JP2010281620A - アンテナの放射効率測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】楕円球型の結合器を用い、任意形状のアンテナの放射効率を精度よく求める。
【解決手段】楕円をその２つの焦点Ｆ１、Ｆ２を通る軸を中心に回転して得られる楕円球状の閉空間１２の焦点Ｆ１の近傍に被測定アンテナ１を配置し、焦点Ｆ２の近傍に受信アンテナ１５を配置し、被測定アンテナ１に励振信号を供給し、受信アンテナ１５の出力信号を閉空間１２から出力させる。被測定アンテナ１と受信アンテナ１５の少なくとも一方を２つの焦点を通る軸に沿って互いの間隔が変化するように移動させながら、被測定アンテナ側から見た反射率と透過率の少なくとも一方および被測定アンテナの純抵抗分を測定し、その測定結果から反射最小を示す位置における被測定アンテナ１の純抵抗分Ｒｍと、反射最大を示す位置における被測定アンテナ１の純抵抗分Ｒｉとを求め、次の演算、η_ｒ＝１−（Ｒｉ／Ｒｍ）によって、被測定アンテナ１の放射効率η_ｒを算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、アンテナの放射効率を、簡単に且つ高い精度で測定できるようにするための技術に関する。

通常、アンテナは、使用周波数で共振して効率よく電波を放射するように、波長に対し一定の物理的大きさを持つように設計されている。典型的なものが使用周波数の波長のほぼ半分の長さをもつ半波長ダイポールアンテナである。

近年、小型化が進んでいる携帯電話のような小型無線機等では、出来るだけ小形でスペースを必要とせず、且つ効率よく電波を放射するアンテナが求められる。また、最近ではサービスの多様化により１個の携帯電話の中に周波数の異なる複数のアンテナが用いられるようになり、各アンテナには益々小形化、薄形化が求められている。また、１個のアンテナを複数の周波数で共用する多周波アンテナや広帯域のＵＷＢアンテナなどの開発も盛んである。

このような物理的寸法の制限されたアンテナの性能は放射効率η_ｒで表される。
放射効率η_ｒは、アンテナに供給される電力Ｐｓに対する空間に放射される全電力Ｐｒの比で定義される。アンテナは、内部抵抗Ｒｉと放射抵抗Ｒｒをもつ等価回路で表現されるので、給電端での入力電流をＩとすると、これらの間には次のような関係がある。

η_ｒ＝Ｐｒ／Ｐｓ
＝｜Ｉ｜^２Ｒｒ／［｜Ｉ｜^２（Ｒｉ＋Ｒｒ）］
＝Ｒｒ／（Ｒｉ＋Ｒｒ） ……（１）

ここで、放射効率η_ｒが小さいアンテナは、一定の電界強度を得るのに大きな送信電力を必要とし、電波を受信する際の受信電力が小さくなる。したがって、制限されるスペースに収まり、且つ放射効率の高いアンテナを開発することが小形無線機の性能を左右することになるので、アンテナの放射効率を精度よく測定する技術が必要となる。

放射効率は前記式（１）によって表されるが、実際のアンテナの場合、その内部抵抗Ｒｉと放射抵抗Ｒｒを分離して測定することは難しい。

従来から行われていた最も一般的な測定法は、電波無反射室の中で供試アンテナを直交する２軸の周りに回転させるなどして供試アンテナを包む球面上の多数の点で受信電力を測定した後、それらを積分して全放射電力を求め、これと入力電力との比をとる方法である。

ただし、この方法は、電波無反射室および供試アンテナを回転させるための大掛かりな設備を必要とし、また、全球面を走査するため測定に長い時間がかかるという問題がある。

また、別の測定法として、ホイラーキャップ（Wheeler Cap）法が知られている。この測定法は、小形のアンテナの近傍（ｋＲ＝１のラジアン球の内部、ｋは波数、Ｒは半径）を金属で覆うと放射が生じない状態、即ち、放射抵抗０の状態になることを利用するものである。

その測定方法は、先ず始めに、図１３のようにグランド板１１上に配置した小形の試供アンテナ１をｋＲ＝１の半球状の金属キャップ１２で覆い、その入力抵抗Ｒ_CAPを測定する。このとき放射抵抗０の状態であるから、入力抵抗Ｒ_CAPは前記式（１）の入力抵抗Ｒｉに等しい。

次に、金属キャップ１２を取り除いて試供アンテナ１の入力抵抗Ｒ_FREEを測定する。この入力抵抗Ｒ_FREEは、前記式（１）の(Ｒｉ＋Ｒｒ)に等しい。

したがって、放射効率η_ｒは、次のように求めることができる。

η_ｒ＝Ｒｒ／（Ｒｉ＋Ｒｒ）
＝１−Ｒｉ／（Ｒｉ＋Ｒｒ）＝１−Ｒ_CAP／Ｒ_FREE

上記ホイラーキャップ法は、簡易な設備で放射効率の測定が行えるが、基本的にはグランド板１１上に設置できるモノポール型のアンテナが測定対象であり、入力抵抗Ｒ_FREの測定には、周囲の反射の影響を抑えるため電波無反射室を必要とする。また、この方法では特定の周波数で共振が生じ、その周波数では放射効率を正確に測定できないという問題がある。

