JP2011102709A - 放射電力測定装置、放射電力測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線設備の放射電力を高い確度で測定することのできる放射電力測定装置、放射電力測定方法を提供すること。
【解決手段】この放射電力測定装置は、電波を放射する電波放射源の放射電力を測定する放射電力測定装置であって、前記電波放射源の電波の振幅および位相を取得する振幅位相取得部と、前記電波放射源が放射する電波を受信する受信アンテナと、前記電波放射源および前記受信アンテナの少なくとも一方を移動させて前記電波放射源および前記受信アンテナ間の距離を変化させる駆動部と、前記電波放射源および前記受信アンテナの少なくとも一方が所定距離移動する毎に、その距離における前記受信アンテナが受信した前記電波放射源からの電波の受信電圧を測定する測定部と、前記電波放射源の位置における前記電波の振幅および位相と前記測定された受信電圧の積算値に基づいて、前記放射電力値を生成する演算部と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば携帯電話などの無線設備の放射電力を測定する放射電力測定装置、放射電力測定方法に関する。

一般に、携帯電話などの無線設備の動作試験や検定試験、検査のため、当該無線設備の放射電力を測定することが行われている。従来、放射電力の測定は、６面電波暗室を用意し、当該電波暗室内に測定対象の無線設備と受信アンテナとを所定の距離に離間して配置して、実際に無線設備の放射する電波を当該受信アンテナで受信することで行われる。

しかし、係る無線設備の動作試験や検定試験、検査の度に電波暗室を用意するのは費用がかさむ原因となり、物理的に電波暗室を用意できない環境も多い。そのため、測定コストの低減や測定環境の自由度の観点から、周囲反射波の影響が無視できない比較的狭い空間（２０ｍ^３程度）においても、電波暗室での測定と同等な確度で放射電力を測定可能にする測定装置・測定方法が求められている。

特開２００８−０６４７０４公報

Yamanaka, A. Sugiura, "Measurement of Effective Radiated Power by Means of In-Phase Synthetic Method," Transactions of the IEICE, Vol. E73, No. 10, pp. 1738-1745, 1990.

このように、従来の放射電力測定装置、放射電力測定方法では、６面電波暗室を必要とするため、費用がかさみ測定の自由度が少ないという問題がある。本発明は係る問題を解決するためになされたもので、電波暗室を用意しなくても無線設備の放射電力を高い確度で測定することのできる放射電力測定装置、放射電力測定方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の一つの態様に係る放射電力測定装置は、電波を放射する電波放射源の放射電力を測定する放射電力測定装置であって、前記電波放射源の電波の振幅および位相を取得する振幅位相取得部と、前記電波放射源が放射する電波を受信する受信アンテナと、前記電波放射源および前記受信アンテナの少なくとも一方を移動させて前記電波放射源および前記受信アンテナ間の距離を変化させる駆動部と、前記電波放射源および前記受信アンテナの少なくとも一方が所定距離移動する毎に、その距離における前記受信アンテナが受信した前記電波放射源からの電波の受信電圧を測定する測定部と、前記電波放射源の位置における前記電波の振幅および位相と前記測定された受信電圧の積算値に基づいて、前記放射電力値を生成する演算部と、を具備している。

本発明によれば、無線設備の放射電力を高い確度で測定することのできる放射電力測定装置、放射電力測定方法を提供することができる。

実施形態に係る放射電力測定装置の構成図である。 送受信アンテナ間の距離と受信電圧の関係を示す図である。 計算機シミュレーションに用いた測定系の様子を示す図である。 送信アンテナを微小ダイポールアンテナとした場合のシミュレーション結果を示す図である。 送信アンテナをダイポール・アレイアンテナとした場合のシミュレーション結果を示す図である。 送信アンテナをダブル・リッジド・ガイド・ホーンアンテナとした場合のシミュレーション結果を示す図である。 他の実施形態に係る放射電力測定装置の構成図である ６面電波暗室内での位相合成特性の測定結果を示す図である。 ５面ＥＭＣ用暗室での位相合成特性の測定結果を示す図である。 一般の会議室内における位相合成特性を測定結果を示す図である。

本発明は、無線設備の放射する電波を所定の距離に離間させた受信アンテナで受信し、当該無線設備の放射電力を、当該無線設備および受信アンテナ間の距離に応じた係数を用いて補償することにより、床や壁などで反射した反射波の影響を低減するものである。以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る放射電力測定装置および放射電力測定方法について詳細に説明する。

