寬，不過這是有限制的。
對(duì)于一部分EUT，可以使用吸收率小于20dB的吸收材料。參考圖17幾何圖所示，EUT具有EUT體1701和光圈1703。測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)的誤差是由于吸收器1711而產(chǎn)生的波反射引起的，并且由線圈吸收器1707的陣列構(gòu)成的掃描儀附近的其他元件或EUT體1701再次引起反射。1075的實(shí)例所示，所需測(cè)量的是波的直向通路。如果EUT體1701和附近元件不是金屬制成的，則會(huì)發(fā)生多反射波的衰減，(1709所示)。由于使用吸收材料覆蓋于EUT體上，衰減會(huì)增加。
利用平面陣列測(cè)量近半求輻射，測(cè)量平面位于EUT最大距離3cm處。隨著EUT大約1cm延伸的反應(yīng)區(qū)，最大吸收器厚度大約2cm。如果這僅僅引起EUT源振蕩器的微小反應(yīng)，以及在到達(dá)測(cè)量平面前可見波被充分衰減，則也可選用吸收器到達(dá)反應(yīng)區(qū)。
還可選用，使用的半球掃描儀允許使用較厚的吸收層，以及在吸收器利用近似垂直輻射表面的前表面的最大部分減少反射。
參考圖18，固件單層鐵質(zhì)吸收器具有伴有頻率的可忽略變化的電容性和滲透性，傳輸線性理論表明頻率變化以及入射波傳播方向?qū)τ谖掌鞯姆瓷渚哂械刃ё饔谩＠?，從設(shè)計(jì)的中心頻率發(fā)生10％變化會(huì)具有同樣的效果作用于反射率，也就是，關(guān)于正常天線陣列和波的傳播方向之間夾角的余弦值相應(yīng)變化10％。在900MHz和1.9GHz波段內(nèi)，鐵吸收器材料的反射率-20dB相應(yīng)于距離設(shè)計(jì)中心頻率大約±5％到10％的幅度范圍內(nèi)的頻率。相應(yīng)的40°中心角在單設(shè)計(jì)中心，到-20dB頻率的點(diǎn)情況下角度范圍在32°和47°。可選用的，吸收器角度范圍也可利用多層結(jié)構(gòu)，例如鐵和絕緣體的多層結(jié)構(gòu)或鐵和Jauman吸收器材料的多層結(jié)構(gòu)。
通常的應(yīng)用中，掃描儀包括2×104天線元件，距離30cm×30cm的測(cè)量表面3mm。例如，利用2500+312+39+5單極/單刀8擲PIN微波開關(guān)使輸出通道數(shù)量簡化為5。每一個(gè)多路通道通過4開關(guān)構(gòu)成的多路鏈1801其特性是衰減和由于頻率影響而產(chǎn)生周期移動(dòng)。每一個(gè)開關(guān)的插接損失一般是0.7到0.8dB。在開關(guān)輸入端口和輸出端口返回10dB或更多損失，絕緣損失通常為30dB。
以上所述，每個(gè)天線陣列元件最小輸入強(qiáng)度-52dBm?？紤]復(fù)合電路的損失，最小信號(hào)結(jié)果為-55dBm。為了獲得推薦標(biāo)準(zhǔn)的用于高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換-31dBm，用到一個(gè)24dB增值的放大鏈1803。最小測(cè)量信號(hào)-55dBm最好在LNA的操作范圍內(nèi)，LNA可以處理伴隨增值在13到17dB的-75dBm信號(hào)。
當(dāng)使用半球天線陣列時(shí)，可以獲得最小信號(hào)輸出強(qiáng)度，該強(qiáng)度對(duì)于利用A/D轉(zhuǎn)換器的高分辨率A/D轉(zhuǎn)化足夠大，省略放大步驟。
從每一個(gè)放大器鏈輸出的信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換器1805中轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過輸出端口1807輸出到處理信號(hào)的處理器。選用的，RF輸出信號(hào)提供給RF輸出端口利用波譜分析器進(jìn)行分析。
平面掃描儀是通過利用從理想波陣面獲得的波陣面振幅和香味的最小值和已知偏差值的平面波在所有陣列位置實(shí)現(xiàn)測(cè)量來校準(zhǔn)的。例如，這種參考波陣面是利用吸收器/半環(huán)形線圈陣列伴有僅一個(gè)半環(huán)形線圈通過所有陣列元件的位置。以一定頻率影響的在PWS預(yù)定范圍中，掃描儀實(shí)現(xiàn)入射和進(jìn)入波之間的不同角度的校準(zhǔn)。
一個(gè)半球或圓柱掃描儀通過在已知波陣面振幅和相位的主半球或柱體波中的所有陣列位置實(shí)現(xiàn)測(cè)量來校準(zhǔn)的。例如，這種參考場(chǎng)利用在寬大范圍地電位面內(nèi)小波導(dǎo)饋入口槽而產(chǎn)生以及通過單半環(huán)形線圈或可替代的已調(diào)整的散射體技術(shù)來測(cè)量。
在與多反射校驗(yàn)中因?yàn)樗腥肷洳ń嵌扔绊懯峭ㄟ^從該波測(cè)量的所有PWS中去除入射的已知波來獲得的。
