JP4578603B2 - アンテナ測定装置及びアンテナ測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は高周波数帯に共振周波数を有するアンテナの放射特性を測定するアンテナ測定装置及びアンテナ測定方法に係り、特に被測定アンテナやプローブを高精度に位置決めする装置を必要とせず、振幅分布のみの測定から被測定アンテナの放射特性を得ることができるアンテナ測定装置及びアンテナ測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アンテナの放射特性などを測定する方法を大きく分けると遠方界測定法と、近距離からの測定として近傍界測定法とがある。これらを簡単に説明すると、遠方界測定法は被測定アンテナを回転させながら十分に遠方に設置された対向アンテナとの間の伝達電力を測定し、この時の回転角度と伝達電力との関係から被測定アンテナの指向性などの放射特性を測定するものである。この測定に必要なアンテナ間の距離は、通常、アンテナの開口端と中心部との位相差がπ／８以下となるように下記の式の関係に従って設定される。
Ｒ≧２（Ｄ1 ＋Ｄ2 ）2 ／λ
Ｒはアンテナ間の距離、Ｄ1 、Ｄ2 は送受信アンテナの最大開口寸法である。
【０００３】
しかしながら、上記遠方界測定にてサブミリ波などの高周波数に共振周波数を有するアンテナの放射特性を測定しようとする場合では、その使用波長が短いために上記式から測定に必要なアンテナ間距離Ｒが、非常に大きくなってしまう。このため、十分なダイナミックレンジが確保できないという問題がある。
【０００４】
これに対して、近傍界測定方法はアンテナの放射近傍界領域において電磁界の振幅及び位相を測定し、これらに厳密な電磁界理論に基づいた演算を施してアンテナの放射特性を得るものであり、上記遠方界測定と比較して大きなアンテナ間距離を必要としない。具体的には、被測定アンテナとプローブとの距離が近いために周囲で反射した電磁波による影響を除くために電波暗室内で測定を行い、被測定アンテナの開口近傍における電界（若しくは磁界）の振幅分布、位相分布を測定して開口分布を求め、この開口分布に厳密な電磁界理論に基づいた演算を施してアンテナの放射特性を得るものである。
【０００５】
しかしながら、近傍界測定では、被測定アンテナの位相分布を測定するために被測定アンテナとプローブとの位置を高精度に決定する必要がある。さらに、被測定アンテナがサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合には、この位置精度に非常に敏感であり、測定器の誤差、ケーブルの温度変化、及び被測定アンテナやプローブの設置アライメント誤差などから、その位相分布を測定することが非常に困難であった。
【０００６】
この近傍界測定における問題を解決する手段としてフェーズリトリーバル法がある。これは被測定アンテナを異なる２測定点に交互に置き、異なる２測定点における被測定アンテナの振幅分布を測定し、この振幅分布から位相分布を推定するものである。被測定アンテナの振幅分布は、プローブで被測定アンテナから送信された電磁波の伝達電力の測定から求められ、位相分布測定と比較して被測定アンテナとプローブとの位置を高精度に決定する必要がない。
【０００７】
図６は、例えばO.M.Bucci et.al.“Far-Field Pattern Determination from Near-Field Amplitude on Two Surfaces”,IEEE Trans.on Antennas and propagation Vol.38,No.11,Nov.1990に示された従来のフェーズリトリーバル法を使用するアンテナ測定装置の概略的な構成を示す図である。図において、１００は被測定アンテナ、１０２は被測定アンテナ１００から送信された電磁波を検出するプローブで、１０３はプローブ１０２をＸ軸方向やＹ軸方向に摺動させるＸＹスキャナである。１０４ａはプローブ１０２で検出した電磁波から被測定アンテナ１００の振幅分布などを求める受信器、１０５は受信器１０４ａが求めた振幅分布などからフェーズリトリーバル法に沿って被測定アンテナ１００の放射特性を演算する演算処理器、１０６は被測定アンテナ１００の回転台、１０７はＺ軸方向に被測定アンテナ１００を進退自在に摺動させるＺ軸レール、１１２は被測定アンテナ１００の送信器である。
図７はフェーズリトリーバル法による被測定アンテナ１００の位相分布の算出過程を示すフロー図である。
【０００８】
次に動作について説明する。
ＸＹスキャナ１０３を摺動させるか若しくは被測定アンテナ１００をＺ軸レール１０７上で移動させて、被測定アンテナ１００の任意の位置（ｚ＝Ｒ１）を測定面とする。このあと、送信器１１２により被測定アンテナ１００がプローブ１０２に向けて電磁波を放射する。この被測定アンテナ１００から放射された電磁波を、ＸＹスキャナ１０３で位置決めしたプローブ１０２で検出する。受信器１０４ａはプローブ１０２で検出した電磁波からｚ＝Ｒ１における振幅分布を求める。次に、ＸＹスキャナ１０３をさらに摺動させるか若しくは被測定アンテナ１００をＺ軸レール１０７上で移動させて、被測定アンテナ１００の上記以外の位置（ｚ＝Ｒ２）を測定面とする。このあと、上記と同様にしてｚ＝Ｒ２における振幅分布を求める。
【０００９】
次に、上記のようにして求めた被測定アンテナ１００の振幅分布（ｚ＝Ｒ１，Ｒ２）を用いて、演算処理器１０５にて図７に示すフェーズリトリーバル法による処理を行い、被測定アンテナ１００の位相分布を算出する。また、図６に示すｘｙｚ座標系は、被測定アンテナ１００の開口上に電磁波の放射される方向をｚ軸とし、開口部の中央を原点と定義する。
先ず、ｚ＝Ｒ１における被測定アンテナ１００の振幅分布、及び位相分布の初期値として適当な値を処理対象として設定する（ステップＳＴ１００）。
【００１０】
次に処理対象とする測定点をｚ＝Ｒ１からｚ＝Ｒ２にフィールド変換し、上記ステップＳＴ１００において設定したｚ＝Ｒ１における振幅分布を、ｚ＝Ｒ２における振幅分布とし、これと上記位相分布の初期値とから、ｚ＝Ｒ２における位相分布を算出する（ステップＳＴ１０１，ステップＳＴ１０２）。
【００１１】
上記ステップＳＴ１０２においてｚ＝Ｒ２にフィールド変換された振幅分布を、ｚ＝Ｒ２において測定された振幅分布と置き換える（ステップＳＴ１０３，ステップＳＴ１０４）。
【００１２】
次に処理対象とする測定面をｚ＝Ｒ２からｚ＝Ｒ１にフィールド変換し、ステップＳＴ１０３で求めたｚ＝Ｒ２における振幅分布を、ｚ＝Ｒ１における振幅分布とし、これとステップＳＴ１０２で求めたｚ＝Ｒ２における位相分布とから、ｚ＝Ｒ１における被測定アンテナ１００の位相分布を算出する（ステップＳＴ１０４，ステップＳＴ１０６）。
【００１３】
上記ステップＳＴ１０６においてｚ＝Ｒ１にフィールド変換された振幅分布を、ｚ＝Ｒ１において測定された振幅分布と置き換える（ステップＳＴ１０７，ステップＳＴ１０８）。
【００１４】
次に、再び処理対象とする測定面をｚ＝Ｒ１からｚ＝Ｒ２にフィールド変換し、上記ステップＳＴ１０８でのｚ＝Ｒ１における振幅分布を、測定点Ｒ２における振幅分布とし、これとステップＳＴ１０６で算出したｚ＝Ｒ１における位相分布とから、ｚ＝Ｒ２における被測定アンテナ１００の位相分布を算出する（ステップＳＴ１０９）。
【００１５】
ステップＳＴ１１０において、ステップＳＴ１０９で求めたｚ＝Ｒ２における振幅分布と、上記実際に測定して求めたｚ＝Ｒ２における振幅分布とを比較して、その差が十分に小さくなり収束した場合には処理を終了し、それ以外の場合にはステップＳＴ１０２に戻って上記ステップを繰り返し行う。上記のように実測値との差が最小に収束したときのｚ＝Ｒ１，Ｒ２における被測定アンテナ１００の振幅分布から推定される位相分布が、このフェーズリトリーバル法における解である。
【００１６】
なお、任意の測定面における被測定アンテナ１００の電界の振幅分布及び位相分布が求められると、これらに電磁界理論に基づく演算を施して、他の任意の位置にフィールド変換することが可能である。これにより、上記のようにして推定された被測定アンテナ１００の位相分布並びに振幅分布を用いて、被測定アンテナ１００の開口分布、及び放射パターンなどの諸特性を算出することができる。
【００１７】
また、上記ではプローブ１０２をＸ軸方向若しくはＹ軸方向に走査して、被測定アンテナ１００の測定を行う例を示したが、例えばプローブ１０２をＸ軸方向に摺動自在とし、被測定アンテナ１００をｘ軸に平行な軸まわりに回転自在な回転台上に設置して、円筒走査してもよい。さらに、ｘ軸、ｙ軸まわりに回転自在の回転台上に被測定アンテナ１００を設置して球面走査してもよい。
【００１８】