（実施の形態）図１は、実施形態に係る放射電力測定装置の原理的構成を示す図、図２は、無線設備と受信アンテナの間の距離と受信アンテナにおける受信電圧の関係を示す図である。図１に示すように、この実施形態の放射電力測定装置１は、ベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）１０、位相基準アンテナ２０、位相基準アンテナ２０および測定対象たる無線装置４０が載置されるスタンド２１、受信アンテナ３０、受信アンテナ３０を固定するスタンド３１を備えている。

ＶＮＡ１０は、二つの入力を有し該入力に与えられる二つの信号の振幅差および位相差を測定する測定器である。ＶＮＡ１０の二つの入力には、位相基準アンテナ２０および受信アンテナ３０が、ケーブル１１および１２を介して接続されている。ＶＮＡ１０は、メモリなどの記憶部とＣＰＵなどの演算部を備えており、複数の測定結果を記憶し所定の演算を行うことができる。

位相基準アンテナ２０は、検査対象たる無線装置４０が放射する電波を受信し、受信した信号を基準信号としてＶＮＡ１０に与える。位相基準アンテナ２０は、利得や指向性などの特性があらかじめ既知の標準アンテナなどを用いる。また、位相基準アンテナ２０は、無線装置４０のアンテナ４１と平面方向に重なる位置に配置することが好ましい。無線装置４０のアンテナ４１から受信アンテナ３０への水平距離と、位相基準アンテナ２０から受信アンテナ３０への水平距離とをできるだけ等しくするためである。

受信アンテナ３０は、位相基準アンテナ２０と同様、利得や指向性などの特性があらかじめ既知のアンテナである。受信アンテナ３０は、たとえば、ダブル・リッジド・ガイド・アンテナ（ＤＲＧＡ）のように、所定の方向に鋭い指向性を持つアンテナが望ましい。受信アンテナ３０は、スタンド３１に固定され、無線装置４０のアンテナ４１と同一の高さに保持される。

スタンド２１は、水平方向の移動を可能にする車輪２２、および、当該車輪２２を駆動する駆動装置２３を備えている。駆動装置２３は、図示しない信号線などにより遠隔から制御可能に構成される。すなわち、スタンド２１は、遠隔からの制御により水平方向に移動可能に構成されている。尚、スタンド２１および３１は、グラウンド３５上に配置される。

続いて、実施形態に係る放射電力測定装置を用いた測定手順を詳細に説明する。

まず、無線装置４０のアンテナ４１と受信アンテナ３０の受信指向性とが同軸的に一致するように、アンテナ４１と受信アンテナ３０の距離Ｒを所定の距離Ｒ_０に離間させて両者を配置する。このとき、位相基準アンテナ２０は、無線装置４０のアンテナ４１と同様に、受信アンテナ３０までの距離がＲ_０となるようにしておく。

次に、距離Ｒ_０の状態で無線装置４０を送信状態にする。アンテナ４１から放射された電波は、位相基準アンテナ２０および受信アンテナ３０により受信され、各アンテナで受信された信号は、ケーブル１１および１２を介してＶＮＡ１０に送られる。

ＶＮＡ１０は、位相基準アンテナ２０から送られた受信電圧および受信アンテナ３０から送られた受信電圧それぞれを、複素電圧値として距離Ｒ_０と対応付けて記憶し、両受信電圧の振幅および位相を比較する。ＶＮＡ１０は、当該比較結果も併せて距離Ｒ_０と対応付けて記憶する。

次いで、無線装置４０の送信を停止させてから駆動装置２３を制御してスタンド２１を移動させ、無線装置４０のアンテナ４１と受信アンテナ３０の距離をＲ_１とする。距離Ｒ_１は、距離Ｒ_０よりも長い方が好ましい。

再び、距離Ｒ_１の状態で無線装置４０を送信状態にする。アンテナ４１から放射された電波は、位相基準アンテナ２０および受信アンテナ３０により受信され、各アンテナで受信された信号は、ケーブル１１および１２を介してＶＮＡ１０に送られる。

