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专利名称：电磁信号感测系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种电磁信号感测系统，特别是关于一种可避免干扰一待测电磁信号的电磁信号感测系统。
背景技术：
无线通讯是以天线发射/接收电磁信号，因而如何使天线的发射电磁场型符合规格的要求是提升天线品质的重要课题。再者，无线通讯产品所发射的电磁波强度必须低于国际安全标准的能量吸收率(Specific AbsorptionRate，SAR)规范值才能上市，因此SAR的量测技术对开发手机而言也是相当重要的。目前已经有许多量测电磁波的技术，其中之一是利用调制散射振子来量测电磁场的分布。
美国专利US 4,552,151及US 5,430,369揭示一种调制散射振子阵列技术，其利用电方式调制散射振子内部的二极管并搭配快速扫描来量测电磁场。上述专利揭示的技术是经由电线传送用以偏压散射振子内部的二极管的电压。然而，传导调制信号的电线会辐射出些许电磁波干扰待测电磁信号。简言之，现有技艺使用电线传送调制信号并以电方式偏压散射振子内部的二极管，因而影响电磁信号的量测准确度。

发明内容
本发明的主要目的是提供一种可避免干扰一待测电磁信号的电磁信号感测系统。
为达到本发明的目的，本发明揭示了一种电磁信号感测系统，其包含一用以产生一电调制信号的调制电路、一电气连接于该调制电路的激光光源、一耦合于该激光光源的光调制散射组件、一接收天线、一电气连接于该接收天线的同步检测电路以及一电气连接于该同步检测电路的信号处理电路。
该光调制散射振组件包含一基板、一设置于该基板下表面的散射天线、一连接该散射天线的光开关以及一用以传送该光调制信号的光波导。该散射天线包含设置于该基板下表面的一第一导线段及一第二导线段。该光波导的一端是对准该光开关，而另一端则耦合于该激光光源以将该光调制信号传送至该光开关。该光开关根据该光调制信号导通该第一导线段及该第二导线段以形成一个较长的金属散射体，进而增强该光调制散射组件所发出的散射信号。
该激光光源根据该电调制信号产生一光调制信号，而该光调制散射组件则可根据该光调制信号将一电磁信号转换成一调制散射波信号。该调制散射波信号经该接收天线接收后传送至该同步检测电路，该同步检测电路再由该调制散射波信号及该电调制信号产生具有90度相位差的一第一相位信号及一第二相位信号。该信号处理电路则根据该第一相位信号及该第二相位信号计算该电磁信号的振幅及相位。
相较于现有技术中使用电信号调制散射振子，本发明的电磁信号感测系统中的光调制散射组件是以一光信号调制而不会干扰待测电磁信号。本发明藉由改变散射天线的散射截面以产生散射波，并通过同步检测技术将散射波从电磁场背景噪声中撷取出来，可测得散射振子所在地的电磁场。再者，藉由地址产生器及解复用器切换控制多个散射天线，并搭配使用光调制散射组件，则本发明的电磁信号感测系统就可测得光调制散射组件所在地的电磁场分布。


图1显示本发明第一实施例的电磁信号感测系统；图2显示本发明第二实施例的电磁信号感测系统；图3显示本发明第一实施例的光调制散射组件；图4是本发明的光开关的示意图；图5显示本发明第二实施例的光调制散射组件；图6显示本发明第三实施例的光调制散射组件；图7显示本发明第四实施例的光调制散射组件；图8显示本发明第五实施例的光调制散射组件；图9显示本发明第六实施例的光调制散射组件；图10显示本发明第三实施例的电磁信号感测系统；图11显示本发明第七实施例的光调制散射组件；图12显示本发明第八实施例的光调制散射组件；图13显示本发明第九实施例的光调制散射组件；图14显示本发明第十实施例的光调制散射组件；图15显示本发明第十一实施例的光调制散射组件。
符号说明10光调制散射振子 12基板20天线 22第一导线段24第二导线段30光开关31a本质砷化镓基板 31b 高掺杂砷化镓基板32第一电极 34第二电极40光波导42套管50光调制散射组件 52基板54开口 70光调制散射组件
80光调制散射组件 90光调制散射组件100电磁信号感测系统102调制电路104激光光源106接收天线108同步检测电路110信号处理电路120电磁信号感测系统122信号源124发射/接收天线 130循环器132第一埠 134第二埠136第三埠 140电磁信号感测系统142地址产生器 144解复用器150光调制散射组件 160环形天线162自由末端164自由末端200光调制散射组件 202基板210光调制散射组件 212基板214上表面 216下表面310光调制散射组件 312本体314表面316表面318表面320光调制散射组件330光调制散射组件具体实施方式
