JP2019178936A - 無線端末測定装置及び無線端末測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の円偏波アンテナを用いて、ビーム方向を制御可能なアンテナを有する無線端末に対する測定を行うことができる無線端末測定装置及び無線端末測定方法を提供する。【解決手段】ＤＵＴ１００のアンテナ１１０から送信される被測定信号のビームの方向を制御するビーム方向制御部６４と、複数の円偏波アンテナ２０を介して受信された被測定信号の電力を測定する電力測定部６９ａと、電力測定部６９ａにより測定された電力に基づいて、アンテナ１１０から送信された被測定信号のビームの方向を推定するビーム方向推定部６９ｂと、ビーム方向推定部６９ｂにより推定された被測定信号のビームの方向が、ビーム方向制御部６４により制御されたビームの方向に一致しているか否かを判定するビーム方向判定部６９ｃと、を含み、ＤＵＴ１００の一面と、各円偏波アンテナ２０の第１の面が平行でない。【選択図】図１

Description

本発明は、円偏波アンテナを用いた無線端末測定装置及び無線端末測定方法に関する。

近年、マルチメディアの進展に伴い、セルラ、無線ＬＡＮ等の無線通信用のアンテナが実装された無線端末（スマートフォン等）が盛んに生産されるようになっている。今後は、特に、ミリ波帯の広帯域な信号を使用するＩＥＥＥ８０２．１１ａｄや５Ｇセルラ等に対応した無線信号を送受信する無線端末が求められている。

無線端末の製造工場においては、例えばＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）方式を採用した無線端末が備えている複数のアンテナに対して、通信規格ごとに定められた送信電波の出力レベルや受信感度の測定や、ビームフォーミング測定が行われ、それらの測定結果が所定の基準を満たすか否かを判定する性能試験が行われる。ここで、ビームフォーミングとは、複数のアンテナが送受する無線信号の振幅、位相を制御することによって、無線信号のビームの形状及び方向を変更できる技術である。

従来は、上記の性能試験を行う際には、被試験対象（Device Under Test：ＤＵＴ）としての無線端末を１台ずつシールドボックスや電波暗室内に入れて、ＤＵＴの制御端子やアンテナ端子を同軸ケーブルにより測定器に接続するという作業が行われていた。１日に何万台ものＤＵＴの検査が要求されうる現状においては、１台にかけられる検査時間は非常に限られており、短時間での効率的な測定が必要となっている。

しかしながら、測定器による測定時間を短縮することは、測定器に内蔵されるＣＰＵの高速化や並列化により可能であるが、ＤＵＴと測定器との同軸ケーブルによる接続時間については、同軸ケーブルがユーザによって物理的に接続されるものであるため、大幅に時間短縮することは難しい。

また、ＤＵＴのアンテナがＫ及びＫａバンド帯（１８ＧＨｚ〜４０ＧＨｚ）の無線信号を放射するものである場合には、ＤＵＴのアンテナ端子と測定器とを同軸ケーブルで接続する構成では、アンテナからの信号が同軸ケーブルで伝送される際の損失が大きく、精度の良い測定が行えないという問題があった。

そこで、ＤＵＴとの無線信号の送受によりＤＵＴの性能試験を実行し、ＤＵＴと測定器との同軸ケーブル接続を不要とする測定器が提案されている。このような測定器は、ＤＵＴのアンテナと無線信号の送受を行うためのアンテナとして、例えば円偏波アンテナを備えている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開２００６／０５１９４７号

特許文献１に開示されたような円偏波アンテナを用いてＤＵＴのアンテナと無線信号の送受を行う構成においては、円偏波アンテナの放射面と、ＤＵＴのアンテナの放射面とが平行に配置される。しかしながら、平行に配置された２つのアンテナ間で逆位相の信号成分同士が打ち消し合うような多重反射が発生すると、２つのアンテナによる伝送特性Ｓ_２１の使用周波数付近に、理想的な平坦な特性と比較して数ｄＢ程度の凹み（振幅誤差）が現れる場合がある。

近年、スマートフォンなどの無線端末では、消費電力を抑えてバッテリの持ち時間を長くするために、内部の増幅器を非線形領域で高効率に動作させる制御が行われるようになってきている。このような増幅器の非線形性により入力信号に歪を与えるＤＵＴに対して、円偏波アンテナとＤＵＴのアンテナとの伝送特性Ｓ_２１に振幅誤差がある状態で性能試験を行った場合、送受信特性測定やビームフォーミング測定の測定精度が著しく悪化してしまう。

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、複数の円偏波アンテナを用いて、無線端末のアンテナと円偏波アンテナとの間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を抑制して、ビーム方向を制御可能なアンテナを有する無線端末に対する測定を行うことができる無線端末測定装置及び無線端末測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る無線端末測定装置は、一面側に設置されたビーム方向を制御可能なアンテナを有する被試験対象に対して測定を行う無線端末測定装置であって、前記被試験対象の一面に対向する位置に配置されて、前記アンテナに空間的に結合される複数の円偏波アンテナと、前記アンテナから送信される被測定信号のビームの方向を制御するビーム方向制御部と、前記ビーム方向制御部により制御された前記被測定信号を前記複数の円偏波アンテナを介して受信する信号受信部と、前記信号受信部により受信された前記被測定信号に対して解析処理を行う解析処理部と、を備え、前記解析処理部は、各前記円偏波アンテナを介して前記信号受信部により受信された前記被測定信号の電力を測定する電力測定部と、前記電力測定部により測定された前記電力に基づいて、前記アンテナから送信された前記被測定信号のビームの方向を推定するビーム方向推定部と、前記ビーム方向推定部により推定された前記被測定信号のビームの方向が、前記ビーム方向制御部により制御された前記ビームの方向に一致しているか否かを判定するビーム方向判定部と、を含み、前記円偏波アンテナは、誘電体基板と、前記被試験対象の一面に対向する前記誘電体基板の第１の面に形成され、所定の偏波の回転方向を有する円偏波型のアンテナ素子と、を有し、前記アンテナが設置された前記被試験対象の一面と、各前記円偏波アンテナの前記誘電体基板の第１の面が平行でない構成である。

この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、被試験対象と測定用アンテナとしての複数の円偏波アンテナとの位置関係を固定した状態で、被試験対象に対するビームフォーミング測定を含む測定を行うことができる。

また、この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、被試験対象のアンテナと円偏波アンテナとの間における被測定信号の多重反射を低減することができる。すなわち、本発明に係る無線端末測定装置は、被試験対象のアンテナと円偏波アンテナとの間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を抑制して、被試験対象に対する測定を行うことができる。

また、本発明に係る無線端末測定装置は、前記被試験対象はさらに他面側に設置されたもう一つのアンテナを含む複数のアンテナを有し、前記複数の円偏波アンテナは、被試験対象の一面に対向する位置に配置されて、前記被試験対象の一面側に設置された前記アンテナに空間的に結合される第１円偏波アンテナと、前記被試験対象の他面に対向する位置に配置されて、前記被試験対象の他面側に設置された前記アンテナに空間的に結合される第２円偏波アンテナと、を含み、前記第１円偏波アンテナと前記第２円偏波アンテナとで前記所定の偏波の回転方向が異なる構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、被試験対象を挟んで対向する互いに偏波の回転方向が異なる円偏波アンテナ間にシールド材などの信号を遮断する物体を設置することなく、対向する円偏波アンテナ間のアイソレーション性能を保つことができる。

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、各前記アンテナの放射面の法線と、前記アンテナが設置された前記被試験対象の一面又は他面の法線が平行であり、各前記アンテナの放射方向は各前記アンテナの放射面の法線方向である構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、被試験対象のアンテナと円偏波アンテナとの間における被測定信号の多重反射を低減することができる。

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、前記円偏波アンテナは、前記誘電体基板の第１の面の反対面である第２の面側に重合される地板導体と、それぞれの一端側が前記地板導体に接続され、前記誘電体基板をその厚さ方向に沿って貫通し、かつそれぞれの他端側が前記誘電体基板の第１の面まで延びて、前記アンテナ素子を囲むように所定間隔で設けられることにより、キャビティを構成する複数の金属ポストと、前記誘電体基板の第１の面側に、前記複数の金属ポストの各他端側をその並び方向に沿って短絡し、かつ前記アンテナ素子方向に所定幅を有するリムが設けられている枠状導体と、を具備し、前記キャビティ及び前記枠状導体とで共振器を構成し、前記共振器と前記アンテナ素子との構造パラメータを調整して、前記共振器の共振周波数を所望の値に設定し、前記構造パラメータは、前記キャビティの内寸Ｌｗ、前記枠状導体の前記リム幅Ｌ_Ｒ、前記アンテナ素子の巻数、前記アンテナ素子の基本長ａ０、前記アンテナ素子の素子幅Ｗの少なくとも一つを含み、かつ、前記枠状導体の前記リム幅Ｌ_Ｒは、前記誘電体基板の表面に沿って伝播する表面波の波長の略１／４の幅であってもよい。