一方、近傍界測定において、プローブには開口径を十分に小さくして、極力無指向性に近い受信用アンテナを用いるが、実際には若干の指向性を有する。この場合、プローブの指向性を考慮した補正を行って被測定アンテナの放射特性を求める。図８は、例えばA.G.Pepjar et.al.“Accurate Determination of Planar Near-Field Correction Parameters for Linearly Polarized Probes”,IEEE Trans.on Antennas and propagation Vol.36,No.6,Nov.1988 に示された従来のプローブの指向性補正を行う近傍界測定を説明する説明図である。なお、図６と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。図８におけるアンテナ装置は図７と同様のフェーズリトリーバル法によって被測定アンテナ１００の放射特性を求め、これにプローブの指向性補正を行うものである。
【００１９】
次にプローブの指向性補正について説明する。
図８に示すようにプローブ１０２は指向特性を有しており、このプローブ１０２を用いて測定される被測定アンテナ１００の電磁波の受信レベルは、上記指向特性による誤差を含んでいる。この誤差の補正は指向特性による誤差を含んだプローブ１０２の受信レベルと既知のプローブ１０２のフーリエスペクトルを用いて行う。
【００２０】
先ず、プローブ１０２の開口面を含む平面をスキャン平面とし、被測定アンテナ１００の開口の中心からスキャン平面を貫く直線の交点を原点とするＸＹ座標系を定義する。また、スキャン平面上におけるプローブ１０２の開口部の中心位置を測定点Ｐとし、上記と同様にして被測定アンテナ１００から放射された電磁波を検出する。
ここで、測定点Ｐにおける受信レベルｂ’（Ｐ）は下記式のように表される。
【数１】
但し、Ａ1 はアンテナの入力係数、ＫはＸＹ平面内での波数ベクトル、ｔ（Ｋ）は被測定アンテナ１００のフーリエスペクトルで、ｒ’（Ｋ）はプローブ１０２の既存のフーリエスペクトルである。γはＺ軸方向を含めた波数ベクトルをｋ＝ｋx ｅx ＋ｋy ｅy ＋ｋz ｅz としたときに、γ2 ＝ｋ2 −Ｋ2 で表される量である。ｄは被測定アンテナ１００とプローブ１０２との間の距離を示す。また、Ｐは測定点Ｐのベクトルを表す。
【００２１】
上記式（１）から分かるようにプローブ１０２を用いて受信される受信レベルｂ’（Ｐ）にはプローブ１０２自体のフーリエスペクトルｒ’（Ｋ）の特性を含んでおり、これがプローブ１０２の誤差となる。そこで、このプローブ１０２自体のフーリエスペクトルｒ’（Ｋ）を除く過程について説明する。
【００２２】
先ず、式（１）をフーリエ逆変換すると、プローブ１０２の指向性による誤差を含んだ測定値のフーリエスペクトルＤ’（Ｋ）を下記式のように求めることができる。
【数２】
ここで、ｔ（Ｋ）及びｒ’（Ｋ）は次のように主偏波成分と交差偏波成分とに分けられるので、
ｔ（Ｋ）＝ｔm （Ｋ）em ＋ｔc （Ｋ）ｅc
ｒ’（Ｋ）＝ｒ’m （Ｋ）ｅm ＋ｒ’c （Ｋ）ｅc ・・・（３）
と表せる。ここで、添え字のｍは主偏波成分、ｃは交差偏波成分を表す。上記測定において被測定アンテナ１００及びプローブ１０２の交差偏波成分が十分に低い場合には、
ｔm （Ｋ）＝Ｄ’（Ｋ）／ｒ’m （Ｋ） ・・・（４）
となり、このｔm （Ｋ）がプローブ１０２の指向性が補正された被測定アンテナ１００のフーリエスペクトルである。なお、プローブ１０２のスペクトルは測定値、計算値のいずれにおいても補正することができる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ測定装置及びアンテナ測定方法は以上のように構成されているので、例えば平面走査近傍界測定装置では被測定アンテナをｚ軸方向に摺動し、異なる位置の測定面で測定を行わねばならず、摺動の際に設置アライメントの誤差を生じる可能性があるという課題があった。
【００２４】
また、ｚ軸摺動自在なアンテナ測定装置としなければならないために、高精度に位置決めが可能なＺ軸レールなどの大掛かりな装置が必要であり、装置の製作にコストがかかるという課題があった。
【００２５】
さらに、円筒走査近傍界測定装置、球面走査近傍界測定装置の場合、プローブをそれぞれ走査の中心軸、中心点から動径方向に移動する必要があり、上記平面走査近傍界測定装置よりも高精度に位置決めすることが可能な移動装置が必要であり、装置の製作にコストがよりかかるという課題があった。
【００２６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、簡易に構成でき、サブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有するアンテナの測定を行うことが可能なアンテナ測定装置及びアンテナ測定方法を得ることを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ測定装置は、被測定アンテナと、この被測定アンテナに対向した位置に設けられ、被測定アンテナから放射された電磁波を受信する開口部の大きさ及び／若しくは形状が異なる複数のプローブと、この複数のプローブが同時に受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布と一様な位相分布とから被測定アンテナの位相分布を算出し、振幅分布及び位相分布から被測定アンテナの放射特性を求める演算処理手段とを備えるものである。
【００２８】
この発明に係るアンテナ測定装置は、被測定アンテナと、この被測定アンテナに対向した位置に設けられ、被測定アンテナから放射された電磁波を受信し、被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブと、このプローブを回転自在に保持し、プローブの被測定アンテナに対して水平な方向と垂直な方向とを交互に切り換えるプローブ回転手段と、プローブが、被測定アンテナの励振方向に対するプローブの励振方向は変えずに各方向で受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布と一様な位相分布とから被測定アンテナの位相分布を算出し、振幅分布及び位相分布から被測定アンテナの放射特性を求める演算処理手段とを備えるものである。
【００２９】
この発明に係るアンテナ測定装置は、プローブを被測定アンテナに対して水平及び／若しくは垂直な方向に摺動自在に保持する摺動手段を備えるものである。
【００３０】
この発明に係るアンテナ測定装置は、プローブに対して水平及び／若しくは垂直な方向の軸まわりに回転自在に、被測定アンテナを保持する回転手段を備えるものである。
【００３１】
この発明に係るアンテナ測定方法は、被測定アンテナの位相分布の初期値として一様分布を予め設定する初期値設定ステップと、開口部の大きさ及び／若しくは形状が異なる複数のプローブが、被測定アンテナから放射される電磁波を一括して受信し、この複数のプローブが受信した電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、振幅分布と位相分布とから演算用データを算出し、この演算用データから複数のプローブが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値を求め、この演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布を複数のプローブが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、複数のプローブの各演算用データ補正値を求める補正変換ステップと、この補正変換ステップにより求めた複数のプローブの各演算用データ補正値を比較し、これらが一致したと判定する十分小さい値にこれらの差が収束するとき、その演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求め、収束しないとき、補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えるものである。
【００３２】
この発明に係るアンテナ測定方法は、被測定アンテナの位相分布の初期値として一様分布を予め設定する初期値設定ステップと、被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブが、被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向で被測定アンテナから放射される電磁波を受信し、この各方向のプローブが受信した電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、振幅分布と位相分布とから演算用データを算出し、この演算用データから各方向のプローブが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値を求め、この演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布を各方向のプローブが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、各方向のプローブの演算用データ補正値を求める補正変換ステップと、この補正変換ステップにより求めた各方向のプローブの演算用データ補正値を比較し、これらが一致したと判定する十分小さい値にこれらの差が収束するとき、その演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求め、収束しないとき、補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えるものである。
