JP2008209135A - アンテナ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナが所望の放射特性を有しているか否かを自動かつ高速で測定する事が可能な装置を提供する。
【解決手段】 アンテナ測定装置は、被計測アンテナ６を回転させるための回転台２と、回転台制御部３と、回転台２の角度をモニタする回転台I/F4と、被計測アンテナ６のビームパターンを制御するビーム走査処理器５と、被計測アンテナ6から放射されるビームを受信するためのホーンアンテナ２１と、アンテナパターンを測定するため試験用送受信機７と、試験装置全系を統括制御する計算機１を備え、回転台２が１回転する間の各ステップ角度毎に、複数のビームパターンを切り替えながらアンテナパターンを測定するように構成した。
【選択図】 図１

Description

この発明は、被測定アンテナの放射特性もしくは受信感度特性（アンテナパターン特性）を測定するアンテナ測定装置に関する。

アンテナパターン測定を自動で行うアンテナ測定装置に関しては、様々な提案がなされている。従来のアンテナ測定装置は、被計測アンテナを回転台の上に搭載し、被計測アンテナに対向した対向アンテナを設ける。回転台の所定の回転角度毎に、対向アンテナの受信データを読み込むことにより、アンテナパターンを測定することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２２９９４２号

従来のアンテナ測定装置において、被計測アンテナが例えばフェーズドアレイアンテナである場合、アンテナ制御装置内部の位相器制御回路にて被計測アンテナ内の位相器制御を行い、ある任意の１ビームを形成した上で回転台を回転させ、アンテナパターンの測定を行っていた。従来の方式によると、取得が必要なアンテナパターン数分だけ回転台を回転させアンテナパターンの測定を行うため、回転台が回転する時間分だけ測定に時間を要することになる。そのためフェーズドアレイアンテナのように取得するアンテナパターン数が増大すると、結果としてアンテナパターンの測定に多大な時間を要するという問題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、アンテナパターンを測定する時間を従来のものよりも短縮することができるアンテナ測定装置を得ることを目的としている。

この発明によるアンテナ測定装置は、ビームパターンの可変できる被測定アンテナを回転させる回転台と、
上記回転台を駆動し、上記被測定アンテナの回転角度を計測する回転台制御部と、
上記被測定アンテナに対向し、被測定アンテナとの間で電波を送信または受信する対向アンテナと、
上記回転台制御部で計測された回転角度が所定の計測角度に到達したときに、上記被測定アンテナのビームパターンを順次変化させる信号処理器と、
上記被測定アンテナと上記対向アンテナとの間で伝搬される電波の電力比を計測し、電力比の計測データをビームパターン毎に順次記憶する試験用送受信機と、
上記被測定アンテナの計測角度を順次変化させ、それぞれの計測角度毎に上記試験用送受信機によって記憶された電力比の計測データを順次取得し、全ての計測角度で取得された計測データに基づいて多数のビームパターンにそれぞれ対応した被測定アンテナのアンテナパターン特性を測定する計算機と、
を備えたものである。

また、被測定アンテナを回転させる回転台と、
上記回転台を駆動し、上記被測定アンテナの回転角度を計測する回転台制御部と、
上記被測定アンテナから放射される送信電波を受信する受信アンテナと、
上記回転台制御部で計測された回転角度が所定の計測角度に到達したときに、上記被測定アンテナの周波数を順次変化させ、上記被測定アンテナに送信信号を給電するとともに上記受信アンテナの受信信号を受け、上記被測定アンテナに給電した送信信号と上記受信アンテナで受けた受信信号との電力比を計測し、電力比の計測データを周波数毎に順次記憶する試験用送受信機と、
上記被測定アンテナの計測角度を順次変化させ、それぞれの計測角度毎に上記試験用送受信機によって記憶された電力比の計測データを順次取得し、全ての計測角度で取得された計測データに基づいて多数の周波数にそれぞれ対応した被測定アンテナの放射特性を測定する計算機と、
を備えたアンテナ測定装置でも良い。

さらにまた、受信ビーム方向を走査する被測定アンテナを回転させる回転台と、
上記回転台を駆動し、上記被測定アンテナの回転角度を計測する回転台制御部と、
上記被測定アンテナに対し送信電波を放射する送信アンテナと、
上記回転台制御部で計測された回転角度が所定の計測角度に到達したときに、上記被測定アンテナの受信ビーム方向を順次変化させる信号処理器と、
上記被測定アンテナが受信した受信信号を受けるとともに上記送信アンテナに送信信号を給電し、上記被測定アンテナが受信した受信信号と上記送信アンテナに給電した送信信号との電力比を計測し、電力比の計測データを走査する受信ビーム方向毎に順次記憶する試験用送受信機と、
上記被測定アンテナの計測角度を順次変化させ、それぞれの計測角度毎に上記試験用送受信機によって記憶された電力比の計測データを順次取得し、全ての計測角度で取得された計測データに基づいて多数の受信ビーム方向にそれぞれ対応した被測定アンテナの放射特性を測定する計算機と、
を備えたアンテナ測定装置であっても良い。

この発明によれば、回転台を１回転させる間に多数のビーム走査または周波数切り替えからアンテナパターン測定までを同時に実施することが可能になり、結果として多数のビーム走査または周波数切り替えを行うアンテナにおけるアンテナパターンの測定時間を、より短縮することができる効果がある。