本發(fā)明的其他大量實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在未脫離權(quán)利要求所述本發(fā)明宗旨和范圍的情況下是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其特征在于，包括多個(gè)實(shí)質(zhì)上相同的天線元件，它們的長度小于所述電磁場(chǎng)的波長，且相鄰天線元件之間具有相同的間距，所述間距比所述天線元件的長度約長三倍，每一個(gè)天線元件感應(yīng)一個(gè)預(yù)定位置處的電磁場(chǎng)，并據(jù)此提供一個(gè)信號(hào)，所述信號(hào)可指示出天線元件之間實(shí)質(zhì)上不存在互耦合效應(yīng)時(shí)的近似精確的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其特征在于，每一個(gè)天線元件具有足夠大的阻抗，以通過限制所述每一個(gè)天線元件中的電流來充分地減弱散射效應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其特征在于，每一個(gè)天線元件的電抗近似地獨(dú)立于在此處入射的平面波的傳播方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其特征在于，每一個(gè)天線元件的變壓比近似地獨(dú)立于在此處入射的平面波的傳播方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其特征在于，用于接收相同極化方向之電磁輻射的多個(gè)天線元件被設(shè)置得具有大致相同的方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其特征在于，所述天線元件是偶極子。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其特征在于，所述天線元件是環(huán)形線圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其特征在于，所述天線元件是半環(huán)形線圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其特征在于，還包括一個(gè)設(shè)置在所述天線元件后面的地電位面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其特征在于，還包括一個(gè)設(shè)置在所述地電位面與電磁信號(hào)源之間的吸收器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其特征在于，所述吸收器至少部分地設(shè)置于所述各個(gè)天線元件與一個(gè)電磁信號(hào)源之間。
12.一種用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線陣列，其特征在于，包括多個(gè)實(shí)質(zhì)上相同的天線元件，它們的長度小于所述電磁場(chǎng)的波長，且相鄰天線元件之間具有相同的間距，所述間距比所述天線元件的長度約長三倍，每一個(gè)天線元件感應(yīng)一個(gè)預(yù)定位置處的電磁場(chǎng)，并據(jù)此提供一個(gè)信號(hào)，所述信號(hào)可指示出天線元件之間實(shí)質(zhì)上不存在散射效應(yīng)時(shí)的近似精確的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。
13.一種用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線，其特征在于，包括用于在預(yù)定位置感應(yīng)電磁場(chǎng)并據(jù)此提供一個(gè)信號(hào)的天線元件的陣列；用于將被所述天線元件陣列所感應(yīng)的電磁場(chǎng)與由傳輸所述信號(hào)的電路系統(tǒng)所發(fā)出的電磁輻射之間充分屏蔽開來的電磁分離層；設(shè)置于所述電磁分離層與一個(gè)電磁信號(hào)源之間，用于限制電磁輻射之反射的吸收器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線，其特征在于，所述陣列中包括至少一個(gè)平面陣列，所述電磁分離層包括至少一個(gè)方向平行于所述至少一個(gè)平面陣列的平面層。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線，其特征在于，所述陣列中包括一個(gè)半球陣列，所述電磁分離層包括一個(gè)方向平行于相鄰的所述半球陣列的半球?qū)印?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線，其特征在于，所述電磁分離層包括一個(gè)地電位面。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線，其特征在于，所述地電位面包括至少一個(gè)用于傳輸由所述陣列提供的信號(hào)的通道。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線，其特征在于，所述天線元件陣列的至少一個(gè)天線元件中包含有半環(huán)形線圈。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線，其特征在于，所述天線元件陣列中的至少一個(gè)天線元件的第一端連接到所述地電位面。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線，其特征在于，所述電磁分離層與所述吸收器相鄰。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線，其特征在于，所述天線元件陣列中的至少一個(gè)天線元件設(shè)置在所述吸收器內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線，其特征在于，所述吸收器包括一個(gè)電介質(zhì)吸收器。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于測(cè)量電磁場(chǎng)的天線，其特征在于，所述吸收器中包括磁吸收材料。
