JP2017207464A - Antenna measuring system and antenna measuring method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna measuring system and an antenna measuring method capable of measuring a phase and an amplitude in a near field without feeding a reference signal from a measured antenna for an electromagnetic wave of the wireless signal transmitted from the measured antenna integrated with a RF circuit.SOLUTION: An antenna measuring system includes: a plurality of prove antennas 12 for receiving wireless signals at a plurality of measuring positions arranged within a measuring plane P of a near field area of the measured antenna 100; a prove scan mechanism 13 for moving each prove antenna 12 to a plurality of measuring positions, while maintaining relative positions of the plurality of prove antennas 12; an amplitude phase difference measuring part 16 for measuring a phase difference between the wireless signals every time each prove antenna 12 is moved to the measuring position and measuring the amplitude of the wireless signal; and a phase calculation part 18 for calculating a phase of the wireless signal at each measuring position from the phase difference measured by the amplitude phase difference measuring part 16.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アンテナ測定システム及びアンテナ測定方法に関し、特に、RF回路と一体化したアンテナの特性を近傍界測定法を用いて測定するアンテナ測定システム及びアンテナ測定方法に関する。   The present invention relates to an antenna measurement system and an antenna measurement method, and more particularly to an antenna measurement system and an antenna measurement method for measuring the characteristics of an antenna integrated with an RF circuit using a near-field measurement method.

アクティブアンテナは、アンテナアレーの各素子に無線信号のRF回路を一体化したものであり、出力する電磁波の放射方向及びビーム形状を制御できる特徴を持つ。特に、移動体通信の基地局においてアクティブアンテナを使用する場合には、カバーエリアを自在に制御できるという利点がある。   An active antenna is an element in which an RF circuit for a radio signal is integrated with each element of an antenna array, and has a characteristic capable of controlling the radiation direction and beam shape of an output electromagnetic wave. In particular, when an active antenna is used in a mobile communication base station, there is an advantage that the cover area can be freely controlled.

このアクティブアンテナとして使用されるアンテナのような、強い指向性を持つアンテナの特性の測定法として、電磁界理論によってアンテナの近傍電磁界から遠方界指向性を算出する近傍界測定法(NFM:Near Field Measurement)が知られている。   As a method for measuring the characteristics of an antenna having strong directivity, such as the antenna used as the active antenna, a near-field measurement method (NFM: Near) that calculates the far-field directivity from the near electromagnetic field of the antenna by electromagnetic field theory. Field Measurement) is known.

近傍界測定法は、アンテナ近傍で電磁界を測定するため、空間による電磁波の損失が小さく、指向性の測定だけでなくアンテナの近傍界分布よりアンテナの診断を行うこともできる利点がある。   The near-field measurement method measures the electromagnetic field in the vicinity of the antenna, so that the loss of electromagnetic waves due to space is small, and there is an advantage that the antenna can be diagnosed not only by directivity measurement but also by the near-field distribution of the antenna.

一般的に、図15に示すように、アンテナ開口面から放射される電磁界の領域のうち、アンテナ開口に近接する領域は、放射に寄与しない電磁界成分が主となるリアクティブ近傍界領域(極近傍)であり、アンテナ開口からの距離によって指向性の変化がない領域は放射遠方界領域(遠方界)と呼ばれる。一般にアンテナの指向性と表現されるのは、この放射遠方界領域で測定された指向性である。   In general, as shown in FIG. 15, out of the electromagnetic field radiated from the antenna opening surface, the region close to the antenna opening is a reactive near-field region mainly composed of electromagnetic field components that do not contribute to radiation ( A region that is in the vicinity of the pole and has no change in directivity depending on the distance from the antenna opening is called a radiation far-field region (far-field). In general, what is expressed as the directivity of the antenna is the directivity measured in this far field region.

遠方界は、アンテナの最大径D(開口寸法)に対し、下記の式(1)を満たす距離R以上離れた位置として規定される。ここで、λは自由空間波長である。また、自由空間で受信アンテナが受信可能な最大電力Waは、送信アンテナの利得をGt、受信アンテナの利得をGr、送信電力をWtとすると、下記の式(2)のように表される。
R>2D/λ ...(1)
Wa=(λ/4πR)・Gt・Gr・Wt ...(2)
The far field is defined as a position away from the maximum diameter D (opening dimension) of the antenna by a distance R that satisfies the following formula (1). Here, λ is a free space wavelength. Further, the maximum power Wa that can be received by the receiving antenna in free space is expressed by the following equation (2), where Gt is the gain of the transmitting antenna, Gr is the gain of the receiving antenna, and Wt is the transmitting power.
R> 2D 2 / λ (1)
Wa = (λ / 4πR) 2 · Gt · Gr · Wt (2)

このため、利得の高い開口面の大きなアンテナでは距離Rが大きくなり、空間での減衰が大きくなる。さらに、ミリ波帯では自由空間波長λが小さくなるため、より減衰量が増加し、低レベルのサイドローブの測定が困難となる問題がある。   For this reason, in the antenna having a high gain and a large aperture surface, the distance R becomes large and the attenuation in the space becomes large. Furthermore, since the free space wavelength λ becomes smaller in the millimeter wave band, there is a problem that the amount of attenuation is further increased and it becomes difficult to measure a low level side lobe.

リアクティブ近傍界領域と放射遠方界領域の間の領域である放射近傍界領域(近傍界)は、距離に応じて指向性が変化する領域である。前記したNFMは、この放射近傍界領域で電磁界を測定し、計算により遠方界での指向性を求めるものである。   The radiation near field region (near field), which is a region between the reactive near field region and the radiation far field region, is a region where the directivity changes according to the distance. The NFM described above measures the electromagnetic field in this radiation near-field region and obtains the directivity in the far field by calculation.

具体的には、所定の信号が供給されたアンテナの近傍をプローブアンテナで走査し、そのプローブアンテナで受信した信号から、走査位置ごとに振幅と位相の分布を求め、この分布から無限遠での指向性をデータ処理により得ることができる。アンテナ近傍での測定のため、空間での減衰量が小さく、遠方界の測定に比べ高精度な測定が可能である。   Specifically, the vicinity of an antenna to which a predetermined signal is supplied is scanned with a probe antenna, and the distribution of amplitude and phase is obtained for each scanning position from the signal received by the probe antenna. Directivity can be obtained by data processing. Since measurement is performed near the antenna, the amount of attenuation in the space is small, and high-accuracy measurement is possible compared to far-field measurement.

NFMは、被測定アンテナの近傍を走査する範囲によって複数の種類に分かれるが、利得の高いアンテナに対して有利で、データ処理が容易な平面NFMが広く用いられている。   NFMs are classified into a plurality of types depending on the range in which the vicinity of the antenna to be measured is scanned, but planar NFMs that are advantageous for high gain antennas and that allow easy data processing are widely used.

図16は、平面NFMを用いて被測定アンテナ100の指向性を求める測定装置10の構成を示している。この測定装置10は、被測定アンテナ100をその放射面が所定方向に向いた状態で支持するアンテナ支持部51と、被測定アンテナ100から出力された電磁波を受けるためのプローブアンテナ52と、プローブアンテナ52を被測定アンテナ100の放射面に対向する近傍の測定平面内でX,Y方向に移動させるプローブ走査機構53と、を有している。   FIG. 16 shows the configuration of the measuring apparatus 10 that obtains the directivity of the antenna under measurement 100 using the planar NFM. The measuring apparatus 10 includes an antenna support 51 that supports the antenna 100 under measurement with its radiation surface facing a predetermined direction, a probe antenna 52 for receiving electromagnetic waves output from the antenna 100 under measurement, and a probe antenna. And a probe scanning mechanism 53 that moves 52 in the X and Y directions in a measurement plane near the radiation surface of the antenna 100 to be measured.

また、測定装置10は、被測定アンテナ100に測定用の信号を与える信号発生器54、プローブアンテナ52の受信信号から振幅、位相の情報を検出する振幅位相検出器55、プローブ走査機構53を制御して、測定平面P内でプローブアンテナ52の位置を所定ピッチで走査させつつ振幅位相検出器55の出力を受け、測定平面P内における振幅位相の分布から、被測定アンテナ100の遠方界指向性を求める測定制御部56と、得られた被測定アンテナ100の指向性を表示させる表示部57と、を有している。なお、信号発生器54と振幅位相検出器55としては、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でき、測定制御部56としては、パーソナルコンピュータを用いることができる。   The measurement apparatus 10 also controls a signal generator 54 that provides a measurement signal to the antenna 100 under measurement, an amplitude / phase detector 55 that detects amplitude and phase information from the received signal of the probe antenna 52, and a probe scanning mechanism 53. Then, the output of the amplitude phase detector 55 is received while scanning the position of the probe antenna 52 at a predetermined pitch in the measurement plane P, and the far-field directivity of the antenna 100 under measurement is determined from the amplitude phase distribution in the measurement plane P. And a display unit 57 for displaying the directivity of the obtained antenna 100 to be measured. Note that a network analyzer having these functions can be used as the signal generator 54 and the amplitude / phase detector 55, and a personal computer can be used as the measurement control unit 56.

ここで、NFMの場合、プローブアンテナ52は被測定アンテナ100から測定信号の3波長程度離れた近傍の測定平面P内を走査して、その電界の振幅と位相が検出されることになる。   Here, in the case of NFM, the probe antenna 52 scans within the measurement plane P in the vicinity of the measurement signal about three wavelengths away from the antenna under measurement 100, and the amplitude and phase of the electric field are detected.

この測定平面Pにおける振幅と位相の分布が、被測定アンテナ100の指向性とプローブアンテナ52の指向性から定義される関数のフーリエ変換の形となっており、測定制御部56において、逆フーリエ変換によりその関数を求めた後、プローブアンテナ52の指向性を取り除く演算処理(プローブ補正)を行うことで、被測定アンテナ100の指向性を求めることができる。測定制御部56では、データ処理を高速フーリエ変換(FFT)によって行うことができるため、高速に被測定アンテナ100の遠方界の指向性を算出することができる。   The amplitude and phase distribution on the measurement plane P is in the form of a Fourier transform of a function defined by the directivity of the antenna under measurement 100 and the directivity of the probe antenna 52. In the measurement control unit 56, the inverse Fourier transform is performed. Then, the directivity of the antenna 100 to be measured can be obtained by performing calculation processing (probe correction) to remove the directivity of the probe antenna 52 after obtaining the function. Since the measurement control unit 56 can perform data processing by fast Fourier transform (FFT), the directivity of the far field of the antenna under measurement 100 can be calculated at high speed.

上記したように、測定平面Pにおける振幅と位相の分布が、被測定アンテナの指向性とプローブアンテナの指向性から定義される関数のフーリエ変換の形となっていて、逆フーリエ変換によりその関数を求めた後、プローブアンテナ52の指向性を取り除く演算処理(プローブ補正)を行うことで、被測定アンテナ100の指向性を求めることができる点については、非特許文献1に開示されているように一般的に知られている。   As described above, the distribution of amplitude and phase in the measurement plane P is in the form of a Fourier transform of a function defined by the directivity of the antenna under measurement and the directivity of the probe antenna. As disclosed in Non-Patent Document 1, the directivity of the antenna under measurement 100 can be obtained by performing calculation processing (probe correction) to remove the directivity of the probe antenna 52 after the determination. Generally known.

このようにしてアンテナの指向性を求めるNFMは、遠方界測定(FFM:Far Field Measurement)に対して、次のような利点がある。   The NFM for obtaining the antenna directivity in this way has the following advantages over far field measurement (FFM).

