用于测量电磁场的测量装置和测量方法与流程

本发明涉及一种用于测量电磁场的测量装置。本发明还涉及一种相应的测量方法。

背景技术：

虽然原则上适用于任何无线测试系统，但是在下文中将结合用于无线设备的测试环境来描述本发明及其根本问题。

在现代通信系统中，无线通信设备必须满足多种标准和法律规定。为此目的，在设备的开发或生产期间，需要彻底地测试设备是否符合通信标准和法律规定。

为了执行相应的测试，需要提供适当的测试环境。特别地，测试环境还必须满足预定的要求和标准。

在此背景下，本发明旨在提供一种用于表征测试场景的电磁特性的测量装置和测量方法。

技术实现要素：

本发明通过一种测试装置和一种测试方法实现了该目的。

根据第一方面，提供了一种用于测量电磁场的测量装置。该测量装置包括测量探头、机械探头定位结构和分析设备。测量探头适用于测量电磁信号。测量探头还可以提供与测得的电磁信号对应的测量信号。机械探头定位结构适用于承载测量探头。机械探头定位结构还可以可控地移动测量探头。特别地，机械探头定位结构适用于使测量探头围绕预定轴线进行旋转运动。分析设备适用于确定机械探头定位结构相对于预定参考位置的旋转角度。分析设备还可以适用于基于测量探头在数量为至少两个的不同的旋转角度下测得的测量信号来计算电磁场。

根据另一方面，提供了一种用于测量电磁场的测量方法。该测量方法包括通过探头测量电磁信号并提供与测得的电磁信号对应的测量信号的步骤。该方法还可包括通过机械探头定位结构承载测量探头并且可控地移动测量探头的步骤。特别地，机械探头定位结构可以使测量探头围绕预定轴线进行旋转运动。

如上所述，测量环境(例如，测试室中的静区)的表征对于认证和标准化是重要的。此外，详细了解电磁环境对于表征用于测量设备的电磁特性的测量环境中的电磁场可能是非常重要的。因此，本发明基于的事实是存在对电磁场、特别是测量环境中的电磁场进行多方面的且有效的测量的需求。

因此，本发明的目的是提供一种测量装置和测量方法，以便针对表征电磁特性提供简化的、快速且低成本的电磁场测量。该目的可以通过使用少量测量探头测量电磁信号来实现，所述测量探头可以四处移动，以连续地测量多个不同空间位置处的电磁信号。通过在测量相应信号时与测量探头对应的空间位置相关联地考虑测量信号，可以通过少量测量探头以有效的方式对电磁场进行表征。因此，可以降低测量电磁场的成本。

例如，测量探头可以包括用于接收电磁信号的探头天线或天线系统。特别地，探头天线可以是用于接收在期望频率范围内的射频信号的任何类型的适当天线。特别地，探头天线可以适用于接收具有任意极性的射频信号。此外，还可以使用接收仅具有所需极化强度的射频信号的探头天线。

接收到的电磁信号可以发送到分析设备。为此目的，可以通过有线连接部将测得的电磁信号发送到分析设备。例如，可以使用同轴电缆来将测量探头与分析设备相连接。然而，应该理解的是，用于连接测量探头和分析设备的任何其他有线连接部也是可行的。此外，可以在将信号发送到分析设备之前转换所接收到的电磁信号。例如，测量探头可以将接收到的电磁信号转换为光信号，并通过光纤将转换成的光信号发送到分析设备。以这种方式，可以减少测量环境中的电磁干扰。

机械探头定位结构可以是用于使测量探头四处移动的任何类型的结构。特别地，机械探头定位结构可以使测量探头在圆形轨道处围绕预定轴线四处移动。特别地，预定轴线可以平行于测量探头的测量天线的主轴线。此外，预定轴线也可以垂直于特定平面，例如测量环境的地平面。

机械探头定位结构可包括用于承载测量探头并使测量探头沿球形轨道移动的元件。为此目的，机械探头定位结构可包括用于承载测量探头的适当元件，例如圆盘等。然而，为了减小机械探头定位结构的影响，用于承载测量探头的元件可以具有杆状结构等。特别地，用于承载测量探头的结构可以基于介电材料形成。因此，可以减小机械探头定位结构对射频信号传播的影响。特别地，机械探头定位结构的杆状结构可以垂直于测量探头旋转所围绕的预定轴线。

