JP2013096743A - 伝搬環境制御型電波反射箱 - Google Patents

Abstract

【課題】交差偏波電力比や到来波分布の制御が可能な伝搬環境制御型電波反射箱を提供する。
【解決手段】電波を反射する性質をもつ材料によって形成された第１の箱体（１）と、第１の箱体（１）内に配置され、電波を反射する性質をもつ材料によって形成されるとともに、使用周波数帯の電波を通過させ得る大きさを有した多数の開口が配列形成された第２の箱体（３）と、第２の箱体（３）の内面に設けた電波吸収体と、第１、第２の箱体（１、３）間に配置されて、使用周波数帯の電波を放射する送信アンテナ（５）と、第２の箱体（３）の開口における電波の特定方向の偏波成分の通過量を制限する通過量制限手段（２７）と、第２の箱体（３）内における受信位置を変化させる変位手段（２９）と、を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、移動体通信用の移動端末の性能を評価する手法の一つであるＯＴＡ（Over The Air）測定法を実施するために好適に使用することができる伝搬環境制御型電波反射箱に関する。

移動体通信の分野では、大容量・高速化への技術が進められており、なかでも、送信アンテナおよび受信アンテナに複数のアンテナを用いるＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）の技術が実用化され始めてきている。
ＭＩＭＯアンテナを搭載した移動端末を評価するためには、実環境での試験が望ましいが、再現性や効率性の観点から、移動端末周辺に実環境と同等の電波環境を構築するＯＴＡ測定法が注目されている。
ＯＴＡ測定法はいくつか提案がされている。その中で、特許文献１等に記載されている電波反射箱を用いる方法は、この電波反射箱内の多重反射を利用して遅延波を生成することができるので、容易にレイリーフェージング環境を得ることが可能であり、また、装置自体を安価に構築できるという大きな利点が得られる。

特開平１０−２６６４５号公報

しかしながら、上記従来方法では、反射箱内の伝搬環境パラメータを変えることが容易でなく、そのため、受信アンテナ周辺における交差偏波電力比や到来波分布などを制御することが困難である。
すなわち、電波反射箱においては、その内部における電波の反射の繰り返しによって遅延波を生成する。このため、受信アンテナの周辺では、あらゆる偏波成分がほぼ等量に存在し、また、あらゆる方向から電波が到来することになるので、上記交差偏波電力比や到来波分布などを制御することが困難となる。

そこで、本発明の課題は、交差偏波電力比や到来波分布の制御が可能な伝搬環境制御型電波反射箱を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するため、電波を反射する性質をもつ材料によって形成された第１の箱体と、前記第１の箱体内に配置され、電波を反射する性質をもつ材料によって形成されるとともに、使用周波数帯の電波を通過させ得る大きさを有した多数の開口が配列形成された第２の箱体と、前記第２の箱体の内面に設けた電波吸収体と、前記第１、第２の箱体間に配置されて、前記使用周波数帯の電波を放射する送信アンテナと、前記第２の箱体の開口における前記電波の特定方向の偏波成分の通過量を制限する通過量制限手段と、前記第２の箱体内における受信位置を変化させる変位手段と、を備える伝搬環境制御型電波反射箱を提供する。

前記通過量制限手段には、例えば、前記特定方向の偏波成分を反射する反射素子が使用される。そして、前記反射素子は、誘電体基板に貼着された金属箔によって形成することができる。
前記第１の箱体は、例えば直方体形状を有するように形成され、前記第２の箱体は、例えば多角柱形状を有するように形成される。

本発明は、上記課題を解決するため、電波を反射する性質をもつ材料によって形成された第１の箱体と、前記第１の箱体内に配置され、電波を反射する性質をもつ材料によって形成されるとともに、使用周波数帯の電波を通過させ得る大きさを有した多数の開口が配列形成された第２の箱体と、前記第２の箱体の内面に設けた電波吸収体と、前記第１、第２の箱体間に配置されて、前記使用周波数帯の電波を放射する送信アンテナと、前記第２の箱体の垂直中心軸線を中心とする水平方向電波通過角度範囲が設定されるように、前記第２の箱体の特定の開口に対する前記電波の特定方向の偏波成分の通過量を制限する通過量制限手段と、前記第２の箱体内における受信位置を変化させる変位手段と、を備える伝搬環境制御型電波反射箱も提供する。

