JP2022052147A - アンテナ装置、測定装置及び測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の周波数の電波の同時測定できるようになり、複数の周波数の電波測定の労力及び時間を低減して効率的な電波測定が可能なアンテナ装置を提供する。【解決手段】互いに異なる複数の周波数の電波を受信するアンテナ装置は、前記複数の周波数に対応する複数の指向性アンテナが配置されたアンテナ部材と、前記複数の指向性アンテナそれぞれの主ビームの垂直方向及び水平方向それぞれにおける向きを一体的に変化させるように前記アンテナ部材を回転させる回転機構部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電波を送受信可能なアンテナ装置、測定装置及び測定システムに関するものである。

従来、移動通信網の基地局等から送信された電波を、指向性を有する指向性受信アンテナで受信して測定する測定装置が知られている。

例えば、特許文献１には、所定の最大感度方向を有する指向性受信アンテナと、指向性受信アンテナを保持するアンテナ保持部材と、指向性受信アンテナの最大感度方向が回転するようにアンテナ保持部材を回転させる回転機構部とを備える測定装置が開示されている。この測定装置によれば、電波測定の労力及び時間を掛けることなく、より正確な電波測定が可能になるとされている。

特開２０１８－１４８３７１号公報

一般に、移動通信網の基地局等から送信された電波の伝搬特性を正しく把握するには、対象エリアの複数の測定点で測定する必要がある。そのため、測定装置を車両（「電波測定車」又は「電測車」ともいう。）に搭載して複数の測定点に順次移動し、各測定点に停車した状態で複数方向から到来する電波が指向性受信アンテナで受信されて測定される。このように複数の測定点に順次移動して測定を行うため、各測定点での電波測定の労力及び時間を低減してより効率的に電波測定を行うことが要請される。

特に、各測定点での測定対象が複数の周波数の電波の場合は、周波数毎に指向性受信アンテナを用意する必要があり、各測定点で指向性受信アンテナを交換したり周波数を切り替えて測定を繰り返し行ったりするので、電波測定の労力及び時間がかかってしまい、効率的な電波測定が難しい。

本発明の一態様に係るアンテナ装置は、互いに異なる複数の周波数の電波を受信するアンテナ装置である。このアンテナ装置は、前記複数の周波数に対応する複数の指向性アンテナが配置されたアンテナ部材と、前記複数の指向性アンテナそれぞれの主ビームの垂直方向及び水平方向それぞれにおける向きを一体的に変化させるように前記アンテナ部材を回転させる回転機構部と、を備える。

前記アンテナ装置において、前記アンテナ部材の共通のアンテナ配置面に沿った一方向に前記複数の指向性アンテナを並べて配置してもよい。

前記アンテナ装置において、前記複数の指向性アンテナの数は３であり、受信電波の周波数が最小である第１の指向性アンテナと、前記最小の周波数の２倍の周波数と受信電波の周波数との差が相対的に小さい第２の指向性アンテナとの間に、前記最小の周波数の２倍の周波数と受信電波の周波数との差が相対的に大きい第３の指向性アンテナを配置してもよい。

前記アンテナ装置において、前記アンテナ部材は、前記複数の指向性アンテナが表面に配置された長尺の平板状部材であり、前記回転機構部は、鉛直方向の回転中心軸を中心に回転可能なベース部材と、前記平板状部材の短手方向又は長手方向に延在する軸部材と、前記ベース部材上に設けられ前記軸部材を回転可能に支持する複数の支持部材と、前記ベース部材を回転させる第１の回転駆動部と、前記軸部材を回転させる第２の回転駆動部とを有してもよい。

前記アンテナ装置において、前記アンテナ部材は、前記複数の指向性アンテナが互いに逆向きの１対の外側面に配置された長尺の角柱状部材又は角筒状部材であり、前記回転機構部は、鉛直方向の回転中心軸を中心に回転可能なベース部材と、前記角柱状部材又は角筒状部材の短手方向又は長手方向に延在する軸部材と、前記ベース部材上に設けられ前記軸部材を回転可能に支持する複数の支持部材と、前記ベース部材を回転させる第１の回転駆動部と、前記軸部材を回転させる第２の回転駆動部とを有してもよい。

前記アンテナ装置において、前記アンテナ部材は、前記複数の指向性アンテナが表面に配置された長尺の第１の平板状部材と、１又は複数の指向性アンテナが表面に配置された長尺の第２の平板状部材とを有し、前記回転機構部は、鉛直方向の回転中心軸を中心に回転可能なベース部材と、前記第１の平板状部材及び前記第２の平板状部材の短手方向又は長手方向に延在し、前記第１の平板状部材及び前記第２の平板状部材それぞれの裏面が互いに対向した状態で各平板状部材の裏面に連結された軸部材と、前記ベース部材上に設けられ前記軸部材の両端部を回転可能に支持する複数の支持部材と、前記ベース部材を回転させる第１の回転駆動部と、前記軸部材を回転させる第２の回転駆動部とを有してもよい。

