JP2011053016A - 放射電力測定方法および放射電力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結合器内に連続移動機構を設けなくても、送受信間に理想的な結合状態を実現させることができ、コンパクトで低コストにシステム構成できるようにする。
【解決手段】受信アンテナ１５と電力測定器の間に可変整合器１３０を挿入し、被測定物１の放射中心が一方の焦点Ｆ１の位置にあり、受信アンテナ１５が他方の焦点Ｆ２の位置にある状態で、電力測定器１５０で測定される電力が最大となるように可変整合器１３を設定し、そのときの最大電力を第１の測定値として記憶し、信号供給を受けて電波を放射する基準アンテナ１６０を被測定物１に代えて配置した状態で、電力測定器１５０で測定される電力が最大となるように可変整合器１３０を設定し、そのときの最大電力を第２の測定値として記憶する。そして、第１、第２の測定値、基準アンテナ１６０へ供給される信号の電力および放射効率に基づいて、被測定物１の全放射電力算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型無線端末の放射電力を測定するための技術に関し、特に、楕円球型で金属壁面に囲まれた空間を有する結合器を用い、その結合器内の焦点位置の一方に配置した無線端末から放射された電波を他方の焦点位置に配置した受信アンテナに集合させて無線端末の全放射電力を測定する方法および装置において、結合器の内部機構を簡易化してその大型化を防ぐとともに、より確実な結合状態を実現しさらに正確な測定を行えるようにするための技術に関する。

ユビキタス社会の到来を向かえ、ＲＦＩＤ（無線タグ）、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）、ＢＡＮ(Ｂｏｄｙ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ)関連の無線機器などの超小型無線端末の爆発的増大が予測されている。

これらの機器は、その寸法の制約や経済的理由から、従来の無線機のように試験用端子を持たないものが多く、機器が放射した電波を受信してその試験をしなければならない。

特に、上記のような小型無線端末は、他の通信への影響、人体への影響などを考慮してその放射電力が厳しく規定されており、放射電力の測定が重要な試験項目となる。

放射電力には、任意方向のｅｉｒｐ（等価等方放射電力）と、全空間に放射される全放射電力（ＴＲＰ）とがあるが、ｅｉｒｐは測定装置が複雑でかつ測定に長時間を要することから、ＴＲＰを扱うことが多くなってきている。

これまで用いられているＴＲＰの測定法としては、以下のものが知られている。
（１）供試機器を包む球面上をプローブでスキャンしメッシュ点での放射電力を測定し、これらを積算する球面スキャニング法。
（２）金属で覆った部屋の中で供試機器から放射された電波を金属羽根の回転で撹拌してランダムフィールドを発生させ、統計的手法に基づき供試機器からの全放射電力を推定する方法。
（３）金属膜で覆った角錐状の空間と電波吸収体で内部にＴＥＭ波を発生させるＧ−ＴＥＭセルと呼ばれる装置を用いる方法。
（４）複数のアンテナとそれらに接続するアイソレータと位相調整器およびそれらアレーアンテナの信号を合成する合成器等を有し、アレーの中心線上に置かれた被測定物から放射電力を測定する電磁波結合装置。

上記球面スキャニング法は、精度の高い測定が可能であるが、その反面、大掛かりな設備（電波無反射室、球面スキャナなど）が必要で、かつ測定に長時間を要する。

さらに、全空間のごく一部に放射された電波を受信して電力を求め、その総和をとるので、各測定点における受信感度が非常に小さくなり、スプリアスの測定が困難となるという問題がある。

一方、金属で覆った部屋の中で電波を攪拌する方法では、大型電波無反射室を必要としないという利点はあるが、人為的に発生させたランダムフィールドと理論的確率モデルとの一致性に曖昧さが残り、統計的処理に基づくので結果の不確かさが大きく、測定に長時間を要するなどの問題がある。また、スプリアス測定も球面スキャンと同様難しい。

また、Ｇ−ＴＥＭセルは内部電界分布の一様性の確保が難しい上、全放射電力を測定するためには、被測定物の向きを全方向に変えられるように２軸の回転台をＧ−ＴＥＭセル中に装備しなければならないという困難な問題がある。

これらの問題を解決する技術として本願発明者らは、楕円球状の閉空間を有する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）。

この測定方法は、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焦点位置に被測定物と受信アンテナを配置して、被測定物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、被測定物の全放射電力を測定するものである。

国際公開 ＷＯ ２００９／０４１５１３

上記の楕円球空間の結合器を用いた場合、被測定物と受信アンテナとの間の結合度が１となることが理想であるが、実際には、被測定物の大きさやサイドローブ等の影響を受けて、被測定物から放射された電波が異なる位相で焦点近傍に集合して互いに電波を弱め合うキャンセル現象が生じて、全放射電力の正確な測定に困難が生じる場合がある。