NFMは近距離での測定であるため、電波暗室を使用しなくても測定が可能であり、大規模な装置が必要でない。また、ミリ波帯では装置がコンパクトになるため、居室に設置した簡易電波暗箱での測定が可能であり、電波暗室での測定で課題となる測定系の構築に費やす時間を大幅に短縮することができる。さらに、自由空間損失の小さい領域での測定のため、精度の良い測定結果を得ることができる。   Since NFM is a measurement at a short distance, measurement is possible without using an anechoic chamber, and a large-scale device is not required. In addition, since the equipment is compact in the millimeter wave band, it is possible to measure with a simple anechoic box installed in the room, greatly reducing the time spent building a measurement system that is a problem in measurement in an anechoic chamber. Can do. Furthermore, since the measurement is performed in a region where the free space loss is small, a highly accurate measurement result can be obtained.

さらに、NFMでは、アンテナの近傍の振幅・位相分布が得られるため、設計通りの指向性が得られなかった場合に、その原因を診断することが可能である。これは、アクティブアンテナのようなフェーズドアレーアンテナにとって大きな利点となる。   Further, NFM can obtain the amplitude / phase distribution in the vicinity of the antenna, so that the cause can be diagnosed when the designed directivity cannot be obtained. This is a great advantage for phased array antennas such as active antennas.

オーム社 平成20年7月25日発行 アンテナ工学ハンドブック(第2版)電子情報通信学会編 p730〜p733OHM Co., Ltd. July 25, 2008 Antenna Engineering Handbook (2nd edition) The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers p730-p733

しかしながら、NFMで近傍界の位相分布を得る従来の測定装置では、被測定アンテナに無線信号を供給して、被測定アンテナからその無線信号の電磁波を放射させるともに、この無線信号を振幅位相検出器に基準信号として与える必要がある。一方、多くのアクティブアンテナはRF回路とアンテナが一体となっているため、アンテナに信号を入出力するための端子がなく、アクティブアンテナのRF回路から振幅位相検出器へ基準信号の供給を行うことができないという問題があった。   However, in a conventional measuring apparatus that obtains a near-field phase distribution with NFM, a radio signal is supplied to the antenna under measurement, and an electromagnetic wave of the radio signal is radiated from the antenna under measurement. As a reference signal. On the other hand, since many active antennas have an integrated RF circuit and antenna, there is no terminal for inputting / outputting signals to / from the antenna, and the reference signal is supplied from the RF circuit of the active antenna to the amplitude / phase detector. There was a problem that could not.

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、RF回路と一体化した被測定アンテナから送信された無線信号の電磁波に対して、被測定アンテナからの基準信号の供給なしで、近傍界において位相と振幅を測定することができるアンテナ測定システム及びアンテナ測定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and a reference signal from a measured antenna with respect to an electromagnetic wave of a radio signal transmitted from a measured antenna integrated with an RF circuit. It is an object of the present invention to provide an antenna measurement system and an antenna measurement method that can measure the phase and amplitude in the near field without supplying.

上記課題を解決するために、本発明の請求項1のアンテナ測定システムは、RF機能を一体化してなる被測定アンテナから送信される無線信号の振幅及び位相を近傍界で測定するアンテナ測定システムであって、前記被測定アンテナの近傍界領域の所定の測定平面内に配置された複数の測定位置において、前記無線信号を受信する複数のプローブアンテナと、前記複数のプローブアンテナの相対位置を維持しながら、前記複数の測定位置に各前記プローブアンテナを移動させるプローブ走査機構と、前記プローブ走査機構により各前記プローブアンテナが前記測定位置に移動されるごとに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号間の位相差を測定するとともに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号の振幅を測定する振幅位相差測定部と、前記振幅位相差測定部により測定された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出する位相算出部と、を備える構成である。   In order to solve the above-described problems, an antenna measurement system according to claim 1 of the present invention is an antenna measurement system that measures in the near field the amplitude and phase of a radio signal transmitted from an antenna under measurement formed by integrating an RF function. And maintaining a relative position between the plurality of probe antennas for receiving the radio signal and the plurality of probe antennas at a plurality of measurement positions arranged in a predetermined measurement plane in a near field region of the antenna under measurement. However, a probe scanning mechanism that moves each of the probe antennas to the plurality of measurement positions, and radio signals received by the plurality of probe antennas each time the probe antennas are moved to the measurement positions by the probe scanning mechanism. Measure the phase difference between the signals and the amplitude of the radio signal received by the plurality of probe antennas An amplitude phase difference measuring section for measuring, from the phase difference measured by the amplitude phase difference measurement unit is configured to include a phase calculating unit for calculating a phase of the radio signals at each said measurement positions.

この構成により、RF回路と一体化した被測定アンテナから送信された無線信号に対して、被測定アンテナからの基準信号の供給なしで、近傍界において位相と振幅を測定することができる。また、この構成により、振幅位相差測定部により既に振幅及び位相差の測定が行われた測定位置のうちの少なくとも1つと、未だ振幅及び位相差の測定が行われていない測定位置とを含むように複数のプローブアンテナが走査されることにより、振幅及び位相差の測定が行われた全ての測定位置における位相を算出することができる。   With this configuration, it is possible to measure the phase and amplitude in the near field without supplying the reference signal from the antenna under measurement to the radio signal transmitted from the antenna under measurement integrated with the RF circuit. Further, with this configuration, at least one of the measurement positions where the amplitude and phase difference have already been measured by the amplitude phase difference measurement unit and the measurement position where the amplitude and phase difference have not been measured yet are included. By scanning a plurality of probe antennas, the phases at all measurement positions where the amplitude and phase difference are measured can be calculated.

また、本発明の請求項2のアンテナ測定システムは、前記振幅位相差測定部により測定された振幅の情報、及び、前記位相算出部により算出された位相の情報を用いて、遠方界の電界強度分布を算出する遠方界指向性算出部を更に備える構成であってもよい。   Further, the antenna measurement system according to claim 2 of the present invention uses the amplitude information measured by the amplitude phase difference measurement unit and the phase information calculated by the phase calculation unit, so that the electric field strength in the far field is measured. The configuration may further include a far-field directivity calculating unit that calculates the distribution.

この構成により、RF回路と一体化した被測定アンテナから送信された無線信号に対して近傍界測定法を用いた測定を行い、遠方界の電界強度分布を算出することができる。   With this configuration, it is possible to perform a measurement using a near-field measurement method on a radio signal transmitted from an antenna under measurement integrated with an RF circuit, and calculate a far-field electric field strength distribution.

また、本発明の請求項3のアンテナ測定システムにおいては、前記複数のプローブアンテナは、前記プローブ走査機構により同時に4つ以上の測定位置に配置され、当該4つ以上の測定位置のうち隣接するいずれか2つの前記測定位置を結ぶ直線に対して線対称になるように配置される構成であってもよい。   In the antenna measurement system according to claim 3 of the present invention, the plurality of probe antennas are simultaneously arranged at four or more measurement positions by the probe scanning mechanism, and any of the four or more measurement positions adjacent to each other is arranged. It may be arranged so as to be line-symmetric with respect to a straight line connecting the two measurement positions.

上記のような複数のプローブアンテナが対称に配置された構成により、位相算出部の処理において、隣接するプローブアンテナ間の相互結合による影響を相殺して位相を算出することができる。   With the configuration in which the plurality of probe antennas are arranged symmetrically as described above, the phase can be calculated while canceling the influence of mutual coupling between adjacent probe antennas in the processing of the phase calculation unit.

また、本発明の請求項4のアンテナ測定システムにおいては、前記複数のプローブアンテナは、中心プローブアンテナと、前記中心プローブアンテナを中心として前記測定平面の水平方向に対称に配置される左プローブアンテナ及び右プローブアンテナと、前記中心プローブアンテナを中心として前記測定平面の垂直方向に対称に配置される上プローブアンテナ及び下プローブアンテナと、を含み、前記位相算出部は、隣接する2つの測定位置において前記振幅位相差測定部により測定された複数の位相差を平均化する位相差平均化部を有し、前記位相差平均化部により平均化された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出する構成であってもよい。   In the antenna measurement system according to claim 4 of the present invention, the plurality of probe antennas include a center probe antenna, a left probe antenna disposed symmetrically in a horizontal direction of the measurement plane with the center probe antenna as a center, and A right probe antenna, and an upper probe antenna and a lower probe antenna that are arranged symmetrically in a vertical direction of the measurement plane with the center probe antenna as a center, and the phase calculation unit is configured to detect the phase at two adjacent measurement positions. A phase difference averaging unit that averages a plurality of phase differences measured by the amplitude phase difference measuring unit, and from the phase difference averaged by the phase difference averaging unit, the radio signal of each measurement position The configuration may be such that the phase is calculated.

この構成により、隣接する2つの測定位置において、中心プローブアンテナと左プローブアンテナにより受信された無線信号間の位相差と、中心プローブアンテナと右プローブアンテナにより受信された無線信号間の位相差を平均化することにより、中心プローブアンテナと左プローブアンテナの位相差の測定誤差と中心プローブアンテナと右プローブアンテナの位相差の測定誤差が逆極性であるため誤差を相殺して位相を算出できるため、より精度良く位相分布を得ることができる。また、上プローブアンテナと下プローブアンテナについても同様の位相平均化を実施することにより、精度良く位相分布を得ることができる。   This configuration averages the phase difference between the radio signals received by the center probe antenna and the left probe antenna and the phase difference between the radio signals received by the center probe antenna and the right probe antenna at two adjacent measurement positions. Since the measurement error of the phase difference between the center probe antenna and the left probe antenna and the measurement error of the phase difference between the center probe antenna and the right probe antenna are opposite in polarity, the phase can be calculated by offsetting the error. A phase distribution can be obtained with high accuracy. In addition, the phase distribution can be obtained with high accuracy by performing the same phase averaging for the upper probe antenna and the lower probe antenna.

また、本発明の請求項5のアンテナ測定システムにおいては、前記複数のプローブアンテナのうちの少なくとも1つは、所定周波数範囲の電磁波を伝搬させる導波路を有し、当該導波路の断面形状が両側部の高さに対して中央部の高さが小となるダブルリッジ導波管であってもよい。   In the antenna measurement system according to claim 5 of the present invention, at least one of the plurality of probe antennas has a waveguide for propagating electromagnetic waves in a predetermined frequency range, and the cross-sectional shape of the waveguide is on both sides. It may be a double ridge waveguide in which the height of the central portion is smaller than the height of the portion.

上記のようにダブルリッジ導波管を用いることにより、標準の方形導波管の導波路の断面形状より小さい断面形状で同等の周波数範囲の電磁波を伝搬できるため、無線信号の1/2波長(0.5λ)以下の間隔で複数のプローブアンテナを隣接配置することが容易になる。   By using a double ridge waveguide as described above, an electromagnetic wave in the same frequency range can be propagated with a cross-sectional shape smaller than the cross-sectional shape of the waveguide of a standard rectangular waveguide. It becomes easy to arrange a plurality of probe antennas adjacent to each other at intervals of 0.5λ) or less.

また、本発明の請求項6のアンテナ測定システムにおいては、前記複数のプローブアンテナのうちの隣接する少なくとも2つは前記ダブルリッジ導波管であり、隣接する2つの前記ダブルリッジ導波管を仕切る壁部に、前記ダブルリッジ導波管の開口面側から前記導波路の長手方向に沿って所定長さのスリットが設けられた構成であってもよい。   In the antenna measurement system according to claim 6 of the present invention, at least two adjacent ones of the plurality of probe antennas are the double ridge waveguides, and partition the two adjacent double ridge waveguides. The wall may have a configuration in which a slit having a predetermined length is provided along the longitudinal direction of the waveguide from the opening surface side of the double ridge waveguide.

この構成により、隣接する2つのダブルリッジ導波管を仕切る壁部にスリットが設けられることにより、隣接する2つのダブルリッジ導波管の間のアイソレーションが改善、すなわち結合が低減される。また、各ダブルリッジ導波管開口での反射が低減され、受信感度が向上する。   With this configuration, a slit is provided in the wall portion that partitions two adjacent double ridge waveguides, so that isolation between the two adjacent double ridge waveguides is improved, that is, coupling is reduced. Further, reflection at each double ridge waveguide opening is reduced, and reception sensitivity is improved.