前記通過量制限手段には、例えば、前記特定方向の偏波成分を反射する反射素子が使用される。そして、前記反射素子は、誘電体基板に貼着された金属箔によって形成することができる。
前記第１の箱体は、例えば直方体形状を有するように形成され、前記第２の箱体は、例えば多角柱形状を有するように形成される。

本発明によれば、安価かつ簡易に構築することができる電波反射箱の利点を保ちつつ、従来の反射箱では不可能であった交差偏波電力比や到来波分布の制御が可能となる。

本発明に係る伝搬環境制御型電波反射箱の一実施形態を示す透視斜視図である。 内部箱体の側板の構成を示す正面図である。 図２の点線枠部の拡大図である。 図３のＸ−Ｘ線断面図である。 側板に１／４波長型電波吸収体及び誘電体基板を取付けた状態を示す斜視図である。 送信アンテナと内部箱体との位置関係を示す概略平面図である。 反射素子長の変化に応じた受信電力中央値の変化を垂直、水平偏波のそれぞれについて例示したグラフである。 水平方向電波通過角度範囲を示す概略平面図である。 各電波通過角度範囲についての空間相関特性を例示したグラフである。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳しく説明する。
図１は、ＯＴＡ（Over The Air）測定に使用される本発明に係る伝搬環境制御型電波反射箱の一実施形態を示す透視斜視図である。この電波反射箱は、外部箱体１、該外部箱体１内に配置された内部箱体３、送信アンテナ５を備えている。

外部箱体１は、電波反射体であるアルミニウムパネルを用いて直方体状に形成され、人間が中に入って作業することを考慮して、長さが４ｍに、幅及び高さが２ｍにそれぞれ設定されている。内部箱体３は、同様に電波反射体であるアルミニウムパネルを用いて正八角柱状に形成され、直径が１ｍで高さが１ｍの円筒に内接するようにその大きさが設定されている。なお、外部箱体１及び内部箱体３の大きさは上記に限定されない。

内部箱体３は、正８角形状の上板９及び下板１１と、この上板９と下板１１間に設けられた８枚の側板１３とによって構成されている。図２に示すように、各側板１３には、電波を通過させるための多数の開口１５が所定の間隔をおいて縦横に配列形成されている。
本実施形態では、使用周波数帯である５ＧＨｚ帯の電波が通過するように開口１５の構造が決定されている。すなわち、図２の点線枠部Ａの拡大図である図３に示すように、本実施形態における開口１５は、辺長が３０ｍｍの正方形状をなし、隣接する開口１５との間に１５ｍｍの間隔が形成される態様で配列している。

また、図３のＸ−Ｘ線断面図である図４及び図５に示すように、上記側板１３の内面には、電波吸収体１７が貼着されている。
本実施形態では、この電波吸収体１７として１／４波長型電波吸収体を使用している。この１／４波長型電波吸収体は、側板１３の内面に貼着された発泡材からなるスペーサ１９と、該スペーサ１９の背面に貼着された抵抗膜２１とを備えている。
抵抗膜２１は、金属板から１／４λ（λは使用周波数帯の中心周波数の波長）だけ離隔して位置され、自由空間の特性インピーダンスに等しい表皮抵抗を示す。この１／４波長型電波吸収体の構成及び作用は周知であるので、その詳細な説明は省略する。