ＶＮＡ１０は、位相基準アンテナ２０から送られた受信電圧および受信アンテナ３０から送られた受信電圧それぞれを、複素電圧値として距離Ｒ_１と対応付けて記憶し、両受信電圧の振幅および位相を比較する。ＶＮＡ１０は、当該比較結果も併せて距離Ｒ_１と対応付けて記憶する。

以上、無線装置４０の送信、ＶＮＡ１０による受信電圧の測定、無線装置４０の送信停止と距離の変更、を所定回数繰り返す。最終的に、ＶＮＡ１０は、記憶したデータに基づき、反射波成分を相殺した受信電力を演算して放射電力値を生成する。

なお、この例では、距離Ｒを変更する度に無線装置４０の送信を止めて計測を行っているが、これには限定されない。無線装置４０を送信させたまま距離Ｒを変更し、所定のタイミング（または所定の距離間隔）で測定を行ってもよい。

続いて、ＶＮＡ１０による放射電力値の演算について詳細に説明する。

（位相合成法による反射波相殺の原理と放射電力値の演算）周囲反射波が無視できない一般の環境で、図１のように被試験機器（EUT: Equipment Under Test）である無線装置４０の電波を受信アンテナ３０で受信すると、受信される電波（Received Waves）は、直接波と多数の周囲反射波の合成となるため、図２の実線ａに示すように、受信電圧は、アンテナ４１から受信アンテナ３０までの距離が長くなるにつれて、不規則に変動しながら減衰していく。もし、測定場の床面や、周囲の壁面等から到来する周囲反射波が存在しなければ、ＥＵＴから到来する電波は直接波（Direct Wave）のみとなるので、受信電圧は、図２の実線ｂに示すように距離に反比例して単調に減衰していくことになる。

ＥＵＴから距離Ｒ_ｉに離間して配置した受信アンテナ３０の複素数表示の受信電圧Ｖ（ｉ）は、数式（１）に示すように、直接波によって発生する電圧Ｖ_ｄ（ｉ）と多数の周囲反射波の到来によって発生する電圧Ｖ_ｒ（ｉ）の複素数の和として表すことができる。

数式（１）において、電圧測定器の入力インピーダンスを５０Ω、ＥＵＴの放射電力をＰ_ｔ、直接波に関するＥＵＴおよび受信アンテナ３０の利得をそれぞれＧ_ｔおよびＧ_ｒとし、ｎ番目の周囲反射波の伝搬路長をＬ_ｎ、この周囲反射波に関するＥＵＴのアンテナ４１および受信アンテナ３０の利得をそれぞれＧ_ｔｎおよびＧ_ｒｎとすると、

となる。

ここで、ＥＵＴの載せたスタンド２１を移動して、受信アンテナ３０とＥＵＴのアンテナ４１の間の距離をＲ_ｉからＲ_ｉ＋ΔＲに増大すると、受信電圧の直接波成分Ｖ_ｄ（ｉ）の振幅は、距離に反比例して減衰し、同じく位相は、距離の増分△Ｒに対応して位相△θ（＝ｋ△Ｒ）だけ遅れる。すなわち、受信電圧は、距離の増加に対応した変化をしていく。これに対して、複数の周囲反射波の合成電圧Ｖ_ｒ（ｉ）の振幅と位相は、伝搬経路が直接波と異なるので、距離が△Ｒ移動するごとに不規則に変化し、距離の増加に対応した変化をしない。

そこで、受信電圧Ｖ（ｉ）の位相を、測定距離Ｒ_ｉに対応する位相遅延分ｋＲ_ｉだけ進めれば、

となる。上記のように、距離が△Ｒ変化する毎に受信電圧Ｖ（ｉ）を測定し、この電圧にｅｘｐ（ｊｋＲ_ｉ）を乗じて位相補償を施して、それらを加算（合成）すれば、位相合成によって得られる電圧は次式で表される。以下、この位相補償を「位相合成」、当該位相補償の方法を位相合成法と呼ぶ。

この位相合成によって得られる電圧の右辺第１項は、測定点の増加と共に単調に増加する。これに対して第２項は、測定距離に対する周囲反射波の位相変化が不規則で一定でなく、位相補償を行ってもランダムに分布する位相が残ることから、その総和は第１項ほどには増加しない。したがって、測定点の増加と共に、上式の第１項に比べて、第２項の周囲反射波の影響は相対的に低減される。したがって、ＥＵＴ放射波の測定によって得られる位相合成電圧Ｖ_Ｓは近似的に次式で表すことができる。ここで、ＥＵＴの等価等方輻射電力Ｐ_ｅｉｒｐはＰ_ｔＧ_ｔである。