実施の形態１．
この発明に係る実施の形態１では、被計測アンテナとしてフェーズドアレイアンテナを例に説明する。被計測アンテナは、例えば移相器、低雑音増幅器、高出力増幅器、送受信切替スイッチ、および発振器を備えて構成された複数の送受信モジュールを有する。また、各送受信モジュールは、アンテナ開口面を構成する平面内に一次元または二次元配列されたアンテナ素子に接続され、アンテナ素子を介して送信電波を放射するとともに、物体で反射して戻ってくる反射電波または対向アンテナから送出された送信電波を受信する。被計測アンテナはアンテナ制御部によって移相器が移相制御され、各アンテナ素子の位相が制御される。この実施の形態によるアンテナ測定装置では、この被計測アンテナが回転台に搭載され、回転台によって被計測アンテナを回転させながら、複数のビーム走査や測定周波数の切り替えを行い、被計測アンテナの送信電波を対向アンテナである受信ホーンアンテナで受けて、被計測アンテナのアンテナパターンを測定する。以下、図を用いてこの実施の形態のアンテナ測定装置について説明する。

図１はこの発明の実施の形態１におけるアンテナ測定装置の構成を示すものである。
図１において、計算機１はアンテナ測定装置の全系を制御する制御部を成し、パーソナルコンピュータや汎用コンピュータなどで構成される。回転台２はサーボモータを有し、そのロータ部に取付けた被計測アンテナ６を回転させる。回転台制御部３は、ロータリエンコーダやレゾルバなどの角度検出器（図示せず）を用いて回転台２のロータ部の回転角度（回転台角度）を計測するとともに、回転台２のサーボモータを駆動して被計測アンテナ６の回転動作を制御する。回転台I/F４は、回転台制御部３で計測される回転台角度データをモニタし、回転台角度データに基づいて計測角度トリガ信号を出力する。

ビーム走査処理器５は被計測アンテナ６の位相を設定し、ビーム形成やビーム走査を行うための信号処理器である。ビーム走査処理器５はディジタルシグナルプロセッサやロジック回路、ＰＬＤ回路などを備えて構成され、所定の論理演算や制御シーケンスを高速で実行することができる。試験用送受信機７はＲＦ（電磁波＝Radio Frequency）信号を送信及び受信する。ＧＰＩＢ（General Purpose Interface Bus）ケーブル８は計算機１と回転台制御部３の間を接続して、両者の間で制御信号（コマンド）や計測データをやり取りする。制御ケーブル９は回転台２と回転台制御部３の間を接続する。ＬＡＮケーブル１０は計算機１と回転台I/F４を接続する。ＬＡＮケーブル１１は計算機１とビーム走査処理器５を接続する。制御ケーブル１２はビーム走査処理５と被計測アンテナ６を接続する。制御ケーブル１３は回転台制御部３と回転台I/F４を接続する。制御ケーブル１４は回転台I/F４とビーム走査処理器５を接続する。制御ケーブル１５はビーム走査処理器５と試験用送受信機７を接続する。ＧＰＩＢケーブル１６は計算機１と試験用送受信機７を接続する。ＲＦケーブル１７は試験用送受信機７のＲＦ出力ポートに接続され、ＲＦ信号を伝送する。

方向性結合器１８の第１のＲＦポートはＲＦケーブル１７に接続される。方向性結合器１８は３ポート有し、ＲＦケーブル１７を介して第１のＲＦポートに入力されるＲＦ信号を第２のＲＦポートに分配出力するとともに、第１のＲＦポートから入力されるＲＦ信号を第３のＲＦポートに分配出力する。この電力の分配比は、各アンテナの電波環境や試験用送受信機７の性能に応じて適宜設定される。ＲＦケーブル１９は方向性結合器１８の第２のＲＦポートに接続される。ＲＦケーブル２３は方向性結合器１８の第３のＲＦポートに接続される。

符号２０は、被計測アンテナ６から送信されるビーム（送信電波）を指し示している。ホーンアンテナ２１は被計測アンテナ６に対向配置された受信用の対向アンテナである。ホーンアンテナ２１は被計測アンテナ６から送信されたビーム２０を受信する。ＲＦケーブル２２は試験用送受信機７のモニタ用レシーバＡポートとホーンアンテナ２１間を接続する。ＲＦケーブル２３は試験用送受信機７のリファレンス用レシーバＲポートと方向性結合器１８間を接続する。

次に、実施の形態１によるアンテナ測定装置の動作について説明する。
図２は実施の形態１において、ビームを走査させながらアンテナパターン測定を行う手順を示すシーケンス図である。図３を参照して、上記のように構成されたアンテナ測定装置の動作について説明する。

はじめに、計算機１は、ＬＡＮケーブル１１を介して、ビーム走査処理器５に対しビーム走査を行うためのビーム走査リストを設定する（ステップＳ１）。ビーム走査リストは、被計測アンテナ６が所望のビームを構成するように移相器を制御して各アンテナ素子の位相を設定するための位相情報を与えるものであって、アンテナパターン測定を行うべき各ビームパターン毎に、そのパターンに対応した位相情報を備えている。ここでは、ビーム走査リストに、Ｎ個（Ｎ≧２）のビームパターンに対応した位相情報が与えられている場合を例に説明する。なお、ビームパターンは、ビームの指向方向やビーム形状に応じて異なるものとなり、フェーズドアレイアンテナの構成によっては、１００パターン程度のビームパターンを与えることが可能である。複数種類のビームパターンを切り替えることによって、例えば、ブロードビームと狭ビームとの切り替えや、ビームの指向方向の切り替えを行うことができる。

