JP2019219255A - アンテナ測定装置及びアンテナ測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位相雑音の影響を低減してアンテナの指向性を高精度に測定することができるアンテナ測定装置及びアンテナ測定方法を提供する。【解決手段】被測定アンテナ２から送信される無線信号を近傍界で受信するプローブアンテナ１２と、プローブアンテナを測定平面Ｐ内でｘ軸方向に複数回掃引させて測定平面を網羅する第１の掃引と、ｙ軸方向に往復させる第２の掃引とを行わせるプローブ走査機構１３と、第１及び第２の掃引時にプローブアンテナで受信した信号の振幅及び位相を検出する振幅位相検出部２２と、第２の掃引の往路において振幅位相検出部で検出した位相と、第２の掃引の復路において振幅位相検出部で検出した位相との平均値を用いて、第１の掃引において振幅位相検出部で検出した位相を補正する位相補正部２４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナの特性を測定するアンテナ測定装置及びアンテナ測定方法に関する。

アンテナの近傍電磁界を測定して遠方界指向性を算出する近傍界測定法（Near Field Measurement；ＮＦＭ）が知られている。近傍界測定法は、アンテナ近傍で電磁界を測定するため、空間伝搬による電磁波の損失が小さく、指向性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。

図１２は、ＮＦＭによる従来のアンテナ測定装置１００の基本構成を示す。信号発生器１０２は、所定の無線周波（Radio Frequency；ＲＦ）の連続波（Continuous Wave；ＣＷ）を被測定アンテナ１０１に供給する。被測定アンテナ１０１の近傍にて、被測定アンテナ１０１から出力される電磁界をプローブアンテナ１１２で受信する。

振幅位相検出部１２２は、信号発生器１０２からのＲＦ信号を基準として、プローブアンテナ１１２で受信した信号の振幅と位相を検出する。具体的には、振幅位相検出部１２２は、プローブアンテナ１１２からのＲＦ信号と信号発生器１０２からのＲＦ信号との振幅比と位相差とを検出する。信号発生器１０２と振幅位相検出部１２２が一体化されたベクトルネットワークアナライザを使用することもできる。

プローブ走査機構１１３は、走査制御部１２１からの指示信号に従って被測定アンテナ１０１の近傍の測定平面Ｐをプローブアンテナ１１２で走査する。図１３は、プローブ走査機構１１３により実施されるプローブアンテナ１１２の掃引方法の一例を示す。図１３に示す掃引方法では、ｘ軸方向の掃引をｙ軸方向の間隔Δｙで所定の回数繰返して測定平面Ｐを網羅する。同図中、実線はアンテナ測定を伴うプローブアンテナ１１２の移動を示し、破線はアンテナ測定を伴わないプローブアンテナ１１２の移動（戻り）を示している。

遠方界算出部１２３は、振幅位相検出部１２２からの振幅及び位相の情報と走査制御部１２１からのプローブアンテナ１１２の位置情報とを用いて、遠方界の電界分布を算出する。具体的には、測定平面Ｐ内の位置（ｘ，ｙ）における振幅ｒ（ｘ，ｙ）と位相θ（ｘ，ｙ）から電界を複素数Ｅ（ｘ，ｙ）＝ｒ（ｘ，ｙ）・ｅ^{ｊθ（ｘ，ｙ）}で表し、測定平面Ｐ上の２次元複素電界データＥ（ｘ，ｙ）を２次元複素逆フーリエ変換し、２次元の座標軸を角度に変換することにより、遠方界の電界分布を得ることができる。

表示部１２６は、被測定アンテナ１０１の遠方界の指向性（電界分布）等を測定結果として表示する。

図１２の構成では、振幅位相検出部１２２は、信号発生器１０２からのＲＦ信号を基準として、プローブアンテナ１１２で受信したＲＦ信号の振幅と位相を検出する必要があるため、送信器（信号発生器）とアンテナが一体化したアクティブアンテナ等のようにＲＦ信号端子を持たない被測定アンテナの場合には適用することができないという問題があった。

図１４は、ＲＦ信号端子を持たない被測定アンテナを近傍界測定法により測定するアンテナ測定装置２００を示す（例えば、特許文献１参照）。このアンテナ測定装置２００では、複数のプローブアンテナ２１２が用いられ、プローブ走査機構２１３は走査制御部２２１からの指示信号に従って複数のプローブアンテナ２１２の相対位置を保ちつつ測定平面Ｐをプローブアンテナ２１２で走査する。振幅位相差検出部２２２は、複数のプローブアンテナ２１２からのＲＦ信号の振幅と位相差を検出する。位相算出部２２３は、複数のプローブアンテナ２１２からのＲＦ信号の位相差を測定平面Ｐ上の近傍界の位相に変換する。遠方界算出部２２４と表示部２２５は前述の基本構成と同じである。

この方法は、複数のプローブアンテナ２１２からのＲＦ信号の位相差を検出するものであり、信号発生器２０２からのＲＦ信号を使用しないため、ＲＦ信号端子を持たない被測定アンテナ２０１を測定することが可能である。しかしながら、複数のプローブアンテナ２１２と複数チャネルの振幅位相差検出部２２２が必要となり、装置が大がかりで高価になるという問題があった。

そこで、図１５に示すように、１つのプローブアンテナ３１２のみを用い、かつ信号発生器３０２からのＲＦ信号を使用しないで、振幅位相検出部３２２にてプローブアンテナ３１２からのＲＦ信号の振幅と位相を検出する構成を考える。

図１６は、図１５のアンテナ測定装置３００の振幅位相検出部３２２の構成図である。図１６に示すように、振幅位相検出部３２２は、局発信号発生器３３１とミキサ３３２を用いてプローブアンテナ３１２からのＲＦ信号を中間周波（Intermediate Frequency；ＩＦ）信号に周波数変換し、フィルタ３３３で所望のＩＦ信号のスペクトルを抽出し、ＩＦ信号をＡ／Ｄ変換器３３４でディジタル信号に変換し、振幅位相算出器３３５で該ディジタル信号の振幅と位相を算出することが原理的には可能である。

しかしながら、一般に送信器や信号発生器や振幅位相検出部の局発信号発生器のＲＦ出力信号には、図１７に示すように低いオフセット周波数ほど大きな位相雑音が存在する。例えば、オフセット周波数１Ｈｚ以下では−３０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの傾きでオフセット周波数が低いほど位相雑音が増加する。このため、信号発生器３０２からのＲＦ信号を基準としないで振幅位相検出部３２２にて位相を検出しようとすると、信号発生器３０２や局発信号発生器３３１の位相雑音による誤差が発生し、長時間の測定を行なうほど位相誤差が大きくなる。

信号発生器３０２と振幅位相検出部３２２を共通の基準信号（例えば、１０ＭＨｚ基準信号など）に同期するようにしてもよい。しかし、一般に高速無線通信システムで使用されるＲＦキャリア周波数は数ＧＨｚ〜数１０ＧＨｚ以上で１０ＭＨｚなどの基準周波数よりも桁違いに高いため、基準周波数における同期の僅かなドリフトによってＲＦ周波数における大きな位相ドリフトが発生し、長時間の測定では位相誤差が大きくなる。

プローブ走査機構３１３は、プローブアンテナ３１２を機械的に移動（掃引）するため、掃引速度を速くするためには大がかりな機構が必要になる。また、プローブアンテナ３１２で微小な信号を測定するためには、測定の帯域幅を狭くして信号対雑音比を上げる必要があり、振幅及び位相の測定には所要の時間を要する。これらのことから、プローブアンテナ３１２の掃引速度を上げることには限界がある。

図１３に示すようにプローブアンテナ３１２を掃引する場合、ｘ軸方向の１掃引は比較的短時間で済むのに対して、ｙ軸方向に測定平面Ｐを網羅するのは長時間を要する。このため、振幅位相検出部３２２で検出した位相にはｙ軸方向に見ると大きな位相誤差が含まれることとなり、遠方界に変換した結果においてもｙ軸方向の指向性の誤差が大きくなる。例えば、近傍界でｙ軸方向に位相ドリフトが存在すると、遠方界の測定結果における指向性のピークがｙ軸方向にシフトすることになる。大口径アンテナや多素子アレーアンテナのように鋭い指向性を持ったアンテナを測定する場合には、指向性の誤差が特に問題となる。

