JP4076880B2 - アンテナ装置及び指向性利得検出方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置及び指向性利得検出方法に係り、より詳しくは、覆域内の放射電界パターンから指向性利得を検出するアンテナ装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のアンテナ装置としては、例えば、特許文献1に記載のものがある。この特許文献1に記載のアンテナ装置は、アンテナ反射鏡の鏡面誤差、アンテナ反射鏡と近傍界測定装置のアラインメント誤差を含めたまま近傍界測定を行い、得られた近傍界データを遠方界データに変換した後に逆フーリエ変換してアンテナ反射鏡の開口面での位相分布を求め、得られた位相分布の平均的な傾きをアラインメント誤差として求め、得られたアラインメント誤差を近傍界データの位相誤差として位相分布を再計算し、アンテナ反射鏡のアンテナ放射パターンを算出するように構成される。
【0003】
図7は、従来のアンテナ装置の一例を示した外観斜視図である。このアンテナ装置20は、送信アンテナ21、受信アンテナ22及び平面スキャナ23を備え、送信アンテナ21に関して覆域内の放射電界パターンから指向性利得の検出を行っている。指向性利得は、送信アンテナ21の覆域内の放射電界強度に対する特定方向の電界強度のことであり、送信アンテナ21の指向性能を表す。送信アンテナ21は、電波送信用のアンテナであり、指向性利得の測定対象である。
【0004】
受信アンテナ22は、コリメーションアンテナであり、送信アンテナ21に対向させて設置され、送信アンテナ21からの電波を受信する。この受信アンテナ22は、平面スキャナ23によりx軸及びy軸方向に移動自在となっている。受信アンテナ22をx軸方向に移動させるとともに、y軸方向にも移動させながら、xy平面内の各点(x,y)ごとに受信強度が測定される。この様にして、送信アンテナ21の覆域内における放射電界パターン(2次元放射パターン)が測定され、この放射電界パターンに基づいて、指向性利得が算出される。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−211117号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様な従来のアンテナ装置では、放射電界パターンを生成するのに、受信アンテナ22をx軸方向に走査するとともに、y軸方向にも走査してxy平面内の各点(x,y)ごとに受信強度を測定しなければならないので、測定に時間がかかり過ぎるという問題があった。また、平面スキャナ23などの装置が大掛かりとなるので、コストが増大するという問題もあった。また、指向性利得を算出する際のデータ処理量が大きいため、演算時間が長いという問題もあった。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、受信強度の測定に要する時間を短縮させたアンテナ装置及び指向性利得検出方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によるアンテナ装置は、測定対象の第1アンテナを第1の平面に沿って回転駆動する第1アンテナ駆動手段と、上記第1アンテナを上記第1の平面に直交する第2の平面に沿って回転駆動する第2アンテナ駆動手段と、上記第1アンテナに対向配置され、当該第1アンテナから放射された電波を受信する第2アンテナと、上記第2アンテナからの受信信号に基づいて上記第1アンテナの放射電界を測定し、上記第1の平面に関する上記第1アンテナの回転角度ごとの受信強度を検出するとともに、上記第2の平面に関する上記第1アンテナの回転角度ごとの受信強度を検出する放射電界測定手段と、上記放射電界測定手段によって検出された受信強度に基づいて、上記第1の平面及び上記第2の平面以外の平面に関する所定の角度ごとの放射電界を近似し、覆域内の放射電界パターンを生成する放射電界パターン生成手段と、上記放射電界パターンに基づいて、上記第1アンテナの指向性利得を算出する指向性利得算出手段とを備えて構成される。
【0009】
この様な構成によれば、直交する2つの平面に関して放射電界を測定することにより、覆域内の放射電界パターンを生成することができる。すなわち、2つの平面に関して走査するだけで、覆域内の全ての放射電界を生成することができる。従って、放射電界の測定に要する時間を短縮することができる。
