JP2004233249A - 無線機器の電磁波放射パターン測定用２軸ポジショナー - Google Patents

Abstract

【課題】電波撹乱を起こす駆動モータやその配線をフロアの吸収体に隠れるように設置することができ、動力伝達機構が単純化され、しかも、被測定無線機器をフロアから高く離した位置で回転させることができるようにして、電波暗箱や電波暗室内の何れでも使用するのに適した２軸ポジショナを提供する。
【解決手段】運用周波数が極超短波帯以上の小型無線機器等の指向性を電波暗箱内で測定する為の２軸ポジショナーであって、該ポジショナーは被測定無線機器を横になるように保持し垂直断面方向（Ｅｌ方向）に走査させる垂直方向回転駆動機構と、被測定無線機器を方位方向（Ａｚ方向）に走査させる方位方向回転駆動機構の２軸駆動機構を備え、これら２軸駆動機構を誘電率の低い樹脂材を以て構成した。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全方向に電磁波を放射する無線機器の電磁波放射パターン測定用の２軸ポジショナーに関するものである。さらに詳しく言えば、電波暗箱又は電波暗室内で使用することができる２軸ポジショナーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電波暗室又は電波暗箱等の電波測定環境において、アンテナ一体型無線機器の電磁波放射パターンを測定するには、図６に示すような水平面で方位方向に回転する回転テーブル１上に、電波撹乱を起こさないよう発砲スチロール等でできた治具３を立設し、この頂部に被測定無線機器（以下、供試機という）を縦（図６・ａ）又は横（図６・ｂ）方向に保持し、水平及び垂直断面方向の測定を行う方法と、図７のように、方位方向に回転する回転テーブル４と、受信アンテナ５を円弧状に走査するスフェリカルポジショナ６を用い、半球面又は全球面での放射電力を３次元測定する方法が使用されている。
【０００３】
図６の方法は、回転テーブル１上に立設した発泡スチロール製の治具３を用いることにより、供試機２を回転テーブル１から上方に離れた測定空間に置くことができるので、電波撹乱を低減することができる。しかし、全立体角の３次元放射パターンを測定するには、図６・ｂの如く、アンテナ７が横になるように置かれた供試機２を、細かいステップで縦方向に手動回転し、方位方向（以下、「Ａｚ方向」という）の角度を設定させながら、さらに垂直断面方向（以下、「Ｅｌ方向」という）のパターンを測定する必要があり、測定時間と手間を要し、効率が非常に悪かった。
【０００４】
図７のスフェリカルポジショナにおいては、供試機が回転テーブル４上で垂直状態にある。この状態でのＡｚ方向の測定即ち供試機のアンテナ５と直交する方向の測定は、回転テーブル４の回転走査で行う。一方Ｅｌ方向の測定は、スフェリカルポジショナ６により受信アンテナ５を球面に沿って走査することにより、３次元の放射パターンの自動測定が可能である。しかしこの測定を行うには電波暗室のような大きな部屋が必要となり、電波暗箱のような小さな空間では使用できない。またスフェリカルポジショナ６のフレームからの電波の反射を低減するため、電波吸収体でフレームを覆う等大がかりな対策を講ずる必要がある。
【０００５】
そこで、方位方向の回転軸（以下、Ａｚ軸という）と垂直断面方向の回転軸（以下、Ｅｌ軸）の２軸の両方を自動で回転させることができる２軸ポジショナが考えられている。しかし、現在考えられている２軸ポジショナは、図８・ａのように供試機８をフロア９に対して垂直に置き、垂直偏波（電波は電界と磁界が互いに直交する状態で、それらに直角の方向に進行するが、電界が大地に対して垂直であるような電波）で測定する方法を基本としたものである。
【０００６】