ｙ軸方向の位相誤差の影響を軽減するために、特許文献２には、図１８に示すようにプローブアンテナ３１２の掃引を行なう方法が示されている。同図中の第１の掃引は、図１３と同様にｘ軸方向の掃引をｙ軸方向の間隔Δｙで所定の回数繰返して測定平面Ｐを網羅するものである。図１８において第２の掃引は、ｘ＝０においてｙ軸方向に掃引するものである。第２の掃引で得られたｙ軸方向の位相を用いて、第１の掃引で２次元の測定平面Ｐ上にて受信した信号の位相を補正する。第１の掃引におけるｙ軸方向の移動よりも、第２の掃引におけるｙ軸方向の移動の方が短時間で完了するため、ｙ軸方向の位相誤差が小さくなり、図１３の掃引方法と比べて高精度のアンテナ測定が可能となる。

なお、第１の掃引は２次元の測定平面Ｐ上を網羅するように掃引する必要があるのに対して、第２の掃引はｙ軸方向に１回掃引すればよいため、第１の掃引のみの場合と比較して測定時間の増加は僅かである。また、ここでは第１の掃引をｘ軸方向に行なう場合を示したが、ｘ軸とｙ軸を逆にすることも可能であり、特許文献２では第１の掃引をｙ軸方向に行なう方法が示されている。

特開２０１７−２０７４６４号公報 特開昭６０−１９２２７１号公報

図１８の掃引方法において、第１の掃引によって得られた位相θ_１（ｘ，ｙ_ｉ）及び第２の掃引によって得られた位相θ_２（０，ｙ）は次式（１）及び（２）により表される。

ここで、ｉは整数であり、ｙ_ｉは第１の掃引のｉ番目のｘ軸方向掃引時のｙ軸値を表す。ｙ軸方向の掃引ステップをΔｙとすると、ｙ_ｉ＝ｙ_０＋ｉ・Δｙで表される（ｙ_０は定数）。φ（ｘ，ｙ）は位置（ｘ，ｙ）における電界の真の位相、φ_ｎ１（ｘ，ｙ_ｉ）は第１の掃引時の位相雑音、φ_ｎ２（０，ｙ）は第２の掃引時の位相雑音である。

次式（３）により位相補正を行ない、補正後の位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）を求める。

ここで、プローブアンテナ３１２のｘ軸方向の掃引速度をｖ_ｘ，ｙ軸方向の掃引速度をｖ_ｙとし、時刻ｔに対して直線的に変化する位相雑音φ_ｎ（ｔ）＝ａ・ｔ＋ｂを考えると、各掃引時の位相雑音は次式（４）、（５）で表される。

ここで、ａ，ｂ，ｂ_２は定数である。

ｘ軸方向の掃引幅をｗ_ｘ，ｙ軸方向の掃引幅をｗ_ｙ，ｙ軸方向の掃引ステップをΔｙとし、ｘ軸方向掃引後に戻る時間を無視すると、

となり、ｂ_１（ｙ_ｉ）の変動幅は、（ａ／ｖ_ｘ）・（ｗ_ｘ・ｗ_ｙ／Δｙ）となる。ここで、ｂ_１０は定数である。したがって、位相補正を行なわない場合、即ちφ_ｎ１（ｘ，ｙ_ｉ）の変動幅は、（ａ／ｖ_ｘ）・ｗ_ｘ＋（ａ／ｖ_ｘ）・（ｗ_ｘ・ｗ_ｙ／Δｙ）となる。

補正後の位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）は上記式（１）〜（５）より

となる。

上記式（９）において、一定の位相オフセットｂ_２はアンテナ測定に影響を与えない。変動幅（ａ／ｖ_ｘ）・（ｗ_ｘ・ｗ_ｙ／Δｙ）のｂ_１（ｙ_ｉ）がキャンセルされて位相雑音の影響が低減されるものの、（ａ／ｖ_ｘ）・ｘと（ａ／ｖ_ｙ）・ｙ_ｉの項が残り、位相補正後の変動幅は、
（ａ／ｖ_ｘ）・ｗ_ｘ＋（ａ／ｖ_ｙ）・ｗ_ｙ
となる。

このように、時刻に対して直線的に変化する位相雑音を完全に補正することはできず、位相補正の効果が比較的低いことが課題であった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、位相雑音の影響を低減してアンテナの指向性を高精度に測定することができるアンテナ測定装置及びアンテナ測定方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係るアンテナ測定装置は、上記目的達成のため、被測定アンテナ（２）から送信される無線信号を近傍界で受信するプローブアンテナ（１２）と、前記プローブアンテナを所定の測定平面内で主掃引方向に複数回掃引させて前記測定平面を網羅する第１の掃引と、前記プローブアンテナを前記測定平面内で前記主掃引方向と交差する副掃引方向に往復させる第２の掃引とを行わせるプローブ走査機構（１３）と、前記第１及び第２の掃引時に前記プローブアンテナで受信した信号の振幅及び位相を検出する振幅位相検出部（２２）と、前記第２の掃引の往路において前記振幅位相検出部で検出した位相と、前記第２の掃引の復路において前記振幅位相検出部で検出した位相との平均値を用いて、前記第１の掃引において前記振幅位相検出部で検出した位相を補正する位相補正部（２４）と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、本発明の請求項１に係るアンテナ測定装置は、第２の掃引の往路において検出した位相と、第２の掃引の復路において検出した位相との平均値を用いて、第１の掃引において検出した位相を補正することにより、時刻に対して直線的に変化する位相雑音の影響を低減させることができるので、アンテナの指向性を高精度に測定することができる。

本発明の請求項２に係るアンテナ測定装置では、前記第１の掃引は、前記主掃引方向の単方向掃引の繰返しからなり、前記位相補正部は、前記第２の掃引の往路において前記第１の掃引と前記第２の掃引との交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相と前記第２の掃引の復路において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との平均値と、前記第１の掃引において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との差を用いて、前記第１の掃引において前記振幅位相検出部で検出した位相を補正することを特徴とする。

この構成により、本発明の請求項２に係るアンテナ測定装置は、時刻に対して直線的に変化する位相雑音の影響を、図１８に示す従来の掃引方法より低減させることができるので、アンテナの指向性を高精度に測定することができる。

本発明の請求項３に係るアンテナ測定装置では、前記第１の掃引は、前記主掃引方向に同一経路を往復する往復掃引の繰返しからなり、前記位相補正部は、前記第２の掃引の往路において前記第１の掃引と前記第２の掃引との交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相と前記第２の掃引の復路において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との平均値と、前記第１の掃引の往路において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相と前記第１の掃引の復路において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との平均値との差を用いて、前記第１の掃引の往路において前記振幅位相検出部で検出した位相と、前記第１の掃引の復路において前記振幅位相検出部で検出した位相との平均値の位相を補正することを特徴とする。

この構成により、本発明の請求項３に係るアンテナ測定装置は、時刻に対して直線的に変化する位相雑音の影響を受けないので、図１８に示す従来の掃引方法よりアンテナの指向性を高精度に測定することができる。これは、第１の掃引の往路と復路で検出した位相の平均化により主掃引方向の位相雑音を補正すると共に、第２の掃引の往路と復路で検出した位相の平均化により副掃引方向の位相雑音を補正しているためである。また、図１８に示す従来の掃引方法において第１の掃引の主掃引方向の正の方向の掃引時間と戻る時間がほぼ等しい場合には、従来の掃引方法と比較して、測定時間はわずかに増加するだけである。

本発明の請求項４に係るアンテナ測定装置では、前記第１の掃引は、前記主掃引方向の往路と復路とが前記副掃引方向に交互に繰返し配置された双方向掃引からなり、前記位相補正部は、前記第２の掃引の往路において前記第１の掃引と前記第２の掃引との交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相と前記第２の掃引の復路において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との平均値と、前記第１の掃引において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との差を用いて、前記第１の掃引において前記振幅位相検出部で検出した位相を補正することを特徴とする。

この構成により、本発明の請求項４に係るアンテナ測定装置は、時刻に対して直線的に変化する位相雑音の影響を、図１８に示す従来の掃引方法より低減させることができるので、アンテナの指向性を高精度に測定することができる。また、第１の掃引は主掃引方向の往路と復路とが副掃引方向に交互に繰返し配置されているので、第１の掃引の戻り時間を有効に活用することができ、従来に比べ測定時間を大幅に短縮できる。しかも、第１の掃引は主掃引方向の往路と復路とが副掃引方向に交互に繰返し配置された双方向掃引からなることにより、主掃引方向の位相雑音の符号が反転するため、測定結果においてアンテナの指向性が主掃引方向にずれる問題が抑制される。