前記アンテナ装置において、前記アンテナ部材は、前記周波数ごとに前記指向性アンテナが表面に設けられ、仮想多角筒の複数の外周面のそれぞれを形成するように裏面を内側にして配置された複数の平板状部材を有し、前記回転機構部は、鉛直方向の回転中心軸を中心に回転可能なベース部材と、前記仮想多角筒の中心軸に沿って延在し、前記複数の平板状部材それぞれの裏面に連結された軸部材と、前記ベース部材上に設けられ前記軸部材の両端部を回転可能に支持する複数の支持部材と、前記ベース部材を回転させる第１の回転駆動部と、前記軸部材を回転させる第２の回転駆動部とを有してもよい。

前記アンテナ装置において、前記複数の指向性アンテナはそれぞれ、複数のパッチ状のアンテナ素子が配列したパッチアレイアンテナであってもよい。

本発明の他の態様に係る測定装置は、前記複数の指向性アンテナで受信された受信信号の電力を測定する電力測定部と、前記アンテナ部材の回転角度に関する情報を取得する回転角度情報取得部と、を備える。

本発明の更に他の態様に係る測定システムは、前記測定装置と、前記測定装置を搭載して移動可能な移動体と、を備える。

本発明によれば、複数の周波数に対応した複数の指向性アンテナが配置されたアンテナ装置を回転させて測定することにより、複数の周波数の電波の同時測定できるようになるので、複数の周波数の電波測定の労力及び時間を低減して効率的な電波測定が可能になる。

実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図。 実施形態に係るアンテナ装置を構成するアンテナ部材の一例を示す斜視図。 実施形態に係るアンテナ部材の指向性アンテナを構成するアンテナ素子の一例を示す斜視図。 実施形態に係る指向性アンテナの垂直面における受信感度（放射強度、利得）の角度分布を示す指向性特性の一例を示す説明図。 指向性アンテナのビーム幅の定義の説明図。 （ａ）～（ｃ）はそれぞれ、周波数ｆ１のアンテナ素子と周波数ｆ２のアンテナ素子を互いに隣り合わせて配置したときのアンテナ素子間距離ｄ１の説明図、アンテナ素子間距離ｄ１と周波数ｆ１のアンテナ素子の３ｄＢビーム幅との関係を示すグラフ、及び、アンテナ素子間距離ｄ１と周波数ｆ２のアンテナ素子の３ｄＢビーム幅との関係を示すグラフ。 （ａ）～（ｃ）はそれぞれ、周波数ｆ１のアンテナ素子と周波数ｆ３のアンテナ素子を互いに隣り合わせて配置したときのアンテナ素子間距離ｄ２の説明図、アンテナ素子間距離ｄ２と周波数ｆ１のアンテナ素子の３ｄＢビーム幅との関係を示すグラフ、及び、アンテナ素子間距離ｄ２と周波数ｆ３のアンテナ素子の３ｄＢビーム幅との関係を示すグラフ。 （ａ）～（ｃ）はそれぞれ、周波数ｆ３のアンテナ素子と周波数ｆ２のアンテナ素子を互いに隣り合わせて配置したときのアンテナ素子間距離ｄ３の説明図、アンテナ素子間距離ｄ３と周波数ｆ２のアンテナ素子の３ｄＢビーム幅との関係を示すグラフ、及び、アンテナ素子間距離ｄ３と周波数ｆ３のアンテナ素子の３ｄＢビーム幅との関係を示すグラフ。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、実施形態に係るアンテナ装置を構成するアンテナ部材における複数の指向性アンテナのアンテナ素子の配置順の一例を示す斜視図及び側面図。 実施形態の実施例及び比較例１，２のそれぞれにおけるアンテナ部材の各指向性アンテナの３ｄＢビーム幅を計算した示すコンピュータシミュレーションの結果の一例を示す説明図。 実施例１に係るアンテナ部材を示す斜視図。 比較例に係るアンテナ部材を示す斜視図。 実施例２に係るアンテナ部材を示す斜視図。 他の実施形態に係るアンテナ部材の一例を示す斜視図。 図１４のアンテナ部材を有するアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図。 更に他の実施形態に係るアンテナ部材の一例を示す斜視図。 図１６のアンテナ部材を有するアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、更に他の実施形態に係るアンテナ部材の一例を示す斜視図及び側面図。 実施形態に係るアンテナ装置を備える測定装置の主要部の一例を示すブロック図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、実施形態に係るアンテナ装置１０の概略構成の一例を示す斜視図である。アンテナ装置１０は、アンテナ部材１００と、アンテナ部材１００を回転させる回転機構部２００とを備える。アンテナ部材１００には、所定方向に電波に対する受信感度（放射強度）が最大になる主ビームを有する指向性アンテナを備える。アンテナ部材１００は、指向性アンテナが表面に配置された長尺の平板状部材１０１を有する。