このような困難から逃れるために、被測定物に代わる送信基準アンテナと受信アンテナの位置を、焦点を結ぶ線に沿ってその焦点近傍の範囲で距離が変化するように連続的に移動させ、送信基準アンテナの反射係数が最小で、且つ基準アンテナから受信アンテナへの透過係数が最大となる位置を見つけ、その位置を完全結合位置として送信基準アンテナの代わりに被測定物を配置し、被測定物からの電波を受信アンテナで受信し、その時の受信レベルと、送信基準アンテナを用いたときの受信信号レベルとの比および送信基準アンテナへの供給電力から、被測定物の放射電力を求めることも考えられる。

しかしながら、上記技術を用いるには、基準アンテナや受信アンテナを連続的に移動させる機構を、結合器内に二組設ける必要がある。

そしてその移動量は最低でも測定する電波の±１波長分は必要となり、周波数が低い場合、その移動範囲も大きくなり、結合器の大きさもその分を見込んで大きくしなければならず、装置の大型化が避けられず、コストも高くなる。また、たとえ移動機構の駆動部のみを結合器の外に配置する構造を採用しても装置全体として大型化することにかわりない。

また、空間内でより完全な結合位置を見つけるために、二つの焦点を結ぶ軸に沿った一次元変位だけでなく、その軸方向を含む３次元の変位機構を設ける必要が生じるが、そのような複雑な３次元の変位機構を二組設けた場合、装置がさらに大型化してコストもさらに高くなってしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、結合器内に連続移動機構を設けなくても、送受信間に理想的な結合状態を実現させ、コンパクトで低コストにシステム構成できる放射電力測定方法および装置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の放射電力測定方法は、
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）の近傍に被測定物（１）の電波の放射中心を一致させ、該被測定物から放射された電波を前記壁面で反射させて他方の焦点（Ｆ２）の近傍に配置した受信アンテナ（１５）に集中させて、該受信アンテナの出力信号の電力を電力測定器（１５０）によって測定することで被測定物の全放射電力を測定する放射電力測定方法において、
前記受信アンテナと前記電力測定器の間に可変整合器（１３０）を挿入し、
前記被測定物の放射中心が前記一方の焦点の近傍位置にあり、前記受信アンテナが他方の焦点の近傍位置にある状態で、前記電力測定器で測定される電力が最大となるように前記可変整合器を設定し、そのときの最大電力を第１の測定値として記憶する段階と、
信号供給を受けて電波を放射する基準アンテナを前記被測定物に代えて配置した状態で、前記電力測定器で測定される電力が最大となるように前記可変整合器を設定し、そのときの最大電力を第２の測定値として記憶する段階と、
前記第１の測定値、第２の測定値および前記基準アンテナへ供給される信号の電力および放射効率に基づいて、前記被測定物の全放射電力を算出する段階とを含むことを特徴とする。

また、本発明の請求項２の放射電力測定方法は、請求項１記載の放射電力測定方法において、
前記第１の測定値として、所定の周波数範囲内の各周波数についての一連の周波数特性を求めるとともに、該周波数特性を、前記被測定物と受信アンテナとの距離を複数通りに変えて複数組求めるようにし、
さらに、前記第２の測定値として、前記所定の周波数範囲内の各周波数についての一連の周波数特性を求めるとともに、該周波数特性を、前記基準アンテナと受信アンテナとの距離を複数通りに変えて複数組求めるようにし、
前記被測定物の全放射電力を算出する際には、被測定物および基準アンテナについてそれぞれ複数組ずつ得られた周波数特性のうち、同一周波数のデータのうちの最大値を選択して用いることを特徴とする。

また、本発明の請求項３の放射電力測定装置は、
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、金属の壁面で囲まれた閉空間を有し、電波を放射する被測定物（１）または基準アンテナのいずれか一方の放射体を一方の焦点の近傍位置に支持する第１の支持手段（５０）と、該放射体が放射した電波を受けるための受信アンテナ（１５）と、該受信アンテナを前記他方の焦点の近傍位置に支持する第２の支持手段（５５）とを含み、前記放射体から放射された電波を前記受信アンテナに集中させてその受信信号を前記閉空間から外部へ出力させる結合器（２１）と、
前記受信アンテナの出力信号の電力を測定するための電力測定器（１５０）と、
前記受信アンテナと前記電力測定器の間に設けられた可変整合器（１３０）と、
前記第１の支持手段に前記基準アンテナが支持されたときに該基準アンテナに前記結合器の外部から信号を供給するための信号供給手段（１６１、１６２）と、
前記第１の支持手段に前記被測定物が支持された状態で前記電力測定器によって測定される電力が最大となるように前記可変整合器を設定し、そのとき最大電力を第１の測定値とし、前記被測定物に代わって前記基準アンテナが支持された状態で前記電力測定器によって測定される電力が最大となるように前記可変整合器を設定し、そのときの最大電力を第２の測定値として求め、前記第１の測定値、第２の測定値、前記基準アンテナへ供給される信号の電力および放射効率に基づいて、前記被測定物の全放射電力を算出する測定制御部（１９０）とを有していることを特徴とする。