なお、より簡易な構成で被測定アンテナと受信アンテナとの間を効率よく結合させ、放射電力測定を行う技術として、本願発明者らは、楕円球型の結合器を用いてアンテナの全放射電力を測定する方法を提案した（特許文献１）

国際公開ＷＯ ２００９／０４１５１３

上記技術は、楕円をその焦点を結ぶ軸を中心に回転して得られる楕円球状で金属の壁面で囲まれた閉空間の各焦点位置に被測定アンテナと受信アンテナをそれぞれ配置して、被測定アンテナから放射された電波を壁面で反射させて受信アンテナに集中させることで、被測定アンテナの全放射電力を測定するものである。

この技術は、楕円球の一方の焦点から出て壁面で反射して他方の焦点に到る経路の長さが全て等しいという幾何学的な性質を用いてアンテナ間の結合効率を高めたものであったが、この結合器を用いて被測定アンテナの放射効率を求める技術についてはこれまで確立されていなかった。

本発明は、楕円球型の結合器を用いて電波無反射室を必要とせずに任意形状のアンテナの放射効率を精度よく求める技術を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１のアンテナの放射効率測定方法は、
楕円をその２つの焦点（Ｆ１、Ｆ２）を通る軸を中心に回転して得られる楕円球状で金属の壁面（１１）で囲まれた閉空間（１２）の一方の焦点（Ｆ１）の近傍に被測定アンテナ（１）を配置し、他方の焦点（Ｆ２）の近傍に受信アンテナ（１５）を配置し、前記閉空間の外部から励振用信号を前記被測定アンテナに供給し、該励振用信号で励振された前記被測定アンテナから放射された電波を受信した前記受信アンテナの出力信号を前記閉空間から出力させる段階と、
前記被測定アンテナと前記受信アンテナの少なくとも一方を前記２つの焦点を通る軸に沿って互いの間隔が変化するように移動させながら、前記被測定アンテナ側から見た反射率と透過率の少なくとも一方および前記被測定アンテナの純抵抗分を測定する段階と、
前記反射率と透過率の少なくとも一方と純抵抗が反射最小を示す位置における前記被測定アンテナの純抵抗分Ｒｍと、前記反射率と透過率の少なくとも一方と純抵抗が反射最大を示す位置における前記被測定アンテナの純抵抗分Ｒｉとを求める段階と、
前記被測定アンテナの放射効率η_ｒを、次の演算、
放射効率η_ｒ＝１−（Ｒｉ／Ｒｍ）
によって算出する段階とを含む。

また、本発明の請求項２のアンテナの放射効率測定装置は、
楕円をその２つの焦点（Ｆ１、Ｆ２）を通る軸を中心に回転して得られる楕円球状で金属の壁面（１１）で囲まれた閉空間（１２）を有し、一方の焦点（Ｆ１）の近傍位置で被測定アンテナを支持する被測定アンテナ支持手段（５０）と、前記被測定アンテナに対応した受信アンテナ（１５）と、該受信アンテナを他方の焦点（Ｆ２）の近傍位置に支持する受信アンテナ支持手段（５５）と、前記被測定アンテナと前記受信アンテナの少なくとも一方を前記二つの焦点を通る軸に沿って移動させる移動手段（１８０、１８１）とを有し、前記閉空間の外部から被測定アンテナへの励振信号の供給と、前記受信アンテナの出力信号の前記閉空間への出力とが可能に形成された結合器（２１）と、
前記結合器の閉空間内の被測定アンテナに励振用信号を供給する信号供給手段（２００）と、
前記被測定アンテナに供給される励振用信号と前記受信アンテナの出力信号とから、前記被測定アンテナ側からみた反射率と透過率の少なくとも一方および前記被測定アンテナの純抵抗分を測定する特性測定手段（２１０）と、
前記被測定アンテナと前記受信アンテナの少なくとも一方を前記２つの焦点を通る軸に沿って互いの間隔が変化するように移動させ、該移動仲に前記特性測定手段で得られた測定結果に基づいて、前記反射率と透過率の少なくとも一方と純抵抗が反射最小を示す位置における前記被測定アンテナの純抵抗分Ｒｍと、前記反射率と透過率の少なくとも一方と純抵抗が反射最大を示す位置における前記被測定アンテナの純抵抗分Ｒｉとを求め、前記被測定アンテナの放射効率η_ｒを、次の演算、
放射効率η_ｒ＝１−（Ｒｉ／Ｒｍ）
によって算出する測定制御部（２２０）とを有していることを特徴とする。

また、本発明の請求項３のアンテナの放射効率測定装置は、請求項２記載のアンテナの放射効率測定装置において、
前記測定制御部は、前記被測定アンテナと前記受信アンテナとを、前記２つの焦点のほぼ中心に対して対称に移動させることを特徴とする。