図８・ａの方法で、供試機８のアンテナ軸と直交する水平断面（図８・ａのＸ−Ｙ平面）の放射パターンを測定する場合には、Ｅ１軸を垂直にした状態でＡｚ軸を回転させる。又垂直断面（図８・ａのＺ−Ｘ又はＹ−Ｚ平面）の放射パターンを測定する場合には、Ａｚ軸をＺ−Ｘ平面又はＹ−Ｚ平面がＥｌ軸と平行になるように保持した状態でＥｌ軸を回転させる。
【０００７】
この方法は、ジャイロスコープと同様な機構であり、Ａｚ軸を回転させるための動力伝達機構、たとえばＡｚ軸駆動モータ１０、駆動ベルト１１、シーブ１２、駆動ベルト１３、シーブ１４等からなる駆動機構を要し複雑となる。特に、電波撹乱を抑圧するために、フレームや動力伝達機構をできるだけスリムにし、材料に誘電率が小さく高周波での損失が少ない樹脂材やテフロン（「テフロン」は登録商標である）等を使用する必要がある。しかしながら、これらの材料は剛性が弱く、スリム化すると動力の伝達力や、供試機の重量負荷によりフレームが変形するという欠点があり、実用化される域には達していない。
【０００８】
図８・ａの方法に対し図８・ｂは図８・ａを改良した本発明の基本概念を示すものである。この方法は水平偏波（電界が大地に対して水平であるような電波）で測定する方法である。この方法はＥｌ軸方向の回転機構をより単純化したものである。なお図８・ｂと図８・ａとではＥｌ軸とＡｚ軸が逆になっているが、これは供試機８の置き方（縦と横の姿勢）が異るためである。この方法で、供試機８を図８・ｂの如く横にし、供試機８に対して、水平断面（図８・ｂのＸ−Ｙ平面）の放射パターンを測定する場合には、回転テーブル１５で駆動するＡｚ軸を、供試機８のアンテナと同心のＺ軸が、受信アンテナの方向と直交する状態まで回転し、その状態を保持してＥｌ軸を回転させる。又垂直断面（図８・ｂのＺ−Ｘ又はＹ−Ｚ平面）の放射パターンを測定する場合には、Ｅｌ軸を図８・ｂのＺ−Ｘ平面又はＹ−Ｚ平面がＡｚ軸と平行になるように保持した状態で、Ａｚ軸駆動モータ１６でＡｚ軸を回転させる。この方法によれば、回転テーブル１５上にＥｌ軸駆動モータ１７を取り付けることが容易にできるので、Ｅｌ軸を回転させるための動力伝達機構が図８・ａに比べ一段と単純化される。
【０００９】
図８・ａの垂直偏波で測定する方法と図８・ｂの水平偏波で測定する方法の何れの方法も緯度経度により全立体角の方向を指向することができるが、図８・ｂの方法の方が、電波暗箱内で使用するポジシナーとしては、電波撹乱を起こす駆動モータやその配線をフロアの吸収体に隠れるように設置でき、且つ動力伝達機構が単純化される。かかる意味で、本発明は以下に示す如く、この概念を基本として改良し、発展させたものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上にのべた図８・ｂの方法に基き、電波撹乱を起こす駆動モータやその配線をフロア９の吸収体に隠れるように設置することができ、動力伝達機構がより単純化され、しかも、供試機をフロアから高く離した位置で回転させることができるようにして、電波暗箱や電波暗室内の何れでも使用するのに適した２軸ポジショナを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）運用周波数が極超短波帯以上の小型無線機器等の指向性を電波暗箱内で測定する為の２軸ポジショナーであって、該ポジショナーは被測定無線機器を横になるように保持し、これと直交する垂直断面方向（Ｅｌ方向）に走査させる垂直方向回転駆動機構と、被測定無線機器を水平の方位方向（Ａｚ方向）に走査させる方位方向回転駆動機構の２軸駆動機構を備え、これら２軸駆動機構を誘電率の低い樹脂材を以て構成した。
（２）前記電波暗箱内で測定する２軸ポジショナーを電波暗室に適用できるようにした。
（３）前記方位方向回転駆動機構は、電波暗箱のフロア上に設けた方位方向軸回転テーブルと、電波暗箱のフロアを貫通するテーブル駆動軸とを有し、該テーブル駆動軸は電波暗箱のフロア下部に設けた前記方位方向軸回転テーブル駆動モータと該方位方向軸回転テーブル駆動モータの出力をテーブル駆動軸に伝える伝導機構よりなっている。