分析设备基于机械探头定位结构相对于预定参考位置的确定的旋转角度来确定测量探头的空间位置。预定参考位置可以是能够用作用于指定机械探头定位结构的当前取向的基础的任何任意参考位置。此外，分析设备可另外考虑测量探头旋转所围绕的预定轴线与机械探头定位结构上的测量探头之间的距离。基于这些参数，分析设备可以确定测量探头的空间位置。因此，分析设备可以分配所确定的测量探头的空间位置和由测量探头在相应的空间位置处提供的测量信号。通过在不同的空间位置处执行至少两次测量，分析设备可以基于测量探头的测量信号和对应的空间位置来计算电磁场的适当数据。因此，可以获得与通过使测量探头围绕预定轴线在圆形轨道上旋转所覆盖的测量平面中的电磁场有关的信息。

此外，通过修改测量探头和测量探头旋转所围绕的预定轴线之间的距离，可以参考多个圆形轨道和对应的测量信号来计算电磁场。以这种方式，可以获得大量测量值，以精确地确定在垂直于测量探头旋转所围绕的预定轴线的平面上的电磁场。以这种方式，可以通过使用最少数量的测量探头、即特别是通过至少单个测量探头来获得与电磁场有关的信息。

然而，应该理解的是，本发明并不仅限于单个测量探头。此外，还可以使用能够设置在机械探头定位结构处的数量为一个或多个的测量探头。特别地，各个测量探头和测量探头旋转所围绕的轴线之间的距离可以不同。以这种方式，可以同时获得与多个圆形轨道有关的测量信号。因此，可以进一步减少测量电磁场的时间。此外，可以通过将一个或多个测量探头定位在机械探头定位结构上的不同位置处来执行多个连续的测量。换言之，可以通过将一个或多个测量探头定位在机械探头定位结构上的预定位置处来执行第一测量工序，并且依次可以针对数量为一个或者多个的另外的测量工序改变一个或多个测量探头的位置。以这种方式，可以仅通过最少数量的测量探头来覆盖大量空间位置。

本发明的另外的实施方式是参考附图的下列描述和另外的从属保护方案的主题。

在可能的实施方式中，机械探头定位结构可包括用于承载测量探头的杆或辐条。特别地，机械探头定位结构可以具有用于承载测量探头的任何类型的杆状结构或其他纵向结构。通过使用这样的杆状结构、特别是通过使用辐条等来承载测量探头，可以使测量装置对测量装置周围的电磁场的影响最小化。特别地，测量探头旋转所围绕的预定轴线可以垂直于设置有测量探头的杆或辐条的纵向轴线。

例如，机械探头定位结构可以形成为细的辐条或杆。特别地，机械探头定位结构可以由对电磁场仅有很小影响的介电材料构成。

在可能的实施方式中，机械探头定位结构可包括用于接收测量探头的数量为一个或多个的探头保持器。特别地，探头旋转所围绕的预定轴线与探头保持器之间的距离可以不同。以这种方式，随后可以将探头放置在这些探头保持器的其中一个中，并且通过测量圆形轨道上的多个空间位置来执行测量工序。因此，通过随后将测量探头设置在不同的探头保持器处并对与相应的探头保持器相关的每个圆形轨道执行测量工序，可以覆盖大量的空间位置测量电磁信号。

探头保持器可以是用于将测量探头固定在机械探头定位结构上的预定位置处的任何类型的适当装置。例如，探头保持器可以包括用于将测量探头固定在预定位置处的机械装置。然而，应该理解的是，用于将测量探头固定在预定位置处的任何类型的装置都是可行的。例如，测量探头可以通过螺钉、夹具等固定。

在可能的实施方式中，机械探头定位结构可以包括用于使测量探头在垂直于该测量探头旋转所围绕的预定轴线的方向上移动的移动单元。因此，可以自动改变预定轴线和测量探头之间的距离。