この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、各円偏波アンテナの表面波の発生を抑制することが可能となるため、各円偏波アンテナが他の円偏波アンテナの影響を受けることなく、被試験対象のアンテナの放射特性を測定することができる。

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、各前記円偏波アンテナの前記誘電体基板の第１の面の法線と、各前記円偏波アンテナの放射面の法線が平行であり、各前記円偏波アンテナの放射方向は各前記円偏波アンテナの放射面の法線方向であってもよい。

この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、被試験対象のアンテナと円偏波アンテナとの間における試験信号の多重反射を低減することができる。

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、前記アンテナ素子は、スパイラルの中心側端部を有する方形スパイラル型又は円形スパイラル型に形成され、前記方形スパイラル型又は円形スパイラル型に形成された前記アンテナ素子の前記スパイラルの中心側端部に一端側が接続されて前記誘電体基板及び前記地板導体を貫通して設けられる給電ピンを更に具備する構成であってもよい。

また、本発明に係る無線端末測定方法は、上記のいずれかの無線端末測定装置を用いる無線端末測定方法であって、前記アンテナから送信される前記被測定信号のビームの方向を制御するビーム方向制御ステップと、前記ビーム方向制御ステップにより制御された前記被測定信号を前記複数の円偏波アンテナを介して受信する信号受信ステップと、前記信号受信ステップにより受信された前記被測定信号に対して解析処理を行う解析処理ステップと、を含み、前記解析処理ステップは、各前記円偏波アンテナを介して前記信号受信ステップにより受信された前記被測定信号の電力を測定する電力測定ステップと、前記電力測定ステップにより測定された前記電力に基づいて、前記アンテナから送信された前記被測定信号のビームの方向を推定するビーム方向推定ステップと、前記ビーム方向推定ステップにより推定された前記被測定信号のビームの方向が、前記ビーム方向制御ステップにより制御された前記ビームの方向に一致しているか否かを判定するビーム方向判定ステップと、を含む。

この構成により、本発明に係る無線端末測定方法は、被試験対象と測定用アンテナとしての複数の円偏波アンテナとの位置関係を固定した状態で、被試験対象に対するビームフォーミング測定を含む測定を行うことができる。

本発明は、複数の円偏波アンテナを用いて、無線端末のアンテナと円偏波アンテナとの間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を抑制して、ビーム方向を制御可能なアンテナを有する無線端末に対する測定を行うことができる無線端末測定装置及び無線端末測定方法を提供するものである。

本発明の第１の実施形態に係る無線端末測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る無線端末測定装置が備える円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナのＬＨＣＰの構成を示す正面図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナのＲＨＣＰの構成の正面図である。 本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナの構成を示す背面図である。 （ａ）は図３（ａ）の４Ａ−４Ａ拡大断面図であり、（ｂ）は図３（ａ）の変形例における４Ｂ−４Ｂ線拡大断面図である。 図３（ａ）の５−５線拡大断面図である。 （ａ）は本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナの要部の構成を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナの要部の変形例の構成を示す拡大正面図である。 本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナの要部の他の変形例の構成を示す拡大正面図である。 本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナの要部の構成を除いたときの特性図である。 本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナの要部の構成を用いたときの特性図である。 本発明の第１の実施形態に係る無線端末測定装置が備えるシールドボックスの構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る無線端末測定装置が備えるシールドボックスの内部構造を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る無線端末測定装置が備えるアンテナ保持部の構成を示す斜視図である。 図１３のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る無線端末測定装置が備えるアンテナ保持部の移動を説明するための平面図である。 本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナの放射遠方界領域を説明するためのグラフである。 本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナとＤＵＴのアンテナとの位置関係の一例を示す模式図である。 （ａ）は本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナのＳ_１１とＳ_２１を測定するための構成を示す模式図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナのＳ_１１とＳ_２１を測定するための他の構成を示す模式図である。 図１８（ａ）の構成で測定された本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナのＳ_１１を示すグラフである。 図１８（ａ）の構成で測定された本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナのＳ_２１を示すグラフである。 図１８（ｂ）の構成で測定された本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナのＳ_１１を示すグラフである。 図１８（ｂ）の構成で測定された本発明の第１の実施形態における円偏波アンテナのＳ_２１を示すグラフである。 （ａ）は本発明の第１の実施形態における２つの円偏波アンテナ間の距離を１ｃｍ、傾斜角度を０°とした場合のＳ_２１を示すグラフであり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態における２つの円偏波アンテナ間の距離を１ｃｍ、傾斜角度を５°とした場合のＳ_２１を示すグラフである。 （ａ）は本発明の第１の実施形態における２つの円偏波アンテナ間の距離を１．５ｃｍ、傾斜角度を０°とした場合のＳ_２１を示すグラフであり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態における２つの円偏波アンテナ間の距離を１．５ｃｍ、傾斜角度を５°とした場合のＳ_２１を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態における主偏波の回転方向が同一である２つの円偏波アンテナと、主偏波の回転方向が異なる２つの円偏波アンテナについて、２つの円偏波アンテナ間の距離を２ｃｍ、傾斜角度を５°とした場合のＳ_２１を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態における主偏波の回転方向が同一である２つの円偏波アンテナと、主偏波の回転方向が異なる２つの円偏波アンテナを備えた測定系において、２つの円偏波アンテナ間の距離を２ｃｍ、傾斜角度を５°とした場合の残留ＥＶＭの値を示す表である。 本発明の第１の実施形態に係る無線端末測定装置による無線端末測定方法の処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明に係る無線端末測定装置及び無線端末測定方法の実施形態について図面を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、ビーム方向を制御可能なアンテナ１１０を少なくとも１つ有するＤＵＴ１００に対して、送受信特性の測定やビームフォーミング測定などを行うものである。例えば、無線端末測定装置１は、複数の円偏波アンテナ２０が収容されたシールドボックス５０と、測定部５１と、表示部５２と、操作部５３と、を備えている。アンテナ１１０は、ビーム方向が制御可能であるフェイズドアレーアンテナを構成している。

ＤＵＴ１００は、例えば５Ｇ対応のミリ波通信を行うことができるスマートフォンなどの無線端末である。

アンテナ１１０は、垂直偏波や水平偏波などの直線偏波の電波を放射するようになっている。また、アンテナ１１０は、直線偏波の偏波方向を時間的に切り替えることが可能な構成であってもよい。

以下、円偏波アンテナ２０の構成について説明する。図２から図６は、円偏波アンテナ２０の基本構造を示している。

すなわち、図２は、円偏波アンテナ２０の構成を説明するために示す斜視図である。また、図３（ａ），（ｂ）は、円偏波アンテナ２０の構成を説明するために示す正面図である。また、図４は、円偏波アンテナ２０の構成を説明するために示す背面図である。また、図５（ａ）は、図３（ａ）の４Ａ−４Ａ線拡大断面図である。また、図５（ｂ）は、図３（ａ）の変形例における４Ｂ−４Ｂ線拡大断面図である。また、図６は、図３（ａ）の５−５線拡大断面図である。

本実施形態における円偏波アンテナ２０は、基本的には、図２から図６に示すように、誘電体基板２１と、誘電体基板２１の一面２１ａ側に重合される地板導体２２と、誘電体基板２１の反対面２１ｂに形成され、所定の偏波の回転方向を有する円偏波型のアンテナ素子２３と、を有している。なお、反対面２１ｂを第１の面とも称し、一面２１ａを第２の面とも称する。

さらに、地板導体２２を挟んだ誘電体基板２１の反対側には、アンテナ素子２３に励振信号を給電するための給電部２６が形成されている。給電部２６は、給電用誘電体基板２７と、給電用誘電体基板２７の地板導体２２と反対側の表面に形成され、地板導体２２をアースとするマイクロストリップ線路の給電ライン２８と、を有する。