また、本発明の請求項7のアンテナ測定システムにおいては、前記複数のプローブアンテナの開口形状は同一である構成であってもよい。   In the antenna measurement system according to claim 7 of the present invention, the plurality of probe antennas may have the same aperture shape.

この構成により、各プローブアンテナの受信感度が同等となり、振幅の平均化が容易になる。   With this configuration, the reception sensitivity of each probe antenna becomes equal, and the averaging of the amplitude becomes easy.

また、本発明の請求項8のアンテナ測定システムは、前記被測定アンテナを支持するアンテナ支持部を更に備え、前記アンテナ支持部は、前記被測定アンテナの電磁波放射面が前記測定平面に正対する向きを基準方向とし、前記電磁波放射面の向きを前記基準方向から変更できるように構成されている。   The antenna measurement system according to claim 8 of the present invention further includes an antenna support portion that supports the antenna to be measured, and the antenna support portion has a direction in which an electromagnetic wave radiation surface of the antenna to be measured faces the measurement plane. And the direction of the electromagnetic wave radiation surface can be changed from the reference direction.

この構成により、被測定アンテナが基準方向を向いているときのビーム方向が測定平面の中央から離れている場合であっても、被測定アンテナを回転させることにより、最小限度の大きさの測定平面で指向性を求めることができる。   With this configuration, even when the beam direction when the antenna to be measured is facing the reference direction is away from the center of the measurement plane, the measurement plane with the minimum size can be obtained by rotating the antenna to be measured. The directivity can be obtained with.

また、本発明の請求項9のアンテナ測定方法は、上記のいずれかのアンテナ測定システムを用いるアンテナ測定方法であって、前記複数のプローブアンテナの相対位置を維持しながら、複数の測定位置に各前記プローブアンテナを移動させるプローブ走査ステップと、各前記プローブアンテナが前記測定位置に走査されるごとに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号間の位相差を測定するとともに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号の振幅を測定する振幅位相差測定ステップと、前記振幅位相差測定ステップで測定された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出する位相算出ステップと、を含む構成である。   An antenna measurement method according to claim 9 of the present invention is an antenna measurement method using any one of the antenna measurement systems described above, and maintains each of the plurality of probe antennas at a plurality of measurement positions. A probe scanning step for moving the probe antenna; and each time the probe antenna is scanned to the measurement position, a phase difference between radio signals received by the plurality of probe antennas is measured, and the plurality of probes An amplitude phase difference measurement step for measuring the amplitude of the radio signal received by the antenna; and a phase calculation step for calculating the phase of the radio signal at each measurement position from the phase difference measured in the amplitude phase difference measurement step; It is the structure containing these.

この構成により、RF回路と一体化した被測定アンテナから送信された無線信号に対して、被測定アンテナからの基準信号の供給なしで、近傍界において位相と振幅を測定することができる。また、この構成により、振幅位相差測定部により既に振幅及び位相差の測定が行われた測定位置のうちの少なくとも1つと、未だ振幅及び位相差の測定が行われていない測定位置とを含むように複数のプローブアンテナが走査されることにより、振幅及び位相差の測定が行われた全ての測定位置における位相を算出することができる。   With this configuration, it is possible to measure the phase and amplitude in the near field without supplying the reference signal from the antenna under measurement to the radio signal transmitted from the antenna under measurement integrated with the RF circuit. Further, with this configuration, at least one of the measurement positions where the amplitude and phase difference have already been measured by the amplitude phase difference measurement unit and the measurement position where the amplitude and phase difference have not been measured yet are included. By scanning a plurality of probe antennas, the phases at all measurement positions where the amplitude and phase difference are measured can be calculated.

本発明は、RF回路と一体化した被測定アンテナから送信された無線信号の電磁波に対して、被測定アンテナからの基準信号の供給なしで、近傍界において位相と振幅を測定することができるアンテナ測定システム及びアンテナ測定方法を提供するものである。   The present invention is an antenna capable of measuring the phase and amplitude in the near field without supplying a reference signal from a measured antenna with respect to an electromagnetic wave of a radio signal transmitted from a measured antenna integrated with an RF circuit. A measurement system and an antenna measurement method are provided.

第1の実施形態に係るアンテナ測定システムの構成図である。It is a block diagram of the antenna measurement system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るアンテナ測定システムが備えるプローブアンテナの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the probe antenna with which the antenna measurement system which concerns on 1st Embodiment is provided. 第1の実施形態に係るアンテナ測定システムが備える複数のプローブアンテナの配置と測定位置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows arrangement | positioning and a measurement position of several probe antenna with which the antenna measurement system which concerns on 1st Embodiment is provided. 第1の実施形態に係るアンテナ測定システムの位相算出部による処理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the process by the phase calculation part of the antenna measurement system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るアンテナ測定システムが備える複数のプローブアンテナの他の配置例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of arrangement | positioning of the several probe antenna with which the antenna measurement system which concerns on 1st Embodiment is provided. 第1の実施形態に係るアンテナ測定システムが備える複数のプローブアンテナの更に他の配置例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the further example of arrangement | positioning of the several probe antenna with which the antenna measurement system which concerns on 1st Embodiment is provided. 第1の実施形態に係るアンテナ測定システムの他の構成図である。It is another block diagram of the antenna measurement system which concerns on 1st Embodiment. 図7の構成における複数のプローブアンテナの配置と測定位置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows arrangement | positioning and a measurement position of several probe antenna in the structure of FIG. 第1の実施形態に係るアンテナ測定システムによるホーンアンテナの近傍界の位相分布のシミュレーション結果を示すグラフ(その1)である。It is a graph (the 1) which shows the simulation result of the phase distribution of the near field of the horn antenna by the antenna measurement system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るアンテナ測定システムによるホーンアンテナの近傍界の位相分布のシミュレーション結果を示すグラフ(その2)である。It is a graph (the 2) which shows the simulation result of the phase distribution of the near field of the horn antenna by the antenna measurement system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るアンテナ測定システムによるホーンアンテナの反射特性及びアイソレーションのシミュレーション結果を示すグラフ(その1)である。It is a graph (the 1) which shows the simulation result of the reflection characteristic and isolation | separation of a horn antenna by the antenna measurement system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るアンテナ測定システムによるホーンアンテナの反射特性及びアイソレーションのシミュレーション結果を示すグラフ(その2)である。It is a graph (the 2) which shows the simulation result of the reflection characteristic and isolation | separation of a horn antenna by the antenna measurement system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るアンテナ測定システムを用いたアンテナ測定方法の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the antenna measuring method using the antenna measuring system which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係るアンテナ測定システムの構成図である。It is a block diagram of the antenna measurement system which concerns on 2nd Embodiment. アンテナの測定領域の説明図である。It is explanatory drawing of the measurement area | region of an antenna. 従来のアンテナ測定システムの構成図である。It is a block diagram of the conventional antenna measurement system.

以下、本発明に係るアンテナ測定システム及びアンテナ測定方法の実施形態について、図面を用いて説明する。   Embodiments of an antenna measurement system and an antenna measurement method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係るアンテナ測定システム1は、被測定アンテナ100から送信される無線信号の振幅及び位相を近傍界で測定し、遠方界での電界強度分布を算出するものである。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the antenna measurement system 1 according to the first embodiment of the present invention measures the amplitude and phase of a radio signal transmitted from the antenna under measurement 100 in the near field, and the electric field strength in the far field. The distribution is calculated.

被測定アンテナ100は、例えば、複数のアンテナ素子にRF機能(RF回路)を一体化してなるアクティブアンテナである。アンテナ測定システム1による電界強度分布の測定時に被測定アンテナ100から送信させる無線信号としては、無変調波信号やマルチキャリア信号(例えばOFDM信号)などを用いることができる。   The antenna under measurement 100 is an active antenna formed by integrating an RF function (RF circuit) with a plurality of antenna elements, for example. An unmodulated wave signal, a multicarrier signal (for example, an OFDM signal), or the like can be used as a radio signal transmitted from the antenna under measurement 100 when measuring the electric field strength distribution by the antenna measurement system 1.

アンテナ測定システム1は、アンテナ支持部11と、複数のプローブアンテナ12と、プローブ走査機構13と、走査制御部14と、振幅位相差測定部16と、記憶部17と、位相算出部18と、遠方界指向性算出部20と、表示部21と、制御部22と、を備える。図1では一例として、複数のプローブアンテナ12の個数が3つの場合が示されている。   The antenna measurement system 1 includes an antenna support unit 11, a plurality of probe antennas 12, a probe scanning mechanism 13, a scanning control unit 14, an amplitude phase difference measurement unit 16, a storage unit 17, a phase calculation unit 18, A far-field directivity calculation unit 20, a display unit 21, and a control unit 22 are provided. In FIG. 1, as an example, the case where the number of the plurality of probe antennas 12 is three is shown.

アンテナ支持部11は、被測定アンテナ100をその電磁波放射面100aが所定方向に向いた状態で支持するようになっている。   The antenna support unit 11 is configured to support the antenna to be measured 100 in a state where the electromagnetic wave radiation surface 100a faces a predetermined direction.

各プローブアンテナ12a〜12cは、被測定アンテナ100の近傍界領域の所定の測定平面P内に配置された複数の測定位置において、被測定アンテナ100から出力された無線信号の電磁波を受信するようになっている。複数のプローブアンテナ12は、全て同じものであってもよいし、互いに異なるものであってもよい。なお、プローブアンテナ12の開口形状を全て同一にした場合、各プローブアンテナの受信感度が同等となり、後述する振幅平均化部19において振幅の平均化が容易になるという利点がある。   Each of the probe antennas 12a to 12c receives the electromagnetic wave of the radio signal output from the antenna under measurement 100 at a plurality of measurement positions arranged in a predetermined measurement plane P in the near field region of the antenna under measurement 100. It has become. The plurality of probe antennas 12 may be all the same or different from each other. When all the aperture shapes of the probe antennas 12 are the same, the reception sensitivities of the probe antennas are equal, and there is an advantage that the amplitude averaging can be easily performed in the amplitude averaging unit 19 described later.

例えば、複数のプローブアンテナ12のうちの少なくとも1つは、マイクロ波又はミリ波帯の所定周波数範囲の電磁波を伝搬させる導波路を有し、先端が開放された導波管であってもよい。このような導波管としては、導波路の断面形状が長方形の方形導波管や、導波路の断面形状が両側部の高さに対して中央部の高さが小となるダブルリッジ導波管を用いることができる。   For example, at least one of the plurality of probe antennas 12 may be a waveguide having a waveguide that propagates an electromagnetic wave in a predetermined frequency range of a microwave or millimeter wave band and having an open tip. Examples of such a waveguide include a rectangular waveguide having a rectangular cross-sectional shape, and a double-ridge waveguide in which the cross-sectional shape of the waveguide is smaller at the center than at both sides. A tube can be used.

図2(a)は、プローブアンテナ12として用いられる方形導波管の導波路30の長手方向に垂直な断面を示す図である。方形導波管の外形a×bは、内径w0×h0より大きく、かつ構造物としての強度が得られる範囲で任意である。   FIG. 2A is a diagram showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of a waveguide 30 of a rectangular waveguide used as the probe antenna 12. The rectangular waveguide outer shape a × b is arbitrary as long as it is larger than the inner diameter w0 × h0 and can provide strength as a structure.

