JP4317372B2 - 偏波測定装置並びにそれを用いたアンテナ特性測定装置及び電波測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波測定装置並びにそれを用いたアンテナ特性測定装置及び電波測定装置に関し、主として無線通信機器に用いられるアンテナの評価に適用される、測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に電波は、電界強度と偏波によって定義される。しかし、実際にアンテナが受信する電波、または電波伝搬特性は、電界強度のみにより評価する事が一般的である。従って、偏波は、円偏波特性を用いたアンテナを用いた通信等の特殊な場合にのみ考慮される。
【０００３】
偏波の評価が考慮されない理由は、放送のような比較的広範囲での通信では、送受信間における電波伝搬は構造物による反射や遮蔽、散乱によって非常に複雑になるため、受信偏波についてはランダムであると仮定した、確率論的なアプローチが有効であることにある。
【０００４】
この場合、機器に用いられるアンテナ特性、あるいはアンテナから放射された電波の伝搬特性を測定するとき、放射電力あるいは電界強度のみによる評価でよい。例えば、アンテナの指向性利得は、一般に電力により測定され、偏波特性については、特殊な場合を除いて考慮されない。
【０００５】
また、通信サービスエリアを決定する際の到来電界強度の測定についても、同様な理由により電力のみによる評価が一般的である。
【０００６】
しかし、無線通信の用途が拡大するに伴い、電波の利用効率の向上、あるいは伝送情報量の増大を目的として、一つの無線通信エリアを縮小化する傾向がある。送受信間の距離が短くなると、電波伝搬も単純な条件になるため、偏波特性についてランダムであるとする前提は成立しなくなる。このため、こういった場合における電波環境測定には、電力のみならず、偏波特性についても考慮する必要が生じてきた。
【０００７】
また、アンテナの特性評価についても同様である。特に携帯電話のアンテナのように、人体に装着した状態で用いられる場合、アンテナ単体がモノポールアンテナのように直線偏波を放射するアンテナであっても、実使用時においては、近接する人体の影響による偏波特性への影響も大きく、アンテナの偏波特性は直線偏波ではない場合がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、電波の偏波特性を測定するために、搬送波信号周波数における電波の位相情報を検出する必要があるため、非常に複雑な機構となる問題がある。
【０００９】
本発明は、電波測定装置として、電界強度のみならず、電波の偏波をも測定することのできる偏波測定装置並びにそれを用いたアンテナ特性測定装置及び電波測定装置を提供することを第１の目的とする。
【００１０】
また、時間的に連続に偏波特性を測定することのできる偏波測定装置並びにそれを用いたアンテナ特性測定装置及び電波測定装置を提供することを第２の目的とする。
【００１１】
また、偏波測定の手段を用いることで、到来電波の偏波特性を評価することのできる偏波測定装置並びにそれを用いたアンテナ特性測定装置及び電波測定装置を提供することを第３の目的とする。
【００１２】
さらに、偏波測定の手段を用いたアンテナの偏波特性を評価することのできる偏波測定装置並びにそれを用いたアンテナ特性測定装置及び電波測定装置を提供することを第４の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の骨子は、偏波面が直交する複数のアンテナで受信した受信信号同士を混合した信号と、一方の受信信号を９０度移相してから混合した信号とから受信信号間の位相差を求め、この位相差と受信信号の受信電界強度とから受信信号の偏波を算出することにより、搬送波信号周波数における電波の位相情報を検出することなく、電波の偏波を測定することである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の偏波測定装置は、受信偏波面が互いに直交する第１アンテナ及び第２のアンテナと、前記第１アンテナで受信した第１受信信号と前記第２アンテナで受信した第２受信信号とから所望の周波数成分以外を減衰させて帯域制限する帯域制限手段と、前記帯域制限された第２受信信号を移相することにより互いに位相が９０度異なる第１の移相信号と第２の移相信号とを生成する移相手段と、前記帯域制限された第１受信信号と前記第１の移相信号とを混合して第１混合信号を生成する第１混合手段と、前記帯域制限された第１受信信号と前記第２の移相信号とを混合して第２混合信号を生成する第２混合手段と、前記第１混合信号及び前記第２混合信号からベースバンド領域以外の高周波領域を除去して第１のベースバンド信号及び第２のベースバンド信号を生成する低域通過手段と、前記第１のベースバンド信号と前記第２のベースバンド信号から前記第１受信信号と前記第２受信信号との位相差を算出する位相差算出手段と、前記帯域制限された第１受信信号の電界強度と前記帯域制限された第２受信信号の電界強度を測定する電界強度測定手段と、前記帯域制限された第１受信信号と前記帯域制限された第２受信信号の各々の電界強度と前記位相差より受信電波の偏波を算出する偏波算出手段と、を具備する構成を採る。