本発明の請求項５に係るアンテナ測定装置では、前記第１の掃引は、前記主掃引方向の往路の掃引と復路の掃引とを交互にかつ前記副掃引方向に一定間隔で順次行なう双方向掃引からなり、前記位相補正部は、前記第１の掃引と前記第２の掃引との交点における前記平均値の位相と前記第１の掃引時に前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との差（θ_２１）を、前記第１の掃引の前記交点の間の掃引区間にて補間した位相補正値を用いて、前記第１の掃引において前記振幅位相検出部で検出した位相を補正することを特徴とする。

この構成により、本発明の請求項５に係るアンテナ測定装置は、請求項３と同様に、時刻に対して直線的に変化する位相雑音の影響を受けないので、図１８に示す従来の掃引方法よりアンテナの指向性を高精度に測定することができる。また、請求項４の場合と同様に、第１の掃引は主掃引方向の往路と復路とが副掃引方向に交互に繰返し配置されているので、第１の掃引の戻り時間を有効に活用することができ、従来に比べ測定時間を大幅に短縮できる。第２の掃引及び補間のための追加掃引の距離は短いので、それによる測定時間の増加はわずかである。

本発明の請求項６に係るアンテナ測定方法は、所定の測定平面内でプローブアンテナを所定の距離だけ移動させる移動ステップ（Ｓ２）と、被測定アンテナ（２）から無線信号を送信し、前記プローブアンテナにより前記無線信号を近傍界で受信する送受信ステップ（Ｓ３）と、前記プローブアンテナで受信した信号の振幅及び位相を検出する検出ステップ（Ｓ７）と、を含み、前記移動ステップと前記送受信ステップと前記検出ステップとを繰り返すことで、主掃引方向の掃引を繰り返して前記測定平面を網羅する第１の掃引と、前記測定平面内で前記主掃引方向と交差する副掃引方向に往復させる第２の掃引とからなる前記プローブアンテナの掃引を行い、前記第２の掃引の往路において検出した位相と、前記第２の掃引の復路において検出した位相との平均値を用いて、前記第１の掃引において検出した位相を補正する補正ステップ（Ｓ１２）を更に含むことを特徴とする。

この構成により、本発明の請求項６に係るアンテナ測定方法は、第２の掃引の往路において検出した位相と、第２の掃引の復路において検出した位相との平均値を用いて、第１の掃引において検出した位相を補正することにより、時刻に対して直線的に変化する位相雑音の影響を低減することができるので、アンテナの指向性を高精度に測定することができる。

本発明の請求項７に係るアンテナ測定方法は、所定の測定平面内でプローブアンテナの主掃引方向の掃引を繰り返して前記測定平面を網羅する第１の掃引と、前記プローブアンテナを前記測定平面内で前記主掃引方向と交差する副掃引方向に往復させる第２の掃引とからなる掃引を開始させる掃引開始ステップ（Ｓ５）と、前記掃引を行っているときに被測定アンテナ（２）から送信される無線信号を前記プローブアンテナにより近傍界で受信する受信ステップ（Ｓ６）と、前記プローブアンテナで受信した信号の振幅及び位相を検出する検出ステップ（Ｓ７）と、前記第２の掃引の往路において検出した位相と、前記第２の掃引の復路において検出した位相との平均値を用いて、前記第１の掃引において検出した位相を補正する補正ステップ（Ｓ１２）と、を含むことを特徴とする。

この構成により、本発明の請求項７に係るアンテナ測定方法は、第２の掃引の往路において検出した位相と、第２の掃引の復路において検出した位相との平均値を用いて、第１の掃引において検出した位相を補正することにより、時刻に対して直線的に変化する位相雑音の影響を低減することができるので、アンテナの指向性を高精度に測定することができる。また、プローブアンテナを掃引しながら測定を行うことにより、プローブアンテナの移動を一旦停止して測定する方法と比べて短時間での測定が可能である。

本発明によれば、位相雑音の影響を低減してアンテナの指向性を高精度に測定することができるアンテナ測定装置及びアンテナ測定方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ測定装置の構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るプローブアンテナの掃引方法を示す図である。 図２の掃引方法における掃引順序を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ測定方法のフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ測定方法の別のフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るプローブアンテナの掃引方法を示す図である。 図６の掃引方法における掃引順序を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るプローブアンテナの掃引方法を示す図である。 図８の掃引方法における掃引順序を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るプローブアンテナの掃引方法を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るプローブアンテナの別の掃引方法を示す図である。 従来技術に係るアンテナ測定装置の構成図である。 図１２のアンテナ測定装置におけるプローブアンテナの掃引方法を示す図である。 従来技術に係る別のアンテナ測定装置の構成図である。 関連技術に係るアンテナ測定装置の構成図である。 図１５のアンテナ測定装置の振幅位相検出部の構成図である。 オフセット周波数とＳＳＢ（Single Side Band）位相雑音の関係を示す図である。 図１５のアンテナ測定装置におけるプローブアンテナの掃引方法を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ測定装置１の構成図である。
本実施形態に係るアンテナ測定装置１は、被測定アンテナ２から出力されるＲＦ信号の振幅と位相を近傍界においてプローブアンテナ１２で測定し、遠方界での電界分布に変換して測定結果として出力するものである。アンテナ測定装置１は、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２１と、振幅位相検出部２２と、データ記憶部２３と、位相補正部２４と、遠方界算出部２５と、表示部２６とを備えている。

被測定アンテナ２は、アンテナ支持部１１に支持され、信号発生器３から所定の周波数のＣＷ信号又は既知の変調信号が供給されるようになっている。

本実施形態のアンテナ測定装置１は、信号発生器３から出力されるＲＦ信号が被測定アンテナ２のみに供給される構成である。このため、アンテナ測定装置１は、被測定アンテナ２と信号発生器３が一体化したアクティブアンテナや、複数のアンテナに供給する信号の振幅と位相を制御することにより指向特性を電気的に制御可能なアレイアンテナ等のＲＦ信号端子を持たないアンテナにも適用することができる。

プローブ走査機構１３は、被測定アンテナ２の近傍の測定平面Ｐにおいてプローブアンテナ１２を走査するための機構である。図１では、ｙ軸方向の走査機構１３ｂをｘ軸方向の走査機構１３ａで駆動する構成となっているが、逆にｘ軸方向の走査機構をｙ軸方向の走査機構で駆動する構成にしてもよい。

走査制御部２１は、後述する掃引方法に従って所定の掃引速度でプローブアンテナ１２を掃引（移動）させるようにプローブ走査機構１３を制御するようになっている。また、走査制御部２１は、プローブアンテナ１２の位置情報をデータ記憶部２３等に出力するようになっている。

振幅位相検出部２２は、プローブアンテナ１２で受信したＲＦ信号の振幅と位相を測定するものである。具体的には、例えば、図１６と同様に、局発信号発生器３３１とミキサ３３２を用いてプローブアンテナ１２からのＲＦ信号をＩＦ信号に周波数変換し、フィルタ３３３で所望のＩＦ信号のスペクトルを抽出し、ＩＦ信号をＡ／Ｄ変換器３３４でディジタル信号に変換し、ＣＰＵやＤＳＰ等で構成された振幅位相算出器３３５において該ディジタル信号の振幅と位相を算出するようになっている。振幅位相検出部２２として汎用のＲＦシグナルアナライザを使用することもできる。信号発生器３と振幅位相検出部２２（例えば局発信号発生器３３１とＡ／Ｄ変換器３３４のサンプリングクロック）は、共通の基準信号（１０ＭＨｚ基準信号など）に同期するようにしてもよい。

データ記憶部２３は、振幅位相検出部２２で検出した振幅及び位相のデータを、プローブアンテナ１２の位置情報と関連付けて記憶するようになっている。

位相補正部２４は、データ記憶部２３に記憶されたデータ（位置情報に関連付けられた振幅及び位相）を用いて、振幅位相検出部２２で測定された位相の補正を行ない、位置情報に関連付けられた振幅及び補正された位相の情報を遠方界算出部２５に出力する。なお、位相補正部２４は、データ記憶部２３を含む構成であってもよい。

遠方界算出部２５は、プローブアンテナ１２が測定平面Ｐ上で受信したＲＦ信号の振幅及び補正された位相の情報と、走査制御部２１から取得したプローブアンテナ１２の位置情報とを用いて、遠方界の電界分布を算出する。近傍界から遠方界への変換方法は従来技術と同じである。

表示部２６は、被測定アンテナ２の遠方界の電界分布等を測定結果として表示する。

なお、遠方界は、被測定アンテナ２の最大径Ｄ（開口寸法）に対し、Ｒ＞２Ｄ^２／λ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、Ｒは被測定アンテナ２の開口からの距離、λは自由空間波長である。遠方界は被測定アンテナ２の開口からの距離によって指向性の変化がない領域である。被測定アンテナ２の開口面から放射される電磁界の領域のうち、被測定アンテナ２の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）である。近傍界は、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り、距離に応じて指向性が変化する領域である。