１／４波長型電波吸収体１７は、図５に示すように、側板１３の内面に一様に貼り付けられる。この場合、電波吸収体１７は、金属面が存在する箇所においては吸収体本来の働きをするものの、金属面が存在しない開口１５の部分においては電波吸収体としての働きをしない。
なお、開口１５が存在しない内部箱体３の上板９及び下板１１（図１参照）の内面にも電波吸収体が貼着されている。この電波吸収体は、上板９及び下板１１が開口を有していないことから、吸収体本来の働きをする。

送信アンテナ５は、外部箱体１の内面と内部箱体３の外面とで構成される空間内に設置されている。図６に示すように、本実施形態では、送信アンテナ５の設置点が内部箱体３の垂直中心軸線とともに外部箱体１の長手方向中心軸線を含む垂直面２５内に含まれている。
内部箱体３内には、スライドレール２９が設けられている。このスライドレール２９は、上記垂直面２５に対して直角な方向（図１に示す外部箱体１の幅方向）に沿って配設され、受信アンテナ７を内部箱体３の垂直中心軸線の位置から同方向に沿って受信アンテナ７を移動させる機能を有する。

図５及び図６に示すように、内部箱体３の各側板１３の外面には、該側板１３と同寸法の誘電体基板２３が取付け取外し可能に重合配置されている。図３〜図５に示すように、この誘電体基板２３には、狭幅（例えば３ｍｍ）の長方形状金属箔（例えば銅箔）からなる反射素子２７が配列形成される。なお、この反射素子２７は、いわゆる印刷配線パターンを形成する技術を用いて形成することができる。
上記反射素子２７は、到来する電波の垂直偏波成分の開口１５での通過量を制限する目的で設けたものであり、各開口１５の中央部前方において垂直に向けられている。

図６において、送信アンテナ５から放射された電波は、直接的に、もしくは、外部箱体１内面での反射を経た後に、内部箱体３の各側板１３に設けられた図３に示す開口１５に到達する。このとき、その電波の垂直偏波成分は、反射素子２７の長さａに応じて開口１５での通過量が変化することになる。なお、送信アンテナ５には、例えば、４５°偏波の電波を放射するダイポールアンテナが使用される。
開口１５を通過した電波は、図４に示す１／４波長型電波吸収体１７の表皮抵抗膜２１によって一部が反射されるが、一部はこの表皮抵抗膜２１を通過して受信アンテナ７に到達する。受信アンテナ７で吸収されなかった電波は、その多くが内部箱体３の内面に貼り付けられた上記電波吸収体１７によって吸収される。そのため、内部箱体３内においては、電波の反射が抑制されることになる。

図６において、８枚の誘電体基板２３は、それぞれ共通する長さの反射素子２７を有している。従って、それらの反射素子２７は、対応する側板１３の開口１５に到達した上記垂直偏波成分に対して同等の通過量制限作用をなす。
そこで、それまで使用していた８枚の誘電体基板２３を反射素子２７の長さが異なる別の８枚の誘電体基板２３に交換すれば、つまり、内部箱体３の各開口１５に係る反射素子２７の長さを変化させれば、上記通過量制限作用が変化することになる。これは、受信アンテナ７における上記垂直偏波成分についての受信レベルが変化することを意味している。

図７は、上記のようにして反射素子２７の長さを変化させた場合における垂直偏波（Ｖ偏波）及び水平偏波（Ｈ偏波）についての受信電力中央値の変化特性を例示したものである。
ここで、受信電力中央値について説明する。測定周波数範囲を５．０〜５．２ＧＨｚとし、この周波数範囲における１６０１ポイントの各周波数について受信アンテナ７（ここでは、ダイボールアンテナを使用している）を図６に矢印で示した方向に２ｍｍステップで０〜２００ｍｍの範囲内をスライドさせた場合、計１６０１×１０１個の受信電力を受信アンテナ７の出力から取得することができる。上記中央値は、この１６０１×１０１個の受信電力の中央の値を意味している。図７に示す各特性は、反射素子２７の長さに応じた上記中央値の変化を垂直偏波成分及び水平偏波成分について示したものである。
なお、受信アンテナ７は、適宜なアクチュエータによって図６に示すスライドレールに沿って内部箱体３の垂直中心軸線の部位からスライド移動される。また、受信アンテナ７は、垂直偏波の受信時及び水平偏波の受信時にそれぞれダイポール素子が垂直及び水平に向けられる。