【００３３】
この発明に係るアンテナ測定方法は、初期値設定ステップで設定する被測定アンテナの位相分布の初期値は、被測定アンテナの形状に基づいて算出される計算値を用いるものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるアンテナ測定装置を概略的に示す図である。図において、１は被測定アンテナ、２ａは第１プローブ（プローブ）、２ｂは第１プローブ２ａより開口径が大きい第２プローブ（プローブ）で、これら第１プローブ２ａ及び第２プローブ２ｂはｘ軸に沿って並列に配置される。３は第１プローブ２ａ及び第２プローブ２ｂをｘ軸方向及びｙ軸方向に摺動させるｘｙスキャナ（摺動手段）である。４ａは第１プローブ２ａ及び第２プローブ２ｂで検出した被測定アンテナ１の電磁波を２チャンネル受信可能な送受信器を示す。５は送受信器４ａから入力される被測定アンテナ１に関わるデータを演算処理する演算処理器（演算処理手段）である。１２は被測定アンテナ１に接続され、電磁波送信を行う送信器である。
また、図２はこの発明の実施の形態１によるアンテナ測定装置を使用したアンテナ測定方法の位相推定アルゴリズムを示すフロー図である。
【００３５】
次に動作について説明する。
図示を省略したがプローブ２ａ，２ｂの各開口面を含む平面をスキャン平面とし、被測定アンテナ１の開口の中心からスキャン平面を貫く直線の交点を原点とするｘｙｚ座標系と定義する。
ｘｙスキャナ３をｘ軸方向に沿って摺動させて、被測定アンテナ１より放射された電磁波を、プローブ２ａ，２ｂで同時に受信すると、プローブ２ａはその開口部の中心位置Ｐn （測定点Ｐn ）における信号を受信し、プローブ２ｂは既にプローブ２ａが測定した測定点Ｐn-1 （Ｐn とＰｎ−１とはｘ軸方向に並んだ点でｘ座標値がＰn-1 ＜Ｐn である）における信号を受信する。次に、ｘｙスキャナ３をｘ軸方向に沿って摺動させて、プローブ２ｂの開口部の中心位置が既にプローブ２ａが測定した点Ｐn に達したときに信号を受信し、プローブ２ａは次の測定点で信号を受信する。このようなステップをふんで被測定アンテナ１からの電磁波を受信する。これにより、最終的に得られるプローブ２ａ，２ｂによる振幅分布は、同じ間隔で同じ測定点におけるデータを有していることとなる。
【００３６】
上記のようにして測定された２つのプローブ２ａ，２ｂから得られた振幅分布を用いて、図２に示すフローに沿って、演算処理器５により以下に述べるアルゴリズムで被測定アンテナ１の開口上での位相分布を求める。
先ず、演算処理器５内の不図示のメモリに、ある測定点Ｐ（このときの、被測定アンテナ１の測定面をｚ＝Ｚ１とする）において一様である位相分布Ｐ０（Ｐ）を初期値として設定する（初期値設定ステップ）。次に、例えば第１プローブ２ａで検出した電磁波から被測定アンテナ１の振幅分布Ａ１（Ｐ）を求める（振幅分布測定ステップ）。ここまでの操作が図２におけるステップＳＴ１に相当する。
【００３７】
次に、ステップＳＴ２において、上記振幅分布Ａ１（Ｐ）及び位相分布Ｐ０（Ｐ）に基づいて、被測定アンテナ１の放射特性を表すスペクトルを算出する（Ｐは測定点Ｐのベクトルを表す）。ここでは、平面走査であるので、上記振幅分布Ａ１（Ｐ）及び位相分布Ｐ０（Ｐ）に対してフーリエ変換（図示ではＦＦＴ）を行うことができる。これにより、被測定アンテナ１の放射特性を表すスペクトルＤ１（Ｋ）（演算用データ）は、下記式のように求められる。
【数３】
但し、Ａ1 は第１プローブ２ａのアンテナの入力係数、ＫはＸＹ平面内での波数ベクトル、γはＺ軸方向を含めた波数ベクトルをｋ＝ｋx ｅx ＋ｋy ｅy ＋ｋz ｅz としたときに、γ2 ＝ｋ2 −Ｋ2 で表される量である。ｄは被測定アンテナ１と第１プローブ２ａとの間の距離を示す。ここまでの操作が図２におけるステップＳＴ２及びステップＳＴ３に相当し、これらが振幅分布測定ステップとなる。
【００３８】
第１プローブ２ａ自体の放射特性を表すスペクトルｒ１（Ｋ）は既知の値であり、これを用いて第１プローブ２ａの指向性に起因する要素を取り除く補正を行う。ここで、ｒ１（Ｋ）は複素数であり、被測定アンテナ１と第１プローブ２ａの交差偏波成分が十分に小さいと仮定して、第１プローブ２ａの指向性に起因する要素を取り除く補正を行った被測定アンテナ１の放射特性を表すスペクトルＤ１’（Ｋ）（演算用データ補正値）は下記式のように表される。
Ｄ１’（Ｋ）＝Ｄ１（Ｋ）／ｒ１（Ｋ） ・・・（６）
ここまでの操作が図２のステップＳＴ４からステップＳＴ６に相当する。
【００３９】
ステップＳＴ６で求めた被測定アンテナ１のスペクトルＤ１’（Ｋ）に再びフーリエ変換を行って、測定面ｚ＝Ｚ１における被測定アンテナ１の電界分布を算出する（ステップＳＴ７）。この実施の形態１ではプローブ２ａ，２ｂは平面走査であるので、上記電界分布の振幅分布をＡ１’（Ｐ）、位相分布をＰ１（Ｐ）とすると、電界分布は下記式のように表せる（ステップＳＴ８）。
【数４】
【００４０】
次に第２プローブ２ｂで測定した電磁波から求めた被測定アンテナ１の振幅分布Ａ２（Ｐ）を、演算処理器５内の不図示のメモリから読み出して（ステップＳＴ９）、この電界分布における振幅分布Ａ１’（Ｐ）と置き換える（ステップＳＴ１０）。振幅分布を置き換えた電界分布（振幅分布及び位相分布）を再びフーリエ変換（ステップＳＴ１１）することにより、下記式で表される第２プローブ２ｂで観測されたデータのスペクトルＤ２（Ｋ）が得られる（ステップＳＴ１２）。
【数５】
ここで、Ａ2 は第２プローブ２ｂのアンテナの入力係数を示す。
【００４１】
第１プローブ２ａと同様に、第２プローブ２ｂも指向性を有するので、これによるスペクトルをｒ２（Ｋ）とし、これを用いて第１プローブ２ａの指向性に起因する要素を取り除く補正を行う。ここで、ｒ２（Ｋ）は複素数であり、被測定アンテナ１と第２プローブ２ｂの交差偏波成分が十分に小さいと仮定して、第２プローブ２ｂの指向性に起因する要素を取り除く補正を行った被測定アンテナ１の放射特性を表すスペクトルＤ２’（Ｋ）（演算用データ補正値）は下記式のように表される。
Ｄ２’（Ｋ）＝Ｄ２（Ｋ）／ｒ２（Ｋ） ・・・（９）
ここまでの操作が図２のステップＳＴ１３からステップＳＴ１５に相当し、ステップＳＴ４からステップＳＴ１５までが補正変換ステップとなる。
【００４２】
このあと、ステップＳＴ６で求めたＤ１’（Ｋ）とステップＳＴ１５で求めたＤ２’（Ｋ）とを比較する（ステップＳＴ１７）。この比較操作は、例えば下記式で表されるＤ１’（Ｋ）とＤ２’（Ｋ）との差εを用いて行う。
ε＝｜Ｄ２’（Ｋ）−Ｄ１’（Ｋ）｜2 ・・・（１０）
具体的にはＤ１’（Ｋ）の振幅分布とＤ２’（Ｋ）の振幅分布とを比較するので、これらをフーリエ変換（図示ではＦＦＴ）して振幅分布及び位相分布を求める（ステップＳＴ１６）。
２つのスペクトルＤ１’（Ｋ），Ｄ２’（Ｋ）は同じ間隔で同じ測定点におけるデータを有している振幅分布から求めた被測定アンテナ１のスペクトルであるので、これらの差であるεは本来ならば零であるはずだが、プローブ２ａ，２ｂの形状の違いに由来する因子（プローブ２ａ，２ｂの指向性など）から、当初はＤ１’（Ｋ）とＤ２’（Ｋ）とは等しくならない。そこで、εが十分に小さい値を示せさず、これらの差が大きい場合は、ステップＳＴ１９に進んで上記ステップＳＴ２からの操作を繰り返してプローブ２ａ，２ｂの形状の違いに由来する因子を取り除く。具体的な操作は後述する。また、εが十分に小さい値に収束したものとしてステップＳＴ１８に進み、Ｄ１’（Ｋ）（＝Ｄ２’（Ｋ））をフーリエ変換して被測定アンテナ１の任意の位置における振幅分布及び位相分布が得られる。
【００４３】
εが収束しなかった場合に進むステップＳＴ１９では、ステップＳＴ１５で求めたＤ２’（Ｋ）を用いて被測定アンテナ１の測定面（ｚ＝Ｚ１）での電界分布（振幅分布及び位相分布）を求める。このとき、振幅分布をＡ２’（Ｐ）、位相分布をＰ２（Ｐ）とすると、電界分布は平面走査の場合は下記式で表される。
【数６】
【００４４】
次に第１プローブ２ａで測定した電磁波から求めた被測定アンテナ１の振幅分布Ａ１（Ｐ）を、演算処理器５内の不図示のメモリから読み出して（ステップＳＴ２０）、この電界分布における振幅分布Ａ２’（Ｐ）と置き換える（ステップＳＴ２１）。このようにして被測定アンテナ１の測定面（ｚ＝Ｚ１）における振幅分布Ａ１（Ｐ）、位相分布Ｐ２（Ｐ）を求め、この後、再びステップＳＴ２からの操作をステップＳＴ１７におけるεが収束するまで繰り返す。以上のステップＳＴ１６からステップＳＴ２１までが比較演算ステップに相当する。