本実施形態の走査制御部２１、振幅位相検出部２２（周波数変換部、Ａ／Ｄ変換部は除く）、データ記憶部２３、位相補正部２４、遠方界算出部２５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力インタフェース、外部記憶装置等を有するコンピュータを用いる構成であってもよく、その機能の一部または全部（周波数変換、Ａ／Ｄ変換を除く）は、ＲＯＭ等に記憶された各種プログラムをＣＰＵで実行することにより実現することができる。

図２は、第１の実施形態に係るプローブアンテナ１２の掃引方法を示す図である。本実施形態のプローブアンテナ１２の掃引は、プローブアンテナ１２を測定平面Ｐ内で主掃引方向（ｘ軸方向）に複数回掃引させて測定平面Ｐを網羅する第１の掃引と、プローブアンテナ１２を測定平面Ｐ内で主掃引方向と直交する副掃引方向（ｙ軸方向）に往復させる第２の掃引とからなる。この第１の掃引は、主掃引方向（ｘ軸方向）の単方向掃引の繰返しからなる。

具体的には、図２に示すように、本実施形態のプローブアンテナ１２の掃引は、第１の順方向掃引と第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引とからなる。すなわち、第１の掃引は第１の順方向掃引であり、第２の掃引は第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引とからなる。第１の順方向掃引は、ｘ軸の正の方向の掃引をｙ軸方向の間隔Δｙで所定の回数繰返し、測定平面Ｐ内を網羅するものである。第２の順方向掃引は、ｘ＝０においてｙ軸の正の方向に掃引し、第２の逆方向掃引は、ｘ＝０においてｙ軸の負の方向に掃引するものである。なお、第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引は、図示の都合上離れているが、実際は同一経路を往復する。ここでは、被測定アンテナ２の中心に対応する測定平面Ｐの中心をｘ＝０，ｙ＝０としたが、最も電界強度が大きい位置をｘ＝０，ｙ＝０としてもよい。

本実施形態では、第２の掃引（すなわち第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引）は、測定平面Ｐ上、ｘ＝０においてｙ軸の正方向及び負方向に掃引するものであるが、第２の掃引時のｘ座標は０に限定されるものではなく、被測定アンテナ２の無線信号送信特性に応じて任意の値に設定することができる。

図３は、図２の掃引方法における掃引順序の例を示す図である。図中、実線で示す経路は、測定平面Ｐ内でのアンテナ測定を伴うプローブアンテナ１２の掃引を示し、破線で示す経路は、アンテナ測定を伴わないプローブアンテナ１２の戻りの経路を示す。図３に示す掃引順序は、同図左下からスタートして第１の順方向掃引のｘ軸の正の方向の掃引を順次ｙ軸の正の方向に繰返し、第１の順方向掃引の終了後に第２の逆方向掃引を行ない、その後第２の順方向掃引を行なうものである。但し、掃引順序はこれに限られるものではなく、任意に掃引順序を入れ替えることができる。

第１の順方向掃引によって得られた位相θ_１ｆ（ｘ，ｙ_ｉ）、第２の順方向掃引によって得られた位相θ_２ｆ（０，ｙ）、及び第２の逆方向掃引によって得られた位相θ_２ｂ（０，ｙ）は、それぞれ次式（１０）、（１１）、及び（１２）により表される。

ここで、ｉは整数であり、ｙ_ｉは第１の順方向掃引のｉ番目のｘ軸方向掃引時のｙ軸値を表す。ｙ軸方向の掃引ステップをΔｙとすると、ｙ_ｉ＝ｙ_０＋ｉ・Δｙで表される（ｙ_０は定数）。φ（ｘ，ｙ）は位置（ｘ，ｙ）における電界の真の位相、φ_ｎ１ｆ（ｘ，ｙ_ｉ）は第１の順方向掃引時の位相雑音、φ_ｎ２ｆ（０，ｙ）は第２の順方向掃引時の位相雑音、φ_ｎ２ｂ（０，ｙ）は第２の逆方向掃引時の位相雑音である。

本実施形態では、次式（１３）に示すようにして位相補正を行い、補正後の位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）を求める。

上記式（１３）に従い、位相補正部２４は、第２の順方向掃引において第１の掃引と第２の掃引との交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相と第２の逆方向掃引において該交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相との平均値と、第１の順方向掃引において該交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相との差を用いて、第１の順方向掃引において振幅位相検出部２２で検出した位相を補正するようになっている。

ここで、プローブアンテナ１２のｘ軸方向の掃引速度をｖ_ｘとし、ｙ軸方向の掃引速度をｖ_ｙとし、時刻ｔに対して直線的に変化する位相雑音φ_ｎ（ｔ）＝ａ・ｔ＋ｂを考えると、各掃引時の位相雑音は次式（１４）、（１５）、（１６）により表される。

ここで、ａ，ｂ，ｂ_２ｆ，ｂ_２ｂは定数である。

図３に示すように、第１の順方向掃引においてｘ軸の正の方向の掃引をｙ軸の正の方向に順次繰り返す場合、ｘ軸方向の掃引幅をｗ_ｘ，ｙ軸方向の掃引幅をｗ_ｙ，ｙ軸方向の掃引ステップをΔｙとし、ｘ軸方向掃引後に戻る時間を無視すると、

となる。ｂ_１ｆ０は定数である。ｂ_１ｆ（ｙ_ｉ）の変動幅は（ａ／ｖ_ｘ）・（ｗ_ｘ・ｗ_ｙ／Δｙ）となるが、本実施形態はこれに限定されるものではないので、一般的なｙ_ｉの関数ｂ_１ｆ（ｙ_ｉ）で表している。

補正後の位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）は、上記式（１０）〜（１６）より、次式のようになる。

上記式（２０）において、一定の位相オフセット（ｂ_２ｆ＋ｂ_２ｂ）／２はアンテナ測定に影響を与えない。すなわち、ｙ軸方向の位相雑音ｂ_１ｆ（ｙ_ｉ）の影響を受けない位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）が得られる。ｘ軸方向の位相雑音（ａ／ｖ_ｘ）・ｘは残るものの、その変動幅は（ａ／ｖ_ｘ）・ｗ_ｘであり、図１８の従来の掃引方法の変動幅よりも小さい（ｗ_ｘ／ｖ_ｘ＝ｗ_ｙ／ｖ_ｙの場合、変動幅は１／２に半減）。このように、本実施形態は、時刻に対して直線的に変化する位相雑音が存在する場合、図１８に示す従来の掃引方法よりも位相雑音の影響が低減されるので、アンテナの指向性を従来よりも高精度に測定することができる。

また、第１の順方向掃引は、２次元の測定平面Ｐ上を網羅するように掃引する必要があり、その掃引距離はｗ_ｘ×（ｗ_ｙ／Δｙ）であるのに対して、第２の順方向掃引及び第２の逆方向掃引はｙ軸方向に１往復すればよく、その掃引距離はｗ_ｙ×２であるため、第１の順方向掃引のみの場合と比較して測定時間の増加は僅かである。

本実施形態では、第１の順方向掃引をｘ軸方向に行なう場合を示したが、ｘ軸とｙ軸を逆にすることも可能であり、ｘ軸及びｙ軸方向の掃引速度、掃引幅、掃引ステップに応じてより測定時間の短い方を選択することができる。

次に、本実施形態におけるアンテナ測定方法を説明する。
図４は、本実施形態に係るアンテナ測定方法のフローチャートである。

まず、被測定アンテナ２をアンテナ支持部１１に設定する（Ｓ１）。被測定アンテナ２は、ＲＦ信号端子をもたず、信号発生器３と一体化したものであってもよい。

次いで、走査制御部２１からプローブ走査機構１３に指令を与えることにより、プローブ走査機構１３を駆動し、プローブアンテナ１２を所定の測定平面Ｐ内で所定の距離だけ移動させる（Ｓ２）。この移動を繰り返すことによりプローブアンテナ１２の掃引を行う。プローブアンテナ１２の掃引は、主掃引方向（ｘ軸方向）の掃引を所定回数繰り返して測定平面Ｐを網羅する第１の掃引と、主掃引方向と直交する副掃引方向（ｙ軸方向）に往復する第２の掃引とからなる。測定平面Ｐは被測定アンテナ２の近傍に設定されている。