次に、計算機１はＧＰＩＢケーブル１６を介して、試験用送受信機７にコマンドを送り、ある任意の周波数のＲＦ送信を開始させる（ステップＳ２）。

次に計算機１は、ＬＡＮケーブル１０を介して、回転台I/F４に、計測角度諸元（計測開始角度、計測終了角度、計測ステップ角度）を設定する（ステップＳ３）。計測角度諸元は予め設定されていてもいいし、測定対象となる被計測アンテナ６に応じて適宜計測角度諸元を変更設定しても良い。

次に、計算機１は、ＧＰＩＢケーブル８を介して、回転台制御部３に回転開始を指示するコマンドを送る。これによって、回転台制御部３は受信したコマンドをデコードし、デコードされた制御プログラムにしたがって回転台２の回転を開始させる（ステップＳ４）。

回転台２の回転台角度の情報は、回転台制御部３から制御ケーブル１３を介して、常時回転台I/F４に伝達されている。この後、回転台I/F４のロータ部は、設定された計測角度諸元に基づいて、計測開始角度θ０から計測終了角度θｎまでの間を、所定の計測ステップ角度θｄ間隔でステップ回転し、順次計測が行われることになる。

次に、回転台I/F４において、回転台角度が予定される計測角度に到達したか否かが判断され、計測角度に到達したことが検知されるまで回転台２を回転させる（ステップＳ５）。ここで、計測角度に到達したことが検知されると、制御ケーブル１４を介して、回転台I/F４からビーム走査処理器５に計測角度トリガ信号が出力される（ステップＳ６）。この際、ｉ番目のステップ回転時の計測角度θｉは、θｉ＝θ０＋ｉ×θｄで与えられる。計測ステップ角度θｄは、例えば０．１度単位とする。

次に、ビーム走査処理器５は、ビーム走査リストの先頭にあるビームパターンについて、ビーム走査リストから位相情報を読み出し、読み出した位相情報に基づいて被計測アンテナ６のビーム設定を行う（ステップＳ７）。この際、ビーム走査処理器５から制御ケーブル１２を介して、被計測アンテナ６にビーム設定を行うための位相情報が送信され、この位相情報に基づいて移相器が制御され、被計測アンテナ６のビーム走査が行われる。

次に、ビーム走査処理器５から、制御ケーブル１５を介して、試験用送受信機７に計測トリガ信号が出力される（ステップＳ８）。

次に、試験用送受信機７において、アンテナパターン測定を実施する（ステップＳ９）。アンテナパターン測定では、試験用送受信機７のＲＦ出力の変動をキャンセルするために、ＲＦケーブル２２を介してモニタ用レシーバＡに入力されるＲＦ信号の平均電力（Ａ）と、ＲＦケーブル２３を介してリファレンス用レシーバＲに入力されるＲＦ信号の平均電力（Ｒ）との比測定を行う。ここでは、電力比としてＡ／Ｒを求める。試験用送受信機７は、この電力比Ａ／Ｒの計測データを、ビームパターン毎に対応付けて順次メモリに記憶する。なお、電力Ａは、ホーンアンテナ２１の受信信号の平均電力を示し、電力Ｒは、試験用送受信機７から送信され方向性結合器１８によって分配される送信信号の平均電力を示す。

測定が完了したら、試験用送受信機７から制御ケーブル１５を介して、ビーム走査処理器５に計測完了トリガ信号が出力される（ステップＳ１０）。ビーム走査処理器５において、ビーム走査リストにある全ビームパターンのビーム走査が完了していない場合は、ビーム走査リスト上でビーム走査が完了していないビームパターン分についてのみ、順次、被計測アンテナ６のビーム設定が行われる。その設定状態でビーム走査が行われた後、試験用送受信機７によるアンテナパターン測定が繰り返される。
かくして、ビーム走査リスト上でビーム走査が完了していないビームパターンがなくなるまで、ビーム設定から試験用送受信機７におけるアンテナパターン測定が繰り返し行われる。この際、ビーム走査処理器５は、例えば、各アンテナパターンのビーム走査の完了した場合に、その都度、それぞれビーム走査管理フラグを設定する。

ビーム走査処理器５は、このビーム走査管理フラグの有無を確認することによって、ビーム走査リスト上での、ビーム走査の完了有無を確認する（ステップＳ１１）。また、ビーム走査管理フラグの個数をカウントすることにより、ビーム走査の完了数を確認することができる。

計算機１は測定開始後、試験用送受信機７の状態監視をGPIBケーブル１６を介して開始する。試験用送受信機７の状態が計測完了である事を確認できた場合、計算機１は試験用送受信機７に対してデータ転送を指示する。データ転送指示を受けた試験用送受信機７は、ＧＰＩＢケーブル１６を介して計算機１に対し、各ビームパターン毎に計測され試験用送受信機７のメモリに記憶された電力比Ａ／Ｒを、計測角度（θｉ）に対応付けされた測定データとして一括して転送する（ステップＳ１２）。この測定データは、ビームパターンの種類を識別するコード番号（Ｃ）と、そのビームパターンに対応して計測された電力比の値（Ａ／Ｒ）とを、ペアにして構成され、計算機１のメモリに記憶される。

ここで、回転台制御部３で計測される回転台２の回転台角度情報が計測終了角度に到達しているか否かが判断される（ステップＳ１３）。判断の結果、回転台角度情報が計測終了角度に到達していない場合には、計算機１は、上述のステップＳ５に立ち戻り、Ｓ５〜Ｓ１３に示す一連の動作を、計測ステップ角度毎に実行させる。また、回転台２の回転台角度情報が計測終了角度に到達した場合には、計算機１から、ＧＰＩＢケーブル８を介して、回転台制御部３に回転終了（回転停止）を指示するコマンドを送る（ステップＳ１４）。