上式より、受信アンテナ３０の利得Ｇ_ｒが予め正確に分かっていれば、ＥＵＴの等価等方輻射電力を次式で推定することができる。ここで、Ｖ_ＳはＥＵＴに関する位相合成電圧の実測値である。

なお、受信アンテナの利得Ｇ_ｒが予め正確にわかっていない場合や、周囲反射波の影響をできるだけ低減したい場合は、ＥＵＴの代わりに、利得が正確にわかっている基準アンテナを送信アンテナとして用い、これに対して位相合成電圧の測定を行い、その結果とＥＵＴの結果を比較して、ＥＵＴの等価等方輻射電力を推定することができる。すなわち、利得Ｇ_ｔ０の基準アンテナに電力Ｐ_ｔ０を給電して、ＥＵＴの場合と全く同じ手順で位相合成電圧Ｖ_０Ｓを測定すれば、この電圧は近似的に次式で表される。

従って、数式（６）及び数式（８）を比較すれば、求めるべきＥＵＴの等価等方輻射電力は次式から推定できる。

すなわち、右辺のＰ_ｔ０、Ｇ_ｔ０、Ｖｓ、Ｖ_０Ｓは、全て実測可能な値となる。

したがって、図１に示すＶＮＡ１０は、測定した距離Ｒ_ｉにおける受信電圧Ｖ（ｉ）を積算してＶ_Ｓを算出し、得られたＶ_Ｓを数式（７）に適用して演算すると、放射電力値（等価等方輻射電力）を生成することができる。

位相合成法の誤差については、位相合成後に得られる電圧を正確に表せば数式（５）であるため、この式と位相合成法の近似式（６）との相違が、位相合成法によって得られる等価等方輻射電力の誤差の原因となる。すなわち、数式（７）を用いて等価等方輻射電力を推定する場合、分子に含まれるＶ_Ｓは次式で与えられるから、

周囲反射波の影響による放射電力の測定誤差は近似的に次式で表される。

但し、実際の測定において、上式の誤差を計算することは不可能であるから、実際には、利得Ｇ_ｔが既知のアンテナに電力Ｐ_ｔを加えて、これをＥＵＴとして位相合成法によって等価等方輻射電力Ｐ_ｅｉｒｐを求め、真値Ｐ_ｔＧ_ｔと比較することによって誤差を推定する。

（位相合成法の計算機シミュレーションと誤差の推定）位相合成法の有効性を確かめるために、計算機によって数値シミュレーションを行った。作成したプログラムは、大別して、受信電仕計算プログラムと位相合成計算プログラムがある。

（１）受信電圧計算プログラム
図３に示すように、直方体の部屋にＥＵＴ（アンテナ４１を持つ無線装置４０）と受信アンテナ３０を配置し、受信アンテナ３０の位置を固定したままで、ＥＵＴを一定距離間隔で移動させ、その各位置において、受信アンテナに到来する直接波および周囲反射波によって誘起するアンテナ出力電圧（複素電圧）を計算する。

ＥＵＴおよび受信アンテナの指向性、部屋の大きさ、ＥＵＴと受信アンテナの位置などは任意である。天井・床・４壁面の建築材の電気的定数についても任意で、それぞれ異なっていても良いが、各平面で一様であると仮定する。また、受信アンテナの向きは、ＥＵＴの初期位置方向とする。

計算機シミュレーションはレイトレース法を用い、周囲反射波の伝搬路はアンテナの鏡像を利用して決定した。なお、以下の計算例では部屋の、寸法を３ｍ（Ｗ）×３ｍ（Ｄ）×２．５ｍ（Ｈ）とした。この場合、壁面位置における２Ｈｚの１ｓｔ．Ｆｒｅｓｎｅｌ ｚｏｎｅの半径は約５０ｃｍになるので、部屋の寸法と比較して無視できない大きさであるが、プログラムでは、各壁面の周縁の電流等の影響は無視し、鏡面反射のみを考慮した。