（４）前記垂直方向回転駆動機構は、前記方位方向軸回転テーブル上に設けられ、被測定無線機器垂直断面方向に回転する駆動モータと、前記方位方向軸回転テーブル上に立設したポストと、該ポストの上部にあって、該ポストの内部又は外部に設けたベルト又はシャフト等の縦方向の動力伝導手段を介し、垂直断面方向に回転される被測定無線機器保持枠とからなっている。
（５）前記被測定無線機器保持枠内に、発泡樹脂たとえば発砲スチロール製の円筒状の被測定無線機器保持具を装着し、該保持具を前記被測定無線機器保持枠の中でその軸心方向にスライドさせて被測定無線機器の放射中心を前記方位方向回転テーブルの回転中心に合せ得るようにした。
（６）前記方位方向軸回転テーブル上に設けた前記被側定無線機器を垂直断面方向へ回転する駆動モータへの電力を、スリップリングを介し供給可能にした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
さて、本発明を小型電波暗箱に採用したポジショナーは、その作動原理は前にのべたように図８・ｂの概念に基いているが、これをさらに改良したものである。これを要約すると次の諸点を特徴とするものである。
１）供試機の保持機構を含め、供試機近傍に位置するポジショナの駆動機構全てを誘電率の低い樹脂材で構成し、電波撹乱を極力低減できるようにした。
２）誘電率の低いポストとその中又はその外側に設けたタイミングベルト等の伝導手段によって駆動可能にし、駆動モータを供試機駆動機構から隔離することによって、金属でできた駆動モータ系を使用しても、これによる電波撹乱を抑圧できるようにした。
３）発泡樹脂たとえば発砲スチロール製の円筒状の供試機保持具を使用し、前記供試機保持具を回転させるＥｌ方向回転枠の中をその長手方向にスライドして供試機の放射中心を方位方向軸回転テ−ブルの回転中心に対し容易に合わせ得るようにした。
４）Ａｚ軸回転テーブル上に軸駆動モータを取り付け、これにスリップリングを用いて電力供給を行えるようにして、Ａｚ方向、Ｅｌ方向両回転軸とも無限回転を可能にし、連続的な３次元放射パターンの測定を可能とした。
５）上記２）により、電波暗箱だけでなく、電波暗室でも使用可能にした。
【００１３】
以下図１を参照して本発明のポジショナーの構成について説明する。方位方向軸回転テ−ブル（Ａｚ軸回転テーブル）２０上にあるＥｌ軸の回転駆機構は次の如くである。供試機２１を電波暗箱（図２参照）内のフロア２２より上方に離れた測定空間内で回転させるべく、円筒状の被側定無線機供試機保持具３３を装着する保持枠であるＥｌ軸回転枠２４を樹脂材でできたポスト２３上にＥｌ軸を中心にして垂直方向に回転可能に設け、前記Ａｚ軸回転テーブル２０上に設けたＥｌ軸駆動モータ２５で駆動する。ポスト２３の中を通し、駆動ベルト又はシャフト等の縦方向の動力伝導手段２６により回転を伝達する。Ｅｌ軸駆動モータ２５の出力を伝達する駆動ベルトは必ずしもポスト２３内を通す必要はない。たとえばポスト２３に添って設けた縦方向の軸等で伝達する方式ももちろん考えられる。なお、Ｅ１軸駆動モ−タ２５は金属製であっても、電波暗箱のフロア２２上に設置し、その上方を電波吸収体４０で完全に覆い、測定精度にほとんど影響を与えないようにする。
【００１４】
ポスト２３の上部には、タイミングプーリ２７を備えた横軸２８が設けられ（図４参照）、この横軸２８の両端にそれぞれギア２９が取り付けられている（なおギア２９は横軸２８の片側のみでももちろん差支えない）。このギア２９はＥｌ軸回転枠２４の端部近傍に設けた大径のギア３０と噛み合っている。Ｅｌ軸回転枠２４はポスト２３の頂部に水平に固設された台板３１上に設けた転子３２上に載置されている。上記タイミングプーリ２７や横軸２８、そしてギア２９等はすべて電波反射の問題のない樹脂材をもって構成する。このように樹脂材で構成するので、歯車等は機械加工での製作も可能である。
