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微型天线带来量测新挑战 微波混响室应运而生

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天线手持行动装置当红,再加上行动电话的主要应用地区又集中在多干扰的都市地区,不但带动小型天线的发扬,也进而刺激精准量测解决方案的问世,如微波混响室就是一例,其对于具有多天线的产品,可直接测量分集增益与MIMO通讯容量,同时兼具体积小、价格低的优点。电磁干扰与兼容网有更加详细的讲解
根据市调单位顾能(Gartner)预估,2009年全球手机销售量将第三度单年超越十亿支,也间接证实具有小型天线的无线通讯产品市场正在飞速成长。而为了提供更多的无线通讯技术如全球行动通讯系统(GSM)、宽带分码多重接取(WCDMA)、高速封包接取(HSPA)、蓝牙(Bluetooth)与无线局域网络(WLAN)于可携式通讯装置上,各种可携式通讯装置势必都须同时使用大量的小型天线。 电磁干扰与兼容网有更加详细的讲解
若再加上更多的可携式通讯装置开始增加全球卫星定位系统(GPS)、行动电视规格如DVB-H等功能,使用无线通讯的装置范畴亦由行动电话、无线局域网络由器、笔记型计算机领域一路扩展到数字相机、可携式多媒体播放器(PMP)、MP3播放器、无线射频辨识系统(RFID)卷标等。
小型天线软件难仿真 慎选量测方式增效率
小型天线相较于大型天线的不同处之一,在于它们的性能很难用仿真软件精确仿真。其原因在于大型天线通常用在周围不存在影响其功能障碍物的空旷环境;反之,小型天线通常放置于包含吸收性材料、隔离材质或以不同方式影响天线性能的其它材料壳体内。尤有甚者,行动电话中还常设置有数个可能互相干扰的天线。
小型天线最重要的参数是天线效率(Antenna Efficiency)。此数据表明有多少发射功率实际辐射到空间,或者说输向天线的辐射有多少能到达接收机。通过优化来尽可能提高天线效率,就可能直接影响许多重要参数,如覆盖范围、电池寿命及上行和下行连接的位错误率(Bit Error Rate, BER)。对于小型天线来说,这类仿真很难用软件进行。
也因为大多数小型天线必须在多个频道、甚至数个频段具有较高的效率,因此在无线产品的开发及验证期间,就须要进行大量测量工作。若设计人员能运用较快的量测方法来验证产品性能,就有可能进而使其新产品更快于其它公司推向市场,从而增强竞争力。
微波暗室力有未逮
回溯相关演进,微波暗室(Anechoic Chamber)是在二次大战期间为测量雷达天线而发展,此一方法适于测量大型天线,包括雷达天线、微波通讯天线、卫星天线等皆可量测。这类大型天线的共同点在于它们都是用在很少干扰或反射的环境中,亦即可视范围(Line-of-sight, LOS)。基于传统需求,在没有替代方法的情况下,开发小型天线的群体亦使用微波暗室进行测量。
不过,在90年代末期,开始有人思考如何提高微波混响室的精度和速度,以便能够用它来测量小型天线、或具有小型天线的无线终端的天线效率、辐射功率及其接收灵敏度。如当时在Chalmer理工学院天线小组工作的Per-Simon Kildal就发现,由于小型天线或具有小型天线的无线终端(如行动电话)通常用在室内或都市环境等多反射的环境中,因此传统微波暗室测量天线的方法完全不适用。图1是Kildal早期设计微波混响室(Reverberation Chamber)之草图。
图1 Per-Simon Kildal的微波混响室草图
值此同时,某些公司已经开始对具有多天线的终端设备产生兴趣,亦即分集(Diversity)系统或多重输入多重输出终端(MIMO Terminal)。这类设备有可能增加移动宽带系统的频谱效率和数据传输率。在无反射的环境,如微波暗室中,分集或MIMO系统不可能起作用;但在微波混响室中却能很容易、快速的测量出它们的分集增益或MIMO容量。此外,微波混响室的尺寸远小于微波暗室,因此价格也更低廉。
测量天线的传统方法是在微波暗室中进行,亦即没有任何反射,这对通常用于可视范围的大型天线十分适合;但对用于室内或都市这类存在有大量反射环境的小型天线来说,并不合适。多重反射的环境,更符合无线产品于实际环境的使用,如微波混响室就是一例。
微波混响室抬头
微波混响室使用瑞利衰落理论(Rayleigh Fading)来仿真无线产品于实际环境的情形,而微波混响室的规模远小于微波暗室,但其测量速度却远快于微波暗室。
这种新技术之所以吸引越来越多业界的兴趣,在于它的另一个优点--提供对具有多天线产品的分集增益(Diversity Gain)和MIMO通讯容量(Capacity)进行直接测量的可能性。原先的测量方法是实际依循同一环境路线驱车多次,以测量讯号好坏;然而该方法既复杂又不可靠,因此目前多以微波混响室为较佳方案。
微波混响室技术已在通讯业界引发不少话题,诸如HSPA、全球微波存取互通接口(WiMAX)、长程演进计划(Long Term Evolution, LTE)相关业者都陆续开始思考采用微波混响室进行小型多天线系统的特性测量。
事实上,早在30多年前,就有业者开始应用微波混响室,或称搅模室(Mode-Stirred Chamber)来进行电气设备的电磁兼容测量(EMC),用以确定电气设备的辐射量,以免干扰其它电气设备。微波混响室通常是一个具有某种搅模机构、与不同三维尺度的金属盒子,也有人称之为「腔体」。当腔体被一个或数个天线在适当频率激发时,将会产生一定数量的驻波模式。
将被测物放入腔体中,可以确保它所产生的全部辐射都保留在腔体内,再透过使用可动金属板(通常为旋转浆叶),即可改变腔体内驻波模式的边界条件,并保证无论辐射向何方,都可以检测到辐射功率。
用于EMC测量的微波混响室,其测量精度通常不超过3dB的标准差(Standard Deviation, STD)。这样的精准度对EMC测量已经足够,但对测量天线的效率、辐射功率或接收灵敏度而言,仍有所不足。
都市环境干扰多 微波混响室帮助大
谈完了微波暗室与微波混响室的应用差异,接下来则介绍微波混响室的作业原理。一般来说,在运用微波混响室时,大多会将被测量的天线或无线终端放在微波混响室内转台上。待测设备(待测物)的位置选择非常容易,只要保证它距离微波混响室任一壁面至少二分之一波长的距离即可。
第二步则是测量待测物与三个相互正交的壁单极子天线间传输功率或传输系数S12。以下将对天线效率、辐射功率、接收灵敏度、以及分集增益和MIMO的计算作更详细的讲解。
电磁干扰与兼容网有更加详细的讲解

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目前做EMC的可能用混响室比较多,我只参观过清华电力研究所(名字记不清楚了)的混响室,不大,建立几年了
资料我看过一些,主要的指标就是搅拌的均匀度,不过这个指标有几种不同的测试标准
另外,就是搅拌室(混响室)的尺寸小的话,只能测高频的波段
低频段的要求混响室尺寸大,这有个模式的计算公式
如果有人感兴趣,我可以把这些资料翻出来,而且我做过一个介绍混响室的ppt

好贴 把高深的理论写的浅显易懂是不容易的

I like mimo

混响室的应用会受到越来越多的关注的。

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