【0010】
本発明による指向性利得検出方法は、測定対象の第1アンテナを第1の平面に沿って回転駆動する第1アンテナ駆動ステップと、上記第1アンテナを上記第1の平面に直交する第2の平面に沿って回転駆動する第2アンテナ駆動ステップと、上記第1アンテナから放射された電波を当該第1アンテナに対向配置された第2アンテナで受信する受信ステップと、上記第2アンテナからの受信信号に基づいて上記第1アンテナの放射電界を測定し、上記第1の平面に関する上記第1アンテナの回転角度ごとの受信強度を検出するとともに、上記第2の平面に関する上記第1アンテナの回転角度ごとの受信強度を検出する放射電界測定ステップと、検出された受信強度に基づいて、上記第1の平面及び上記第2の平面以外の平面に関する所定の角度ごとの放射電界を近似し、覆域内の放射電界パターンを生成する放射電界パターン生成ステップと、生成された放射電界パターンに基づいて、上記第1アンテナの指向性利得を算出する指向性利得算出ステップとからなる。
【0011】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1によるアンテナ装置の一例を示した外観斜視図である。本実施の形態のアンテナ装置1は、送信アンテナ2、回転台3及び受信アンテナ5を備え、回転台3によって送信アンテナ2を回転させながら、この送信アンテナ2を介して電波を送信し、受信アンテナ5を介してその受信強度の測定を行っている。
【0012】
送信アンテナ2は、複数のアンテナ素子4からなる反射板付ダイポールアンテナ、もしくは、アレイアンテナなどの指向性アンテナであり、アンテナ素子4を介して電波の送信が行われる。また、送信アンテナ2は、回転台3などにより、直交する2つの方向、例えば、アジマス(Azimuth)方向及びエレベーション(Elevation)方向に回転自在となっている。
【0013】
受信アンテナ5は、コリメーションアンテナなどであり、送信アンテナ2に対向させて設置され、コリメーションタワー6に取り付けられている。受信アンテナ5は固定されている。ここで、送信アンテナ2に対してアジマス方向のカット面をAZ面(第1の平面)とし、エレベーション方向のカット面をEL面(第2の平面)とする。また、送信アンテナ2から見たときの受信アンテナ5の方向をz軸方向とし、AZ面をyz平面、EL面をzx平面として、送信アンテナ2の位置を原点とする座標を考える。
【0014】
このとき、送信アンテナ2は、電波送信しながら、AZ面に沿ってアジマス方向に所定の角度ごとに回転駆動され、この所定の角度ごとの受信強度が受信アンテナ5を介して測定される。また、送信アンテナ2は、電波送信を行いながら、EL面に沿ってエレベーション方向に所定の角度ごとに回転駆動され、この所定の角度ごとの受信強度が測定される。この様にして、直交する2つの平面、すなわち、AZ面及びEL面に関して所定の角度ごとの放射電界が測定される。
【0015】
図2は、図1のアンテナ装置における構成例を示したブロック図である。このアンテナ装置1は、送信アンテナ2、受信アンテナ5、送信機7、受信機8、受信強度測定部9、駆動制御部10、送信アンテナ駆動部11、放射電界パターン生成部12及び指向性利得算出部13により構成される。
【0016】
送信機7は、送信アンテナ2を介して所定の周波数の電波を送信する送信手段であり、送信アンテナ2からの送信電波は、受信アンテナ5を介して受信機8に入力される。受信機8は、受信信号に対して増幅検波などの受信処理を行い、処理後の受信信号を受信強度測定部9へ出力する。
【0017】
受信強度測定部9は、受信機8からの受信信号について信号強度の検出を行うとともに、駆動制御部10に対する制御信号の出力を行っている。駆動制御部10は、この制御信号に基づいて送信アンテナ駆動部11の制御を行い、送信アンテナ駆動部11によって送信アンテナ2が回転駆動される。回転駆動は、AZ面に関してアジマス方向に所定の角度ごとに行われるとともに、EL面に関してエレベーション方向に所定の角度ごとに行われる。
【0018】
つまり、受信強度測定部9によって、AZ面に関して所定の角度ごとに受信強度が検出されるとともに、EL面に関して所定の角度ごとに受信強度が検出される。ここで、受信強度としては、受信信号のピークレベルなどが検出されるものとする。この様にして検出された受信強度は、AZ面及びEL面に関する放射電界の測定値として、放射電界パターン生成部12へ出力される。
【0019】