また、本発明の請求項４の放射電力測定装置は、請求項３記載の放射電力測定装置において、
前記結合器の前記第１の支持手段と第２の支持手段は、被測定物または基準アンテナと前記受信アンテナの位置を、その距離が変化する方向に前記楕円の焦点を結ぶ軸に沿って複数通り変更できるように形成されており、
前記測定制御部は、
前記第１の測定値として、前記電力測定器が検出する信号の周波数を所定周波数範囲内で順次変更させ、各周波数についての一連の周波数特性を求めるとともに、該周波数特性を、前記被測定物と受信アンテナの位置毎に複数組求め、さらに、前記第２の測定値として、前記所定の周波数範囲内の各周波数についての一連の周波数特性を求めるとともに、該周波数特性を、前記基準アンテナと受信アンテナの位置毎に複数組求め、前記被測定物の全放射電力を算出する際には、被測定物および基準アンテナについてそれぞれ複数組ずつ得られた周波数特性のうち、同一周波数のデータのうちの最大値を選択して用いることを特徴とする。

このように、本発明の放射電力測定方法および装置では、可変整合器を用いて被測定物を結合器にセットした状態で受信電力が最大となるように整合させたときに得られた測定値と、被測定物に代えて基準アンテナを結合器にセットした状態で受信電力が最大となるように整合させたときに得られた測定値とを求めて、被測定物の全放射電力を算出している。

この測定原理は、結合器と可変整合器をそれぞれ４端子網とし、カスケード回路の出力が電力測定器の入力インピーダンスで終端される等価回路を想定した演算によって導かれることであり、結合器の出力側で整合をとれば、系全体の反射係数が０で、透過係数が１、つまり完全結合状態が実現できるという知見に基づくものであって、送受信間に理想的な高い結合状態を実現させ、被測定物の放射電力を正確に求めることができる。

また、結合調整のために放射体や受信アンテナの位置を連続的に動かす必要がないので、コンパクトで低コストにシステム構成できる。

また、ある周波数範囲における全放射電力を求める場合には、アンテナ間距離が異なる複数通りの配置を設定し、各配置についての整合状態におれる測定電力からなる周波数特性を求め、その複数の特性から同一周波数についてのデータのうちの最大値を選択して計算に用いるものでは、落ち込み（ディップ）の影響を受けないで、広い周波数範囲で正確な測定が行える。

本発明の測定方法を説明するための図 本発明の測定方法を説明するための図 トラップ型の可変整合器の構成例を示す図 デジタル移相型の可変整合器の構成例を示す図 Ｌ型の可変整合器を用いたときの整合条件を説明するための図 送受信のアンテナがコリニア配置の場合の透過率の周波数特性図 コリニア配置の整合状態における複数の特性の組合せで得られた特性図 送受信のアンテナが対向配置の場合の構成例を示す図 対向配置の場合の透過率の周波数特性図 対向配置の整合状態における複数の特性の組合せで得られた特性図 放射電力測定装置の実施形態の全体構成図 要部の内部構造を示す図 要部の内部構造を示す図 要部の内部構造を示す図 実施形態の動作を説明するためのフローチャート図

（測定方法）
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の測定方法の原理を説明するための図である。

図１の（ａ）は、被測定物１をセットして測定する場合のシステム構成であり、楕円をその長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を有する結合器２１の中で、長軸上の一方の焦点Ｆ１の位置に被測定物１の電波の放射中心をほぼ一致させ、被測定物１からその周囲に放射された電波を壁面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。

この受信アンテナ１５の出力信号は、結合器２１の外部に出力され、可変整合器１３０を介して電力測定器１５０に入力される。

ここで、結合器２１と可変整合器１３０を図２のようにＳパラメータで表される４端子網回路２１′、１３０′と置き換え、その出力を電力測定器１５０の入力インピーダンスＺ_Ｌで終端する回路を考える。

この二つの４端子網回路がカスケード接続された回路全体のＳパラメータを用いたＳ行列は、以下のように表される（途中計算は省略）。

ここで、系が無損失と仮定すれば、｜Ｓ_１１｜＝｜Ｓ_２２｜であり、さらに出力側で整合をとれば、Ｓ_１１＝Ｓ_２２＝０、｜Ｓ_２１｜＝｜Ｓ_１２｜＝１が成立する。この状態は、系全体でみて、入力側の反射係数が０、入出力間の透過係数が１の完全結合状態を表している。そして出力側で整合をとるということは、可変整合器１３０を調整して、電力測定器１５０に入力される信号電力を最大にすることにほかならない。

図１の（ａ）のシステムの場合で、被測定物１の放射電力Ｐｔと受信信号電力Ｐｒとの関係は、次式で表される。

Ｐｒ＝Ｐｔ・Ｋ（１―｜Ｓ_１１｜^２） ……（２）
ただし、Ｋは結合係数である

そして、整合をとるとＳ_１１＝０となるから、以下のようになる。
Ｐｒ＝Ｐｔ・Ｋ ……（３）

一方、図１の（ｂ）のように被測定物１の代わりに基準アンテナ１６０を配置し、信号発生器１６１から基準アンテナ１６０に所定電力Ｐｓを供給した状態で前記同様に整合を取ったとき、基準アンテナの放射電力Ｐｔ′と受信信号電力Ｐｒ′との関係は、次式で表される。なお、基準アンテナ１６０に供給される電力Ｐｓは、信号発生器１６１の出力電力からケーブルロスを減じたものであり既知である。