また、本発明の請求項４のアンテナの放射効率測定装置は、請求項２または請求項３記載のアンテナの放射効率測定装置において、
前記被測定アンテナ支持手段は、前記被測定アンテナが実際に装着される製品と同型の筐体と、該筐体に支持された被測定アンテナに前記励振用信号を供給するための端子とを有していることを特徴とする。

このように、本発明は、楕円球の結合器内で被測定アンテナと受信アンテナの少なくとも一方を楕円の軸に沿って移動させ、そのときの反射最小となる位置における純抵抗分と、反射最大となる位置における純抵抗分とを用いて被測定アンテナの放射効率を算出するようにしたので、電波無反射室を用いることなく、任意形状の被測定アンテナ１の放射効率を、極めて高い精度で求めることができる。

さらに、全て遮蔽状態での測定であるので、周囲に電波妨害を与えることもなく、また、周囲からの電波妨害を受けることなく、安定した測定を行うことができる。

本発明の基本原理を説明するための図 本発明の基本原理を説明するための図 ダイポール型のアンテナを用いたシミュレーションモデル図 図３のモデルのアンテナ変位に対する反射率および透過率の変化を示す図 被測定アンテナと受信アンテナの電流分布図 損失がある場合のアンテナの変位に対する反射率とインピーダンスの変化を示す図 アンテナの向きを変更したときのシミュレーションモデル図 図７のモデルのアンテナ変位に対する反射率および透過率の変化を示す図 実施形態の放射効率測定装置の全体構成図 実施形態の放射効率測定装置の要部の構成図 実施形態の放射効率測定装置の要部の構成図 実施形態の放射効率測定装置の要部の構成図 従来装置の要部の構成例を示す図

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
本発明の基本技術は、前記したように、楕円球の閉空間をもつ結合器を用いたものであり、幾何光学的に、楕円球空間を形成する壁面内でその一方の焦点を通り壁面で反射した線分は必ず他方の焦点を通過するという性質を電波に利用したものである。

その基本原理をより具体的に説明すれば、図１に示しているように、楕円Ａを長軸（あるいは短軸）を中心に回転して得られる楕円球状で金属の壁面１１で囲まれた閉空間１２の中で、回転の軸（長軸または短軸）上の２つの焦点Ｆ１、Ｆ２の一方、例えば焦点Ｆ１の位置に被測定アンテナ１の放射中心をほぼ一致させ、被測定アンテナ１からその周囲に放射された電波Ｗを壁面１１で反射させて他方の焦点Ｆ２の位置に配置した受信アンテナ１５に集中させる。

ここで、図１に示しているように、長軸長２ａ、短軸長２ｂの楕円Ａを、長軸（ｚ軸）上の２つの焦点Ｆ１、Ｆ２を通る軸を中心に回転して得られる楕円球は、次の式で表される。
（ｘ^２／ｂ^２）＋（ｙ^２／ｂ^２）＋（ｚ^２／ａ^２）＝１

幾何光学で考えると、図２のように、一方の焦点Ｆ１から壁面１１の反射点Ｒまでの距離をＬ１、反射点Ｒから他方の焦点Ｆ２までの距離をＬ２とすると、その和Ｌは、
Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＝２ａ
となり、焦点Ｆ１からどの方向に放射された光線であっても、壁面１１に１回反射したものは他方の焦点Ｆ２の位置に同一タイミングに入力することになる。

この楕円の離心率ｅは、
ｅ＝√［１−（ｂ^２／ａ^２）］
となり、焦点Ｆ１、Ｆ２の座標ｚは、
ｚ＝±f＝±ａｅ
と表される。

したがって、受信アンテナ１５の出力信号Ｓの電力検出処理を行うことで、被測定アンテナ１が周囲に放射する全放射電力を求めることができる。

ところが実際には、被測定アンテナ１から放射されて壁面１１に１回反射して焦点Ｆ２の受信アンテナ１５に到達する１次波だけでなく、その１次波の一部が再び壁面１１で反射して焦点Ｆ１に戻り、さらに壁面１１で反射して焦点Ｆ２の受信アンテナ１５に入力する２次波や、さらに高次の電波が受信アンテナ１５に入力されることになる。

また、単に放射電力が測定できても、前記式（１）で定義される被測定アンテナ１の放射効率を求めることはできない。

発明者等は、上記楕円球型の結合器を用いた各種の実験により、被測定アンテナ１と受信アンテナ１５を焦点Ｆ１、Ｆ２を結ぶ軸に沿って離間あるいは接近させて、両アンテナが整合状態の位置にあるときの特性が、自由空間中の特性と非常によく一致することを見出した。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。以下、その点に付いて説明する。

始めに、図３に示すように、楕円球の軸ｚ上に、ダイポール型の被測定アンテナ１と受信アンテナ１５とが、そのエレメントが一直線に並ぶように配置されたシミュレーションモデルについて説明する（ここでは両アンテナは無損失とする）。

ここで、長軸長２ａ＝８００ｍｍ、離心率ｅ＝０．５、両アンテナの共振周波数は２．４ＧＨｚである。

そして両アンテナの中心位置（給電点）が、２つの焦点Ｆ１、Ｆ２に一致した状態からｚ軸に沿って対称にΔｚ変位させる。Δｚは正値が外側方向の変位、負値が内側方向の変位とする。