図2(b)は、プローブアンテナ12として用いられるダブルリッジ導波管の導波路31の長手方向に垂直な断面を示す図である。ダブルリッジ導波管においては、上下の内壁中央から互いに近づく方向に突出する2つの突出部32a、32bが長手方向に連続して形成されている。すなわち、導波路31の中央部31aの高さh1が、その両側部31b,31cの高さh2に対して小に設定されている。   FIG. 2B is a diagram showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the waveguide 31 of the double ridge waveguide used as the probe antenna 12. In the double ridge waveguide, two projecting portions 32a and 32b projecting in the direction approaching each other from the center of the upper and lower inner walls are formed continuously in the longitudinal direction. That is, the height h1 of the central portion 31a of the waveguide 31 is set to be smaller than the height h2 of the side portions 31b and 31c.

このダブルリッジ導波管の場合、中央部31aの幅w1及び高さh1、並びに、両側部31b,31cの幅w2及び高さh2を調整することで、標準の方形導波管の導波路の断面形状より小さい断面形状で、同等の周波数範囲の電磁波を伝搬できるという利点がある。また、ダブルリッジ導波管の幅と高さを同じ形状にすると、開口が広くなり受信感度が上がるという利点がある。   In the case of this double ridge waveguide, by adjusting the width w1 and height h1 of the central portion 31a and the width w2 and height h2 of the side portions 31b and 31c, the waveguide of the standard rectangular waveguide can be adjusted. There is an advantage that electromagnetic waves in the same frequency range can be propagated with a cross-sectional shape smaller than the cross-sectional shape. Further, if the double ridge waveguide has the same width and height, there is an advantage that the opening becomes wider and the reception sensitivity is increased.

図3は、測定平面P内における測定位置(図中の●印)と複数のプローブアンテナ12の配置とを示す模式図である。図3に示すように、測定位置は、測定平面PをX方向にΔx、Y方向にΔyで格子状に分割した場合の格子点として表すことができる。図3では一例として、Δx=d、Δy=dの場合が示されている。ここでは、間隔d及びdは無線信号の波長λの1/2以下の値であるとしている。なお、d=dとすることもできる。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a measurement position (marked with ● in the figure) in the measurement plane P and the arrangement of the plurality of probe antennas 12. As shown in FIG. 3, the measurement position can be expressed as a grid point when the measurement plane P is divided into a grid pattern with Δx in the X direction and Δy in the Y direction. FIG. 3 shows a case where Δx = d 1 and Δy = d 2 as an example. Here, it is assumed that the distances d 1 and d 2 are values of 1/2 or less of the wavelength λ of the radio signal. Note that d 1 = d 2 can also be set.

図3等に示すように、複数のプローブアンテナ12は、プローブ走査機構13により同時に3つ以上の測定位置に配置され、例えば1つのプローブアンテナ12aから間隔d及びdを隔ててX方向とY方向に残りの2つのプローブアンテナ12b,12cが配置される。 As shown in FIG. 3 or the like, a plurality of probe antennas 12 are arranged in the same time three or more measurement positions by the probe scanning mechanism 13, the X-direction at an interval d 1 and d 2, for example, from one probe antenna 12a The remaining two probe antennas 12b and 12c are arranged in the Y direction.

プローブ走査機構13は、複数のプローブアンテナ12を被測定アンテナ100の電磁波放射面100aに対向する近傍の測定平面P内でX,Y方向に移動させる。このとき、プローブ走査機構13は、複数のプローブアンテナ12の相対位置を維持しながら、測定平面P内の複数の測定位置に各プローブアンテナ12を移動させるようになっている。   The probe scanning mechanism 13 moves the plurality of probe antennas 12 in the X and Y directions in the measurement plane P near the electromagnetic radiation surface 100a of the antenna 100 to be measured. At this time, the probe scanning mechanism 13 moves each probe antenna 12 to a plurality of measurement positions in the measurement plane P while maintaining the relative positions of the plurality of probe antennas 12.

走査制御部14は、プローブ走査機構13に対して、測定平面P内の全ての測定位置(格子点)に複数のプローブアンテナ12を所定順に移動させる制御を行うようになっている。例えば、これらの測定位置は、測定平面Pにおいて正方格子の各格子点に対応する位置に配置されている。また、走査制御部14は、各プローブアンテナ12が存在する測定位置の座標情報を遠方界指向性算出部20に送出するようになっている。   The scanning control unit 14 controls the probe scanning mechanism 13 to move a plurality of probe antennas 12 in a predetermined order to all measurement positions (lattice points) in the measurement plane P. For example, these measurement positions are arranged at positions corresponding to the respective lattice points of the square lattice on the measurement plane P. The scanning control unit 14 sends coordinate information of the measurement position where each probe antenna 12 exists to the far-field directivity calculation unit 20.

振幅位相差測定部16は、プローブ走査機構13により各プローブアンテナ12が測定位置に走査されるごとに、複数のプローブアンテナ12で受信された無線信号(以下、「受信信号」ともいう)間の位相差を測定するようになっている。なお、振幅位相差測定部16の入力が2つのみである場合、振幅位相差測定部16は、後述する切替スイッチ15により選択された複数のプローブアンテナ12のうちの隣接する2つにより受信された無線信号間の位相差を測定する。また、振幅位相差測定部16は、複数のプローブアンテナ12により受信された無線信号の振幅を測定するようになっている。これにより、測定平面P内における振幅と位相差の分布が得られる。なお、振幅位相差測定部16は、ベクトルネットワークアナライザ、スペクトラムアナライザ、オシロスコープなどにより構成される。   The amplitude / phase difference measuring unit 16 is configured to transmit a radio signal (hereinafter also referred to as a “received signal”) received by a plurality of probe antennas 12 each time each probe antenna 12 is scanned to a measurement position by the probe scanning mechanism 13. The phase difference is measured. When there are only two inputs to the amplitude phase difference measuring unit 16, the amplitude phase difference measuring unit 16 is received by two adjacent ones of the plurality of probe antennas 12 selected by the changeover switch 15 described later. Measure the phase difference between the radio signals. The amplitude phase difference measuring unit 16 measures the amplitude of radio signals received by the plurality of probe antennas 12. Thereby, the distribution of amplitude and phase difference in the measurement plane P is obtained. The amplitude / phase difference measurement unit 16 includes a vector network analyzer, a spectrum analyzer, an oscilloscope, and the like.

記憶部17は、振幅位相差測定部16により測定された位相差及び振幅の値を測定位置に対応付けて記憶するようになっている。   The storage unit 17 stores the phase difference and amplitude values measured by the amplitude phase difference measuring unit 16 in association with the measurement positions.

以下、振幅位相差測定部16の処理の具体例について説明する。図3(a)に示すように、初期状態では、プローブアンテナ12aは座標(0,0)、プローブアンテナ12bは座標(1,0)、プローブアンテナ12cは座標(0,1)の位置にそれぞれ存在するものとする。   Hereinafter, a specific example of processing of the amplitude phase difference measuring unit 16 will be described. As shown in FIG. 3A, in the initial state, the probe antenna 12a is at the coordinates (0, 0), the probe antenna 12b is at the coordinates (1, 0), and the probe antenna 12c is at the coordinates (0, 1). It shall exist.

まず、振幅位相差測定部16は、プローブアンテナ12aからの受信信号と、プローブアンテナ12bからの受信信号との位相差ΔPh(0,0)(1,0)を測定する。また、振幅位相差測定部16は、プローブアンテナ12aからの受信信号と、プローブアンテナ12cからの受信信号との位相差ΔPh(0,0)(0,1)を測定する。さらに、振幅位相差測定部16は、プローブアンテナ12aからの受信信号の振幅A(0,0)と、プローブアンテナ12bからの受信信号の振幅A(1,0)と、プローブアンテナ12cからの受信信号の振幅A(0,1)を測定する。 First, the amplitude phase difference measurement unit 16 measures the phase difference ΔPh (0, 0) (1, 0) between the reception signal from the probe antenna 12a and the reception signal from the probe antenna 12b. The amplitude phase difference measuring unit 16 measures the phase difference ΔPh (0, 0) (0, 1) between the received signal from the probe antenna 12a and the received signal from the probe antenna 12c. Further, the amplitude phase difference measuring unit 16 receives the amplitude A (0, 0) of the reception signal from the probe antenna 12a, the amplitude A (1, 0) of the reception signal from the probe antenna 12b, and the reception from the probe antenna 12c. Measure the amplitude A (0,1) of the signal.

次に、プローブ走査機構13により、既に位相差及び振幅が測定された測定位置のうちの少なくとも1つと、未だ位相差及び振幅が測定されていない測定位置と、を含むように複数のプローブアンテナが走査される。例えば、図3(b)に示すように、プローブアンテナ12aが座標(1,0)、プローブアンテナ12bが座標(2,0)、プローブアンテナ12cが座標(1,1)の位置にそれぞれ移動される。座標(1,0)については既に位相差が測定されている。   Next, the probe scanning mechanism 13 includes a plurality of probe antennas so as to include at least one of measurement positions where the phase difference and amplitude have already been measured and a measurement position where the phase difference and amplitude have not yet been measured. Scanned. For example, as shown in FIG. 3B, the probe antenna 12a is moved to the coordinates (1, 0), the probe antenna 12b is moved to the coordinates (2, 0), and the probe antenna 12c is moved to the coordinates (1, 1). The The phase difference has already been measured for the coordinate (1, 0).

次に、振幅位相差測定部16は、プローブアンテナ12aからの受信信号と、プローブアンテナ12bからの受信信号との位相差ΔPh(1,0)(2,0)を測定する。また、振幅位相差測定部16は、プローブアンテナ12aからの受信信号と、プローブアンテナ12cからの受信信号との位相差ΔPh(1,0)(1,1)を測定する。さらに、振幅位相差測定部16は、プローブアンテナ12aからの受信信号の振幅A(1,0)と、プローブアンテナ12bからの受信信号の振幅A(2,0)と、プローブアンテナ12cからの受信信号の振幅A(1,1)を測定する。 Next, the amplitude phase difference measuring unit 16 measures the phase difference ΔPh (1, 0) (2, 0) between the received signal from the probe antenna 12a and the received signal from the probe antenna 12b. The amplitude phase difference measuring unit 16 measures the phase difference ΔPh (1, 0) (1, 1) between the received signal from the probe antenna 12a and the received signal from the probe antenna 12c. Further, the amplitude phase difference measuring unit 16 receives the amplitude A (1, 0) of the reception signal from the probe antenna 12a, the amplitude A (2, 0) of the reception signal from the probe antenna 12b, and the reception from the probe antenna 12c. Measure the amplitude A (1,1) of the signal.

以下、X方向又はY方向へ複数のプローブアンテナ12を走査しながら同様の処理を繰り返す。このようにして、所定の測定平面P内において間隔d及びdで2次元走査することにより、各測定位置における振幅と、隣接する測定位置間での位相差を全て測定することができる。なお、全ての測定位置について位相差の測定が行われるのであれば、プローブ走査機構13による走査の順番は任意である。 Thereafter, the same processing is repeated while scanning the plurality of probe antennas 12 in the X direction or the Y direction. In this way, by performing two-dimensional scanning within the predetermined measurement plane P at intervals d 1 and d 2 , it is possible to measure all the amplitudes at each measurement position and the phase differences between adjacent measurement positions. Note that if the phase difference is measured at all measurement positions, the scanning order by the probe scanning mechanism 13 is arbitrary.

位相算出部18は、振幅位相差測定部16により各測定位置において測定された位相差から、各測定位置における無線信号の位相Phを算出する。さらに、位相算出部18は、算出した各測定位置における位相を位相情報として遠方界指向性算出部20に出力するようになっている。   The phase calculation unit 18 calculates the phase Ph of the radio signal at each measurement position from the phase difference measured at each measurement position by the amplitude phase difference measurement unit 16. Further, the phase calculation unit 18 outputs the calculated phase at each measurement position to the far field directivity calculation unit 20 as phase information.