图1显示本发明第一实施例的电磁信号感测系统100。如图1所示，该电磁信号感测系统100包含一用以产生一电调制信号的调制电路102、一电气连接于该调制电路102的激光光源104、一耦合于该激光光源104的光调制散射组件10、一接收天线106、一电气连接于该接收天线106的同步检测电路108以及一电气连接于该同步检测电路108的信号处理电路110。
该激光光源104根据该电调制信号产生一光调制信号，而该光调制散射组件10则可根据该光调制信号将一电磁信号转换成一调制散射波信号。该调制散射波信号经该接收天线106接收后传送至该同步检测电路108，该同步检测电路108再从该调制散射波信号及该电调制信号产生具有90度相位差的一第一相位信号I及一第二相位信号Q。该第一相位信号I与该电调制信号是同相位，而该第二相位信号Q则与该电调制信号具有90度的相位差。该信号处理电路110则根据该第一相位信号及该第二相位信号计算该电磁信号的振幅及相位。
图2显示本发明第二实施例的电磁信号感测系统120。如图2所示，该电磁信号感测系统120包含一可产生一测试信号的信号源122、一电气连接于该信号源122的循环器130、一电气连接于该循环器130的发射/接收天线124、一用以产生一电调制信号的调制电路102、一电气连接于该调制电路102的激光光源104、一耦合于该激光光源104的光调制散射组件10、一电气连接于该循环器130的同步检测电路108以及一电气连接于该同步检测电路108的信号处理电路110。
该循环器130包含一第一埠132、一第二埠134及一第三埠136，而该测试信号是经由该第一埠132输入该循环器130并经由该第二埠134输出。该发射/接收天线124是电气连接于该循环器130的第二埠134，且根据该测试信号发射一电磁信号。该电磁信号先经由该光调制散射组件10转换成一调制散射波信号，再由该发射/接收天线124接收。该同步检测电路108是电气连接于该循环器130的第三埠136，且该调制散射波信号经该发射/接收天线124接收后由该第二埠134输入该循环器130，再经由该第三埠136传送至该同步检测电路108。
图3显示本发明第一实施例的光调制散射组件10，其是光调制散射振子。如图3所示，该光调制散射组件10包含一基板12、一设置于该基板12下表面的散射天线20、一连接该散射天线20的光开关30、一用以传送该光调制信号的光波导40以及一用以将该光波导40固定于该基板12上表面的套管42。该散射天线20包含设置于该基板12下表面的一第一导线段22及一第二导线段24。该光波导40的一端是对准该光开关30，而另一端则耦合于该激光光源104(未显示于图3中)以将该光调制信号传送至该光开关30。
图4是本发明的光开关30的示意图。如图4所示，该光开关30包含一本质砷化镓基板31a、一高掺杂砷化镓基板31b、一设置于该高掺杂砷化镓基板31b上的第一电极32及第二电极34。该第一电极32及该第二电极34是分别连接该第一导线段22及该第二导线段24。该第一电极32与该第二电极34是呈指叉交错的方式排列，而该光波导40是对准该光开关30呈指叉交错的区域。此外，该高掺杂砷化镓基板31b可为P型或N型，且其与该第一电极32及该第二电极34是呈欧姆接触。
当具有适当能量的光束照射在该光开关30呈指叉交错状排列的区域时，将产生电子-电洞对使得该光开关30的第一电极32及第二电极34间的电阻降低，甚至导通该第一电极32及该第二电极34，进而使得该第一导线段22及该第二导线段24耦合变成一个较长的金属散射体。如此，即可增加整体的散射截面，以增强该光调制散射组件10所发出的散射波信号，而此一增强的散射波信号是与该光调制散射组件10所在地的电磁场成正比(如图1所示的电磁信号感测系统100)或平方比(如图2所示的电磁信号感测系统120)。
图5显示本发明第二实施例的的光调制散射组件150。相较于图3的光调制散射组件10，图5的光调制散射组件150是采用一具有二自由末端162、164的环形天线160。当该光开关30电气导通该自由末端162、164时，该环形天线160可用以散射一待测磁场。