24.一種用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，其特征在于，包括以下步驟在預(yù)定位置設(shè)置多個(gè)實(shí)質(zhì)上相同的天線元件，它們的長度小于所述電磁場(chǎng)的波長，且相鄰天線元件之間具有相同的間距，所述間距比所述天線元件的長度約長三倍；在每一個(gè)天線元件處測(cè)量一個(gè)電磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)并據(jù)此提供一個(gè)信號(hào)，所述信號(hào)可指示出當(dāng)天線元件之間實(shí)質(zhì)上不存在互耦合效應(yīng)時(shí)的近似精確的電磁場(chǎng)強(qiáng)度；以及，在未進(jìn)行信號(hào)后處理步驟以修正所述天線元件之間的互耦合效應(yīng)的前提下，確定每一預(yù)定位置處的近似精確的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，其特征在于，還包括從所述信號(hào)中確定一個(gè)平面波頻譜的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述信號(hào)的數(shù)量約等于用于近似地指定所述電磁場(chǎng)的散射波的方向數(shù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述平面波頻譜是通過解一組聯(lián)立方程來確定的。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述平面波頻譜是利用一個(gè)前向散射方法來確定的。
29.一種用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，其特征在于，包括以下步驟在預(yù)定位置設(shè)置至少一個(gè)天線元件陣列以感應(yīng)所述電磁場(chǎng)強(qiáng)度，并據(jù)此提供一個(gè)信號(hào)；設(shè)置一個(gè)電磁分離層，以將被所述至少一個(gè)天線元件陣列所感應(yīng)的電磁場(chǎng)與由傳輸所述信號(hào)的電路系統(tǒng)所發(fā)出的電磁輻射之間充分屏蔽開來；在所述電磁分離層與一個(gè)電磁場(chǎng)信號(hào)源之間設(shè)置一個(gè)吸收器；以及，在所述至少一個(gè)天線元件處測(cè)量所述電磁場(chǎng)的強(qiáng)度，并據(jù)此提供一個(gè)信號(hào)，所述信號(hào)可指示出在未進(jìn)行信號(hào)后處理步驟以修正因傳輸所述信號(hào)的電路系統(tǒng)所發(fā)出的電磁輻射而引起的測(cè)得場(chǎng)強(qiáng)失真的前提下所確定的近似精確的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，還包括通過測(cè)量一個(gè)波陣面與理想波陣面之間的最小且已知的振幅及相位偏差以進(jìn)行校準(zhǔn)的步驟。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述校準(zhǔn)是在與所述電磁場(chǎng)有關(guān)的頻率點(diǎn)處的一個(gè)預(yù)期的平面波波譜范圍內(nèi)、針對(duì)入射波的不同入射角度來執(zhí)行的。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述預(yù)定位置處于一個(gè)小于所述信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的一個(gè)波長的距離位置處。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，其特征在于，還包括在所述信號(hào)源的遠(yuǎn)場(chǎng)中確定電、磁和能量分布的步驟。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，其特征在于，還包括在所述信號(hào)源與預(yù)定位置之間的近場(chǎng)中確定電、磁和能量分布的步驟。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述用于測(cè)量由一個(gè)信號(hào)源所發(fā)出的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度的方法，其特征在于，包括在所述信號(hào)源的光圈中確定電、磁和能量分布的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測(cè)量電磁場(chǎng)的方法和裝置。在裝置方面，本發(fā)明提供了一個(gè)由多個(gè)實(shí)質(zhì)上相同的天線元件組成的陣列，這些天線元件的長度小于所述電磁場(chǎng)的波長并按等間距排列。所述間距比所述天線元件的長度約長三倍。每一個(gè)天線元件感應(yīng)一個(gè)預(yù)定位置處的電磁場(chǎng)并據(jù)此提供一個(gè)信號(hào)。通過提供符合本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)的天線元件，可天線元件之間不存在明顯的互耦合效應(yīng)和散射效應(yīng)的情況下，測(cè)得精確的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G01R29/08GK1618023SQ03802317
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2003年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月18日
發(fā)明者艾德里安·奧爾登, 彼得·布倫, 張明 申請(qǐng)人:加拿大工業(yè)部