例えば、図4の例においては、座標(0,0)の位相Ph(0,0)を任意の定数とした場合に、座標(1,1)における位相Ph(1,1)は下記の式(3)又は式(4)により求められる。
Ph(1,1)=Ph(0,0)+ΔPh(0,0)(1,0)+ΔPh(1,0)(1,1) ...(3)
Ph(1,1)=Ph(0,0)+ΔPh(0,0)(0,1)+ΔPh(0,1)(1,1) ...(4)
For example, in the example of FIG. 4, when the phase Ph (0, 0) of the coordinate (0, 0) is an arbitrary constant, the phase Ph (1, 1) at the coordinate (1, 1) is expressed by the following equation: It is calculated | required by (3) or Formula (4).
Ph (1,1) = Ph (0,0) + ΔPh (0,0) (1,0) + ΔPh (1,0) (1,1) (3)
Ph (1,1) = Ph (0,0) + ΔPh (0,0) (0,1) + ΔPh (0,1) (1,1) (4)

このように、n,mをそれぞれ自然数とした場合に、座標(n,m)における位相Ph(n,m)は、例えば始点を(0,0)、終点を(n,m)とする任意の経路上の測定位置で得られた位相差を累積加算することにより算出できる。あるいは、複数の経路で得られた位相の平均を取って、位相Ph(n,m)としてもよい。   As described above, when n and m are natural numbers, the phase Ph (n, m) at the coordinates (n, m) is, for example, an arbitrary value with the start point being (0,0) and the end point being (n, m). It can be calculated by accumulatively adding the phase differences obtained at the measurement positions on the path. Alternatively, the phase Ph (n, m) may be obtained by taking the average of the phases obtained by a plurality of paths.

遠方界指向性算出部20は、走査制御部14から出力された各プローブアンテナ12の座標情報と、振幅位相差測定部16により測定された振幅情報と、位相算出部18により算出された位相情報とを用いて、遠方界の電界強度分布を算出するようになっている。ここでは、公知の近傍界/遠方界変換法の数値計算を行うことにより遠方界の電界強度分布を推定して、被測定アンテナ100の遠方界での指向性を求めることができる。   The far-field directivity calculating unit 20 includes coordinate information of each probe antenna 12 output from the scanning control unit 14, amplitude information measured by the amplitude phase difference measuring unit 16, and phase information calculated by the phase calculating unit 18. Are used to calculate the far-field electric field strength distribution. Here, the far-field directivity in the far field of the antenna 100 to be measured can be obtained by estimating the far-field electric field strength distribution by performing numerical calculation using a known near-field / far-field conversion method.

表示部21は、例えばLCDやCRTなどの表示機器で構成され、制御部22からの制御信号に応じて各種表示内容を表示するようになっている。この表示内容には、近傍界における被測定アンテナ100の位相及び振幅の測定結果や、遠方界における被測定アンテナ100の指向性の算出結果などが含まれる。   The display unit 21 is configured by a display device such as an LCD or CRT, for example, and displays various display contents according to a control signal from the control unit 22. This display content includes the measurement result of the phase and amplitude of the antenna under measurement 100 in the near field, the calculation result of the directivity of the antenna under measurement 100 in the far field, and the like.

制御部22は、例えばCPUや、記憶部17を構成するROM、RAM、HDDなどを含むマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータ等で構成され、アンテナ測定システム1を構成する上記各部の動作を制御する。さらに、制御部22は、所定のプログラムを実行することにより、振幅位相差測定部16、位相算出部18、及び遠方界指向性算出部20をソフトウェア的に構成するようになっている。   The control unit 22 is constituted by, for example, a CPU, a microcomputer or a personal computer including a ROM, a RAM, an HDD, etc. constituting the storage unit 17, and controls operations of the above-described units constituting the antenna measurement system 1. Further, the control unit 22 configures the amplitude phase difference measurement unit 16, the phase calculation unit 18, and the far-field directivity calculation unit 20 by software by executing a predetermined program.

なお、複数のプローブアンテナ12は、それらの開口部の中心位置の全てが測定平面P内において一直線上に並ばないように配置される。これにより、既に位相差及び振幅が測定された測定位置のうちの少なくとも1つと、未だ位相差及び振幅が測定されていない測定位置と、を含むように複数のプローブアンテナを走査することが可能になる。   The plurality of probe antennas 12 are arranged such that all of the center positions of the openings are not aligned on the straight line in the measurement plane P. Accordingly, it is possible to scan a plurality of probe antennas so as to include at least one of measurement positions where the phase difference and amplitude have already been measured and a measurement position where the phase difference and amplitude have not been measured yet. Become.

具体的には、図3に示した配置以外に、図5(a)〜(d)に示すような配置を用いることができる。特に、図5(b)〜(d)は、プローブアンテナ12が配置された4つ以上の測定位置のうち、隣接するいずれか2つの測定位置を結ぶ直線に対して線対称になるように複数のプローブアンテナ12が配置された状態を示している。なお、図中の破線は対称軸を示している。このような構成により、位相算出部18(あるいは、後述する振幅平均化部19)の処理において、隣接するプローブアンテナ12間の相互結合による影響を相殺する効果などが期待できる。   Specifically, the arrangement shown in FIGS. 5A to 5D can be used in addition to the arrangement shown in FIG. In particular, FIGS. 5B to 5D show a plurality of lines so as to be symmetrical with respect to a straight line connecting any two adjacent measurement positions among four or more measurement positions where the probe antenna 12 is arranged. This shows a state in which the probe antenna 12 is arranged. In addition, the broken line in a figure has shown the axis of symmetry. With such a configuration, an effect of canceling the influence of mutual coupling between adjacent probe antennas 12 can be expected in the processing of the phase calculation unit 18 (or amplitude averaging unit 19 described later).

なお、本実施形態のアンテナ測定システム1によって、被測定アンテナ100からの基準信号なしで近傍界の位相分布を得るためには、無線信号の1/2波長(0.5λ)以下の間隔d及びdの格子点間の位相差を測定する必要がある。ただし、プローブアンテナの形状によっては、1/2波長以下の間隔でプローブアンテナを隣接配置することが難しい場合がある。例えば、プローブアンテナ12が図2(a)に示すような標準導波管の場合、幅aは通常0.5λよりも大きいため、幅方向に複数のプローブアンテナ12を隣接配置することはできない。そのような場合には、例えば、図6(a),(b)に示すように、各プローブアンテナ12の開口部の中心位置に測定位置が含まれるように、複数のプローブアンテナ12を隣接配置から適宜ずらして配置すればよい。 In order to obtain the near-field phase distribution without the reference signal from the antenna under measurement 100 by the antenna measurement system 1 of the present embodiment, the distance d 1 of 1/2 wavelength (0.5λ) or less of the radio signal. And the phase difference between the lattice points of d 2 needs to be measured. However, depending on the shape of the probe antenna, it may be difficult to arrange the probe antennas adjacent to each other with an interval of ½ wavelength or less. For example, when the probe antenna 12 is a standard waveguide as shown in FIG. 2A, the width a is usually larger than 0.5λ, and therefore a plurality of probe antennas 12 cannot be arranged adjacent to each other in the width direction. In such a case, for example, as shown in FIGS. 6A and 6B, a plurality of probe antennas 12 are arranged adjacent to each other so that the measurement position is included at the center position of the opening of each probe antenna 12. It is sufficient to displace them appropriately from the above.

既に述べたように、振幅位相差測定部16を構成する測定器の入力ポートが2つのみである場合、アンテナ測定システム1は、図7に示すように切替スイッチ15を備えていてもよい。切替スイッチ15は、複数のプローブアンテナ12のうち、隣接する2つのプローブアンテナ12からの受信信号を選択的に振幅位相差測定部16に入力するようになっている。また、切替スイッチ15は、2つのプローブアンテナ12の組み合わせを順次切り替え可能となっている。例えば、複数のプローブアンテナ12が図3に示した構成である場合には、プローブアンテナ12a及び12bからの受信信号と、プローブアンテナ12a及び12cからの受信信号とが、順次切り替えられて振幅位相差測定部16に入力されてもよい。さらに、プローブアンテナ12b及び12cからの受信信号が振幅位相差測定部16に入力されてもよい。   As already described, when there are only two input ports of the measuring instrument constituting the amplitude phase difference measuring unit 16, the antenna measurement system 1 may include the changeover switch 15 as shown in FIG. The changeover switch 15 is configured to selectively input signals received from two adjacent probe antennas 12 among the plurality of probe antennas 12 to the amplitude phase difference measurement unit 16. The changeover switch 15 can sequentially switch the combination of the two probe antennas 12. For example, when the plurality of probe antennas 12 have the configuration shown in FIG. 3, the received signal from the probe antennas 12a and 12b and the received signal from the probe antennas 12a and 12c are sequentially switched to change the amplitude phase difference. It may be input to the measurement unit 16. Further, reception signals from the probe antennas 12 b and 12 c may be input to the amplitude phase difference measurement unit 16.

図7及び図8に示す例では、複数のプローブアンテナ12は、中心プローブアンテナp1と、中心プローブアンテナp1を中心として測定平面Pの水平方向(X方向)に対称に配置される左プローブアンテナp2及び右プローブアンテナp3と、中心プローブアンテナp1を中心として測定平面Pの垂直方向(Y方向)に対称に配置される上プローブアンテナp4及び下プローブアンテナp5と、を含む。   In the example shown in FIGS. 7 and 8, the plurality of probe antennas 12 are the center probe antenna p1 and the left probe antenna p2 arranged symmetrically in the horizontal direction (X direction) of the measurement plane P with the center probe antenna p1 as the center. And a right probe antenna p3, and an upper probe antenna p4 and a lower probe antenna p5 arranged symmetrically in the vertical direction (Y direction) of the measurement plane P with the center probe antenna p1 as the center.

すなわち、中心プローブアンテナp1及び左プローブアンテナp2からの受信信号と、中心プローブアンテナp1及び右プローブアンテナp3からの受信信号と、中心プローブアンテナp1及び上プローブアンテナp4からの受信信号と、中心プローブアンテナp1及び下プローブアンテナp5からの受信信号とが、振幅位相差測定部16に入力されることになる。これらの受信信号は、切替スイッチ15を使用することにより順次切り替えられて振幅位相差測定部16に入力されてもよい。   That is, the received signal from the center probe antenna p1 and the left probe antenna p2, the received signal from the center probe antenna p1 and the right probe antenna p3, the received signal from the center probe antenna p1 and the upper probe antenna p4, and the center probe antenna. Signals received from p1 and the lower probe antenna p5 are input to the amplitude phase difference measuring unit 16. These received signals may be sequentially switched by using the changeover switch 15 and input to the amplitude phase difference measuring unit 16.

また、図7に示すように、位相算出部18は、隣接する2つの測定位置において振幅位相差測定部16により測定された複数の位相差を平均化する位相差平均化部23を有していてもよい。この場合、位相算出部18は、位相差平均化部23により平均化された位相差から、各測定位置における無線信号の位相を算出することになる。   As shown in FIG. 7, the phase calculation unit 18 has a phase difference averaging unit 23 that averages a plurality of phase differences measured by the amplitude phase difference measurement unit 16 at two adjacent measurement positions. May be. In this case, the phase calculation unit 18 calculates the phase of the radio signal at each measurement position from the phase difference averaged by the phase difference averaging unit 23.

また、図7に示すように、アンテナ測定システム1は、振幅位相差測定部16により各測定位置において測定された複数の振幅を平均化した値を、遠方界指向性算出部20に振幅情報として出力する振幅平均化部19を備えていてもよい。振幅平均化部19は、制御部22が所定のプログラムを実行することにより、ソフトウェア的に構成される。アンテナ測定システム1は、この振幅平均化部19を備えることにより、更に精度良く振幅の値を算出することができる。   Further, as shown in FIG. 7, the antenna measurement system 1 uses a value obtained by averaging a plurality of amplitudes measured at each measurement position by the amplitude phase difference measurement unit 16 as amplitude information in the far-field directivity calculation unit 20. An output amplitude averaging unit 19 may be provided. The amplitude averaging unit 19 is configured by software when the control unit 22 executes a predetermined program. The antenna measurement system 1 can calculate the amplitude value with higher accuracy by including the amplitude averaging unit 19.