このように変位させたとき、周波数２．４ＧＨｚの励振信号を供給したときの被測定アンテナ１の反射係数Ｓ_１１と、受信アンテナ１５への透過係数Ｓ_２１のシミュレーション結果を図４に示す。

この図４において、Δｚ＝−９４ｍｍのＡの位置では、反射係数Ｓ_１１が最小、透過係数Ｓ_２１は最大（ほぼ０ｄＢ）となり、Δｚ＝−４０ｍｍのＢの位置では、透過係数Ｓ_２１が最小、反射係数Ｓ_１１が最大（ほぼ０ｄＢ）になっている。ここで反射係数が最小の位置Ａを完全整合位置、透過係数が最小の位置Ｂを完全反射位置と呼ぶ。

図５は、完全整合位置Ａと完全反射位置Ｂにおけるアンテナの電流分布であり、図５の（ａ）は、被測定アンテナ１の給電点に１Ｖの信号電圧を印加したときの電流Ｉｚで、実線が実部、破線は虚部である。また、丸付き数字１は自由空間中、丸付き数字２は完全整合位置Ａ、丸付き数字３は完全反射位置Ｂでのデータである。

この図５（ａ）から、完全整合位置Ａに置かれたアンテナの電流分布は、自由空間中に置かれた場合とほぼ一致することがわかる。特に、自由空間中の虚部（丸付き数字１の破線）と完全整合位置Ａの虚部（丸付き数字３の破線）は完全に重なっている。

一方、完全反射位置Ｂでは、電流の実部（丸付き数字３の実線）がほぼ０で、虚部（丸付き数字３の破線）が大きくなっている。これはリアクティブな電力がアンテナ周囲に蓄積されて、放射されないことを意味している。

これらに対応する受信アンテナ１５の電流分布が図５（ｂ）である。前述の結果に対応して、完全整合位置Ａでは実部（丸付き数字２の実線）の大きい電流が流れるが、完全反射位置Ｂでは実部（丸付き数字３の実線）、虚部（丸付き数字３の破線）ともほとんど電流が流れない（短絡による全反射状態と等価）。これは完全反射位置Ｂでは被測定アンテナ１から電波が放射されていないことから当然の結果である。

以上の結果から、被測定アンテナ１が受信アンテナ１５に対して完全整合位置Ａにあるときには、その電流分布、インピーダンスとも自由空間中の特性に非常によく一致し、完全反射位置Ｂでは被測定アンテナ１の入力抵抗がほぼ０になると結論付けられ、このことは、放射効率測定の可能性を示唆している。

次に、実際のアンテナと同様に損失がある場合について調べた結果を示す。
損失のある（内部抵抗が０でない）ダイポールアンテナについて、結合器中での完全整合位置Ａと完全反射位置Ｂでの入力抵抗をシミュレーションで求め、式（２）の計算から、このダイポールアンテナの放射効率を求める。一方、そのダイポールアンテナの自由空間中の特性をシミュレーションして放射効率を求め、これらの結果を比較する。

シミュレーションモデルは、ダイポール型の被測定アンテナ１が無損失でなく、有限の導電率（Ｓ＝１００００Ｓ／ｍ）をもっている点を除いて図３の場合と同様である。受信アンテナ１５に接続される負荷の抵抗は、自由空間でのアンテナの入力抵抗８５Ωにしている。

このモデルに対して、前記同様に両アンテナを軸方向に移動させたときの測定結果が図６である。

この図６には、被測定アンテナ１の反射係数Ｓ_１１と入力インピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）が示してある。図６において、完全整合位置Ａは反射率が最小となるΔｚ＝−１３０ｍｍであり、このときの入力抵抗Ｒｍは８５．５Ωである。また、完全反射位置Ｂは、反射率が極大で純抵抗分Ｒが最小となるΔｚ＝＋８ｍｍで、その抵抗値Ｒｉは１０．６Ωとなる。

これらの値から放射効率を計算すると
η_ｒ＝１−（Ｒｉ／Ｒｍ）＝８７．６ （％）
となる。

一方、上記被測定アンテナ１の自由空間中の放射効率は８６．５％となり、楕円球型の結合器を用いた測定値から得られる放射効率８７．６との差は僅かであり、楕円球型の結合器を用いて得られる放射効率が必要十分な精度を有していることが確かめられた。

なお、図６は、ダイポール型の両アンテナを、そのエレメントが楕円球のｚ軸に一致する向きに配置し、アンテナ間の直接結合が生じないようにしていたが、図７のように、両アンテナのエレメントが互いに平行でｚ軸と直交する向きに配置することも可能である。

図８は、図７のシミュレーションモデルに対する測定結果を示すものであり、前記同様に、両アンテナを楕円の中心に対して対称に移動させたときの反射係数Ｓ_１１とインピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）を示している（Ｒは純抵抗分、Ｘはリアクタンス分）。