回転台制御部３は、回転終了を指示するコマンドを受信した後、受信したコマンドをデコードして、デコードされた制御指令情報にしたがい、回転台２を停止させる。次いで、計算機１は、ＧＰＩＢケーブル１６を介して、試験用送受信機７にＲＦ送信を停止させるためのコマンドを送り、試験用送受信機７のＲＦ送信を停止させる（ステップＳ１５）。

また、計算機１は、試験用送受信機７から全ての計測角度に対応付けされた測定データを受信した後、メモリに記憶されたビームパターンの種類を識別するコード番号（Ｃ）毎に、計測角度（θｉ）に対応した電力比Ａ／Ｒの値に基づいて、アンテナパターンを求める。このアンテナパターンは、アンテナ指向軸を中心とした角度（例えば、方位角または俯角）に対する電力分布または電界強度の特性を示すものであり、計測角度はその角度方向でパターン計測可能な角度分解能に相当する。

以上のように、実施の形態１によるアンテナ測定装置では、回転台２が回転する間に、被計測アンテナ６のビーム走査を、ビーム走査リストにある回数分行うことにより、多数のアンテナパターンを同時に取得することが可能となり、アンテナパターン測定に要する時間を、従来よりも１／（Ｎ−１）倍近くまで、短縮することができる（Ｎは切り替えを行うビームパターンの数。但し、Ｎ個のビームパターンにおける個々のパターン計測に要する時間が、後述するように計測ステップ角度毎の計測時間に比して充分に小さい場合）。

次に、実施の形態１における計測角度トリガ周期内での時間推移について更に説明する。
図３は計測角度トリガ周期内の動作を示すタイムチャートである。例えば角度分解能０．１度毎にアンテナパターンを計測する場合など、計測ステップ角度が極めて小さい場合、計測角度トリガ周期T1は必然的に短いものとなる。この短いT1時間内に、電力比Ａ／Ｒの計測から計測データ転送までを実施するために、全ビーム走査が完了するまでは、制御速度が低速なＧＰＩＢをインターフェースに持つ計算機１が制御に介在しないようにしている。すなわち、ビーム走査処理器５と試験用送受信機７との間で、ＧＰＩＢケーブルや計算機１を介さずに直接ディスクリート信号のやり取りを行うことで、アンテナパターン測定の高速化を実現している。

ここで、ビームパターンの切り替えを行うビーム走査数をN、ビーム走査処理器５から被計測アンテナ６にビームを設定するまでの時間をT2、試験用送受信機７における電力比Ａ／Ｒの測定時間をT3、試験用送受信機７から計算機１へデータを転送する時間をT4、とする。この場合、ビーム設定時間T2と測定時間T3の和にビーム走査数Nを乗じ、データ転送時間T4を足した値である[N×（T2＋T3）＋T4]が、計測角度トリガ周期T1を下回れば、多数（N個）のビームパターンの切り替えによる、各アンテナパターン測定を、実現することが可能となる。

図４は、実施の形態１におけるアンテナパターン計測の一例である。図４は、３つのビームパターンを切り替える例として、３つの指向角ビームを走査しながら所定間隔の計測ステップ角度でアンテナパターンを測定する例を示したものである。図４（ａ）、（ｂ）は測定開始時点及び途中時点での状態であり、ビーム２０−１、２０−２、２０−３は時分割で走査される３つのビームパターンを示している。
図に示すように、図４（ａ）では、測定開始時点での全てのビームの電力比Ａ／Ｒを計測する。例えば、ビーム２０−３はビーム指向方向が角度３０°を向き、ビーム２０−２はビーム指向方向が角度０°を向き、ビーム２０−１はビーム指向方向が角度−３０°を向いている。この際、各ビームは図４（ｃ）のような電力比分布となる。また、図４（ｂ）では、途中時点での全てのビームの電力比Ａ／Ｒを計測する。例えば、ビーム２０−２はビーム指向方向が角度０°を向き、ビーム２０−１はビーム指向方向が角度−３０°を向き、ビーム２０−３はビーム指向方向が角度３０°を向いている。この際、各ビームは図４（ｄ）のような電力比分布となる。図４（ｅ）は、図４（ｃ）、（ｄ）に示す各計測角度での電力比の分布に基づいて、ビーム２０−１について、各計測角度での電力比の分布をプロットした図である。図の例では、−６０°、−３０°、０°、３０°、６０°を代表的にプロットした図を示している。この角度間隔を所定の計測ステップ角度（例えば０．１°）間隔まで狭めることによって、図４（ｅ）の符号２００の曲線に示すようなアンテナパターン特性を得ることができる。なお、他のビーム２０−２、２０−３についても、同様にアンテナパターンを計測できる。このように、被計測アンテナ６の回転に伴い、各計測角度での各ビームパターンの電力比Ａ／Ｒを求めることによって、各ビームパターン毎の電力比分布、すなわちアンテナパターン特性を得ることができる。

以上説明したように、従来であれば測定が必要なアンテナパターンの数だけ、その都度回転台２を回転させてアンテナパターンを測定していた。しかし、本実施例のアンテナ測定装置によれば、回転台２を１回転させる間に多数のビーム走査からアンテナパターン測定までを一括して実施することが可能になり、結果としてアンテナパターンの測定時間を従来よりも短縮することができる効果がある。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２におけるアンテナ測定装置の構成を示す図である。
この実施の形態では、被計測アンテナとしてビーム走査を必要とせず、周波数変調を行うことのできる開口面アンテナを想定している。図５において、被計測アンテナ６は、アンテナや増幅器などを備えて構成され、フェーズドアレイアンテナやシングルビームアンテナやモノパルスアンテナなどの各種アンテナとして用いられる。計算機１はアンテナ測定装置の全系を制御する制御部を成し、パーソナルコンピュータや汎用コンピュータなどで構成される。回転台２はサーボモータを有し、そのロータ部に取付けた被計測アンテナ６を回転させる。回転台制御部３は、ロータリエンコーダやレゾルバなどの角度検出器（図示せず）を用いて回転台２のロータ部の回転角度（回転台角度）を計測するとともに、回転台２のサーボモータを駆動して被計測アンテナ６の回転動作を制御する。回転台I/F４は、回転台制御部３で計測される回転台角度データをモニタし、回転台角度データに基づいて計測角度トリガ信号を出力する。