【００４５】
なお、ある面での振幅・位相分布が得られた場合には、それらの分布を用いて任意の位置、例えば開口分布にフィールド変換可能なことは言うまでもない。また、収束時の各ステップで得られている位相分布は各状態での正しく推定された位相分布であることも言うまでもない。
【００４６】
以上のように、この実施の形態１によれば、被測定アンテナ１と、この被測定アンテナ１に対向した位置に設けられ、被測定アンテナ１から放射された電磁波を受信する開口径が異なる第１プローブ２ａ及び第２プローブ２ｂと、これらプローブ２ａ，２ｂが受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布から被測定アンテナ１の位相分布を算出し、振幅分布及び位相分布から被測定アンテナ１の放射特性を求めるので、被測定アンテナ１を動かすことなくその位相分布を推定することができ、従来に比べ高精度に位置決めが可能な大掛かりな装置を必要としないことから、装置の製作コストを低減できる。また、アライメント精度も被測定アンテナ１を移動しないため、被測定アンテナ１がサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合においても高精度な測定が可能である。さらに、同時に２つの測定値が得られることから、従来のように２回測定を行う必要がなく、測定時間を短縮することができる。
【００４７】
また、この実施の形態１によれば、被測定アンテナ１の位相分布の初期値を予め設定する初期値設定ステップと、開口径が異なるプローブ２ａ，２ｂが、被測定アンテナ１から放射される電磁波を一括して受信し、プローブ２ａ，２ｂが受信した電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、振幅分布と位相分布とから演算用データとして被測定アンテナ１の放射特性を表すスペクトルを算出し、このスペクトルからプローブ２ａ，２ｂが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値として補正スペクトルを求め、この補正スペクトルに基づいて被測定アンテナ１の測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布をプローブ２ａ，２ｂが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、プローブ２ａ，２ｂの各補正スペクトルを求める補正変換ステップと、この補正変換ステップにより求めたプローブ２ａ，２ｂの各補正スペクトルを比較し、これらが略一致するとき、その補正スペクトルに基づいて被測定アンテナ１の振幅分布及び位相分布を求め、略一致しないとき、補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えた方法で測定を行うので、プローブ２ａ，２ｂの指向特性に起因する誤差を補正しながらフェーズリトリーバル法に則って被測定アンテナ１の振幅分布及び位相分布を求めることができることから、被測定アンテナ１の放射特性をより高精度に測定することができる。
【００４８】
さらに、実施の形態１においては、平面走査であるので、フィールド変換は平面波展開となるためフーリエ変換を用いることができ、高速に計算することができる。
【００４９】
なお、上記実施の形態１において、プローブ２ａ，２ｂの指向性に起因する要素を取り除く補正を行う際に、被測定アンテナ１とプローブ２ａ，２ｂとの交差偏波成分が十分に小さいことを前提として演算しているので、使用するプローブ２ａ，２ｂとしては、矩形開口を有するホーンまたは導波管の切れ端といった、低交差偏波を実現するものが望ましい。また、従来例との比較上プローブという言葉を用いるが、プローブに相当するものとして測定波長に比べて数波長から数十波長の大きさの開口を有するホーンを用いてもよい。
また、上記実施の形態１では２つのプローブ２ａ，２ｂで測定する例を示したが、本願発明はこれに限らず、３つ以上の開口部の形状と大きさとが異なるプローブを使用してもよい。これにより、同時に３つ以上の測定値が得られるので、さらに測定時間を短縮することができる。
【００５０】
さらに、上記実施の形態１では開口径の異なる２つのプローブ２ａ，２ｂを用いたが、低交差偏波を実現することができるものならば、開口部の形状が異なるプローブや開口部の形状と大きさとが異なるプローブを使用してもよい。
【００５１】
実施の形態２．
上記実施の形態１ではプローブ２ａ，２ｂ及び被測定アンテナ１を固定して測定する例を示したが、この実施の形態２はプローブ２ａ，２ｂをスキャン平面上で平面走査し、被測定アンテナ１を回転させて様々な測定面における振幅分布を求めることができるようにしたものである。
【００５２】
図３はこの発明の実施の形態２によるアンテナ測定装置を概略的に示す図である。図において、Ａは１軸回転台６ａの回転軸、６ａは被測定アンテナ１をＡ軸まわりに回転させる１軸回転台（回転手段）で、９はプローブ２ａ，２ｂをｘ軸方向に摺動させるｘ軸方向駆動スキャナ（摺動手段）である。また、スキャン平面におけるｘｙｚ座標系の定義は図１と同一である。なお、図１と同一構成要素は同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００５３】
次に動作について説明する。
被測定アンテナ１をＡ軸まわりに回転させ、被測定アンテナ１の各回転角度に対してプローブ２ａ，２ｂをｘ軸上で移動させて走査することで、被測定アンテナ１の動径方向ρ＝Ｚ１の円筒面上での振幅分布を測定することができる。これを上記実施の形態１における被測定アンテナ１の測定面として、プローブ２ａ，２ｂにより得られた各振幅分布を用いて、上記実施の形態１と同様に位相分布を算出する。なお、図２において、スペクトルを求める際の変換には円筒座標系表示となる。
【００５４】
図４はこの発明の実施の形態２によるアンテナ測定装置の他の例を概略的に示す図である。図において、Ａは被測定アンテナ１の測定面を含む平面にＸＹ座標をおくと、２軸回転台１０のＸ軸に平行な回転軸であり、Ｂは２軸回転台１０のＹ軸に平行な回転軸である。１０は被測定アンテナ１をＡ軸及びＢ軸まわりに回転させる２軸回転台（回転手段）である。また、スキャン平面におけるｘｙｚ座標系の定義は図１と同一である。なお、図１と同一構成要素は同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００５５】
次に動作について説明する。
被測定アンテナ１をそれぞれＡ，Ｂ軸まわりに回転させて、被測定アンテナ１の各回転角度に対してプローブ２ａ，２ｂにて測定することで、２軸回転台１０の回転中心を原点とした球面上での振幅分布を測定することができる。これを上記実施の形態１における被測定アンテナ１の測定面として、プローブ２ａ，２ｂにより得られた各振幅分布を用いて、上記実施の形態１と同様に位相分布を算出する。なお、図２において、スペクトルを求める際の変換には球座標系表示となる。
【００５６】
以上のように、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１の構成に加えて、開口径が異なるプローブ２ａ，２ｂを、被測定アンテナ１に対して水平及び／若しくは垂直な方向に摺動自在に保持する摺動手段であるｘ軸方向駆動スキャナ９、プローブ２ａ，２ｂに対して水平及び／若しくは垂直な方向の軸まわりに回転自在に、被測定アンテナ１を保持する回転手段である１軸回転台６ａや２軸回転台１０を備えたので、被測定アンテナ１の測定範囲を広げることができることから、例えば被測定アンテナ１の背面の電界分布も測定することが可能な円筒走査や球面走査を行うことができる。また、円筒走査近傍界測定及び球面走査近傍界測定に高価で大掛かりな移動装置を使うことがなく、測定装置のコストを低減することができる。
【００５７】
実施の形態３．
上記実施の形態１及び実施の形態２では、開口部の大きさ及び／若しくは形状が異なる複数のプローブを用いる例を示したが、この実施の形態３は被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブを用いるものである。
【００５８】
図５はこの発明の実施の形態３によるアンテナ測定装置を示す図であり、（ａ）は概略的な構成図、（ｂ）はプローブ周辺部を示す拡大図である。図において、２ｃは縦横の長さが異なる矩形開口のプローブ（プローブ）であり、辺の長さをそれぞれａ，ｂとする。４ｂはプローブ２ｃで検出した被測定アンテナ１の電磁波を１チャンネル受信可能な送受信器を示す。８はプローブ２ｃを開口部の中心を通る軸まわりに回転させるプローブ偏波回転装置（プローブ回転手段）である。また、図示を省略したがプローブ２ｃの開口面を含む平面をスキャン平面とし、被測定アンテナ１の開口の中心からスキャン平面を貫く直線の交点を原点とするｘｙｚ座標系を定義する。スキャン平面上におけるプローブ２ｃの各開口部の中心位置を測定点Ｐとし、被測定アンテナ１の測定面をｚ＝Ｚ１とする。なお、図１と同一構成要素については同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００５９】
