JP2006078237A

JP2006078237A - 無線装置の電力測定方法

Info

Publication number: JP2006078237A
Application number: JP2004260351A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Horibe; 敦史堀部; Shoichi Kajiwara; 正一梶原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】電磁界放射パターンのピークを捉えて測定し、電磁界が有する電力を高精度に、さらにバラつきを少なく測定することができる無線装置の電力測定方法を提供する。
【解決手段】予め測定対象機種の標準とする無線装置２０３により所定の無線送信電力で輻射する電磁界放射パターンにおいて、メインローブ２０１のピークポイント２０２で測定する放射電力を求め、このメインローブ２０１における放射電力と前記無線送信電力との相関関係を求め、測定時に測定対象無線装置２０３から輻射する電磁界放射パターンにおけるメインローブ２０１を検出し、このメインローブ２０１のピークポイント２０２で測定する放射電力を求め、この測定した放射電力から測定対象無線装置２０３の無線送信電力を前記相関関係に基づいて推測する。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線装置の電力測定方法に関し、量産工程などにおいて携帯電話機、無線通信機器などの無線装置における放射電力の測定および送信電力を評価する技術に係るものである。

近年、無線システムが急速な発展を続ける中で、無線通信機器の製造量も急激な増産傾向となっており、製造工程における無線通信機器器の放射電力の測定および調整に関して、その生産性向上が要求されている。

以下に、本発明においては電磁界を電磁場や電磁界と同義語として説明し、放射電力を放射電力と同義語として説明する。
はじめに、放射電力の測定および調整の前工程である部品実装工程やファンクションテストの工程について簡単に説明した後、測定および調整工程の従来例を説明する。

一般的に、本発明の測定および調整の対象となる無線装置の通信機器基板は、基板に部品を実装した後に、外観検査、ファンクションテスト（機能確認）を行ない、その後に測定・調整工程に送られる。外観検査は、実装ズレや部品欠品などを確認するためのものである。ファンクションテストは、コンタクト・プローブ等を用いて実装後の部品接続確認や部品が機能しているかを確認するためのものである。そして、これらの検査の後に、基板にカバーなどを取付ける完成組立工程が行われ、最終の製品検査が行われる。

このように、基板への部品実装工程、調整・検査工程、完成組立工程等の各生産工程において工程品質保証を行うことで、不良品が次工程へ流入することを防止し、工程毎の歩留まりの向上による全体歩留まりの向上を図り、更には製品の品質向上を図ることで、ロスコストの削減を図っている。

また、商品開発の初期段階では、基板に実装する部品、ＩＣ等のデバイスの品質が悪い場合が多く、基板へ部品を実装した後に行うファンクションテストによる不良品の検出は必須となる。更に、設計品質も商品開発初期段階には同様の事が言える。前記のように部品実装、ファンクションテストなどの前工程を終えた通信機器基板は、測定および調整工程へ送られ、検査、測定および調整が為される。

携帯電話などの携帯通信機器の場合も、前述したことと同様に部品実装工程、調整・検査工程、完成組立工程等工程を経て、商品完成状態での最終検査として放射電力測定が行われる。

従来の無線通信機器の量産工程における放射電力測定方法としては、シールドＢＯＸや電波暗室などを用いた方法があり、安定で均一な電磁界エリアを作り出すことができる電磁界結合装置を用いるのがある。この電磁界結合装置は、生産ライン現場等で卓上に設置できる程度に小型化され、しかも工業製品生産に必要な正確な再現性が得られるものである。

これには、例えば特許文献１に記載するものがある。図１０は特許文献１に記載された従来の電磁界放結合装置を示すものである。図１０において、四角筒状の本体金属ケースの内周面全域には電波吸収材が貼着されている。この本体金属ケースには蓋体が着脱可能に装着されおり、蓋体にも内周面全域に電波吸収材を貼着している。

本体金属ケースの中心線上には測定対象の無線装置である携帯電話機が配置されており、複数個好ましくは３個以上の進行波アンテナが、本体金属ケースの中心線から等距離の円周上に配設されて同心円アンテナアレーを形成している。アンテナアレーを形成する各アンテナは、相互に影響を与えず、各アンテナの特性を独立させるために、アイソレータが設けられている。