反射によって生じる反射波の進行方向、振幅、位相、および偏波面の変化は、反射毎に逐次計算した。具体的には、以下のような手順で計算した。
（ａ）ＥＵＴ初期位置から受信アンテナの向き（固定）を決定。また、一定間隔で移動するＥＵＴ移動方向を決定。
（ｂ）受信アンテナに到達する多数の反射波のうち１波について、ＥＵＴからの電波の射出方向、伝搬路長および反射回数を、受信アンテナの鏡像位置から計算。
（ｃ）ＥＵＴの放射特性と射出方向から、放射波の振幅および偏波を計算。
（ｄ）放射波の伝搬方向から、放射波が衝突する壁面を探査し、反射点の位置、反射波の複素振幅・偏波、伝搬方向を計算。なお、反射波の振幅・偏波の計算では、Ｆｒｅｓｎｅｌ反射係数を使用。
（ｅ）反射回数だけ、上記（ｄ）の計算を逐次繰り返す。
（ｆ）受信アンテナの出力端子に誘起する複素電圧を、受信アンテナの特性及び到来波の複素振幅、偏波、到来方向から計算。
（ｇ）さらに、他の反射波についても、（ｂ）〜（ｆ）の計算を繰り返し実施する。但し、計算は反射回数の少ない反射波から行い、その変化が許容範囲に収まるまで、反射波を増加する。
（ｈ）ＥＵＴの位置を移動して、計算（ｂ）〜（ｇ）の計算を実施。

（２）位相合成プログラム
位相合成の計算手順を以下に示す。
（Ａ）受信（測定用）アンテナのｉ番目の位置（ＥＵＴからの距離Ｒ_ｉ）において得られる複素受信電圧（測定電圧）Ｖ（Ｒ_ｉ）に、式（４）に従ってｅｘｐ（ｊｋＲ_ｉ）を乗じて位相補償電圧を計算する。
（Ｂ）次に、数式（５）に従って全ての測定点の位相補償電圧を加算して位相合成電圧Ｖ_Ｓを求める。
（Ｃ）一方、利得Ｇ_ｔ０の基準アンテナに電力Ｐ_ｔ０を給電した仮想的なＥＵＴアンテナについて、受信アンテナのｉ番目の位置において得られる複素受信電圧Ｖ_０（Ｒ_ｉ）を理論計算する。
（Ｄ）この受信電圧Ｖ_０（Ｒ_ｉ）に対して、上記の（Ａ）および（Ｂ）の計算を行って位相補償電圧Ｖ_０Ｓを計算する。
（Ｅ）得られたＶ_Ｓ、Ｖ_０Ｓ、Ｇ_ｔ０、Ｐ_ｔ０を数式（９）に代入して、ＥＵＴの実効放射電力Ｐ_ｅｉｒｐの推定値を求める。

（３）ＥＵＴ放射パターンの影響
異なる放射パターンのアンテナを模擬ＥＵＴとみなして、位相合成法による放射電力推定値の誤差がどのように変化するかを、計算機シミュレーションによって検討した。

対象とする模擬ＥＵＴアンテナは、微小ダイポールアンテナ（Ｇ＝１．７６ｄＢｉ）、ダイポール・アレイアンテナ（Ｇ＝６．３５ｄＢｉ）、ダブル・リッジド・ガイド・ホーンアンテナ（DRGH：Ｇ＝７．６４ｄＢｉ）とした。計算に用いるＥＵＴは、周波数２ＧＨｚ、空中線電力１Ｗとした。

図３は、このシミュレーションで用いた測定系および周囲の条件を示している。測定用の受信アンテナは、ＤＲＧＨとし、座標位置（２ｍ、１．７ｍ、１．５ｍ）に固定した。受信アンテナの偏波は垂直偏波とした。ＥＵＴのアンテナ４１は、壁面に対して斜めに移動させ、高さは１．５ｍ、垂直偏波とした。測定空間の大きさは、幅３ｍ、奥行き３ｍ、高さ２．５ｍの部屋と仮定し、天井・床・壁面の建築材料が繊維強化セメントであるものとした。

