JP2001174493A - 放射電磁界特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 携帯無線端末のアンテナの放射特性を、人体
からの影響を考慮しつつ、全立体角にわたって測定可能
とする。 【解決手段】 本発明は、地面に水平に保持された台１
０１と、前記台を水平面に対して平行に回転させる手段
と、この回転手段に接続された動力１０３と、各々に対
し平行に配置されかつ所望の間隔を隔てて前記の台上に
垂直に配置された非金属の２本の柱１０４ａ、ｂと、こ
れら２本の柱に垂直に差し渡された非金属の軸１０５
と、２本の柱の各々に固定された非金属の回転軸受け１
０６と、軸の中央部に固定された人体ファントム１０７
と、軸に回転動力を伝達する手段と前記回転動力を伝達
する手段に接続され、柱が固定された台に配置された動
力により構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は無線通信装置等の
放射電磁界特性を測定する装置に係り、特に全立体角に
わたる測定を可能とした放射電磁界特性測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、携帯電話機やポケットベル等
の、アンテナを内蔵した無線通信装置から放射される電
磁波は、アンテナ周囲の電子部品によって吸収・散乱等
の影響を受ける。従って、電磁波がどの方向にどの程度
の強度で放射されているかを知ることは、高性能のアン
テナを開発する上で重要となる。

【０００３】さらに、このような無線機においては、基
地局からの到来波が３次元的に広がりをもった分布をし
ており、このような到来波を考慮して評価を行う必要が
ある。

【０００４】このように無線通信装置や各種電子装置に
おいては、全立体角にわたる放射電磁界特性を精度よく
測定することが要求されるが、この要求を満たす測定装
置として、登録特許第２６０２８７２がある。

【０００５】この特許に記載された装置は、アンテナを
固定するテーブルが２軸で回転することにより、全立体
角による放射特性の測定を可能にしている。この装置で
は、テーブルやアンテナの固定手段ならびに回転手段に
おいて非金属を使用することによってこれらの影響を低
減し、従来方式のような金属によって構成された測定装
置において問題となっていた、装置の影響による放射特
性の誤差を著しく改善している。

【０００６】一方上述のような携帯用無線機では、人体
近傍において使用されることから、人体からの影響によ
ってアンテナの放射パターンが大きく変化させられてし
まうことが知られている。したがってこのような人体の
影響を考慮して放射特性を評価することが必要とされて
いる。

【０００７】しかしながら、上記の特許に記載された実
施例では、人体を考慮した評価は困難であった。この理
由を以下に簡単に説明する。

【０００８】図４に示したのは、上記特許に記載された
実施例である。この従来実施例において人体を考慮する
場合には、テーブルに人体ファントムを配置し、ファン
トムに携帯電話を固定して、測定を行う方法が容易に考
えつく。

【０００９】上記の従来実施例ではテーブルが片側のみ
で固定されている。このような場合、重量物を支えるこ
とが困難である。例えば、発明者らが、上記実施例を具
体化したところ、２ｋｇ程度の重量以上になると、軸の
ぶれが大きくなったり、動力伝達に用いている、チェー
ンと歯車の間で歯飛びが生じるなどの問題が生じること
が明らかとなっている。

【００１０】人体ファントムは、一般に重量が十数ｋｇ
ある。上述の実施例の構造では、このような重量の構造
物を保持することは不可能である。

【００１１】また従来例ような構成のまま、強度を増そ
うとするすると、テーブルを保持するための支持具が大
きくなり、その構成要素である誘電体の体積が増加し、
この結果アンテナの放射界に大きな影響を生じることに
なる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の全立
体角にわたる放射電磁界測定装置では、大きな重量物で
ある人体ファントムを保持することが困難で、人体の影
響を考慮した放射電磁界の測定が困難であるという問題
があった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、地面に水平に
保持された台と、前記台を水平面に対して平行に回転さ
せる手段と、この回転手段に接続された動力と、各々に
対し平行に配置されかつ所望の間隔を隔てて前記の台上
に垂直に配置された非金属の２本の柱と、これら２本の
柱に垂直に差し渡された非金属の軸と、２本の柱の各々
に固定された非金属の回転軸受けと、軸の中央部に固定
された人体ファントムと、軸に回転動力を伝達する手段
と前記回転動力を伝達する手段に接続され、柱が固定さ
れた台に配置された動力により構成されている。