用于使测量探头移动的移动单元可以是能够调整预定轴线和测量探头之间的距离的任何类型的适当的移动单元。例如，移动单元可以是纵向驱动单元。特别地，移动单元还可以包括用于报告预定轴线和测量探头之间的距离的传感元件。以这种方式，可以将当前距离报告给分析设备，并且分析设备可以考虑该信息来确定测量探头的空间位置。然而，应该理解的是，用于使测量探头移动的任何其他设备也是可行的。此外，用于确定预定轴线和测量探头之间的距离并因此用于确定测量探头的空间位置的任何其他方案也是可行的。

在可能的实施方式中，测量探头可以适用于测量电磁信号的至少两种不同的极化强度。特别地，测量探头可以适用于将所接收到的电磁信号的极化强度进行区分。因此，可以提供与测量探头接收到的电磁信号的不同的极化强度有关的不同的测量信号。以这种方式，可以进一步考虑所接收到的电磁信号的极化强度来确定电磁场。

可替代地，测量探头也可以仅考虑所接收到的电磁场的振幅，而不考虑所接收到的电磁信号的极化强度。

在可能的实施方式中，测量探头可以适用于仅测量所接收到的电磁信号的单一极化强度。例如，测量探头可以包括仅接收具有预定极化强度的电磁信号的测量天线。可替代地，也可以应用极化滤波器来将电磁信号仅限制为单一极化强度。应当理解的是，用于限制所接收到的电磁信号的极化强度的任何其他方案也是可行的。

此外，可以通过使测量探头围绕预定轴线旋转来执行数量为至少两个的测量工序，其中测量探头的取向被改变，以便根据测量探头在机械探头定位结构上的取向来接收具有不同的极化强度的电磁信号。以这种方式，可以通过随后执行多个测量工序并且调整测量探头的取向接收具有不同的极化强度的电磁信号来考虑不同的极化强度。而且，可以同时使用分离的测量探头来测量不同的极化强度。

在可能的实施方式中，测量探头可以适用于提供与测得的电磁信号对应的光测量信号。例如，测量探头可以包括用于将接收到的电磁信号转换成对应的光信号的转换器。因此，测量探头可以输出光信号，该光信号可以通过光传输介质(例如，光纤等)发送到分析设备。以这种方式，可以进一步减少电磁干扰。

在可能的实施方式中，测量探头可包括功率传感器。特别地，可以通过功率传感器测量电磁信号，功率传感器输出对应于所接收到的电磁信号的振幅的信号。因此，通过在测量探头中应用功率传感器，可以实现非常简单且廉价的电磁信号测量。

在可能的实施方式中，测量探头可包括反射器。反射器可以位于机械探头定位结构的预定位置。此外，反射器可以将进入的电磁信号反射至位于预定位置的测量天线。因此，测量天线可以牢固地安装在机械探头定位结构上，同时反射器可以容易地四处移动，以改变预定轴线和反射器之间的距离。以这种方式，即使可以牢固地安装探头天线和用于接收电磁信号的另外的硬件，也可以容易地改变预定轴线和由反射器的位置指定的电磁信号的接收位置之间的距离。

在可能的实施方式中，机械探头定位结构可包括角度传感器。角度传感器可以适用于提供与机械探头定位结构相对于预定参考位置的旋转角度对应的角度信号。角度传感器可以是能够提供与机械探头定位结构的角位置对应的测量信号的任何类型的传感器。例如，角度传感器可以输出对应于当前角位置的模拟或数字信号。

然而，应当理解的是，用于确定机械探头定位结构和/或测量探头的角位置的任何其他方法也是可行的。例如，还可以应用光传感器、摄像机或用于确定测量探头的位置的任何适当的传感系统。

在可能的实施方式中，机械探头定位结构可包括用于使测量探头围绕预定轴线旋转的驱动单元。例如，驱动单元可包括电动马达等。然而，应当理解的是，用于使机械探头定位结构旋转的任何其他适当的单元也是可行的。以这种方式，可以实现借助于机械探头定位结构进行的测量探头的自动旋转。特别地，驱动单元可以由分析设备控制。以这种方式，分析设备可以容易地获得与测量探头的当前位置有关的信息，并将该位置与接收到的测量信号相互关联。