この構成においては、送信時に測定対象の携帯電話機のアンテナから四方に放射する電磁界を、同心円上に配置されたアンテナアレーで拾い上げて位相調整した後に、その総和を合成器を介して測定器で測定し、放射電力として読み取っている。
特開平１１−１３３０７９号公報

しかしながら、前記の特許文献１の構成では、本体金属ケース内のアンテナ（すなわち受信アンテナ）が固定であるため、測定対象物の無線装置の機種別にアンテナ位置や周波数帯域が異なることによる電力分布の変化に対応できない。

このため、図１１に示すように、無線装置である無線通信機器２０３から輻射する電磁界放射パターンにおいて放射電力が最も安定するメインローブ２０１のピークポイント２０２での放射電力の測定ができず、放射電力を相対的に正確に測れないという課題を有していた。また、無線通信機器が固定の場合も同様の課題を有している。

本発明は、上記した従来の課題を解決するもので、電磁界放射パターンのピークを捉えて測定し、電磁界が有する電力を高精度に、さらにバラつきを少なく測定することができる無線装置の電力測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本発明の無線装置の電力測定方法は、予め測定対象機種の標準とする無線装置により所定の無線送信電力で輻射する電磁界放射パターンにおいて、メインローブのピークポイントで測定する放射電力を求め、このメインローブにおける放射電力と前記無線送信電力との相関関係を求め、測定時に測定対象無線装置から輻射する電磁界放射パターンにおけるメインローブを検出し、このメインローブのピークポイントで測定する放射電力を求め、この測定した放射電力から測定対象無線装置の無線送信電力を前記相関関係に基づいて推測するものである。

また、放射電力の測定時に電磁界を受信する測定手段の受信アンテナ、または測定対象無線装置を動かすことにより、電磁界放射パターンにおけるメインローブのピークポイントで放射電力を測定するものである。

また、測定対象無線装置が多帯域の送信周波数を持ち、または測定対象無線装置のアンテナの伸縮により電磁界放射パターンが変化するものであって、周波数毎に、もしくは測定対象無線装置のアンテナの伸縮の状態に合わせて、電磁界を受信する測定手段の受信アンテナ、または測定対象無線装置を動かすことにより、電磁界放射パターンにおけるメインローブのピークポイントで放射電力を測定するものである。

以上のように、本発明の無線装置の電力測定方法によれば、電磁界放射パターンにおけるメインローブのピークポイントで測定する放射電力から無線装置の無線送信電力を容易に推測することができる。

以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下に、請求項１に関して実施の形態１で、請求項２に関して実施の形態２で、請求項３に関して実施の形態３でそれぞれ説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態における放射電力の測定は、携帯電話、無線通信機器等の無線装置の最終検査で行うものである。無線装置は、基板への部品実装工程、調整・検査工程、完成組立工程等工程を経たものである。部品実装工程や調整・検査工程は、先に述べたものと同様であり、その説明は省略する。

以下に、最終検査にて行う本発明の放射電力の測定方法を説明する。はじめに、無線装置の代表的な携帯電話に使用されているアンテナについて述べる。携帯電話におけるアンテナはモノポール型アンテナがよく使われる。

このモノポール型アンテナには、１／２波長ダイポールアンテナの約１／２の長さ（１／４波長）の素子だけでなく、３／８、あるいは５／８波長の素子も使われる。
図１に示すように、金属導体（理想的には無限大）からなる地板上にある１／４波長のモノポール型アンテナは、その影像を考えると１／２波長ダイポールアンテナと同じように扱える。この構成における電磁界放射パターンは図２に示すようになり、片面だけで入力インピーダンスが１／２になる。

携帯電話で使われているモノポール型アンテナの場合には、筐体が地板の役割ではなく、その対の素子の役割を果たすので、モノポール型アンテナの電磁界放射パターンの波形ではなく、ダイポールアンテナの電磁界放射パターンの波形を形成する。その電磁界放射パターンは図３の指向性図に示すようになり、水平分布、垂直分布とも非対称となる。

この場合に無線通信機器２０３である携帯電話のアンテナから輻射する放射電力（無線送信電力）は、電磁界放射パターンの領域内で放射電力密度を積分した値をその測定値として求める。この放射電力（無線送信電力）の測定値をＡ[dBm]とする。