图6显示本发明第三实施例的光调制散射组件200，其是一双极化光调制散射振子。如图6所示，该光调制散射组件200包含一基板202、二以彼此正交方式设置在该基板202上的天线20、二分别电气连接于该二天线20的光开关30以及二用以分别传送一光信号至该二光开关30的光波导40。该天线20包含一第一导线段22及一第二导线段24，且该光开关30电气连接该第一导线段22及该第二导线段24。
图7显示本发明第四实施例的光调制散射组件210，其是一双极化光调制散射振子。如图7所示，该光调制散射组件210包含一具有一上表面214及一下表面216的基板212、二分别设置在该上表面214及该下表面216的光调制散射振子10。该光调制散射振子10包含一基板12、一设置在该基板12上的天线20、一电气连接在该天线20的光开关30以及一用以传送一光信号至该光开关30的光波导40。该天线20包含一第一导线段22及一第二导线段24，且该光开关30电气连接该第一导线段22及该第二导线段24，且二光调制散射振子10的天线20是彼此正交。
图8显示本发明第五实施例的光调制散射组件310，其是一三极化光调制散射振子。如图8所示，该光调制散射组件310包含一本体312以及三个分别设置在该本体312表面的光调制散射振子10。较佳地，该本体312具有三个彼此正交的表面314、316及318的立方体。该天线20包含一第一导线段22及一第二导线段24，且该三个光调制振子10的天线20是彼此正交。为清晰起见，仅标识各光调制散射振子10的天线20。
图9为本发明第六实施例的光调制散射组件320，其是一三极化光调制散射振子。与图8的光调制散射组件310相比较，图9的三极化光调制散射组件320是采用图5所示的光调制散射振子150(即采用具有二自由末端162、164的环形天线160)。当该光开关30(未显示于图中)导通该自由末端162、164时，该环形天线160可用以散射一待测磁场。为清晰起见，仅标识各光调制散射振子150的环形天线160。
图10显示本发明第三实施例的电磁信号感测系统140。相较于图1的电磁信号感测系统100，图10的电磁信号感测系统140另包含一地址产生器142及一解复用器(demultiplexer)144。此外，该电磁信号感测系统140是使用一以阵列方式设置的光调制散射组件50及多个激光光源104，以感测一电磁信号的分布。该地址产生器142可产生一地址信号(代表某一激光光源104)，该解复用器144则根据该地址信号致能该地址信号所代表的激光光源104以产生该光调制信号，进而调制连接于该激光光源104的光调制振子10以产生该调制散射波信号。该调制散射波信号经由该接收天线106接收后，再传送至该同步检测电路108及该信号处理电路110。藉由该地址产生器142及该解复用器144切换控制该多个散射天线20，该电磁信号感测系统140可测得该光调制散射组件50所在地的电磁场分布。
图11显示本发明第七实施例的光调制散射组件50，其是一光调制散射振子阵列。如图11所示，该光调制散射组件50光调制散射振子阵列50包含一基板52、多个设置在该基板52上的开口54以及多个如图3所示的光调制散射振子10。该开口54的直径以略大在该套管42的直径为佳，以便该套管42固设于该开口54中。该多个光调制散射振子10形成一维阵列，且该多个天线20是以单极化阵列方式排列，可用以测量一待测电磁信号的一维分布。该光波导40是经由该开口14将该光调制信号传送至该光开关30。
图12显示本发明第八实施例的光调制散射组件70，其是一双极化光调制散射振子阵列，其中为清晰起见，仅标识各光调制散射振子10的天线20，而未显示对应的光开关30及光波导40。如图12所示，该光调制散射组件70是设置于一基板202上，且包含12个光调制散射振子10，以二个一组构成六个呈二维阵列排列的双极化光调制散射振子200，且该多个天线20是以两个一组且彼此垂直方式设置在该基板202上，可用以测量一待测电磁场的二维分布。熟悉该项技艺者应了解，该六个双极化光调制散射振子200亦可以一维阵列方式排列，以测量一待测电磁场的一维分布。
图13显示本发明第九实施例的光调制散射组件80，其是一双极化光调制散射振子阵列。如图13所示，该光调制散射组件80包含8个光调制散射振子10构成四个呈二维阵列排列的双极化光调制散射振子210，且该多个天线20是以两个一组且彼此垂直方式排列，可用以测量一待测电磁场的二维分布。请参见图7，该天线20是设置于该基板12上，而该基板12是设置于另一基板212上。特而言之，8个光调制散射振子10是以二个一组且彼此垂直方式分别设置于该基板212的上下表面。熟悉该项技艺者应了解，该四个双极化光调制散射振子210亦可以一维阵列方式排列，以测量一待测电磁场的一维分布。
