JP3645494B2

JP3645494B2 - 相互変調歪測定システム

Info

Publication number: JP3645494B2
Application number: JP2001062405A
Authority: JP
Inventors: 宣裕久我; 修平石川; 佳樹石橋
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: JP2002271278A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、金属材料間の接触個所において発生する相互変調歪を、簡単かつ正確に測定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種通信システムにおいては、周波数の異なる２つの信号の干渉による相互変調歪の問題がある。例えば移動体通信の基地局で利用されているアンテナは送信と受信に兼用されており、送信周波数と受信周波数とは相違しているので、これらの間での相互変調歪が問題となり、相互変調歪によるノイズが受信帯域を干渉し、通信不能となる場合もある。従来、このような移動体通信システムにおいては、増幅器などの能動回路における相互変調歪の抑止については種々の研究がなされており、相当の成果が上げられている。しかしながら、受動回路部分において発生する相互変調歪については有効な対策が採られていない。この受動回路部分としては、金属材料同士の接触面、例えばコネクタ、アンテナ、アンテナ取付金具などのアンテナ周辺部材などが考えられる。
【０００３】
図１は、移動体通信システムの基地局におけるアンテナ周辺の相互変調歪の発生箇所を示すものである。基地局のタワー１１には送信アンテナ１２と受信アンテナ１３とが設置されており、これらのアンテナの内部には、多数のアンテナ素子を配列したアンテナ素子列１４が設けられ、これらのアンテナ素子は、ビームを所定の方向に指向させるためのビーム制御装置１５を介してアンテナ入出力端子１６に接続されている。図２は、アンテナ素子列１４の素子としてプリントダイポールアンテナを用いた場合の例であり、プリント基板１７のアンテナ素子１８が所定のパターンにしたがって形成され、プリント基板１７とほぼ直交するように２つの反射板１９が設けられ、これらのプリント基板１７および反射板１９は円筒状のカバー２０の内部に配置されている。このような構成においては、アンテナ素子列１４の給電回路とビーム制御装置１５との接続箇所、ビーム制御装置１５の内部における導体接続箇所、アンテナ入出力端子１６と同軸ケーブル１７との接続箇所、アンテナ１２、１３をタワー１１に取り付ける金具、２つの反射板１９の接触箇所などにおいて相互変調歪が発生する。
【０００４】
上述した移動体通信システムの基地局におけるアンテナ周辺での相互変調歪の発生箇所を調べると、金属材料と金属材料との接触界面が存在していることが分かる。従来、このような金属の接触界面における相互変調歪は余り問題とはならなかったが、周波数の高周波化、信号電界の微弱化などが進むにつれて金属の接触界面の非線形特性による相互変調歪ノイズの影響が問題となってきている。
【０００５】
特に携帯電話の基地局では、送受信にアンテナを共通に使用しており、さらにこれらのアンテナが隣接して複数設置されることもあるので、上述した金属材料同士の接触面で発生する相互変調歪ノイズが重要な問題となってきている。特に携帯電話の基地局では、送信電力に比べて受信電力は小さくなっており、受信信号電界がきわめて微弱となり、相互変調歪ノイズの影響が相対的に大きくなり、受信帯域に相互変調歪ノイズが入ると受信不能となる恐れがある。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
上述したような金属材料間の接触界面において発生する相互変調歪を抑止する方法としては、先ず第１に接触界面をなくすことが考えられる。しかし、実際に携帯電話の基地局を建設する際に、金属材料間の接触をなくすには限界があり、実際的ではない。また、同種金属材料間でも接触部分の表面状態の差によって相互変調歪が発生するので、導体部分を同じ金属材料で形成しても相互変調歪をなくすことはできない。
【０００７】
