JP2020022141A - Planar antenna device, wireless terminal measuring device including the same, and wireless terminal measuring method - Google Patents

Planar antenna device, wireless terminal measuring device including the same, and wireless terminal measuring method Download PDF

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Abstract

To provide a planar antenna device capable of suppressing an amplitude error caused by multiple reflection occurring between an antenna and a wireless terminal, a wireless terminal measurement device including the same, and a wireless terminal measurement method.SOLUTION: The planar antenna device includes: an antenna substrate 13 including a dielectric substrate; a planar antenna 11 having an antenna element 14 formed on one surface 13a of the antenna substrate 13; and a radio wave absorber 12 surrounding one side 13a of the antenna substrate 13 other than a desired radiation direction of the antenna element 14. An antenna 110 of a DUT 100 and the planar antenna 11 that are opposed to and close to one surface 13a of the antenna substrate 13 are spatially coupled.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、平面アンテナ装置、それを備えた無線端末測定装置、及び無線端末測定方法に関する。   The present invention relates to a planar antenna device, a wireless terminal measuring device including the same, and a wireless terminal measuring method.

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。   2. Description of the Related Art In recent years, with the development of multimedia, wireless terminals (smartphones and the like) equipped with antennas for wireless communication such as cellular and wireless LAN have been actively produced. In the future, in particular, wireless terminals that transmit and receive wireless signals corresponding to IEEE802.11ad, 5G cellular, and the like that use broadband signals in the millimeter wave band are required.

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。   In a wireless terminal manufacturing plant, for example, measurement of the output level of a transmission radio wave and the reception sensitivity specified for each communication standard for a plurality of antennas provided in a wireless terminal employing a MIMO (Multi Input Multi Output) method. Also, beamforming measurement is performed, and a performance test is performed to determine whether the measurement result satisfies a predetermined standard. Here, the beamforming is a technology that can change the shape and direction of a beam of a radio signal by controlling the amplitude and phase of a radio signal transmitted and received by a plurality of antennas.

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。   Conventionally, when performing the above performance test, one wireless terminal as a device under test (DUT) is placed in a shield box or an anechoic chamber, and the control terminal and the antenna terminal of the DUT are coaxial. The work of connecting to a measuring instrument by a cable was performed. In the current situation where inspection of tens of thousands of DUTs can be required per day, the inspection time required for one device is very limited, and efficient measurement in a short time is required.

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。   However, it is possible to shorten the measurement time by the measuring instrument by increasing the speed of the CPU built in the measuring instrument or by parallelizing the measuring instrument. It is difficult to greatly reduce the time since they are physically connected.

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。   When the antenna of the DUT emits radio signals in the K and Ka band bands (18 GHz to 40 GHz), the configuration in which the antenna terminal of the DUT is connected to the measuring instrument with a coaxial cable, the signal from the antenna is not used. However, there is a problem that the loss is large when transmitted over a coaxial cable, and accurate measurement cannot be performed.

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。このような測定器においては、DUTの偏波が分からない場合は、円偏波アンテナや直交2偏波が受信できる測定用アンテナが使用される。一方、DUTの偏波が直線偏波で既知である場合は、測定用アンテナも同様に直線偏波アンテナを用いることができる。また、測定設備は小型であることが望ましい。このため測定用アンテナとしては、ホーンアンテナのような立体的なアンテナでなく、プリント基板等で製作される平面アンテナの仕様が想定される。   Therefore, there has been proposed a measuring instrument that performs a performance test of the DUT by transmitting and receiving a radio signal to and from the DUT and does not require a coaxial cable connection between the DUT and the measuring instrument. In such a measuring device, when the polarization of the DUT is not known, a circularly polarized antenna or a measuring antenna that can receive two orthogonally polarized waves is used. On the other hand, when the polarization of the DUT is known as linear polarization, a linear polarization antenna can be used for the measurement antenna as well. Also, it is desirable that the measuring equipment be small. For this reason, it is assumed that the measurement antenna is not a three-dimensional antenna such as a horn antenna, but a flat antenna manufactured on a printed circuit board or the like.

測定用アンテナを用いてDUTのアンテナと無線信号の送受を行う構成においては、測定用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S21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。 In a configuration in which the measurement antenna is used to transmit and receive a radio signal to and from the DUT antenna, the radiation surface of the measurement antenna and the radiation surface of the DUT antenna are arranged in parallel. However, the parallel-arranged two antennas between antiphase multiple reflection as signal components to each other are canceled in occurs, to use around the frequency of the transmission characteristic S 21 by two antennas, the ideal flat characteristic In some cases, a dent (amplitude error) of about several dB may appear.

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、測定用アンテナとDUTのアンテナとの伝送特性S21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。 2. Description of the Related Art In recent years, wireless terminals such as smartphones have been controlled to operate an internal amplifier with high efficiency in a non-linear region in order to suppress power consumption and extend battery life. Relative DUT giving distortion to the input signal by nonlinearity of such an amplifier, when performance tested in the presence of amplitude errors in the transmission characteristic S 21 between the measuring antenna and the DUT antenna, Ya reception characteristic measurement The measurement accuracy of the beam forming measurement is significantly reduced.

このため、DUTのアンテナと測定用アンテナの間で発生する多重反射を低減する必要があり、例えば特許文献1のような方法が提案されている。   For this reason, it is necessary to reduce the multiple reflections generated between the antenna of the DUT and the antenna for measurement. For example, a method as disclosed in Patent Document 1 has been proposed.

特開2016−201608号公報JP-A-2006-160608

特許文献1に示されたように、アンテナの表面全てを電波吸収体で覆うことで、反射波の強度を低下させ、多重反射を低減することが可能である。しかしながら、アンテナ素子の上部に電波吸収体が存在するため、本来の放射したい電波自体も電波吸収体に吸収されてしまうという問題がある。このようなアンテナを用いてDUTを測定する場合、測定の感度が低下し、スプリアス測定のような高ダイナミックレンジが必要な測定が困難になる可能性がある。   As shown in Patent Literature 1, by covering the entire surface of the antenna with a radio wave absorber, it is possible to reduce the intensity of a reflected wave and reduce multiple reflections. However, since the radio wave absorber exists above the antenna element, there is a problem that the radio wave itself to be radiated is also absorbed by the radio wave absorber. When measuring a DUT using such an antenna, the sensitivity of the measurement may be reduced, and it may be difficult to perform a measurement requiring a high dynamic range such as a spurious measurement.

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、無線端末の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することができる平面アンテナ装置、それを備えた無線端末測定装置、及び無線端末測定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a conventional problem, and a planar antenna device capable of suppressing an amplitude error caused by multiple reflection occurring between an antenna of a wireless terminal and a flat antenna device. It is an object of the present invention to provide a wireless terminal measurement device provided with a wireless terminal measurement method.

上記課題を解決するために、本発明に係る平面アンテナ装置は、誘電体基板を含むアンテナ基板と、前記アンテナ基板の第1の面に形成されたアンテナ素子とを有する平面アンテナと、前記アンテナ基板の第1の面において前記アンテナ素子の所望の放射方向以外を取り囲む電波吸収体と、を備え、前記アンテナ基板の第1の面に近接して対向する無線端末のアンテナと前記平面アンテナとが空間的に結合される構成である。   In order to solve the above problems, a planar antenna device according to the present invention includes: a planar antenna having an antenna substrate including a dielectric substrate; an antenna element formed on a first surface of the antenna substrate; And a radio wave absorber surrounding the antenna element in a direction other than a desired radiation direction on the first surface of the antenna substrate. It is a structure which is combined in a typical manner.

この構成により、本発明に係る平面アンテナ装置は、無線端末の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することができる。   With this configuration, the planar antenna device according to the present invention can suppress an amplitude error caused by multiple reflection occurring between the antenna and the antenna of the wireless terminal.

また、本発明に係る平面アンテナ装置においては、前記平面アンテナは、所定の偏波の回転方向を有する円偏波型の前記アンテナ素子と、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、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。 Further, in the planar antenna device according to the present invention, the planar antenna is the circularly polarized antenna element having a predetermined polarization rotation direction and a surface opposite to the first surface of the dielectric substrate. A ground plane conductor superposed on the second surface side, one end of each is connected to the ground plane conductor, penetrates the dielectric substrate along its thickness direction, and the other end of the dielectric substrate is A plurality of metal posts that extend to a first surface and are provided at predetermined intervals so as to surround the antenna element, thereby forming a cavity; and the plurality of metal posts on a first surface side of the dielectric substrate. And a frame-like conductor provided with a rim having a predetermined width in the direction of the antenna element. Comprising a vessel, By adjusting the structural parameters of the oscillator and the antenna element, the resonance frequency of the resonator is set to a desired value, the structural parameters, internal dimension Lw of the cavity, the rim width L of the frame-like conductor R, the number of turns of the antenna elements, the antenna base length of the element a0, include at least one element width W of the antenna elements and the rim width L R of the frame-like conductor, the surface of the dielectric substrate May be approximately 1 / of the wavelength of the surface wave propagating along the axis.

この構成により、本発明に係る平面アンテナ装置は、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。   With this configuration, the planar antenna device according to the present invention can suppress the generation of surface waves, and can make the radiation characteristics of the antenna a desired characteristic.

また、本発明に係る平面アンテナ装置においては、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。   Further, in the planar antenna device according to the present invention, the antenna element is formed in a square spiral shape or a circular spiral shape having a center end portion of a spiral, and the antenna formed in the square spiral shape or the circular spiral shape is provided. One end of the element may be connected to a center side end of the spiral and may further include a power supply pin provided through the dielectric substrate and the ground plane conductor.

また、本発明に係る無線端末測定装置は、上記のいずれかに記載の複数の平面アンテナ装置と、ビーム方向を制御可能な前記無線端末の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平面アンテナ装置により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、各前記平面アンテナ装置により前記信号受信部で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、を含む構成である。   Further, the wireless terminal measurement device according to the present invention, the plurality of planar antenna devices according to any of the above, the beam direction of the signal under measurement transmitted from the antenna of the wireless terminal capable of controlling the beam direction, A beam direction control unit for controlling, a signal receiving unit for receiving the signal under measurement controlled by the beam direction control unit by the plurality of planar antenna devices, and a signal to be measured received by the signal receiving unit. An analysis processing unit that performs an analysis process by using the power measurement unit that measures the power of the signal under measurement received by the signal reception unit by each of the planar antenna devices; and A beam direction estimating unit that estimates a direction of a beam of the signal under measurement transmitted from the antenna based on the power measured by the unit; and a beam direction estimating unit. Direction of the beam of more estimated the signal to be measured, and the beam steering determines beam direction determining section for determining whether or not coincides with the direction of the controlled the beam by the portion, which is configured to include a.

この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、無線端末と複数の平面アンテナ装置との位置関係を固定した状態で、無線端末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。   With this configuration, the wireless terminal measurement device according to the present invention can perform measurement including beamforming measurement on the wireless terminal in a state where the positional relationship between the wireless terminal and the plurality of planar antenna devices is fixed.

また、この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、無線端末のアンテナと平面アンテナ装置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、無線端末のアンテナと平面アンテナ装置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、測定感度を低下させることなく無線端末に対する測定を行うことができる。   Further, with this configuration, the wireless terminal measurement device according to the present invention can reduce multiple reflections of the signal under measurement between the antenna of the wireless terminal and the planar antenna device. That is, the wireless terminal measurement device according to the present invention suppresses an amplitude error caused by multiple reflection occurring between the antenna of the wireless terminal and the planar antenna device, and performs measurement on the wireless terminal without lowering measurement sensitivity. It can be carried out.