Ｐｒ′＝Ｐｔ′・Ｋ＝Ｐｓ・η・Ｋ ……（４）
ただし、ηは基準アンテナの放射係数（既知とする）

上記式でＫを消去すれば、被測定物の放射電力Ｐｔは、次のように表される。
Ｐｔ＝Ｐｓ・η・Ｐｒ／Ｐｒ′ ……（５）

式（５）で、Ｐｓ、ηはともに既知、Ｐｒ／Ｐｒ′は整合状態で測定された最大電力値の比であるから、式（５）の右辺を計算して、被測定物の放射電力Ｐｔを求めることができる。

なお、上記説明では被測定物１についての測定を行ってから基準アンテナ１６０についての測定を行っていたが、その順序は逆でもよい。

上記測定方法を用いれば、簡単に且つ確実に被測定物の放射電力を求めることができ、しかも被測定物１、基準アンテナ１６０、受信アンテナ１５を、結合調整のために連続移動させたり、３次元方向の移動機構も不要である。

したがって、装置が大型化することがなく、コンパクトで低コストにシステム構成できる。

なお、可変整合器１３０としては、図３の（ａ）〜（ｃ）に示すように、平行線路（主線路）の中間や両端にスタブを設けたトラップ式のものや、図４に示すように、ＰＩＮダイオードへの順方向電流の供給によってオンする移相ローデッドライン型移相器とハイブリッド型移相器とを組合せ、入力信号を、π、π／２、π／４、π／８またはそれらの組合せの量だけ移相して出力するデジタル移相器を用いたもの等が採用できる。

上記図３のトラップ式整合器には、（ａ）のＬ型、（ｂ）のＴ型、（ｃ）のπ型があり、図中のＬ１とＬ２の長さをそれぞれ可変することでインピーダンス変換を行って、入力と出力の間の整合をとる。この方式のうち特に（ａ）は広帯域な特性を持っており、この用途に最適である。なお、線路長の可変は例えばトロンボーン機構のラインストレッチャーを用いることで実現できる。

例えば、前記Ｌ型の可変整合器の場合、長さＬ１の部分と長さＬ２の部分にそれぞれラインストレッチャーを用いるが、整合点はＬ１＝０〜λ／２、Ｌ２＝０〜λ／４の範囲の中で１点だけ存在するため、制御が容易である。

上記のデジタル移相器は、ＰＩＮダイオードのオンオフで位相を変化させることができるので、高速の位相制御を行うことができるが、挿入損失が大きく、また使用周波数範囲が限られる。これに対し、ラインストレッチャーは、制御速度は遅いが、挿入損失が小さく、使用周波数範囲も広いという特徴を有し、測定装置の移相器には好適である。

なお、図５に示す条件で、結合器内のＳ行列Ｓｃを電磁界シミュレータで求め、回路計算によりＬ型の整合器のＳマトリクスＳｍを合成して、得られた整合条件は、結合器の出力側の反射係数をＳc_２２（複素数）とし、ａｒｇ（Ｓc_２２）をＳc_２２の位相角とすると、次のようになる。

Ｌ１／λ
＝（１／４π）［cos^−１（−｜Ｓc_２２｜）＋ａｒｇ（Ｓc_２２）］
Ｌ２／λ
＝（１／２π）tan^−１［（１−｜Ｓc_２２｜^２）^１／２／２｜Ｓc_２２｜］

また、上記Ｌ型の可変整合器をデジタル的に制御する場合、各長さＬ１、Ｌ２を最初は粗く可変して、電力が大きくなる長さを大まかに探し、そのあとに、細かいステップで長さを可変して、最大電力に追い込むことになる。また、このような離散的な制御の場合、真の最大値電力に達しない場合があるが、その場合には複数の測定点から内挿法によって真の最大電力を求めればよい。このような内挿法を用いる場合でシミュレーションした結果、測定点の粗さ（Ｌ１、Ｌ２の可変ステップ）は、１／４０波長程度でよいことが確かめられているので、上記のような機械的な可変整合器を用いた場合でも、短時間に整合させることができる。

上記したように、被測定物１と基準アンテナ１６についてそれぞれ可変整合器１３０によって電力最大となるように設定し、その最大電力の比を求めることで被測定物１の放射電力を算出することが可能である。

上記説明は、周波数を固定した場合で説明しているが、被測定物１が出力する信号の周波数毎の放射電力を求める必要がある場合には、電力測定器１５０で測定周波数を可変して、上記整合処理を行うことになる。

その場合、結合器２１の形状（楕円の離心率、焦点間の距離）と電波の周波数との関係によって、特定周波数で結合器２１の透過率が極端に低下（ディップする）ことがある。

したがって、その場合には、被測定物１や基準アンテナ１６０と、受信アンテナ１５との距離（以下、アンテナ間距離と言う）を変えて、上記特定周波数でディップが起きない状態で同様の測定を行い、その特定周波数における放射電力を求めて、データを補うようにすればよい。