以下、位相差平均化部23の処理の具体例について説明する。例えば図8(a)に示すように、プローブ走査機構13により、中心プローブアンテナp1が座標(1,1)に配置されるように複数のプローブアンテナ12が移動される。この状態で振幅位相差測定部16により、座標(1,1)と座標(1,2)に関して、中心プローブアンテナp1からの受信信号と、下プローブアンテナp5からの受信信号との位相差ΔPhが測定される。 Hereinafter, a specific example of the processing of the phase difference averaging unit 23 will be described. For example, as shown in FIG. 8A, the probe scanning mechanism 13 moves the plurality of probe antennas 12 so that the center probe antenna p1 is arranged at the coordinates (1, 1). In this state, the phase difference ΔPh 1 between the received signal from the center probe antenna p1 and the received signal from the lower probe antenna p5 with respect to the coordinates (1, 1) and the coordinates (1, 2) is detected by the amplitude phase difference measuring unit 16. Is measured.

次に、例えば図8(b)に示すように、プローブ走査機構13により、複数のプローブアンテナ12がY方向にΔyだけ移動される。上述のように、座標(1,1)と座標(1,2)については既に位相差が測定されている。この状態で振幅位相差測定部16により、座標(1,1)と座標(1,2)に関して、プローブアンテナp4からの受信信号と、プローブアンテナp1からの受信信号との位相差ΔPhが測定される。 Next, as shown in FIG. 8B, for example, the probe scanning mechanism 13 moves the plurality of probe antennas 12 by Δy in the Y direction. As described above, the phase difference has already been measured for the coordinates (1, 1) and the coordinates (1, 2). In this state, the phase difference ΔPh 2 between the received signal from the probe antenna p4 and the received signal from the probe antenna p1 is measured by the amplitude phase difference measuring unit 16 with respect to the coordinates (1, 1) and the coordinates (1, 2). Is done.

位相差平均化部23は、下記の式(5)に示すように、ΔPhとΔPhの平均を取った値を位相差ΔPh(1,1)(1,2)として算出する。
ΔPh(1,1)(1,2)=(ΔPh+ΔPh)/2 ...(5)
The phase difference averaging unit 23 calculates a value obtained by taking the average of ΔPh 1 and ΔPh 2 as the phase difference ΔPh (1, 1) (1, 2) as shown in the following equation (5).
ΔPh (1,1) (1,2) = (ΔPh 1 + ΔPh 2 ) / 2 (5)

同様に、位相差平均化部23は、左プローブアンテナp2と右プローブアンテナp3についても、X方向に隣接する2つの測定位置において振幅位相差測定部16により測定された2つの位相差を平均化するようになっている。   Similarly, the phase difference averaging unit 23 averages two phase differences measured by the amplitude phase difference measuring unit 16 at two measurement positions adjacent in the X direction for the left probe antenna p2 and the right probe antenna p3. It is supposed to be.

図9及び図10は、ホーンアンテナを被測定アンテナ100とした場合のY方向の近傍界の位相分布のシミュレーション結果を示すグラフである。   9 and 10 are graphs showing the simulation results of the near-field phase distribution in the Y direction when the horn antenna is the antenna 100 to be measured.

図9(b)中の◇印は、複数のプローブアンテナ12が図9(a)に示すように3つのプローブアンテナp'1,p'2,p'3からなる場合に、プローブアンテナp'1及びp'3により得られる近傍界の位相分布を示している。また、図9(b)中の一点鎖線は、ホーンアンテナの近傍界の位相分布を示している。   In FIG. 9B, the ◇ marks indicate the probe antenna p ′ when the plurality of probe antennas 12 include three probe antennas p′1, p′2, and p′3 as shown in FIG. 9A. The near-field phase distribution obtained by 1 and p′3 is shown. Moreover, the dashed-dotted line in FIG.9 (b) has shown phase distribution of the near field of a horn antenna.

図10中の◇印は、複数のプローブアンテナ12が図10(a)に示すように5つのプローブアンテナp1〜p5からなる場合に得られる近傍界の位相分布を示している。ここでは、プローブアンテナp1及びp4により得られた位相差と、プローブアンテナp1及びp5により得られた位相差とが位相差平均化部23により平均化され、平均化された位相差に基づいた位相分布が得られている。また、図10(b)中の一点鎖線は、ホーンアンテナの近傍界の位相分布を示している。   The ◇ marks in FIG. 10 indicate the near-field phase distribution obtained when the plurality of probe antennas 12 are composed of five probe antennas p1 to p5 as shown in FIG. Here, the phase difference obtained by the probe antennas p1 and p4 and the phase difference obtained by the probe antennas p1 and p5 are averaged by the phase difference averaging unit 23, and a phase based on the averaged phase difference is obtained. Distribution is obtained. Moreover, the dashed-dotted line in FIG.10 (b) has shown the phase distribution of the near field of a horn antenna.

図9の結果によれば、プローブアンテナ12の個数が3つの場合の位相分布は、ホーンアンテナの高さ方向の中心位置(y=0mm)に関して非対称となっており、本来のホーンアンテナの対称な位相分布からの誤差が見られる。一方、図10の結果によれば、プローブアンテナ12の個数が5つの場合の位相分布では、その誤差が大幅に低減されて、非対称性が改善されていることが分かる。   According to the result of FIG. 9, the phase distribution when the number of probe antennas 12 is three is asymmetric with respect to the center position (y = 0 mm) in the height direction of the horn antenna, and is symmetric with respect to the original horn antenna. An error from the phase distribution is seen. On the other hand, according to the result of FIG. 10, in the phase distribution in the case where the number of probe antennas 12 is 5, the error is greatly reduced, and the asymmetry is improved.

図11及び図12は、被測定アンテナ100がホーンアンテナであり、複数のプローブアンテナ12が3つのダブルリッジ導波管p'1〜p'3からなる構成について、反射特性及びアイソレーションに関するシミュレーションを行った結果を示すグラフである。   FIGS. 11 and 12 show a simulation of reflection characteristics and isolation for a configuration in which the antenna 100 to be measured is a horn antenna and the plurality of probe antennas 12 are composed of three double ridge waveguides p′1 to p′3. It is a graph which shows the result.

図11(a)に示すように、複数のプローブアンテナ12は、別個のダブルリッジ導波管p'1〜p'3の外壁同士を密着させることにより構成されている。あるいは、3つのダブルリッジ導波管p'1〜p'3は一体形成されたものであってもよい。   As shown to Fig.11 (a), the some probe antenna 12 is comprised by sticking the outer walls of separate double ridge waveguide p'1-p'3. Alternatively, the three double ridge waveguides p′1 to p′3 may be integrally formed.

図11(b)は、図11(a)に示した3つのダブルリッジ導波管p'1〜p'3により得られる反射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。ここで、S11はダブルリッジ導波管p'1の反射特性、S22はダブルリッジ導波管p'2の反射特性、S33はダブルリッジ導波管p'3の反射特性を示している。   FIG. 11B is a graph showing a simulation result of the reflection characteristics obtained by the three double ridge waveguides p′1 to p′3 shown in FIG. Here, S11 represents the reflection characteristic of the double ridge waveguide p′1, S22 represents the reflection characteristic of the double ridge waveguide p′2, and S33 represents the reflection characteristic of the double ridge waveguide p′3.

図11(c)は、図11(a)に示した3つのダブルリッジ導波管p'1〜p'3により得られるアイソレーションのシミュレーション結果を示すグラフである。ここで、S21はプローブアンテナp'1及びp'2間のアイソレーション、S31はダブルリッジ導波管p'1及びp'3間のアイソレーション、S32はダブルリッジ導波管p'2及びp'3間のアイソレーションを示している。   FIG. 11C is a graph showing a simulation result of isolation obtained by the three double ridge waveguides p′1 to p′3 shown in FIG. Here, S21 is the isolation between the probe antennas p′1 and p′2, S31 is the isolation between the double ridge waveguides p′1 and p′3, and S32 is the double ridge waveguides p′2 and p ′. '3 shows isolation.

図12(a)は、複数のプローブアンテナ12が、3つのダブルリッジ導波管p'1〜p'3の一体形成により構成された例を示している。   FIG. 12A shows an example in which a plurality of probe antennas 12 are configured by integrally forming three double ridge waveguides p′1 to p′3.

図12(b)に示すように、隣接する2つのダブルリッジ導波管p'1及びp'2を仕切る壁部12wには、ダブルリッジ導波管p'1〜p'3の開口面12p側から導波路31(図2参照)の長手方向(Z方向)に沿って所定長さlpのスリット12sが設けられている。同様に、隣接する2つのダブルリッジ導波管p'1及びp'3を仕切る壁部12wにもスリット12sが設けられている。スリット12sの形状は、図12に示すような方形状であってもよく、図9に示すようなくさび状であってもよい。   As shown in FIG. 12 (b), the wall surface 12w that partitions two adjacent double ridge waveguides p'1 and p'2 has an opening 12p of the double ridge waveguides p'1 to p'3. A slit 12s having a predetermined length lp is provided along the longitudinal direction (Z direction) of the waveguide 31 (see FIG. 2) from the side. Similarly, a slit 12s is provided in a wall portion 12w that partitions two adjacent double ridge waveguides p′1 and p′3. The shape of the slit 12s may be a square shape as shown in FIG. 12, or may be a wedge shape as shown in FIG.

図12(c)は、図12(a)に示した3つのダブルリッジ導波管p'1〜p'3により得られる反射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。また、図12(d)は、図12(a)に示した3つのダブルリッジ導波管p'1〜p'3により得られるアイソレーションのシミュレーション結果を示すグラフである。   FIG. 12C is a graph showing a simulation result of the reflection characteristics obtained by the three double ridge waveguides p′1 to p′3 shown in FIG. FIG. 12D is a graph showing a simulation result of isolation obtained by the three double ridge waveguides p′1 to p′3 shown in FIG.

すなわち、スリット12sのない図11の構成と比較して、スリット12sのある図12の構成では、約28GHz以上の高周波領域における反射特性が改善されており、3つのダブルリッジ導波管p'1〜p'3の受信感度が良くなっていることが分かる。また、スリット12sのある図12の構成では、約25GHz以上の高周波領域において、3つのダブルリッジ導波管p'1〜p'3間のアイソレーションも改善されていることが分かる。さらに、スリット12sの長さlpを最適化すれば、より高いアイソレーション改善効果を得ることが可能である。   That is, compared with the configuration of FIG. 11 having no slit 12s, the configuration of FIG. 12 having the slit 12s has improved reflection characteristics in a high frequency region of about 28 GHz or more, and the three double ridge waveguides p′1. It can be seen that the reception sensitivity of ~ p'3 is improved. In the configuration of FIG. 12 having the slits 12s, it can be seen that the isolation between the three double ridge waveguides p′1 to p′3 is also improved in a high frequency region of about 25 GHz or more. Furthermore, if the length lp of the slit 12s is optimized, a higher isolation improvement effect can be obtained.

以下、本実施形態のアンテナ測定システム1を用いたアンテナ測定方法について、図13のフローチャートを参照しながら説明する。   Hereinafter, an antenna measurement method using the antenna measurement system 1 of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、被測定アンテナ100が無線信号を発生させる(ステップS1)。   First, the antenna under measurement 100 generates a radio signal (step S1).

次に、走査制御部14は、プローブ走査機構13によって複数のプローブアンテナ12を、それらの相対位置を維持しながら測定平面P内の測定位置に移動させる(プローブ走査ステップS2)。   Next, the scanning control unit 14 causes the probe scanning mechanism 13 to move the plurality of probe antennas 12 to the measurement position in the measurement plane P while maintaining their relative positions (probe scanning step S2).