【００１５】
この構成によれば、偏波面が直交する複数のアンテナで受信した受信信号同士を混合した信号と、一方の受信信号を９０度移相してから混合した信号とから受信信号間の位相差を求め、この位相差と受信信号の受信電界強度とから受信信号の偏波を算出することにより、搬送波信号周波数における電波の位相情報を検出することなく、電波の偏波を測定することができる。
【００１６】
本発明の偏波測定装置は、前記帯域制限手段において所望の周波数成分以外を減衰した前記帯域制限された第１受信信号と前記帯域制限された第２受信信号とを増幅して二値信号に変換する振幅制限増幅手段をさらに具備し、前記第１混合手段は、増幅して二値信号に変換された第１受信信号と前記第１の移相信号とを混合し、前記第２混合手段は、増幅して二値信号に変換された第２受信信号と前記第２の移相信号とを混合する構成を採る。
【００１７】
この構成によれば、偏波面が直交する複数のアンテナで受信した受信信号の振幅を増幅し、増幅後の受信信号同士を混合した信号と、一方の受信信号を９０度移相してから混合した信号とから受信信号間の位相差を求めることにより、受信信号の振幅が小さい場合の感度の劣化を防ぎ、正確な複数のアンテナで受信した受信信号の位相差を検出することができ、簡易な構成で電波の偏波を精度良く測定することができる。
【００１８】
本発明の偏波測定装置は、前記位相差算出手段は、第１のベースバンド信号をｅ１（ｔ）、第２のベースバンド信号をｅ２（ｔ）とし、二軸が直交するｘｙ座標系のｘ軸に前記ｅ１（ｔ）を、ｙ軸に前記ｅ２（ｔ）を対応させた座標が、座標軸となす角度をφ（ｔ）とした場合に、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナにおいて同一位相の信号を受信した場合におけるφ（ｔ）を基準φ０として、φ（ｔ）からφ０を減算した結果を測定時における前記第１のベースバンド信号と第２のベースバンド信号との位相差φとして算出し、この算出結果を位相差として偏波算出手段に出力する構成を採る。
【００１９】
この構成によれば第１のベースバンド信号及び第２のベースバンド信号間における位相差を、角度情報として取り出すことができる。
【００２０】
本発明の偏波測定装置は、前記偏波算出手段は、ｘｙ座標系に写像される、（ｅ１（ｔ），ｅ２（ｔ））、（ｅ１（ｔ），−ｅ２（ｔ）)、（−ｅ１（ｔ），−ｅ２（ｔ）)、（−ｅ１（ｔ），ｅ２（ｔ））の４点によりなる領域に内接する楕円について、以下の式
【数２】

より求められる楕円の長軸の長さａ、短軸の長さｂおよび前記ｘｙ座標系のｘ座標軸と前記楕円の長軸のなす角度θを求め、前記長軸の長さａと前記短軸の長さｂにより偏波の軸比を得て、前記角度θにより偏波の傾きを得る構成を採る。
【００２１】
この構成によれば、偏波面が直交する複数のアンテナで受信した受信信号同士を混合した信号と、一方の受信信号を９０度移相してから混合した信号とから受信信号間の位相差を求め、この位相差と受信信号の受信電界強度とから受信信号の偏波を算出することにより、搬送波信号周波数における電波の位相情報を検出することなく、電波の偏波を測定することができる。
【００２２】
本発明のアンテナ特性測定装置は、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナは、互いに受信偏波面の直交する同一方向を指向する狭指向性アンテナである請求項１から請求項４のいずれかに記載の偏波測定装置と、前記第１のアンテナ及び第２のアンテナの指向方向で遠方界が成立する距離に位置する被測定アンテナと、前記被測定アンテナを回転する回転手段と、前記回転手段の単一平面内における設置角度を制御する回転制御信号を発生する制御手段と、前記偏波測定装置の測定結果を前記回転制御信号から得られる設置角度を対応づけて記録する記録手段と、を具備する構成を採る。
【００２３】
この構成によれば、被測定アンテナの姿勢を変化させつつ測定を行なう事で、偏波を含めたアンテナ指向性を評価できる。
【００２４】
本発明の電波測定装置は、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナは、同一方向を指向する狭指向性アンテナである請求項１から請求項４のいずれか記載の偏波測定装置と、第１のアンテナ及び第２のアンテナを回転する回転手段と、前記回転手段の一平面内における設置角度を制御する回転制御信号を発生する制御手段と、前記偏波測定装置の測定結果を前記回転制御信号から得られる設置角度を対応づけて記録する記録手段と、を具備する構成を採る。
【００２５】
この構成によれば、アンテナを回転して偏波を測定し、アンテナの回転角と偏波とを対応づけて偏波の測定結果を記録することにより、アンテナの回転面内における全方向からの到来電波の偏波特性を測定できる。
【００２６】