图14显示本发明第十实施例的光调制散射组件90，其是一三极化光调制散射振子阵列，为清晰起见仅显示各光调制散射振子10的天线20，而未显示对应的光开关30及光波导40。如图14所示，该光调制散射组件90是由八个堆栈成二层的三极化光调制散射振子310构成。每个三极化光调制散射振子310具有三个相互正交的天线20，可以量测空间电磁场中某确定坐标的三个相互正交的电磁场极化分量。这八个三极化光调制散射振子310的组合可量测各本体312中心坐标处的三个相互垂直的电磁场极化分量。如将此三极化光调制散射振子312组合扩大，则可测量待测电磁场各极化分量的三维电磁场空间分布。
图15显示本发明第十一实施例的光调制散射组件330，其是一三极化光调制散射振子阵列。与图14的光调制散射组件90相比较，图15的光调制散射组件330是以图5的环形天线160取代该天线20。由切换控制连接该多个环形天线160的光开关30(未显示在图15中)，该光调制散射组件330可用以测量一待测电磁场的一维、二维或三维空间分布。
相较于现有技艺使用电信号调制散射振子，本发明的光调制散射组件10是以一光信号调制而不会干扰待测电磁信号。本发明藉由改变该散射天线20的散射截面以产生散射波，并通过同步检测技术将散射波从电磁场背景噪声中撷取出来，可测得该散射振子10所在地的电磁场。再者，藉由该地址产生器142及该解复用器144切换控制该多个散射天线20，并搭配使用该光调制散射组件60，该电磁信号感测系统140可测得该光调制散射组件60所在地的电磁场分布。
本发明的技术内容及技术特点巳揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本案的申请专利范围所涵盖。
权利要求
1.一种电磁信号感测系统，其特征在于，包含一调制电路，用以产生一电调制信号；至少一激光光源，其根据该电调制信号产生一光调制信号；一光调制散射组件，其根据该光调制信号将一电磁信号转换成一调制散射波信号；一接收天线，用以接收该调制散射波信号；一检测电路，用以检测该电调制信号及该调制散射波信号；以及一信号处理电路，电气连接于该检测电路，用以计算该电磁信号的振幅及相位。
2.如权利要求1所述的电磁信号感测系统，其特征在于，还包含一地址控制器，可产生一地址信号；以及一解复用器，其根据该地址信号致能该激光光源产生该光调制信号。
3.如权利要求1所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的光调制散射组件包含一基板；一散射天线，设置于该基板上；一光开关，电气连接于该散射天线；以及一光波导，用以传送一光信号至该光开关。
4.如权利要求3所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的散射天线包含一第一导线段及一第二导线段，且该光开关电气连接该第一导线段及该第二导线段。
5.如权利要求3所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的散射天线是一具有二自由末端的环形天线，且该光开关连接该二自由末端。
6.如权利要求1所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的光调制散射组件是一光调制散射阵列，其包含一第一基板；多个散射天线，以阵列排列方式设置在该第一基板上；多个光开关，电气连接于该多个散射天线；以及多个光波导，用以传送一光信号至该多个光开关。
7.如权利要求6所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的多个散射天线是以单极化阵列方式排列。
8.如权利要求7所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的多个散射天线是设置于一第二基板上，且该第二基板是设置于该第一基板上。
9.如权利要求6所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的多个散射天线是以双极化阵列方式排列。
10.如权利要求9所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的多个散射天线是以两个一组且彼此垂直方式设置在该第一基板上。