ここで、アンテナ間距離を複数通りに変化させる機構が必要となるが、この機構は、単にアンテナの位置を所定距離ずらして固定する機構でよく、連続移動機構は必要ない。

図６は、アンテナ間距離を変更したときの系全体の透過率の周波数特性を示したものであり、（ａ）の特性Ｕ１〜Ｕ３は可変整合器がない場合の特性、（ｂ）の特性Ｕ１′〜Ｕ３′は前記した方法で可変整合器１３０によって整合をとった場合の特性である。ここで、３通りの位置の特性を示しているが、その一つはアンテナの放射中心（給電点）が焦点位置にある場合（Δｚ＝０）で、別の一つは、各焦点位置から内側に３０ｍｍ移動した（アンテナ間距離を６０ｍｍ短くした）場合（Δｚ＝−３０ｍｍ）で、さらに別の一つは、各焦点位置から外側に３０ｍｍ移動した（アンテナ間距離を６０ｍｍ長くした）場合（Δｚ＝＋３０ｍｍ）である。

また、結合器の直径（長軸径）９５０ｍｍ、離心率ｅ＝０．５、アンテナは中心周波数２．４ＧＨｚの半波長ダイポールで、その長さ方向が楕円の軸に沿ったコリニア配置の場合である。

両者を比較すると、整合を取ることによってほとんどの周波数で、透過率＝０ｄＢ（即ち完全結合）となることが分かる。また、整合の有無に関わらず、ディップが特定周波数で発生しているが、整合が無い場合のディップの幅は広く、二つの特定周波数が近いと、その間の周波数の透過率まで減少してしまうのに対し、整合状態におけるディップの幅は格段に狭く、特定周波数以外の透過率への影響が極めて少ないことがわかる。また、位置を変えることでディップの周波数が変化する。

したがって、図６の（ｂ）のアンテナ間距離が異なる３組の特性Ｕ１′〜Ｕ３′の中で、ディップが重ならないような二組以上を用い、同一周波数についての最大値を選択するようにすれば、２．２〜２．６ＧＨｚの周波数帯における放射電力の測定が行える。

図７は、アンテナ間距離が異なる場合の整合後の各透過率特性から、同一周波数のデータから最大値を選択して得られたものであり、（ａ）は、特性Ｕ１′とＵ２′の組合せ、（ｂ）は、特性Ｕ１′とＵ３′の組合せ、（ｃ）は、特性Ｕ２′とＵ３′の組合せ、（ｄ）は、３つの特性Ｕ１′〜Ｕ３′の組合せである。

この図７で、例えば、（ｃ）の特性のように、周波数範囲２．３〜２．６ＧＨｚで大きなディップが生じていないから、この範囲を測定周波数範囲とすれば、＋３０ｍｍと−３０ｍｍというアンテナ間距離の異なる２組の測定データを用いれば済む。

また、２．２〜２．６ＧＨｚまでを測定範囲とするならば、３つの特性Ｕ１′〜Ｕ３′の組合せの（ｄ）の特性を用いればよく、その場合でもアンテナ間距離の異なる３組の測定データを用いれば済む。この場合、共振周波数でも０．５ｄＢ程度で放射電力を測定できることがわかる。

なお、実際に測定を行う場合には、アンテナ間距離が異なる２組あるいは３組の測定を全周波数範囲で行って、その互いの特定周波数について補い合う場合と、一組の測定を全周波数範囲について行い、その特定周波数についてだけアンテナ間距離が異なる測定を行い、その周波数におけるデータを補う方法であってもよい。

前記説明は、送信側と受信側のアンテナをダイポール系としその長さ方向が、楕円軸の長さ方向に一致するコリニア配置のものであり、理論上アンテナ間で直接結合しない条件を前提としていたが、本発明では結合器内の結合状態には特に左右されないで前記同様の測定が行える。

例えば、図８のように、送信側と受信側のダイポール系のアンテナが、その長さ方向が楕円軸と直交（つまりアンテナ同士が平行に対向）する対向配置になっていて、アンテナ間の直接結合成分が大きい場合であっても、前記同様の測定結果を得ている。

図９がその測定結果であり、（ａ）は、特性Ｗ１〜Ｗ３は、前記同様のアンテナ間距離でおける可変整合器を用いない場合の透過率、（ｂ）の特性Ｗ１′〜Ｗ３′は、前記同様のアンテナ間距離において、可変整合器１３０によって整合させたときの透過率であり、この場合でも、整合状態におけるディップの幅は非整合状態に比べて格段に狭い。

そして、この図９の（ｂ）の各特性Ｗ１′〜Ｗ３を前記同様に組合せて、各周波数について最大値を選択することで得られた特性を、図１０の（ａ）〜（ｄ）に示す。

図１０の（ａ）は特性Ｗ１′とＷ２′の組合せ、（ｂ）は特性Ｗ１′とＷ３′の組合せ、（ｃ）は、特性Ｗ２′とＷ３′の組合せ、（ｄ）は、特性Ｗ１′〜Ｗ３′の組合せである。