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、前記無線端末において前記アンテナが設置された一面と、各前記平面アンテナの前記アンテナ基板の第1の面が平行でない構成であってもよい。   In the wireless terminal measuring device according to the present invention, one surface of the wireless terminal on which the antenna is installed may not be parallel to the first surface of the antenna substrate of each of the planar antennas.

この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、平面アンテナと無線端末の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更に抑制することができる。   With this configuration, the wireless terminal measurement device according to the present invention can further suppress an amplitude error caused by multiple reflection occurring between the planar antenna and the antenna of the wireless terminal.

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、各前記平面アンテナの前記アンテナ基板の第1の面の法線と、各前記平面アンテナの放射面の法線が平行であり、各前記平面アンテナの放射方向は各前記平面アンテナの放射面の法線方向であってもよい。   Further, in the wireless terminal measuring device according to the present invention, the normal of the first surface of the antenna substrate of each of the planar antennas is parallel to the normal of the radiation surface of each of the planar antennas, May be a normal direction of a radiation surface of each of the planar antennas.

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、前記無線端末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、前記複数の平面アンテナは、前記無線端末の一面に対向する位置に配置されて、前記無線端末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、前記無線端末の他面に対向する位置に配置されて、前記無線端末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。   Further, in the wireless terminal measuring device according to the present invention, the wireless terminal further has a plurality of antennas including another antenna installed on the other surface side, and the plurality of planar antennas are provided on one surface of the wireless terminal. A first circularly polarized antenna spatially coupled to the antenna disposed on one side of the wireless terminal, and a first circularly polarized antenna disposed spatially opposite to the other side of the wireless terminal; A second circular polarized antenna spatially coupled to the antenna installed on the other side of the wireless terminal, wherein the first circular polarized antenna and the second circular polarized antenna The configuration may be such that the direction of rotation of the predetermined polarization is different.

この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、無線端末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。   With this configuration, the wireless terminal measurement device according to the present invention does not install an object that blocks a signal such as a shield material between circularly polarized antennas having different rotation directions of polarized waves that face each other across the wireless terminal, Isolation performance between opposed circularly polarized antennas can be maintained.

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、前記無線端末の他面と、前記第2円偏波アンテナの前記アンテナ基板の第1の面が平行でない構成であってもよい。   In the wireless terminal measuring device according to the present invention, the other surface of the wireless terminal may not be parallel to the first surface of the antenna substrate of the second circularly polarized antenna.

この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、第2円偏波アンテナと無線端末の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更に抑制することができる。   With this configuration, the wireless terminal measuring device according to the present invention can further suppress an amplitude error caused by multiple reflections generated between the second circularly polarized antenna and the antenna of the wireless terminal.

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、前記アンテナの放射面の法線と、前記アンテナが設置された前記無線端末の一面又は他面の法線が平行であり、前記アンテナの放射方向は前記アンテナの放射面の法線方向であってもよい。   In the wireless terminal measuring device according to the present invention, a normal to a radiation surface of the antenna is parallel to a normal to one surface or another surface of the wireless terminal on which the antenna is installed, and the radiation direction of the antenna is May be the normal direction of the radiation surface of the antenna.

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、ビーム方向を制御可能な前記無線端末の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平面アンテナ装置により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、各前記平面アンテナ装置により前記信号受信ステップで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、を含む構成である。   Also, a wireless terminal measurement method according to the present invention is a wireless terminal measurement method using any one of the above wireless terminal measurement devices, wherein a signal under test transmitted from the antenna of the wireless terminal capable of controlling a beam direction is provided. A beam direction control step of controlling the direction of the beam, a signal receiving step of receiving the signal under measurement controlled by the beam direction control step by the plurality of planar antenna devices, and the signal received by the signal receiving step An analysis processing step of performing analysis processing on the signal under measurement, wherein the analysis processing step is a power measuring step of measuring the power of the signal under measurement received in the signal receiving step by each of the planar antenna devices. And the power transmitted from the antenna based on the power measured in the power measuring step. A beam direction estimating step of estimating the beam direction of the constant signal, and the beam direction of the signal under measurement estimated by the beam direction estimating step coincides with the beam direction controlled by the beam direction control step. And a beam direction determining step of determining whether or not there is a beam direction.

この構成により、本発明に係る無線端末測定方法は、無線端末と複数の平面アンテナ装置との位置関係を固定した状態で、無線端末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。   With this configuration, the wireless terminal measurement method according to the present invention can perform measurement including beamforming measurement on the wireless terminal in a state where the positional relationship between the wireless terminal and the plurality of planar antenna devices is fixed.

また、この構成により、本発明に係る無線端末測定方法は、無線端末のアンテナと平面アンテナ装置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、無線端末のアンテナと平面アンテナ装置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、無線端末に対する測定を行うことができる。   Further, with this configuration, the wireless terminal measuring method according to the present invention can reduce multiple reflections of the signal under measurement between the antenna of the wireless terminal and the planar antenna device. That is, the wireless terminal measurement device according to the present invention can perform measurement on the wireless terminal while suppressing an amplitude error caused by multiple reflection occurring between the antenna of the wireless terminal and the planar antenna device.

本発明は、無線端末の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することができる平面アンテナ装置、それを備えた無線端末測定装置、及び無線端末測定方法を提供するものである。   The present invention provides a planar antenna device capable of suppressing an amplitude error caused by multiple reflection occurring between the antenna and a wireless terminal, a wireless terminal measurement device including the same, and a wireless terminal measurement method. is there.

本発明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。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless terminal measurement device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view illustrating a configuration of a planar antenna device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置とDUTとの位置関係の一例を示す断面図(E面断面図)である。It is sectional drawing (E surface sectional drawing) which shows an example of the positional relationship between the planar antenna device and DUT which concern on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置に向かってDUTのアンテナから電磁波が放射される様子を示す断面図(E面断面図)である。It is sectional drawing (E side sectional drawing) which shows a mode that an electromagnetic wave is radiated | emitted from the antenna of DUT toward the planar antenna device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置で拡散反射された電磁波がDUTに入射する様子を示す断面図(E面断面図)である。FIG. 5 is a cross-sectional view (E-plane cross-sectional view) illustrating a state in which an electromagnetic wave diffusely reflected by the planar antenna device according to the embodiment of the present invention is incident on a DUT. 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置の平面アンテナにDUTで拡散反射された電磁波が入射する様子を示す断面図(E面断面図)である。It is sectional drawing (E surface sectional drawing) which shows a mode that the electromagnetic wave diffuse-reflected by the DUT is incident on the planar antenna of the planar antenna device according to the embodiment of the present invention. 本発明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。It is a perspective view showing the composition of the circular polarization antenna with which the radio terminal measuring device concerning an embodiment of the present invention is provided. (a)は本発明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。(A) is a front view showing the configuration of the LHCP of the circularly polarized antenna in the embodiment of the present invention, and (b) is a front view of the RHCP configuration of the circularly polarized antenna in the embodiment of the present invention. 本発明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。It is a rear view showing the composition of the circularly polarized wave antenna in an embodiment of the present invention. (a)は図8(a)の4A−4A拡大断面図であり、(b)は図8(a)の変形例における4B−4B線拡大断面図である。FIG. 8A is an enlarged sectional view taken along line 4A-4A of FIG. 8A, and FIG. 8B is an enlarged sectional view taken along line 4B-4B in a modification of FIG. 8A. 図8(a)の5−5線拡大断面図である。FIG. 9 is an enlarged sectional view taken along line 5-5 of FIG. (a)は本発明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。(A) is an enlarged front view showing a configuration of a main part of the circularly polarized antenna in the embodiment of the present invention, and (b) is a configuration of a modification of a main part of the circularly polarized antenna in the embodiment of the present invention. FIG. 本発明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。It is an enlarged front view which shows the structure of the other modification of the principal part of the circularly polarized wave antenna in embodiment of this invention. 本発明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。FIG. 4 is a characteristic diagram when a configuration of a main part of the circularly polarized wave antenna according to the embodiment of the present invention is omitted. 本発明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。It is a characteristic diagram at the time of using the structure of the principal part of the circularly polarized wave antenna in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置とDUTとのS21を測定するための実験系の構成を真上から見た断面図である。It is a sectional view from above the configuration of the experimental system for measuring the S 21 of a planar antenna device and the DUT according to embodiments of the present invention. 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置とDUTとのS21の測定結果を示すグラフである。It is a graph showing the measurement results of the S 21 of the planar antenna device and the DUT according to embodiments of the present invention. 本発明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。It is a perspective view showing composition of a shield box with which a wireless terminal measuring device concerning an embodiment of the present invention is provided. 本発明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。It is a perspective view showing the internal structure of the shield box with which the wireless terminal measuring device concerning the embodiment of the present invention is provided. 本発明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。It is a perspective view showing composition of an antenna holding part with which a wireless terminal measuring device concerning an embodiment of the present invention is provided. 本発明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。It is a top view for explaining movement of the antenna holding part with which the wireless terminal measuring device concerning the embodiment of the present invention is provided. 本発明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。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a positional relationship between a circularly polarized antenna and an antenna of a DUT according to the embodiment of the present invention. 本発明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。5 is a flowchart for explaining processing of a wireless terminal measurement method by the wireless terminal measurement device according to the embodiment of the present invention.

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。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。   Hereinafter, embodiments of a wireless terminal measurement device and a wireless terminal measurement method according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the dimensional ratio of each component on each drawing does not always match the actual dimensional ratio.

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、複数の平面アンテナ装置10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。   As shown in FIG. 1, a wireless terminal measuring apparatus 1 according to the present embodiment performs measurement of transmission / reception characteristics, beamforming measurement, and the like for a DUT 100 having at least one antenna 110 capable of controlling a beam direction. is there. For example, the wireless terminal measurement device 1 includes a shield box 50 in which a plurality of planar antenna devices 10 are accommodated, a measurement unit 51, a display unit 52, and an operation unit 53. The antenna 110 constitutes a phased array antenna whose beam direction can be controlled.

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。   The DUT 100 is a wireless terminal such as a smartphone that can perform 5G-compatible millimeter-wave communication.

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。   The antenna 110 emits radio waves of linear polarization such as vertical polarization and horizontal polarization. Further, the antenna 110 may be configured to be capable of temporally switching the polarization direction of the linear polarization.

平面アンテナ装置10は、図2及び図3に示すように、平面アンテナ11と、電波吸収体12と、を備える。平面アンテナ11は、例えば、パッチアンテナや後述する円偏波アンテナであり、誘電体基板を含むアンテナ基板13と、アンテナ基板13の一面13aに形成されたアンテナ素子14と、を有する。電波吸収体12は、アンテナ基板13の一面13aにおいてアンテナ素子14の所望の放射方向以外を取り囲むように配置される。図3の符号113を付した領域は、アンテナ素子14の所望の放射方向の範囲の一例を示している。   The planar antenna device 10 includes a planar antenna 11 and a radio wave absorber 12, as shown in FIGS. The planar antenna 11 is, for example, a patch antenna or a circularly polarized antenna described later, and includes an antenna substrate 13 including a dielectric substrate, and an antenna element 14 formed on one surface 13a of the antenna substrate 13. The radio wave absorber 12 is disposed on one surface 13 a of the antenna substrate 13 so as to surround the antenna element 14 in a direction other than a desired radiation direction. 3 indicates an example of a range of a desired radiation direction of the antenna element 14.