回転機構部２００は、鉛直方向の回転中心軸Ｖを中心に回転可能なベース部材２０４と、アンテナ部材１００の短手方向に延在する軸部材２０１と、ベース部材２０４上に設けられ軸部材２０１の端部２０１ａ，２０１ｂを回転可能に支持する複数の支持部材２０２，２０３とを有する。更に、回転機構部２００は、後述の電装部から制御されるモータなど回転駆動源と、回転駆動源の回転駆動力を軸部材２０１及びベース部材２０４に伝達するギヤやベルトなどからなる回転駆動伝達部とを備える。回転駆動源は、軸部材２０１の回転駆動及びベース部材２０４の回転駆動の両方に兼用するものであってもよいし、また、軸部材２０１の回転駆動用の回転駆動源とベース部材２０４の回転駆動用の回転駆動源を別々に設けてもよい。

軸部材２０１は、例えば、アンテナ部材１００の指向性アンテナが配置された表面とは反対側の背面に固定されている。軸部材２０１は、アンテナ部材１００の長手方向に延在するように設けてもよい。

また、回転機構部２００は、後述のように第１の回転駆動部と第２の回転駆動部とを有する。第１の回転駆動部は、鉛直方向に沿った回転中心軸Ｖを中心とした回転方向Ｒｈにベース部材２０４を回転させる回転駆動部である。この回転方向Ｒｈの回転により、アンテナ部材１００の水平方向における主ビームの指向性方向（水平面における方位を示す方向）を変化させることができる。第２の回転駆動部は、水平方向に沿った回転中心軸Ｈを中心とした回転方向Ｒｖに、アンテナ部材１００に固定された軸部材２０１を回転させる回転駆動部である。この回転方向Ｒｖの回転により、アンテナ部材１００の垂直方向における主ビームの指向性方向（ある方位に平行な垂直面における上下方向）を変化させることができる。

アンテナ装置１０は、自動車などの移動体である電波測定車（「電測車」ともいう。）の屋根に取り付けられ、電波測定車と一緒に対象エリアの複数の測定点に順次移動し、各測定点に停車した状態でアンテナ部材１００を回転させて複数方向から到来する電波を受信する。このように複数の測定点に順次移動して電波を受信して測定を行うため、各測定点での電波測定の労力及び時間を低減してより効率的に電波測定を行うことが要請される。

特に、各測定点での測定対象が複数の周波数の電波の場合は、周波数毎に指向性アンテナを用意する必要があり、各測定点で指向性アンテナを交換したり周波数を切り替えて測定を繰り返し行ったりするので、電波測定の労力及び時間がかかってしまい、効率的な電波測定が難しい。例えば、３つの周波数（ｆ１，ｆ２，ｆ３）の電波について測定するため、それぞれの周波数に対応する３つの指向性アンテナを交換して測定する場合、測定時間は単一周波数の場合の３倍以上になる。

そこで、本実施形態では、各測定点でアンテナ部材１００を回転させて測定するときに複数の周波数の電波を同時測定できるように、複数の周波数に対応する複数の指向性アンテナが配置されたアンテナ部材１００を用い、複数の指向性アンテナそれぞれの主ビームの垂直方向及び水平方向それぞれにおける向きを一体的に変化させるようにアンテナ部材１００を回転させている。

図２は、実施形態に係るアンテナ装置１０を構成するアンテナ部材１００の一例を示す斜視図である。本実施形態のアンテナ部材１００は、移動通信網の基地局等から送信された互いに異なる３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の電波を同時に受信し、複数の周波数の電波の伝搬特性の測定に用いることできる。

図２において、アンテナ部材１００の平板状部材１０１の共通のアンテナ配置面１０１ｓに沿った一方向（図中の平板状部材１０１の短手方向である左右方向）に、互いに異なる３つの周波数ｆ１，ｆ３，ｆ２に対応する３つの指向性アンテナ１１０、１３０、１２０が所定の間隔で並ぶように配置されている。ここで、複数の指向性アンテナ１１０、１３０、１２０が受信する複数の電波の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３はｆ１＜ｆ２＜ｆ３の大小関係を有する。例えば、指向性アンテナ１１０が受信する電波の周波数ｆ１は３ＧＨｚ帯の周波数であり、指向性アンテナ１２０が受信する電波の周波数ｆ２は５ＧＨｚ帯の周波数であり、指向性アンテナ１３０が受信する電波の周波数ｆ３は８ＧＨｚ帯の周波数である。

指向性アンテナ１１０、１２０、１３０はそれぞれ、平板状部材１０１の表面の長手方向に、複数のパッチ状のアンテナ素子であるパッチアンテナ（平面アンテナ素子）１１１、１２１、１３１が１列に配列したパッチアレイアンテナ（リニアアレイアンテナ）である。なお、パッチアンテナ（平面アンテナ素子）は二次元的又は三次元的に配列してもよい。

図３は、実施形態に係るアンテナ部材１００の指向性アンテナ１１０、１２０、１３０を構成するアンテナ素子１１１、１２１、１３１の一例を示す斜視図である。図３の例において、アンテナ素子１１１、１２１、１３１はそれぞれ、所定の厚さ及び外形寸法を有する正方形又はほぼ正方形の平板状の誘電体部材１１２、１２２、１３２と、所定の厚さ及び外形寸法を有する正方形又はほぼ正方形の導電性材料からなるパッチ電極（アンテナ放射面）１１３、１２３、１３３とを有する。各誘電体部材１１２、１２２、１３２及び各パッチ電極１１３、１２３、１３３のそれぞれの外形寸法（各辺の長さＬｓ，Ｌｐ及び幅Ｗｓ，Ｗｐ）は、受信する電波の周波数に応じて設定され、周波数が高いほど短く設定される。また、受信機等の無線装置が接続されるパッチ電極１１３、１２３、１３３における接続点により、受信対象の電波の偏波（直線偏波、円偏波、偏波なし）を設定することができる。