上記の誘電体基板２１及び給電用誘電体基板２７としては、準ミリ波帯で低損失のＲＯ４００３（Ｒｏｇｅｒｓ社）などの材料を用いることができる。

この誘電体基板２１及び給電用誘電体基板２７の材質としては、低損失で誘電率が２〜５程度の材料であれば使用可能であり、例えば、ガラスクロステフロン基板や各種熱硬化樹脂基板が候補となる。例えば、図５（ａ）に示す構成では、誘電体基板２１及び給電用誘電体基板２７の誘電率をいずれも３．６２とし、誘電体基板２１の高さｈ_１を１．１ｍｍ、給電用誘電体基板２７の高さｈ_２を０．３ｍｍなどとすることができる。

アンテナ素子２３は、誘電体基板２１の反対面２１ｂ側に、例えば、パターン印刷技術によって形成された右巻き矩形スパイラル（図３（ａ）参照）又は左巻き矩形スパイラル（図３（ｂ）参照）の不平衡型のアンテナである。

また、円偏波アンテナ２０は、アンテナ素子２３のスパイラル中心側の側端部（給電点）に一端が接続され、誘電体基板２１をその厚さ方向に貫通して地板導体２２の穴２２ａを非導通に通過し、更に給電部２６を構成する給電用誘電体基板２７を貫通してその表面に他端側を突出させる給電ピン（ｆｅｅｄ ｐｉｎ）２５を有している。

なお、給電部２６は、上記のマイクロストリップ線路の構成に限定されず、不平衡型の給電線、例えば、同軸ケーブルや、地板導体２２をアースとするコプレーナ線路あるいはマイクロストリップ線路等により給電ピン２５の他端側から給電される構成であればよい。図３（ａ）に示した構成の円偏波アンテナ２０は、給電ピン２５から給電されることにより、アンテナ素子２３から主偏波の回転方向が左回りの円偏波（ｌｅｆｔ ｈａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＬＨＣＰ）の電波を放射することができる。一方、図３（ｂ）に示した構成の円偏波アンテナ２０は、給電ピン２５から給電されることにより、アンテナ素子２３から主偏波の回転方向が右回りの円偏波（ｒｉｇｈｔ ｈａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＲＨＣＰ）の電波を放射することができる。なお、図４以降の図面では、特に断りのない限り主偏波がＬＨＣＰの構成のみを示す。

ただし、これだけの構造のみによる円偏波アンテナでは、誘電体基板２１の表面に沿った表面波が励振されるため、その表面波の影響によって円偏波アンテナとして所望の特性が得られない。

そこで、本実施形態の円偏波アンテナ２０では、誘電体基板２１の表面に沿った表面波の励振を抑制するための構造として、上記構造に加えて、図５（ａ）、図６に示しているように、複数の金属ポスト３０によって構成されるキャビティ構造を採用している。

具体的には、例えば円柱状の複数の金属ポスト３０は、それぞれの一端側が地板導体２２に接続され、誘電体基板２１をその厚さ方向に沿って貫通し、かつそれぞれの他端側が誘電体基板２１の反対面２１ｂまで延びて、アンテナ素子２３を囲むように所定間隔で設けられることにより、キャビティを構成する。

さらに、本実施形態の円偏波アンテナ２０は、上記キャビティ構造に加えて、誘電体基板２１の反対面２１ｂ側に、複数の金属ポスト３０の各他端側をその並び方向に沿って順次短絡し、かつ各金属ポスト３０との接続位置からアンテナ素子２３方向に所定距離延びて設けられる枠状導体３２を備えている。

そして、本実施形態の円偏波アンテナ２０では、このキャビティ構造と、枠状導体３２との相乗効果によって、表面波を抑圧することができるようにしている。つまり、本実施形態の円偏波アンテナ２０は、上記のキャビティ構造と枠状導体３２とを備えることにより、従来の一般的な平面アンテナと比較して、アンテナ側面からの電波の漏れを大幅に抑制することができる。

なお、複数の金属ポスト３０は、図５（ｂ）に示すように、誘電体基板２１を貫通する複数の穴３０１を形成し、この複数の穴３０１の内壁にメッキ加工（スルーホールメッキ）することによって複数の中空状の金属ポスト３０′として実現することもできる。

この場合、スルーホールメッキによる複数の中空状の金属ポスト３０′の下端部は、誘電体基板２１の一面２１ａ側にパターン印刷技術によって形成されるランド３０２を介して地板導体２２に接続されるようになされている。

以下、上記のキャビティ構造と枠状導体３２とによる表面波抑圧の効果を説明するために、各部の構造パラメータと、当該構造パラメータを変えて得られた円偏波アンテナ２０の特性についてのシミュレーション結果について説明する。

まず、各部の構造パラメータとなり得る要素について説明する。

この円偏波アンテナ２０の使用周波数はＫ及びＫａバンド帯の１８〜４０ＧＨｚであり、アンテナ素子２３の方形スパイラルは、基本長をａ０とし、該ａ０並びにその任意倍数の長さの線路を９０度の角度ごとに配置して構成する。

このような方形スパイラルの典型的な例を図７（ａ）に示す。すなわち、この例では、素子幅Ｗを０．２５ｍｍ、基本長ａ０を０．４５ｍｍとし、以下、９０度の角度ごとに２ａ０、２ａ０、３ａ０、３ａ０、４ａ０、４ａ０の線路長とし、最終線路長を３ａ０とし、全体で９巻き（ｎｉｎｅ−ｔｕｒｎ ｓｐｉｒａｌ）の方形スパイラルとしている。

また、図７（ｂ）に示す方形スパイラルは、図７（ａ）における基本長ａ０よりも長くした基本長ａ０′とし、巻数を減らした場合である。

この例では、素子幅Ｗを０．２５ｍｍ、基本長ａ０′を０．７ｍｍとし、以下、９０度の角度ごとに２ａ０′、２ａ０′、３ａ０′、３ａ０′、４ａ０′の線路長とし、最終線路長を約１．５ａ０′とし、全体で８巻き（ｅｉｇｈｔ−ｔｕｒｎ ｓｐｉｒａｌ）の方形スパイラルとしている。

この場合、最終線路長は、円偏波の軸比（ａｘｉａｌ ｒａｔｉｏ）や反射特性を最適化するように約１．５ａ０′に選んである。

なお、以下の説明及び実施形態では、円偏波アンテナ２０に採用すべきアンテナ素子２３として方形スパイラルの例を示している。

しかるに、図８に示すように、円偏波アンテナ２０に採用すべきアンテナ素子２３としては、方形スパイラルに代えて、円形スパイラルのアンテナ素子２３を用いることもできる。

この図８に示す円形スパイラルのアンテナ素子２３は、例えば、基準点からの半径初期値ＳＲ＝０．２ｍｍ、素子幅Ｗ＝０．３５ｍｍ、スパイラル間隔ｄ＝０．２ｍｍ、巻き数２．１２５の円形スパイラルによるアンテナ素子２３の場合であり、このような円形スパイラルによるアンテナ素子２３を円偏波アンテナ２０に用いた場合でも、上述した方形スパイラルのアンテナ素子２３を用いた場合とほぼ同等の結果が得られている。

また、誘電体基板２１の外形はアンテナ素子２３のスパイラル中心を中心とする正方形で、図３（ａ），（ｂ）に示すように、その一辺の長さをＬ（以下、外形長と記す）とし、キャビティの外形もこれと同心の正方形としている。

また、キャビティは、図５（ａ），（ｂ）に示すように、その内寸をＬｗとしている。さらに、枠状導体３２には、キャビティ内壁から内側へ延びる所定幅（以下、リム幅と記す）Ｌ_Ｒを有するリムが設けられている。

また、キャビティを形成する複数の金属ポスト３０の直径は、それぞれ、０．３ｍｍであり、各金属ポスト３０の間隔は０．９ｍｍである。

図９は、複数の金属ポスト３０によるキャビティ及び枠状導体３２を設けない場合における垂直面（図２、図３でｙｚ面）の放射特性についてのシミュレーション結果を示している。

図９において、Ｆ１、Ｆ１′は、外形長Ｌ＝１８ｍｍのときの主偏波（左回り円偏波：ＬＨＣＰ）と交差偏波（右回り円偏波：ＲＨＣＰ）の特性であり、Ｆ２、Ｆ２′は、外形長Ｌ＝２４ｍｍのときの主偏波と交差偏波の特性である。

ここで、円偏波アンテナとして要求される放射特性は、主偏波については０°方向を中心として対称でブロードな単峰特性であり、交差偏波（完全な円偏波であればゼロである）については、広い角度範囲において主偏波より十分低い放射強度となる必要がある。