【００１４】さらに本発明では、人体ファントムの手の
部分が回転の中心となるように配置され、かつ人体ファ
ントムの位置とは、回転軸を挟んで対称となる位置に配
置されたバランスウェイトによって構成されている。

【００１５】

【発明の実施の形態】（実施例）以下、図１を用いて実
施例の説明を行う。

【００１６】１０１は台で、地面に水平に保持されてい
る。この台は上部に後述の構成品を配置する必要から、
金属により構成する。これにより、回転による振動を発
生しにくくする。

【００１７】１０２は台１０１を水平面内に平行となる
ように回転可能とする手段で、台１０１に垂直に固定さ
れた回転軸であり、台１０１を水平に保持している。や
はりこの回転軸１０２も金属により構成する。

【００１８】この回転は図２のθ方向の回転を意味す
る。図２でも示しているとおり、実施例の座標系は、Ｚ
軸が水平面内にあり、ＸＹ面が垂直となるような配置に
なっている。

【００１９】１０３は、軸１０２を回転させるための動
力でモータを用いれば良い。このモータ１０３は軸２０
３ａを介して軸１０２に接続されている。軸２０３ａに
は、動力伝導系２０２ａを介して、角度計測装置２０１
ａが接続されている。

【００２０】２０４は、内部にモータ１０３、角度計測
装置２０１ａ、動力伝導系２０２ａ、軸２０３ａを内蔵
し、さらに軸１０２を介して、台１０１を支える台であ
り、回転する台１０１を保持するため、床面に固定する
必要がある。

【００２１】１０４ａ、１０４ｂは非金属で構成された
柱で、台１０１上に各々が平行でかつ台１０１に垂直と
なるように配置されている。本実施例ではこの柱１０４
ａ、ｂは、内部が中空となっており、外皮は紙製ハニカ
ム材に薄い誘電体膜、例えば、エポキシを含侵させた紙
を貼り付けたものとなっている。このような構造を用い
れば、この柱による電磁波の散乱を低減しつつ、機械的
な強度を保つことが可能となる。

【００２２】さらにこの柱は、後述する人体ファントム
を保持する必要上、ある程度の強度を必要とする。ちな
みにハニカム材の厚さは２ｃｍ程度で、誘電体膜の厚さ
は２ｍｍ程度、円柱の直径は３０ｃｍ程度あれば、人体
ファントムの保持は可能である。これらのパラメータ
は、従来例で示した測定装置のパラメータとほぼ同等で
あり、さらに発明者らは高周波的な影響もほぼ同等であ
ることを実験的に確認している。

【００２３】１０５は柱１０４ａと１０４ｂに垂直に差
し渡された非金属性の軸である。この軸は誘電率が５以
下の誘電体たとえば、ナイロン製の円柱を用いれば良
い。後述のように中央部に重量物が固定されることから
これを支えるために、この軸１０５は直径が３ｃｍ以上
必要である。

【００２４】１０６ａ、ｂは非金属の回転軸受けであ
る。前記２本の柱の各々に固定され、軸１０５を保持
し、軸１０５が回転することを可能にしている。この回
転軸受けは、セラミック製のベアリングを使用すれば良
い。このベアリングにより回転摩擦が少なくなり、回転
トルクを小さくすることが可能となる。こちらの回転
は、図２におけるφ方向の回転である。このようにθ方
向とφ方向が独立に回転可能となっており、任意の方位
に対象物を向けることが可能となっている。