図３に示すように、各指向性アンテナ１１０、１２０、１３０のアンテナ素子１１１、１２１、１３１の面に垂直な方向（＋ｚ方向）が天頂方向であり、その天頂方向から下方向への角度が天頂角θ（０［度］～１８０［度］）である。また、図中のｘ－ｙ平面におけるｘ軸に対する左回転方向における角度が方位角φ（０［度］～３６０［度］）である。

図４は、実施形態に係る指向性アンテナ１１０、１２０、１３０の垂直面における受信感度（放射強度、利得）の角度分布を示す指向性特性の一例を示す説明図である。また、図５は、指向性アンテナのビーム幅の定義の説明図である。図４に示すように、本実施形態のアンテナ部材１００の各指向性アンテナ（アレイパッチアンテナ）１１０、１２０、１３０はそれぞれ、各指向性アンテナが形成されている平板状部材１０１の表面に垂直な方向に受信感度（放射強度）が最大になる主ビームＢｍが位置する指向性特性を有する。各指向性アンテナ１１０、１２０、１３０の主ビームＢｍのビーム幅ＢＷは、例えば図５に示すようにアンテナで受信する受信感度（又は、アンテナから放射される電波の放射強度、又は、利得）が最大となる方向から３ｄＢ低くなる２つの点の間の角度（３ｄＢビーム幅）で定義される。

本実施形態のアンテナ装置１０を用いた電波の伝搬特性の測定において、その測定及び解析をする上で指向性アンテナ１１０、１２０、１３０の並び方向におけるアンテナ水平面内の主ビームＢｍのビーム幅ＢＷとして８０［度］以上乃至９０［度］以上が要求される。このような要求の下で、本実施形態の複数の周波数に対応した複数の指向性アンテナ１１０、１２０、１３０を並べた構成のアンテナ部材１００について、以下に示すように本発明者らが計算機シミュレーションを行ったところ、指向性アンテナ１１０、１２０、１３０の並び順によっては、互いにアンテナ水平面内の主ビームＢｍのビーム幅ＢＷが劣化する場合があることがわかった。

図６、図７及び図８はそれぞれ、互いに異なる周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のアンテナ素子が隣り合っている場合のアンテナ素子間の距離と主ビームＢｍのビーム幅ＢＷとの関係を示すコンピュータシミュレーションの結果の一例を示す説明図である。コンピュータシミュレーションは、電磁界シミュレータ（株式会社エーイーティー製の「ＣＳＴ ＭＷＳＴＵＤＩＯ」）を用い、表１のパラメータの値を設定して行った。

図６（ａ）は、周波数ｆ１のアンテナ素子１１１と周波数ｆ２のアンテナ素子１２１を互いに隣り合わせて配置したときのアンテナ素子間距離ｄ１の説明図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の構成におけるアンテナ素子間距離ｄ１と周波数ｆ１のアンテナ素子１１１の３ｄＢビーム幅との関係を示すグラフである。図６（ｃ）は、図６（ａ）の構成におけるアンテナ素子間距離ｄ１と周波数ｆ２のアンテナ素子１２１の３ｄＢビーム幅との関係を示すグラフである。図６（ｂ）及び図６（ｃ）の横軸のアンテナ素子間距離ｄ１の値は、周波数ｆ２の波長λを基準にして表示した値であり、図中の破線は、各アンテナ素子１１１，１２１を単体で配置した場合の３ｄＢビーム幅である。

図６（ｂ）～図６（ｃ）の結果により、周波数ｆ１のアンテナ素子１１１の３ｄＢビーム幅は周波数ｆ２のアンテナ素子１２１からの影響を受けにくいが、周波数ｆ２のアンテナ素子１２１の３ｄＢビーム幅は周波数ｆ１のアンテナ素子１１１からの影響を受けやすく最大でビーム幅ＢＷが３８．４［度］劣化することがわかる。また、図６（ｃ）の結果により、アンテナ素子間距離ｄ１を１．７５［λ＠ｆ２］以上にすることで、周波数ｆ２のアンテナ素子１２１の３ｄＢビーム幅の劣化を抑制して９０［度］以上に維持することができることがわかる。

図７（ａ）は、周波数ｆ１のアンテナ素子１１１と周波数ｆ３のアンテナ素子１３１を互いに隣り合わせて配置したときのアンテナ素子間距離ｄ２の説明図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の構成におけるアンテナ素子間距離ｄ２と周波数ｆ１のアンテナ素子１１１の３ｄＢビーム幅との関係を示すグラフである。図７（ｃ）は、図７（ａ）の構成におけるアンテナ素子間距離ｄ２と周波数ｆ３のアンテナ素子１３１の３ｄＢビーム幅との関係を示すグラフである。図７（ｂ）及び図７（ｃ）の横軸のアンテナ素子間距離ｄ２の値は、周波数ｆ３の波長λを基準にして表示した値であり、図中の破線は、各アンテナ素子１１１，１３１を単体で配置した場合の３ｄＢビーム幅である。