これに対し、図９の主偏波の特性Ｆ１、Ｆ２は、共に非対称で利得に大きな暴れがあり、また、交差偏波についてみれば、−６０°、−４０°の近傍で主偏波と同等又はそれに近い放射レベルになっていることが分かる。

このような放射特性の乱れは、前記した表面波の影響によって発生している。

図１０は、複数の金属ポスト３０によって内寸Ｌｗ＝９ｍｍのキャビティを設け、更にリム幅Ｌ_Ｒ＝１．２ｍｍの枠状導体３２を設けたときの、外形長Ｌ＝１８ｍｍ及びＬ＝２４ｍｍにした場合の主偏波の特性Ｆ３、Ｆ４と交差偏波の特性Ｆ３′、Ｆ４′についてのシミュレーション結果を示している。

この図１０から明らかなように、主偏波の特性Ｆ３、Ｆ４は、０°方向を中心として対称でブロードな単峰特性となり、交差偏波の特性Ｆ３′、Ｆ４′についても、広い角度範囲において主偏波Ｆ３、Ｆ４より十分低い放射強度で緩慢な変化となっており、前記した円偏波アンテナとして要求される所望の特性が得られていることが分かる。

また、各部の構造パラメータを変えて行った前記と同様の幾つかの各種の放射特性についてのシミュレーションの結果、枠状導体３２が無い場合の放射特性は、誘電体基板２１の外形長Ｌとキャビティ内寸Ｌｗに対する依存性を示し、概略的な傾向を言えば、外形長Ｌが大きい（Ｌ＝２４，１８ｍｍ）場合、キャビティ内寸Ｌｗが３〜１０ｍｍまで大きくなるにつれて主偏波特性は３峰形から単峰形に近づくことが判明している。

また、誘電体基板２１の外形長Ｌが比較的小さい（Ｌ＝１２ｍｍ）場合、キャビティ内寸Ｌｗが３〜１０ｍｍまで間で大きくなるにつれて主偏波特性は双峰形から単峰形に近づくことが判明している。

しかし、いずれの場合でも、交差偏波の暴れが大きく使用角度範囲内いずれかにおいて主偏波成分との差が小さくなり、偏波選択性が低く、上記図１０のような所望の特性には至らないことが判明している。

なお、リム幅Ｌ_Ｒの１．２ｍｍは、誘電体基板２１の表面に沿って伝播する表面波の波長のほぼ１／４に相当している。つまり、このリム幅Ｌ_Ｒ＝１．２ｍｍの部分は、その先端側からポスト壁側を見たとき、表面波に対してインピーダンスが無限大となるλｇ／４（λｇは管内波長）の長さの伝送路を形成する。

したがって、誘電体基板２１の表面に沿った電流が流れないことになり、この電流阻止作用によって表面波の励振が抑圧され、放射特性の暴れを防いでいることになる。

よって、円偏波アンテナ２０を上記した以外の他の周波数帯に適用する場合には、その周波数に応じてリム幅Ｌ_Ｒを変更設定すればよい。

ところで、本実施形態の円偏波アンテナ２０は、誘電体基板２１に、複数の金属ポスト３０によるキャビティと枠状導体３２を設けることによって共振器を構成し、この共振器をアンテナ素子２３で励振していると考えることができる。

本実施形態の円偏波アンテナ２０は、共振器を構成しているので、共振周波数が存在し、その共振周波数では円偏波アンテナ２０の入力インピーダンスが非常に大きくなり、放射をしなくなる。

この場合、共振器の共振周波数は、共振器と円偏波のアンテナ素子２３との構造パラメータで決まる。

この構造パラメータは、前述したように、キャビティの内寸Ｌｗ、リム幅Ｌ_Ｒのほか、アンテナ素子２３の巻数、アンテナ素子２３の基本長ａ０、アンテナ素子２３の素子幅Ｗなどである。

したがって、アンテナ利得の周波数特性は、前記共振周波数付近で急激に深い落ち込み（ノッチ）が生じることになる。この共振周波数は、上記の構造パラメータを調整することにより、所望の値に設定することが可能である。

以下、シールドボックス５０の構成について説明する。図１１及び図１２に示すように、シールドボックス５０は、ＤＵＴ１００を周囲の電磁波からシールドするものであり、筐体１２０と、トレー１２１と、アンテナ保持部１２２と、を主に備えている。

筐体１２０のサイズは、例えば、幅が５６０ｍｍ、奥行きが６２０ｍｍ、高さが５６０ｍｍである。筐体１２０は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮やこれらの合金などの導電性の金属からなっており、外部に対して電磁波シールド機能を有する。筐体１２０は、これらの材質の金属の板に対して折り曲げなどの加工を行うことによって製造できるが、軽量化、省資源化のためにこれらの材質の板にパンチングによる穴あけを行なってもよい。あるいは、始めから板の代わりに網状の材料を採用してもよい。なお、穴や網目の大きさは、ＤＵＴ１００が出力する被測定信号の電波の波長よりも十分に小さければ（例えば１／１０波長以下）、シールドボックスとしての遮蔽性能を保つことができる。

なお、シールドボックス５０においては、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０又は円偏波アンテナ２０で発生する電磁波のシールドボックス５０内での反射を抑制するとともに、これらの電磁波がシールドボックス５０の外に漏洩するのを防止するための電波吸収体が、その内壁面に沿って設けられている。

トレー１２１は、ＤＵＴ１００を載置するための引き出し状の部材であり、少なくともＤＵＴ１００が載置される箇所の厚さ方向全体にわたって、比誘電率が比較的低く誘電損失の少ないポリエチレン、ポリアセタール（ＰＯＭ）やテフロン（登録商標）などの合成樹脂で形成されている。

トレー１２１は、筐体１２０の両側方に設置された２つのエアシリンダ１３０に取り付けられており、エアシリンダ１３０のＹ軸方向の往復運動によって、筐体１２０から引き出されて載置面１２１ａにＤＵＴ１００を載置可能な状態と、載置面１２１ａにＤＵＴ１００が載置された状態で筐体１２０の内部に収容される状態と、を取ることが可能になっている。載置面１２１ａに載置可能なＤＵＴ１００のサイズは、例えば、幅が３８ｍｍ〜２２１ｍｍ、高さが１２３ｍｍ〜３０６ｍｍ程度である。

図１２及び図１３に示すように、アンテナ保持部１２２は、例えば、Ｘ軸方向に延伸する２つのアンテナガイド１２３と、Ｙ軸方向に延伸する２つのアンテナガイド１２４と、からなり、シールドボックス５０内において複数の円偏波アンテナ２０を保持するようになっている。各アンテナガイド１２３，１２４は、比誘電率が比較的低く誘電損失の少ないポリエチレン、ポリアセタール（ＰＯＭ）やテフロン（登録商標）などの合成樹脂で形成されている。

アンテナ保持部１２２は、シールドボックス５０内において、例えばＤＵＴ１００の上方と下方に配置される。このアンテナ保持部１２２により、ＤＵＴ１００がシールドボックス５０内に収容された際に、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０と複数の円偏波アンテナ２０との位置関係が固定されるようになっている。

図１３は、ＤＵＴ１００とＤＵＴ１００の上方に配置されたアンテナ保持部１２２との位置関係を示している。図１３に示すように、Ｘ軸方向に延伸する２つのアンテナガイド１２３は、例えば、側方（Ｙ軸方向）から円偏波アンテナ２０を挿入可能な間隙１２３ａと、円偏波アンテナ２０の放射面を露出するための開口部１２３ｂを有している。同様に、Ｙ軸方向に延伸する２つのアンテナガイド１２４は、例えば、側方（Ｘ軸方向）から円偏波アンテナ２０を挿入可能な間隙１２４ａと、円偏波アンテナ２０の放射面を露出するための開口部１２４ｂを有している。円偏波アンテナ２０は、放射面側（すなわち、反対面２１ｂ側）がＤＵＴ１００の一面に対向するように配置されている。

アンテナ保持部１２２は、アンテナガイド１２３，１２４の任意の箇所に任意の個数の円偏波アンテナ２０を配置することが可能である。既に述べたように、円偏波アンテナ２０は、アンテナ側面からの電波の漏れが非常に少ないため、各アンテナガイド１２３，１２４において近接配置することも可能である。

なお、図１３に示した例においては、開口部１２３ｂ，１２４ｂが円偏波アンテナ２０の放射面と反対側の一面２１ａ側にも設けられているが、この一面２１ａ側の開口部を設けずに円偏波アンテナ２０の一面２１ａ側を全て覆うような構成としてもよい。