次の解決策としては、接触面積を大きくすると共に接触圧力を高くして電流密度を低減することが考えられる。しかしながら、基地局自体の小形、軽量化が求められているので、金属材料間の接触面積を広くするにも限界があり、実用的な解決策とはならない。例えば同軸ケーブルとの接続には同軸コネクタが使用されているが、この同軸コネクタとしては相互変調歪の発生が少ないDINコネクタが一般に使用されているが、サイズが大きく、小形化が要求されている。
【０００８】
第３の解決手段として、金属材料間の接触部分の表面状態を改良して相互変調歪の発生を抑えることが考えられる。例えば、下地金属、メッキ材料、表面の粗さなどを最適化することによって、接触面積や接触圧力を過度に大きくしなくとも相互変調歪の発生を有効の抑制することができると予想される。
【０００９】
しかしながら、このように金属材料間の接触部分の表面状態を改良するには、下地金属の種類、メッキ材料の種類、膜圧、表面の粗さなどの幾つものパラメータを種々に変えて多数の同軸コネクタを試作し、それらを用いて相互変調歪を測定しなければならず、試作のために多大の労力、時間およびコストがかかっている。また、同軸コネクタの加工精度のばらつきや脱着による特性劣化などの不確定要素が多く、相互変調歪の正確な測定が困難となる問題がある。
【００１０】
さらに同軸コネクタを用いる場合には、コネクタと同軸ケーブルとの間をハンダ付けする必要があり、その作業も面倒であると共に、個々の同軸コネクタのハンダ付けの状態は一様とはならないので、この接触部分での相互変調歪の発生状況が測定に大きく影響し、コネクタ同士での接触箇所で発生する本来測定したい相互変調歪のみを正確に測定できないという問題もある。
【００１１】
したがって本発明の目的は、金属材料間の接触部分で発生される相互変調歪を、少ない労力で、短時間に、低コストで、しかも正確に測定することができる相互変調歪測定システムを提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による相互変調歪測定システムは、それぞれ平坦な誘電体基板の一方の表面に金属材料より成る接触導体部、接続導体部およびこれら接触導体部と接続導体部との間を連結する中継導体部を有する導体パターンを形成し、他方の表面に地板を形成した複数の平面コンタクト素子を準備し、第１の平面コンタクト素子の接続導体部を第１の非接触コネクタを介して相互変調歪測定回路に接続し、第２の平面コンタクト素子を、その接触導体部が前記第１の平面コンタクト素子の導体パターンの接触導体部と接触するように第１の平面コンタクト素子と重ね合わせると共に、第２の平面コンタクト素子の導体パターンの接続導体部を第２の非接触コネクタを介してダミーロードに接続して、第１および第２の平面コンタクト素子の導体パターンの接触導体部の接触に基づく相互変調歪を測定することを特徴とするものである。
【００１３】
このような本発明による相互変調歪測定システムにおいては、平坦な誘電体基板の表面に、被測定対象となる金属材料で導体パターンを形成した平面コンタクト素子を用いるが、この平面コンタクト素子は、例えばプリント配線基板を利用して製作することができ、したがって、サンプル製作に要する労力、時間、コストが著しく低減されることになると共に、加工精度のばらつきが少なくなると共に、着脱による特性劣化も生じないので相互変調歪測定精度が向上する。さらに、この平面コンタクト素子を相互変調歪測定回路およびダミーロードに接続する際には非接触コネクタを用いるので、従来のようなハンダ付け作業が不要になると共に、ハンダ付けの状態の変動による測定誤差が混入することがなくなり、相互変調歪をきわめて正確に測定することができる。
【００１４】
このような本発明による相互変調歪測定システムを実施するに際しては、前記第１および第２の平面コンタクト素子は、インピーダンス５０Ωの同軸ケーブルを介して相互変調歪測定回路およびダミーロードにそれぞれ接続されるが、前記平面コンタクト素子の接触導体部をこの５０Ωの抵抗と整合させるように形成すると、その幅が数ミリ以下と狭くなるが、測定精度を考慮するとこの幅は５ミリ以上とするのが好ましい。しかしながら、このように形成すると、接触導体部のインピーダンスは小さくなり、５０Ωの同軸インピーダンスと整合しなくなってしまう。そこで本発明による平面コンタクト素子の好適実施例においては、接触導体部の幅を広くし、接触導体部と接続導体部とを連結する中継導体部に、幅を広くした接触導体部のインピーダンスと接続導体部のインピーダンスとを整合させるためのインピーダンス変成部を形成する。