この場合も、二つ特性の組合せで得られたもののうち、（ｃ）の特性であれば２．３〜２．６ＧＨｚを測定範囲として用いることができ、また、３つの特性の組合せで得られた（ｄ）の特性であれば、２．２〜２．６ＧＨｚの広い帯域で測定することが可能である。しかし、特性は前記したコリニア型の配置の方が優れているので、特別な理由がない限り、コリニア型の配置を採用するのが望ましい。

なお、ここでは、送受信のアンテナを、焦点位置、焦点位置より３０ｍｍずつ内側の位置、焦点位置より３０ｍｍずつ外側の位置に変更した場合で説明したが、この３０ｍｍという距離は、測定中心周波数の２．４ＧＨｚのほぼ１／４波長に相当し、アンテナ間の間隔は、基準位置から狭い方へ移動した場合に１／２波長分短くなり、広い方へ移動した場合で１／２波長分長くなり、全体としてほぼ１波長分の変えていることになり、このようにすることで、２組あるいは３組の特性の組合せでディップのほとんどない特性が得られ、広帯域信号の周波数毎の放射電力を正確に求めることができる。

（放射電力測定装置の説明）
図１１は、上記測定方法に基づいた放射電力測定装置２０の全体構成を示している。
この放射電力測定装置２０は、前記した結合器２１、可変整合器１３０、電力測定器１５０、被測定物の代わりに用いる基準アンテナ１６０、信号発生器１６１、基準アンテナ１６０と信号発生器１６１の間を接続する同軸ケーブル１６２、測定制御部１９０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の位置に被測定物１および基準アンテナ１６０のほぼ放射中心位置がくるように支持する手段と、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手段とが設けられている。また、被測定物１、基準アンテナ１６０、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１２〜図１４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の内壁形成体２５が取り付けられている。

第１の内壁形成体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の内壁形成体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の内壁形成体３０が装着されている。

第２の内壁形成体３０は、第１の内壁形成体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１２のように、第１の内壁形成体２５のフランジ２６と第２の内壁形成体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、上下の内壁形成体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１３の（ａ）のように、一方の内壁形成体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１３の（ｂ）のように他方の内壁形成体２５と合わせられたときに、その弾性リブ４５を内壁形成体２５の開口側の内縁全周に接触させて、内壁形成体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の内壁形成体２５、上ケース２３の下板２３ａと第２の内壁形成板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の内壁形成体２５、および上ケース２３の下板２３ａと第２の内壁形成板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の内壁形成体２５および第２の内壁形成体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１１、図１２、図１４に示しているように、第１の内壁形成体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内で被測定物１および基準アンテナ１６０を支持するための放射体支持部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。

放射体支持部５０は、被測定物１および基準アンテナ１６０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を結ぶ軸に沿って一定距離（例えば±３０ｍｍ）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支持板５１と、その支持板５１の上に放射体を固定する固定具５２と、支持板５１の下降を防ぐ基台５３および後述する位置決め機構１８０により構成されている。なお、これらの各構成部材のうち、結合器２１内部に配置されたものは、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、被測定物１や基準アンテナ１６０を支持板５１の上の所定位置に固定させる。この支持板５１の外側端部には内壁形成体２５を貫通摺動する軸部５１ａが突設され、その軸部５１ａは、内壁形成体２５の外側に固定された第１の位置決め機構１８０に係合している。軸部５１ａの両側部には、ネジ止め固定用の穴を有するフランジ５１ｂ、５１ｃが突設されている。

第１の位置決め機構１８０は、断面凹状に形成され、その中央の溝部で支持板５１の軸部５１ａを摺動自在に保持できるようになっており、その溝部の両側には、フランジ５１ｂ、５１ｃをネジ止めするための３組のネジ穴１８０ａ〜１８０ｃ、１８０ａ′〜１８０ｃ′が例えば前記した３０ｍｍの間隔で設けられている。

そして、図１４のように、フランジ５１ｂ、５１ｃを中央のネジ穴１８０ａ、１８０ａ′にネジ止めしたときに、被測定物１（または基準アンテナ１６０）を基準となる焦点位置（第１の位置）に固定することができる。

また、フランジ５１ｂ、５１ｃを内側のネジ穴１８０ｂ、１８０ｂ′にネジ止めすれば、被測定物１（又は基準アンテナ１６０）を焦点位置より３０ｍｍ内側の位置に固定することができ、逆にフランジ５１ｂ、５１ｃを外側のネジ穴１８０ｃ、１８０ｃ′にネジ止めすれば、被測定物１（または基準アンテナ１６０）を焦点位置より３０ｍｍ外側の位置に固定することができる。

なお、基準アンテナ１６０を支持する場合には、信号給電用の同軸ケーブル１６１を外部に引き出すことができるように例えば支持板５１の軸部５１ａの内部に貫通する穴が形成されている。

また、受信アンテナ支持部５５も放射体支持部５１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支持板５６と、支持板５６の下降を防ぐ基台５７、支持板５６の上に受信アンテナ１５を固定する固定具５８および第２の位置決め機構１８１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。