しかし、この時、電磁界放射パターンの波形は非対称であり、波形に凹凸があるために、測定ポイントによっては測定値が大きくバラついてしまう。特に凹状のポイントでは、電磁界を受ける受信アンテナの位置が少しズレただけで放射電力の測定値が大きく変化し、測定値のバラつきにつながる。

一方、電磁界放射パターンにおけるメインローブ２０１のピークポイント２０２で測定する放射電力の測定値はほぼ一定になり、バラつきが一番少なく、さらに放射電力密度も最大となるため、精度よく放射電力を測定することが可能である。このピークポイント２０２で測定するメインローブ２０１における放射電力をａ[dBm]として、無線送信電力である電磁界放射パターンの領域内の放射電力である前記積分値Ａ[dBm]と比較すると以下のようになる。
Ａ≒ａ＋β‥‥（式１）
ここで、β[dBm]はピークポイント２０２で測定するメインローブ２０１における放射電力の測定値ａ[dBm]を電磁界放射パターンの領域内の放射電力である前記積分値Ａ[dBm]に合わせるための補正値である。

このβ[dBm]は以下によって求められる。標準機（基準となる無線通信機器）から所定の無線送信電力で輻射する電磁界放射パターンにおける放射電力（無線送信電力）を、電磁界放射パターンの領域内で放射電力密度を積分した積分値Ａ_ref[dBm]として求め、同電磁界放射パターンのメインローブ２０１のピークポイント２０２で測定するメインローブ２０１における放射電力をａ_ref[dBm]としてた場合に以下の値となる。
β＝Ａ_ref―ａ_ref‥‥（式２）
ここで、本発明の測定方法を実施する対象の無線装置で無線通信機器は、上述したように量産段階の生産ラインの最終工程前のもので、無線通信機器としてほぼ完成された状態であり、前工程にてパワーの調整も行っており、パワーは管理規格内にあり、そのバラツキは小さい。

よって、図３に示すように、無線通信機器からの電磁界放射パターンは同一機種であればほとんど変化することはない。このことにより、補正値βは同一機種であれば共通して使うことができる。したがって、メインローブのピークポイントを捉まえさえすれば、高精度にバラつきが少ない状態で、高速度に無線通信機器のアンテナからの放射電力を測定することが可能となり、この測定した放射電力から測定対象の無線通信機器の無線送信電力を前記相関関係に基づいて推測することができる。
（実施の形態２）
実施の形態１で説明した無線装置の電力測定方法を、３次元におけるピークポイントで実施する場合には、図３に示すような垂直、水平方向の波形を見るために、無線通信機器を回転させる必要があり、電波暗室などの広いスペースを使用して測定を行わなければならない。このため、携帯電話などのように日産何万台もの大量生産を行う生産ラインにおいては、電波暗室の省スペース化が求められる。

図４は本発明の実施の形態２において無線装置の電力測定方法を実施するために使用するアンテナ駆動型電磁界測定装置を示す図である。図４において、アンテナ駆動型電磁界測定装置は、本体ケース６０１の内部に受信アンテナ６０２をアンテナ駆動範囲６０３にわたって移動自在に配置し、受信アンテナ６０２を駆動する駆動機構６０４を有し、無線通信機器保持可能空間６０５を備えている。

実施の形態１で明記したように、メインローブのピークポイントを捉える場合において、電磁界放射パターンのメインローブは測定対象の機種ごとに波形が変わる。
このため、図４に示すＢＯＸ型のアンテナ駆動型電磁界測定装置においては、ピークポイントを捉えるために、受信アンテナ６０２を駆動機構６０４によってアンテナ駆動範囲６０３において動かし、メインローブのピークポイントを捉えることができる位置に受信アンテナ６０２を移動させなければならない。ここでアンテナ駆動範囲６０３は事前にメインローブがどの範囲で電磁界を放射するかを検証して範囲を決めておく。

図５はアンテナ駆動範囲６０３の各測定位置による電磁界パワー（放射電力）の測定結果を示す。この測定は、図４におけるアンテナ可動範囲６０３を測定可能な分解能（例えば10mm程度）のポイントに分けて測定したものである。このときのピークポイントは図５において山の平らな部分７０１となり、この部分で測定を行えば、バラつきも少なく、精度よく測定することが可能となる。