本発明の偏波測定方法は、受信偏波面が互いに直交する第１アンテナ及び第２のアンテナで無線信号を受信する受信工程と、前記第１アンテナで受信した第１受信信号と前記第２アンテナで受信した第２受信信号とから所望の周波数成分以外を減衰させて帯域制限する帯域制限工程と、前記帯域制限された第２受信信号を移相することにより互いに位相が９０度異なる第１の移相信号と第２の移相信号とを生成する移相工程と、前記帯域制限された第１受信信号と前記第１の移相信号とを混合して第１混合信号を生成する第１混合工程と、前記帯域制限された第１受信信号と前記第２の移相信号とを混合して第２混合信号を生成する第２混合工程と、前記第１混合信号及び前記第２混合信号からベースバンド領域以外の高周波領域を除去して第１のベースバンド信号及び第２のベースバンド信号を生成する低域通過工程と、前記第１のベースバンド信号と前記第２のベースバンド信号から前記第１受信信号と前記第２受信信号との位相差を算出する位相差算出工程と、前記帯域制限された第１受信信号の電界強度と前記帯域制限された第２受信信号の電界強度を測定する電界強度測定工程と、前記帯域制限された第１受信信号と前記帯域制限された第２受信信号の各々の電界強度と前記位相差より受信電波の偏波を算出する偏波算出工程と、を具備するようにした。
【００２７】
この方法によれば、偏波面が直交する複数のアンテナで受信した受信信号同士を混合した信号と、一方の受信信号を９０度移相してから混合した信号とから受信信号間の位相差を求め、この位相差と受信信号の受信電界強度とから受信信号の偏波を算出することにより、搬送波信号周波数における電波の位相情報を検出することなく、電波の偏波を測定することができる。
【００２８】
本発明の無線通信装置は、上記記載の偏波測定装置と、前記偏波測定装置の偏波算出手段が算出した偏波に基づいて前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの位相と振幅の補正を指示する制御手段と、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナにおいて受信した受信信号に前記制御手段が指示する位相と振幅を補正し、重みづけ後の受信信号同士を加算する合成手段と、前記合成手段において加算された受信信号を復調する受信手段と、を具備する構成を採る。
【００２９】
本発明の無線通信装置は、前記合成手段は、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナにおいて受信した受信信号の振幅値にウエイトをかける振幅調整手段と、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナにおいて受信した受信信号の位相を補正する位相調整手段と、振幅と位相を調整された受信信号同士を加算する加算手段とを具備し、前記受信手段は、前記加算手段において加算された受信信号を復調する構成を採る。
【００３０】
この構成によれば、偏波算出装置から得られた偏波情報に基づいて複数のアンテナで受信した無線信号の補正を行い、補正した無線信号を復調することにより、無線信号の偏波特性による歪みを補正することができる。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る偏波測定装置の構成を示すブロック図である。この偏波測定装置は、電波測定装置における偏波測定装置である。図１の偏波測定装置は、第１のアンテナ１と、第２のアンテナ２と、第１の信号帯域制限部３と、第２の信号帯域制限部４と、第１の電界強度検出部７と、第２の電界強度検出部８と、移相部９と、第１の信号混合部１０と、第２の信号混合部１１と、第１の低域周波数信号通過部１６と、第２の低域周波数信号通過部１７と、位相差算出部２０と、偏波算出部２４とから主に構成される。
【００３２】
第１のアンテナ１は、無線信号を受信して第１の信号帯域制限部３に出力する。また、第２のアンテナ２は、第１のアンテナ１の偏波と直交する偏波で無線信号を受信して第２の信号帯域制限部４に出力する。本実施の形態では、第１のアンテナを垂直偏波アンテナ、第２のアンテナを水平偏波アンテナとする例で説明する。ここで用いられるアンテナは、指向性をもつアンテナであると、以後のデータ処理が簡便である。例えば、所謂クロス八木アンテナの各エレメントを第１のアンテナ１及び第２のアンテナ２として用いるのが好ましい。
【００３３】
第１の信号帯域制限部３は、第１のアンテナ１で受信された受信信号から所望の周波数帯域以外の信号を減衰して信号帯域を制限し、信号帯域を制限した帯域制限信号５を第１の電界強度検出部７、第１の信号混合部１０、及び第２の信号混合部１１に出力する。
【００３４】
同様に、第２の信号帯域制限部４は、第２のアンテナ２で受信された受信信号から所望の周波数帯域以外の信号を減衰して信号帯域を制限し、信号帯域を制限した帯域制限信号６を第２の電界強度検出部８と移相部９に出力する。これら第１の信号帯域制限部３及び第２の信号帯域制限部４は、バンドパスフィルタ等で構成される。
【００３５】
第１の電界強度検出部７は、帯域制限信号５の電力から第１のアンテナ１における受信電界強度を検出し、この受信電界強度値２１を偏波算出部２４に供給する。同様に、第２の電界強度検出部８は、帯域制限信号６の電力から第２のアンテナ２における受信電界強度を検出し、この受信電界強度値２２を偏波算出部２４に供給する。
【００３６】
移相部９は、第２の帯域制限信号６を第１の移相信号１２と、第１の移相信号から移相が９０度異なる第２の移相信号１３とに移相する。そして、移相部９は、第１の移相信号１２を第１の信号混合部１０に出力し、第２の移相信号１３を第２の信号混合部１１に出力する。