次に、複数のプローブアンテナ12は、ステップS2で移動された測定位置において、被測定アンテナ100から出力された無線信号を近傍界領域で受信する(ステップS3)。   Next, the plurality of probe antennas 12 receive the radio signal output from the antenna under measurement 100 in the near-field region at the measurement position moved in step S2 (step S3).

次に、振幅位相差測定部16は、複数のプローブアンテナ12のうちの隣接する2つにより受信された無線信号間の位相差を測定する。また、振幅位相差測定部16は、複数のプローブアンテナ12により受信された無線信号の振幅を測定する(振幅位相差測定ステップS4)。   Next, the amplitude phase difference measuring unit 16 measures the phase difference between the radio signals received by two adjacent probe antennas 12. In addition, the amplitude phase difference measurement unit 16 measures the amplitude of the radio signals received by the plurality of probe antennas 12 (amplitude phase difference measurement step S4).

次に、記憶部17は、ステップS4で測定された位相差及び振幅を、それらが測定された測定位置に対応付けて記憶する(ステップS5)。   Next, the memory | storage part 17 matches and memorize | stores the phase difference and amplitude measured by step S4 with the measurement position where they were measured (step S5).

次に、制御部22は、測定平面P内の全ての測定位置に対して、位相差及び振幅の値が得られたか否かを判断する(ステップS6)。否定判断の場合にはステップS2に戻る。肯定判断の場合には位相算出ステップS7に進む。   Next, the control unit 22 determines whether or not phase difference and amplitude values have been obtained for all measurement positions in the measurement plane P (step S6). If a negative determination is made, the process returns to step S2. If the determination is affirmative, the process proceeds to phase calculation step S7.

ステップS7において位相算出部18は、ステップS4で測定された位相差から、各測定位置における無線信号の位相を算出する。さらに、位相算出部18は、算出した各測定位置における位相を位相情報として遠方界指向性算出部20に出力する。   In step S7, the phase calculation unit 18 calculates the phase of the radio signal at each measurement position from the phase difference measured in step S4. Furthermore, the phase calculation unit 18 outputs the calculated phase at each measurement position to the far field directivity calculation unit 20 as phase information.

なお、アンテナ測定システム1が位相差平均化部23を備える場合には、ステップS7において位相算出部18は、ステップS4で測定された隣接する2つの測定位置における複数の位相差を位相差平均化部23により平均化する。さらに、位相算出部18は、平均化された位相差から各測定位置における無線信号の位相を算出して、算出した位相を遠方界指向性算出部20に位相情報として出力する。なお、ステップS7において、この位相差平均化部23による平均化処理は省略可能である。   When the antenna measurement system 1 includes the phase difference averaging unit 23, in step S7, the phase calculation unit 18 averages a plurality of phase differences at two adjacent measurement positions measured in step S4. Averaging is performed by the unit 23. Further, the phase calculation unit 18 calculates the phase of the radio signal at each measurement position from the averaged phase difference, and outputs the calculated phase to the far field directivity calculation unit 20 as phase information. In step S7, the averaging process by the phase difference averaging unit 23 can be omitted.

次に、アンテナ測定システム1が振幅平均化部19を備える場合には、振幅平均化部19は、ステップS4で各測定位置において測定された複数の振幅を平均化した値を、遠方界指向性算出部20に振幅情報として出力する(ステップS8)。なお、このステップS8における平均化処理は省略可能である。   Next, when the antenna measurement system 1 includes the amplitude averaging unit 19, the amplitude averaging unit 19 calculates a value obtained by averaging a plurality of amplitudes measured at each measurement position in step S4 as far field directivity. The amplitude information is output to the calculation unit 20 (step S8). The averaging process in step S8 can be omitted.

次に、遠方界指向性算出部20は、全ての測定位置に関する、座標情報、位相情報、及び振幅情報を用いて、遠方界の電界強度分布を算出する(ステップS9)。   Next, the far-field directivity calculation unit 20 calculates the far-field electric field strength distribution using the coordinate information, phase information, and amplitude information regarding all measurement positions (step S9).

以上説明したように、本実施形態に係るアンテナ測定システム1は、RF回路と一体化した被測定アンテナ100から送信された無線信号に対して、被測定アンテナ100からの基準信号の供給なしで、近傍界において位相と振幅を測定することができる。   As described above, the antenna measurement system 1 according to the present embodiment can supply a radio signal transmitted from the antenna under measurement 100 integrated with the RF circuit without supplying a reference signal from the antenna under measurement 100. Phase and amplitude can be measured in the near field.

また、本実施形態に係るアンテナ測定システム1は、振幅位相差測定部16により既に振幅及び位相差の測定が行われた測定位置のうちの少なくとも1つと、未だ振幅及び位相差の測定が行われていない測定位置とを含むように複数のプローブアンテナ12が走査されることにより、振幅及び位相差の測定が行われた全ての測定位置における位相を算出することができる。   Further, in the antenna measurement system 1 according to the present embodiment, at least one of the measurement positions where the amplitude and phase difference have already been measured by the amplitude and phase difference measurement unit 16, and the amplitude and phase difference are still measured. By scanning the plurality of probe antennas 12 so as to include the measurement positions that are not present, it is possible to calculate the phases at all measurement positions where the amplitude and phase difference have been measured.

また、本実施形態に係るアンテナ測定システム1は、RF回路と一体化した被測定アンテナ100から送信された無線信号に対して近傍界測定法を用いた測定を行い、遠方界の電界強度分布を算出することができる。   In addition, the antenna measurement system 1 according to the present embodiment performs measurement using a near-field measurement method on a radio signal transmitted from the antenna under measurement 100 integrated with an RF circuit, and obtains a far-field electric field strength distribution. Can be calculated.

また、本実施形態に係るアンテナ測定システム1は、複数のプローブアンテナ12が対称に配置された構成により、位相算出部18や振幅平均化部19の処理において、隣接するプローブアンテナ12間の相互結合による影響を相殺して位相を算出することができる。   Further, the antenna measurement system 1 according to the present embodiment has a configuration in which a plurality of probe antennas 12 are arranged symmetrically, so that mutual coupling between adjacent probe antennas 12 is performed in the processing of the phase calculation unit 18 and the amplitude averaging unit 19. The phase can be calculated by canceling out the influence of.

また、本実施形態に係るアンテナ測定システム1は、隣接する2つの測定位置において、中心プローブアンテナp1と左プローブアンテナp2により受信された無線信号間の位相差と、中心プローブアンテナp1と右プローブアンテナp3により受信された無線信号間の位相差を平均化することにより、中心プローブアンテナと左プローブアンテナの位相差の測定誤差と中心プローブアンテナと右プローブアンテナの位相差の測定誤差が逆極性であるため誤差を相殺して位相を算出できるため、より精度良く位相分布を得ることができる。また、本実施形態に係るアンテナ測定システム1は、上プローブアンテナp4と下プローブアンテナp5についても同様の位相平均化を実施することにより、精度良く位相分布を得ることができる。   In addition, the antenna measurement system 1 according to the present embodiment includes the phase difference between the radio signals received by the center probe antenna p1 and the left probe antenna p2, the center probe antenna p1 and the right probe antenna at two adjacent measurement positions. By averaging the phase difference between the radio signals received by p3, the measurement error of the phase difference between the center probe antenna and the left probe antenna and the measurement error of the phase difference between the center probe antenna and the right probe antenna are opposite in polarity. Therefore, the phase can be calculated by canceling the error, so that the phase distribution can be obtained with higher accuracy. Further, the antenna measurement system 1 according to the present embodiment can obtain the phase distribution with high accuracy by performing the same phase averaging for the upper probe antenna p4 and the lower probe antenna p5.

また、本実施形態に係るアンテナ測定システム1は、ダブルリッジ導波管を用いることにより、標準の方形導波管の導波路30の断面形状より小さい断面形状で同等の周波数範囲の電磁波を伝搬できるため、無線信号の1/2波長(0.5λ)以下の間隔で複数のプローブアンテナ12を隣接配置することが容易になる。   In addition, the antenna measurement system 1 according to the present embodiment can propagate electromagnetic waves in the same frequency range with a cross-sectional shape smaller than the cross-sectional shape of the waveguide 30 of the standard rectangular waveguide by using a double ridge waveguide. Therefore, it becomes easy to arrange a plurality of probe antennas 12 adjacent to each other with an interval of 1/2 wavelength (0.5λ) or less of the radio signal.

また、本実施形態に係るアンテナ測定システム1においては、隣接する2つのダブルリッジ導波管を仕切る壁部12wにスリット12sが設けられることにより、隣接する2つのダブルリッジ導波管の間のアイソレーションが改善、すなわち結合が低減される。また、各ダブルリッジ導波管開口での反射が低減され、受信感度が向上する。   Further, in the antenna measurement system 1 according to the present embodiment, the slit 12s is provided in the wall portion 12w that partitions the two adjacent double ridge waveguides, thereby isolating between the two adjacent double ridge waveguides. Improvement, i.e., coupling is reduced. Further, reflection at each double ridge waveguide opening is reduced, and reception sensitivity is improved.

また、本実施形態に係るアンテナ測定システム1による電界強度分布の測定時に、被測定アンテナ100から送信させる無線信号として無変調波信号やマルチキャリア信号(例えばOFDM信号)などを用いることができる。この場合、振幅位相差測定部16にスペクトラムアナライザを用いることにより、広帯域の無線信号の位相及び振幅を短時間で測定することができ、広帯域の電界強度分布を高速に算出することができる。   Further, when the electric field intensity distribution is measured by the antenna measurement system 1 according to the present embodiment, an unmodulated wave signal, a multicarrier signal (for example, OFDM signal), or the like can be used as a radio signal transmitted from the antenna under measurement 100. In this case, by using a spectrum analyzer for the amplitude phase difference measurement unit 16, the phase and amplitude of the wideband radio signal can be measured in a short time, and the wideband electric field strength distribution can be calculated at high speed.

(第2の実施形態)
続いて、本発明の第2の実施形態に係るアンテナ測定システム2について図面を参照しながら説明する。第1の実施形態に係るアンテナ測定システム1の構成と同一の構成については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
(Second Embodiment)
Subsequently, an antenna measurement system 2 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. About the same structure as the structure of the antenna measurement system 1 which concerns on 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態のアンテナ測定システム2は、第1の実施形態におけるアンテナ支持部11と走査制御部14に代えて、図14に示す構成のアンテナ支持部40と、走査制御部41とを備える。   The antenna measurement system 2 of the present embodiment includes an antenna support unit 40 and a scan control unit 41 configured as shown in FIG. 14 instead of the antenna support unit 11 and the scan control unit 14 in the first embodiment.

アンテナ支持部40は、被測定アンテナ100を、その電磁波放射面100a(アンテナとしての開口面)が測定平面Pに正対する向きを基準方向とし、その電磁波放射面100aが、基準方向から測定平面Pに対して傾きのある状態に変更できるように支持する。なお、ここで、基準方向とは、被測定アンテナ100の電磁波放射面100aが測定平面Pと平行に対向し、かつ測定平面Pの原点位置でX軸及びY軸に直交するZ軸が電磁波放射面100aの中心位置Cを通過する状態とする。   The antenna support unit 40 uses the antenna 100 to be measured as a reference direction in which the electromagnetic wave radiation surface 100a (opening surface as an antenna) faces the measurement plane P, and the electromagnetic wave radiation surface 100a extends from the reference direction to the measurement plane P. It supports so that it can be changed to a state with an inclination. Here, the reference direction means that the electromagnetic wave radiation surface 100a of the antenna 100 under measurement faces the measurement plane P in parallel and the Z axis perpendicular to the X and Y axes at the origin position of the measurement plane P is electromagnetic radiation. It is assumed that it passes through the center position C of the surface 100a.