図４は、ＥＵＴのアンテナ４１を微小ダイポールアンテナとした場合のシミュレーション結果、図５は、同じくアンテナ４１をダイポール・アレイアンテナとした場合のシミュレーション結果、図６は、同じくアンテナ４１をＤＲＧＨアンテナとした場合のシミュレーション結果を示している。図４ないし図６において、実線ｃ・ｆ・ｉは、反射波を含む受信電圧、実線ｄ・ｇ・ｊは、位相補償により推定される直接波による受信電圧、実線ｅ・ｈ・ｋは、位相合成結果の放射電力推定値の誤差である。図４ないし図６に示すように、位相合成法により反射波成分が相殺され、放射電力推定値の誤差が極めて小さくなっていることが分かる。また、図４ないし図６に対応して、距離Ｒを１ｍ〜１．５ｍの間について、周囲の反射波による受信電圧の変動幅と、位相合成結果の放射電力推定値の誤差を下表に示す。

これらの結果から、放射パターンが広いほど、周囲反射波による受信電圧の場所による変動幅が大きくなること、および、位相合成法の結果である放射電力推定値の誤差は、ＥＵＴの放射パターンに余り影響されず、０．１ｄＢ程度で得られることが分かる。

また、ＥＵＴの放射パターンは無指向に近いと思われるが、例えば微小ダイポールアンテナの場合、受信電圧に含まれる直接波の成分と周囲反射波の成分の比率は、受信電圧の変動幅から求めると、おおよそ１：０．３３程度である。−方、位相合成後の放射電力推定値の誤差から、推定値に含まれる直接波成分と周囲反射波成分を電圧比で表すと、おおよそｌ：０．０１である。すなわち、大きさ３ｍ×３ｍ×２．５ｍ程度の狭い測定空間でも、位相合成法を適用することによって、理論上は、周囲反射波の影響を１／３３（＝−３０ｄＢ）に低減できることが分かる。

さらに、位相合成波の放射電力の推定値は、直接波のみによって得られる真の放射電力に比べて０．１ｄＢ程度の差違しかないから、数式（７）や数式（９）を用いてＥＵＴの放射電力を推定することができることが分かる。

（４）測定用受信アンテナの指向性の影響
図３に示す測定系において、測定用受信アンテナとして、微小ダイポールアンテナとダブルリッジドガイド・ホーンアンテナを用いた場合、位相合成法による放射電力推定値の誤差にどのように影響するかを検討した。なお、模擬ＥＵＴは微小ダイポールアンテナとした。計算機シミュレーションの結果を表２に示す。

この結果から、測定用受信アンテナの放射パターンが広いほど、周囲反射波の影響による受信電圧の場所による変動幅が大きいこと、また、位相合成法の結果である放射電力推定値の誤差は、受信アンテナの放射パターンに著しく影響されることが分かる。この結果は、位相合成法の原理からも妥当な結果である。すなわち、本位相合成法では、ＥＵＴの位置を移動することによって、測定用受信アンテナの前方から到来する周囲反射波のベクトル和は相対的に０に近づくが、後方からの到来波に対しては効果が無いためである。従って、測定用受信アンテナとして、出来るだけ指向性の鋭いアンテナを用いる方がよいことになる。

（５）その他の計算機シミュレーション結果
上記のほか、ＥＵＴ移動軸を「どの側壁面とも不平行」になるように選定することがよい結果を生むと考えられる。周囲反射波の位相のずれを散らして反射波成分を相殺しやすくするためである。同様に、ＥＵＴや測定用受信アンテナが最も近接する壁面や、反射の強い壁面に垂直な偏波を選ぶこと、測定空間が同一材料で囲われる場合、反射係数の小さい建築材料で囲われた測定空間を利用すること、什器等により、１壁面が金属で覆われる場合、その金属反射面からＥＵＴ及び測定用受信アンテナをできるだけ遠ざけることが望ましい。特に、測定用受信アンテナの後方に金属反射面が存在しないことが好適である。さらに、窓などによって、測定空間の１壁面が開放の場合、Ｆ／Ｂ比２０ｄＢ程度の測定用受信アンテナであれば、測定用受信アンテナの後方が開放されることが望ましい。

（他の実施形態）位相合成法の有効性を確認するため、ネットワークアナライザ等を使用して基礎的な測定を行った。図７は、実験に用いた他の実施形態に係る放射電力測定装置を示す図である。図７に示す放射電力測定装置２は、ＥＵＴたる無線装置４０および位相基準アンテナ２０に代えてアンテナ１４１を配置し、ＶＮＡにより透過係数Ｓ_２１を測定するように構成したものである。そこで、図１に示す構成と共通する構成については共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