次に動作について説明する。
縦横の長さの異なるプローブを用いた場合、例えば図５（ａ）に示す座標系において、プローブの受信偏波がｘ軸方向とすると、長さｂの辺をｘ軸に平行にして測定した測定値と、長さａの辺をｘ軸に平行にして測定した場合には異なる測定結果が得られる。よって、図５（ｂ）に示すように長さｂの辺をｘ軸に平行にして測定を行い、プローブ偏波回転装置８を用いて９０度回転させて、長さａの辺をｘ軸に平行にして測定を行った２つの測定値を用いて上記実施の形態１と同様にして位相分布の推定を行う。また、プローブ２ｃの補正は上記各方向におけるプローブ２ｃの放射特性を表すスペクトルなどを使って行う。
このように実施の形態３では、開口部の縦横の長さが異なるプローブを回転させて縦横を変換して測定することにより、被測定アンテナの移動を省略し、さらにフェーズリトリーバル法に基づいた解析を行うので振幅分布測定のみから被測定アンテナの放射特性を推定できることを特徴とする。
なお、励振偏波の方向はプローブ２ｃの回転による変化はしないものとする。
【００６０】
以上のように、この実施の形態３によれば、被測定アンテナ１と、この被測定アンテナ１に対向した位置に設けられ、被測定アンテナ１から放射された電磁波を受信する被測定アンテナ１に対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブ２ｃと、このプローブ２ｃが各方向で受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布から被測定アンテナ１の位相分布を算出し、振幅分布及び位相分布から被測定アンテナ１の放射特性を求めるので、従来のように被測定アンテナ１を動かすことなくその位相分布を推定することができ、従来に比べ高精度に位置決めが可能な大掛かりな装置を必要としないことから、装置の製作コストを低減できる。また、アライメント精度も被測定アンテナ１を移動しないため、被測定アンテナ１がサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合においても高精度な測定が可能である。
【００６１】
また、この実施の形態３によれば、被測定アンテナ１の位相分布の初期値を予め設定する初期値設定ステップと、被測定アンテナ１に対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブ２ｃが、被測定アンテナ１から放射される電磁波を各方向で受信し、プローブ２ｃが受信した各電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、振幅分布と位相分布とから演算用データとして被測定アンテナ１の放射特性を表すスペクトルを算出し、このスペクトルから各方向のプローブ２ｃが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値として補正スペクトルを求め、この補正スペクトルに基づいて被測定アンテナ１の測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布を各方向のプローブ２ｃが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、各方向のプローブ２ｃの各補正スペクトルを求める補正変換ステップと、この補正変換ステップにより求めた各方向のプローブ２ｃの各補正スペクトルを比較し、これらが略一致するとき、その補正スペクトルに基づいて被測定アンテナ１の振幅分布及び位相分布を求め、略一致しないとき、補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えたアンテナ測定方法で測定を行うので、プローブ２ａ，２ｂの指向特性に起因する誤差を補正しながらフェーズリトリーバル法に則って被測定アンテナ１の振幅分布及び位相分布を求めることができることから、被測定アンテナ１の放射特性をより高精度に測定することができる。
【００６２】
さらに、上記実施の形態３では、プローブ２ｃとして縦横の長さが異なる矩形開口部を有するものを示したが、矩形に限らず楕円形状など縦横の長さが異なるものならばよい。
【００６３】
また、上記実施の形態３の構成に加えて、プローブ２ｃを被測定アンテナ１に対して水平及び／若しくは垂直な方向に摺動自在に保持する摺動手段や、プローブ２ｃに対して水平及び／若しくは垂直な方向の軸まわりに回転自在に、被測定アンテナ１を保持する回転手段を設けることで、被測定アンテナ１の背面の電界分布も測定することが可能な円筒走査や球面走査を行うことができる。また、これら円筒走査近傍界測定及び球面走査近傍界測定に高価で大掛かりな移動装置を使うことがなく、測定装置のコストを低減することができる。
【００６４】
上記実施の形態３では、上記実施の形態１，２に比べると、同時に２つの測定値を取得できないため測定時間の短縮の効果は得られないが、送受信器４ｂが通常の１チャネルの送受信器であるので実施の形態１，２に比べて低コストで測定を行うことができる。
【００６５】
なお、上記実施の形態１から実施の形態３で示した本発明の位相分布推定のアルゴリズムは、その根底の理論が最適法に基づくものであり初期値に依存する。上記実施の形態１から実施の形態３では、その推定アルゴリズムにおいて位相分布の初期値を測定点Ｐにおいて一様である位相分布としているが、これに代わって被測定アンテナの形状に基づいて算出される計算値を用いる。これにより、局所解に陥ることを防ぐことができ、収束が早くなるという効果を有する。また、位相分布の初期値が真の値から大きくずれることがなく、推定アルゴリズムの信頼性を向上させることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、被測定アンテナと、この被測定アンテナに対向した位置に設けられ、被測定アンテナから放射された電磁波を受信する開口部の大きさ及び／若しくは形状が異なる複数のプローブと、この複数のプローブが受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布から被測定アンテナの位相分布を算出し、振幅分布及び位相分布から被測定アンテナの放射特性を求める演算処理手段とを備えるので、被測定アンテナを動かすことなくその位相分布を推定することができ、従来に比べ高精度に位置決めが可能な大掛かりな装置を必要としないことから、装置の製作コストを低減できる効果がある。また、アライメント精度も被測定アンテナを移動しないため、被測定アンテナがサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合においても高精度な測定が可能である。さらに、複数のプローブで同時に複数の測定値が得られることから、従来のように複数回測定を行う必要がなく、測定時間を短縮することができる効果がある。
【００６７】
この発明によれば、被測定アンテナと、この被測定アンテナに対向した位置に設けられ、被測定アンテナから放射された電磁波を受信し、被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブと、このプローブを回転自在に保持し、プローブの被測定アンテナに対して水平な方向と垂直な方向とを交互に切り換えるプローブ回転手段と、プローブが各方向で受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布から被測定アンテナの位相分布を算出し、振幅分布及び位相分布から被測定アンテナの放射特性を求める演算処理手段とを備えるので、被測定アンテナを動かすことなくその位相分布を推定することができ、従来に比べ高精度に位置決めが可能な大掛かりな装置を必要としないことから、装置の製作コストを低減できる効果がある。また、被測定アンテナがサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合においてもアライメント精度も被測定アンテナを移動しないため、高精度な測定が可能である。
【００６８】
この発明によれば、プローブを被測定アンテナに対して水平及び／若しくは垂直な方向に摺動自在に保持する摺動手段を備えるので、被測定アンテナの測定範囲を広げることができることから、例えば被測定アンテナの背面の電界分布も測定することが可能な円筒走査や球面走査を行うことができる。また、段落００６６、段落００６７や段落００６９の構成に付加することで、円筒走査近傍界測定及び球面走査近傍界測定に高価で大掛かりな移動装置を使うことがなく、測定装置のコストを低減することができる効果がある。
【００６９】