この受信アンテナ１５を支持する支持板５６にも、その外側端部に内壁形成体２５を貫通摺動する軸部５６ａが突設され、その軸部５６ａは、内壁形成体２５の外側に固定された第２の位置決め機構１８１に係合している。軸部５６ａの両側部には、ネジ止め固定用の穴を有するフランジ５６ｂ、５６ｃが突設されている。

第２の位置決め機構１８１は第１の位置決め機構１８０と同様に断面凹状に形成され、その中央の溝部で支持板５６の軸部５６ａを摺動自在に保持できるようになっており、その溝部の両側には、フランジ５６ｂ、５６ｃをネジ止めするための３組のネジ穴１８１ａ〜１８１ｃ、１８１ａ′〜１８１ｃ′が、例えば前記した３０ｍｍの間隔で設けられている。

そして、図１４に示しているように、フランジ５６ｂ、５６ｃを中央のネジ穴１８１ａ、１８１ａ′にネジ止めしたときに、受信アンテナ１５を基準となる焦点位置（第１の位置）に固定することができる。

また、フランジ５６ｂ、５６ｃを内側のネジ穴１８１ｂ、１８１ｂ′にネジ止めすれば、受信アンテナ１５を焦点位置より３０ｍｍ内側の位置（第２の位置）に固定することができ、逆にフランジ５６ｂ、５６ｃを外側のネジ穴１８１ｃ、１８１ｃ′にネジ止めすれば、受信アンテナ１５を焦点位置より３０ｍｍ外側の位置（第３の位置）に固定することができる。

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１４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。

この受信アンテナ１５で受信された信号は、同軸ケーブル１６を介して結合器２１の外部に出力され、前記した可変結合器３０に接続される。

なお、受信アンテナ１５を支持する支持板５６の位置変更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、支持板５６の移動を妨げることなく可変整合器１３０に接続することができる。これは基準アンテナ１６０に接続する同軸ケーブル１６２についても同様である。

可変整合器１３０は、前記したロンボーン式のラインストレッチャーを用いたトラップ型やデジタル移相器型のものが使用できる。なお、ラインストレッチャーを用いた可変整合器は、制御信号により線路長（Ｌ１、Ｌ２）が可変できる構造とする。

可変整合器１３０の出力は電力測定器１５０に入力される。電力測定器１５０は、広帯域な電力計やスペクトラムアナライザ、周波数選択性のある受信機等が使用でき、前記したようにＬＮＡを併用してもよい。

そして、測定制御部１９０は、前記した測定方法にしたがって、信号発生器１６１、電力測定器１５０の周波数設定、可変整合器１３０の制御および前記演算処理を行い、被測定物１のＴＲＰを算出する。

図１５は、測定制御部１９の処理手順の一例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに基づいて装置の動作説明をする。

始めに、測定の準備として、結合器２１を開いて、被測定物１と受信アンテナ１５を第１の位置、例えば基準となる焦点位置に支持させ、結合器２１を閉じる（Ｓ１）。

そして、電力測定器１５０の周波数を測定周波数のいずれかにセットし、電力測定器１５０の測定値が最大となるように可変整合器１３０を制御し、そのとき測定値を記憶するという処理を、測定周波数を変更しながら行い、所望周波数範囲で、第１の位置における整合状態での周波数特性Ｆ１を求める（Ｓ２）。

次に、被測定物１と受信アンテナ１５の位置を、第２の位置、例えば前記したΔ＝−３０ｍｍの位置に変更して（Ｓ３）、処理Ｓ２と同様の処理を行い、第２の位置における整合状態での周波数特性Ｆ２を求める（Ｓ４）。

さらに、被測定物１と受信アンテナ１５の位置を、第３の位置、例えば前記したΔ＝＋３０ｍｍの位置に変更して（Ｓ５）、処理Ｓ２と同様の処理を行い、第３の位置における整合状態での周波数特性Ｆ３を求める（Ｓ６）。

次に、結合器２１を開いて被測定物１に代わって基準アンテナ１６０を用い、その基準アンテナ１６０と受信アンテナ１５を、前記した第１の位置に設置し、同軸ケーブル１６２を介して信号発生器１６１と接続して結合器２１を閉じる。

そして、この基準アンテナ１６０を用いて、前記各位置における整合状態での周波数特性Ｇ１〜Ｇ３を求める（Ｓ７〜Ｓ１２）。

そして、周波数特性Ｆ１〜Ｆ３から各周波数での最大値を選択することで前記ディップの少ない特性Ｆｓを生成し（Ｓ１３）、周波数特性Ｇ１〜Ｇ３についても同様に、各周波数での最大値を選択することで前記ディップの少ない特性Ｇｓを生成する（Ｓ１４）。

そして、各測定周波数について、測定で得られた特性Ｆｓの値と特性Ｇｓの値との比、および基準アンテナ１６への供給電力等の既知情報に基づいて、式（５）から、各測定周波数における放射電力を求める（Ｓ１５）。