放射電界パターン生成部12は、測定されたAZ面及びEL面に関する放射電界に基づいて、これらの平面以外の平面に関する放射電界を近似し、覆域内における放射電界パターンの生成を行っている。放射電界の近似は、例えば、AZ面及びEL面の交線(z軸)を含む平面に関して所定の角度ごとに行われる。
【0020】
この様にして、覆域内における全ての放射電界が生成され、放射電界パターンとして指向性利得算出部13へ出力される。指向性利得算出部13は、放射電界パターン生成部12からの放射電界パターンに基づいて、指向性利得の算出を行っている。
【0021】
図3は、図1のアンテナ装置においてAZ面及びEL面に関して測定された放射電界と座標軸との関係の一例を示した説明図である。送信アンテナ2は原点に配置されており、受信強度測定部9によってzx平面(EL面)及びyz平面(AZ面)に関する放射電界がそれぞれ所定の角度θごとに測定される。
【0022】
ここで、x軸方向を基準とするz軸周りの角度をφとし、測定された各放射電界の測定値を、θ=0〜πに対して、zx平面に関しては、φ=0のとき、eEL1(θ)、φ=πのとき、eEL2(θ)、yz平面に関しては、φ=π/2のとき、eAZ1(θ)、φ=3π/2のとき、eAZ2(θ)としている。
【0023】
図4は、図1のアンテナ装置における放射電界の近似の一例を示した説明図である。放射電界パターン生成部12では、受信強度測定部9により測定された放射電界の各測定値eEL1(θ),eEL2(θ),eAZ1(θ),eAZ2(θ)に基づいて、立体角(θ,φ)ごとに電力放射パターンP(θ,φ)が次式(1)により生成される。
【数1】
【0024】
式(1)における電力放射パターンP(θ,φ)は、放射電界の強度分布を表し、z軸を含んでx軸とのなす角がφである平面に関して、角度θごとの楕円近似を表している。すなわち、例えば、第1象限(φ=0〜π/2)についてみれば、角度θごとの電力放射パターンP(θ,φ)の平方根は、zx平面に関する放射電界の大きさ(eEL1(θ)の絶対値)をx切片とし、yz平面に関する放射電界の大きさ(eAZ1(θ)の絶対値)をy切片とする楕円上の点までの原点からの距離となっている。
【0025】
式(1)の電力放射パターンP(θ,φ)に対して、覆域内における総放射電力Ptは、次式(2)により表される。
【数2】
【0026】
式(2)に式(1)を代入すると、次式(3)が得られる。
【数3】
【0027】
指向性利得算出部13は、立体角(θ,φ)ごとに指向性利得G(θ,φ)を次式(4)により算出する。
【数4】
【0028】
式(4)に式(1)及び(3)を代入することにより、AZ面及びEL面に関する放射電界の各測定値eEL1(θ),eEL2(θ),eAZ1(θ),eAZ2(θ)から、指向性利得G(θ,φ)が算出される。
【0029】
図5のステップS1〜S3は、図1のアンテナ装置における指向性利得の検出動作の一例を示したフローチャートである。送信アンテナ2は、送信アンテナ駆動部11によりアジマス方向及びエレベーション方向に回転駆動され、このとき送信された電波が受信アンテナ5を介して受信機8に入力される。
【0030】
受信強度測定部9では、受信機8からの受信信号に基づいて、送信アンテナ2の回転角(θ)ごとにAZ面及びEL面に関する信号強度を検出する(ステップS1)。
【0031】
検出された信号強度から放射電界パターン生成部12によって、AZ面及びEL面以外の平面に関する放射電界が楕円近似により推定され、覆域内の放射電界パターンが生成される(ステップS2)。指向性利得算出部13では、生成された放射電界パターンから指向性利得G(θ,φ)を算出する(ステップS3)。
【0032】
本実施の形態によれば、直交する2つの平面、すなわち、AZ面及びEL面に関して放射電界を測定することにより、覆域内の放射電界パターンを生成することができる。すなわち、アジマス方向及びエレベーション方向の2つの方向に送信アンテナ2を回転走査させるだけで、放射電界パターンが生成されるので、従来のアンテナ装置に比べて、放射電界の測定に要する時間を短縮することができる。
【0033】
また、測定対象である送信アンテナ2を回転駆動させて走査する構成であるので、装置が簡素化でき、コストを削減することができる。また、指向性利得G(θ,φ)は、式(4)により角度θに関する一重積分から算出されるので、従来のアンテナ装置の場合(二重積分)に比べて、演算時間を短縮することができる。
【0034】
実施の形態2.