DUT100のDUT基板111の一面111aには、複数のアンテナ素子112からなるアンテナ110が設置されている。DUT基板111の一面111aと平面アンテナ11のアンテナ基板13の一面13aとが近接して対向することにより、DUT100のアンテナ110と平面アンテナ11とが空間的に結合されるようになっている。   On one surface 111a of the DUT substrate 111 of the DUT 100, an antenna 110 including a plurality of antenna elements 112 is installed. The one surface 111a of the DUT substrate 111 and the one surface 13a of the antenna substrate 13 of the planar antenna 11 are closely opposed to each other, so that the antenna 110 of the DUT 100 and the planar antenna 11 are spatially coupled.

電波吸収体12は、例えば、アンテナ素子14を四方から囲む4つの壁部15により構成される。各壁部15の高さは、平面アンテナ11の実効面積の領域から、DUT100のアンテナ110の実効面積の領域に向かう任意の直線を遮らない高さである必要がある。なお、上記の所望の放射方向は、例えば、この任意の直線の方向に相当する。   The radio wave absorber 12 is constituted by, for example, four walls 15 surrounding the antenna element 14 from all sides. The height of each wall portion 15 needs to be a height that does not block any straight line from the area of the effective area of the planar antenna 11 to the area of the effective area of the antenna 110 of the DUT 100. The desired radiation direction corresponds to, for example, the direction of this arbitrary straight line.

DUT100のアンテナ110から放射される電磁界の領域のうち、アンテナ110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、アンテナ110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。   Among the regions of the electromagnetic field radiated from the antenna 110 of the DUT 100, a region close to the antenna 110 is called a reactive near-field region in which an electromagnetic field component that does not contribute to the radiation is main. A region in which the directivity does not change with distance is called a radiant far-field region. Further, a region between the reactive near-field region and the radiation far-field region is called a radiation near-field region, in which the directivity changes according to the distance.

放射近傍界領域は、アンテナ110の開口長Dに対し、アンテナ110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。

Figure 2020022141
The radiation near-field region is defined as a position separated from the radiation surface of the antenna 110 by a distance R satisfying the following expression (1) with respect to the opening length D of the antenna 110. Here, λ is a free space wavelength.
Figure 2020022141

以下、平面アンテナ装置10とDUT100との間で多重反射が抑制できる原理について説明する。ここでは、平面アンテナ11とアンテナ110が放射遠方界領域ではない近距離で向かい合わせに設置されていることを想定する。   Hereinafter, the principle of suppressing multiple reflection between the planar antenna device 10 and the DUT 100 will be described. Here, it is assumed that the planar antenna 11 and the antenna 110 are installed facing each other at a short distance that is not a radiating far-field region.

電波吸収体12が平面アンテナ11に取り付けられていない場合、アンテナ110から放射された電磁波は、図4(a)に矢印で示すように、全方向に拡散しながら平面アンテナ11に入射する。このうち、平面アンテナ11の実効面積の領域に入射した電磁波は、平面アンテナ11によって受信される。それ以外の電磁波はアンテナ基板13等により拡散反射される。なお、図4(a)では、アンテナ110を構成する複数のアンテナ素子14のうちの1つから放射される電磁波の放射方向のみを示している。   When the radio wave absorber 12 is not attached to the planar antenna 11, the electromagnetic wave radiated from the antenna 110 is incident on the planar antenna 11 while being diffused in all directions, as indicated by arrows in FIG. Among them, the electromagnetic wave incident on the area of the effective area of the planar antenna 11 is received by the planar antenna 11. Other electromagnetic waves are diffusely reflected by the antenna substrate 13 and the like. FIG. 4A shows only the radiation direction of the electromagnetic wave radiated from one of the plurality of antenna elements 14 constituting the antenna 110.

平面アンテナ11で受信されずに反射された電磁波は、図5(a)に矢印で示すように、平面アンテナ11のアンテナ基板13等で拡散反射されてDUT100に入射する。このうち、アンテナ110の実効面積の領域に入射した電磁波は、アンテナ110によって受信される。それ以外の電磁波はDUT100のDUT基板111等により拡散反射される。なお、図5(a)では、図4(a)においてアンテナ110から放射された電磁波のうちの一部に関する反射波のみを図示している。   The electromagnetic wave reflected without being received by the planar antenna 11 is diffusely reflected by the antenna substrate 13 or the like of the planar antenna 11 and enters the DUT 100 as indicated by an arrow in FIG. Among them, the electromagnetic wave incident on the area of the effective area of the antenna 110 is received by the antenna 110. Other electromagnetic waves are diffusely reflected by the DUT board 111 of the DUT 100 and the like. Note that FIG. 5A illustrates only a reflected wave related to a part of the electromagnetic waves radiated from the antenna 110 in FIG.

さらに、アンテナ110で受信されずに反射された電磁波の一部は、図6(a)に矢印で示すように、再び平面アンテナ11に入射して受信される。つまり、図4(a)、図5(a)、及び図6(a)に示したように、平面アンテナ装置10とDUT100との間で電磁波の反射が複数回繰り返されることになる。このとき、平面アンテナ11は、最初にアンテナ110から直接放射された電磁波と、平面アンテナ11とDUT100の間で反射されて2回目以降に受信される電磁波との合成波を受信することになる。   Further, a part of the electromagnetic wave reflected without being received by the antenna 110 is again incident on the planar antenna 11 and received as shown by an arrow in FIG. That is, as shown in FIG. 4A, FIG. 5A, and FIG. 6A, the reflection of the electromagnetic wave between the planar antenna device 10 and the DUT 100 is repeated a plurality of times. At this time, the planar antenna 11 receives a composite wave of the electromagnetic wave directly radiated directly from the antenna 110 and the electromagnetic wave reflected between the planar antenna 11 and the DUT 100 and received for the second and subsequent times.

最初に平面アンテナ11に受信されて得られる信号と、2回目以降に平面アンテナ11に受信されて得られる信号の位相関係は、平面アンテナ11とDUT100の設置距離によって定まるため、この設置距離が変化した場合、平面アンテナ11とアンテナ110との伝送特性S21は波打つこととなる。 Since the phase relationship between the signal received by the planar antenna 11 first and the signal received by the planar antenna 11 for the second and subsequent times is determined by the installation distance between the planar antenna 11 and the DUT 100, the installation distance varies. If you, the transmission characteristic S 21 between the plane antenna 11 and the antenna 110 becomes wavy it.

一方、図2に示したように、電波吸収体12が平面アンテナ11に取り付けられている場合、アンテナ110から放射された電磁波が平面アンテナ11に入射するところまではほぼ同様であるが(図4(b))、平面アンテナ11で拡散反射された電磁波のほとんどが電波吸収体12により吸収され強度が低下する(図5(b))。なお、図4(b)及び図5(b)の矢印における破線部分は、電波吸収体12により妨げられて強度が低下した電磁波を表している。   On the other hand, as shown in FIG. 2, when the radio wave absorber 12 is attached to the planar antenna 11, the electromagnetic wave radiated from the antenna 110 is almost the same up to the point where the electromagnetic wave enters the planar antenna 11 (FIG. 4). (B)) Most of the electromagnetic waves diffusely reflected by the planar antenna 11 are absorbed by the radio wave absorber 12 and the intensity is reduced (FIG. 5B). 4 (b) and 5 (b) indicate electromagnetic waves whose strength has been reduced due to interference with the radio wave absorber 12.

さらに、DUT100で拡散反射された電磁波は、平面アンテナ11に入射する途中でも電波吸収体12によって吸収されるため、更に強度が低下する(図6(b))。このように、平面アンテナ11で2回目以降に受信される電磁波が電波吸収体12により大きく低下するため、平面アンテナ11に受信されて得られる信号は最初に受信された信号が主となる。このため、平面アンテナ11とDUT100の設置距離を変化させた場合の伝送特性S21の波打ちを低減することができる。 Further, the electromagnetic wave diffusely reflected by the DUT 100 is absorbed by the radio wave absorber 12 even while being incident on the planar antenna 11, so that the intensity is further reduced (FIG. 6B). As described above, since the electromagnetic waves received by the planar antenna 11 for the second time and thereafter are greatly reduced by the radio wave absorber 12, the signal received by the planar antenna 11 is mainly the signal received first. Therefore, it is possible to reduce the waviness of the transmission characteristic S 21 in the case of changing the installation distance of the planar antenna 11 and the DUT 100.

以下、平面アンテナ11の一例として円偏波アンテナの構成について説明する。図7から図11は、円偏波アンテナの基本構造を示している。   Hereinafter, a configuration of a circularly polarized antenna will be described as an example of the planar antenna 11. 7 to 11 show the basic structure of the circularly polarized antenna.

すなわち、図7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8(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9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10(a)は、図8(a)の4A−4A線拡大断面図である。また、図10(b)は、図8(a)の変形例における4B−4B線拡大断面図である。また、図11は、図8(a)の5−5線拡大断面図である。   That is, FIG. 7 is a perspective view shown for explaining the configuration of the circularly polarized wave antenna 20. FIGS. 8A and 8B are front views illustrating the configuration of the circularly polarized antenna 20. FIG. FIG. 9 is a rear view for explaining the configuration of the circularly polarized wave antenna 20. FIG. 10A is an enlarged cross-sectional view taken along the line 4A-4A in FIG. FIG. 10B is an enlarged cross-sectional view taken along line 4B-4B in the modification of FIG. 8A. FIG. 11 is an enlarged sectional view taken along line 5-5 of FIG.

本実施形態における円偏波アンテナ20は、基本的には、図7から図11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。アンテナ素子23は、既に述べたアンテナ素子14の一例である。また、既に述べたアンテナ基板13は、アンテナ素子23を除く円偏波アンテナ20の全ての構成を含むものとする。また、アンテナ基板13の一面13aは、誘電体基板21の反対面21bに相当する。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。   As shown in FIGS. 7 to 11, the circularly polarized antenna 20 according to the present embodiment basically includes a dielectric substrate 21, a ground plane conductor 22 superposed on one surface 21a of the dielectric substrate 21, and a dielectric substrate 21. A circularly polarized antenna element 23 formed on the opposite surface 21 b of the body substrate 21 and having a predetermined polarization rotation direction. The antenna element 23 is an example of the antenna element 14 described above. The antenna substrate 13 already described includes all components of the circularly polarized antenna 20 except the antenna element 23. One surface 13a of the antenna substrate 13 corresponds to the opposite surface 21b of the dielectric substrate 21. The opposite surface 21b is also referred to as a first surface, and the one surface 21a is also referred to as a second surface.

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。   Further, on the opposite side of the dielectric substrate 21 with the ground plane conductor 22 interposed therebetween, a feeder 26 for feeding an excitation signal to the antenna element 23 is formed. The power supply unit 26 includes a power supply dielectric substrate 27 and a microstrip line power supply line 28 formed on the surface of the power supply dielectric substrate 27 opposite to the ground plane conductor 22 and grounding the ground plane conductor 22. .

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。   As the dielectric substrate 21 and the power supply dielectric substrate 27, a material such as RO4003 (Rogers) having low loss in a quasi-millimeter wave band can be used.