【００３７】
ここでは、移相部９は、９０度位相の異なる第１の移相信号１２としてＣＯＳ（ωｔ＋φ＋ξ）、第２の移相信号１３としてＳＩＮ（ωｔ＋φ＋ξ）を発生するものとする。
【００３８】
第１の信号混合部１０は、第１の帯域制限信号５と第１の移相信号１２とを混交して、第１の混合信号１４を第１の低域周波数信号通過部１６に出力する。ここで、第１の帯域制限信号５をＣＯＳ（ωｔ）、第２の帯域制限信号６をＣＯＳ（ωｔ＋φ）とする。ωは、受信電波のキャリア周波数、φは、第１帯域制限信号５及び第２の帯域制限信号６間における位相差である。
【００３９】
同様に、第２の信号混合部１１は、第２の帯域制限信号６と第２の移相信号１３とを混交して、第２の混合信号１５を第２の低域周波数信号通過部１７に出力する。上記の定義を用いると、第１の混合信号１４はＣＯＳ（φ＋ξ）＋ＣＯＳ（２ωｔ＋φ＋ξ）、第２の混合信号１５はＳＩＮ（φ＋ξ）＋ＳＩＮ（２ωｔ＋φ＋ξ）となる。
【００４０】
第１の低域周波数信号通過部１６は、第１の混合信号１４から所望のベースバンド周波数より高い周波数の高周波領域を減衰して除去し、第１のベースバンド信号１８としてＣＯＳ（φ＋ξ）を得る。そして、第１の低域周波数信号通過部１６は、この第１のベースバンド信号１８を位相差算出部２０に出力する。
【００４１】
同様に、第２の低域周波数信号通過部１７と、第２の混合信号１５から所望のベースバンド周波数より高い周波数の高周波領域を減衰して除去し、第２のベースバンド信号１９としてＳＩＮ（φ＋ξ）を得る。そして、第２の低域周波数信号通過部１７は、この第２のベースバンド信号１９を位相差算出部２０に出力する。
【００４２】
ここで、φ＋ξは、これら第１及び第２のベースバンド信号１８、１９からＴＡＮの逆関数等を用いた簡単な演算により求めることができる。この演算を用いて、位相差算出部２０は、予め第１及び第２のアンテナにおける受信信号が同一位相である場合（φ＝０）における初期角度ξを保持し、得られた角度φ＋ξから初期角度ξを減ずる事により位相差φを求め、位相差値２３を算出する。そして、位相差算出部２０は、位相差値２３を偏波算出部２４に供給する。
【００４３】
偏波算出部２４は、第１の受信電界強度値２１、第２の受信電界強度値２２、位相差値２３から受信偏波を求める。この受信偏波は、偏波の軸比と、偏波の傾きにより定義する事ができる。以下、受信偏波の算出の詳細について説明する。
【００４４】
図２は、受信電波の偏波の算出の一例を示す図である。図２を用いて、偏波算出部２４における、受信偏波の軸比と、偏波の傾きの算出方法の一例を説明する。
【００４５】
ここで、ある時間ｔにおける第１の受信電界強度値２１をｅ１（ｔ）、第２の受信電界強度値２２をｅ２（ｔ）としたときに、図２に示すような記座標系に写像される、（ｅ１（ｔ），ｅ２（ｔ））、（ｅ１（ｔ），−ｅ２（ｔ）)、（−ｅ１（ｔ），−ｅ２（ｔ）)、（−ｅ１（ｔ），ｅ２（ｔ））の４点によりなる領域に内接する楕円について、
【数３】

としたときに
【数４】

として、受信偏波を座標軸上に得る事ができる。
【００４６】
すなわち、楕円の長軸の長さａと短軸の長さｂにより、偏波の軸比を得る事ができる。
【００４７】
そして、座標系に対する楕円の傾き、すなわち楕円の長軸とｘ座標軸のなす角度θにより偏波の傾きが得られる。この角度θが、受信信号の偏波となる。
【００４８】
このように、本実施の形態の電波測定装置によれば、偏波面が直交する複数のアンテナで受信した受信信号同士を混合した信号と、一方の受信信号を９０度移相してから混合した信号とから受信信号間の位相差を求め、この位相差と受信信号の受信電界強度とから受信信号の偏波を算出することにより、搬送波信号周波数における電波の位相情報を検出することなく、電波の偏波を測定することができる。
【００４９】
なお、図１の位相差算出部２０は、帯域制限信号５、６の位相情報のみを用いて処理するので、その振幅については任意でよい。また、信号混合部１０及び信号混合部１１において、入力信号の振幅変動は、出力信号に振幅変動をきたし、振幅が小さい場合には感度の劣化が予想される。
【００５０】
従って、信号混合部１０及び信号混合部１１の入力信号の振幅は変動せずに一定値である事が望ましい。以下、偏波測定装置の検出感度を向上させるための構成について説明する。図３は、本実施の形態の偏波測定装置の構成を示すブロック図である。図３の偏波測定装置は、振幅制限増幅器３１と、振幅制限増幅器３２と、を具備し、移相算出に用いる受信信号の振幅を増幅する点が図１の偏波測定装置と異なる。
【００５１】
第１の信号帯域制限部３は、第１のアンテナ１で受信された受信信号から所望の周波数帯域以外の信号を減衰して信号帯域を制限し、信号帯域を制限した帯域制限信号５を第１の電界強度検出部７と振幅制限増幅器３１に出力する。
【００５２】
同様に、第２の信号帯域制限部４は、第２のアンテナ２で受信された受信信号から所望の周波数帯域以外の信号を減衰して信号帯域を制限し、信号帯域を制限した帯域制限信号６を第２の電界強度検出部８と振幅制限増幅器３２に出力する。
【００５３】