この発明によれば、プローブに対して水平及び／若しくは垂直な方向の軸まわりに回転自在に、被測定アンテナを保持する回転手段を備えるので、被測定アンテナの測定範囲を広げることができることから、例えば被測定アンテナの背面の電界分布も測定することが可能な円筒走査や球面走査を行うことができる。また、段落００６６から段落００６８の構成に付加することで、円筒走査近傍界測定及び球面走査近傍界測定に高価で大掛かりな移動装置を使うことがなく、測定装置のコストを低減することができる効果がある。
【００７０】
この発明によれば、被測定アンテナの位相分布の初期値を予め設定する初期値設定ステップと、開口部の大きさ及び／若しくは形状が異なる複数のプローブが、被測定アンテナから放射される電磁波を一括して受信し、複数のプローブが受信した電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、振幅分布と位相分布とから演算用データを算出し、この演算用データから複数のプローブが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値を求め、この演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布を複数のプローブが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、複数のプローブの各演算用データ補正値を求める補正変換ステップと、この補正変換ステップにより求めた複数のプローブの各演算用データ補正値を比較し、これらが略一致するとき、その演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求め、略一致しないとき、補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えるので、プローブの指向特性に起因する誤差を補正しながらフェーズリトリーバル法に則って被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求めることができることから、被測定アンテナの放射特性をより高精度に測定することができる効果がある。これにより、振幅分布のみを測定して位相分布を推定することができ、従来に比べ高精度に位置決めが可能な大掛かりな装置を必要としない。従って、装置の製作コストを低減できる効果がある。また、アライメント精度も被測定アンテナを移動しないため、被測定アンテナがサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合においても高精度な測定が可能である。さらに、複数のプローブで同時に複数の測定値を得ることができるために、従来のように複数回測定を行う必要がなく、測定時間を短縮することができる効果がある。
【００７１】
この発明によれば、被測定アンテナの位相分布の初期値を予め設定する初期値設定ステップと、被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブが、被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向で被測定アンテナから放射される電磁波を受信し、各方向のプローブが受信した電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、振幅分布と位相分布とから演算用データを算出し、この演算用データから各方向のプローブが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値を求め、この演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布を各方向のプローブが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、各方向のプローブの演算用データ補正値を求める補正変換ステップと、この補正変換ステップにより求めた各方向のプローブの演算用データ補正値を比較し、これらが略一致するとき、その演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求め、略一致しないとき、補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えるので、プローブの指向特性に起因する誤差を補正しながらフェーズリトリーバル法に則って被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求めることができることから、被測定アンテナの放射特性をより高精度に測定することができる効果がある。これにより、振幅分布のみを測定して位相分布を推定することができ、従来に比べ高精度に位置決めが可能な大掛かりな装置を必要としない。従って、装置の製作コストを低減できる効果がある。また、アライメント精度も被測定アンテナを移動しないため、被測定アンテナがサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合においても高精度な測定が可能である。
【００７２】
この発明によれば、初期値設定ステップで設定する被測定アンテナの位相分布の初期値は、被測定アンテナの形状に基づいて算出される計算値を用いるので、局所解に陥ることを防ぐことができ、収束が早くなるという効果がある。また、位相分布の初期値が真の値から大きくずれることがなく、推定アルゴリズムの信頼性を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるアンテナ測定装置を概略的に示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるアンテナ測定装置を使用したアンテナ測定方法の位相推定アルゴリズムを示すフロー図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるアンテナ測定装置を概略的に示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるアンテナ測定装置の他の例を概略的に示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるアンテナ測定装置を示す図であり、（ａ）は概略的な構成図、（ｂ）はプローブ周辺部を示す拡大図である。
【図６】従来のフェーズリトリーバル法を使用するアンテナ測定装置の概略的な構成を示す図である。
【図７】フェーズリトリーバル法による被測定アンテナの位相分布の算出過程を示すフロー図である。
【図８】従来のプローブの指向性補正を行う近傍界測定を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 被測定アンテナ、２ａ 第１プローブ（プローブ）、２ｂ 第２プローブ（プローブ）、２ｃ プローブ（プローブ）、３ ｘｙスキャナ（摺動手段）、４ａ，４ｂ 送受信器、５ 演算処理器（演算処理手段）、６ａ １軸回転台（回転手段）、８ プローブ偏波回転装置（プローブ回転手段）、９ ｘ軸方向駆動スキャナ（摺動手段）、１０ ２軸回転台（回転手段）１２ 送信器、Ａ，Ｂ回転軸。
【発明の属する技術分野】
この発明は高周波数帯に共振周波数を有するアンテナの放射特性を測定するアンテナ測定装置及びアンテナ測定方法に係り、特に被測定アンテナやプローブを高精度に位置決めする装置を必要とせず、振幅分布のみの測定から被測定アンテナの放射特性を得ることができるアンテナ測定装置及びアンテナ測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アンテナの放射特性などを測定する方法を大きく分けると遠方界測定法と、近距離からの測定として近傍界測定法とがある。これらを簡単に説明すると、遠方界測定法は被測定アンテナを回転させながら十分に遠方に設置された対向アンテナとの間の伝達電力を測定し、この時の回転角度と伝達電力との関係から被測定アンテナの指向性などの放射特性を測定するものである。この測定に必要なアンテナ間の距離は、通常、アンテナの開口端と中心部との位相差がπ／８以下となるように下記の式の関係に従って設定される。
Ｒ≧２（Ｄ1 ＋Ｄ2 ）2 ／λ
Ｒはアンテナ間の距離、Ｄ1 、Ｄ2 は送受信アンテナの最大開口寸法である。
【０００３】
しかしながら、上記遠方界測定にてサブミリ波などの高周波数に共振周波数を有するアンテナの放射特性を測定しようとする場合では、その使用波長が短いために上記式から測定に必要なアンテナ間距離Ｒが、非常に大きくなってしまう。このため、十分なダイナミックレンジが確保できないという問題がある。
【０００４】
これに対して、近傍界測定方法はアンテナの放射近傍界領域において電磁界の振幅及び位相を測定し、これらに厳密な電磁界理論に基づいた演算を施してアンテナの放射特性を得るものであり、上記遠方界測定と比較して大きなアンテナ間距離を必要としない。具体的には、被測定アンテナとプローブとの距離が近いために周囲で反射した電磁波による影響を除くために電波暗室内で測定を行い、被測定アンテナの開口近傍における電界（若しくは磁界）の振幅分布、位相分布を測定して開口分布を求め、この開口分布に厳密な電磁界理論に基づいた演算を施してアンテナの放射特性を得るものである。