【００１５】
さらに、本発明による相互変調歪測定システムを実施する際には、前記非接触コネクタを、前記平面コンタクト素子の厚さにほぼ等しい空間をおいて互いに平行に配置した第１および第２の平坦な誘電体基板と、これら第１および第２の誘電体基板によって挟まれた第３の誘電体基板と、前記第１の誘電体基板の外側表面に、平面コンタクト素子を第１および第２の誘電体基板の間の空間に、その先端が前記第３の誘電体基板の先端から所定の距離だけ離間するように挿入されるときに、その接続導体部の延在方向と整列して延在するように形成された導体ストリップと、前記第２の誘電体基板の外側表面全体に形成された導体膜と、前記第３の誘電体基板の、前記第１の誘電体基板と対向する表面に、第１の誘電体基板の外側表面に形成された導体ストリップの延在方向と整列して延在するように形成された導体ストリップと、第３の誘電体基板の反対側表面全体に形成された導電膜とを以て構成するのが好適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図３は本発明による相互変調歪測定システム全体の構成を示すブロック図である。相互変調歪を測定すべき金属材料間の接触部を構成する第１および第２平面コンタクト素子を含む測定ユニット２１を、第１の非接触コネクタ２２を経てデュープレクサ２３に接続すると共に第２の非接触コネクタ２４を介してダミーロード２５に接続する。本例では、このダミーロード２５としては長さ５０ｍのセミリジッド同軸ケーブルを用いている。
【００１７】
デュープレクサ２３を電力結合器２６に接続し、この電力結合器を第１および第２波源２７および２８に接続する。これら第１および第２波源２７および２８は、それぞれｆ_１、ｆ_２の周波数の標準信号発生器２９、３０および電力増幅器３１、３２で構成する。さらに、デュープレクサ２３を、相互変調歪成分を取り出す帯域通過フィルタ３３、ローノイズアンプ３４およびスペクトラムアナライザ３５を有する相互変調歪測定回路３６に接続する。
【００１８】
図４は、第１および第２の平面コンタクト素子を含む測定ユニット２１と、第１および第２の非接触コネクタ２２、２４の詳細な構成を示す斜視図である。第１および第２の平面コンタクト素子４１および４２の構成はほぼ同じであるので、第１の非接触コネクタ２２を介してデュープレクサ２３に接続される第１の平面コンタクト素子４１について説明する。第１の平面コンタクト素子４１はプリント基板により構成されている。例えば、トリテトラフルオロエチレン（商品名：テフロン）や比誘電率が約2.6の誘電体材料で形成された誘電体基板４３ａの平坦な表面の一方には、接触導体部４４ａと、接続導体部４５ａと、これらの接触導体部および接続導体部との間を連結する中継導体部４６ａとを含む導体パターンが形成され、他方の表面全面には金属膜より成る地板４７ａが形成されている。
【００１９】
第２の平面コンタクト素子４２も同様に形成されており、対応する部分は同じ符号にｂを添えて表してある。相互変調歪の測定に際してはこれら第１および第２平面コンタクト素子４１および４２の接触導体部４４aおよび４４ｂを互いに所定の圧力で接触させるように重ね合わせることによって、これらの接触導体部の表面状態および接触圧力による相互変調歪の発生状況を測定することができる。
【００２０】
本発明においては、相互変調歪を測定すべき金属材料間の接触を、平坦なプリント基板より成る第１および第２平面コンタクト素子４１および４２を接触させることにより実現しているので、従来のように複雑な同軸コネクタを試作して測定する必要はない。したがって、測定サンプルを、簡単に短時間で安価に試作することができる。また、測定サンプル製作の精度も向上し、そのばらつきが相互変調歪の測定精度に与える影響もきわめて小さくなり、正確な測定が可能となる。
【００２１】
さらに、本発明においては第１の平面コンタクト素子４１をデュプレクサ２３を介して第１および第２の波源２７および２８、相互変調歪測定回路３６に接続し、第２の平面コンタクト素子４２をダミーロード２５に接続するのに、第１および第２の非接触コネクタ２２および２４を用い、測定サンプルを相互変調歪測定回路やダミーロードに接続する作業を簡単とすると共に、これらの接触箇所において相互変調歪が発生しないようにしている。
【００２２】