また、ＤＵＴ１００の下方に配置されたアンテナ保持部１２２も、ＤＵＴ１００の上方に配置されたアンテナ保持部１２２と同様の構成であり、円偏波アンテナ２０を放射面側（すなわち、反対面２１ｂ側）がＤＵＴ１００に対向するように保持する。

なお、図１３において、ＤＵＴ１００の各アンテナ１１０から円偏波アンテナ２０に向かう矢印は、ビームの方向の一例を示している。

図１４は、図１３のＡ−Ａ線断面図である。図１４に示すように、アンテナ保持部１２２は、円偏波アンテナ２０をＤＵＴ１００のアンテナ１１０の放射面に対して所定の傾斜角度θだけ傾けて保持するようになっている。ここで、θは例えば５°である。

なお、Ｘ軸方向に延伸する２つのアンテナガイド１２３は、Ｙ軸方向にそれぞれ平行移動させることが可能になっている。同様に、Ｙ軸方向に延伸する２つのアンテナガイド１２４は、Ｘ軸方向にそれぞれ平行移動させることが可能になっている。さらに、ＤＵＴ１００の上方及び下方に配置されたアンテナ保持部１２２全体をＺ軸方向にそれぞれ平行移動させることも可能になっている。

このため、ＤＵＴ１００をトレー１２１の載置面１２１ａに載置する際に厳密な位置決めを行わなくても、ＤＵＴ１００の載置位置やサイズに合わせて、アンテナガイド１２３，１２４の位置を移動させることにより、アンテナ保持部１２２に保持された複数の円偏波アンテナ２０をＤＵＴ１００の複数のアンテナ１１０に対して所望の位置に配置することが可能である。例えば、ＤＵＴ１００の各アンテナ１１０の真上に円偏波アンテナ２０を配置することなども可能である。

例えば、図１５（ａ）に示すようにＤＵＴ１００がトレー１２１の載置面１２１ａの中心に載置された状態、図１５（ｂ）に示すようにＤＵＴ１００がトレー１２１の載置面１２１ａの中心から外れた位置に載置された状態、図１５（ｃ）に示すようにサイズの大きなＤＵＴ１００がトレー１２１の載置面１２１ａに載置された状態のいずれの状態であっても、ＤＵＴ１００の載置位置に合わせてアンテナガイド１２３，１２４の位置を移動させることが可能である。

図１に示すように、測定部５１は、信号送信部６０と、信号受信部６１と、結合器６２と、ＳＷ６３と、ビーム方向制御部６４と、解析処理部６５と、記憶部６６と、測定制御部６７とを備えており、ＤＵＴ１００に対して送信電波の出力レベルや受信感度などに関する送受信特性の測定や、ビームフォーミング測定を行うようになっている。

信号送信部６０は、シールドボックス５０に収容されたＤＵＴ１００の各アンテナ１１０に向けて、各円偏波アンテナ２０から試験信号を出力するようになっている。

信号受信部６１は、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０から送信される被測定信号を、複数の円偏波アンテナ２０を介して受信するようになっている。

なお、上記の試験信号は、本実施形態の無線端末測定装置１に対してＤＵＴ１００を呼接続状態とするなどの、ＤＵＴ１００の通信規格に対応した各種制御を行うための制御信号を含むものとする。また、上記の被測定信号は、本実施形態の無線端末測定装置１から出力された試験信号に対するＤＵＴ１００からの応答信号や、後述するビーム方向制御部６４により振幅及び位相が制御された信号などである。

結合器６２は、信号送信部６０から出力される試験信号の出力周波数を通過させる広帯域の方向性結合器であり、例えばウィルキンソン型の分配器で構成される。結合器６２は、円偏波アンテナ２０と同軸ケーブルで接続されており、信号送信部６０から出力された試験信号を円偏波アンテナ２０に入力するとともに、各円偏波アンテナ２０で受信されたＤＵＴ１００からの被測定信号を信号受信部６１に入力することが可能となっている。

ＳＷ６３は、信号受信部６１の出力側を後述する送受信特性測定部６８に接続する状態、又は、信号受信部６１の出力側を後述するビームフォーミング測定部６９に接続する状態のいずれかの状態を取るように構成されている。

ビーム方向制御部６４は、シールドボックス５０の制御端子４０を介して、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０から送信される被測定信号のビームの形状及び方向を制御するための制御信号をＤＵＴ１００に出力するようになっている。例えば、ビーム方向制御部６４は、操作部５３により設定されたビームの形状及び方向を実現するように、被測定信号の振幅及び位相を制御することが可能になっている。ビーム方向制御部６４によりビーム方向が所望の方向に制御された被測定信号は、複数の円偏波アンテナ２０を介して信号受信部６１に受信される。

解析処理部６５は、信号受信部６１により受信された被測定信号に対して解析処理を行うようになっており、送受信特性測定部６８と、ビームフォーミング測定部６９と、を含む。

ここで、円偏波アンテナ２０から放射される電磁界の領域のうち、円偏波アンテナ２０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と呼ばれ、円偏波アンテナ２０の放射面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と呼ばれる。また、リアクティブ近傍界領域と放射遠方界領域の間の領域は放射近傍界領域と呼ばれる、距離に応じて指向性が変化する領域である。

放射近傍界領域は、円偏波アンテナ２０の開口長Ｄに対し、円偏波アンテナ２０の放射面から下記の式（１）を満たす距離Ｒ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。

例えば、円偏波アンテナ２０の開口長Ｄが１３ｍｍであるとすると、例えば２８ＧＨｚにおける放射近傍界領域の範囲Ｒは、式（１）より８．９ｍｍ〜３１．６ｍｍとなる。

図１６は、ホーンアンテナをＤＵＴ１００のアンテナ１１０に見立てて、このホーンアンテナから放射された電波を円偏波アンテナ２０で受信した場合のＳ_２１の測定結果を示すグラフである。この測定結果において、ホーンアンテナと円偏波アンテナ２０との距離が５ｃｍと１０ｃｍの場合のＳ_２１の曲線はほぼ同様の形状であり、パワーリニアリティが取れていることが分かる。このことから、少なくともホーンアンテナと円偏波アンテナ２０との距離が５ｃｍ以上の領域は、放射遠方界領域であるとみなすことができる。

送受信特性測定部６８は、ＳＷ６３により信号受信部６１の出力側が接続された状態で、例えば、変調精度（ＥＶＭ）、送信パワーレベル、送信スペクトラムマスク、エラーベクトル振幅、隣接チャネル漏洩電力、スプリアス放射の測定などを行うようになっている。さらに、送受信特性測定部６８は、ＭＩＭＯの受信試験に関する解析処理として、最小入力感度、最大入力レベル、隣接チャネル除去、非隣接チャネル除去などを実行することができる。この送受信特性測定部６８による測定は、主に放射近傍界領域又はリアクティブ近傍界領域で行われる。

ビームフォーミング測定部６９は、電力測定部６９ａと、ビーム方向推定部６９ｂと、ビーム方向判定部６９ｃと、を含む。このビームフォーミング測定部６９による測定は、主に放射遠方界領域で行われる。

電力測定部６９ａは、ＳＷ６３により信号受信部６１の出力側が接続された状態で、各円偏波アンテナ２０を介して信号受信部６１により受信された被測定信号の電力を測定するようになっている。さらに、電力測定部６９ａは、円偏波アンテナ２０ごとに測定した電力を、その円偏波アンテナ２０の位置の関数として記憶部６６に記憶させるようになっている。

ビーム方向推定部６９ｂは、電力測定部６９ａにより円偏波アンテナ２０ごとに測定された電力に基づいて、アンテナ１１０から送信された被測定信号のビームの形状及び方向を推定するようになっている。この推定は、例えば、記憶部６６に記憶された円偏波アンテナ２０の位置の関数としての電力を任意の補間法で補間することにより行われる。

ビーム方向判定部６９ｃは、ビーム方向推定部６９ｂにより推定された被測定信号のビームの方向が、ビーム方向制御部６４により制御されたビームの方向に一致しているか否かを判定するようになっている。

測定制御部６７は、例えばＣＰＵ、記憶部６６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、測定部５１を構成する上記各部の動作を制御する。

なお、信号送信部６０、信号受信部６１、ＳＷ６３、ビーム方向制御部６４、及び解析処理部６５は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのディジタル回路で構成することや、あらかじめ記憶部６６に記憶された所定のプログラムが測定制御部６７により実行されることによりソフトウェア的に構成することが可能である。あるいは、信号送信部６０、信号受信部６１、ＳＷ６３、ビーム方向制御部６４、及び解析処理部６５は、ディジタル回路によるハードウェア処理と所定のプログラムによるソフトウェア処理とを適宜組み合わせて構成することも可能である。なお、測定制御部６７は、新たなプログラム、あるいはバージョンを変更したプログラムを外部から受けて、記憶部６６への追加又は更新を行うこともできる。