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10(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を1.1mm、給電用誘電体基板27の高さhを0.3mmなどとすることができる。 As the material of the dielectric substrate 21 and the power supply dielectric substrate 27, any material having a low loss and a dielectric constant of about 2 to 5 can be used. For example, a glass cloth Teflon substrate or various thermosetting resin substrates can be used. Become a candidate. For example, in the configuration shown in FIG. 10 (a), both the dielectric constant of the dielectric substrate 21 and the feeding dielectric substrate 27 and 3.62, 1.1 mm height h 1 of the dielectric substrate 21, a power supply the height h 2 of the dielectric substrate 27 may be, eg, 0.3 mm.

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8(a)参照)又は左巻き矩形スパイラル(図8(b)参照)の不平衡型のアンテナである。   The antenna element 23 is, for example, a right-handed rectangular spiral (see FIG. 8A) or a left-handed rectangular spiral (see FIG. 8B) formed on the opposite surface 21b side of the dielectric substrate 21 by a pattern printing technique. It is an unbalanced antenna.

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。   In addition, the circularly polarized antenna 20 has one end connected to a side end (feed point) on the spiral center side of the antenna element 23, penetrates the dielectric substrate 21 in the thickness direction thereof, and forms the hole 22 a of the ground plane conductor 22. A feed pin (feed pin) 25 which passes non-conductively and further penetrates the feed dielectric substrate 27 constituting the feed unit 26 and has the other end protruding from the surface thereof is provided.

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8(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8(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9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。   The power supply section 26 is not limited to the configuration of the microstrip line described above, but may be an unbalanced power supply line, for example, a coaxial cable, a coplanar line having the ground plane conductor 22 as a ground, or a microstrip line. Any configuration may be used as long as power is supplied from the other end of the device. The circularly polarized antenna 20 having the configuration shown in FIG. 8A is supplied with power from the power supply pin 25, so that the rotation direction of the main polarized wave is counterclockwise from the antenna element 23 (left hand circular polarization: LHCP) radio waves. On the other hand, in the circularly polarized antenna 20 having the configuration shown in FIG. 8B, the power is supplied from the feed pin 25, so that the rotation direction of the main polarized wave from the antenna element 23 is clockwise circularly (right hand circular). polarization (RHCP) radio waves. In the drawings after FIG. 9, only the configuration of the main polarization is LHCP unless otherwise specified.

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。   However, in a circularly polarized antenna having only such a structure, a surface wave along the surface of the dielectric substrate 21 is excited, so that a desired characteristic as a circularly polarized antenna cannot be obtained due to the influence of the surface wave.

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10(a)、図11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。   Therefore, in the circularly polarized wave antenna 20 of the present embodiment, as a structure for suppressing the excitation of the surface wave along the surface of the dielectric substrate 21, in addition to the above-described structure, FIGS. As described above, a cavity structure constituted by a plurality of metal posts 30 is employed.

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。   More specifically, for example, one end of each of the plurality of columnar metal posts 30 is connected to the ground plane conductor 22, penetrates the dielectric substrate 21 along the thickness direction, and the other end of each of the plurality of columns is a dielectric. A cavity is formed by extending at a predetermined interval so as to extend to the opposite surface 21 b of the substrate 21 and surround the antenna element 23.

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。   Furthermore, in addition to the above-described cavity structure, the circularly polarized antenna 20 of the present embodiment sequentially short-circuits the other ends of the plurality of metal posts 30 on the opposite surface 21b side of the dielectric substrate 21 along the direction in which they are arranged. A frame-shaped conductor 32 is provided extending from the connection position with each metal post 30 toward the antenna element 23 by a predetermined distance.

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。   In the circularly polarized wave antenna 20 of the present embodiment, a surface wave can be suppressed by a synergistic effect of the cavity structure and the frame-shaped conductor 32. In other words, the circularly polarized antenna 20 of the present embodiment includes the above-described cavity structure and the frame-shaped conductor 32, so that the leakage of radio waves from the side surface of the antenna is significantly reduced as compared with a conventional general planar antenna. Can be suppressed.

なお、複数の金属ポスト30は、図10(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。   As shown in FIG. 10B, the plurality of metal posts 30 are formed with a plurality of holes 301 penetrating the dielectric substrate 21, and the inner walls of the plurality of holes 301 are plated (through-hole plating). Thereby, it can also be realized as a plurality of hollow metal posts 30 '.

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。   In this case, the lower ends of the plurality of hollow metal posts 30 ′ formed by through-hole plating are connected to the ground plane conductor 22 via lands 302 formed on the one surface 21 a side of the dielectric substrate 21 by a pattern printing technique. Has been made.

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。   Hereinafter, in order to explain the effect of suppressing the surface wave by the above-described cavity structure and the frame-shaped conductor 32, simulation results on the structural parameters of each part and the characteristics of the circularly polarized antenna 20 obtained by changing the structural parameters are described. Will be described.

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。   First, elements that can be structural parameters of each part will be described.

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。   The operating frequency of the circularly polarized antenna 20 is 18 to 40 GHz in the K and Ka band bands. The rectangular spiral of the antenna element 23 has a basic length of a0, and a0 and a line having an arbitrary multiple thereof have a length of 90 degrees. And arranged at every angle.

このような方形スパイラルの典型的な例を図12(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。   A typical example of such a rectangular spiral is shown in FIG. That is, in this example, the element width W is 0.25 mm, the basic length a0 is 0.45 mm, and hereafter, the line length is 2a0, 2a0, 3a0, 3a0, 4a0, 4a0 at every 90 ° angle, and the final line length is Is 3a0, and a 9-turn (nine-turn spiral) square spiral is used.

また、図12(b)に示す方形スパイラルは、図12(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。   The square spiral shown in FIG. 12B is a case where the basic length a0 ′ is longer than the basic length a0 in FIG. 12A and the number of turns is reduced.

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。   In this example, the element width W is 0.25 mm, the basic length a0 'is 0.7 mm, and hereafter, the line length is 2a0', 2a0 ', 3a0', 3a0 ', 4a0' for each 90-degree angle. The line length is about 1.5a0 ', and the whole is a square spiral of eight turns (eight-turn spiral).

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。   In this case, the final line length is selected to be about 1.5a0 'so as to optimize the axial ratio of circularly polarized waves and the reflection characteristics.

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。   In the following description and embodiments, an example of a rectangular spiral is shown as the antenna element 23 to be employed in the circularly polarized antenna 20.

しかるに、図13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。   However, as shown in FIG. 13, as the antenna element 23 to be adopted in the circularly polarized antenna 20, a circular spiral antenna element 23 can be used instead of a square spiral.

この図13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。   The circular spiral antenna element 23 shown in FIG. 13 has, for example, a radius initial value SR = 0.2 mm from the reference point, an element width W = 0.35 mm, a spiral interval d = 0.2 mm, and a number of turns of 2.125. This is the case of the antenna element 23 using a circular spiral. Even when such an antenna element 23 using a circular spiral is used for the circularly polarized antenna 20, almost the same result as when the antenna element 23 using a square spiral described above is used. Have been obtained.

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8(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。   The outer shape of the dielectric substrate 21 is a square centered on the spiral center of the antenna element 23. As shown in FIGS. 8A and 8B, the length of one side is L (hereinafter referred to as the outer length). ), And the outer shape of the cavity is also a concentric square.

また、キャビティは、図10(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を有するリムが設けられている。 Further, as shown in FIGS. 10A and 10B, the cavity has an inner dimension Lw. Further, the frame-shaped conductor 32, a predetermined width extending from the cavity inner wall to the inside (hereinafter, referred to as rim width) rim having L R is provided.

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。   The diameter of each of the plurality of metal posts 30 forming the cavity is 0.3 mm, and the interval between the metal posts 30 is 0.9 mm.

図14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7、図8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。   FIG. 14 shows a simulation result of a radiation characteristic of a vertical plane (yz plane in FIGS. 7 and 8) in a case where the cavity formed by the plurality of metal posts 30 and the frame-shaped conductor 32 are not provided.

図14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。   In FIG. 14, F1 and F1 ′ are the characteristics of the main polarization (left-hand circular polarization: LHCP) and cross polarization (right-hand circular polarization: RHCP) when the outer length L is 18 mm. F2 'is the characteristic of the main polarization and the cross polarization when the outer length L is 24 mm.

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。   Here, the radiation characteristic required for a circularly polarized antenna is a single-peak characteristic that is symmetric and broad around the 0 ° direction for the main polarized wave, and is a cross polarized wave (zero for a perfect circularly polarized wave). ) Requires that the radiation intensity be sufficiently lower than the main polarization over a wide angle range.

これに対し、図14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。   On the other hand, the characteristics F1 and F2 of the main polarization in FIG. 14 are both asymmetric and have a significant gain in the gain. In addition, regarding the cross polarization, the main polarization has a main polarization near -60 ° and -40 °. It can be seen that the radiation level is equal to or close to it.

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。   Such disturbance of the radiation characteristics is caused by the influence of the surface wave described above.

図15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=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。 FIG. 15 shows a case where a plurality of metal posts 30 are provided with a cavity having an inner dimension Lw = 9 mm, and a frame-shaped conductor 32 having a rim width L R of 1.2 mm is provided. Simulation results are shown for the main polarization characteristics F3 and F4 and the cross polarization characteristics F3 'and F4' in the case of the above.

この図15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。   As is clear from FIG. 15, the characteristics F3 and F4 of the main polarization are symmetric and broad single-peak characteristics around the 0 ° direction, and the characteristics F3 ′ and F4 ′ of the cross polarization also have a wide angle range. , The radiation intensity is sufficiently low with sufficiently lower radiation intensity than the main polarized waves F3 and F4, and it can be seen that the desired characteristics required for the circularly polarized antenna are obtained.

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。   In addition, as a result of a simulation of various radiation characteristics similar to the above, which were performed by changing the structural parameters of each part, the radiation characteristics without the frame-shaped conductor 32 were determined by the outer length L of the dielectric substrate 21 and the cavity. The dependence on the inner dimension Lw is shown. Generally speaking, when the outer dimension L is large (L = 24, 18 mm), the main polarization characteristic becomes 3 as the inner dimension Lw of the cavity increases from 3 to 10 mm. It has been found that the peak shape approaches a single peak shape.

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。   When the outer length L of the dielectric substrate 21 is relatively small (L = 12 mm), the main polarization characteristic approaches a single-peak shape from a bimodal shape as the cavity inner size Lw increases from 3 to 10 mm. It turns out that.

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15のような所望の特性には至らないことが判明している。   However, in any case, the cross polarization is largely ramped up, the difference from the main polarization component is small in any of the use angle ranges, the polarization selectivity is low, and the desired characteristics as shown in FIG. It has been found not to be reached.

なお、リム幅L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=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。 Note that the rim width LR of 1.2 mm corresponds to approximately 1 / of the wavelength of the surface wave propagating along the surface of the dielectric substrate 21. That is, when the rim width L R = 1.2 mm is viewed from the front end side to the post wall side, the length of λg / 4 (λg is the guide wavelength) at which the impedance becomes infinite with respect to the surface wave. Is formed.

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。   Therefore, a current does not flow along the surface of the dielectric substrate 21, and the current blocking action suppresses the excitation of the surface wave, thereby preventing the radiation characteristic from being disordered.

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を変更設定すればよい。 Therefore, when applying a circularly polarized wave antenna 20 to the other frequency bands other than those described above may be changed setting the rim width L R in accordance with the frequency.