量産工程において、本発明の実施の対象となる無線通信機器は製品としてほぼ完成された状態であり、パワーの調整もされている。よって、電磁界放射パターンは同一機種であればほとんど変化することはない。このことにより、量産工程においてアンテナ駆動型電磁界測定装置を使用する測定フローは図６に示すものとなる。

まず、スタート信号を受け取ったら（Ｓ１−１）、シリアル経由により機種を確認する（Ｓ１−２）。受信アンテナポジションは、予め機種ごとにアンテナ駆動範囲６０３の範囲内で前記標準機を用いて最大パワーとなるポジションに決めておく。この受信アンテナポジションを機種別Ｐｏｓｉ信号として確認する（Ｓ１−３）。

この機種別Ｐｏｓｉ信号の受信アンテナポジションを、１つ前の測定における受信アンテナポジションと比較する（Ｓ１−４）。この判断において位置が同じ（同一機種であることにより）であれば、そのまま測定を開始し（Ｓ１−５）、測定を完了する（Ｓ１−６）。

前記判断（Ｓ１−４）において位置が違う（機種が異なることにより）なら受信アンテナポジションを変更するために、受信アンテナポジションを指示するための機種別ＰＯＳ番号を出力し（Ｓ１−７）、その位置への移動を要求し（Ｓ１−８）、駆動機構６０４で受信アンテナを移動し（Ｓ１−９）、受信アンテナの位置決めを完了する（Ｓ１−１０）。そして、測定を開始し（Ｓ１−５）、測定を完了する（Ｓ１−６）。

このように機種が同じであれば受信アンテナポジションの変更が不要であるので、毎回のアンテナ位置変更をなくしてスピードの向上を図れる。また、精度よくピークをとらえて、生産性の向上にもつなげることが可能になる。

なお、受信アンテナ６０２を駆動するのではなく、図７に示すように、受信アンテナ６０２を固定し、無線通信機器２０３を無線移動範囲９０１の範囲内で無線通信機器移動治具９０２により動かして、メインローブのピークポイントを捉まえてもよい。

このとき、電磁界の反射を防ぐためは、無線通信機器移動治具９０２は無線通信機器保持可能空間６０５に挿入されている部分において金属を使ってはならない。なお、受信アンテナ６０２、無線通信機器２０３の両方を動かして、メインローブのピークポイントを捉まえてもよい。
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３を示すもので、多帯域の送信周波数（例えば８００ＭＨｚと１．５ＧＨｚ）を持つ無線装置において放射される放射電力の測定フローである。

上記実施の形態２における測定装置を用いて多帯域の送信周波数を持つ無線装置の電磁界パワー（放射電力）を測定した結果を図１１に示す。図１１（ａ）に示すように、送信周波数が８００MHzの場合の放射電力のピークポイント１１０１となるアンテナポジション１２と、図１１（ｂ）に示すように、送信周波数が１．５GHzの場合の放射電力のピークポイント１１０２となるアンテナポジション９とが異なる。

これは８００MHz用の送信アンテナと１.５GHz用の送信アンテナの位置が違うことにより生じる。このことにより、各周波数帯において、メインローブのピークポイントを捉える場合、測定時にアンテナ位置を切り替える必要がある。

よって、図８に示す測定手順によって、多帯域の送信周波数を持つ無線通信機器における測定を行う。このとき、実施の形態２で示したように、同一機種の場合のアンテナ位置は各周波数で固定できるため、事前に最適なアンテナポジションを見出しておく。

まず、８００MHz測定において、受信アンテナポジションをＰｏｓｉ信号として確認する（Ｓ２−１）。そして、現在位置判断を行い（Ｓ２−２）、現在のアンテナポジションと８００MHz用に設定されているアンテナポジションとを比較する。

位置が同じ（送信周波数が同じであることにより）であれば、そのまま８００MHzの測定を開始し（Ｓ２−３）、測定を完了する（Ｓ２−４）。
前記判断（Ｓ２−２）において位置が違う（送信周波数が異なることにより）なら受信アンテナポジションを変更するために、受信アンテナポジションを指示するためのＰＯＳ番号を出力し（Ｓ２−５）、その位置への移動を要求し（Ｓ２−６）、駆動機構６０４で受信アンテナを移動し（Ｓ２−７）、受信アンテナの位置決めを完了する（Ｓ２−８）。そして、測定を開始し（Ｓ２−３）、測定を完了する（Ｓ２−４）。