この場合、完全整合位置Ａは反射率が最小となるΔｚ＝−３５ｍｍで、そのときの入力抵抗Ｒｍは９３．６Ωとなっている。また、完全反射位置Ｂは、反射率が極大で純抵抗分Ｒが最小となるΔｚ＝＋１１０ｍｍで、そのときの抵抗Ｒｉは、１２．４Ωとなる。

したがって、放射効率は、
η_ｒ＝１−（Ｒｉ／Ｒｍ）＝８６．７（％）
と求まる。つまり、図７のようなアンテナ配置の場合でも、楕円球空間の結合器を用いて得られた放射効率が、自由空間中における放射効率と非常に良い精度で一致することが分かる。

上記説明では、両アンテナを楕円中心に対して対称に移動させているが、一方を焦点位置に固定して他方を移動させることでも、上記完全整合位置Ａと完全反射位置Ｂを見付けることができ、放射効率を精度よく算出できることが確かめられている。

また、上記のように、楕円球空間の結合器では、原理的に上記したダイポールだけでなく、アース板を必要とするユニポールアンテナであっても測定でき、アンテナの形状に大きな制限はない。

また、上記した二つの配置例からわかるように、両アンテナが直接結合しない場合と直接結合する場合とで、同手順により放射効率を精度よく求められるから、両アンテナの向きをその偏波方向が合うようにしておけばよく、アンテナ自体の形状は必ずしも一致していなくてもよい。

以上のことから、次の手順によって被測定アンテナの放射効率を精度よく測定することが可能である。

即ち、楕円をその２つの焦点Ｆ１、Ｆ２を通る軸（ｚ軸）を中心に回転して得られる楕円球状で金属の壁面１１で囲まれた閉空間１２の一方の焦点Ｆ１の近傍に被測定アンテナ１を配置し、他方の焦点Ｆ２の近傍に受信アンテナ１５を配置し、閉空間１２の外部から励振用信号を被測定アンテナ１に供給し、励振用信号で励振された被測定アンテナ１から放射された電波を受信した受信アンテナ１５の出力信号を閉空間１２から出力させる状態とする。

次に、被測定アンテナ１と受信アンテナ１５の少なくとも一方を２つの焦点Ｆ１、Ｆ２を通る軸に沿って互いの間隔が変化するように移動させながら、被測定アンテナ１側から見た反射率と透過率の少なくとも一方および前記被測定アンテナの純抵抗分を測定する。

なお、ここで反射率と透過率とは、図４から明らかなように互いに逆の変化を示す。つまり、反射率が極大となる位置では透過率が極小となり、逆に、反射率が極小となる位置では透過率が極大となるので、いずれか一方の変化が把握できれば整合位置と反射位置の候補を特定できる。

ただし、反射率の変化に比べて透過率の極大部分の変化はブロードであるので、前記したように反射率の変化から各位置を特定する方が有利である。

次に、反射率と透過率の少なくとも一方と純抵抗分とで、反射最小を示す位置（完全整合位置Ａ）と、反射最大を示す位置（完全反射位置Ｂ）とを見付け、反射最小の位置における被測定アンテナ１の純抵抗分をＲｍ、反射最大の位置における被測定アンテナの純抵抗分をＲｉとし、次の演算、
η_ｒ＝１−（Ｒｉ／Ｒｍ）
によって、被測定アンテナの放射効率η_ｒを算出する。

上記方法によって、被測定アンテナ１の放射効率を、電波無反射室を必要とせずに任意形状のアンテナの放射効率を精度よく求めることができる。

次に、上記放射効率測定方法を用いて被測定アンテナの放射効率を測定する放射効率測定装置について説明する。

図９は、上記方法を用いて放射効率を測定する放射効率測定装置２０の全体構成である。この放射効率測定装置２０は、結合器２１、被測定アンテナ１に励振有信号を供給する信号供給手段２００、特性測定手段２１０および測定制御部２２０を有している。

結合器２１は、前記したように、楕円をその２つの焦点Ｆ１、Ｆ２を通る軸を中心に回転して得られる楕円球状で金属の壁面１１で囲まれた閉空間１２を有している。

この結合器２１には、前記した楕円球状の閉空間１２を囲む壁面１１と、その閉空間１２内の一方の焦点Ｆ１の位置に被測定アンテナ１のほぼ放射中心位置がくるように支持する被測定アンテナ支持手段５０と、他方の焦点Ｆ２の位置に受信アンテナ１５の中心がくるように支持する受信アンテナ支持手段５５とが設けられている。

また、被測定アンテナ１および受信アンテナ１５の出し入れができるように、閉空間１２を開閉できる構造が必要である。

図９、図１０は、その具体例を示すものであり、結合器２１は、下ケース２２と上ケース２３とに別れた開閉式で、下ケース２２の上板２２ａには、楕円状の穴（図示せず）が形成され、その穴に前記した楕円球状の閉空間１２の下半部の外周形状に沿った形状の内壁２５ａを有する第１の隔壁体２５が取り付けられている。