【００１５】
供試機２１は、発砲樹脂材、例えば発泡ポリスチロールでできた筒状の供試機保持具３３内に入れて試験測定される。この保持具３３は前記Ｅｌ軸回転枠２４内に嵌挿し、Ｅｌ軸回転枠２４と共に回転する。この場合、保持具３３内の供試機２１は、その放射中心がＡｚ軸回転中心と一致するようＥｌ軸回転枠２７の中にこれと同心に設置する。Ａｚ軸回転中心と放射中心とを合わせるには、筒状の保持具３３をＥｌ軸回転枠２４の中で横方向にスライドさせて位置を調節することによって行うことができる。
【００１６】
図１の如くＡｚ軸回転テーブル２０上にスライドレール３４をその直径方向に設置し、これに案内されてポスト２３をＡｚ軸回転テーブル２０の直径方向に移動できるようすれば、この移動によってポスト２３の回転半径Ｒ（Ａｚ軸回転中心とポスト間の距離）を調節することができる。
【００１７】
Ａｚ軸回転テーブル２０の下部には、ステッピングモータ等のＡｚ軸駆動モータ３５が設置され、タイミングベルト３６を介しテーブル駆動軸３８の下端に固着された歯車３７を駆動し、テーブル駆動軸３８を回転させる。
【００１８】
図５に詳しく示すように、前記Ａｚ軸駆動モータ３５は、その出力軸３５’に取付けたギア３６から、ギア３７を介しＡｚ軸回転テーブル２０を駆動する。Ａｚ軸回転テーブル２０上に設置されたＥｌ軸駆動モータ２５にはスリップリング３９を用いて電力を供給するようにしている。
【００１９】
図２と図３（図２のＸ矢視断面図）は本発明に関るポジショナーＡを電波暗箱Ｂに設置した状態を示す。暗箱Ｂはその内面に電波吸収体４０が全面に張られている。ポジショナーＡのＡｚ軸駆動モータ３５及びその動力を伝達するタイミングベルト３６、歯車３７及びテーブル駆動軸３８等の駆動機構は暗箱Ｂのフロア４１の下部に設けた箱４２内に内蔵されている。このようにフロア４１の下部にＡｚ軸の駆動部を設けて暗箱Ｂ内と仕切ったので、これらを構成する部材は樹脂材製でなく金属製とすることもできる。
【００２０】
図２で４３は電波の受信側アンテナで暗箱Ｂの外側に設けた回転ステージ取付治具４４を介し取り付けられている。
【００２１】
２軸ポジショナーの２軸駆動系の作動
ａ）Ｅｌ軸駆動系
Ａｚ軸回転テーブル２０上のＡｚ軸駆動モータ２５により、駆動ベルトを回す。するとポスト２３上部のタイミングプーリ２７を介し横軸２８を回し、横軸２８の両端にあるギア２９を介してＥｌ軸回転枠２４を回す。かくしてＥｌ軸回転枠２４内に収められている供試機保持具３３も同時に回転し、供試機２１を回すことができる。
ｂ）Ａｚ軸駆動系
フロア下部のＡｚ転軸駆動モータ３５により、駆動ベルト３６を介し歯車３７を回し、さらにテーブル駆動軸３８を介してＡｚ軸回転テーブル２０を回す。Ａｚ軸回転テーブル２０上のポスト２３も同時に回転し、Ａｚ軸はテーブル駆動軸３８即ちＡｚ軸回転中心のまわりに回転する。
【００２２】
【発明の効果】
１）供試機保持具を含め、供試機近傍に位置するポジショナの駆動機構全てを誘電率の低い樹脂材で構成したので、電波撹乱を極力低減することができる。
２）誘電率の低いポスト内又はその近傍に設けたタイミングベルト等の縦方向の動力伝導手段を介し駆動するようにしたので、供試機をＡｚ軸駆動モータ及びＥｌ軸駆動モータ等供試機駆動機構から隔離することができる。このため金属製の駆動モータであっても電波撹乱を抑制することができるようになった。
３）円筒状の供試機保持具を発砲樹脂材を以て構成し、Ｅｌ軸回転枠の中を軸方向に容易にスライドできるようにしたので、供試機の放射中心をＡｚ軸回転中心に容易に合わせ得るようになった。
４）Ａｚ軸回転テーブルの上部（又は下部）にＥｌ軸駆動モータを取り付けたが、これに対しスリップリングを用いて電力供給を行うようにしたので、Ａｚ軸、Ｅｌ軸両軸とも無限回転が可能であり、連続的な３次元放射パターン測定が可能となった。