アンテナ支持部40は、例えば図14に示しているように、測定平面PのY軸に平行で被測定アンテナ100の電磁波放射面100aの中心位置Cを通過するY'軸を中心に回転する方位角変更機構部40aと、方位角変更機構部40a上に固定され、方位角変更機構部40aの回転軸上に被測定アンテナ100を支持し、かつ、測定平面PのX軸に平行で被測定アンテナ100の電磁波放射面100aの中心位置Cを通過するX'軸を中心に被測定アンテナ100を回転させる仰角変更機構部40bと、を有している。   For example, as shown in FIG. 14, the antenna support unit 40 rotates around the Y ′ axis that is parallel to the Y axis of the measurement plane P and passes through the center position C of the electromagnetic wave radiation surface 100 a of the antenna 100 to be measured. An angle changing mechanism 40a and an azimuth changing mechanism 40a are fixed on the axis, and the antenna 100 to be measured is supported on the rotation axis of the azimuth changing mechanism 40a and is measured parallel to the X axis of the measurement plane P. An elevation angle changing mechanism 40b that rotates the antenna under measurement 100 about the X ′ axis passing through the center position C of the electromagnetic wave radiation surface 100a of the antenna 100.

方位角変更機構部40aによる被測定アンテナ100の方位角の0°(基準角)はZ軸に平行な方向であり、この方向を基準としてY'軸を中心に任意の角度αに方位角を変更できる。同様に、仰角変更機構部40bによる被測定アンテナ100の仰角の0°(基準角)もZ軸に平行な方向であり、この方向を基準としてX'軸を中心に任意の角度βに仰角を変更できる。   An azimuth angle of 0 ° (reference angle) of the antenna 100 to be measured by the azimuth angle changing mechanism 40a is a direction parallel to the Z axis. Can change. Similarly, 0 ° (reference angle) of the elevation angle of the antenna 100 to be measured by the elevation angle changing mechanism 40b is also a direction parallel to the Z axis, and the elevation angle is set to an arbitrary angle β around the X ′ axis with this direction as a reference. Can change.

走査制御部41は、第1の実施形態と同様にプローブ走査機構13を制御するとともに、アンテナ支持部40の方位角変更機構部40a及び仰角変更機構部40bを制御するようになっている。   The scanning control unit 41 controls the probe scanning mechanism 13 as in the first embodiment, and controls the azimuth angle changing mechanism unit 40a and the elevation angle changing mechanism unit 40b of the antenna support unit 40.

以上説明したように、本実施形態に係るアンテナ測定システム2は、被測定アンテナ100が基準方向を向いているときのビーム方向が測定平面Pの中央から離れている場合であっても、被測定アンテナ100を回転させることにより、最小限度の大きさの測定平面Pで指向性を求めることができる。   As described above, the antenna measurement system 2 according to the present embodiment is capable of measuring even when the beam direction when the antenna 100 under measurement is facing the reference direction is away from the center of the measurement plane P. By rotating the antenna 100, the directivity can be obtained on the measurement plane P having the minimum size.

1,2 アンテナ測定システム
11,40 アンテナ支持部
12,12a,12b,12c,p'1〜p'3 プローブアンテナ
p1 中心プローブアンテナ
p2 左プローブアンテナ
p3 右プローブアンテナ
p4 上プローブアンテナ
p5 下プローブアンテナ
12p 開口面
12s スリット
12w 壁部
13 プローブ走査機構
14,41 走査制御部
15 切替スイッチ
16 振幅位相差測定部
17 記憶部
18 位相算出部
19 振幅平均化部
20 遠方界指向性算出部
21 表示部
22 制御部
23 位相差平均化部
30,31 導波路
31a 中央部
31b,31c 両側部
40a 方位角変更機構部
40b 仰角変更機構部
100 被測定アンテナ
100a 電磁波放射面
1, 2 Antenna measurement system 11, 40 Antenna support section 12, 12a, 12b, 12c, p'1 to p'3 Probe antenna p1 Center probe antenna p2 Left probe antenna p3 Right probe antenna p4 Upper probe antenna p5 Lower probe antenna 12p Opening surface 12s Slit 12w Wall part 13 Probe scanning mechanism 14, 41 Scan control part 15 Changeover switch 16 Amplitude phase difference measurement part 17 Storage part 18 Phase calculation part 19 Amplitude averaging part 20 Far field directivity calculation part 21 Display part 22 Control Unit 23 Phase difference averaging unit 30, 31 Waveguide 31a Central portion 31b, 31c Both sides 40a Azimuth angle changing mechanism 40b Elevation angle changing mechanism 100 Antenna to be measured 100a Electromagnetic wave radiation surface

Claims (9)

RF機能を一体化してなる被測定アンテナ(100)から送信される無線信号の振幅及び位相を近傍界で測定するアンテナ測定システム(1)であって、
前記被測定アンテナの近傍界領域の所定の測定平面内に配置された複数の測定位置において、前記無線信号を受信する複数のプローブアンテナ(12)と、
前記複数のプローブアンテナの相対位置を維持しながら、前記複数の測定位置に各前記プローブアンテナを移動させるプローブ走査機構(13)と、
前記プローブ走査機構により各前記プローブアンテナが前記測定位置に移動されるごとに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号間の位相差を測定するとともに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号の振幅を測定する振幅位相差測定部(16)と、
前記振幅位相差測定部により測定された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出する位相算出部(18)と、を備えることを特徴とするアンテナ測定システム。
An antenna measurement system (1) for measuring the amplitude and phase of a radio signal transmitted from an antenna under measurement (100) integrated with an RF function in the near field,
A plurality of probe antennas (12) for receiving the radio signals at a plurality of measurement positions arranged in a predetermined measurement plane in a near field region of the antenna under measurement;
A probe scanning mechanism (13) for moving each of the probe antennas to the plurality of measurement positions while maintaining a relative position of the plurality of probe antennas;
Each time each probe antenna is moved to the measurement position by the probe scanning mechanism, a phase difference between radio signals received by the plurality of probe antennas is measured, and radio signals received by the plurality of probe antennas are measured. An amplitude phase difference measurement unit (16) for measuring the amplitude of the signal;
An antenna measurement system comprising: a phase calculation unit (18) that calculates a phase of the radio signal at each measurement position from a phase difference measured by the amplitude phase difference measurement unit.
前記振幅位相差測定部により測定された振幅の情報、及び、前記位相算出部により算出された位相の情報を用いて、遠方界の電界強度分布を算出する遠方界指向性算出部(20)を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ測定システム。   A far-field directivity calculating unit (20) for calculating a far-field electric field intensity distribution using the amplitude information measured by the amplitude phase difference measuring unit and the phase information calculated by the phase calculating unit. The antenna measurement system according to claim 1, further comprising: 前記複数のプローブアンテナは、前記プローブ走査機構により同時に4つ以上の測定位置に配置され、当該4つ以上の測定位置のうち隣接するいずれか2つの前記測定位置を結ぶ直線に対して線対称になるように配置されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアンテナ測定システム。   The plurality of probe antennas are simultaneously arranged at four or more measurement positions by the probe scanning mechanism, and are symmetrical with respect to a straight line connecting any two adjacent measurement positions among the four or more measurement positions. The antenna measurement system according to claim 1, wherein the antenna measurement system is arranged as follows. 前記複数のプローブアンテナは、中心プローブアンテナ(p1)と、前記中心プローブアンテナを中心として前記測定平面の水平方向に対称に配置される左プローブアンテナ(p2)及び右プローブアンテナ(p3)と、前記中心プローブアンテナを中心として前記測定平面の垂直方向に対称に配置される上プローブアンテナ(p4)及び下プローブアンテナ(p5)と、を含み、
前記位相算出部は、隣接する2つの測定位置において前記振幅位相差測定部により測定された複数の位相差を平均化する位相差平均化部(23)を有し、前記位相差平均化部により平均化された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアンテナ測定システム。
The plurality of probe antennas include a center probe antenna (p1), a left probe antenna (p2) and a right probe antenna (p3) arranged symmetrically in the horizontal direction of the measurement plane with the center probe antenna as a center, An upper probe antenna (p4) and a lower probe antenna (p5) arranged symmetrically in the vertical direction of the measurement plane with the center probe antenna as a center,
The phase calculation unit includes a phase difference averaging unit (23) that averages a plurality of phase differences measured by the amplitude phase difference measurement unit at two adjacent measurement positions, and the phase difference averaging unit The antenna measurement system according to claim 1 or 2, wherein the phase of the radio signal at each measurement position is calculated from the averaged phase difference.
前記複数のプローブアンテナのうちの少なくとも1つは、所定周波数範囲の電磁波を伝搬させる導波路(31)を有し、当該導波路の断面形状が両側部(31b,31c)の高さに対して中央部(31a)の高さが小となるダブルリッジ導波管であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のアンテナ測定システム。   At least one of the plurality of probe antennas has a waveguide (31) for propagating electromagnetic waves in a predetermined frequency range, and the cross-sectional shape of the waveguide is relative to the height of both side portions (31b, 31c). The antenna measurement system according to any one of claims 1 to 4, wherein the antenna measurement system is a double ridge waveguide in which the height of the central portion (31a) is small. 前記複数のプローブアンテナのうちの隣接する少なくとも2つは前記ダブルリッジ導波管であり、
隣接する2つの前記ダブルリッジ導波管を仕切る壁部(12w)に、前記ダブルリッジ導波管の開口面(12p)側から前記導波路の長手方向に沿って所定長さのスリット(12s)が設けられたことを特徴とする請求項5に記載のアンテナ測定システム。
At least two adjacent ones of the plurality of probe antennas are the double ridge waveguide;
A slit (12s) having a predetermined length along the longitudinal direction of the waveguide from the opening surface (12p) side of the double ridge waveguide to the wall (12w) that partitions the two adjacent double ridge waveguides The antenna measurement system according to claim 5, wherein the antenna measurement system is provided.
前記複数のプローブアンテナの開口形状は同一であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のアンテナ測定システム。   The antenna measurement system according to claim 1, wherein the plurality of probe antennas have the same opening shape. 前記被測定アンテナを支持するアンテナ支持部(40)を更に備え、
前記アンテナ支持部は、前記被測定アンテナの電磁波放射面(100a)が前記測定平面に正対する向きを基準方向とし、前記電磁波放射面の向きを前記基準方向から変更できるように構成されることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のアンテナ測定システム。
An antenna support (40) for supporting the antenna under measurement;
The antenna support portion is configured so that an electromagnetic radiation surface (100a) of the antenna to be measured is in a direction facing the measurement plane as a reference direction, and the direction of the electromagnetic radiation surface can be changed from the reference direction. The antenna measurement system according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のアンテナ測定システムを用いるアンテナ測定方法であって、
前記複数のプローブアンテナの相対位置を維持しながら、複数の測定位置に各前記プローブアンテナを移動させるプローブ走査ステップ(S2)と、
各前記プローブアンテナが前記測定位置に走査されるごとに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号間の位相差を測定するとともに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号の振幅を測定する振幅位相差測定ステップ(S4)と、
前記振幅位相差測定ステップで測定された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出する位相算出ステップ(S7)と、を含むことを特徴とするアンテナ測定方法。
An antenna measurement method using the antenna measurement system according to any one of claims 1 to 8,
A probe scanning step (S2) for moving each of the probe antennas to a plurality of measurement positions while maintaining the relative positions of the plurality of probe antennas;
Each time each probe antenna is scanned to the measurement position, the phase difference between the radio signals received by the plurality of probe antennas is measured, and the amplitude of the radio signal received by the plurality of probe antennas is measured. An amplitude phase difference measuring step (S4),
An antenna measurement method comprising: a phase calculation step (S7) for calculating a phase of the radio signal at each measurement position from the phase difference measured in the amplitude phase difference measurement step.
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