図７（ｂ）～図７（ｃ）の結果により、周波数ｆ１のアンテナ素子１１１の３ｄＢビーム幅は周波数ｆ３のアンテナ素子１３１からの影響を受けにくく、また、周波数ｆ３のアンテナ素子１３１の３ｄＢビーム幅は、周波数ｆ２のアンテナ素子１２１よりも、周波数ｆ１のアンテナ素子１１１からの影響を受けにくいことがわかる。

図８（ａ）は、周波数ｆ３のアンテナ素子１３１と周波数ｆ２のアンテナ素子１２１を互いに隣り合わせて配置したときのアンテナ素子間距離ｄ３の説明図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の構成におけるアンテナ素子間距離ｄ３と周波数ｆ２のアンテナ素子１２１の３ｄＢビーム幅との関係を示すグラフである。図８（ｃ）は、図８（ａ）の構成におけるアンテナ素子間距離ｄ３と周波数ｆ３のアンテナ素子１３１の３ｄＢビーム幅との関係を示すグラフである。図８（ｂ）及び図８（ｃ）の横軸のアンテナ素子間距離ｄ３の値は、周波数ｆ３の波長λを基準にして表示した値であり、図中の破線は、各アンテナ素子１２１，１３１を単体で配置した場合の３ｄＢビーム幅である。

図８（ｂ）の結果により、周波数ｆ２のアンテナ素子１２１の３ｄＢビーム幅は周波数ｆ３のアンテナ素子１３１からの影響を受けやすいことがわかる。また、図８（ｃ）の結果により、アンテナ素子間距離ｄ３を１．２５［λ＠ｆ３］以上にすることで、周波数ｆ３のアンテナ素子１３１の３ｄＢビーム幅の劣化を抑制して単体で配置した場合と同様なビーム幅に維持することができることがわかる。

以上のコンピュータシミュレーションに基づき、本実施形態では、以下に示すように複数の周波数の指向性アンテナ１１０、１２０、１３０を適切な順番で配置することにより、指向性アンテナ間の干渉が高くなることによるビーム幅ＢＷの劣化を軽減している。

図９（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、実施形態に係るアンテナ装置１０を構成するアンテナ部材１００における複数の指向性アンテナ１１０、１２０、１３０のアンテナ素子１１１、１２１、１３１の配置順の一例を示す斜視図及び側面図である。図９の例では、複数の指向性アンテナ１１０、１２０、１３０（アンテナ素子１１１、１２１、１３１）を次のように配置している。受信電波の周波数が最小（ｆ１：３．３５ＧＨｚ）である第１の指向性アンテナ１１０（アンテナ素子１１１）と、前記最小の周波数の２倍の周波数（６．７０ＧＨｚ）と受信電波の周波数（ｆ２：５．２０ＧＨｚ）との差（１．５０ＧＨｚ）が相対的に小さい第２の指向性アンテナ１２０（アンテナ素子１２１）との間に、前記最小の周波数の２倍の周波数（６．７０ＧＨｚ）と受信電波の周波数（ｆ３：８．４５ＧＨｚ）との差（１．７５ＧＨｚ）が相対的に大きい第３の指向性アンテナ１３０（アンテナ素子１３１）を配置している。

図９の指向性アンテナ１１０、１２０、１３０（アンテナ素子１１１、１２１、１３１）の配置順により、周波数ｆ１の指向性アンテナ１１０（アンテナ素子１１１）からの影響を受けやすい周波数ｆ２の指向性アンテナ１２０（アンテナ素子１２１）が周波数ｆ１の指向性アンテナ１１０（アンテナ素子１１１）から離れているため、アンテナ間の干渉による各指向性アンテナ１１０、１２０、１３０のビーム幅の劣化を軽減することができる。

図１０は、図９の配置順で配置された周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の指向性アンテナ１１０、１２０、１３０（アンテナ素子１１１、１２１、１３１）を有するアンテナ部材１００の実施例（図１１参照）について主ビームＢｍの３ｄＢビーム幅ＢＷを計算したコンピュータシミュレーションの結果の一例を示す説明図である。コンピュータシミュレーションは、電磁界シミュレータ（株式会社エーイーティー製の「ＣＳＴ ＭＷＳＴＵＤＩＯ」）を用い、表２のパラメータの値を設定して行った。表２中のアンテナ間距離ｄ_ｘ１、ｄ_ｘ２及びｄ_ｘ３の値は、周波数ｆ３の波長λを基準にして表示した値である。

また、図１０には、本実施形態の実施例１，２のコンピュータシミュレーションの結果とともに、比較例のコンピュータシミュレーションの結果を示す。実施例１は、図２、図９及び図１１に示すように周波数ｆ１，ｆ３，ｆ２の順で指向性アンテナ１１０、１３０、１１０を配置したアンテナ部材１００の例である。実施例２は、図１２に示すように周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の順で指向性アンテナ１１０、１２０、１３０を配置したアンテナ部材１００の例である。比較例は、図１３に示すように周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の指向性アンテナ８１０、８２０、８３０を単体で有する３つの個別のアンテナ部材１００（１）～１００（３）を構成した例である。