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。   Incidentally, the circularly polarized antenna 20 of the present embodiment forms a resonator by providing a cavity formed by a plurality of metal posts 30 and a frame-shaped conductor 32 on a dielectric substrate 21, and the resonator is excited by an antenna element 23. You can think that you are.

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。   Since the circularly polarized antenna 20 of the present embodiment constitutes a resonator, there is a resonance frequency, and at that resonance frequency, the input impedance of the circularly polarized antenna 20 becomes very large, and radiation does not occur.

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。   In this case, the resonance frequency of the resonator is determined by the structural parameters of the resonator and the circularly polarized antenna element 23.

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。 The structural parameters, as described above, internal dimension Lw of the cavity, in addition to the rim width L R, the number of turns of the antenna element 23, the basic length a0 of the antenna element 23, and the like element width W of the antenna element 23.

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。   Therefore, the frequency characteristic of the antenna gain has a sharp notch near the resonance frequency. This resonance frequency can be set to a desired value by adjusting the above structural parameters.

以下、本実施形態の平面アンテナ装置10による多重反射の抑制について、図16に示す実験系を用いて実験を行った結果を説明する。なお、図16は実験系を真上から見た断面図である。ここでは、DUTとして4×4パッチアンテナアレー100'を用い、4×4パッチアンテナアレー100'をテフロン(登録商標)製の固定治具101に取り付けて固定した。この4×4パッチアンテナアレー100'は、16個のアンテナ素子112の各素子の給電を独立に入り切りすることが可能であり、一部の素子のみに給電することで、4×4よりも小型なアレーアンテナを模擬することも可能である。   Hereinafter, the results of an experiment performed on the suppression of multiple reflection by the planar antenna device 10 of the present embodiment using the experimental system shown in FIG. 16 will be described. FIG. 16 is a cross-sectional view of the experimental system as viewed from directly above. Here, a 4 × 4 patch antenna array 100 ′ was used as a DUT, and the 4 × 4 patch antenna array 100 ′ was attached and fixed to a fixing jig 101 made of Teflon (registered trademark). This 4 × 4 patch antenna array 100 ′ can independently supply power to each of the 16 antenna elements 112, and is smaller than 4 × 4 by supplying power to only some of the elements. It is also possible to simulate a simple array antenna.

また、平面アンテナ装置10の平面アンテナ11としては、図7等に示した円偏波アンテナ20を用いた。実験は、平面アンテナ装置10のアンテナ基板13とDUT基板111の間隔dを変化させながら、ベクトルネットワークアナライザ(VNA)102で伝達特性S21を測定することで行った。なお、測定周波数は28GHzとした。 Further, as the planar antenna 11 of the planar antenna device 10, the circularly polarized antenna 20 shown in FIG. 7 and the like was used. Experiments while changing the distance d between the antenna substrate 13 and the DUT board 111 of the planar antenna device 10 was carried out by measuring the transmission characteristic S 21 in a vector network analyzer (VNA) 102. The measurement frequency was 28 GHz.

図17は、4×4パッチアンテナアレー100'の全てのアンテナ素子112に給電した場合の実験結果と、4×4パッチアンテナアレー100'の中央2×2素子のみに給電した場合の実験結果を示している。また、図17は、円偏波アンテナ20に電波吸収体12を取り付けた場合の結果を実線で、円偏波アンテナ20に電波吸収体12を取り付けていない場合の結果を破線で示している。図17の結果より、アンテナ素子112の給電数に関わらず、円偏波アンテナ20に電波吸収体12を取り付けていない場合は間隔dの変化に応じて、S21のレベルが大きく波打っていることが分かる。一方、円偏波アンテナ20に電波吸収体12を取り付けた場合には、S21のレベルの波打ちは小さくなっていることが分かる。 FIG. 17 shows an experimental result when power is supplied to all the antenna elements 112 of the 4 × 4 patch antenna array 100 ′ and an experimental result when power is supplied to only the central 2 × 2 element of the 4 × 4 patch antenna array 100 ′. Is shown. FIG. 17 shows the result when the radio wave absorber 12 is attached to the circularly polarized antenna 20 by a solid line, and the result when the radio wave absorber 12 is not attached to the circularly polarized antenna 20 by a broken line. From the results of FIG 17, regardless of the feeding speed of the antenna element 112, if the circularly polarized antenna 20 is not attached to the wave absorber 12 according to the change of the distance d, the level of S 21 is wavy large You can see that. On the other hand, in the case of attaching the electromagnetic wave absorber 12 to a circularly polarized wave antenna 20, the waving of the level of S 21, it is seen that the smaller.

以上の測定結果から、円偏波アンテナ20に電波吸収体12を取り付けることで、平面アンテナ装置10とDUTの間の多重反射に起因するS21の波打ちを抑制する効果が得られることを確認できた。 From the above measurement results, it can be confirmed that attaching the radio wave absorber 12 to the circularly polarized antenna 20 has an effect of suppressing the waving of S 21 due to multiple reflection between the planar antenna device 10 and the DUT. Was.

以下、シールドボックス50の構成について説明する。図18及び図19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。   Hereinafter, the configuration of the shield box 50 will be described. As shown in FIGS. 18 and 19, the shield box 50 shields the DUT 100 from surrounding electromagnetic waves, and mainly includes a housing 120, a tray 121, and an antenna holding unit 122.

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。   The size of the housing 120 is, for example, 560 mm in width, 620 mm in depth, and 560 mm in height. The housing 120 is made of, for example, a conductive metal such as iron, stainless steel, aluminum, copper, brass, or an alloy thereof, and has an electromagnetic wave shielding function to the outside. The housing 120 can be manufactured by performing a process such as bending on a metal plate made of these materials. However, a plate made of these materials may be perforated by punching for weight reduction and resource saving. . Alternatively, a net-like material may be used instead of the plate from the beginning. If the size of the holes or meshes is sufficiently smaller than the wavelength of the radio wave of the signal under measurement output from the DUT 100 (for example, 1/10 wavelength or less), the shielding performance as a shield box can be maintained.

なお、シールドボックス50においては、DUT100のアンテナ110又は平面アンテナ装置10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。   In the shield box 50, the reflection of the electromagnetic waves generated by the antenna 110 or the planar antenna device 10 of the DUT 100 in the shield box 50 is suppressed, and the electromagnetic waves are prevented from leaking out of the shield box 50. Radio wave absorber is provided along the inner wall surface.

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。   The tray 121 is a drawer-shaped member on which the DUT 100 is placed. The tray 121 has a relatively low dielectric constant and a small dielectric loss, such as polyethylene or polyacetal (POM), at least over the entire thickness direction of the place where the DUT 100 is placed. And a synthetic resin such as Teflon (registered trademark).

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。   The tray 121 is attached to two air cylinders 130 provided on both sides of the housing 120. The tray 121 is pulled out of the housing 120 by the reciprocating motion of the air cylinder 130 in the Y-axis direction, and the DUT 100 is placed on the mounting surface 121a. Can be placed, and the DUT 100 can be placed inside the housing 120 with the DUT 100 placed on the placement surface 121a. The size of the DUT 100 that can be placed on the placement surface 121a is, for example, about 38 mm to 221 mm in width and about 123 mm to 306 mm in height.

図19及び図20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内において複数の平面アンテナ装置10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。   As shown in FIGS. 19 and 20, the antenna holding unit 122 includes, for example, two antenna guides 123 extending in the X-axis direction and two antenna guides 124 extending in the Y-axis direction. Inside, a plurality of planar antenna devices 10 are held. Each of the antenna guides 123 and 124 is made of a synthetic resin such as polyethylene, polyacetal (POM), or Teflon (registered trademark) having a relatively low dielectric constant and a small dielectric loss.

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と複数の平面アンテナ装置10との位置関係が固定されるようになっている。   The antenna holding units 122 are arranged in the shield box 50, for example, above and below the DUT 100. The antenna holder 122 fixes the positional relationship between the antenna 110 of the DUT 100 and the plurality of planar antenna devices 10 when the DUT 100 is accommodated in the shield box 50.

図20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20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)から平面アンテナ装置10を挿入可能な間隙123aと、平面アンテナ装置10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)から平面アンテナ装置10を挿入可能な間隙124aと、平面アンテナ装置10の放射面を露出するための開口部124bを有している。平面アンテナ装置10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。   FIG. 20 illustrates a positional relationship between the DUT 100 and the antenna holding unit 122 disposed above the DUT 100. As shown in FIG. 20, the two antenna guides 123 extending in the X-axis direction are, for example, a gap 123a into which the planar antenna device 10 can be inserted from the side (Y-axis direction) and a radiation surface of the planar antenna device 10. It has an opening 123b for exposure. Similarly, the two antenna guides 124 extending in the Y-axis direction have, for example, a gap 124a into which the planar antenna device 10 can be inserted from the side (X-axis direction) and a radiation surface of the planar antenna device 10 for exposing the radiation surface. It has an opening 124b. The planar antenna device 10 is arranged such that the radiation surface side (that is, the opposite surface 21b side) faces one surface of the DUT 100.

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平面アンテナ装置10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、平面アンテナ11として円偏波アンテナ20を採用する場合には、各アンテナガイド123,124において平面アンテナ装置10を近接配置することも可能である。   The antenna holding unit 122 can arrange an arbitrary number of the planar antenna devices 10 at arbitrary positions of the antenna guides 123 and 124. As described above, since the circularly polarized antenna 20 has very little radio wave leakage from the side of the antenna, when the circularly polarized antenna 20 is adopted as the planar antenna 11, the planar antenna It is also possible to arrange the device 10 in close proximity.

なお、図20に示した例においては、開口部123b,124bが平面アンテナ装置10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平面アンテナ装置10の一面21a側を全て覆うような構成としてもよい。   In the example shown in FIG. 20, the openings 123b and 124b are provided also on the one surface 21a side opposite to the radiation surface of the planar antenna device 10, but without providing the opening on the one surface 21a side. The configuration may be such that the entire surface 21a side of the planar antenna device 10 is covered.

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、平面アンテナ装置10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。   The antenna holder 122 disposed below the DUT 100 has the same configuration as the antenna holder 122 disposed above the DUT 100, and the radiation surface side (that is, the opposite surface 21b side) of the planar antenna device 10 is It is held so as to face the DUT 100.

なお、図20において、DUT100の各アンテナ110から平面アンテナ装置10に向かう矢印は、ビームの方向の一例を示している。   Note that, in FIG. 20, an arrow from each antenna 110 of the DUT 100 toward the planar antenna device 10 indicates an example of a beam direction.

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。   The two antenna guides 123 extending in the X-axis direction can be moved in parallel in the Y-axis direction. Similarly, the two antenna guides 124 extending in the Y-axis direction can be moved in parallel in the X-axis direction. Further, it is possible to move the entire antenna holding unit 122 disposed above and below the DUT 100 in parallel in the Z-axis direction.

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平面アンテナ装置10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の真上に平面アンテナ装置10を配置することなども可能である。   Therefore, even if the DUT 100 is not strictly positioned when placed on the placement surface 121a of the tray 121, the positions of the antenna guides 123 and 124 can be moved according to the placement position and size of the DUT 100. The plurality of planar antenna devices 10 held by the antenna holding unit 122 can be arranged at desired positions with respect to the plurality of antennas 110 of the DUT 100. For example, the planar antenna device 10 can be arranged directly above each antenna 110 of the DUT 100.