在可能的实施方式中，测量装置还可以包括信号发生器。信号发生器可以适用于产生测试信号。例如，可以通过适当的天线或天线系统发射所产生的测试信号。特别地，所产生的测试信号可以在测量探头的方向上发射。此外，例如，测量探头和相关联的机械探头定位结构可以相对于所发射的测试信号设置在静区中。

在可能的实施方式中，测量装置可包括测量室。测量室可以至少容纳测量探头和机械探头定位结构。特别地，测量室可包括电波暗室。例如，电波暗室可以包括用于吸收射频信号的辐射吸收材料，以避免不希望的反射。

在可能的实施方式中，机械探头定位结构可以定位在测量室的静区处。以这种方式，测量装置可以测量该静区或测量室的任何其他期望区域中的电磁场，以便表征相应位置处的电磁场。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图进行的下列描述。下文中使用在附图的示意图中指定的示例性实施方式更详细地说明本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的测量装置的实施方式的框图；

图2示出了根据本发明的测量装置的另一种实施方式的框图；

图3示出了根据本发明的测量装置的另一种实施方式的框图；以及

图4示出了根据本发明的测量方法的实施方式的框图。

具体实施方式

附图旨在提供对本发明的实施方式的进一步理解。它们示出了实施方式，并且结合说明书有助于说明本发明的原理和概念。基于附图，其他实施方式和所提到的许多优点变得显而易见。附图中的元件不一定按比例显示。

在附图中，除非另有说明，否则在每种情况下，在功能上等同和操作相同的元件、特征和部件具有相同的附图标记。

图1示出了测量装置100的框图。测量装置100包括测量探头1、机械探头定位结构2和分析设备3。测量探头1接收电磁信号并将与所接收到的电磁信号对应的测量信号发送到分析设备3。例如，测量探头1可以包括探头天线或具有多个探头天线的天线装置。例如，测量探头1可以包括一个或多个探头天线，每个探头天线接收具有预定极化强度的电磁信号。因此，可以为每种极化强度提供独立的测量信号。此外，测量探头1也可以仅接收具有单一预定极化强度的电磁信号。在这种情况下，仅为该预定极化强度提供测量信号。然而，应当理解的是，测量探头1还可以在不考虑电磁信号的极化强度的情况下接收电磁信号。例如，测量探头1可以包括功率分析元件，该功率分析元件提供与接收到的不考虑极化强度的电磁信号对应的输出信号。因此，对于这种情况，测量探头1可以仅提供与测得的电磁信号的振幅对应的输出信号。然而，应该理解的是，对接收到的电磁信号进行的任何其他测量也是可行的。

例如，由测量探头1输出的测量信号可以通过有线连接部被提供给分析设备3。例如，有线连接部可以包括电缆，例如同轴电缆。然而，测量探头和分析设备3之间的任何其他有线连接部也是可行的。此外，测量探头还可以将测量信号转换为光信号并将该光信号发送到分析设备3。例如，可以通过光传输介质(例如，光纤等)将光信号提供给分析设备3。此外，还可以通过无线链路(例如，通过施加可见或不可见光的光链路)将测量信号提供给分析设备3。

尽管在图1中仅示出了单个测量探头1，但是应该理解的是，本发明并不仅限于单个测量探头1。此外，测量装置100也可以包括任何数量的一个或多个测量探头1。例如，测量装置100可以包括用于测量电磁信号的不同极化强度的分离的测量探头1。

一个或多个测量探头1设置在机械探头定位结构2上。为此目的，机械探头定位结构2可包括数量为一个或多个的探头保持器21。每个探头保持器21可适用于接收测量探头1。例如，测量探头1可以通过夹具、螺钉等固定到机械探头定位结构2上。然而，应该理解的是，测量探头1在机械探头定位结构2上的安装不限于这些例子。而且，将测量探头1固定在机械探头定位结构2上的任何可能性都是可行的。

机械探头定位结构2可以围绕预定旋转轴线r旋转。为此目的，机械探头定位结构2可以包括旋转点20。例如，该旋转点20可以包括用于使机械探头定位结构2旋转的铰接件、轴承等。特别地，预定旋转轴线r可以垂直于旋转点20与测量探头1定位在机械探头定位结构2上的位置之间的直线。因此，通过使机械探头定位结构2围绕预定轴线r旋转，测量探头1沿圆形轨道旋转。测量探头1的空间位置可以由角度a来指定，该角度a描述参考线a与参考点20和测量探头1定位在机械探头定位结构2上的位置之间的直线之间的角度。此外，可以基于参考点20和机械探头定位结构2上的测量探头1之间的距离d来指定测量探头1的空间位置。