振幅制限増幅器３１は、第１の信号帯域制限部３から出力された受信信号の振幅を一定の振幅値に増幅して第１の信号混合部１０と第２の信号混合部１１に出力する。振幅制限増幅器３２は、第２の信号帯域制限部４から出力された受信信号の振幅を一定の振幅値に増幅して移相部９に出力する。なお、振幅制限増幅器３１と振幅制限増幅器３２は、信号間の位相差を検出するに必要な大きさまで振幅を増幅する。
【００５４】
ここでは、移相部９は、振幅制限増幅器３２において振幅を増幅された第２の帯域制限信号６から９０度位相の異なる第１の移相信号１２としてＣＯＳ（ωｔ＋φ＋ξ）、第２の移相信号１３としてＳＩＮ（ωｔ＋φ＋ξ）を発生する。
【００５５】
第１の信号混合部１０は、振幅制限増幅器３１において振幅を増幅された第１の帯域制限信号５と、第１の移相信号１２とを混交して、第１の混合信号１４を第１の低域周波数信号通過部１６に出力する。
【００５６】
同様に、第２の信号混合部１１は、振幅制限増幅器３２において振幅を増幅された第２の帯域制限信号６と第２の移相信号１３とを混交して、第２の混合信号１５を第２の低域周波数信号通過部１７に出力する。
【００５７】
このように、本実施の形態の電波測定装置によれば、偏波面が直交する複数のアンテナで受信した受信信号の振幅を増幅し、増幅後の受信信号同士を混合した信号と、一方の受信信号を９０度移相してから混合した信号とから受信信号間の位相差を求めることにより、受信信号の振幅が小さい場合の感度の劣化を防ぎ、正確な複数のアンテナで受信した受信信号の位相差を検出することができ、簡易な構成で電波の偏波を精度良く測定することができる。
【００５８】
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１の偏波測定装置を用いて様々な方角から到来する無線信号の偏波を測定する例を説明する。
【００５９】
図４は、本発明の実施の形態２に係る電波測定装置の構成を示すブロック図である。但し、図１と同一の構成となるものについては、図１と同一番号を付し、詳しい説明を省略する。図４の電波測定装置は、回転台４１と、回転制御装置４２と、記録部４５とを具備し、アンテナを回転して偏波を測定し、アンテナの回転角と偏波とを対応づけて偏波の測定結果を記録する点が図１の電波測定装置と異なる。
【００６０】
本実施の形態では、電波測定装置が、第１のアンテナ１及び第２のアンテナ２にクロスの八木アンテナを用いた例について説明する。
【００６１】
回転台４１は、回転制御装置４２から出力される制御信号４３が指示する任意の角度に回転して、第１のアンテナ１及び第２のアンテナ２の方向を変化させる。この結果、第１のアンテナ１及び第２のアンテナ２は、指向する方角が変化する。
【００６２】
回転制御装置４２は、回転台４１を回転角度の指示を含む制御信号４３を回転台４１と記録部４５に出力する。
【００６３】
記録部４５は、偏波算出部２４から出力された偏波と、回転制御装置４２から出力された制御信号４３に含まれる回転角度とを対応づけて記憶する。
【００６４】
次に、本発明による電波測定装置について、図４を用いて以下に動作を説明する。
【００６５】
回転台４１は、第１のアンテナ１及び第２のアンテナ２により構成されるクロスの八木アンテナを給電点が回転中心上に位置するように保持する。ここで、第１のアンテナ１は垂直、第２のアンテナ２は水平に設置し、回転台４１は水平面内において回転する場合について説明する。回転台４１は、回転制御装置４２から供給される制御信号４３により、水平面の任意の方向にクロスの八木アンテナを向ける。
【００６６】
記録部４５は、制御信号４３の示す回転角度と、偏波算出結果４４を対応づけて記録することにより、クロス八木アンテナの指向方向と、その受信結果における偏波算出結果から、水平面内の任意の角度からの到来波測定が可能となる。
【００６７】
ここで、回転部における回転の一周を十分小さな角度で等間隔に分割し、それぞれの設定角度における偏波算出結果を３６０度分、逐次記録することにより、図４に示した構成によって、水平面内における全方向からの到来電波の偏波特性を測定できる。
【００６８】
このように、本実施の形態の電波測定装置によれば、アンテナを回転して偏波を測定し、アンテナの回転角と偏波とを対応づけて偏波の測定結果を記録することにより、アンテナの回転面内における全方向からの到来電波の偏波特性を測定できる。
【００６９】
なお、以上の説明では第１のアンテナ１、第２のアンテナ２をそれぞれ垂直、水平に設置したクロスの八木アンテナで構成した例で説明したが、第１及び第２のアンテナ間における偏波の直交条件が成立していれば、エレメントを斜めに設置した場合についても同様に実施可能である。
【００７０】
また、本実施例では電波測定装置を図１に示す構成として説明したが、その代わりに図３の構成とすることで、装置の測定感度特性の向上がはかれることは、実施の形態１に説明したとおりであり、自明である。
【００７１】
（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１の偏波測定装置を用いてアンテナの特性を測定する例について説明する。図５は、本実施の形態のアンテナ特性測定装置の構成を示すブロック図である。但し、図１または図３と同一の構成となるものについては、図１または図３と同一番号を付し、詳しい説明を省略する。