例えば、図21(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21(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21(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。   For example, as shown in FIG. 21A, the DUT 100 is placed at the center of the placing surface 121a of the tray 121, and as shown in FIG. 21B, the DUT 100 is placed at the center of the placing surface 121a of the tray 121. Regardless of whether the DUT 100 is placed at a deviated position or the large DUT 100 is placed on the placement surface 121a of the tray 121 as shown in FIG. It is possible to move the positions of the antenna guides 123 and 124 according to the position.

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。   As shown in FIG. 1, the measuring unit 51 includes a signal transmitting unit 60, a signal receiving unit 61, a coupler 62, an SW 63, a beam direction control unit 64, an analysis processing unit 65, a storage unit 66, A measurement control section 67 is provided to measure the transmission / reception characteristics of the DUT 100 with respect to the output level of transmission radio waves, the reception sensitivity, and the like, and to perform beamforming measurement.

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、各平面アンテナ装置10から試験信号を出力するようになっている。   The signal transmitting unit 60 outputs a test signal from each planar antenna device 10 toward each antenna 110 of the DUT 100 housed in the shield box 50.

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、複数の平面アンテナ装置10により受信するようになっている。   The signal receiving unit 61 is configured to receive the signal under measurement transmitted from the antenna 110 of the DUT 100 by the plurality of planar antenna devices 10.

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。   Note that the test signal includes a control signal for performing various controls corresponding to the communication standard of the DUT 100, such as setting the DUT 100 in a call connection state with the wireless terminal measurement device 1 of the present embodiment. The signal under measurement is a response signal from the DUT 100 to a test signal output from the wireless terminal measurement device 1 of the present embodiment, a signal whose amplitude and phase are controlled by a beam direction control unit 64 described later, and the like. is there.

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、平面アンテナ装置10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平面アンテナ装置10に入力するとともに、各平面アンテナ装置10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。   The coupler 62 is a broadband directional coupler that allows the output frequency of the test signal output from the signal transmission unit 60 to pass, and is configured by, for example, a Wilkinson-type distributor. The coupler 62 is connected to the planar antenna device 10 via a coaxial cable, inputs a test signal output from the signal transmission unit 60 to the planar antenna device 10, and receives a test signal from the DUT 100 received by each planar antenna device 10. The signal under measurement can be input to the signal receiving unit 61.

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。   The SW 63 sets a state in which the output side of the signal receiving unit 61 is connected to a transmission / reception characteristic measuring unit 68 described later or a state in which the output side of the signal receiving unit 61 is connected to a beam forming measuring unit 69 described later. Is configured to take.

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、複数の平面アンテナ装置10により信号受信部61に受信される。   The beam direction control unit 64 outputs a control signal for controlling the shape and direction of the beam of the signal under measurement transmitted from the antenna 110 of the DUT 100 to the DUT 100 via the control terminal 40 of the shield box 50. ing. For example, the beam direction control unit 64 can control the amplitude and phase of the signal under measurement so as to realize the beam shape and direction set by the operation unit 53. The signal under measurement whose beam direction is controlled to a desired direction by the beam direction control unit 64 is received by the signal receiving unit 61 by the plurality of planar antenna devices 10.

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。   The analysis processing unit 65 performs an analysis process on the signal under measurement received by the signal receiving unit 61, and includes a transmission / reception characteristic measurement unit 68 and a beamforming measurement unit 69.

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。また、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。この送受信特性測定部68による測定とビームフォーミング測定部69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。   When the output side of the signal receiving unit 61 is connected by the SW 63, the transmission / reception characteristic measuring unit 68 measures, for example, modulation accuracy (EVM), transmission power level, transmission spectrum mask, error vector amplitude, adjacent channel leakage power, and spurious radiation. It is designed to perform measurements and the like. Further, the transmission / reception characteristic measurement unit 68 can execute minimum input sensitivity, maximum input level, adjacent channel removal, non-adjacent channel removal, and the like as analysis processing relating to a MIMO reception test. Further, beamforming measuring section 69 includes a power measuring section 69a, a beam direction estimating section 69b, and a beam direction determining section 69c. The measurement by the transmission / reception characteristic measurement unit 68 and the measurement by the beamforming measurement unit 69 are mainly performed in the radiation near-field region or the reactive near-field region.

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、各平面アンテナ装置10により信号受信部61で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、平面アンテナ装置10ごとに測定した電力を、その平面アンテナ装置10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。   The power measuring unit 69a measures the power of the signal under measurement received by the signal receiving unit 61 by each planar antenna device 10 in a state where the output side of the signal receiving unit 61 is connected by the SW 63. Further, the power measuring unit 69a stores the power measured for each planar antenna device 10 in the storage unit 66 as a function of the position of the planar antenna device 10.

ビーム方向推定部69bは、電力測定部69aにより平面アンテナ装置10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に記憶された平面アンテナ装置10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。   The beam direction estimating unit 69b estimates the shape and direction of the beam of the signal to be measured transmitted from the antenna 110 based on the power measured for each planar antenna device 10 by the power measuring unit 69a. This estimation is performed by, for example, interpolating the power as a function of the position of the planar antenna device 10 stored in the storage unit 66 using an arbitrary interpolation method.

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。   The beam direction determining unit 69c determines whether or not the beam direction of the signal under measurement estimated by the beam direction estimating unit 69b matches the beam direction controlled by the beam direction control unit 64. ing.

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。   The measurement control unit 67 is configured by a microcomputer or a personal computer or the like including a CPU, a ROM, a RAM, an HDD or the like constituting the storage unit 66, and controls the operation of each unit constituting the measurement unit 51.

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。   Note that the signal transmitting unit 60, the signal receiving unit 61, the SW 63, the beam direction control unit 64, and the analysis processing unit 65 are configured by digital circuits such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) and an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Alternatively, a predetermined program stored in the storage unit 66 in advance is executed by the measurement control unit 67, so that it can be configured as software. Alternatively, the signal transmission unit 60, the signal reception unit 61, the SW 63, the beam direction control unit 64, and the analysis processing unit 65 can be configured by appropriately combining hardware processing by a digital circuit and software processing by a predetermined program. It is. Note that the measurement control unit 67 can also receive or add a new program or a version-changed program from the outside, and add or update the storage unit 66.

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。   The display unit 52 is configured by a display device such as an LCD or a CRT, and displays soft keys, pull-down menus, and text keys for displaying measurement results and setting measurement conditions based on a control signal from the measurement control unit 67. The operation target such as a box is displayed.

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における平面アンテナ装置10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。   The operation unit 53 is for performing an operation input by the user, and is configured by, for example, a touch panel provided on the surface of the display screen of the display unit 52. Alternatively, the operation unit 53 may include an input device such as a keyboard or a mouse. The operation unit 53 may be configured by an external control device that performs remote control using a remote command or the like. The input operation by the operation unit 53 is detected by the measurement control unit 67. The user uses the operation unit 53 to select a communication standard supported by the DUT 100 from among a plurality of communication standards, input the position of the planar antenna device 10 in the antenna holding unit 122, It is possible to set the shape and direction of the beam of the signal to be measured transmitted from.

図22(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と電波吸収体12の図示を省略している。なお、以下では、DUT100の一面111a側と他面111b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111a側又は他面111b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。   FIGS. 22A and 22B show an example of the positional relationship between the plurality of circularly polarized antennas 20 and the plurality of antennas 110 of the DUT 100 in the wireless terminal measurement device 1 of the present embodiment. Here, illustration of the antenna holder 122 and the radio wave absorber 12 is omitted. In the following, a case where the antenna 110 is installed on one surface 111a side and the other surface 111b side of the DUT 100 will be described as an example, but the antenna 110 is installed only on one surface 111a side or the other surface 111b side of the DUT 100. Such a configuration is also included in the scope of the present invention.

複数の円偏波アンテナ20は、DUT100の一面111aに対向する位置に配置されて、DUT100の一面111a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111bに対向する位置に配置されて、DUT100の他面111b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111a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111b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。   The plurality of circularly polarized antennas 20 are arranged at positions facing the one surface 111a of the DUT 100, and are spatially coupled to the antenna 110 installed on the one surface 111a of the DUT 100; The second circularly polarized antenna 20b is disposed at a position facing the other surface 111b of the DUT 100 and is spatially coupled to the antenna 110 installed on the other surface 111b of the DUT 100. When the DUT 100 has the antenna 110 only on the one surface 111a side, the second circularly polarized antenna 20b can be omitted. Similarly, when the DUT 100 has the antenna 110 only on the other surface 111b side, the first circularly polarized antenna 20a can be omitted.

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111a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111bに対向する。   That is, the first circularly polarized wave antenna 20a has the opposite surface 21b opposed to the radiation surface 110a of the antenna 110 of the DUT 100 and the one surface 111a of the DUT 100. In the second circularly polarized antenna 20b, the opposite surface 21b faces the radiation surface 110a of the antenna 110 of the DUT 100 and the other surface 111b of the DUT 100.

また、各円偏波アンテナ20の反対面21bを、DUT100の各アンテナ110の放射面110aに対して平行ではなく、傾斜角度θだけ傾けた配置とすることもできる。つまり、複数のアンテナ110が設置されたDUT100の一面111a又は他面111b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。   Further, the opposite surface 21b of each circularly polarized antenna 20 may be arranged not to be parallel to the radiation surface 110a of each antenna 110 of the DUT 100 but to be inclined by the inclination angle θ. That is, the normal of one surface 111a or the other surface 111b of the DUT 100 on which the plurality of antennas 110 are installed and the normal of the opposite surface 21b of each circularly polarized antenna 20 intersect.

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111a又は他面111b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。   Here, the normal line N2 of the radiation surface 110a of each antenna 110 is parallel to the normal line of one surface 111a or the other surface 111b of the DUT 100 on which the plurality of antennas 110 are installed. The radiation direction of each antenna 110 is the normal direction of the radiation surface 110a of each antenna 110.

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。   The normal N1 to the opposite surface 21b of each circularly polarized antenna 20 and the normal to the radiation surface of each circularly polarized antenna 20 are parallel. The radiation direction of each circularly polarized antenna 20 is the normal direction of the radiation surface of each circularly polarized antenna 20.

すなわち、図22(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。   That is, as shown in FIG. 22A, the radiation direction of the measured signal radiated from the radiation surface 110a of the antenna 110 is not parallel to the normal direction N1 of the opposite surface 21b of the circularly polarized antenna 20. . Therefore, the signal to be measured radiated from the radiation surface 110a of the antenna 110 is reflected between the circularly polarized antenna 20 and the antenna 110, travels toward the inner wall surface 50a of the shield box 50, and is absorbed by the inner wall surface 50a. . In this way, multiple reflection of the signal under measurement between the circularly polarized antenna 20 and the antenna 110 is suppressed.

同様に、図22(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。このように、円偏波アンテナ20を傾けた配置とすることで、多重反射を更に抑制することができる。   Similarly, as shown in FIG. 22B, the radiation direction of the test signal radiated from the antenna element 23 of the circularly polarized antenna 20 is not parallel to the normal direction N2 of the radiation surface 110a of the antenna 110. . Therefore, the test signal radiated from the circularly polarized antenna 20 is reflected between the circularly polarized antenna 20 and the antenna 110, travels toward the inner wall surface 50a of the shield box 50, and is absorbed by the inner wall surface 50a. In this manner, multiple reflection of the test signal between the circularly polarized antenna 20 and the antenna 110 is suppressed. As described above, by arranging the circularly polarized antenna 20 at an angle, multiple reflection can be further suppressed.