机械探头定位结构2可以是用于承载和移动数量为一个或多个的测量探头1的任何类型的适当平台。一般而言，机械探头定位结构2可以是可以设置有数量为一个或多个的探头1的板，尤其是盘形板。然而，机械探头定位结构2优选可以具有杆状结构。例如，机械探头定位结构2可以形成为辐条或杆等。特别地，机械探头定位结构2可以至少部分地基于介电材料形成。以这种方式，可以减小机械探头定位结构、并因此减小测量装置100对电磁场的影响。

分析设备3可以基于相对于预定参考位置a的角度a确定测量探头1的当前空间位置。另外，分析设备3还可以考虑参考点20和测量探头1在机械探头定位结构2上的位置之间的距离d。因此，分析设备3可以接收由测量探头1提供的测量信号，并将获得的测量信号与测量探头1的空间位置相互关联。

例如，分析设备3可以包括存储器，以与所确定的测量探头1的空间位置相关联地存储所获得的测量信号。因此，分析设备3可以基于通过测量探头1在测量探头1的数量为至少两个的不同的空间位置处进行测量所获得的测量信号来计算电磁场的特性。例如，可以在预定网格中计算电磁场的特性。例如，可以基于测量探头2提供的测量值来插入值。然而，应当理解的是，用于确定电磁场及其特性的任何其他方案也是可行的。

然而，应该理解的是，更大数量的空间位置和对应的测量信号可以增强所计算的电磁场特性的准确度。特别地，测量探头1对电磁信号进行的测量不限于在参考点20和测量探头1之间仅具有单一距离的特定圆形轨道上的空间位置。此外，可以改变测量探头1在机械探头定位结构2上的位置。例如，机械探头定位结构2可以包括用于接收测量探头1的多个探头保持器21。特别地，参考点20和探头保持器21之间的距离可以是不同的。因此，通过在不同的探头保持器21-i上依次设置测量探头1，可以使测量探头1在不同的圆形轨道处四处移动。以这种方式，可以实现多个不同的空间位置，并且可以获得对应的测量信号。以这种方式，可以仅通过单个测量探头1覆盖大的空间区域。

然而，应该理解的是，也可以同时应用多个测量探头1来测量电磁信号。因此，分析设备3可以从一个或多个任意数量的测量探头1接收测量信号，并确定每个测量探头1的对应的空间位置。因此，甚至可以通过多于一个的测量探头1基于测量数据和对应的空间位置来计算电磁场的特性。

分析设备3可以是任何类型的处理设备。例如，分析设备3可以包括用于从测量探头1接收测量信号的信号输入部。此外，分析设备3还可以包括用于接收与机械探头定位结构2的角度取向对应、特别是与角度a对应的信号的输入部。信号可以作为模拟或数字信号获得。例如，分析设备3可以包括具有对应指令的通用处理器。此外，分析设备3可以包括连接到处理器的接口元件，以从测量探头1和/或另外的传感器接收测量信号并将该信号提供给处理器。例如，这样的接口元件可以包括模拟至数字转换器，其将接收到的信号转换成可以由处理器处理的数字数据。分析设备3可以包括硬件元件，例如处理单元。然而，分析设备3也可以至少部分通过软件实现。特别地，指令可以因此被存储在连接至通用处理器(例如通过存储器总线连接)的存储器中。处理器可以执行加载和执行指令的操作系统。例如，处理器可以是运行加载和执行指令的windows或linux操作系统的英特尔处理器。此外，处理器还可以是测量设备的处理器，例如，其可以运行加载和执行指令的嵌入式操作系统。

例如，分析设备3可以连续地从测量探头1接收测量数据并且与测量探头1的对应的空间位置相关联地存储这些测量数据。在获得测量数据和对应的空间位置之后，分析设备3可以计算考虑到测量数据的映像，并且基于该映像可以计算电磁场的特性。例如，这些特性可以指定电磁信号或电磁波的振幅和/或极化强度。