図１０の結果において、周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の指向性アンテナ１１０、１２０、１３０を単体で有する３つの個別のアンテナ部材１００（１）～１００（３）の図１３の比較例では、各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３とも８０［度］以上の３ｄＢビーム幅が得られている。また、周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の順で指向性アンテナ１１０、１２０、１３０を配置した図１２の実施例２では、周波数ｆ２，ｆ３の３ｄＢビーム幅が８０［度］未満に劣化している。これに対し、周波数ｆ１，ｆ３，ｆ２の順で指向性アンテナ１１０、１３０、１２０（アンテナ素子１１１、１３１、１１１）を配置した図２、図９及び図１１の実施例１では、３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の３ｄＢビーム幅がすべて８０［度］以上に改善している。

次に、アンテナ部材及びアンテナ装置の他の実施形態について説明する。
図１４は、他の実施形態に係るアンテナ部材１４０の一例を示す斜視図である。図１５は、図１４のアンテナ部材１４０を有するアンテナ装置１０の概略構成の一例を示す斜視図である。なお、図１４及び図１５において、前述の図１及び図２と共通する部分について同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

図１４において、アンテナ部材１４０は、長尺の角柱状部材（又は、角筒状部材）１４１を有する。角柱状部材１４１の互いに逆向きの１対の外側面１４１ｓａ、１４１ｓｂのうち、一方の外側面１４１ｓａに、２つの周波数ｆ１，ｆ３の指向性アンテナ１１０、１３０が所定の間隔で並ぶように配置され、もう一方の外側面１４１ｓｂに残りの周波数ｆ２の指向性アンテナ１２０が配置されている。

図１５において、回転機構部２００は、ベース部材２０４と、アンテナ部材１４０の短手方向に延在する軸部材２０１と、複数の支持部材２０２，２０３とを有する。軸部材２０１は、例えば、アンテナ部材１４０の指向性アンテナが配置されていない２つの外側面に固定されている。軸部材２０１は、アンテナ部材１４０の長手方向に延在するように設けてもよい。また、軸部材２０１は、アンテナ部材１４０を貫通した状態で固定されてもよい。

図１６は、更に他の実施形態に係るアンテナ部材１５０（１），１５０（２）の一例を示す斜視図である。図１７は、図１６のアンテナ部材１５０（１），１５０（２）を有するアンテナ装置１０の概略構成の一例を示す斜視図である。なお、図１６及び図１７において、前述の図１及び図２と共通する部分について同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

図１６において、本実施形態のアンテナ装置は、１組の２つのアンテナ部材１５０（１），１５０（２）を有する。第１のアンテナ部材１５０（１）の平板状部材１５１（１）の共通のアンテナ配置面１５１（１）ｓに沿った一方向（図中の平板状部材１５１（１）の短手方向である左右方向）に、互いに異なる２つの周波数ｆ１，ｆ３に対応する２つの指向性アンテナ１１０、１３０が所定の間隔で並ぶように配置されている。また、第２のアンテナ部材１５０（２）の平板状部材１５１（２）のアンテナ配置面１５１（２）ｓに、残りの周波数ｆ２の指向性アンテナ１２０が配置されている。

図１７において、ベース部材２０４と、アンテナ部材１５０（１），１５０（２）の短手方向に延在する軸部材２０１と、ベース部材２０４上に設けられ軸部材２０１の端部２０１ａ，２０１ｂを回転可能に支持する複数の支持部材２０２，２０３とを有する。軸部材２０１は、例えば、アンテナ部材１５０（１），１５０（２）の裏面が互いに向かい合った状態で、アンテナ部材１５０（１），１５０（２）の裏面に固定されている。軸部材２０１は、アンテナ部材１５０（１），１５０（２）の長手方向に延在するように設けてもよい。

図１８（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、更に他の実施形態に係るアンテナ部材１６０の一例を示す斜視図及び側面図である。なお、本例のアンテナ部材１６０を回転させる回転機構部は、例えば、前述の図１に例示した回転機構部２００と同様に構成することができる。

図１８（ａ）及び（ｂ）において、アンテナ部材１６０は、周波数ｆ１の指向性アンテナが表面に配置された第１の平板状部材１６１（１）と、周波数ｆ２の指向性アンテナが表面に配置された第２の平板状部材１６１（２）と、周波数ｆ３の指向性アンテナが表面に配置された第３の平板状部材１６１（３）とを有する。３つの平板状部材１６１（１）～１６１（３）は、断面が多角形の仮想多角筒である三角筒の３つの外周面のそれぞれを形成するように裏面を内側にして配置されている。各平板状部材１６１（１）～１６１（３）の裏面はそれぞれ、支持アーム部材１６２（１）～１６２（３）を介して、前述の回転機構部２００で回転方向Ｒｖに回転駆動される軸部に連結（固定）されている。