図７に示すように、この実施形態の放射電力測定装置２は、ベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）１１０、送信アンテナ１４１、送信アンテナ１４１が載置されるスタンド２１、受信アンテナ３０、受信アンテナ３０を固定するスタンド３１、メモリ等の記憶部を備えデータ処理の演算を実行する演算部１１２、および駆動部１１４を備えている。

ＶＮＡ１１０は、回路網の特性を測定するための高周波信号を生成して当該回路網に与えるとともに当該回路網の出力信号を受け取り、当該特性を測定する測定器である。この実施形態のＶＮＡ１１０の二つの入力には、送信アンテナ１４１および受信アンテナ３０が、ケーブル１１および１２を介して接続されている。すなわち、ＶＮＡ１１０は、ケーブル１１を介してアンテナ１４１に高周波信号を供給するとともに、ケーブル１２を介して受信アンテナ３０が受信した信号を受け取る。ＶＮＡ１１０は、演算部１１２と接続され、データの授受を行うことができる。

送信アンテナ１４１は、利得や指向性などの特性が既知のアンテナである。

演算部１１２は、例えばＰＣなどのコンピュータであり、データを記憶するメモリやＨＤＤを備えている。演算部１１２は、ＶＮＡ１１０が測定したデータをＶＮＡ１１０から取り込んで自ら記憶する。また、演算部１１２は、自ら記憶したデータに基づき所定の演算を実行する。併せて、演算部１１２は、スタンド２１の移動指示信号を生成して駆動部１１４に送る機能をも有している。

駆動部１１４は、演算部１１２からの移動指示信号を受けて、駆動装置２３を制御する機能を有する。すなわち、駆動部１１４は、スタンド２１に配設されたアンテナ１４１の移動を制御する。

続いて、この実施形態に係る放射電力測定装置を用いた測定手順を詳細に説明する。

まず、アンテナ１４１と受信アンテナ３０の受信指向性とが同軸的に一致するように、所定の距離Ｒ_０に離間させて両者を配置する。

次に、演算部１１２は、ＶＮＡ１１０に高周波信号の生成と透過係数Ｓ_２１の測定を指示する。ＶＮＡ１１０は、高周波信号を生成してケーブル１１を介してアンテナ１４１に供給する。アンテナ１４１から放射された電波は、受信アンテナ３０により受信され、ケーブル１２を介してＶＮＡ１１０に送られる。

ＶＮＡ１１０は、自ら生成しアンテナ１４１に供給した高周波信号および受信アンテナ３０から送られた受信電圧に基づき、距離Ｒ_０におけるアンテナ１４１から受信アンテナ３０への透過係数Ｓ_２１を測定する。測定したデータは演算部１１２に送られる。

演算部１１２は、ＶＮＡ１１０から受け取った透過係数Ｓ_２１を距離Ｒ_０と対応付けて自己の記憶領域に記憶する。

次いで、演算部１１２は、駆動部１１４にアンテナ１４１の移動を指示し、駆動部１１４は、所定の速度でアンテナ１４１および受信アンテナ３０の距離が大きくなる方向にスタンド２１を移動させる。

演算部１１２は、所定のタイミングでＶＮＡ１１０に透過係数Ｓ_２１の測定指示を出し、ＶＮＡ１１０は、測定指示に基づいてその時点の透過係数Ｓ_２１を測定して結果を演算部１１２に返す。すなわち、ＶＮＡ１１０は、所定の距離間隔で透過係数Ｓ_２１を測定することになる。演算部１１２は、受け取った透過係数Ｓ_２１を対応するアンテナ１４１および受信アンテナ３０の距離Ｒと対応付けて自己の記憶領域に記憶する。

以上、ＶＮＡ１１０による透過係数Ｓ_２１の測定、アンテナ１４１と受信アンテナ３０の距離の変更、をアンテナ１４１が所定距離に達するまで繰り返す。最終的に、ＶＮＡ１１０は、記憶したデータに基づき、反射波成分を相殺した受信電力を演算して放射電力値を生成する。