因此，分析设备3可以提供用于指定通过机械探头定位结构2进行沿圆形轨道的移动的一个或多个测量探头1的运动所覆盖的电磁场的任何类型的适当数据。

图2示出了测量装置100的另外的实施方式的框图。该装置主要对应于已经结合图1描述的装置。因此，图1的对应说明也适用于图2的实施方式。图2的实施方式还包括用于使测量探头1沿机械探头定位结构2移动的移动单元22。特别地，移动单元22使探头1在朝向测量探头1旋转所围绕的预定轴线r/从该预定轴线r开始的方向上移动。换言之，移动单元22使测量探头1移动所沿的方向垂直于预定轴线r。

因此，移动设备22可以使探头1沿杆状的机械探头定位结构2的纵向轴线移动。

为了使机械探头定位结构2沿预定轴线r旋转，可以使用适当的驱动设备25，例如电子马达等。特别地，可以使用步进马达等来精确地控制机械探头定位结构2的旋转。然而，应当理解的是，也可以应用用于使机械探头定位结构旋转的任何其他装置。

此外，可以使用角度传感器31来提供与机械探头定位结构2的旋转位置对应的信号。例如，角度传感器31可以提供与参考位置a和测量探头1之间的角度a对应的模拟或数字信号。然而，应当理解的是，也可以应用任何其他传感器来确定机械探头定位结构2的角位置和/或测量探头1的空间位置。例如，可以使用任何类型的光传感器(例如，摄像机等)来识别测量探头1的空间位置。

图3示出了根据实施方式的测量装置100的另外的实施方式。该实施方式主要对应于前面关于图1和图2描述的实施方式。因此，对应的说明对于根据图3的实施方式也是有效的。从图3中可以看出，具有数量为一个或多个的探头1的机械探头定位结构2可以设置在测量室4中。特别地，测量室4可以包括测量电波暗室。例如，这样的测量电波暗室可以覆盖有辐射吸收材料。此外，一个或多个测量天线5可以设置在测量装置中。例如，测量天线5可以设置在测量室4的侧壁或顶壁上。信号发生器50可以产生提供给测量天线5的测试信号。尽管作为分离的设备示出，但信号发生器50也可以设置在分析设备3内。

测量天线5可以在任意方向上发射测试信号。例如，测量天线5可以在具有测量探头1的机械探头定位结构2的方向上发射测试信号。此外，测量装置还可以包括反射器51，以反射由测量天线5发射的测试信号。因此，通过直接借助于测量天线5发射测试信号或者借助于反射器51反射所发射的测试信号，可以在测量室4内产生预定的电磁场。具有测量探头1的机械探头定位结构2可以用于测量电磁场并确定表征参数，例如电磁场的振幅和/或极化强度。

特别地，具有测量探头1的机械探头定位结构2可以设置在所产生的电磁场的静区处。此外，还可以将具有测量探头1的机械探头定位结构2设置在距离测量室4内的电磁场的静区预定距离处。

为了清楚起见，在下文基于图4的方法的描述中，将保留上文基于图1至图3的测量装置的描述中使用的附图标记。

图4示出了根据实施方式的测量方法的流程图。

测量方法可以测量电磁场，例如测量室的电磁场。测量方法可以包括通过测量探头1测量电磁信号并提供与测得的电磁信号对应的测量信号的步骤(s1)。该方法还可以包括通过机械探头定位结构2承载测量探头1并可控地移动测量探头1的步骤(s2)。特别地，机械探头定位结构2可以执行围绕预定轴线r的旋转运动。此外，该方法可以包括确定机械探头定位结构2相对于预定参考位置a的旋转角度的步骤(s3)。最后，该方法可以基于在数量为至少两个的不同的旋转角度下测得的测量信号来计算电磁场的步骤(s4)。

总之，本发明提供了电磁场的测量。为此目的，测量探头设置在机械探头定位结构上并沿数量为一个或多个的圆形轨道移动。以这种方式，测量探头可以随后被定位在多个不同的空间位置并且可以测量对应的电磁信号。因此，可以通过考虑相对于相关空间位置的测得的电磁信号来确定电磁场的特性。