なお、ここでは、被測定物１についての測定を先に行い、基準アンテナ１６０を用いた測定を後に行っていたが、その順序は逆でもよい。

１……被測定物、１１……壁面、１２……閉空間、１５……受信アンテナ、１５ａ……基板、１５ｂ……素子、１５ｃ……バラン、１６……同軸ケーブル、２０……放射電力測定装置、２１……結合器、２２……下ケース、２３……上ケース、２５……第１の内壁形成体、２６……フランジ、３０……第２の内壁形成体、３１……フランジ、４０……ガイドピン、４１……ガイド穴、４５……弾性リブ、５０……放射体支持部、５１……支持板、５５……受信アンテナ支持部、５６……支持板、１３０……可変整合器、１５０……電力測定器、１６０……基準アンテナ、１６１……信号発生器、１６２……同軸ケーブル、１８０、１８１……位置決め機構、１９０……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）の近傍に被測定物（１）の電波の放射中心を一致させ、該被測定物から放射された電波を前記壁面で反射させて他方の焦点（Ｆ２）の近傍に配置した受信アンテナ（１５）に集中させて、該受信アンテナの出力信号の電力を電力測定器（１５０）によって測定することで被測定物の全放射電力を測定する放射電力測定方法において、
   前記受信アンテナと前記電力測定器の間に可変整合器（１３０）を挿入し、
   前記被測定物の放射中心が前記一方の焦点の近傍位置にあり、前記受信アンテナが他方の焦点の近傍位置にある状態で、前記電力測定器で測定される電力が最大となるように前記可変整合器を設定し、そのときの最大電力を第１の測定値として記憶する段階と、
   信号供給を受けて電波を放射する基準アンテナを前記被測定物に代えて配置した状態で、前記電力測定器で測定される電力が最大となるように前記可変整合器を設定し、そのときの最大電力を第２の測定値として記憶する段階と、
   前記第１の測定値、第２の測定値および前記基準アンテナへ供給される信号の電力および放射効率に基づいて、前記被測定物の全放射電力を算出する段階とを含むことを特徴とする放射電力測定方法。
2. 前記第１の測定値として、所定の周波数範囲内の各周波数についての一連の周波数特性を求めるとともに、該周波数特性を、前記被測定物と受信アンテナとの距離を複数通りに変えて複数組求めるようにし、
   さらに、前記第２の測定値として、前記所定の周波数範囲内の各周波数についての一連の周波数特性を求めるとともに、該周波数特性を、前記基準アンテナと受信アンテナとの距離を複数通りに変えて複数組求めるようにし、
   前記被測定物の全放射電力を算出する際には、被測定物および基準アンテナについてそれぞれ複数組ずつ得られた周波数特性のうち、同一周波数のデータのうちの最大値を選択して用いることを特徴とする請求項１記載の放射電力測定方法。
3. 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、金属の壁面で囲まれた閉空間を有し、電波を放射する被測定物（１）または基準アンテナのいずれか一方の放射体を一方の焦点の近傍位置に支持する第１の支持手段（５０）と、該放射体が放射した電波を受けるための受信アンテナ（１５）と、該受信アンテナを前記他方の焦点の近傍位置に支持する第２の支持手段（５５）とを含み、前記放射体から放射された電波を前記受信アンテナに集中させてその受信信号を前記閉空間から外部へ出力させる結合器（２１）と、
   前記受信アンテナの出力信号の電力を測定するための電力測定器（１５０）と、
   前記受信アンテナと前記電力測定器の間に設けられた可変整合器（１３０）と、
   前記第１の支持手段に前記基準アンテナが支持されたときに該基準アンテナに前記結合器の外部から信号を供給するための信号供給手段（１６１、１６２）と、
   前記第１の支持手段に前記被測定物が支持された状態で前記電力測定器によって測定される電力が最大となるように前記可変整合器を設定し、そのとき最大電力を第１の測定値とし、前記被測定物に代わって前記基準アンテナが支持された状態で前記電力測定器によって測定される電力が最大となるように前記可変整合器を設定し、そのときの最大電力を第２の測定値として求め、前記第１の測定値、第２の測定値、前記基準アンテナへ供給される信号の電力および放射効率に基づいて、前記被測定物の全放射電力を算出する測定制御部（１９０）とを有していることを特徴とする放射電力測定装置。
4. 前記結合器の前記第１の支持手段と第２の支持手段は、被測定物または基準アンテナと前記受信アンテナの位置を、その距離が変化する方向に前記楕円の焦点を結ぶ軸に沿って複数通り変更できるように形成されており、
   前記測定制御部は、
   前記第１の測定値として、前記電力測定器が検出する信号の周波数を所定周波数範囲内で順次変更させ、各周波数についての一連の周波数特性を求めるとともに、該周波数特性を、前記被測定物と受信アンテナの位置毎に複数組求め、さらに、前記第２の測定値として、前記所定の周波数範囲内の各周波数についての一連の周波数特性を求めるとともに、該周波数特性を、前記基準アンテナと受信アンテナの位置毎に複数組求め、前記被測定物の全放射電力を算出する際には、被測定物および基準アンテナについてそれぞれ複数組ずつ得られた周波数特性のうち、同一周波数のデータのうちの最大値を選択して用いることを特徴とする請求項３記載の放射電力測定装置。

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