【００７２】
図５のアンテナ特性測定装置は、被測定アンテナ４６と、発信器４７とを具備し、偏波を測定するアンテナの指向を被測定アンテナに向けて、被測定アンテナを回転させ、回転面内の任意の角度における偏波を含んだアンテナゲイン特性の測定する点が図１及び図２の電波測定装置と異なる。
【００７３】
具体的には、クロスの八木アンテナ（第１のアンテナ１及び第２のアンテナ２）は、固定し、回転台４１には被測定アンテナ４６を設置した上で、クロス八木アンテナの指向性方向に設置する。
【００７４】
第１のアンテナ１及び第２のアンテナ２から構成されるクロスの八木アンテナは、被測定アンテナ４６に指向を向けて固定した状態で配置される。
【００７５】
被測定アンテナ４６及び発信器４７は、回転台４１に設定され回転することができる。被測定アンテナ４６は、給電点が回転台４１の回転中心上に位置するように設置する。発信器４７は、被測定アンテナ４６を励振する。
【００７６】
以下、本発明によるアンテナ特性測定装置について、図５を用いて動作を説明する。
【００７７】
回転台４１は、回転制御装置４２から供給される制御信号４３により、水平面の任意の方向に被測定アンテナ４６を向けることができる。また、記録部４５は、制御信号４３の示す回転角度と、偏波算出結果４４を対応づけて記録することにより、被測定アンテナ４６の回転方向と、その受信結果における偏波算出結果から、水平面内の任意の角度における偏波を含んだアンテナゲイン特性の測定ができる。
【００７８】
ここで、回転部における回転の一周を十分小さな角度で等間隔に分割し、それぞれの設定角度における偏波算出結果を３６０度分、逐次記録することにより、図５に示した構成によって、水平面内における全方向における偏波特性を含めたアンテナゲイン特性が測定できる。
【００７９】
このように、本実施の形態のアンテナ特性測定装置によれば、被測定アンテナの姿勢を変化させつつ測定を行なう事で、偏波を含めたアンテナ指向性を評価できる。
【００８０】
なお、以上の説明では披測定アンテナ４６は、同一筐体内に内蔵された発信器４７により励振される例で説明したが、発信器を外部に設け、外部から給電する場合についても同様に実施可能である。
【００８１】
また、被測定アンテナ４６の、回転台４１上における設置方向を変化させることにより、ＸＹ面、ＹＺ面、ＸＺ面の偏波を含めたアンテナ指向性が測定できることは自明である。
【００８２】
なお、本実施例では偏波測定装置を図１に示す構成として説明したが、その代わりに図３の構成とすることで、装置の測定感度特性の向上がはかれることは、実施の形態１に説明したとおりであり、自明である。
【００８３】
（実施の形態４）
実施の形態４では、実施の形態１の偏波測定装置を無線通信装置に備える例について説明する。図６は、本発明の実施の形態４に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。但し、図１と同一の構成となるものについては、図１と同一番号を付し、詳しい説明を省略する。
【００８４】
図６の無線通信装置は、制御部５０と、合成部５１と、受信部５２とを具備し、偏波算出装置から得られた偏波情報に基づいて複数のアンテナで受信した無線信号の補正を行い、補正した無線信号を復調する点が図１の偏波測定装置と異なる。
【００８５】
制御部５０は、偏波算出部２４から得られる偏波の情報に基づいてアンテナ１及びアンテナ２が受信した受信信号の位相と振幅の補正量を求め、合成部５１に受信信号の位相と振幅の補正を指示する。例えば、制御部５０は、アンテナ１及びアンテナ２が受信した受信信号の位相差及び振幅比を算出し、位相差及び振幅比を補正値として合成部５１に指示する。
【００８６】
合成部５１は、制御部５０の指示に従い、アンテナ１及びアンテナ２が受信した受信信号の位相と振幅を補正し、補正後の受信信号同士を加算して受信部５２に出力する。受信部５２は、合成部５１から出力された受信信号をベースバンド周波数に変換、復調する。
【００８７】
次に、合成部５１の内部構成について説明する。合成部５１は、位相調整部６１と、位相調整部６２と、振幅調整部６３と、振幅調整部６４と、加算部６５とから構成される。
【００８８】
位相調整部６１は、第１の信号帯域制限部３から出力された受信信号を制御部５０の指示に従って位相を変化させ、振幅調整部６３に出力する。同様に、位相調整部６２は、第２の信号帯域制限部４から出力された受信信号を制御部５０の指示に従って位相を変化させ、振幅調整部６４に出力する。
【００８９】
振幅調整部６３は、位相調整部６１から出力された受信信号を制御部５０の指示に従って振幅を変化させ、加算部６５に出力する。同様に、振幅調整部６４は、位相調整部６２から出力された受信信号を制御部５０の指示に従って振幅を変化させ、加算部６５に出力する。
【００９０】
加算部６５は、振幅調整部６３から出力された受信信号と振幅調整部６４から出力された受信信号とを加算して受信部５２に出力する。
【００９１】
このように、本実施の形態の無線通信装置によれば、偏波算出装置から得られた偏波情報に基づいて複数のアンテナで受信した無線信号の補正を行い、補正した無線信号を復調することにより、無線信号の偏波特性に、より整合した受信が可能となり、受信感度が向上する。