（実施例）ここで、アンテナ１４１は、ダイポールアンテナ（Ｇ＝２．６ｄＢｉ）を用い、測定用の受信アンテナ３０は、ダブル・リッジド・ガイド・ホーンアンテナ（ＤＲＧＨ、Ｇ＝９．９ｄＢｉ）とした。駆動部１１４（ＥＵＴポジショナ）によりアンテナ１４１を１０ｍｍ／ｓで連続的に送受信アンテナ間距離を０．５ｍから１．５ｍまで移動させながら、５ｍｍ間隔（測定ステップ）ごとに、ネットワークアナライザでＳ_２１を測定することにより受信波の振幅と位相を求め、位相合成を行った。なお、送信周波数は２．４５ＧＨｚ、送受信アンテナ高さは１ｍとし、ＤＲＧＨの放射中心は開口面より８０ｍｍ内側にあるものと仮定した。

図８は、６面電波暗室内での位相合成特性（受信特性と放射電力推定値の誤差）の測定結果であり、実線ｌは受信波の受信電圧、実線ｍは直接波の受信電圧推定値、実線ｎは放射電力推定値の誤差を示している。これより、受信波の変動は小さく、直接波の推定値によく一致し、放射電力推定値の誤差は０．１ｄＢ以内に収束していることがわかる。

図９は、５面ＥＭＣ用暗室での位相合成特性の測定結果であり、実線ｏは受信波の受信電圧、実線ｐは直接波の受信電圧推定値、実線ｑは放射電力推定値の誤差を示している。直接波の推定値は受信波の平均値とよく一致し、放射電力推定値の誤差は０．１ｄＢ以内に収束した。

同様に、図１０は、一般の会議室内において位相合成特性を測定した結果であり、実線ｒは受信波、実線ｓは直接波の推定値、実線ｔは放射電力推定値の誤差を示している。これについても放射電力推定値の誤差は０．１ｄＢ以内に収束した。なお、ここでは示していないが、偏波面や測定ステップを変更して測定した場合でも、いずれも±０．３ｄＢ程度の範囲内で収束することが確認できた。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明は、電子機器製造業、特に通信機器製造業において利用することができる。

１…放射電力測定装置、１０…ベクトル・ネットワーク・アナライザ、２０…位相基準アンテナ、３０…受信アンテナ３０、４０…無線装置。

Claims (4)

1. 電波を放射する電波放射源の放射電力を測定する放射電力測定装置であって、
   前記電波放射源の電波の振幅および位相を取得する振幅位相取得部と、
   前記電波放射源が放射する電波を受信する受信アンテナと、
   前記電波放射源および前記受信アンテナの少なくとも一方を移動させて前記電波放射源および前記受信アンテナ間の距離を変化させる駆動部と、
   前記電波放射源および前記受信アンテナの少なくとも一方が所定距離移動する毎に、その距離における前記受信アンテナが受信した前記電波放射源からの電波の受信電圧を測定する測定部と、
   前記電波放射源の位置における前記電波の振幅および位相と前記測定された受信電圧の積算値に基づいて、前記放射電力値を生成する演算部と、
   を具備したことを特徴とする放射電力測定装置。
2. 前記振幅位相取得部は、前記電波放射源近傍に配設されたアンテナからなることを特徴とする請求項１記載の放射電力測定装置。
3. 前記測定部は、距離Ｒ_ｉにおける受信電圧Ｖ（Ｒ_ｉ）（ただしｉは自然数）を測定し、
   前記演算部は、前記測定部が測定した距離Ｒ_ｉにおける前記受信電圧に基づき、
   

   

   にて求められる積算値Ｖ_Ｓを算出するとともに、
   

   

   にて求められる放射電力Ｐ_ｅｉｒｐを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の放射電力測定装置。
4. 電波を放射する電波放射源の放射電力を測定する放射電力測定方法であって、
   前記電波放射源の電波の振幅および位相を取得するステップと、
   前記電波放射源が放射する電波を受信アンテナにより受信するステップと、
   前記電波放射源および前記受信アンテナの少なくとも一方を移動させて前記電波放射源および前記受信アンテナ間の距離を変化させるステップと、
   前記電波放射源および前記受信アンテナの少なくとも一方が所定距離移動する毎に、その距離における前記受信アンテナが受信した前記電波放射源からの電波の受信電圧を測定するステップと、
   前記電波放射源の位置における前記電波の振幅および位相と前記測定された受信電圧の積算値に基づいて前記放射電力値を生成するステップと、
   を具備したことを特徴とする放射電力測定方法。

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