表示部５２は、例えばＬＣＤやＣＲＴなどの表示機器で構成され、測定制御部６７からの制御信号に基づいて、測定結果の表示や、測定条件などを設定するためのソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象の表示を行うようになっている。

操作部５３は、ユーザによる操作入力を行うためのものであり、例えば表示部５２の表示画面の表面に設けられたタッチパネルで構成される。あるいは、操作部５３は、キーボード又はマウスのような入力デバイスを含んで構成されてもよい。また、操作部５３は、リモートコマンドなどによる遠隔制御を行う外部制御装置で構成されてもよい。操作部５３による入力操作は、測定制御部６７により検知されるようになっている。ユーザは、操作部５３を用いて、複数の通信規格の中からＤＵＴ１００が対応している通信規格を選択したり、アンテナ保持部１２２における円偏波アンテナ２０の位置を入力したり、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０から送信される被測定信号のビームの形状及び方向を設定したりすることが可能になっている。

図１７（ａ），（ｂ）は、本実施形態の無線端末測定装置１における複数の円偏波アンテナ２０とＤＵＴ１００の複数のアンテナ１１０との位置関係の一例を示している。ここでは、アンテナ保持部１２２の図示を省略している。なお、以下では、ＤＵＴ１００の一面側と他面側にそれぞれアンテナ１１０が設置されている場合を例に挙げて説明するが、ＤＵＴ１００の一面側又は他面側のみにアンテナ１１０が設置されている構成も本発明の範囲に含まれる。

複数の円偏波アンテナ２０は、ＤＵＴ１００の一面に対向する位置に配置されて、ＤＵＴ１００の一面側に設置されたアンテナ１１０に空間的に結合される第１円偏波アンテナ２０ａと、ＤＵＴ１００の他面に対向する位置に配置されて、ＤＵＴ１００の他面側に設置されたアンテナ１１０に空間的に結合される第２円偏波アンテナ２０ｂと、に分類される。なお、ＤＵＴ１００が一面側のみにアンテナ１１０を有するものである場合には、第２円偏波アンテナ２０ｂは省略可能である。同様に、ＤＵＴ１００が他面側のみにアンテナ１１０を有するものである場合には、第１円偏波アンテナ２０ａは省略可能である。

すなわち、第１円偏波アンテナ２０ａは、その反対面２１ｂがＤＵＴ１００のアンテナ１１０の放射面１１０ａとＤＵＴ１００の一面に対向する。また、第２円偏波アンテナ２０ｂは、その反対面２１ｂがＤＵＴ１００のアンテナ１１０の放射面１１０ａとＤＵＴ１００の他面に対向する。

各円偏波アンテナ２０の反対面２１ｂは、ＤＵＴ１００の各アンテナ１１０の放射面１１０ａに対して平行ではなく、既に述べたように傾斜角度θだけ傾いている。つまり、複数のアンテナ１１０が設置されたＤＵＴ１００の一面又は他面の法線と、各円偏波アンテナ２０の反対面２１ｂの法線は交差している。

ここで、各アンテナ１１０の放射面１１０ａの法線Ｎ２と、複数のアンテナ１１０が設置されたＤＵＴ１００の一面又は他面の法線とは平行である。また、各アンテナ１１０の放射方向は、各アンテナ１１０の放射面１１０ａの法線方向である。

また、各円偏波アンテナ２０の反対面２１ｂの法線Ｎ１と、各円偏波アンテナ２０の放射面の法線は平行である。また、各円偏波アンテナ２０の放射方向は、各円偏波アンテナ２０の放射面の法線方向である。

すなわち、図１７（ａ）に示すように、アンテナ１１０の放射面１１０ａから放射される被測定信号の放射方向は、円偏波アンテナ２０の反対面２１ｂの法線方向Ｎ１に対して平行ではない。このため、アンテナ１１０の放射面１１０ａから放射される被測定信号は、円偏波アンテナ２０とアンテナ１１０との間で反射されてシールドボックス５０の内壁面５０ａに向かい、内壁面５０ａで吸収される。このようにして、円偏波アンテナ２０とアンテナ１１０との間での被測定信号の多重反射が抑制される。

同様に、図１７（ｂ）に示すように、円偏波アンテナ２０のアンテナ素子２３から放射される試験信号の放射方向は、アンテナ１１０の放射面１１０ａの法線方向Ｎ２に対して平行ではない。このため、円偏波アンテナ２０から放射される試験信号は、円偏波アンテナ２０とアンテナ１１０との間で反射されてシールドボックス５０の内壁面５０ａに向かい、内壁面５０ａで吸収される。このようにして、円偏波アンテナ２０とアンテナ１１０との間での試験信号の多重反射が抑制される。

円偏波アンテナ２０は、アンテナ１１０から送信される被測定信号の直線偏波の偏波方向がいかなる方向であっても、被測定信号を良好に受信することができるように構成されている。また、円偏波アンテナ２０は、自身と偏波の回転方向が異なる円偏波アンテナからの信号を受信しにくい特性がある。

本実施形態においては、第１円偏波アンテナ２０ａと第２円偏波アンテナ２０ｂとでは偏波の回転方向が異なっている。例えば、第１円偏波アンテナ２０ａの主偏波をＲＨＣＰ、第２円偏波アンテナ２０ｂの主偏波をＬＨＣＰとすることができる。あるいは、逆に、第１円偏波アンテナ２０ａの主偏波をＬＨＣＰ、第２円偏波アンテナ２０ｂの主偏波をＲＨＣＰとすることができる。

このように、第１円偏波アンテナ２０ａと第２円偏波アンテナ２０ｂとで偏波の回転方向を異ならせることにより、図１７（ｂ）に示すように、ある円偏波アンテナ２０から送信された試験信号がＤＵＴ１００を挟んで対向する他の円偏波アンテナ２０で受信されることを抑制することができる。

なお、シールドボックス５０内での円偏波アンテナ２０の配置箇所及び個数は、図１２、図１３、及び図１７に示した例に限定されない。

以下、本実施形態における円偏波アンテナ２０のＳ_１１とＳ_２１の測定結果について説明する。以降に示す測定結果は、放射遠方界領域に比べて伝搬損失の小さい放射近傍界領域又はリアクティブ近傍界領域で行われたものである。

図１８（ａ）に示すように、主偏波がＲＨＣＰの２つの円偏波アンテナ２０を、給電ライン２８の延伸方向が揃う向きにアンテナ素子２３が形成された面（すなわち、誘電体基板２１の反対面２１ｂ）を平行に向かい合わせた状態（以下、「０°の対向状態」とも称する）において、信号分析装置７０を用いてＳ_１１とＳ_２１を測定した結果を図１９及び図２０に示す。

また、図１８（ｂ）に示すように、主偏波がＲＨＣＰの２つの円偏波アンテナ２０を、給電ライン２８の延伸方向が垂直になる向きにアンテナ素子２３が形成された面（すなわち、誘電体基板２１の反対面２１ｂ）を平行に向かい合わせた状態（以下、「９０°の対向状態」とも称する）において、信号分析装置７０を用いてＳ_１１とＳ_２１を測定した結果を図２１及び図２２に示す。

ここで、信号分析装置７０は、例えばネットワークアナライザ、又は、トラッキングジェネレータ機能付シグナルアナライザにより構成される。ここでのＳ_１１とＳ_２１の測定は、２つの円偏波アンテナ２０間の距離を２ｃｍにした状態で計５回行われたものである。ただし、１回の測定が終わるごとに２つの円偏波アンテナ２０を無限大とみなせる距離だけ離した後に、次の回の測定が行われている。

図１９〜図２２から、５回の測定で得られたＳ_１１とＳ_２１の周波数特性はグラフ上でほぼ重なっており、Ｓ_１１とＳ_２１のいずれについても再現性の高い測定結果が得られたことが分かる。なお、図２２の９０°の対向状態では２８ＧＨｚ付近のＳ_２１の凹みが見られるが、これは２つの円偏波アンテナ２０間で逆位相の信号成分同士が打ち消し合うような多重反射が発生したことにより、振幅誤差が現れたものと考えられる。