【００２５】１０７は軸１０５の中央部に固定された人
体ファントムである。軸１０５が回転中に軸ぶれを生じ
ないようにするため、人体ファントム１０７は、その中
央部を軸１０５と同じ径でくり貫き、その穴に軸１０５
を通して、固定する。また１０７１は、人体ファントム
の手に相当する端末固定治具である。測定においては図
３に示すように測定する端末１０７２を、この手の部分
１０７１に固定すれば良い。

【００２６】１０８ａ、ｂは、非金属の歯車、１０９は
非金属のチェーンで軸１０５に回転動力を伝達する手段
である。歯車１０８ａは軸１０５に固定され、チェーン
１０９によって伝えられた動力によって軸を回転させ
る。歯車１０８ｂは、軸２０３ｂを介して、動力系１１
０に接続される。チェーン１０９はプラスチック製か、
またはゴム製を用いればよい。

【００２７】１１０は、動力系で、モータを用いれば良
い。軸２０３ｂには回転伝達系２０２ｂを介して、回転
計測装置２０１ｂが取り付けられている。回転伝達系２
０２ｂは、チェーンまたは歯車を用いれば良い。

【００２８】さらに図５は、本発明の別の実施例を示し
ている。

【００２９】この実施例では、人体ファントム１０７
は、回転軸１０５に対してオフセットして取りつけられ
ている。このようにオフセットさせる理由は、人体ファ
ントムの手１０７１で保持される携帯無線機などの被試
験アンテナを、回転の中心にもっていく必要があるから
である。また３０１は、非金属で作成されたバランスウ
ェイトである。

【００３０】図６は測定の様子を示した図である。ここ
で４０１は被試験アンテナ、４０２は回転中心、４０３
は、測定アンテナ、４０４はケーブル、４０５は電界強
度測定装置である。

【００３１】被試験アンテナ４０１がオフセットされて
取り付けられる場合、図５に示されるように、回転角度
によって、測定用アンテナ４０３からの距離がＬから
Ｌ'の間で変化してしまう。このようにアンテナ間の距
離が変化することによって、測定値に誤差が生じること
になる。これを削減するために、被試験アンテナは、回
転中心に近い位置に配置することが必要になる。

【００３２】しかしながらこれを実現するには、人体フ
ァントムの重心を回転軸の中心からオフセットして取り
付ける必要がでてくる。このように人体ファントムをオ
フセットして配置させた場合、回転時に大きな回転トル
クが必要となる。

【００３３】そこで図５に示すようにこの人体ファント
ムとは、回転軸を挟んで対称となる位置にバランスウェ
イト３０１を置く必要がある。

【００３４】このバランスウェイト３０１を非金属で構
成している。このようにすることによって、バランスウ
ェイト３０１による被測定アンテナの放射界への影響を
小さくし、測定における誤差を削減することが可能とな
っている。

【００３５】このようなバランスウェイトを配置した場
合、比較的低い周波数を用いて測定する場合にはその影
響を無視することが可能であるが、高周波となるにつれ
て、測定結果におけるバランスウェイトの影響が大きく
なる。

【００３６】本発明で示すようにバランスウェイトは一
般的にトルクをかせぐために、長い腕を持ち、先端部分
の体積が大きくなっている。図７（ｃ）にその模式図を
示す。特にこの長い腕ならびに先端の部分が電磁界に影
響を与えやすいことが知られている。

【００３７】測定における回転動作中にこの長い腕の部
分が、被測定アンテナと測定用の基準アンテナの間の見
通しに入るときその影響は最大になる。したがって、こ
の角度範囲（図７（Ｃ）のθ）をなるべく小さくするこ
とが必要である。一方腕を短くした場合、同じトルクを
得るためには、先端部分の重さを重くしていく必要が生
じる。逆に、先端部分を軽くするためには、腕の長さを
長くする必要が生じる。これは、両方共に、電磁界への
影響を増大する結果となる。

【００３８】図７（Ａ）は、バランスウェイトの最適な
構造を示した実施例の図である。バランスウェイト３０
２は、円錐形となっており、その傾きの中心に人体ファ
ントム１０７の手の部分がくるように配置されている。
バランスウェイトは、その回転軸をとおる面で断ち切ら
れた構造になっている。