ビーム走査処理器５は、試験用送受信機７に対し周波数掃引計測を起動させる。ビーム走査処理器５は被計測アンテナ６のビーム走査を制御しても良い。試験用送受信機７は送信周波数を変調しながらＲＦ（電磁波＝Radio Frequency）信号を送信及び受信する。ＧＰＩＢ（General Purpose Interface Bus）ケーブル８は計算機１と回転台制御部３の間を接続して、両者の間で制御信号（コマンド）や計測データをやり取りする。制御ケーブル９は回転台２と回転台制御部３の間を接続する。ＬＡＮケーブル１０は計算機１と回転台I/F４を接続する。ＬＡＮケーブル１１は計算機１とビーム走査処理器５を接続する。制御ケーブル１２はビーム走査処理器５と被計測アンテナ６を接続する。制御ケーブル１３は回転台制御部３と回転台I/F４を接続する。制御ケーブル１４は回転台I/F４とビーム走査処理器５を接続する。制御ケーブル１５はビーム走査処理器５と試験用送受信機７を接続する。ＧＰＩＢケーブル１６は計算機１と試験用送受信機７を接続する。ＲＦケーブル１７は試験用送受信機７のＲＦ出力ポートに接続され、ＲＦ信号を伝送する。

方向性結合器１８の第１のＲＦポートはＲＦケーブル１７に接続される。方向性結合器１８は、ＲＦケーブル１７を介して第１のＲＦポートに入力されるＲＦ信号を第２のＲＦポートに分配出力するとともに、第１のＲＦポートから入力されるＲＦ信号を第３のＲＦポートに分配出力する。この電力の分配比は、各アンテナの電波環境や試験用送受信機７の性能に応じて適宜設定される。ＲＦケーブル１９は方向性結合器１８の第２のＲＦポートに接続される。ＲＦケーブル２３は方向性結合器１８の第３のＲＦポートに接続される。

符号２０は、被計測アンテナ６から送信されるビーム（送信電波）を指し示している。ホーンアンテナ２１は被計測アンテナ６から送信されたビーム２０を受信する。ＲＦケーブル２２は試験用送受信機７のモニタ用レシーバＡポートとホーンアンテナ２１間を接続する。ＲＦケーブル２３は試験用送受信機７のリファレンス用レシーバＲポートと方向性結合器１８間を接続する。

次に、実施の形態２によるアンテナ測定装置の動作について説明する。
図６は実施の形態２において、測定周波数を切り替えながらアンテナパターン測定を行う手順を示すシーケンス図である。図６を参照して、上記のように構成されたアンテナ測定装置の動作について説明する。

はじめに、計算機１は、ＬＡＮケーブル１１を介して、ビーム走査処理器５に対し周波数掃引計測の起動を指示する。また、被計測アンテナ６がビーム走査可能なアンテナであれば、実施の形態１と同様に、計算機１は、ＬＡＮケーブル１１を介して、ビーム走査処理器５にビーム走査を行うためのビーム走査リストを設定する。ビーム走査処理器５は試験用送受信機７に対し周波数掃引計測の開始を指示する（ステップＳ２１）。

次に、計算機１はＧＰＩＢケーブル１６を介して、試験用送受信機７に周波数掃引リストを設定する。周波数掃引リストは試験用送受信機７の記憶装置に格納される。次いで、計算機１はＧＰＩＢケーブル１６を介して、試験用送受信機７にＲＦ送信を開始させるコマンドを送り、ある任意の周波数のＲＦ送信を開始させる（ステップＳ２２）。
ここで、周波数掃引リストには、試験用送受信機７の発振周波数を順次切り替えて周波数掃引を行ってアンテナパターンを測定する際の、測定すべき設定周波数の情報が備わっている。この際、予め試験用送受信機７のＲＯＭに、周波数掃引リストが設定されていても良い。
続いて、計算機１は、制御ケーブル１４を介して、回転台I/F４に、計測角度諸元（計測開始角度、計測終了角度、計測ステップ角度）を設定する（ステップＳ２３）。計測角度諸元は予め設定されていてもいいし、測定対象となる被計測アンテナ６に応じて適宜計測角度諸元を変更設定しても良い。

次に、計算機１は、ＧＰＩＢケーブル８を介して、回転台制御部３に回転開始を指示するコマンドを送る。これによって、回転台制御部３は受信したコマンドをデコードし、デコードされた制御プログラムにしたがって回転台２の回転を開始させる（ステップＳ２４）。

回転台２の回転台角度の情報は、回転台制御部３から制御ケーブル１３を介して、常時回転台I/F４に伝達されている。この後、回転台I/F４のロータ部は、設定された計測角度諸元に基づいて、計測開始角度θ０から計測終了角度θｎまでの間を、所定の計測ステップ角度θｄ間隔でステップ回転し、順次計測が行われることになる。