図７から明らかなように、反射素子２７の長さａを大きくしていった場合、垂直偏波の受信電力中央値は減少するもの、水平偏波の受信電力中央値はほとんど変化しない。これは、反射素子２７の長さによって、交差偏波電力比の制御が可能であることを示している。
そこで、本実施形態では、長さの異なる反射素子２７を有した誘電体基板２３を付け替えることによって、垂直偏波と水平偏波の電力に所望の差をつけるようにしている。
この結果、本実施形態によれば、受信アンテナ７の位置に図示していない携帯端末を配置することにより、交差偏波電力比の異なる電波環境下での該携帯端末の受信動作の評価を行うことが可能になる。

次に、到来波分布を制御する場合の実施形態について説明する。
図６に対応する図８において、２σは内部箱体３の垂直中心軸線を中心とする水平方向電波通過角度範囲であり、前記垂直面２５はこの角度範囲２σを二分している。
この図８の例では、角度範囲２σが９０°である。この場合、送信アンテナ５に対峙する正面の側板１３に係る誘電体基板２３の反射素子２７の長さａは０である。換言すれば、この誘電体基板２３には反射素子２７が形成されていない。

一方、この正面の側板１３の両側に隣接する側板１３に係る各誘電体基板２３においては、正面の側板１３に係る誘電体基板２３から離れた側の半域のみに反射素子２７が形成され、また、残る側板１３に係る誘電体基板２３においては、全域に反射素子２７が形成されている。
したがって、上記角度範囲２σは、反射素子２７による通過量の制限を受けない電波通過範囲を規定するものである。
なお、本実施形態では、反射素子２７の幅、長さがそれぞれ３ｍｍ、２２．５ｍｍに設定されている。したがって、この反射素子２７が介在する開口１５においては垂直偏波成分の通過量が大きく（２０ｄＢ以上）減少されることになる。

上記水平方向電波通過角度範囲２σは、反射素子２７の形成態様の異なる誘電体基板２３を予め用意して、それらを選択的に組合わせることによって任意の大きさに設定することができる。
図９は、電波通過角度範囲２σが４５°、９０°、１３５°および３６０°の場合の空間相関特性をそれぞれ示している。
この空間相関特性は、内部箱体３の中心位置での受信電力測定値を基準として受信アンテナ７の各位置での受信電力測定値との相関を求めたものである。すなわち、図７のデータを得る場合と同様に、５．０〜５．２ＧＨｚの周波数範囲における１６０１ポイントの各周波数について受信アンテナ７を図６に矢印で示した方向に２ｍｍステップで０〜２００ｍｍの範囲をスライドさせながら計１６０１×１０１個の受信電力を測定し、その測定結果を基に算出される。

図９から明らかなように、電波通過角度範囲２σを狭くするにしたがって、空間相関メインローブが広がっており、これは、到来角度分布の制御が可能であることを示している。
そこで、本実施形態では、反射素子２７の形成態様の異なる誘電体基板２３を選択的に組合わせることによって電波通過角度範囲２σを任意の大きさに設定するようにしている。
この結果、本実施形態によれば、受信アンテナ７の位置に図示していない携帯端末を配置することにより、到来角度分布の異なる電波環境下での該携帯端末の受信動作の評価を行うことが可能になる。