第１の隔壁体２５は、電波を反射する金属板、金属メッシュ板のプレス加工、あるいは合成樹脂の成形品の内壁に金属膜を設ける等して形成され、その上縁には、僅かに外側へ延びて前記穴の外縁と重なるフランジ２６が延設されており、この第１の隔壁体２５は、フランジ２６部分が下ケース２２の上板２２ａに固定されている。

一方、上ケース２３の下板２３ａにも、楕円形の穴（図示せず）が設けられ、この穴に、第２の隔壁体３０が装着されている。

第２の隔壁体３０は、第１の隔壁体２５と対称な形状を有している。即ち、前記した楕円球状の閉空間１２の上半部の外周形状に沿った形状の内壁３０ａを有し、その開口側の縁部には、僅かに外側へ延びて上ケース２３の前記穴の外縁と重なるフランジ３１が延設され、このフランジ３１部分が下板２３ａに固定されている。

上ケース２３は、下ケース２２に対して図示しないヒンジ機構とロック機構などにより開閉自在に連結されており、上ケース２２を下ケース２３に重なるように閉じてロックしたとき、図１０のように、第１の隔壁体２５のフランジ２６と第２の隔壁体３０のフランジ３１が全体的に隙間なく面接触して、それぞれの内壁２５ａ、３０ａが連続して、前記した壁面１１で囲まれた楕円球状の閉空間１２が形成される。

なお、下ケース２２と上ケース２３には、閉じたときに、上下の隔壁体２５、３０がずれない状態で重なり合うようにするための位置決め機構（例えば図のようにガイドピン４０とそれを受け入れるガイド穴４１）が形成されている。

また、例えば、図１１の（ａ）のように、一方の隔壁体３０の開口側の内縁のほぼ全周に渡って弾性リブ４５を突設させることで、図１１の（ｂ）のように他方の隔壁体２５と合わせられたときに、その弾性リブ４５を隔壁体２５の開口側の内縁全周に接触させて、隔壁体２５、３０のフランジ２６、３１の接触部を覆い、その接触部に隙間が生じた場合の電波の漏洩等などを低減することができる。

また、ここでは、下ケース２２の上板２２ａと第１の隔壁体２５、上ケース２３の下板２３ａと第２の隔壁体３０とがそれぞれ別体になっている例を示しているが、下ケース２２の上板２２ａと第１の隔壁体２５、および上ケース２３の下板２３ａと第２の隔壁体３０と上板２２とを同一材料で一体に形成してもよい。また、ここでは第１の隔壁体２５および第２の隔壁体３０の外周形状を半楕円外周形状にしているが、内壁２５ａ、３０ａが前記した楕円球に沿っていればよく、外側の形状は任意である。

図９、図１０、図１２に示しているように、第１の隔壁体２５の開口面上の前記焦点Ｆ１の近傍位置には、前記した閉空間１２内で被測定アンテナ１を支持するための被測定アンテナ支持部５０が設けられ、焦点Ｆ２の近傍位置には、受信アンテナ１５を支持するための受信アンテナ支持部５５が設けられている。

被測定アンテナ支持部５０は、被測定アンテナ１の放射中心が焦点Ｆ１の位置にほぼ一致する状態を基準位置とし、それらを焦点Ｆ１、Ｆ２を結ぶ軸に沿って移動できる状態で支持するものであり、焦点Ｆ１、Ｆ２を結ぶ軸に沿って移動可能な可動支持板５１と、その可動支持板５１の上に放射体を固定する固定具５２と、可動支持板５１の下降を防ぐ基台５３により構成されている。なお、これらの各構成部材は、電波に対する透過率が高い（比誘電率が１に近い）合成樹脂材により形成されている。

固定具５２は、例えば電波伝搬に影響を与えない伸縮自在なバンドで、被測定アンテナ１を可動支持板５１の上の所定位置に固定させる。なお、この可動支持板５１の外側端部には隔壁体２５を貫通摺動する軸部５１ａが突設され、その軸部５１ａは、隔壁体２５の外側に設けられた第１の移動装置１８０に連結されている。

第１の移動装置１８０は、例えばステッピングモータやギア機構などで構成され、連結された軸部５１ａを楕円軸に沿った方向の力を伝達して可動支持板５１を指定した量移動させることができる。

また、受信アンテナ支持部５５も被測定アンテナ支持部５０と同様に、電波に対する透過率が高い合成樹脂材により形成された、可動支持板５６と、可動支持板５６の下降を防ぐ基台５７、可動支持板５６の上に受信アンテナ１５を固定する固定具５８により構成されている。

ここで、受信アンテナ１５は、基板１５ａに対するエッチング処理でアンテナ素子１５ｂを印刷形成されたものが一般的であり、それを固定するための固定具５８は、例えば受信アンテナ１５の特性を変化させない合成樹脂性のネジやクリップであり、受信アンテナ１５のアンテナ素子の放射中心が可動支持板５６の上の焦点Ｆ１、Ｆ２を結ぶ楕円軸上の位置に固定させる。受信アンテナ１５としては、より金属棒状のエレメントからなるダイポールアンテナの場合ある。

この受信アンテナ１５を支持する可動支持板５６にも、その外側端部に隔壁体２５を貫通摺動する軸部５６ａが突設され、その軸部５６ａは、隔壁体２５の外側に設けられた第２の移動装置１８１に連結されている。