【０００５】
しかしながら、近傍界測定では、被測定アンテナの位相分布を測定するために被測定アンテナとプローブとの位置を高精度に決定する必要がある。さらに、被測定アンテナがサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合には、この位置精度に非常に敏感であり、測定器の誤差、ケーブルの温度変化、及び被測定アンテナやプローブの設置アライメント誤差などから、その位相分布を測定することが非常に困難であった。
【０００６】
この近傍界測定における問題を解決する手段としてフェーズリトリーバル法がある。これは被測定アンテナを異なる２測定点に交互に置き、異なる２測定点における被測定アンテナの振幅分布を測定し、この振幅分布から位相分布を推定するものである。被測定アンテナの振幅分布は、プローブで被測定アンテナから送信された電磁波の伝達電力の測定から求められ、位相分布測定と比較して被測定アンテナとプローブとの位置を高精度に決定する必要がない。
【０００７】
図６は、例えばO.M.Bucci et.al.“Far-Field Pattern Determination from Near-Field Amplitude on Two Surfaces”,IEEE Trans.on Antennas and propagation Vol.38,No.11,Nov.1990に示された従来のフェーズリトリーバル法を使用するアンテナ測定装置の概略的な構成を示す図である。図において、１００は被測定アンテナ、１０２は被測定アンテナ１００から送信された電磁波を検出するプローブで、１０３はプローブ１０２をＸ軸方向やＹ軸方向に摺動させるＸＹスキャナである。１０４ａはプローブ１０２で検出した電磁波から被測定アンテナ１００の振幅分布などを求める受信器、１０５は受信器１０４ａが求めた振幅分布などからフェーズリトリーバル法に沿って被測定アンテナ１００の放射特性を演算する演算処理器、１０６は被測定アンテナ１００の回転台、１０７はＺ軸方向に被測定アンテナ１００を進退自在に摺動させるＺ軸レール、１１２は被測定アンテナ１００の送信器である。
図７はフェーズリトリーバル法による被測定アンテナ１００の位相分布の算出過程を示すフロー図である。
【０００８】
次に動作について説明する。
ＸＹスキャナ１０３を摺動させるか若しくは被測定アンテナ１００をＺ軸レール１０７上で移動させて、被測定アンテナ１００の任意の位置（ｚ＝Ｒ１）を測定面とする。このあと、送信器１１２により被測定アンテナ１００がプローブ１０２に向けて電磁波を放射する。この被測定アンテナ１００から放射された電磁波を、ＸＹスキャナ１０３で位置決めしたプローブ１０２で検出する。受信器１０４ａはプローブ１０２で検出した電磁波からｚ＝Ｒ１における振幅分布を求める。次に、ＸＹスキャナ１０３をさらに摺動させるか若しくは被測定アンテナ１００をＺ軸レール１０７上で移動させて、被測定アンテナ１００の上記以外の位置（ｚ＝Ｒ２）を測定面とする。このあと、上記と同様にしてｚ＝Ｒ２における振幅分布を求める。
【０００９】
次に、上記のようにして求めた被測定アンテナ１００の振幅分布（ｚ＝Ｒ１，Ｒ２）を用いて、演算処理器１０５にて図７に示すフェーズリトリーバル法による処理を行い、被測定アンテナ１００の位相分布を算出する。また、図６に示すｘｙｚ座標系は、被測定アンテナ１００の開口上に電磁波の放射される方向をｚ軸とし、開口部の中央を原点と定義する。
先ず、ｚ＝Ｒ１における被測定アンテナ１００の振幅分布、及び位相分布の初期値として適当な値を処理対象として設定する（ステップＳＴ１００）。
【００１０】
次に処理対象とする測定点をｚ＝Ｒ１からｚ＝Ｒ２にフィールド変換し、上記ステップＳＴ１００において設定したｚ＝Ｒ１における振幅分布を、ｚ＝Ｒ２における振幅分布とし、これと上記位相分布の初期値とから、ｚ＝Ｒ２における位相分布を算出する（ステップＳＴ１０１，ステップＳＴ１０２）。
【００１１】
上記ステップＳＴ１０２においてｚ＝Ｒ２にフィールド変換された振幅分布を、ｚ＝Ｒ２において測定された振幅分布と置き換える（ステップＳＴ１０３，ステップＳＴ１０４）。
【００１２】
次に処理対象とする測定面をｚ＝Ｒ２からｚ＝Ｒ１にフィールド変換し、ステップＳＴ１０３で求めたｚ＝Ｒ２における振幅分布を、ｚ＝Ｒ１における振幅分布とし、これとステップＳＴ１０２で求めたｚ＝Ｒ２における位相分布とから、ｚ＝Ｒ１における被測定アンテナ１００の位相分布を算出する（ステップＳＴ１０４，ステップＳＴ１０６）。
【００１３】
上記ステップＳＴ１０６においてｚ＝Ｒ１にフィールド変換された振幅分布を、ｚ＝Ｒ１において測定された振幅分布と置き換える（ステップＳＴ１０７，ステップＳＴ１０８）。
【００１４】
次に、再び処理対象とする測定面をｚ＝Ｒ１からｚ＝Ｒ２にフィールド変換し、上記ステップＳＴ１０８でのｚ＝Ｒ１における振幅分布を、測定点Ｒ２における振幅分布とし、これとステップＳＴ１０６で算出したｚ＝Ｒ１における位相分布とから、ｚ＝Ｒ２における被測定アンテナ１００の位相分布を算出する（ステップＳＴ１０９）。
【００１５】
ステップＳＴ１１０において、ステップＳＴ１０９で求めたｚ＝Ｒ２における振幅分布と、上記実際に測定して求めたｚ＝Ｒ２における振幅分布とを比較して、その差が十分に小さくなり収束した場合には処理を終了し、それ以外の場合にはステップＳＴ１０２に戻って上記ステップを繰り返し行う。上記のように実測値との差が最小に収束したときのｚ＝Ｒ１，Ｒ２における被測定アンテナ１００の振幅分布から推定される位相分布が、このフェーズリトリーバル法における解である。
【００１６】
なお、任意の測定面における被測定アンテナ１００の電界の振幅分布及び位相分布が求められると、これらに電磁界理論に基づく演算を施して、他の任意の位置にフィールド変換することが可能である。これにより、上記のようにして推定された被測定アンテナ１００の位相分布並びに振幅分布を用いて、被測定アンテナ１００の開口分布、及び放射パターンなどの諸特性を算出することができる。
【００１７】
また、上記ではプローブ１０２をＸ軸方向若しくはＹ軸方向に走査して、被測定アンテナ１００の測定を行う例を示したが、例えばプローブ１０２をＸ軸方向に摺動自在とし、被測定アンテナ１００をｘ軸に平行な軸まわりに回転自在な回転台上に設置して、円筒走査してもよい。さらに、ｘ軸、ｙ軸まわりに回転自在の回転台上に被測定アンテナ１００を設置して球面走査してもよい。
【００１８】
一方、近傍界測定において、プローブには開口径を十分に小さくして、極力無指向性に近い受信用アンテナを用いるが、実際には若干の指向性を有する。この場合、プローブの指向性を考慮した補正を行って被測定アンテナの放射特性を求める。図８は、例えばA.G.Pepjar et.al.“Accurate Determination of Planar Near-Field Correction Parameters for Linearly Polarized Probes”,IEEE Trans.on Antennas and propagation Vol.36,No.6,Nov.1988 に示された従来のプローブの指向性補正を行う近傍界測定を説明する説明図である。なお、図６と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。図８におけるアンテナ装置は図７と同様のフェーズリトリーバル法によって被測定アンテナ１００の放射特性を求め、これにプローブの指向性補正を行うものである。
【００１９】
次にプローブの指向性補正について説明する。
図８に示すようにプローブ１０２は指向特性を有しており、このプローブ１０２を用いて測定される被測定アンテナ１００の電磁波の受信レベルは、上記指向特性による誤差を含んでいる。この誤差の補正は指向特性による誤差を含んだプローブ１０２の受信レベルと既知のプローブ１０２のフーリエスペクトルを用いて行う。
【００２０】
先ず、プローブ１０２の開口面を含む平面をスキャン平面とし、被測定アンテナ１００の開口の中心からスキャン平面を貫く直線の交点を原点とするＸＹ座標系を定義する。また、スキャン平面上におけるプローブ１０２の開口部の中心位置を測定点Ｐとし、上記と同様にして被測定アンテナ１００から放射された電磁波を検出する。
ここで、測定点Ｐにおける受信レベルｂ’（Ｐ）は下記式のように表される。
【数１】
【００２１】
上記式（１）から分かるようにプローブ１０２を用いて受信される受信レベルｂ’（Ｐ）にはプローブ１０２自体のフーリエスペクトルｒ’（Ｋ）の特性を含んでおり、これがプローブ１０２の誤差となる。そこで、このプローブ１０２自体のフーリエスペクトルｒ’（Ｋ）を除く過程について説明する。
【００２２】