図５ａは、第１の非接触コネクタ２２の詳細な構成を示す斜視図であり、図５ｂはその一部分を拡大して示す断面図である。第２の非接触コネクタ２４の構成もほぼ同様であるので、第１の非接触コネクタ２２の構成について説明する。非接触コネクタ２２は、前記平面コンタクト素子４１の厚さにほぼ等しい空間をおいて互いに平行に配置した第１および第２の平坦な誘電体基板５１aおよび５２ａと、これら第１および第２の誘電体基板の間に挟持された第３の誘電体基板５３aとを有している。この場合、第３の誘電体基板５３ａは、その先端が第１および第２誘電体基板５１ａ、５２ａの中間位置よりもやや手前まで挿入されている。これら第１〜第３の誘電体基板５１a、５２ａおよび５３aは、例えば比誘電率が2.0〜3.0の誘電体材料で形成することができる。
【００２３】
平面コンタクト素子４１は、非接触コネクタ２２の第１および第２の誘電体基板５１ａおよび５２ａの間の空間に、その先端がこれらの誘電体基板の中間位置のやや手前まで挿入されるように構成する。したがって、平面コンタクト素子４１が挿入されたときは、その先端は前記第３の誘電体基板５３ａの先端から所定の距離ｄ_１だけ離間するようになる。この離間距離ｄ_１は、例えば約１ｍｍとすることができる。また、第１および第２の誘電体基板５１ａおよび５２ａの長さｄ_２は、本例では156ｍｍである。
【００２４】
前記第１の誘電体基板５１ａの外側表面には、平面コンタクト素子４１を挿入したときに、その接続導体部４５ａの延在方向と整列して延在するように導体ストリップ５４ａを形成する。また、前記第２の誘電体基板５２ａの外側表面の全体には導体膜５５ａを形成する。さらに、前記第３の誘電体基板５３ａの、前記第１の誘電体基板５１ａと対向する表面には、第１の誘電体基板の外側表面に形成された導体ストリップ５４ａの延在方向と整列して延在するように導体ストリップ５６ａを形成し、裏面全体には導体膜５７ａを形成する。
【００２５】
また、第１の非接触コネクタ２２は、同軸ケーブル６１を介してデュープレクサ２３に接続するが、図５ｂに示すように、第３の誘電体基板５３ａの一方の表面に形成した導電ストリップ５６ａを同軸ケーブル６１の芯線６２にはんだ６４により接続し、他方の表面に形成した導体膜５７ａを同軸ケーブルのシールド６３にはんだ６５により接続する。このように非接触コネクタ２２と同軸ケーブル６１との間は直接接続されているが、測定サンプルである平面コンタクト素子４１、４２を交換する場合でもこの接続はそのままで良いので、この接続状態による相互変調歪測定への影響はない。第２の非接触コネクタ２４の構成も上述したところとほぼ同様であり、図４においては、対応する部分には同じ符号にｂを添えて示してある。ただし、第１の非接触コネクタ２２の第１の誘電体基板５１ａの一方の表面に形成した導電ストリップ５４ａにはスタブが形成されていないが、第２の非接触コネクタ２４の第１の誘電体基板５１ｂの一方の表面に形成した導電ストリップ５４ｂにはスタブ５４ｃ（図４参照）が形成されている点が相違している。
【００２６】
図６は上述した非接触コネクタ２２の入力特性を示すものであり、0.84GHz〜0.99GHzの比帯域17％の広い周波数領域における反射損は-20dB以下である。また、挿入損失も0.2dB以下と小さいものである。したがって、例えば送信周波数を862MHzおよび887MHzとし、937MHzに発生する５次の相互変調歪を測定する場合にも有効に利用することができる。ここで、３次、７次等の他の次数の相関変調歪も測定も可能であることは言うまでもない。
【００２７】
本発明では、接触導体部の金属材料や表面状態を種々に変えた平面コンタクト素子をプリント配線基板を利用して製作しておき、これらの中から選択した２つの平面コンタクト素子４１、４２を図４に示すようにそれらの接触導体部４４ａ、４４ｂが互いに接触するように重ね合わせ、さらにそのときの接触圧力を調整可能とする。さらにこれらの平面コンタクト素子４１、４２を、それぞれ非接触コネクタ２２および２４の第１および第２の誘電体基板５１ａ、５２ａの間に挿入することによって相互変調歪測定回路３６およびダミーロード２５にそれぞれ接続して、相互変調歪の測定を行うことができる。
【００２８】
この場合、平面コンタクト素子４１、４２と測定回路およびダミーロード２５との間は従来のようにハンダ付けにより接続する必要がないので、接続作業はきわめて簡単になると共に、ハンダ付けの状態の変動による測定誤差がなくなり、相互変調歪をきわめて正確に測定することができる。