次に、回転台I/F４において、回転台角度が予定される計測角度に到達したか否かが判断され、計測角度に到達したことが検知されるまで回転台２を回転させる（ステップＳ２５）。ここで、計測角度に到達したことが検知されると、制御ケーブル１４を介して、回転台I/F４から周波数掃引処理器５０に計測角度トリガ信号が出力される（ステップＳ２６）。この際、ｉ番目のステップ回転時の計測角度θｉは、θｉ＝θ０＋ｉ×θｄで与えられる。計測ステップ角度θｄは、例えば０．１度とする。

次に、試験用送受信機７は、記憶装置に格納された周波数掃引リストの先頭にある測定すべき設定周波数の情報を読み出す。試験用送受信機７は、読み出した周波数情報に基づいて発振器の発振周波数を設定し、送信周波数を変調して、ＲＦケーブル１７を介して被計測アンテナ６に周波数変調後の送信信号（ＲＦ信号）を送る。

次に、ビーム走査処理器５から、制御ケーブル１５を介して、試験用送受信機７に計測トリガ信号が出力される（ステップＳ２７）。

次に、試験用送受信機７において、アンテナパターン測定を実施する（ステップＳ２８）。アンテナパターン測定では、試験用送受信機７のＲＦ出力の変動をキャンセルするために、ＲＦケーブル２２を介してモニタ用レシーバＡに入力されるＲＦ信号の平均電力（Ａ）と、ＲＦケーブル２３を介してリファレンス用レシーバＲに入力されるＲＦ信号の平均電力（Ｒ）との比測定を行う。ここでは、電力比としてＡ／Ｒを求める。測定されたデータは、設定周波数に対応付けて試験用送受信機７のメモリに記憶される。なお、電力Ａは、ホーンアンテナ２１の受信信号の平均電力を示し、電力Ｒは、試験用送受信機７から送信され方向性結合器１８によって分配される送信信号の平均電力を示す。

測定が完了したら、試験用送受信機７から制御ケーブル１５を介して、ビーム走査処理器５に計測完了トリガ信号が出力される（ステップＳ２９）。試験用送受信機７において、周波数掃引リストにある全設定周波数の切替えが完了していない場合は、周波数掃引リスト上で周波数掃引が完了していない周波数分についてのみ、順次、周波数切替えを行う。
例えば、試験用送受信機７は、周波数掃引リストにおける、次の設定周波数の情報を読み出し、読み出した周波数情報に基づいて発振器の発振周波数を切り替える。試験用送受信機７は、ＲＦケーブル１７を介して、被計測アンテナ６に変調した送信信号（ＲＦ信号）を送る。周波数掃引リスト上で周波数掃引が完了していない設定周波数がなくなるまで、試験用送受信機７における周波数設定から電力比測定が繰り返し行われる。試験用送受信機７は、全周波数の切替えが行われ、各設定周波数での電力比測定が完了した場合に、ビーム走査処理器５に対して周波数掃引完了フラグを設定する。

ビーム走査処理器５は、この周波数掃引完了フラグの有無を確認することによって、周波数掃引リスト上での、周波数掃引の完了有無を確認する（ステップＳ３０）。

計算機１は測定開始後、試験用送受信機７の状態監視をGPIBケーブル１６を介して開始する。試験用送受信機７の状態が周波数掃引完了である事を確認できた場合、計算機１は試験用送受信機７に対してデータ転送を指示する。データ転送の指示を受けた試験用送受信機７は、ＧＰＩＢケーブル１６を介して計算機１に対し、ビームパターン毎に計測され自己のメモリに記憶された電力比Ａ／Ｒを、計測角度に対応付けされた測定データとして一括して転送する（ステップＳ３１）。この測定データは、ビームパターンの種類を識別するコード番号と、その設定周波数に対応して計測された電力比の値とを、ペアにして構成され、計算機１のメモリに記憶される。

ここで、計算機１では、回転台制御部３で計測される回転台２の回転台角度情報が計測終了角度に到達しているか否かが判断される（ステップＳ３２）。判断の結果、回転台角度情報が計測終了角度に到達していない場合には、計算機１は、上述のステップＳ２５に立ち戻り、Ｓ２５〜Ｓ３２に示す一連の動作を、計測ステップ角度毎に実行させる。また、回転台２の回転台角度情報が計測終了角度に到達した場合には、計算機１から、ＧＰＩＢケーブル８を介して、回転台制御部３に回転終了（回転停止）を指示するコマンドを送る（ステップＳ３３）。

回転台制御部３は、回転終了を指示するコマンドを受信した後、受信したコマンドをデコードして、デコードされた制御指令情報にしたがい、回転台２を停止させる。次いで、計算機１は、ＧＰＩＢケーブル１６を介して、試験用送受信機７にＲＦ送信を停止させるためのコマンドを送り（ステップＳ３４）、試験用送受信機７のＲＦ送信を停止させる。

また、計算機１は、試験用送受信機７から全ての計測角度に対応付けされた測定データを受信した後、メモリに記憶された設定周波数の種類を識別するコード番号（Ｃ）毎に、計測角度（θｉ）に対応した電力比Ａ／Ｒの値に基づいて、アンテナパターンを求める。このアンテナパターンは、アンテナ指向軸を中心とした角度（例えば、方位角または俯角）に対する電力分布または電界強度の特性を示すものであり、計測角度はその角度の角度分解能に相当する。

かくして、実施の形態１によるアンテナ測定装置では、回転台２が回転する間に、被計測アンテナ６における測定周波数の切り替えを複数回行うことにより、多数のアンテナパターンを同時に取得することが可能となり、アンテナパターン測定に要する時間を、従来よりも短縮することができる。