第２の移動装置１８１は第１の移動装置１８０と同様の構造を有し、連結された軸部５６ａを楕円軸に沿った方向の力を伝達して可動支持板５６を移動させる。

なお、受信アンテナ１５の同軸ケーブル１６を外部に引き出すことができるように例えば可動支持板５６の軸部５６ａの内部に貫通する穴が形成されている。

なお、図１２で示したように受信アンテナ１５がダイポール系の場合や、ループ系のような平衡型の場合には、給電点に挿入したバラン１５ｃを介して不平衡型の同軸ケーブル１６に接続する。また、ダイポール型としてスリーブアンテナ等を用いることも可能である。

なお、ここでは、被測定アンテナ１と受信アンテナ１５ともに移動できるようにしていたが、前記したように、いずれか一方は焦点あるいはその近傍位置に固定された状態とし、他方を移動装置で移動させる構成も可能である。

第１、第２の移動装置１８０、１８１は、後述する測定制御部２２０により、基準位置（例えば焦点Ｆ１、Ｆ２が各可動支持板５１、５６のアンテナ取付け基準位置に一致する位置）に対して互いに逆方向に移動するように制御される。

受信アンテナ１５としては、全方位に対して等しい利得を有するものが理想的ではあるが実在しないので、波長に対して素子１５ｂの長さが充分短く、指向性が比較的ブロードな図１２のようなダイポールアンテナやその素子幅を広げて広帯域化したボウタイアンテナ等が現実的である。

ダイポール系のアンテナの場合、素子１５ｂの長さ方向に対する利得は非常に小さくなるので、この指向性を利用し、図１２に示しているように、素子１５ｂの長さ方向を被測定アンテナ１の放射中心方向（焦点Ｆ１方向）に一致させることで、被測定アンテナ１から受信アンテナ１５への直接波の影響を小さくすることができる。

また、ダイポール系のアンテナの場合、そのエレメントの長手方向が主偏波であり、これと直交する交差偏波成分に対する利得は非常に小さい（所謂単一直線偏波）。

また、測定対象のＵＷＢ端末やＲＦＩＤタグのアンテナは直線偏波で設計されており、放射電力のほとんどは単一直線偏波成分であり、これにわずかの交差偏波成分が加わる。

したがって、被測定アンテナ１が、交差偏波成分が無視できる単一直線偏波の場合には、その偏波方向が受信アンテナ１５の主偏波方向に一致するように被測定アンテナ１の向きを決め、固定すればよい。

受信アンテナ１５で受信された信号Ｓは、同軸ケーブル１６を介して結合器２１の外部に出力される。

なお、受信アンテナ１５を支持する可動支持板５６の移動に伴い同軸ケーブル１６も移動するが、同軸ケーブル１６のうち、少なくとも結合器２１の外側の部分に可撓性のあるケーブルを用いることで、可動支持板５６の移動の妨げることなく特性測定手段２１０に接続することができる。

特性測定手段２１０は、被測定アンテナ１に供給される励振用信号と受信アンテナ１５の出力信号Ｓとから、被測定アンテナ１側からみた反射率と透過率の少なくとも一方および被測定アンテナ１の純抵抗分を測定する。なお、信号供給手段２００とこの特性測定手段２１０として、それらの機能を有するネットワークアナライザを用いることが可能である。

測定制御部２２０は、前記した測定方法にしたがって、各移動装置１８０、１８１の制御、特性測定手段２１０の出力に対する演算処理を行い、被測定アンテナ１の放射効率を算出する。

その測定手順は、始めに、結合器２１を開いて被測定アンテナ１を被測定アンテナ支持部５０の基準となる位置に支持させ、結合器２１を閉じた状態で、その被測定アンテナ１と受信アンテナ１５とをそれぞれ焦点の近傍で且つ焦点Ｆ１、Ｆ２の中心に対して対称移動させて、反射率と透過率の少なくとも一方および被測定アンテナ１の純抵抗分を測定させる。

そして、その測定結果から、前記したように反射最小となる完全整合位置Ａにおける純抵抗分Ｒｍと、反射最大となる完全反射位置Ｂにおける純抵抗分Ｒｉとを求め、次の演算、
η_ｒ＝１−（Ｒｉ／Ｒｍ）
によって、被測定アンテナの放射効率η_ｒを算出する。

このように、実施形態の放射効率測定装置２０は、楕円球の結合器内で被測定アンテナ１と受信アンテナ１５の少なくとも一方を楕円の軸に沿って移動させ、そのときの反射率最小となる位置における純抵抗分と、反射率極大で純抵抗分が最小となる位置における純抵抗分とを用いて被測定アンテナの放射効率を算出するようにしたので、電波無反射室を用いることなく、任意形状の被測定アンテナ１の放射効率を、極めて高い精度で求めることができる。