図１９は、実施形態に係るアンテナ装置１０を備える測定装置４０の主要部の構成の一例を示すブロック図である。測定装置４０は、上記構成のアンテナ装置１０と、電装部３０とを備える。測定システムは、測定装置４０と、測定装置４０を搭載した状態で移動可能な自動車などの移動体である電波測定車とにより構成される。

図１９において、測定装置４０の電装部３０は、駆動制御部３０１と受信部３０２と電力測定部（データ処理部）３０３と記憶部３０４と外部通信部３０５と制御部３０６とを備える。なお、電装部３０を構成する駆動制御部３０１、受信部３０２、電力測定部（データ処理部）３０３、記憶部３０４、外部通信部３０５及び制御部３０６の一部分を測定器として構成し、残りの部分をＰＣ（コンピュータ装置）で構成してもよい。例えば、駆動制御部３０１、受信部３０２及び電力測定部（データ処理部）３０３を測定器として構成し、記憶部３０４、外部通信部３０５及び制御部３０６をＰＣ（コンピュータ装置）で構成してもよい。

駆動制御部３０１は、アンテナ装置１０の回転機構部２００に設けられたモータ等の回転駆動源２１０に制御信号を送って回転駆動源２１０を制御する。駆動制御部３０１は、アンテナ部材１００などの回転角度（例えば、軸部材２０１の回転角度及びベース部材２０４の回転角度）に関する情報を取得する回転角度情報取得部としても機能する。回転駆動源２１０に送る制御信号から取得してもよいし、回転駆動対象の軸部材２０１及びベース部材２０４に設けられたエンコーダの出力から取得してもよい。

受信部３０２は、アンテナ部材の複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に対応する複数の指向性アンテナに接続され、例えば複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の電波を同時に測定できるように周波数毎に設けられた無線受信機で構成される。

電力測定部３０３は、受信部３０２で受信した複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の受信信号の電力を測定する。電力測定部３０３は、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３それぞれについて、受信信号の電力の測定結果と、アンテナ部材の回転角度に関する情報とに基づいて、基地局等から送信された電波の伝搬特性を算出するデータ処理部としても機能する。また、電力測定部（データ処理部）３０３は、アンテナ部材の回転角度に関する情報に基づいて、前述のアンテナ部材の主ビームＢｍが向いている天頂角θ及び方位角φを算出することもできる。受信電波の伝搬特性の算出には、送信元の基地局等から取得した送信信号の情報を用いてもよい。

記憶部３０４は、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の受信信号の電力の測定結果、アンテナ部材の回転角度に関する情報、受信電波の伝搬特性の算出結果、受信信号の電力の測定や伝搬特性の算出に用いる各種情報及びデータ等を記憶する。

外部通信部３０５は、有線又は無線の通信により外部装置や電波測定車内の他の装置との間で通信する。外部通信部３０５は、例えば、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の受信信号の電力の測定結果、受信電波の伝搬特性の算出結果などを、外部装置や電波測定車内の他の装置に送信する。

制御部３０６は、所定の制御プログラムを実行することにより、電装部３０内の各部を制御する。

以上、本実施形態によれば、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に対応した複数の指向性アンテナ１１０，１２０，１３０が配置されたアンテナ装置１０を回転させて測定することにより、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の電波の同時測定できるようになる。従って、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の電波を測定する場合の測定に要する時間を短縮することができる。更に、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の複数のアンテナ部材やアンテナ装置を用意する必要がなく、複数のアンテナ部材やアンテナ装置の持ち運び、取り替えなどの煩雑な作業が不要になるので、電波測定の実施者に係る労力を軽減することができる。

更に、本実施形態によれば、周波数が近い指向性アンテナ１１０、１２０を適切に配置することにより、各指向性アンテナ１１０、１２０、１３０の主ビームＢｍのビーム幅（３ｄＢビーム幅）の劣化を軽減することができる。

なお、本明細書で説明された処理工程並びにアンテナ装置、測定装置及び測定システムの構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。

ハードウェア実装については、実体（例えば、回転駆動装置、測定装置、各種無線通信装置、Ｎｏｄｅ Ｂ、端末、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。

また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。

また、前記媒体は非一時的な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムのコードは、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス若しくは装置機械で読み込んで実行可能であればよく、その形式は特定の形式に限定されない。例えば、前記プログラムのコードは、ソースコード、オブジェクトコード及びバイナリコードのいずれでもよく、また、それらのコードの２以上が混在したものであってもよい。

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。

１０ ：アンテナ装置
３０ ：電装部
４０ ：測定装置
１００ ：アンテナ部材
１０１ ：平板状部材
１０１ｓ ：アンテナ配置面
１１０ ：指向性アンテナ
１１１ ：アンテナ素子
１１２ ：誘電体部材
１１３ ：パッチ電極
１２０ ：指向性アンテナ
１２１ ：アンテナ素子
１２２ ：誘電体部材
１２３ ：パッチ電極
１３０ ：指向性アンテナ
１３１ ：アンテナ素子
１３２ ：誘電体部材
１３３ ：パッチ電極
１４０ ：アンテナ部材
１４１ ：角柱状部材
１４１ｓａ ：外側面
１４１ｓｂ ：外側面
１５０ ：アンテナ部材
１５１ ：アンテナ配置面
１５１ ：平板状部材
１６０ ：アンテナ部材
１６１ ：平板状部材
１６２ ：支持アーム部材
２００ ：回転機構部
２０１ ：軸部材
２０１ａ ：端部
２０１ｂ ：端部
２０２ ：支持部材
２０３ ：支持部材
２０４ ：ベース部材
２１０ ：回転駆動源
３０１ ：駆動制御部
３０２ ：受信部
３０３ ：電力測定部
３０４ ：記憶部
３０５ ：外部通信部
３０６ ：制御部