図２３及び図２４は、０°の対向状態において、主偏波がＲＨＣＰの２つの円偏波アンテナ２０間の距離と傾斜角度θを変化させた場合のＳ_２１の測定結果を示すグラフである。ここで、２つの円偏波アンテナ２０間の距離とは、各円偏波アンテナ２０の誘電体基板２１の反対面２１ｂにおいて給電ピン２５の中心軸が交わる位置間の距離であるとする。

図２３（ａ）は、主偏波がＲＨＣＰの２つの円偏波アンテナ２０間の距離を１ｃｍとし、傾斜角度θを０°とした場合のＳ_２１の測定結果であり、図中の楕円で囲んで示すように２５．５ＧＨｚ付近に振幅誤差による凹みが見られる。

図２３（ｂ）は、主偏波がＲＨＣＰの２つの円偏波アンテナ２０間の距離を１ｃｍとし、傾斜角度θを５°とした場合のＳ_２１の測定結果であり、図中の楕円で囲んで示すようにθ＝０°の場合に見られた２５．５ＧＨｚ付近の凹みが大幅に改善していることが分かる。

図２４（ａ）は、主偏波がＲＨＣＰの２つの円偏波アンテナ２０間の距離を１．５ｃｍとし、傾斜角度θを０°とした場合のＳ_２１の測定結果であり、図中の楕円で囲んで示すように２７．３ＧＨｚ付近に振幅誤差による凹みが見られる。

図２４（ｂ）は、主偏波がＲＨＣＰの２つの円偏波アンテナ２０間の距離を１．５ｃｍとし、傾斜角度θを５°とした場合のＳ_２１の測定結果であり、図中の楕円で囲んで示すようにθ＝０°の場合に見られた２７．３ＧＨｚ付近の凹みが消失していることが分かる。同様の効果はθ＝４°〜１０°の範囲においても得られている。

図２５は、主偏波の回転方向が同一である２つの円偏波アンテナ２０間の伝送特性Ｓ_２１と、主偏波の回転方向が異なる２つの円偏波アンテナ２０間の伝送特性Ｓ_２１を信号分析装置７０を用いて測定した結果を示すグラフである。

ここでのＳ_２１の測定は、２つの円偏波アンテナ２０間の距離と傾斜角度をそれぞれ２ｃｍと５°にした状態で行われたものである。また、図１８（ａ）に示すように、２つの円偏波アンテナ２０は、給電ライン２８の延伸方向が揃う向きにアンテナ素子２３が形成された面（すなわち、誘電体基板２１の反対面２１ｂ）が向かい合った状態となっている。

図２５のグラフから、主偏波が共にＲＨＣＰである２つの円偏波アンテナ２０間の伝送特性Ｓ_２１（実線）と比較して、主偏波がＲＨＣＰとＬＨＣＰである２つの円偏波アンテナ２０間の伝送特性Ｓ_２１（破線）は、２３ＧＨｚ以上の周波数範囲で２０ｄＢ程度低く、良好なアイソレーション性能を示していることが分かる。

本実施形態の無線端末測定装置１においては、主偏波の回転方向が異なる第１円偏波アンテナ２０ａと第２円偏波アンテナ２０ｂがＤＵＴ１００を挟んで対向しているため、第１円偏波アンテナ２０ａと第２円偏波アンテナ２０ｂとの間で更に良好なアイソレーション性能を得ることができる。

さらに、図１８（ａ）に示した測定系において、２つの円偏波アンテナ２０間の距離と傾斜角度をそれぞれ２ｃｍと５°にした場合の２８．５ＧＨｚにおける残留ＥＶＭは図２６に示すようになった。すなわち、測定系Ａ，Ｂのように２つの円偏波アンテナ２０の主偏波がいずれもＲＨＣＰである場合には、２つの円偏波アンテナ２０をシールドボックス５０内に入れて測定した場合と、シールドボックス５０外で測定した場合とで、残留ＥＶＭの値に変化は見られなかった。また、測定系Ｃ，Ｄのように２つの円偏波アンテナ２０の一方の主偏波がＬＨＣＰであり、他方の主偏波がＲＨＣＰである場合にも、２つの円偏波アンテナ２０をシールドボックス５０内に入れて測定した場合と、シールドボックス５０外で測定した場合とで、残留ＥＶＭの値に変化は見られなかった。

さらに、測定系Ａ〜Ｄにおいて２つの円偏波アンテナ２０間の伝送特性Ｓ_２１を測定したところ、２つの円偏波アンテナ２０をシールドボックス５０内に入れて測定した場合と、シールドボックス５０外で測定した場合とで、伝送特性Ｓ_２１に変化は見られなかった。

以上のことから、本実施形態の無線端末測定装置１のシールドボックス５０内においても、複数の円偏波アンテナ２０による反射波が振幅誤差をもたらさないことが分かる。

以下、本実施形態に係る無線端末測定装置１を用いる無線端末測定方法について、図２７のフローチャートを参照しながらその処理の一例を説明する。なお、ここでは、ＳＷ６３により信号受信部６１の出力側がビームフォーミング測定部６９に接続されているとする。

まず、ユーザによりＤＵＴ１００がトレー１２１の載置面１２１ａに載置され、操作部５３の操作によりトレー１２１上に載置されたＤＵＴ１００がシールドボックス５０に収容される（ステップＳ１）。

次に、ユーザによる操作部５３の操作により、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０から送信される被測定信号のビームについて、所望の形状及び方向が入力される（ステップＳ２）。

次に、ビーム方向制御部６４は、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０から送信される被測定信号のビームの形状及び方向を、ステップＳ２により入力された状態に制御する（ビーム方向制御ステップＳ３）。

次に、信号受信部６１は、ステップＳ３により制御された被測定信号を複数の円偏波アンテナ２０を介して受信する（信号受信ステップＳ４）。

次に、ビームフォーミング測定部６９は、ステップＳ４により受信された被測定信号に対して、以下のステップＳ５〜Ｓ７の解析処理を行う（解析処理ステップ）。

まず、電力測定部６９ａは、ステップＳ４により受信された被測定信号の電力を測定する（電力測定ステップＳ５）。

次に、ビーム方向推定部６９ｂは、ステップＳ５により測定された電力に基づいて、アンテナ１１０から送信された被測定信号のビームの形状及び方向を推定する（ビーム方向推定ステップＳ６）。

次に、ビーム方向判定部６９ｃは、ステップＳ６により推定された被測定信号のビームの方向が、ステップＳ３により制御されたビームの方向に一致しているか否かを判定する（ビーム方向判定ステップＳ７）。

次に、表示部５２は、ステップＳ７による判定結果を表示する（ステップＳ８）。

なお、ＤＵＴ１００にビーム方向を制御可能なアンテナ１１０が複数備えられている場合には、測定制御部６７は、全てのアンテナ１１０についてステップＳ７による判定処理が行われたか否かを判定する（ステップＳ９）。否定判定の場合にはステップＳ２からステップＳ８までの処理が繰り返され、各アンテナ１１０についてそれぞれ被測定信号のビームの形状及び方向が算出される。肯定判定の場合には処理が終了する。