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。   The circularly polarized wave antenna 20 is configured to be able to satisfactorily receive the signal under measurement regardless of the direction of polarization of the linear polarization of the signal under measurement transmitted from the antenna 110. In addition, the circularly polarized antenna 20 has a characteristic that it is difficult to receive a signal from the circularly polarized antenna whose polarization direction is different from that of itself.

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。   In the present embodiment, the first circularly polarized wave antenna 20a and the second circularly polarized wave antenna 20b have different polarization rotation directions. For example, the main polarization of the first circular polarization antenna 20a can be RHCP, and the main polarization of the second circular polarization antenna 20b can be LHCP. Alternatively, conversely, the main polarization of the first circular polarization antenna 20a can be LHCP and the main polarization of the second circular polarization antenna 20b can be RHCP.

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22(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。   In this way, by making the rotation directions of the polarized waves different between the first circularly polarized antenna 20a and the second circularly polarized antenna 20b, as shown in FIG. It is possible to suppress the received test signal from being received by another circularly polarized antenna 20 facing the DUT 100.

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19、図20、及び図22に示した例に限定されない。   The location and the number of the circularly polarized antennas 20 in the shield box 50 are not limited to the examples shown in FIGS. 19, 20, and 22.

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との間で良好なアイソレーション性能を得ることができる。   In the wireless terminal measurement device 1 of the present embodiment, the first circularly polarized antenna 20a and the second circularly polarized antenna 20b having different rotation directions of the main polarization are opposed to each other with the DUT 100 interposed therebetween. Good isolation performance can be obtained between the wave antenna 20a and the second circularly polarized wave antenna 20b.

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23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。   Hereinafter, an example of the processing of the wireless terminal measurement method using the wireless terminal measurement device 1 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, it is assumed that the output side of the signal receiving unit 61 is connected to the beam forming measuring unit 69 by the SW 63.

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)。   First, the DUT 100 is placed on the placement surface 121a of the tray 121 by the user, and the DUT 100 placed on the tray 121 is stored in the shield box 50 by operating the operation unit 53 (Step S1).

次に、ユーザによる操作部53の操作により、DUT100のビーム方向を制御可能なアンテナ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)。   Next, a desired shape and direction of the beam of the signal under measurement transmitted from the antenna 110 capable of controlling the beam direction of the DUT 100 are input by the operation of the operation unit 53 by the user (step S2).

次に、ビーム方向制御部64は、DUT100のビーム方向を制御可能なアンテナ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)。   Next, the beam direction control unit 64 controls the shape and direction of the beam of the signal under measurement transmitted from the antenna 110 capable of controlling the beam direction of the DUT 100 to the state input in step S2 (beam direction control step). 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平面アンテナ装置10により受信する(信号受信ステップS4)。   Next, the signal receiving unit 61 receives the signal under measurement controlled in step S3 by the plurality of planar antenna devices 10 (signal receiving step 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)。   Next, the beamforming measurement unit 69 performs the following analysis processing in steps S5 to S7 on the signal under measurement received in step S4 (analysis processing step).

まず、電力測定部69aは、各平面アンテナ装置10によりステップS4で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)。   First, the power measurement unit 69a measures the power of the signal under measurement received by each planar antenna device 10 in step S4 (power measurement step 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)。   Next, the beam direction estimation unit 69b estimates the shape and direction of the beam of the signal under measurement transmitted from the antenna 110 based on the power measured in step S5 (beam direction estimation step 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)。   Next, the beam direction determination unit 69c determines whether or not the beam direction of the signal under measurement estimated in step S6 matches the beam direction controlled in step S3 (beam direction determination step 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)。   Next, the display unit 52 displays the result of the determination in step S7 (step 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。   When the DUT 100 includes a plurality of antennas 110 capable of controlling the beam direction, the measurement control unit 67 determines whether or not the determination processing in step S7 has been performed for all antennas 110 (step S9). ). In the case of a negative determination, the processing from step S2 to step S8 is repeated, and the shape and direction of the beam of the signal under measurement are calculated for each antenna 110. If the determination is affirmative, the process ends.

以上説明したように、本実施形態に係る平面アンテナ装置10は、アンテナ基板13においてアンテナ素子14の所望の放射方向以外を取り囲む電波吸収体12を備えることにより、DUT100のアンテナ110との間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を抑制することができる。   As described above, the planar antenna device 10 according to the present embodiment includes the radio wave absorber 12 that surrounds the antenna element 14 in a direction other than the desired radiation direction of the antenna element 14, so that the antenna 10 can be generated between the antenna 110 and the DUT 100. Amplitude error caused by multiple reflections can be suppressed.

また、本実施形態に係る平面アンテナ装置10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、平面アンテナ装置10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。   In the planar antenna device 10 according to the present embodiment, the metal posts 30 penetrating through the dielectric substrate 21 are arranged so as to surround the antenna element 23 to form a cavity structure. And a frame-shaped conductor 32 extending a predetermined distance in the direction of the antenna element 23 is provided. Thereby, the planar antenna device 10 can suppress the generation of the surface wave, and can make the radiation characteristic of the antenna a desired characteristic.

また、本実施形態に係る無線端末測定装置1は、平面アンテナ装置10の表面波の発生を抑制できるため、各平面アンテナ装置10が他の平面アンテナ装置10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。   In addition, the wireless terminal measurement device 1 according to the present embodiment can suppress the generation of surface waves of the planar antenna device 10, so that each planar antenna device 10 is not affected by the other planar antenna device 10 and the antenna 110 The radiation characteristics can be measured.

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平面アンテナ装置10を配置することが可能であるため、DUT100と複数の平面アンテナ装置10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。   In the wireless terminal measurement device 1 according to the present embodiment, since the arbitrary number of planar antenna devices 10 can be arranged at arbitrary positions of the antenna guides 123 and 124, the DUT 100 and the plurality of planar antenna devices 10 In a state where the positional relationship with the DUT 100 is fixed, measurement including beamforming measurement for the DUT 100 can be performed.

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ビームフォーミング測定とを行うことができる。   In addition, the wireless terminal measurement device 1 according to the present embodiment changes the height of the antenna guides 123 and 124 to perform measurement of transmission / reception characteristics and beamforming measurement in the radiation near-field region or the reactive near-field region. It can be carried out.

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。   In addition, the wireless terminal measurement device 1 according to the present embodiment can move the antenna holding unit 122 in accordance with the position where the DUT 100 is placed on the placement surface 121a of the tray 121, so that the DUT 100 on the placement surface 121a can be moved. It is not necessary to strictly position the DUT 100, and various DUTs 100 having different sizes and shapes can be easily set.

また、本実施形態に係る無線端末測定装置1は、DUT100においてアンテナ110が設置された一面111aと、平面アンテナ11のアンテナ基板13の一面13aが平行でない配置も可能であり、平面アンテナ11とDUT100のアンテナ110との間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を更に抑制することができる。   In addition, the wireless terminal measurement device 1 according to the present embodiment can be arranged such that the one surface 111a on which the antenna 110 is installed in the DUT 100 and the one surface 13a of the antenna substrate 13 of the flat antenna 11 are not parallel. It is possible to further suppress an amplitude error caused by multiple reflection occurring between the antenna 110 and the antenna 110.

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、平面アンテナ11のアンテナ基板13の一面13aの法線方向に対して平行ではない配置も可能である。この場合、アンテナ110と平面アンテナ11との間における被測定信号の多重反射を更に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と平面アンテナ11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。   Further, in the wireless terminal measurement device 1 according to the present embodiment, the radiation direction of the signal under measurement radiated from the radiation surface 110a of the antenna 110 is parallel to the normal direction of the one surface 13a of the antenna substrate 13 of the planar antenna 11. Other arrangements are also possible. In this case, multiple reflection of the signal under measurement between the antenna 110 and the planar antenna 11 can be further reduced. That is, the wireless terminal measurement device 1 according to the present embodiment can perform measurement on the DUT 100 while suppressing an amplitude error caused by multiple reflection occurring between the antenna 110 and the planar antenna 11.

また、本実施形態に係る無線端末測定装置1は、平面アンテナ11のアンテナ素子14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配置も可能であり、アンテナ110と平面アンテナ11との間における試験信号の多重反射を更に低減することができる。   In addition, the wireless terminal measurement device 1 according to the present embodiment can also be arranged such that the radiation direction of the test signal radiated from the antenna element 14 of the planar antenna 11 is not parallel to the normal direction of the radiation surface of the antenna 110. Thus, the multiple reflection of the test signal between the antenna 110 and the planar antenna 11 can be further reduced.

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。   In the wireless terminal measuring device 1 according to the present embodiment, the first circularly polarized antenna 20a and the second circularly polarized antenna 20b that face each other with the DUT 100 interposed therebetween have different rotation directions of polarization, and therefore, are opposed to each other. The isolation performance between the opposed circularly polarized antennas 20 can be maintained without installing an object such as a shield material between the circularly polarized antennas 20 to block a signal.

また、本実施形態に係る無線端末測定装置1は、DUT100においてアンテナ110が設置された他面111bと、第2円偏波アンテナ20bのアンテナ基板13の一面13aが平行でない配置も可能であり、第2円偏波アンテナ20bとDUT100のアンテナ110との間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を更に抑制することができる。   Further, the wireless terminal measurement device 1 according to the present embodiment can be arranged such that the other surface 111b of the DUT 100 on which the antenna 110 is installed and the one surface 13a of the antenna substrate 13 of the second circularly polarized antenna 20b are not parallel. Amplitude errors caused by multiple reflections generated between the second circularly polarized antenna 20b and the antenna 110 of the DUT 100 can be further suppressed.

また、本実施形態に係る無線端末測定装置1は、平面アンテナ11として円偏波アンテナ20を採用する場合には、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。   Further, when the wireless terminal measurement device 1 according to the present embodiment employs the circularly polarized antenna 20 as the planar antenna 11, the measured signal radiated from the antenna 110 has a linear polarization (for example, a vertical polarization, Accurate measurement is possible regardless of the direction of horizontal polarization. Further, the wireless terminal measurement device 1 according to the present embodiment can reduce the fluctuation of the input / output power with respect to the horizontal installation angle of the DUT 100 placed on the placement surface 121a of the tray 121.

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。   In addition, since the wireless terminal measurement device 1 according to the present embodiment measures in close proximity, accurate measurement can be performed without using an anechoic chamber (chamber).