図6は、本発明の実施の形態2によるアンテナ装置における放射電界の近似の一例を示した説明図である。本実施の形態では、EL面との交線(x軸)がAZ面と直交する平面14に関して、放射電界を近似することにより、覆域内の放射電界パターンを生成している。
【0035】
送信アンテナ2の指向方向ははじめにz軸方向を向いているものとし、z軸方向を基準とするアジマス角をη、エレベーション角をξとする。また、受信強度測定部9によりAZ面に関して角度ηごとに測定された放射電界の測定値をeAZ(η)とし、EL面に関して角ξごとに測定された放射電界の測定値をeEL(ξ)とする。
【0036】
放射電界パターン生成部12では、AZ面及び平面14の交線方向に対する放射電界eAZ(η)と、AZ面及びEL面の交線(z軸)方向に対する放射電界eAZ(0)との比に基づいて、EL面に関する放射電界eEL(ξ)に対して重みづけを行うことにより、平面14に関する放射電界e(η,ξ)を近似している。
【0037】
ここで、送信アンテナ2は、その指向方向に放射電界のピークが存在するものとし、予めeAZ(0)=eEL(0)=1となるように規格化されているものとする。また、式(2)の総放射電力Ptは、立体角(η,ξ)を用いて次式(5)により表される。
【数5】
【0038】
このとき、平面14に関する放射電界e(η,ξ)は、次式(6)により近似される。
【数6】
【0039】
また、指向方向が放射電界のピークとなるため、積分を近似することにより、式(5)及び(6)から次式(7)が得られる。
【数7】
【0040】
指向性利得算出部13では、式(7)に基づいて、指向方向に対する指向性利得G(η,ξ)が、次式(8)から算出される。
【数8】
【0041】
本実施の形態によっても、式(8)において指向性利得G(0,0)が一重積分で表され、指向性利得算出のための演算量を低減することができる。また、指向方向に放射電界のピークが存在する送信アンテナ2に対して、指向性利得を検出する場合に効果的である。
【0042】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によるアンテナ装置及び指向性利得検出方法によれば、直交する2つの平面に関して放射電界を測定することにより、覆域内の放射電界パターンを生成することができる。すなわち、2つの平面に関して走査するだけで、覆域内の全ての放射電界を生成することができる。従って、放射電界の測定に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1によるアンテナ装置の一例を示した外観斜視図である。
【図2】 図1のアンテナ装置における構成例を示したブロック図である。
【図3】 図1のアンテナ装置においてAZ面及びEL面に関して測定された放射電界と座標軸との関係の一例を示した説明図である。
【図4】 図1のアンテナ装置における放射電界の近似の一例を示した説明図である。
【図5】 図1のアンテナ装置における指向性利得の検出動作の一例を示したフローチャートである。
【図6】 本発明の実施の形態2によるアンテナ装置における放射電界の近似の一例を示した説明図である。
【図7】 従来のアンテナ装置の一例を示した外観斜視図である。
【符号の説明】
1 アンテナ装置、2 送信アンテナ、3 回転台、4 アンテナ素子、
5 受信アンテナ、6 コリメーションタワー、7 送信機、8 受信機、
9 受信強度測定部、10 駆動制御部、11 送信アンテナ駆動部、
12 放射電界パターン生成部、13 指向性利得算出部
Claims (5)
- 測定対象の第1アンテナを第1の平面に沿って回転駆動する第1アンテナ駆動手段と、
上記第1アンテナを上記第1の平面に直交する第2の平面に沿って回転駆動する第2アンテナ駆動手段と、
上記第1アンテナに対向配置され、当該第1アンテナから放射された電波を受信する第2アンテナと、
上記第2アンテナからの受信信号に基づいて上記第1アンテナの放射電界を測定し、上記第1の平面に関する上記第1アンテナの回転角度ごとの受信強度を検出するとともに、上記第2の平面に関する上記第1アンテナの回転角度ごとの受信強度を検出する放射電界測定手段と、
上記放射電界測定手段によって検出された受信強度に基づいて、上記第1の平面及び上記第2の平面以外の平面に関する所定の角度ごとの放射電界を近似し、覆域内の放射電界パターンを生成する放射電界パターン生成手段と、
上記放射電界パターンに基づいて、上記第1アンテナの指向性利得を算出する指向性利得算出手段とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。 - 上記放射電界パターン生成手段は、第1及び第2の平面の交線を含む平面に関して、放射電界を楕円近似することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
- 上記放射電界パターン生成手段は、第2の平面との交線が第1の平面と直交する第3の平面に関する放射電界を、第1及び第3の平面の交線方向に対する放射電界と、第1及び第2の平面の交線方向に対する放射電界との比に基づいて、第2の平面に関する放射電界に対して重みづけを行うことにより近似することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
- 上記放射電界測定手段は、アジマス面及びエレベーション面に関して放射電界を測定し、
上記放射電界パターン生成手段は、アジマス面及びエレベーション面に関する放射電界に基づいて、覆域内の放射電界パターンを生成することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 - 測定対象の第1アンテナを第1の平面に沿って回転駆動する第1アンテナ駆動ステップと、
上記第1アンテナを上記第1の平面に直交する第2の平面に沿って回転駆動する第2アンテナ駆動ステップと、
上記第1アンテナから放射された電波を当該第1アンテナに対向配置された第2アンテナで受信する受信ステップと、
上記第2アンテナからの受信信号に基づいて上記第1アンテナの放射電界を測定し、上記第1の平面に関する上記第1アンテナの回転角度ごとの受信強度を検出するとともに、上記第2の平面に関する上記第1アンテナの回転角度ごとの受信強度を検出する放射電界測定ステップと、
検出された受信強度に基づいて、上記第1の平面及び上記第2の平面以外の平面に関する所定の角度ごとの放射電界を近似し、覆域内の放射電界パターンを生成する放射電界パターン生成ステップと、
生成された放射電界パターンに基づいて、上記第1アンテナの指向性利得を算出する指向性利得算出ステップとからなることを特徴とする指向性利得検出方法。
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