以上説明したように、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、ＤＵＴ１００と測定用アンテナとしての複数の円偏波アンテナ２０との位置関係を固定した状態で、ＤＵＴ１００に対するビームフォーミング測定を含む測定を行うことができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、アンテナガイド１２３，１２４の高さを変化させることにより、放射近傍界領域又はリアクティブ近傍界領域での送受信特性の測定と、放射遠方界領域でのビームフォーミング測定とを行うことができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、ＤＵＴ１００がトレー１２１の載置面１２１ａに載置された位置に合わせてアンテナ保持部１２２を移動させることができるため、載置面１２１ａにおけるＤＵＴ１００の位置決めを厳密に行う必要がなく、大きさや形状が異なる各種のＤＵＴ１００のセッティングを容易に行うことができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、アンテナガイド１２３，１２４の任意の箇所に任意の個数の円偏波アンテナ２０を配置することが可能であるため、ＤＵＴと測定用アンテナとしての円偏波アンテナ２０との位置関係が固定された状態であってもビームフォーミング測定を行うことができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、ＤＵＴ１００を挟んで対向する第１円偏波アンテナ２０ａと第２円偏波アンテナ２０ｂとで偏波の回転方向が異なっているため、対向する円偏波アンテナ２０間にシールド材などの信号を遮断する物体を設置することなく、対向する円偏波アンテナ２０間のアイソレーション性能を保つことができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、アンテナ１１０の放射面１１０ａから放射される被測定信号の放射方向が、円偏波アンテナ２０の反対面２１ｂの法線方向に対して平行ではないため、アンテナ１１０と円偏波アンテナ２０との間における被測定信号の多重反射を低減することができる。すなわち、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、アンテナ１１０と円偏波アンテナ２０との間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を抑制して、ＤＵＴ１００に対する測定を行うことができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、円偏波アンテナ２０のアンテナ素子２３から放射される試験信号の放射方向が、アンテナ１１０の放射面の法線方向に対して平行ではないため、アンテナ１１０と円偏波アンテナ２０との間における試験信号の多重反射を低減することができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、円偏波アンテナ２０の反対面２１ｂが、アンテナ１１０の放射面に対して平行ではないため、アンテナ１１０と円偏波アンテナ２０との間における被測定信号及び試験信号の多重反射を低減することができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１が備える円偏波アンテナ２０では、誘電体基板２１を貫通する金属ポスト３０を、アンテナ素子２３を囲むように並べてキャビティ構造とし、さらに、この金属ポスト３０の先端を並び方向に沿って短絡し、かつアンテナ素子２３方向に所定距離延びた枠状導体３２を設けている。これにより、円偏波アンテナ２０は、表面波の発生を抑制でき、アンテナの放射特性を所望の特性にすることができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、各円偏波アンテナ２０の表面波の発生を抑制できるため、各円偏波アンテナ２０が他の円偏波アンテナ２０の影響を受けることなく、アンテナ１１０の放射特性を測定することができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、測定用アンテナとして円偏波アンテナ２０を用いているため、アンテナ１１０から放射される被測定信号の直線偏波（例えば、垂直偏波や水平偏波）の向きに関わらず精度の良い測定が可能である。さらに、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、トレー１２１の載置面１２１ａに載置されたＤＵＴ１００の水平方向の設置角度に対する入出力パワーの変動を少なくすることができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、近接での測定を行うものであるため、電波暗室（チャンバー）を使用しなくても精度の良い測定が可能である。

１ 無線端末測定装置
２０ 円偏波アンテナ
２０ａ 第１円偏波アンテナ
２０ｂ 第２円偏波アンテナ
２１ 誘電体基板
２１ａ 一面
２１ｂ 反対面
２２ 地板導体
２３ アンテナ素子
２５ 給電ピン
２６ 給電部
２７ 給電用誘電体基板
２８ 給電ライン
３０ 金属ポスト
３２ 枠状導体
５０ シールドボックス
６０ 信号送信部
６１ 信号受信部
６４ ビーム方向制御部
６５ 解析処理部
６８ 送受信特性測定部
６９ ビームフォーミング測定部
６９ａ 電力測定部
６９ｂ ビーム方向推定部
６９ｃ ビーム方向判定部
１００ ＤＵＴ
１１０ アンテナ
１１０ａ 放射面

Claims (7)

1. 一面側に設置されたビーム方向を制御可能なアンテナ（１１０）を有する被試験対象（１００）に対して測定を行う無線端末測定装置（１）であって、
   前記被試験対象の一面に対向する位置に配置されて、前記アンテナに空間的に結合される複数の円偏波アンテナ（２０）と、
   前記アンテナから送信される被測定信号のビームの方向を制御するビーム方向制御部（６４）と、
   前記ビーム方向制御部により制御された前記被測定信号を前記複数の円偏波アンテナを介して受信する信号受信部（６１）と、
   前記信号受信部により受信された前記被測定信号に対して解析処理を行う解析処理部（６５）と、を備え、
   前記解析処理部は、
   各前記円偏波アンテナを介して前記信号受信部により受信された前記被測定信号の電力を測定する電力測定部（６９ａ）と、
   前記電力測定部により測定された前記電力に基づいて、前記アンテナから送信された前記被測定信号のビームの方向を推定するビーム方向推定部（６９ｂ）と、
   前記ビーム方向推定部により推定された前記被測定信号のビームの方向が、前記ビーム方向制御部により制御された前記ビームの方向に一致しているか否かを判定するビーム方向判定部（６９ｃ）と、を含み、
   前記円偏波アンテナは、
   誘電体基板（２１）と、
   前記被試験対象の一面に対向する前記誘電体基板の第１の面（２１ｂ）に形成され、所定の偏波の回転方向を有する円偏波型のアンテナ素子（２３）と、を有し、
   前記アンテナが設置された前記被試験対象の一面と、各前記円偏波アンテナの前記誘電体基板の第１の面が平行でないことを特徴とする無線端末測定装置。
2. 前記被試験対象はさらに他面側に設置されたもう一つのアンテナを含む複数のアンテナ（１１０）を有し、
   前記複数の円偏波アンテナは、被試験対象の一面に対向する位置に配置されて、前記被試験対象の一面側に設置された前記アンテナに空間的に結合される第１円偏波アンテナ（２０ａ）と、前記被試験対象の他面に対向する位置に配置されて、前記被試験対象の他面側に設置された前記アンテナに空間的に結合される第２円偏波アンテナ（２０ｂ）と、を含み、
   前記第１円偏波アンテナと前記第２円偏波アンテナとで前記所定の偏波の回転方向が異なることを特徴とする無線端末測定装置。
3. 各前記アンテナの放射面の法線と、前記アンテナが設置された前記被試験対象の一面又は他面の法線が平行であり、
   各前記アンテナの放射方向は各前記アンテナの放射面の法線方向であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線端末測定装置。
4. 前記円偏波アンテナは、
   前記誘電体基板の第１の面の反対面である第２の面（２１ａ）側に重合される地板導体と（２２）、
   それぞれの一端側が前記地板導体に接続され、前記誘電体基板をその厚さ方向に沿って貫通し、かつそれぞれの他端側が前記誘電体基板の第１の面まで延びて、前記アンテナ素子を囲むように所定間隔で設けられることにより、キャビティを構成する複数の金属ポスト（３０）と、
   前記誘電体基板の第１の面側に、前記複数の金属ポストの各他端側をその並び方向に沿って短絡し、かつ前記アンテナ素子方向に所定幅を有するリムが設けられている枠状導体（３２）と、を具備し、
   前記キャビティ及び前記枠状導体とで共振器を構成し、前記共振器と前記アンテナ素子との構造パラメータを調整して、前記共振器の共振周波数を所望の値に設定し、前記構造パラメータは、前記キャビティの内寸Ｌｗ、前記枠状導体の前記リム幅Ｌ_Ｒ、前記アンテナ素子の巻数、前記アンテナ素子の基本長ａ０、前記アンテナ素子の素子幅Ｗの少なくとも一つを含み、かつ、前記枠状導体の前記リム幅Ｌ_Ｒは、前記誘電体基板の表面に沿って伝播する表面波の波長の略１／４の幅であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の無線端末測定装置。
5. 各前記円偏波アンテナの前記誘電体基板の第１の面の法線と、各前記円偏波アンテナの放射面の法線が平行であり、各前記円偏波アンテナの放射方向は各前記円偏波アンテナの放射面の法線方向であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線端末測定装置。
6. 前記アンテナ素子は、スパイラルの中心側端部を有する方形スパイラル型又は円形スパイラル型に形成され、
   前記方形スパイラル型又は円形スパイラル型に形成された前記アンテナ素子の前記スパイラルの中心側端部に一端側が接続されて前記誘電体基板及び前記地板導体を貫通して設けられる給電ピン（２５）を更に具備することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の無線端末測定装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の無線端末測定装置を用いる無線端末測定方法であって、
   前記アンテナから送信される前記被測定信号のビームの方向を制御するビーム方向制御ステップ（Ｓ３）と、
   前記ビーム方向制御ステップにより制御された前記被測定信号を前記複数の円偏波アンテナを介して受信する信号受信ステップ（Ｓ４）と、
   前記信号受信ステップにより受信された前記被測定信号に対して解析処理を行う解析処理ステップ（Ｓ５〜Ｓ７）と、を含み、
   前記解析処理ステップは、
   各前記円偏波アンテナを介して前記信号受信ステップにより受信された前記被測定信号の電力を測定する電力測定ステップ（Ｓ５）と、
   前記電力測定ステップにより測定された前記電力に基づいて、前記アンテナから送信された前記被測定信号のビームの方向を推定するビーム方向推定ステップ（Ｓ６）と、
   前記ビーム方向推定ステップにより推定された前記被測定信号のビームの方向が、前記ビーム方向制御ステップにより制御された前記ビームの方向に一致しているか否かを判定するビーム方向判定ステップ（Ｓ７）と、を含むことを特徴とする無線端末測定方法。

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