被測定アンテナ２に、信号発生器３より所定の周波数のＣＷ信号又は既知の変調信号を供給し、被測定アンテナ２から無線信号を送信させ、被測定アンテナ２から送信された無線信号をプローブアンテナ１２で受信する（Ｓ３）。図４の方法では、掃引中のプローブアンテナ１２の移動を一旦停止して無線信号を受信する。

次いで、振幅位相検出部２２において、プローブアンテナ１２で受信した信号の振幅及び位相を検出する（Ｓ７）。検出した振幅及び位相のデータは、プローブアンテナ１２の位置情報と関連付けられてデータ記憶部２３に記憶させる（Ｓ８）。

次いで、第１の掃引と第２の掃引のすべての測定点での測定が終了したか否か判断し（Ｓ９）、終了していなければ（Ｎｏの場合）、ステップＳ２に戻る。終了していれば（Ｙｅｓの場合）、次のステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、上述したように、位相補正部２４において、第２の掃引の往路において検出した位相と、第２の掃引の復路において検出した位相との平均値を用いて、第１の掃引において検出した位相を補正する（Ｓ１２）。

具体的には、上記式（１３）に従い、位相補正部２４は、第２の掃引の往路において第１の掃引と第２の掃引との交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相と第２の掃引の復路において該交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相との平均値と、第１の掃引において該交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相との差を用いて、第１の掃引において振幅位相検出部２２で検出した位相を補正するようになっている。

次いで、遠方界算出部２５において、振幅位相検出部２２により検出された振幅の情報と、位相補正部２４により補正された位相の情報と、それらに関連付けられた位置情報を用いて、従来の方法により被測定アンテナ２の遠方界の電界強度分布を算出する（Ｓ１３）。なお、プローブアンテナ１２の位置情報は、走査制御部２１から位相補正部２４及び遠方界算出部２５に送られ、位相の補正及び遠方界の電界強度分布の算出に用いられるようにしてもよい。

次いで、表示部２６において、遠方界算出部２５により算出された被測定アンテナ２の遠方界の電界強度分布等を、測定結果として表示する（Ｓ１４）。

図５は、本実施形態に係るアンテナ測定方法の別のフローチャートである。

まず、被測定アンテナ２をアンテナ支持部１１に設定する（Ｓ１）。被測定アンテナ２は、ＲＦ信号端子をもたず、信号発生器３と一体化したものであってもよい。被測定アンテナ２に、信号発生器３より所定の周波数のＣＷ信号又は既知の変調信号を供給し、被測定アンテナ２からの無線信号の送信を開始する（Ｓ４）。

次いで、走査制御部２１からプローブ走査機構１３に指令を与えることにより、プローブ走査機構１３を駆動し、所定の測定平面Ｐ内でのプローブアンテナ１２の掃引を開始する（Ｓ５）。プローブアンテナ１２の掃引は、主掃引方向（ｘ軸方向）の掃引を所定回数繰り返して測定平面Ｐを網羅する第１の掃引と、主掃引方向と直交する副掃引方向（ｙ軸方向）に往復する第２の掃引とからなる。測定平面Ｐは被測定アンテナ２の近傍に設定されている。

第１の掃引および第２の掃引の掃引中に（すなわちプローブアンテナ１２を掃引しながら）、被測定アンテナ２から送信された無線信号をプローブアンテナ１２で受信する（Ｓ６）。

次いで、振幅位相検出部２２において、プローブアンテナ１２で受信した信号の振幅及び位相を検出する（Ｓ７）。検出した振幅及び位相のデータは、プローブアンテナ１２の位置情報と関連付けられてデータ記憶部２３に記憶させる（Ｓ８）。

次いで、第１の掃引と第２の掃引のすべての測定点での測定が終了したか否か判断し（Ｓ９）、終了していなければ（Ｎｏの場合）、ステップＳ６に戻る。終了していれば（Ｙｅｓの場合）、プローブアンテナ１２の掃引を終了し（Ｓ１０）、被測定アンテナ２からの無線信号の送信を終了し（Ｓ１１）、次のステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２以降は図４の場合と同じである。図５の方法では、上述したように、プローブアンテナ１２を掃引しながら測定を行うため、プローブアンテナ１２の移動を一旦停止して測定する図４の方法と比べて一般に短時間での測定が可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。

第２の実施形態は、プローブアンテナの掃引方法及び位相の補正方法が第１の実施形態と異なっている。アンテナ測定装置の基本構成は、図１に示す第１の実施形態の構成と同一である。

図６は、第２の実施形態に係るプローブアンテナ１２の掃引方法を示す図である。
第２の実施形態のプローブアンテナ１２の掃引方法は、第１の掃引が主掃引方向（ｘ軸方向）に同一経路を往復する往復掃引の繰返しからなる点で、第１の掃引が主掃引方向の単方向掃引の繰返しからなる第１の実施形態と異なっている。

具体的には、本実施形態のプローブアンテナ１２の掃引は、図６に示すように、第１の順方向掃引と第１の逆方向掃引と第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引とからなる。すなわち、第１の掃引は第１の順方向掃引と第１の逆方向掃引とからなり、第２の掃引は第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引とからなる。第１の順方向掃引は、ｘ軸の正の方向の掃引をｙ軸方向の間隔Δｙで所定の回数繰返し、測定平面Ｐ内を網羅する。第１の逆方向掃引は、第１の順方向掃引のｘ軸の掃引方向を逆にしたものである。

第２の順方向掃引は、ｘ＝０においてｙ軸の正の方向に掃引し、第２の逆方向掃引は、ｘ＝０においてｙ軸の負の方向に掃引する。なお、第１の順方向掃引と第１の逆方向掃引、及び第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引は図示の都合上離れているが、実際はそれぞれ同一経路を往復する。また、ここでは被測定アンテナ２の中心に対応する測定平面Ｐの中心をｘ＝０，ｙ＝０としたが、最も電界強度が大きい位置をｘ＝０，ｙ＝０としてもよい。

図７は、図６の掃引方法における掃引順序の例を示す図である。図中、実線で示す経路は、測定平面Ｐ内でのアンテナ測定を伴うプローブアンテナ１２の掃引を示し、破線で示す経路は、アンテナ測定を伴わないプローブアンテナ１２の戻りの経路を示す。図７に示す掃引順序は、同図左下からスタートして第１の順方向掃引のｘ軸の正の方向の掃引と第１の逆方向掃引のｘ軸の負の方向の掃引とを交互に行ない（即ちｘ軸方向の往復掃引を行ない）ながら、順次ｙ軸の正の方向にΔｙずつ移動することを繰返し、第１の順方向及び逆方向掃引の終了後に第２の逆方向掃引を行ない、その後第２の順方向掃引を行なうものである。但し、掃引順序はこれに限られるものではなく、任意に掃引順序を入れ替えることができる。

第１の順方向掃引によって得られた位相θ_１ｆ（ｘ，ｙ_ｉ）、第１の逆方向掃引によって得られた位相θ_１ｂ（ｘ，ｙ_ｉ）、第２の順方向掃引によって得られた位相θ_２ｆ（０，ｙ）、及び第２の逆方向掃引によって得られた位相θ_２ｂ（０，ｙ）は、それぞれ次式（２１）、（２２）、（２３）、及び（２４）により表される。

ここで、ｉは整数であり、ｙ_ｉは第１の順方向掃引及び第１の逆方向掃引のｉ番目のｘ軸方向掃引時のｙ軸値を表す。ｙ軸方向の掃引ステップをΔｙとすると、ｙ_ｉ＝ｙ_０＋ｉ・Δｙで表される（ｙ_０は定数）。φ（ｘ，ｙ）は位置（ｘ，ｙ）における電界の真の位相、φ_ｎ１ｆ（ｘ，ｙ_ｉ）は第１の順方向掃引時の位相雑音、φ_ｎ１ｂ（ｘ，ｙ_ｉ）は第１の逆方向掃引時の位相雑音、φ_ｎ２ｆ（０，ｙ）は第２の順方向掃引時の位相雑音、φ_ｎ２ｂ（０，ｙ）は第２の逆方向掃引時の位相雑音である。

本実施形態では、次式（２５）に示すように位相補正を行い、補正後の位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）を求める。

上記式（２５）に従い、位相補正部２４は、第２の順方向掃引において第１の掃引と第２の掃引との交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相と第２の逆方向掃引において該交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相との平均値と、第１の順方向掃引において該交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相と第１の逆方向掃引において該交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相との平均値との差を用いて、第１の順方向掃引において振幅位相検出部２２で検出した位相と、第１の逆方向掃引において振幅位相検出部２２で検出した位相との平均値の位相を補正するようになっている。