【００９２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、偏波測定装置として行う場合について説明しているが、これに限られるものではなく、この偏波測定方法をソフトウェアとして行うことも可能である。
【００９３】
例えば、上記偏波測定方法を実行するプログラムを予めＲＯＭ（Read Only Memory）に格納しておき、そのプログラムをＣＰＵ（Central Processor Unit）によって動作させるようにしても良い。
【００９４】
また、上記偏波測定方法を実行するプログラムをコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納し、記憶媒体に格納されたプログラムをコンピュータのＲＡＭ（Random Access Memory）に記録して、コンピュータをそのプログラムにしたがって動作させるようにしても良い。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電波測定装置によれば、偏波面が直交する複数のアンテナで受信した受信信号同士を混合した信号と、一方の受信信号を９０度移相してから混合した信号とから受信信号間の位相差を求め、この位相差と受信信号の受信電界強度とから受信信号の偏波を算出することにより、搬送波信号周波数における電波の位相情報を検出することなく、電波の電力のみならず、偏波を含めた電波特性の測定評価装置を、簡易な構成で実現できる。
【００９６】
また、本発明の偏波測定装置によれば、偏波の測定を連続的に行なうことができ、時間的に変動する偏波を測定できる。
【００９７】
従って、本発明の偏波測定装置による受信アンテナの方向を変化させつつ偏波を連続的に測定することで、受信アンテナの指向方向からの到来電波の測定ができる。例えば受信アンテナを水平面内で回転させた場合、水平面内における到来電波の偏波測定系を構築できる。このことにより、本発明の偏波測定装置は、通信エリアにおける電波測定に適用する事で、より実態に即した電波到来の状況を把握できる。
【００９８】
また、本発明の装置は、被測定アンテナの姿勢を変化させつつ測定を行なう事で、偏波を含めたアンテナ指向性を評価できる。また、本発明の装置における偏波検出感度を向上することができる。また、本発明の装置は、無線通信装置に適用する事で、無線通信装置の受信感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る偏波測定装置の構成を示すブロック図
【図２】受信電波の偏波の算出の一例を示す図
【図３】上記実施の形態の偏波測定装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態２に係る電波測定装置の構成を示すブロック図
【図５】本実施の形態のアンテナ特性測定装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態４に係る無線通信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ 第１のアンテナ
２ 第２のアンテナ
３ 第１の信号帯域制限部
４ 第２の信号帯域制限部
７ 第１の電界強度検出部
８ 第２の電界強度検出部
９ 移相部
１０ 第１の信号混合部
１１ 第２の信号混合部
１６ 第１の低域周波数信号通過部
１７ 第２の低域周波数信号通過部
２０ 位相差算出部
２４ 偏波算出部

Claims (9)

1. 受信偏波面が互いに直交する第１アンテナ及び第２のアンテナと、前記第１アンテナで受信した第１受信信号と前記第２アンテナで受信した第２受信信号とから所望の周波数成分以外を減衰させて帯域制限する帯域制限手段と、前記帯域制限された第２受信信号を移相することにより互いに位相が９０度異なる第１の移相信号と第２の移相信号とを生成する移相手段と、前記帯域制限された第１受信信号と前記第１の移相信号とを混合して第１混合信号を生成する第１混合手段と、前記帯域制限された第１受信信号と前記第２の移相信号とを混合して第２混合信号を生成する第２混合手段と、前記第１混合信号及び前記第２混合信号からベースバンド領域以外の高周波領域を除去して第１のベースバンド信号及び第２のベースバンド信号を生成する低域通過手段と、前記第１のベースバンド信号と前記第２のベースバンド信号から前記第１受信信号と前記第２受信信号との位相差を算出する位相差算出手段と、前記帯域制限された第１受信信号の電界強度と前記帯域制限された第２受信信号の電界強度を測定する電界強度測定手段と、前記帯域制限された第１受信信号と前記帯域制限された第２受信信号の各々の電界強度と前記位相差より受信電波の偏波を算出する偏波算出手段と、を具備することを特徴とする偏波測定装置。
2. 前記帯域制限手段において所望の周波数成分以外を減衰した前記帯域制限された第１受信信号と前記帯域制限された第２受信信号とを増幅して二値信号に変換する振幅制限増幅手段をさらに具備し、前記第１混合手段は、増幅して二値信号に変換された第１受信信号と前記第１の移相信号とを混合し、前記第２混合手段は、増幅して二値信号に変換された第２受信信号と前記第２の移相信号とを混合する請求項１に記載の偏波測定装置。