なお、上記実施形態では、被測定アンテナ１と受信アンテナ１５を楕円球の軸に沿って移動させているが、厳密にいえば両アンテナの最良の結合状態は、楕円球の軸方向だけでなく、それと直交する方向（ｘ軸方向あるいはｙ軸方向）への僅かな位置合わせが必要になる場合がある。そのためには、少なくとも一方のアンテナの位置を楕円球の軸と直交する方向（ｘ軸方向あるいはｙ軸方向）に変化させることができる移動機構を設け、その機構により、アンテナをｘ軸方向あるいはｙ軸方向の位置修正を行ってからｚ軸に沿って移動させることで、より高い結合状態での測定が可能となる。

また、前記した被測定アンテナ支持部５０として、被測定アンテナ１が実際に装着される製品と同型の筐体と、その筐体に支持された被測定アンテナ１に励振用信号を供給するための端子とを有したものを用いることで、実際の製品に近い状態での放射効率を測定することができる。

１……被測定アンテナ、１２……閉空間、１５……受信アンテナ、２０……放射効率測定装置、２１……結合器、２５……第１の隔壁体、３０……第２の隔壁体、５０……被測定アンテナ支持部、５５……受信アンテナ支持部、１８０、１８１……移動手段、２００……信号供給手段、２１０……特性測定手段、２２０……測定制御部

Claims (4)

1. 楕円をその２つの焦点（Ｆ１、Ｆ２）を通る軸を中心に回転して得られる楕円球状で金属の壁面（１１）で囲まれた閉空間（１２）の一方の焦点（Ｆ１）の近傍に被測定アンテナ（１）を配置し、他方の焦点（Ｆ２）の近傍に受信アンテナ（１５）を配置し、前記閉空間の外部から励振用信号を前記被測定アンテナに供給し、該励振用信号で励振された前記被測定アンテナから放射された電波を受信した前記受信アンテナの出力信号を前記閉空間から出力させる段階と、
   前記被測定アンテナと前記受信アンテナの少なくとも一方を前記２つの焦点を通る軸に沿って互いの間隔が変化するように移動させながら、前記被測定アンテナ側から見た反射率と透過率の少なくとも一方および前記被測定アンテナの純抵抗分を測定する段階と、
   前記反射率と透過率の少なくとも一方と純抵抗が反射最小を示す位置における前記被測定アンテナの純抵抗分Ｒｍと、前記反射率と透過率の少なくとも一方と純抵抗が反射最大を示す位置における前記被測定アンテナの純抵抗分Ｒｉとを求める段階と、
   前記被測定アンテナの放射効率η_ｒを、次の演算、
   放射効率η_ｒ＝１−（Ｒｉ／Ｒｍ）
   によって算出する段階とを含むアンテナの放射効率測定方法。
2. 楕円をその２つの焦点（Ｆ１、Ｆ２）を通る軸を中心に回転して得られる楕円球状で金属の壁面（１１）で囲まれた閉空間（１２）を有し、一方の焦点（Ｆ１）の近傍位置で被測定アンテナを支持する被測定アンテナ支持手段（５０）と、前記被測定アンテナに対応した受信アンテナ（１５）と、該受信アンテナを他方の焦点（Ｆ２）の近傍位置に支持する受信アンテナ支持手段（５５）と、前記被測定アンテナと前記受信アンテナの少なくとも一方を前記二つの焦点を通る軸に沿って移動させる移動手段（１８０、１８１）とを有し、前記閉空間の外部から被測定アンテナへの励振信号の供給と、前記受信アンテナの出力信号の前記閉空間への出力とが可能に形成された結合器（２１）と、
   前記結合器の閉空間内の被測定アンテナに励振用信号を供給する信号供給手段（２００）と、
   前記被測定アンテナに供給される励振用信号と前記受信アンテナの出力信号とから、前記被測定アンテナ側からみた反射率と透過率の少なくとも一方および前記被測定アンテナの純抵抗分を測定する特性測定手段（２１０）と、
   前記被測定アンテナと前記受信アンテナの少なくとも一方を前記２つの焦点を通る軸に沿って互いの間隔が変化するように移動させ、該移動仲に前記特性測定手段で得られた測定結果に基づいて、前記反射率と透過率の少なくとも一方と純抵抗が反射最小を示す位置における前記被測定アンテナの純抵抗分Ｒｍと、前記反射率と透過率の少なくとも一方と純抵抗が反射最大を示す位置における前記被測定アンテナの純抵抗分Ｒｉとを求め、前記被測定アンテナの放射効率η_ｒを、次の演算、
   放射効率η_ｒ＝１−（Ｒｉ／Ｒｍ）
   によって算出する測定制御部（２２０）とを有していることを特徴とするアンテナの放射効率測定装置。
3. 前記測定制御部は、前記被測定アンテナと前記受信アンテナとを、前記２つの焦点のほぼ中心に対して対称に移動させることを特徴とする請求項２記載のアンテナの放射効率測定装置。
4. 前記被測定アンテナ支持手段は、前記被測定アンテナが実際に装着される製品と同型の筐体と、該筐体に支持された被測定アンテナに前記励振用信号を供給するための端子とを有していることを特徴とする請求項２または請求項３記載のアンテナの放射効率測定装置。

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