図７は、この発明の実施の形態２における、計測角度トリガ周期内のタイムチャートを示したものである。例えば角度分解能０．１度毎にアンテナパターンを計測する場合など、計測ステップ角度が極めて小さい場合、計測角度トリガの周期T1は必然的に短いものとなる。この短いT1時間内に、複数の周波数におけるアンテナパターン計測から計測データ転送までを実施する必要がある。全周波数の切り替えが完了するまでは、制御速度が低速なＧＰＩＢをインターフェースに持つ計算機１を制御に介在させないように、ビーム走査処理器５と試験用送受信機７との間でディスクリート信号のやりとりを行うことで、アンテナパターン測定の高速化を実現している。

ここで測定すべき設定周波数の数をN、試験用送受信機７にて周波数の切り替えを行う間隔をT2、試験用送受信機７における測定時間をT3、試験用送受信機７から計算機１へデータを転送する時間をT4、とした場合、測定時間T3に設定周波数の切り替え数Nを乗じ、データ転送時間T4を足した値[N×（T2＋T3）＋T4]が、計測角度トリガ周期T1を下回れば、多数の周波数切り替えから測定までを実現可能なことが、図から確認できるであろう。

図８は、実施の形態２におけるアンテナパターンの例を示す図である。図８においては、３つの周波数を切り替えながらアンテナパターンを測定する例を示している。図８（ａ）、（ｂ）は、測定開始時点及び途中時点での状態であり、２０−１、２０−２、２０−３は時分割で周波数切り替えされる３つのビームを示したものである。

以上説明したように、従来であれば取得が必要な数の周波数分だけ、回転台２を回転させアンテナパターンを測定していたが、本実施の形態２のアンテナ測定装置によれば、回転台２を１回転させる間に多数の周波数切り替えからアンテナパターン測定までを実施することが可能になり、結果としてアンテナパターンの測定時間を従来よりも短縮することができる効果がある。

ところで実施の形態１では、被計測アンテナ６がフェーズドアレイアンテナである場合の実施例として、１つの周波数で複数のビーム指向角を走査させアンテナパターンを測定する例を示した。この実施の形態１の例において、実施の形態２のように試験用送受信機７に周波数掃引リストを設定し、被計測アンテナ６の周波数を切り替える制御を行うことにより、被計測アンテナ６を１回転させる間に、複数の周波数で複数のビーム指向角を走査させて、各アンテナパターンを測定することも可能である。

また、フェーズドアレイアンテナや開口面アンテナ以外のアンテナのアンテナパターンを測定する場合についても利用できることは論を待たない。

勿論、実施の形態１、２では、被計測アンテナ６の送信系アンテナパターンを測定する場合を例として、説明を行ったが、ＲＦ経路を変更することにより、受信系アンテナパターンを計測する場合についても利用可能であることは謂うまでもない。以下に簡単に例示する。

図１において、例えば、被測定アンテナ６として受信ビーム方向を走査するものを用い、ビーム走査処理器５が被測定アンテナ６の受信ビーム方向を切り替えてビーム走査できるようにする。また、対向アンテナであるホーンアンテナ２１を送信アンテナとして用いて、被測定アンテナ６を回転台２で回転させる。回転台制御部３は回転台２を駆動し、被測定アンテナ６の回転角度を計測する。

試験用送受信機７がホーンアンテナ２１に送信信号を給電し、ホーンアンテナ２１から被測定アンテナ６に向けて送信電波が放射される。その後、回転台制御部３で計測された回転角度が所定の計測角度に到達したときに、ビーム走査処理器５によって被測定アンテナ６の受信ビーム方向を順次変化させる。被測定アンテナ６はホーンアンテナ２１の送信電波を受信し、試験用送受信機７は、被測定アンテナ６が受信した受信信号とホーンアンテナ２１に給電した送信信号との電力比を計測する。試験用送受信機７は、この電力比の計測データを、走査すべき受信ビーム方向毎に順次メモリに記憶する。ビーム走査が一通り（全走査範囲分）完了すると、試験用送受信機７は、記憶した電力比の計測データを計算機１に送信し、計算機１は送信されたデータをメモリに記憶する。かくして、計算機１は、被測定アンテナ６の計測角度を所定の計測ステップ角度間隔で順次変化させ、それぞれの計測角度毎に、試験用送受信機７によって記憶された電力比の計測データを順次取得し、記憶する。ここで、計算機１は、全ての計測角度での電力比の計測が完了したことを検知すると、記憶した計測データに基づいて多数の受信ビーム方向にそれぞれ対応した、被測定アンテナ６の受信感度特性（受信アンテナパターン特性）を求めれば良い。

また、実施の形態２において、被測定アンテナ６に発振器を設け、試験用送受信機７で送信周波数を変調する代わりに、被測定アンテナ６にて送信周波数を変調し、周波数掃引を行うように設定しても良い。

本発明の実施の形態１を示す構成図である。 実施の形態１における測定手順を示すシーケンス図である。 実施の形態１における計測角度トリガ周期内のタイミングチャートである。 実施の形態１におけるビームパターン例を示す図である。 本発明の実施の形態２を示す構成図である。 実施の形態２における測定手順を示すシーケンス図である。 実施の形態２における計測角度トリガ周期内のタイミングチャートである。 実施の形態２におけるアンテナパターンを計測する際の、被計測アンテナ６のアンテナパターン例を示す図である。