５）上記２）の構成により、電波暗箱だけでなく、電波暗室でも使用可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】２軸ポジショナーの全体斜視図。
【図２】暗箱の断面図。
【図３】図２のＸ矢視断面図。
【図４】ポスト及びその上部と下部の拡大図。
【図５】回転テーブル下部の拡大図。
【図６】１軸回転テーブルを用いた放射パターンの測定方法。
【図７】スフェリカルポジショナを用いた放射パターンの測定方法。
【図８】（ａ）は２軸ポジショナーにおける垂直偏波で測定する方法、（ｂ）は２軸ポジショナーにおける水平偏波で測定する方法。
【符号の説明】
Ａ ポジショナー Ｂ 電波暗箱
２０ 方位方向軸回転テ−ブル（Ａｚ軸回転テーブル）
２１ 被側定無線機器（供試機）
２２ （暗箱の）フロア ２３ ポスト
２４ 被測定無線機器保持枠（Ｅｌ軸回転枠）
２５ 被測定無線機器を垂直断面方向に回転する駆動モ−タ
（Ｅｌ軸駆動モータ）
２６ 動力伝達機器 ２７ タイミングプーリ
２８ 横軸 ２９ ギア
３０ （大径の）ギア ３１ 台板
３２ 転子
３３ 被測定無線機器保持具（供試機保持具）
３４ スライドレール
３５ 方位方向軸回転テ−ブル駆動モ−タ（Ａｚ軸駆動モータ）
３６ タイミングベルト ３７ 歯車
３８ テーブル駆動軸 ３９ スリップリング
４０ 電波吸収体 ４１ フロア
４２ 箱 ４３ アンテナ
４４ 回転ステージ取付治具

Claims (6)

1. 運用周波数が極超短波帯以上の小型無線機器等の指向性を電波暗箱内で測定する為の２軸ポジショナーであって、該ポジショナーは被測定無線機器を横になるように保持し、これと直交する垂直断面方向（Ｅｌ方向）に走査させる垂直方向回転駆動機構と、被測定無線機器を方位方向（Ａｚ方向）に走査させる方位方向回転駆動機構の２軸駆動機構を備え、これら２軸駆動機構を誘電率の低い樹脂材を以て構成したことを特徴とする無線機器の電磁波放射パターン測定用２軸ポジショナー。
2. 前記電波暗箱内で測定する２軸ポジショナーを電波暗室に適用できるようにした請求項１記載の無線機器の電磁波放射パターン測定用２軸ポジショナー。
3. 前記方位方向回転駆動機構は、電波暗箱のフロア上に設けた方位方向軸回転テーブルと、電波暗箱のフロアを貫通するテーブル駆動軸とを有し、該テーブル駆動軸は電波暗箱のフロア下部に設けた前記方位方向軸回転テーブル駆動モータと該方位方向軸回転テーブル駆動モータの出力をテーブル駆動軸に伝える伝導機構よりなる請求項１記載の無線機器の電磁波放射パターン測定用２軸ポジショナー。
4. 前記垂直方向回転駆動機構は、前記方位方向軸回転テーブル上に設けられ、被測定無線機器を垂直断面方向に回転する駆動モータと、前記方位方向軸回転テーブル上に立設したポストと、該ポストの上部にあって、該ポストの内部又は外部に設けたベルト又はシャフト等の縦方向の動力伝導手段を介して垂直断面方向に回転される被測定無線機器保持枠とからなる請求項１記載の無線機器の電磁波放射パターン測定用２軸ポジショナー。
5. 前記被測定無線機器保持枠内に、発泡樹脂たとえば発砲スチロール製の円筒状の被測定無線機器保持具を装着し、該保持具を前記被測定無線機器保持枠の中でその軸心方向にスライドさせ被測定無線機器の放射中心を前記方位方向軸回転テーブルの回転中心に合せ得るようにした請求項３記載の無線機器の電磁波放射パターン測定用２軸ポジショナー。
6. 前記方位方向軸回転テーブル上に設けた前記被側定無線機器を垂直断面方向へ回転する駆動モータへの電力を、スリップリングを介し供給可能にした請求項４記載の無線機器の電磁波放射パターン測定用２軸ポジショナー。

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