ここで、プローブアンテナ１２のｘ軸方向の掃引速度をｖ_ｘ，ｙ軸方向の掃引速度をｖ_ｙとし、時刻ｔに対して直線的に変化する位相雑音φ_ｎ（ｔ）＝ａ・ｔ＋ｂを考えると、各掃引時の位相雑音は

となる。ここで、ａ，ｂ，ｂ_２ｆ，ｂ_２ｂは定数である。

図７に示すように、第１の順方向掃引のｘ軸の正の方向の掃引と第１の逆方向掃引のｘ軸の負の方向の掃引とを交互に行ないつつ、ｙ軸の正方向に順次移動する場合、ｘ軸方向の掃引幅をｗ_ｘ，ｙ軸方向の掃引幅をｗ_ｙ，ｙ軸方向の掃引ステップをΔｙとし、ｙ軸方向にΔｙ移動する時間を無視すると、

となる。ここで、ｂ_１０は定数である。

ｂ_１ｆ（ｙ_ｉ）及びｂ_１ｂ（ｙ_ｉ）の変動幅は（ａ／ｖ_ｘ）×（２・ｗ_ｘ・ｗ_ｙ／Δｙ）となるが、本実施形態はこれに限定されるものではないので、一般的なｙ_ｉの関数ｂ_１ｆ（ｙ_ｉ），ｂ_１ｂ（ｙ_ｉ）で表している。

補正後の位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）は、上記式（２１）〜（２９）より、次式のようになる。

上記式（３４）において、一定の位相オフセット（ｂ_２ｆ＋ｂ_２ｂ）／２はアンテナ測定に影響を与えない。すなわち、ｘ軸方向の位相雑音（ａ／ｖ_ｘ）・ｘ及びｙ軸方向の位相雑音ｂ_１ｆ（ｙ_ｉ），ｂ_１ｂ（ｙ_ｉ）の影響を受けない位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）が得られる。このように、本実施形態は、時刻に対して直線的に変化する位相雑音が存在する場合、ｘ軸及びｙ軸方向の位相雑音の影響を受けないので、図１８に示す従来の掃引方法よりも高精度に被測定アンテナ２の指向性を測定することができる。これは、第１の順方向掃引及び逆方向掃引で得られた位相の平均化によりｘ軸方向の位相雑音の影響を抑えると共に、第２の順方向掃引及び逆方向掃引で得られた位相の平均を用いた位相補正によりｙ軸方向の位相雑音の影響を抑えているためである。

本実施形態では、第１の掃引を順方向と逆方向の２回行なう必要があるため、第１の実施形態において第１の順方向掃引のｘ軸の正の方向の掃引後に戻る時間が十分短い場合と比較すると、約２倍の測定時間を要する。しかし、第１の実施形態において第１の順方向掃引のｘ軸の正の方向の掃引時間と戻る時間がほぼ等しい場合と比較すると、図７の順序で順方向と逆方向を交互に掃引することにより第１の実施形態と同程度の時間で測定することができる。

また、第１の順方向掃引及び第１の逆方向掃引は、２次元の測定平面Ｐ上を網羅するように掃引する必要があり、その掃引距離はｗ_ｘ×（２・ｗ_ｙ／Δｙ）である。これに対し、第２の順方向掃引及び第２の逆方向掃引は、ｙ軸方向に１往復すればよく、その掃引距離はｗ_ｙ×２である。このため、第１の順方向及び逆方向掃引のみの場合と比較して測定時間の増加は僅かである。

本実施形態では、第１の順方向掃引及び逆方向掃引をｘ軸方向に行なう場合を示したが、ｘ軸とｙ軸を逆にすることも可能であり、ｘ軸及びｙ軸方向の掃引速度、掃引幅、掃引ステップに応じてより測定時間の短い方を選択することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。

第３の実施形態は、プローブアンテナ１２の掃引方法及び位相の補正方法が第１及び第２の実施形態と異なっている。アンテナ測定装置の基本構成は、図１に示す第１の実施形態の構成と同一である。

図８は、第３の実施形態に係るプローブアンテナ１２の掃引方法を示す図である。
第３の実施形態のプローブアンテナ１２の掃引方法は、第１の掃引が主掃引方向（ｘ軸方向）の往路と復路とが副掃引方向（ｙ軸方向）に交互に繰返し配置された双方向掃引からなる点で、第１の掃引が主掃引方向の単方向掃引の繰返しからなる第１の実施形態、及び第１の掃引が主掃引方向に同一経路を往復する往復掃引の繰返しからなる第２の実施形態と異なっている。

具体的には、図８に示すように、本実施形態のプローブアンテナ１２の掃引は、第１の双方向掃引と第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引とからなる。すなわち、第１の掃引は第１の双方向掃引であり、第２の掃引は第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引とからなる。第１の双方向掃引は、ｘ軸の正の方向の掃引とｘ軸の負の方向の掃引がｙ軸方向の間隔Δｙで交互に配置され、測定平面Ｐ内を網羅する。第２の実施形態では第１の順方向掃引と第１の逆方向掃引は同一経路を往復するのに対して、第３の実施形態では第１の双方向掃引のｘ軸の正の方向の掃引とｘ軸の負の方向の掃引は互いにｙ軸方向にΔｙだけ離れている点が異なっている。

第２の順方向掃引は、ｘ＝０においてｙ軸の正の方向に掃引し、第２の逆方向掃引は、ｘ＝０においてｙ軸の負の方向に掃引する。なお、第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引は図示の都合上離れているが、実際は同一経路を往復する。ここでは被測定アンテナ２の中心に対応する測定平面Ｐの中心をｘ＝０，ｙ＝０としたが、最も電界強度が大きい位置をｘ＝０，ｙ＝０としてもよい。

図９は、図８の掃引方法における掃引順序の例を示す図である。図中、実線で示す経路は、測定平面Ｐ内でのアンテナ測定を伴うプローブアンテナ１２の掃引を示し、破線で示す経路は、アンテナ測定を伴わないプローブアンテナ１２の戻りの経路を示す。図９に示す掃引順序は、同図左下から第１の双方向掃引をスタートしてｘ軸の正の方向に掃引してｙ軸の正の方向にΔｙだけ移動した後、ｘ軸の負の方向に掃引してｙ軸の正の方向にΔｙだけ移動する動作を所定の回数繰返して測定平面Ｐ内を網羅した後、第２の逆方向掃引を行ない、その後第２の順方向掃引を行なうものである。但し、掃引順序はこれに限られるものではなく、任意に掃引順序を入れ替えることができる。

第１の双方向掃引によって得られた位相θ_１（ｘ，ｙ_ｉ）、第２の順方向掃引によって得られた位相θ_２ｆ（０，ｙ）、及び第２の逆方向掃引によって得られた位相θ_２ｂ（０，ｙ）は、それぞれ次式（３５）、（３６）、及び（３７）により表される。

ここで、ｉは整数であり、ｉが偶数の場合のｙ_ｉは第１の双方向掃引のｘ軸の正方向の掃引時のｙ軸値、ｉが奇数の場合のｙ_ｉは第１の双方向掃引のｘ軸の負方向の掃引時のｙ軸値を表す。ｙ軸方向の掃引ステップをΔｙとすると、ｙ_ｉ＝ｙ_０＋ｉ・Δｙで表される（ｙ_０は定数）。φ（ｘ，ｙ）は位置（ｘ，ｙ）における電界の真の位相、φ_ｎ１（ｘ，ｙ_ｉ）は第１の双方向掃引時の位相雑音、φ_ｎ２ｆ（０，ｙ）は第２の順方向掃引時の位相雑音、φ_ｎ２ｂ（０，ｙ）は第２の逆方向掃引時の位相雑音である。

本実施形態では、次式（３８）に示すように位相補正を行い、補正後の位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）を求める。

上記式（３８）に従い、位相補正部２４は、第２の順方向掃引において第１の掃引と第２の掃引との交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相と第２の逆方向掃引において該交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相との平均値と、第１の双方向掃引において該交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相との差を用いて、第１の双方向掃引において振幅位相検出部２２で検出した位相を補正するようになっている。

ここで、プローブアンテナ１２のｘ軸方向の掃引速度をｖ_ｘ，ｙ軸方向の掃引速度をｖ_ｙとし、時刻ｔに対して直線的に変化する位相雑音φ_ｎ（ｔ）＝ａ・ｔ＋ｂを考えると、各掃引時の位相雑音は