符号の説明

１ 計算機、２ 回転台、３ 回転台制御部、４ 回転台I/F、５ ビーム走査処理器、６ 被計測アンテナ、７ 試験用送受信機、８ ＧＰＩＢケーブル、９ 制御ケーブル、１０ ＬＡＮケーブル、１１ ＬＡＮケーブル、１２ 制御ケーブル、１３ 制御ケーブル、１４ 制御ケーブル、１５ 制御ケーブル、１６ ＧＰＩＢケーブル、１７ ＲＦケーブル、１８ 方向性結合器、１９ ＲＦケーブル、２１ ホーンアンテナ（対向アンテナ）、２２ ＲＦケーブル、２３ ＲＦケーブル。

Claims (5)

1. ビームパターンの可変できる被測定アンテナを回転させる回転台と、
   上記回転台を駆動し、上記被測定アンテナの回転角度を計測する回転台制御部と、
   上記被測定アンテナに対向し、被測定アンテナとの間で電波を送信または受信する対向アンテナと、
   上記回転台制御部で計測された回転角度が所定の計測角度に到達したときに、上記被測定アンテナのビームパターンを順次変化させる信号処理器と、
   上記被測定アンテナと上記対向アンテナとの間で伝搬される電波の電力比を計測し、電力比の計測データをビームパターン毎に順次記憶する試験用送受信機と、
   上記被測定アンテナの計測角度を順次変化させ、それぞれの計測角度毎に上記試験用送受信機によって記憶された電力比の計測データを順次取得し、全ての計測角度で取得された計測データに基づいて多数のビームパターンにそれぞれ対応した被測定アンテナのアンテナパターン特性を測定する計算機と、
   を備えたアンテナ測定装置。
2. ビームパターンの可変できる被測定アンテナを回転させる回転台と、
   上記回転台を駆動し、上記被測定アンテナの回転角度を計測する回転台制御部と、
   上記被測定アンテナから放射される送信電波を受信する受信アンテナと、
   上記回転台制御部で計測された回転角度が所定の計測角度に到達したときに、上記被測定アンテナのビームパターンを順次変化させる信号処理器と、
   上記被測定アンテナに送信信号を給電するとともに上記受信アンテナの受信信号を受け、上記被測定アンテナに給電した送信信号と上記受信アンテナで受けた受信信号との電力比を計測し、電力比の計測データをビームパターン毎に順次記憶する試験用送受信機と、
   上記被測定アンテナの計測角度を順次変化させ、それぞれの計測角度毎に上記試験用送受信機によって記憶された電力比の計測データを順次取得し、全ての計測角度で取得された計測データに基づいて多数のビームパターンにそれぞれ対応した被測定アンテナの放射特性を測定する計算機と、
   を備えたアンテナ測定装置。
3. 被測定アンテナを回転させる回転台と、
   上記回転台を駆動し、上記被測定アンテナの回転角度を計測する回転台制御部と、
   上記被測定アンテナから放射される送信電波を受信する受信アンテナと、
   上記回転台制御部で計測された回転角度が所定の計測角度に到達したときに、上記被測定アンテナの送信周波数を順次変化させ、上記被測定アンテナに送信信号を給電するとともに上記受信アンテナの受信信号を受け、上記被測定アンテナに給電した送信信号と上記受信アンテナで受けた受信信号との電力比を計測し、電力比の計測データを送信周波数毎に順次記憶する試験用送受信機と、
   上記被測定アンテナの計測角度を順次変化させ、それぞれの計測角度毎に上記試験用送受信機によって記憶された電力比の計測データを順次取得し、全ての計測角度で取得された計測データに基づいて各送信周波数に対応した被測定アンテナの放射特性を測定する計算機と、
   を備えたアンテナ測定装置。
4. ビームパターンを可変できる被測定アンテナを回転させる回転台と、
   上記回転台を駆動し、上記被測定アンテナの回転角度を計測する回転台制御部と、
   上記被測定アンテナから放射される送信電波を受信する受信アンテナと、
   上記回転台制御部で計測された回転角度が所定の計測角度に到達したときに、上記被測定アンテナのビームパターンを順次変化させる信号処理器と、
   上記被測定アンテナに対し、順次周波数を変調した送信信号を給電するとともに上記受信アンテナの受信信号を受け、上記被測定アンテナに給電した送信信号と上記受信アンテナで受けた受信信号との電力比を計測し、電力比の計測データをビームパターンおよび周波数毎に順次記憶する試験用送受信機と、
   上記被測定アンテナの計測角度を順次変化させ、それぞれの計測角度毎に上記試験用送受信機によって記憶された電力比の計測データを順次取得し、全ての計測角度で取得された計測データに基づいて多数のビームパターンおよび周波数にそれぞれ対応した被測定アンテナの放射特性を測定する計算機と、
   を備えたアンテナ測定装置。
5. 受信ビーム方向を走査する被測定アンテナを回転させる回転台と、
   上記回転台を駆動し、上記被測定アンテナの回転角度を計測する回転台制御部と、
   上記被測定アンテナに対し送信電波を放射する送信アンテナと、
   上記回転台制御部で計測された回転角度が所定の計測角度に到達したときに、上記被測定アンテナの受信ビーム方向を順次変化させる信号処理器と、
   上記被測定アンテナが受信した受信信号を受けるとともに上記送信アンテナに送信信号を給電し、上記被測定アンテナが受信した受信信号と上記送信アンテナに給電した送信信号との電力比を計測し、電力比の計測データを走査する受信ビーム方向毎に順次記憶する試験用送受信機と、
   上記被測定アンテナの計測角度を順次変化させ、それぞれの計測角度毎に上記試験用送受信機によって記憶された電力比の計測データを順次取得し、全ての計測角度で取得された計測データに基づいて多数の受信ビーム方向にそれぞれ対応した被測定アンテナの放射特性を測定する計算機と、
   を備えたアンテナ測定装置。

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