次に、１.５GHzの測定において、受信アンテナポジションをＰｏｓｉ信号として確認する（Ｓ３−１）。そして、現在位置判断を行い（Ｓ３−２）、現在のアンテナポジションと１.５GHz用に設定されているアンテナポジションとを比較する。

位置が同じ（送信周波数が同じであることにより）であれば、そのまま１.５GHzの測定を開始し（Ｓ３−３）、測定を完了する（Ｓ３−４）。
前記判断（Ｓ３−２）において位置が違う（送信周波数が異なることにより）なら受信アンテナポジションを変更するために、受信アンテナポジションを指示するためのＰＯＳ番号を出力し（Ｓ３−５）、その位置への移動を要求し（Ｓ３−６）、駆動機構６０４で受信アンテナを移動し（Ｓ３−７）、受信アンテナの位置決めを完了する（Ｓ３−８）。そして、測定を開始し（Ｓ３−３）、測定を完了する（Ｓ３−４）。

このように８００MHz帯、１.５GHz帯の各測定ごとにアンテナポジションの位置確認、移動を行うことにより、多帯域の送信周波数を持つ無線通信機器においても、高精度にバラつきを少なく電磁界エネルギーを測定することが可能となる。

本発明の無線装置の電力測定方法は、無線通信機器から放射される放射電力を高精度に測定できる特徴を有し、放射電力の測定及び評価等の用途にも適用できる。

一般的なモノポールアンテナを示す模式図同モノポールアンテナの電磁界放射パターンを示す模式図本発明の実施の形態における携帯電話の電磁界放射パターンの指向性を示す模式図同実施の形態におけるアンテナ駆動型電磁界測定装置を示す模式図同アンテナ駆動型電磁界測定装置による放射電力の測定結果を示すグラフ図同アンテナ駆動型電磁界測定装置を使用して行う量産工程での測定フローを示す図本発明の実施の形態における測定対象物駆動型電磁界測定装置を示す模式図本発明の実施の形態における多帯域周波数無線通信機器における測定フローを示す図同多帯域周波数無線通信機器における周波数別ピークポイントを示すグラフ図従来の電磁界測定装置を示す図無線通信機器からの電磁界放射パターンを示す図

符号の説明

２０１メインローブ（主モード）
２０２ピークポイント
２０３無線通信機器
６０１本体ケース
６０２受信アンテナ
６０３アンテナ駆動範囲
６０４駆動機構
６０５無線通信機器保持可能空間
７０１ピークポイント
９０１無線通信機器移動範囲
９０２無線通信機器移動治具
１１０１パワーのピークポイント（８００MHz）
１１０２パワーのピークポイント（１.５GHz）

Claims

予め測定対象機種の標準とする無線装置により所定の無線送信電力で輻射する電磁界放射パターンにおいて、メインローブのピークポイントで測定する放射電力を求め、このメインローブにおける放射電力と前記無線送信電力との相関関係を求め、測定時に測定対象無線装置から輻射する電磁界放射パターンにおけるメインローブを検出し、このメインローブのピークポイントで測定する放射電力を求め、この測定した放射電力から測定対象無線装置の無線送信電力を前記相関関係に基づいて推測することを特徴とする無線装置の電力測定方法。
放射電力の測定時に電磁界を受信する測定手段の受信アンテナ、または測定対象無線装置を動かすことにより、電磁界放射パターンにおけるメインローブのピークポイントで放射電力を測定することを特徴とする請求項１に記載の無線装置の電力測定方法。
測定対象無線装置が多帯域の送信周波数を持ち、または測定対象無線装置のアンテナの伸縮により電磁界放射パターンが変化するものであって、周波数毎に、もしくは測定対象無線装置のアンテナの伸縮の状態に合わせて、電磁界を受信する測定手段の受信アンテナ、または測定対象無線装置を動かすことにより、電磁界放射パターンにおけるメインローブのピークポイントで放射電力を測定することを特徴とする請求項１に記載の無線装置の電力測定方法。