となる。ここで、ａ，ｂ，ｂ_２ｆ，ｂ_２ｂは定数である。

図９に示すように、第１の双方向掃引はｘ軸の正方向の掃引とｘ軸の負方向の掃引を掃引毎に切替えつつｙ軸方向に順次掃引する場合、ｘ軸方向の掃引幅をｗ_ｘ，ｙ軸方向の掃引幅をｗ_ｙとし、ｙ軸方向にΔｙ移動する時間を無視すると、

となる。ここでｂ_１０は定数である。ｂ_１（ｙ_ｉ）の変動幅は（ａ／ｖ_ｘ）・（ｗ_ｘ・ｗ_ｙ／Δｙ）となるが、本実施形態はこれに限定されるものではないので、一般的なｙの関数ｂ_１（ｙ_ｉ）で表している。

補正後の位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）は、上記式（３５）〜（４１）より、次式のようになる。

上記式（４５）において、一定の位相オフセット（ｂ_２ｆ＋ｂ_２ｂ）／２はアンテナ測定に影響を与えない。すなわち、ｙ軸方向の位相雑音ｂ_１（ｙ_ｉ）の影響を受けない位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）が得られる。ｘ軸方向の位相雑音±（ａ／ｖ_ｘ）・ｘは残るものの、その変動幅は（ａ／ｖ_ｘ）・ｗ_ｘであり、図１８の従来の掃引方法の変動幅よりも小さい（ｗ_ｘ／ｖ_ｘ＝ｗ_ｙ／ｖ_ｙの場合、変動幅は１／２に減少）。このように、本実施形態は、時刻に対して直線的に変化する位相雑音が存在する場合、図１８に示す従来の掃引方法よりも位相雑音の影響が低減されるので、被測定アンテナ２の指向性を従来よりも高精度に測定することができる。

また、上記式（４５）において、ｉが偶数の場合と奇数の場合でｘ軸方向の位相雑音±（ａ／ｖ_ｘ）・ｘの符号が反転するため、測定結果におけるアンテナの指向性がｘ軸方向にずれる問題が抑制される特長を持つ。

また、第３の実施形態は、第１の双方向掃引において、図９に示すようにｘ軸の正方向の掃引とｘ軸の負方向の掃引を交互に行なうことにより、ｘ軸掃引の戻り時間を有効に活用することができるので、第２の実施形態と比較して、約１／２の測定時間となり、アンテナ測定時間を大幅に短縮できる。

第１の双方向掃引は、２次元の測定平面Ｐ上を網羅するように掃引する必要があり、その掃引距離はｗ_ｘ×（ｗ_ｙ／Δｙ）であるのに対して、第２の順方向掃引及び第２の逆方向掃引は、ｙ軸方向に１往復すればよく、その掃引距離はｗ_ｙ×２である。このため、第１の双方向掃引のみの場合と比較して測定時間の増加は僅かである。

本実施例では、第１の双方向掃引をｘ軸方向に行なう場合を示したが、ｘ軸とｙ軸を逆にすることも可能であり、ｘ軸及びｙ軸方向の掃引速度、掃引幅、掃引ステップに応じてより測定時間の短い方を選択することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。

第４の実施形態は、プローブアンテナの掃引方法及び位相の補正方法が第１〜３の実施形態と異なっている。アンテナ測定装置の基本構成は、図１に示す第１の実施形態の構成と同一である。

図１０は、第４の実施形態に係るプローブアンテナ１２の掃引方法を示す図である。
第４の実施形態のプローブアンテナ１２の掃引方法は、第１の掃引が主掃引方向（ｘ軸方向）の往路の掃引と復路の掃引とを交互にかつ副掃引方向（ｙ軸方向）に一定間隔で順次行なう双方向掃引からなり、第１の掃引の開始および終了が第２の掃引と交わるように追加の掃引が含まれている点で、第１〜第３の実施形態と異なっている。

具体的には、図１０に示すように、本実施形態のプローブアンテナ１２の掃引は、第１の双方向掃引と第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引とからなる。すなわち、第１の掃引は第１の双方向掃引であり、第２の掃引は第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引とからなる。第１の双方向掃引は、ｘ軸の正の方向の掃引とｘ軸の負の方向の掃引がｙ軸方向の間隔Δｙで交互に配置され、測定平面Ｐ内を網羅する。第３の実施形態では、第１の双方向掃引のｘ軸の正の方向の掃引とｘ軸の負の方向の掃引の順序は必ずしも交互に行なう必要は無い。これに対して、第４の実施形態では、図１０に示すように第１の双方向掃引のｘ軸の正の方向の掃引とｘ軸の負の方向の掃引を交互に行なう必要がある。

また、本実施形態の第１の双方向掃引は、測定平面Ｐ内を網羅する掃引に加えて、ｘ＝０から開始してｘ＝０で終了するよう追加の掃引が必要である。追加の掃引は、図１０に示すように測定平面Ｐ内を網羅する掃引と同一経路を往復する場合と、図１１に示すように測定平面Ｐ内を網羅する掃引の外側にそれぞれｙ軸方向にΔｙだけ広げる場合がある。

第２の順方向掃引は、ｘ＝０においてｙ軸の正の方向に掃引し、第２の逆方向掃引は、ｘ＝０においてｙ軸の負の方向に掃引するものである。なお、第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引は図示の都合上離れているが、実際は同一経路を往復する。第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引において、第１の双方向掃引の追加掃引に対応する測定点を取得する必要があり、図１０の場合は掃引の始点と終点においてそれぞれ２回測定を行ない、図１１の場合は掃引範囲を上下にそれぞれｙ軸方向にΔｙずつ広げて追加の測定を行なう必要がある。

ここでは被測定アンテナ２の中心に対応する測定平面Ｐの中心をｘ＝０，ｙ＝０としたが、最も電界強度が大きい位置をｘ＝０，ｙ＝０としてもよい。第１の双方向掃引全体と第２の順方向掃引と第２の逆方向掃引の順序は入れ替えることが可能であり、例えば、第２の逆方向掃引、第１の双方向掃引、第２の順方向掃引の順に行なうことも可能である。

第１の双方向掃引によって得られた位相θ_１（ｘ，ｙ_ｉ）、第２の順方向掃引によって得られた位相θ_２ｆ（０，ｙ）、及び第２の逆方向掃引によって得られた位相θ_２ｂ（０，ｙ）は、それぞれ次式（４６）、（４７）、及び（４８）により表される。

ここで、ｉは整数であり、ｉが偶数の場合のｙ_ｉは第１の双方向掃引のｘ軸の正方向の掃引時のｙ軸値、ｉが奇数の場合のｙ_ｉは第１の双方向掃引のｘ軸の負方向の掃引時のｙ軸値を表す。ｙ軸方向の掃引ステップをΔｙとすると、ｙ_ｉ＝ｙ_０＋ｉ・Δｙで表される（図１０の第１の双方向掃引の追加掃引時を除く。ｙ_０は定数）。φ（ｘ，ｙ）は位置（ｘ，ｙ）における電界の真の位相、φ_ｎ１（ｘ，ｙ_ｉ）は第１の双方向掃引時の位相雑音、φ_ｎ２ｆ（０，ｙ）は第２の順方向掃引時の位相雑音、φ_ｎ２ｂ（０，ｙ）は第２の逆方向掃引時の位相雑音である。

本実施形態では、次式（４９）、（５０）により位相補正を行ない、補正後の位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）を求める。

ここで、ｗ_ｘはｘ軸方向の掃引幅である。

上記式（４９）は、離散的な位置（０，ｙ_ｉ）における位相補正値θ_２１（０，ｙ_ｉ）を、第１の双方向掃引の間中、例えば位置（０，ｙ_ｉ−１）から位置（０，ｙ_ｉ）への掃引や位置（０，ｙ_ｉ）から位置（０，ｙ_ｉ＋１）への掃引の間で直線補間する式であり、プローブ走査機構１３の加減速時間やｙ軸方向にΔｙ移動する時間を無視して簡単化している。プローブ走査機構１３の加減速時間やｙ軸方向にΔｙ移動する時間が無視できない場合は、それらの時間を考慮して時間軸上で補間する必要がある。

直線補間以外にも３点以上の位相補正値θ_２１（０，ｙ_ｉ）を用いて２次以上の高次多項式で補間したり、所定の点数の位相補正値θ_２１（０，ｙ_ｉ）を用いて関数ｓｉｎ（ｘ）／ｘで補間したりすることも可能である。一般に多数の測定点を用いて補間を行なうことにより補間精度が向上し位相補正の効果が大きくなるが、追加掃引を増やして補間に必要な測定点数を確保する必要がある。