【００３９】図７（Ｂ）に示すように、この構造によれ
ば、ウェイトの大きさは大きくなるものの、その影響は
非常に小さくなる。

【００４０】まず、見通しになるべく入らないように、
円錐形となっている。また、ウェイトは人体ファントム
の天頂方向に偏って存在するため、影響が生じる領域が
非常に小さくなる。

【００４１】なぜならば、図８に示されるように天頂方
向に行くにしたがって、立体角の大きさがｓｉｎ（θ）
の重みづけで小さくなっていくからであるよって、図７
（ｃ）に比べて、θの角度を大きくできることから、本
提案のバランスウェイト形状によって、測定誤差の発生
する範囲を最小にすることが可能となる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように構成することによって、従
来例と同等の測定誤差で人体の影響を含めた全立体角に
わたる放射パターンの測定が可能とできる。つまり本提
案のように柱を２本にし、その間に人体ファントムを保
持する構成にすることにより、より軽微な構成要素の増
大で人体ファントムの保持を容易にし、人体ファントム
ならびに柱の電磁界的な影響の増大を最小に押さえるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の放射電磁界特性測定装置の構
成を示す斜視図。

【図２】測定装置に配置された人体ファントムの座標系
を説明するための図である。

【図３】測定における無線端末装置の固定方法を示す斜
視図である。

【図４】従来の測定装置を示す斜視図である。

【図５】第２の発明の実施例を示す図である。

【図６】測定における問題点を示す模式図である。

【図７】第２の発明の効果を説明するための図である。

【図８】第２の発明の効果を説明するための図である。

【符号の説明】

１０１…台 １０２…回転軸 １０３…動力 １０３…モータ １０５…回転軸 １０６…ａ，ｂ回転軸受け １０７…人体ファントム １０７１…手 １０７２…被測定物（無線装置） １０８ａ、ｂ…非金属の歯車 １０９…非金属のチェーン １１０…モータ ２０１ａ，ｂ…角度計測装置 ２０２ａ，ｂ…動力伝達系 ２０３ａ，ｂ…軸 ２０４…駆動系収納台 ３０１、３０２ａｂ、３０３…バランスウェイト ４０１…被測定アンテナ ４０２…回転中心 ４０３…測定用アンテナ ４０４…ケーブル ４０５…電界強度測定装置

フロントページの続き (72)発明者 天野 隆 東京都日野市旭が丘３丁目１番地の１ 株 式会社東芝日野工場内 (72)発明者 安田 聡 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地面に水平に保持された台と前記台を水
   平面に対して平行に回転させる手段と前記回転させる手
   段に接続された動力と非金属で構成され、各々に平行に
   配置され、かつ所望の間隔を隔て前記の台上に、垂直と
   なるように配置された２本の柱と前記２本の柱に垂直に
   差し渡された非金属の軸と前記２本の柱の各々に固定さ
   れ、前記軸を保持する非金属の回転軸受けと前記軸の中
   央部に固定された人体ファントムと前記軸に回転動力を
   伝達する手段と前記回転動力を伝達する手段に接続され
   かつ前記台上に配置された動力により構成された放射電
   磁界測定装置。
2. 【請求項２】 前記人体ファントムの手の部分が回転の
   中心となるように配置され、かつ、前記人体ファントム
   とは、回転中心を挟んだ対称の位置となる場所に配置さ
   れたバランスウェイトによって構成される請求項１の放
   射電磁界測定装置。
3. 【請求項３】 前記バランスウェイトは、前記人体ファ
   ントムの回転軸に基づく回転体形状の高誘電体材で、前
   記回転体はその回転軸に平行かつその回転軸を通る面で
   断ち切った形状で、かつその表面の傾きの延長線が、前
   記人体ファントムの手の部分を通るようになっているこ
   とを特徴とする請求項２の放射電磁界測定装置。