本発明は、前記実施の形態に限定されず、例えば、以下のような種々の変形態様を含み得るものである。
ａ．上記の各実施形態では、反射素子２７によって垂直偏波の通過量を制限しているが、該反射素子２７によって水平偏波の通過量を制限することも可能である。この場合、図５、図６に示す反射素子２７が水平に向くように形成される。
ｂ．内部箱体３は、正八角柱状でない正多角注状、あるいは円柱状に形成しても良い。
ｃ．図６に示す電波通過角度範囲２σは、その角度中心が送信アンテナの方向とは異なる方向に向くよう形成しても良い。
ｄ．スライドレール２９は、受信アンテナ７及び携帯端末を図６の方向とは異なる任意の方向（三次元方向を含む）にスライドさせる機能を持たせることができる。
ｅ．図６において、誘電体基板２３の太線で示す領域（反射素子２７が存在する領域）は、一様な金属箔によって覆うようにしても良い。
ｆ．上記の実施形態に係る電波反射箱は、５ＧＨｚ帯の周波数に適用しているが、他の周波数帯にも適用可能であり、その場合、図３に示す開口１５の大きさと配列間隔及び反射素子２７の大きさが上記他の周波数帯に適合するように設定される。

本発明に係る伝搬環境制御型電波反射箱は、交差偏波電力比及び到来波分布の制御が可能であるので、移動体通信用移動端末のＯＴＡ評価装置として有用であり、しかも、簡易で安価に構築することができる。

１ 外部箱体
３ 内部箱体
５ 送信アンテナ
７ 受信アンテナ
９ 上板
１１ 下板
１３ 側板
１５ 開口
１７ 電波吸収体
１９ スペーサ
２１ 抵抗膜２１
２３ 誘電体基板
２７ 反射素子
２９ スライドレール

Claims (8)

1. 電波を反射する性質をもつ材料によって形成された第１の箱体と、
   前記第１の箱体内に配置され、電波を反射する性質をもつ材料によって形成されるとともに、使用周波数帯の電波を通過させ得る大きさを有した多数の開口が配列形成された第２の箱体と、
   前記第２の箱体の内面に設けた電波吸収体と、
   前記第１、第２の箱体間に配置されて、前記使用周波数帯の電波を放射する送信アンテナと、
   前記第２の箱体の開口における前記電波の特定方向の偏波成分の通過量を制限する通過量制限手段と、
   前記第２の箱体内における受信位置を変化させる変位手段と、
   を備えることを特徴とする伝搬環境制御型電波反射箱。
2. 前記通過量制限手段は、前記特定方向の偏波成分を反射する反射素子である請求項１に記載の伝搬環境制御型電波反射箱。
3. 前記反射素子は、誘電体基板に貼着された金属箔によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の伝搬環境制御型電波反射箱。
4. 前記第１の箱体が直方体形状を有し、前記第２の箱体が多角柱形状を有することを特徴とする請求項１に記載の伝搬環境制御型電波反射箱。
5. 電波を反射する性質をもつ材料によって形成された第１の箱体と、
   前記第１の箱体内に配置され、電波を反射する性質をもつ材料によって形成されるとともに、使用周波数帯の電波を通過させ得る大きさを有した多数の開口が配列形成された第２の箱体と、
   前記第２の箱体の内面に設けた電波吸収体と、
   前記第１、第２の箱体間に配置されて、前記使用周波数帯の電波を放射する送信アンテナと、
   前記第２の箱体の垂直中心軸線を中心とする水平方向電波通過角度範囲が設定されるように、前記第２の箱体の特定の開口に対する前記電波の特定方向の偏波成分の通過量を制限する通過量制限手段と、
   前記第２の箱体内における受信位置を変化させる変位手段と、
   を備えることを特徴とする伝搬環境制御型電波反射箱。
6. 前記通過量制限手段は、前記特定方向の偏波成分を反射する反射素子である請求項５に記載の伝搬環境制御型電波反射箱。
7. 前記反射素子は、誘電体基板に貼着された金属箔によって形成されていることを特徴とする請求項６に記載の伝搬環境制御型電波反射箱。
8. 前記第１の箱体が直方体形状を有し、前記第２の箱体が多角柱形状を有することを特徴とする請求項１に記載の伝搬環境制御型電波反射箱。

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