1 無線端末測定装置
10 平面アンテナ装置
11 平面アンテナ
12 電波吸収体
13 アンテナ基板
13a,21b 第1の面
14,23 アンテナ素子
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 第2の面
22 地板導体
25 給電ピン
30 金属ポスト
32 枠状導体
61 信号受信部
64 ビーム方向制御部
65 解析処理部
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
111 DUT基板
111a 一面
111b 他面
REFERENCE SIGNS LIST 1 wireless terminal measuring device 10 planar antenna device 11 planar antenna 12 radio wave absorber 13 antenna substrate 13a, 21b first surface 14, 23 antenna element 20 circular polarized antenna 20a first circular polarized antenna 20b second circular polarized antenna Reference Signs List 21 dielectric substrate 21a second surface 22 ground plane conductor 25 power supply pin 30 metal post 32 frame-shaped conductor 61 signal receiving unit 64 beam direction control unit 65 analysis processing unit 69a power measurement unit 69b beam direction estimation unit 69c beam direction determination unit 100 DUT
110 Antenna 110a Radiation surface 111 DUT board 111a One surface 111b Other surface

上記課題を解決するために、本発明に係る平面アンテナ装置は、誘電体基板を含むアンテナ基板と、前記アンテナ基板の第1の面に形成されたアンテナ素子とを有する平面アンテナと、前記アンテナ基板の第1の面において前記アンテナ素子の所望の放射方向以外を取り囲む電波吸収体と、を備え、前記アンテナ基板の第1の面に近接して対向する無線端末のアンテナと前記平面アンテナとが空間的に結合され、前記平面アンテナと前記アンテナが放射遠方界領域ではない近距離で向かい合わせに設置され、前記アンテナ素子と前記電波吸収体は前記アンテナ基板の第1の面に配置されている構成である。 In order to solve the above problems, a planar antenna device according to the present invention includes: a planar antenna having an antenna substrate including a dielectric substrate; an antenna element formed on a first surface of the antenna substrate; And a radio wave absorber surrounding the antenna element in a direction other than a desired radiation direction on the first surface of the antenna substrate. to be coupled, the planar antenna and the antenna is disposed face to face at close range is not a radiation far-field region, the wave absorber and the antenna elements that are located on a first surface of the antenna substrate structure It is.

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、誘電体基板を含むアンテナ基板と、前記アンテナ基板の第1の面に形成されたアンテナ素子とを有する平面アンテナと、前記アンテナ基板の第1の面において前記アンテナ素子の所望の放射方向以外を取り囲む電波吸収体と、を備え、前記アンテナ基板の第1の面に近接して対向する無線端末のアンテナと前記平面アンテナとが空間的に結合される複数の平面アンテナ装置と、ビーム方向を制御可能な前記無線端末の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平面アンテナ装置により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、各前記平面アンテナ装置により前記信号受信部で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、を含む無線端末測定装置であって、前記無線端末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、前記複数の平面アンテナは、前記無線端末の一面に対向する位置に配置されて、前記無線端末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、前記無線端末の他面に対向する位置に配置されて、前記無線端末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。 Further, in the wireless terminal measurement device according to the present invention, a planar antenna having an antenna substrate including a dielectric substrate, an antenna element formed on a first surface of the antenna substrate, and a first antenna of the antenna substrate A radio wave absorber surrounding a surface other than a desired radiation direction of the antenna element, and the antenna of the wireless terminal facing the first surface of the antenna substrate and facing the first surface is spatially coupled. A plurality of planar antenna devices, a beam direction control unit that controls the direction of the beam of the signal under measurement transmitted from the antenna of the wireless terminal capable of controlling the beam direction, and the beam direction control unit that is controlled by the beam direction control unit A signal receiving unit that receives the signal under measurement by the plurality of planar antenna devices, and an analysis process on the signal under measurement received by the signal receiving unit Performing an analysis processing unit, wherein the analysis processing unit is a power measurement unit that measures the power of the signal under measurement received by the signal receiving unit by each of the planar antenna devices, is measured by the power measurement unit Based on the power, the beam direction estimating unit for estimating the direction of the beam of the signal under measurement transmitted from the antenna, the beam direction of the signal under measurement estimated by the beam direction estimating unit, the A beam direction determination unit that determines whether or not the direction of the beam is controlled by a beam direction control unit, and the wireless terminal is further installed on the other surface side. It has a plurality of antennas including another antenna, the plurality of planar antennas are arranged at a position facing one surface of the wireless terminal, and installed on one surface side of the wireless terminal A first circularly polarized antenna spatially coupled to the antenna; and a spatially coupled antenna disposed at a position facing the other surface of the wireless terminal and spatially coupled to the antenna installed on the other surface of the wireless terminal. And a second circularly polarized antenna, wherein the first circularly polarized antenna and the second circularly polarized antenna have different directions of rotation of the predetermined polarization.

Claims (10)

誘電体基板(21)を含むアンテナ基板(13)と、前記アンテナ基板の第1の面(13a,21b)に形成されたアンテナ素子(14,23)とを有する平面アンテナ(11,20)と、
前記アンテナ基板の第1の面において前記アンテナ素子の所望の放射方向以外を取り囲む電波吸収体(12)と、を備え、
前記アンテナ基板の第1の面に近接して対向する無線端末(100)のアンテナ(110)と前記平面アンテナとが空間的に結合されることを特徴とする平面アンテナ装置。
A planar antenna (11, 20) having an antenna substrate (13) including a dielectric substrate (21), and antenna elements (14, 23) formed on a first surface (13a, 21b) of the antenna substrate; ,
A radio wave absorber (12) surrounding a first direction of the antenna element other than a desired radiation direction of the antenna element;
A planar antenna device, wherein an antenna (110) of a wireless terminal (100) facing close to a first surface of the antenna substrate and the planar antenna are spatially coupled.
前記平面アンテナは、
所定の偏波の回転方向を有する円偏波型の前記アンテナ素子と、
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(22)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(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、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に記載の平面アンテナ装置。
The planar antenna,
A circular polarization type antenna element having a predetermined polarization rotation direction,
A ground plane conductor (22) superimposed on a second surface (21a) of the dielectric substrate opposite to the first surface;
One end of each is connected to the ground plane conductor, penetrates the dielectric substrate along its thickness direction, and the other end extends to the first surface of the dielectric substrate to surround the antenna element. A plurality of metal posts (30) forming a cavity,
A frame-shaped rim provided on the first surface side of the dielectric substrate, the other end of each of the plurality of metal posts being short-circuited along the direction in which the posts are arranged, and having a predetermined width in the antenna element direction. A conductor (32);
A resonator is constituted by the cavity and the frame-shaped conductor, and a structural parameter of the resonator and the antenna element is adjusted to set a resonance frequency of the resonator to a desired value. The frame includes at least one of an inner dimension Lw of the cavity, the rim width L R of the frame-shaped conductor, the number of turns of the antenna element, a basic length a0 of the antenna element, and an element width W of the antenna element. the rim width L R of Jo conductor, the planar antenna device according to claim 1, wherein a width of approximately 1/4 of the wavelength of a surface wave propagating along the dielectric surface of the substrate.
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2に記載の平面アンテナ装置。
The antenna element is formed in a square spiral shape or a circular spiral shape having a center end portion of the spiral,
A power supply pin (25) having one end connected to the center side end of the spiral of the antenna element formed in the square spiral shape or the circular spiral shape and provided through the dielectric substrate and the ground plane conductor is further provided. The planar antenna device according to claim 2, comprising:
請求項1から請求項3までのいずれかに記載の複数の平面アンテナ装置と、
ビーム方向を制御可能な前記無線端末の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平面アンテナ装置により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、
各前記平面アンテナ装置により前記信号受信部で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、を含むことを特徴とする無線端末測定装置。
A plurality of planar antenna devices according to any one of claims 1 to 3,
A beam direction control unit (64) for controlling a direction of a beam of a signal under measurement transmitted from the antenna of the wireless terminal capable of controlling a beam direction;
A signal receiving unit (61) for receiving the signal under measurement controlled by the beam direction control unit with the plurality of planar antenna devices;
An analysis processing unit (65) that performs an analysis process on the signal under measurement received by the signal receiving unit;
The analysis processing unit,
A power measuring unit (69a) for measuring the power of the signal under measurement received by the signal receiving unit by each of the planar antenna devices;
A beam direction estimating unit (69b) for estimating a direction of a beam of the signal under measurement transmitted from the antenna based on the power measured by the power measuring unit;
A beam direction determining unit (69c) for determining whether the direction of the beam of the signal under measurement estimated by the beam direction estimating unit matches the direction of the beam controlled by the beam direction control unit; And a wireless terminal measuring device.
前記無線端末において前記アンテナが設置された一面(111a)と、各前記平面アンテナの前記アンテナ基板の第1の面が平行でないことを特徴とする請求項4に記載の無線端末測定装置。   The wireless terminal measuring device according to claim 4, wherein one surface (111a) on which the antenna is installed in the wireless terminal is not parallel to the first surface of the antenna substrate of each of the planar antennas. 各前記平面アンテナの前記アンテナ基板の第1の面の法線と、各前記平面アンテナの放射面の法線が平行であり、各前記平面アンテナの放射方向は各前記平面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4又は請求項5に記載の無線端末測定装置。   The normal to the first surface of the antenna substrate of each of the planar antennas is parallel to the normal to the radiation surface of each of the planar antennas, and the radiation direction of each of the planar antennas is the normal to the radiation surface of each of the planar antennas. The wireless terminal measurement device according to claim 4, wherein the measurement is in a linear direction. 前記無線端末はさらに他面(111b)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、
前記複数の平面アンテナは、前記無線端末の一面に対向する位置に配置されて、前記無線端末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、前記無線端末の他面に対向する位置に配置されて、前記無線端末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請求項4から請求項6のいずれかに記載の無線端末測定装置。
The wireless terminal further has a plurality of antennas (110) including another antenna installed on the other surface (111b) side,
A first circularly polarized antenna (20a) disposed at a position facing one surface of the wireless terminal, and spatially coupled to the antenna installed on one surface of the wireless terminal; A second circularly polarized antenna (20b) disposed at a position facing the other surface of the wireless terminal, and spatially coupled to the antenna installed on the other surface side of the wireless terminal;
The wireless terminal measuring device according to claim 4, wherein the first circularly polarized antenna and the second circularly polarized antenna have different rotation directions of the predetermined polarization.
前記無線端末の他面と、前記第2円偏波アンテナの前記アンテナ基板の第1の面が平行でないことを特徴とする請求項7に記載の無線端末測定装置。   The wireless terminal measuring device according to claim 7, wherein the other surface of the wireless terminal and the first surface of the antenna substrate of the second circularly polarized antenna are not parallel. 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無線端末の一面又は他面の法線が平行であり、
前記アンテナの放射方向は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4から請求項8のいずれかに記載の無線端末測定装置。
The normal to the radiation surface of the antenna and the normal to one surface or the other surface of the wireless terminal on which the antenna is installed are parallel to each other,
9. The wireless terminal measuring device according to claim 4, wherein a radiation direction of the antenna is a normal direction of a radiation surface of the antenna.
請求項4から請求項9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、
ビーム方向を制御可能な前記無線端末の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平面アンテナ装置により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、
各前記平面アンテナ装置により前記信号受信ステップで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。
A wireless terminal measurement method using the wireless terminal measurement device according to claim 4, wherein:
A beam direction control step (S3) of controlling a direction of a beam of a signal under measurement transmitted from the antenna of the wireless terminal capable of controlling a beam direction;
A signal receiving step (S4) of receiving the signal under measurement controlled by the beam direction control step by the plurality of planar antenna devices;
Analysis processing steps (S5 to S7) for performing analysis processing on the signal under measurement received in the signal reception step,
The analysis processing step includes:
A power measuring step (S5) of measuring the power of the signal under measurement received by each of the planar antenna devices in the signal receiving step;
A beam direction estimation step (S6) of estimating a beam direction of the signal under measurement transmitted from the antenna based on the power measured in the power measurement step;
A beam direction determining step (S7) of determining whether the beam direction of the signal under measurement estimated by the beam direction estimating step matches the beam direction controlled by the beam direction controlling step; And a wireless terminal measurement method.
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