【００２９】
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例えば、上述した実施例では、平面コンタクト素子の接触導体部の幅を広くすることによるインピーダンスの不整合をなくすために中継導体部にインピーダンス変成部を設けたが、接触導体部の幅を５０Ωとする場合には、このようなインピーダンス変成部を設ける必要はない。さらに、非接触コネクタの構成も上述した実施例に限定されるものではなく、平板状の平面コンタクト素子を非接触で測定回路やダミーロードへ着脱自在に接続できるものであればどのような構成のものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】移動体通信の基地局における相互変調歪発生箇所を示す線図である。
【図２】同じくそのアンテナでの相互変調歪発生箇所を示す線図である。
【図３】本発明による相互変調歪測定システムの全体の構成を示すブロック図である。
【図４】同じくその平面コンタクト素子の詳細な構成を示す斜視図である。
【図５】ａおよびｂは、同じくその非接触コネクタの詳細な構成を示す斜視図および断面図である。
【図６】非接触コネクタの入力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
２１測定ユニット、２２、２４非接触コネクタ、２３デュープレクサ、２５ダミーロード、２６電力結合器、２７、２８波源、２９、３０標準信号発生器、３１、３２電力増幅器、３３帯域通過フィルタ、３４ローノイズアンプ、３５スペクトラムアナライザ、３６相互変調歪測定回路、４１、４２第１、第２の平面コンタクト素子、４３ａ，４３ｂ誘電体基板、４４ａ，４４ｂ接触導体部、４５ａ、４５ｂ接続導体部、４６ａ、４６ｂ中継導体部、４７ａ、４７ｂ地板、５１ａ、５２ａ、５３ａ第１〜第３の誘電体基板、５４ａ、５６ａ導体ストリップ、５５ａ、５７ａ導体膜、６１同軸ケーブル

Claims

それぞれ平坦な誘電体基板の一方の表面に金属材料より成る接触導体部、接続導体部およびこれら接触導体部と接続導体部との間を連結する中継導体部を有する導体パターンを形成し、他方の表面に地板を形成した複数の平面コンタクト素子を準備し、第１の平面コンタクト素子の接続導体部を第１の非接触コネクタを介して相互変調歪測定回路に接続し、第２の平面コンタクト素子を、その接触導体部が前記第１の平面コンタクト素子の導体パターンの接触導体部と接触するように第１の平面コンタクト素子と重ね合わせると共に、第２の平面コンタクト素子の導体パターンの接続導体部を第２の非接触コネクタを介してダミーロードに接続して、第１および第２の平面コンタクト素子の導体パターンの接触導体部の接触に基づく相互変調歪を測定することを特徴とする相互変調歪測定システム。
前記平面コンタクト素子をプリント配線基板を用いて製作することを特徴とする請求項１に記載の相互変調歪測定システム。
前記平面コンタクト素子の導体パターンの接触導体部の幅を広くし、接触導体部と接続導体部とを連結する中継導体部に、幅を広くした接触導体部のインピーダンスと接続導体部のインピーダンスとを整合させるためのインピーダンス変成部を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の相互変調歪測定システム。
前記第１および第２の非接触コネクタの各々が、前記平面コンタクト素子の厚さにほぼ等しい空間をおいて互いに平行に配置した第１および第２の平坦な誘電体基板と、これら第１および第２の誘電体基板によって挟まれた第３の誘電体基板と、前記第１の誘電体基板の外側表面に、平面コンタクト素子を第１および第２の誘電体基板の間の空間に、その先端が前記第３の誘電体基板の先端から所定の距離だけ離間するように挿入されるときに、その接続導体部の延在方向と整列して延在するように形成された導体ストリップと、前記第２の誘電体基板の外側表面全体に形成された導体膜と、前記第３の誘電体基板の、前記第１の誘電体基板と対向する表面に、第１の誘電体基板の外側表面に形成された導体ストリップの延在方向と整列して延在するように形成された導体ストリップと、第３の誘電体基板の反対側表面全体に形成された導電膜とを有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の相互変調歪測定システム。