11.如权利要求9所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的多个散射天线是以两个一组且彼此垂直方式排列，该天线是设置于一第二基板上，且该第二基板是设置于该第一基板上。
12.一种电磁信号感测系统，其特征在于，包含一信号源，用以产生一测试信号；一循环器，至少包含一第一埠、一第二埠及一第三埠，其中该测试信号是经由该第一埠输入并经由该第二埠输出；一天线，连接于该第二埠，其根据该测试信号发射一电磁信号；一调制电路，用以产生一电调制信号；至少一激光光源，其根据该电调制信号产生一光调制信号；一光调制散射组件，其根据该光调制信号将该电磁信号转换成一调制散射波信号；一检测电路，用以检测该电调制信号及该调制散射波信号；以及一信号处理电路，电气连接于该检测电路，用以计算该电磁信号的振幅及相位。
13.如权利要求12所述的电磁信号感测系统，其特征在于，该检测电路是电气连接于该循环器的第三埠，且该调制散射波信号是由该天线接收再经由该循环器传送至该检测电路。
14.如权利要求12所述的电磁信号感测系统，其特征在于还包含一地址控制器，可产生一地址信号；以及一解复用器，其根据该地址信号致能该激光光源产生该光调制信号。
15.如权利要求12所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的光调制散射组件包含一基板；一散射天线，设置于该基板上；一光开关，电气连接于该散射天线；以及一光波导，用以传送一光信号至该光开关。
16.如权利要求15所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的散射天线包含一第一导线段及一第二导线段，且该光开关电气连接该第一导线段及该第二导线段。
17.如权利要求15所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的散射天线是一具有二自由末端的环形天线，且该光开关连接该二自由末端。
18.如权利要求12所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的光调制散射组件是一光调制散射阵列，其包含一第一基板；多个散射天线，以阵列排列方式设置在该第一基板上；多个光开关，电气连接于该多个散射天线；以及多个光波导，用以传送一光信号至该多个光开关。
19.如权利要求18所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的多个天线是以单极化阵列方式排列。
20.如权利要求19所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的多个散射天线是设置于一第二基板上，且该第二基板是设置于该第一基板上。
21.如权利要求18所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的多个散射天线是以双极化阵列方式排列。
22.如权利要求21所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的多个散射天线是以两个一组且彼此垂直方式设置在该第一基板上。
23.如权利要求21所述的电磁信号感测系统，其特征在于，所述的多个散射天线是以两个一组且彼此垂直方式排列，该天线是设置于一第二基板上，且该第二基板是设置于该第一基板上。
全文摘要
本发明的电磁信号感测系统包含一用以产生一电调制信号的调制电路、一电气连接于该调制电路的激光光源、一耦合于该激光光源的光调制散射组件、一接收天线、一电气连接于该接收天线的同步检测电路以及一电气连接于该同步检测电路的信号处理电路。该激光光源根据该电调制信号产生一光调制信号以调制该光调制散射组件将一电磁信号转换成一调制散射波信号。该调制散射波信号经该接收天线接收后，由该同步检测电路根据该调制散射波信号及该电调制信号产生具有90度相位差的一第一相位信号及一第二相位信号，再由该信号处理电路计算该电磁信号的振幅及相位。
文档编号G01R29/10GK1737586SQ20041005822
公开日2006年2月22日 申请日期2004年8月17日 优先权日2004年8月17日
发明者黄铭杰, 梁文烈, 薛文崇 申请人:财团法人工业技术研究院