Claims (10)

1. 互いに異なる複数の周波数の電波を受信するアンテナ装置であって、
   前記複数の周波数に対応する複数の指向性アンテナが配置されたアンテナ部材と、
   前記複数の指向性アンテナそれぞれの主ビームの垂直方向及び水平方向それぞれにおける向きを一体的に変化させるように前記アンテナ部材を回転させる回転機構部と、
   を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１のアンテナ装置において、
   前記アンテナ部材の共通のアンテナ配置面に沿った一方向に前記複数の指向性アンテナを並べて配置したことを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項２のアンテナ装置において、
   前記複数の指向性アンテナの数は３であり、
   受信電波の周波数が最小である第１の指向性アンテナと、前記最小の周波数の２倍の周波数と受信電波の周波数との差が相対的に小さい第２の指向性アンテナとの間に、前記最小の周波数の２倍の周波数と受信電波の周波数との差が相対的に大きい第３の指向性アンテナを配置したことを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかのアンテナ装置において、
   前記アンテナ部材は、前記複数の指向性アンテナが表面に配置された長尺の平板状部材であり、
   前記回転機構部は、
   鉛直方向の回転中心軸を中心に回転可能なベース部材と、
   前記平板状部材の短手方向又は長手方向に延在する軸部材と、
   前記ベース部材上に設けられ前記軸部材を回転可能に支持する複数の支持部材と、
   前記ベース部材を回転させる第１の回転駆動部と、
   前記軸部材を回転させる第２の回転駆動部とを有する、ことを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項１乃至３のいずれかのアンテナ装置において、
   前記アンテナ部材は、前記複数の指向性アンテナが互いに逆向きの１対の外側面に配置された長尺の角柱状部材又は角筒状部材であり、
   前記回転機構部は、
   鉛直方向の回転中心軸を中心に回転可能なベース部材と、
   前記角柱状部材又は角筒状部材の短手方向又は長手方向に延在する軸部材と、
   前記ベース部材上に設けられ前記軸部材を回転可能に支持する複数の支持部材と、
   前記ベース部材を回転させる第１の回転駆動部と、
   前記軸部材を回転させる第２の回転駆動部と、を有する、ことを特徴とするアンテナ装置。
6. 請求項１乃至３のいずれかのアンテナ装置において、
   前記アンテナ部材は、前記複数の指向性アンテナが表面に配置された長尺の第１の平板状部材と、１又は複数の指向性アンテナが表面に配置された長尺の第２の平板状部材とを有し、
   前記回転機構部は、
   鉛直方向の回転中心軸を中心に回転可能なベース部材と、
   前記第１の平板状部材及び前記第２の平板状部材の短手方向又は長手方向に延在し、前記第１の平板状部材及び前記第２の平板状部材それぞれの裏面が互いに対向した状態で各平板状部材の裏面に連結された軸部材と、
   前記ベース部材上に設けられ前記軸部材の両端部を回転可能に支持する複数の支持部材と、
   前記ベース部材を回転させる第１の回転駆動部と、
   前記軸部材を回転させる第２の回転駆動部と、を有する、ことを特徴とするアンテナ装置。
7. 請求項１乃至３のいずれかのアンテナ装置において、
   前記アンテナ部材は、前記周波数ごとに前記指向性アンテナが表面に設けられ、仮想多角筒の複数の外周面のそれぞれを形成するように裏面を内側にして配置された複数の平板状部材を有し、
   前記回転機構部は、
   鉛直方向の回転中心軸を中心に回転可能なベース部材と、
   前記仮想多角筒の中心軸に沿って延在し、前記複数の平板状部材それぞれの裏面に連結された軸部材と、
   前記ベース部材上に設けられ前記軸部材の両端部を回転可能に支持する複数の支持部材と、
   前記ベース部材を回転させる第１の回転駆動部と、
   前記軸部材を回転させる第２の回転駆動部と、を有する、ことを特徴とするアンテナ装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかのアンテナ装置において、
   前記複数の指向性アンテナはそれぞれ、一次元的、二次元的又は三次元的に配列した複数のパッチ状のアンテナ素子を有するパッチアレイアンテナであることを特徴とするアンテナ装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかのアンテナ装置と、
   前記複数の指向性アンテナで受信された受信信号の電力を測定する電力測定部と、
   前記アンテナ部材の回転角度に関する情報を取得する回転角度情報取得部と、
   を備えることを特徴とする測定装置。
10. 請求項９の測定装置と、
    前記測定装置を搭載して移動可能な移動体と、
    を備える測定システム。

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