位相補正部２４は、位相補正の上記式（４９）、（５０）に従い、第１の掃引と第２の掃引との交点にて第２の順方向掃引で検出した位相と第２の逆方向掃引で検出した位相との平均値の位相と、第１の双方向掃引時に該交点にて振幅位相検出部２２で検出した位相との差（θ_２１）を、第１の双方向掃引の該交点の間の掃引区間にて補間して得られた位相補正値を用いて、第１の双方向掃引において振幅位相検出部２２で検出した位相を補正するようになっている。

ここで、プローブアンテナ１２のｘ軸方向の掃引速度をｖ_ｘ，ｙ軸方向の掃引速度をｖ_ｙとし、時刻ｔに対して直線的に変化する位相雑音φ_ｎ（ｔ）＝ａ・ｔ＋ｂを考えると、各掃引時の位相雑音は次式（５１）、（５２）、（５３）により表される。

ここで、ａ，ｂ，ｂ_１０，ｂ_２ｆ，ｂ_２ｂは定数である。

位相補正値θ_２１（０，ｙ_ｉ）及び補正後の位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）は、上記式（４９）〜（５３）より、次式のようになる。

上記式（５９）において、一定の位相オフセット（ｂ_２ｆ＋ｂ_２ｂ）／２はアンテナ測定に影響を与えない。すなわち、ｘ軸方向の位相雑音±（ａ／ｖ_ｘ）・ｘ及びｙ軸方向の位相雑音（ａ／ｖ_ｘ）・（ｗ_ｘ／Δｙ）・ｙ_ｉの影響を受けない位相θ（ｘ，ｙ_ｉ）が得られる。このように、本実施形態は、時刻に対して直線的に変化する位相雑音が存在する場合、ｘ軸及びｙ軸方向の位相雑音の影響を受けないので、図１８に示す従来の掃引方法よりも高精度にアンテナの指向性を測定することができる。

また、第４の実施形態は、第１の双方向掃引においてｘ軸の正方向の掃引とｘ軸の負方向の掃引を交互に行なうことにより、第３の実施形態と同様に、ｘ軸掃引の戻り時間を有効に活用することができるので、アンテナ測定時間を大幅に短縮することが可能となる。

要するに、本実施形態は、第２の実施形態のｘ軸方向の位相雑音及びｙ軸方向の位相雑音の影響を受けない位相が得られる利点と、第３の実施形態の第１の双方向掃引により短い測定時間で測定可能な利点とを兼ね備えた方法である。

また、第１の双方向掃引は、２次元の測定平面Ｐ上を網羅するように掃引する必要があり、その掃引距離はｗ_ｘ×（ｗ_ｙ／Δｙ）である。これに対して、第２の順方向掃引及び第２の逆方向掃引は、ｙ軸方向に１往復すればよく、その掃引距離はｗ_ｙ×２である。また、直線補間の場合の第１の双方向掃引における追加の掃引もｘ軸方向掃引の片道分でよく（追加掃引距離は（ｗ_ｘ／２）×２）、第１の双方向掃引のみの場合と比較して、測定時間の増加は僅かである。

本実施形態では、第１の双方向掃引をｘ軸方向に行なう場合を示したが、ｘ軸とｙ軸を逆にすることも可能であり、ｘ軸及びｙ軸方向の掃引速度、掃引幅、掃引ステップに応じてより測定時間の短い方を選択することができる。

以上述べたように、本発明は、位相雑音の影響を低減してアンテナの指向性を高精度に測定することができるという効果を有し、位相測定を伴うアンテナ測定装置及びアンテナ測定方法の全般に有用である。

１ アンテナ測定装置
２ 被測定アンテナ
３ 信号発生器
１１ アンテナ支持部
１２ プローブアンテナ
１３ プローブ走査機構
２１ 走査制御部
２２ 振幅位相検出部
２３ データ記憶部
２４ 位相補正部
２５ 遠方界算出部
２６ 表示部
Ｐ 測定平面

Claims (7)

1. 被測定アンテナ（２）から送信される無線信号を近傍界で受信するプローブアンテナ（１２）と、
   前記プローブアンテナを所定の測定平面内で主掃引方向に複数回掃引させて前記測定平面を網羅する第１の掃引と、前記プローブアンテナを前記測定平面内で前記主掃引方向と交差する副掃引方向に往復させる第２の掃引とを行わせるプローブ走査機構（１３）と、
   前記第１及び第２の掃引時に前記プローブアンテナで受信した信号の振幅及び位相を検出する振幅位相検出部（２２）と、
   前記第２の掃引の往路において前記振幅位相検出部で検出した位相と、前記第２の掃引の復路において前記振幅位相検出部で検出した位相との平均値を用いて、前記第１の掃引において前記振幅位相検出部で検出した位相を補正する位相補正部（２４）と、
   を備えたことを特徴とするアンテナ測定装置（１）。
2. 前記第１の掃引は、前記主掃引方向の単方向掃引の繰返しからなり、前記位相補正部は、前記第２の掃引の往路において前記第１の掃引と前記第２の掃引との交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相と前記第２の掃引の復路において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との平均値と、前記第１の掃引において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との差を用いて、前記第１の掃引において前記振幅位相検出部で検出した位相を補正する、請求項１に記載のアンテナ測定装置。
3. 前記第１の掃引は、前記主掃引方向に同一経路を往復する往復掃引の繰返しからなり、前記位相補正部は、前記第２の掃引の往路において前記第１の掃引と前記第２の掃引との交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相と前記第２の掃引の復路において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との平均値と、前記第１の掃引の往路において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相と前記第１の掃引の復路において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との平均値との差を用いて、前記第１の掃引の往路において前記振幅位相検出部で検出した位相と、前記第１の掃引の復路において前記振幅位相検出部で検出した位相との平均値の位相を補正する、請求項１に記載のアンテナ測定装置。
4. 前記第１の掃引は、前記主掃引方向の往路と復路とが前記副掃引方向に交互に繰返し配置された双方向掃引からなり、前記位相補正部は、前記第２の掃引の往路において前記第１の掃引と前記第２の掃引との交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相と前記第２の掃引の復路において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との平均値と、前記第１の掃引において前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との差を用いて、前記第１の掃引において前記振幅位相検出部で検出した位相を補正する、請求項１に記載のアンテナ測定装置。
5. 前記第１の掃引は、前記主掃引方向の往路の掃引と復路の掃引とを交互にかつ前記副掃引方向に一定間隔で順次行なう双方向掃引からなり、前記位相補正部は、前記第１の掃引と前記第２の掃引との交点における前記平均値の位相と前記第１の掃引時に前記交点にて前記振幅位相検出部で検出した位相との差（θ_２１）を、前記第１の掃引の前記交点の間の掃引区間にて補間した位相補正値を用いて、前記第１の掃引において前記振幅位相検出部で検出した位相を補正する、請求項１に記載のアンテナ測定装置。
6. 所定の測定平面内でプローブアンテナを所定の距離だけ移動させる移動ステップ（Ｓ２）と、
   被測定アンテナ（２）から無線信号を送信し、前記プローブアンテナにより前記無線信号を近傍界で受信する送受信ステップ（Ｓ３）と、
   前記プローブアンテナで受信した信号の振幅及び位相を検出する検出ステップ（Ｓ７）と、を含み、
   前記移動ステップと前記送受信ステップと前記検出ステップとを繰り返すことで、主掃引方向の掃引を繰り返して前記測定平面を網羅する第１の掃引と、前記測定平面内で前記主掃引方向と交差する副掃引方向に往復させる第２の掃引とからなる前記プローブアンテナの掃引を行い、
   前記第２の掃引の往路において検出した位相と、前記第２の掃引の復路において検出した位相との平均値を用いて、前記第１の掃引において検出した位相を補正する補正ステップ（Ｓ１２）を更に含むことを特徴とするアンテナ測定方法。
7. 所定の測定平面内でプローブアンテナの主掃引方向の掃引を繰り返して前記測定平面を網羅する第１の掃引と、前記プローブアンテナを前記測定平面内で前記主掃引方向と交差する副掃引方向に往復させる第２の掃引とからなる掃引を開始させる掃引開始ステップ（Ｓ５）と、
   前記掃引を行っているときに被測定アンテナ（２）から送信される無線信号を前記プローブアンテナにより近傍界で受信する受信ステップ（Ｓ６）と、
   前記プローブアンテナで受信した信号の振幅及び位相を検出する検出ステップ（Ｓ７）と、
   前記第２の掃引の往路において検出した位相と、前記第２の掃引の復路において検出した位相との平均値を用いて、前記第１の掃引において検出した位相を補正する補正ステップ（Ｓ１２）と、
   を含むことを特徴とするアンテナ測定方法。

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