3. 前記位相差算出手段は、第１のベースバンド信号をｅ１（ｔ）、第２のベースバンド信号をｅ２（ｔ）とし、二軸が直交するｘｙ座標系のｘ軸に前記ｅ１（ｔ）を、ｙ軸に前記ｅ２（ｔ）を対応させた座標が、座標軸となす角度をφ（ｔ）とした場合に、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナにおいて同一位相の信号を受信した場合におけるφ（ｔ）を基準φ０として、φ（ｔ）からφ０を減算した結果を測定時における前記第１のベースバンド信号と第２のベースバンド信号との位相差φとして算出し、この算出結果を位相差として偏波算出手段に出力する請求項１または請求項２記載の偏波測定装置。
4. 前記偏波算出手段は、ｘｙ座標系に写像される、（ｅ１（ｔ），ｅ２（ｔ））、（ｅ１（ｔ），−ｅ２（ｔ））、（−ｅ１（ｔ），−ｅ２（ｔ））、（−ｅ１（ｔ），ｅ２（ｔ））の４点によりなる領域に内接する楕円について、以下の式
   

   

   より求められる楕円の長軸の長さａ、短軸の長さｂおよび前記ｘｙ座標系のｘ座標軸と前記楕円の長軸のなす角度θを求め、前記長軸の長さａと前記短軸の長さｂにより偏波の軸比を得て、前記角度θにより偏波の傾きを得る請求項３記載の偏波測定装置。
5. 前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナは、互いに受信偏波面の直交する同一方向を指向する狭指向性アンテナである請求項１から請求項４のいずれかに記載の偏波測定装置と、前記第１のアンテナ及び第２のアンテナの指向方向で遠方界が成立する距離に位置する被測定アンテナと、前記被測定アンテナを回転する回転手段と、前記回転手段の単一平面内における設置角度を制御する回転制御信号を発生する制御手段と、前記偏波測定装置の測定結果を前記回転制御信号から得られる設置角度を対応づけて記録する記録手段と、を具備するアンテナ特性測定装置。
6. 前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナは、同一方向を指向する狭指向性アンテナである請求項１から請求項４のいずれか記載の偏波測定装置と、第１のアンテナ及び第２のアンテナを回転する回転手段と、前記回転手段の一平面内における設置角度を制御する回転制御信号を発生する制御手段と、前記偏波測定装置の測定結果を前記回転制御信号から得られる設置角度を対応づけて記録する記録手段と、を具備する電波測定装置。
7. 受信偏波面が互いに直交する第１アンテナ及び第２のアンテナで無線信号を受信する受信工程と、前記第１アンテナで受信した第１受信信号と前記第２アンテナで受信した第２受信信号とから所望の周波数成分以外を減衰させて帯域制限する帯域制限工程と、前記帯域制限された第２受信信号を移相することにより互いに位相が９０度異なる第１の移相信号と第２の移相信号とを生成する移相工程と、前記帯域制限された第１受信信号と前記第１の移相信号とを混合して第１混合信号を生成する第１混合工程と、前記帯域制限された第１受信信号と前記第２の移相信号とを混合して第２混合信号を生成する第２混合工程と、前記第１混合信号及び前記第２混合信号からベースバンド領域以外の高周波領域を除去して第１のベースバンド信号及び第２のベースバンド信号を生成する低域通過工程と、前記第１のベースバンド信号と前記第２のベースバンド信号から前記第１受信信号と前記第２受信信号との位相差を算出する位相差算出工程と、前記帯域制限された第１受信信号の電界強度と前記帯域制限された第２受信信号の電界強度を測定する電界強度測定工程と、前記帯域制限された第１受信信号と前記帯域制限された第２受信信号の各々の電界強度と前記位相差より受信電波の偏波を算出する偏波算出工程と、を具備する偏波測定方法。
8. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の偏波測定装置と、前記偏波測定装置の偏波算出手段が算出した偏波に基づいて前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの位相と振幅の補正を指示する制御手段と、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナにおいて受信した受信信号に前記制御手段が指示する位相と振幅を補正し、重みづけ後の受信信号同士を加算する合成手段と、前記合成手段において加算された受信信号を復調する受信手段と、を具備する無線通信装置。
9. 前記合成手段は、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナにおいて受信した受信信号の振幅値にウエイトをかける振幅調整手段と、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナにおいて受信した受信信号の位相を補正する位相調整手段と、振幅と位相を調整された受信信号同士を加算する加算手段とを具備し、前記受信手段は、前記加算手段において加算された受信信号を復調する請求項８に記載の無線通信装置。

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