先ず、式（１）をフーリエ逆変換すると、プローブ１０２の指向性による誤差を含んだ測定値のフーリエスペクトルＤ’（Ｋ）を下記式のように求めることができる。
【数２】
ｔ（Ｋ）＝ｔm （Ｋ）em ＋ｔc （Ｋ）ｅc
ｒ’（Ｋ）＝ｒ’m （Ｋ）ｅm ＋ｒ’c （Ｋ）ｅc ・・・（３）
と表せる。ここで、添え字のｍは主偏波成分、ｃは交差偏波成分を表す。上記測定において被測定アンテナ１００及びプローブ１０２の交差偏波成分が十分に低い場合には、
ｔm （Ｋ）＝Ｄ’（Ｋ）／ｒ’m （Ｋ） ・・・（４）
となり、このｔm （Ｋ）がプローブ１０２の指向性が補正された被測定アンテナ１００のフーリエスペクトルである。なお、プローブ１０２のスペクトルは測定値、計算値のいずれにおいても補正することができる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ測定装置及びアンテナ測定方法は以上のように構成されているので、例えば平面走査近傍界測定装置では被測定アンテナをｚ軸方向に摺動し、異なる位置の測定面で測定を行わねばならず、摺動の際に設置アライメントの誤差を生じる可能性があるという課題があった。
【００２４】
また、ｚ軸摺動自在なアンテナ測定装置としなければならないために、高精度に位置決めが可能なＺ軸レールなどの大掛かりな装置が必要であり、装置の製作にコストがかかるという課題があった。
【００２５】
さらに、円筒走査近傍界測定装置、球面走査近傍界測定装置の場合、プローブをそれぞれ走査の中心軸、中心点から動径方向に移動する必要があり、上記平面走査近傍界測定装置よりも高精度に位置決めすることが可能な移動装置が必要であり、装置の製作にコストがよりかかるという課題があった。
【００２６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、簡易に構成でき、サブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有するアンテナの測定を行うことが可能なアンテナ測定装置及びアンテナ測定方法を得ることを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ測定装置は、被測定アンテナと、この被測定アンテナに対向した位置に設けられ、被測定アンテナから放射された電磁波を受信する開口部の大きさ及び／若しくは形状が異なる複数のプローブと、この複数のプローブが同時に受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布と一様な位相分布とから被測定アンテナの位相分布を算出し、振幅分布及び位相分布から被測定アンテナの放射特性を求める演算処理手段とを備えるものである。
【００２８】
この発明に係るアンテナ測定装置は、被測定アンテナと、この被測定アンテナに対向した位置に設けられ、被測定アンテナから放射された電磁波を受信し、被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブと、このプローブを回転自在に保持し、プローブの被測定アンテナに対して水平な方向と垂直な方向とを交互に切り換えるプローブ回転手段と、プローブが、被測定アンテナの励振方向に対するプローブの励振方向は変えずに各方向で受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布と一様な位相分布とから被測定アンテナの位相分布を算出し、振幅分布及び位相分布から被測定アンテナの放射特性を求める演算処理手段とを備えるものである。
【００２９】
この発明に係るアンテナ測定装置は、プローブを被測定アンテナに対して水平及び／若しくは垂直な方向に摺動自在に保持する摺動手段を備えるものである。
【００３０】
この発明に係るアンテナ測定装置は、プローブに対して水平及び／若しくは垂直な方向の軸まわりに回転自在に、被測定アンテナを保持する回転手段を備えるものである。
【００３１】
この発明に係るアンテナ測定方法は、被測定アンテナの位相分布の初期値として一様分布を予め設定する初期値設定ステップと、開口部の大きさ及び／若しくは形状が異なる複数のプローブが、被測定アンテナから放射される電磁波を一括して受信し、この複数のプローブが受信した電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、振幅分布と位相分布とから演算用データを算出し、この演算用データから複数のプローブが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値を求め、この演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布を複数のプローブが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、複数のプローブの各演算用データ補正値を求める補正変換ステップと、この補正変換ステップにより求めた複数のプローブの各演算用データ補正値を比較し、これらが一致したと判定する十分小さい値にこれらの差が収束するとき、その演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求め、収束しないとき、補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えるものである。
【００３２】
この発明に係るアンテナ測定方法は、被測定アンテナの位相分布の初期値として一様分布を予め設定する初期値設定ステップと、被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブが、被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向で被測定アンテナから放射される電磁波を受信し、この各方向のプローブが受信した電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、振幅分布と位相分布とから演算用データを算出し、この演算用データから各方向のプローブが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値を求め、この演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布を各方向のプローブが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、各方向のプローブの演算用データ補正値を求める補正変換ステップと、この補正変換ステップにより求めた各方向のプローブの演算用データ補正値を比較し、これらが一致したと判定する十分小さい値にこれらの差が収束するとき、その演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求め、収束しないとき、補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えるものである。
【００３３】
この発明に係るアンテナ測定方法は、初期値設定ステップで設定する被測定アンテナの位相分布の初期値は、被測定アンテナの形状に基づいて算出される計算値を用いるものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるアンテナ測定装置を概略的に示す図である。図において、１は被測定アンテナ、２ａは第１プローブ（プローブ）、２ｂは第１プローブ２ａより開口径が大きい第２プローブ（プローブ）で、これら第１プローブ２ａ及び第２プローブ２ｂはｘ軸に沿って並列に配置される。３は第１プローブ２ａ及び第２プローブ２ｂをｘ軸方向及びｙ軸方向に摺動させるｘｙスキャナ（摺動手段）である。４ａは第１プローブ２ａ及び第２プローブ２ｂで検出した被測定アンテナ１の電磁波を２チャンネル受信可能な送受信器を示す。５は送受信器４ａから入力される被測定アンテナ１に関わるデータを演算処理する演算処理器（演算処理手段）である。１２は被測定アンテナ１に接続され、電磁波送信を行う送信器である。
また、図２はこの発明の実施の形態１によるアンテナ測定装置を使用したアンテナ測定方法の位相推定アルゴリズムを示すフロー図である。
【００３５】
次に動作について説明する。
図示を省略したがプローブ２ａ，２ｂの各開口面を含む平面をスキャン平面とし、被測定アンテナ１の開口の中心からスキャン平面を貫く直線の交点を原点とするｘｙｚ座標系と定義する。
ｘｙスキャナ３をｘ軸方向に沿って摺動させて、被測定アンテナ１より放射された電磁波を、プローブ２ａ，２ｂで同時に受信すると、プローブ２ａはその開口部の中心位置Ｐn （測定点Ｐn ）における信号を受信し、プローブ２ｂは既にプローブ２ａが測定した測定点Ｐn-1 （Ｐn とＰｎ−１とはｘ軸方向に並んだ点でｘ座標値がＰn-1 ＜Ｐn である）における信号を受信する。次に、ｘｙスキャナ３をｘ軸方向に沿って摺動させて、プローブ２ｂの開口部の中心位置が既にプローブ２ａが測定した点Ｐn に達したときに信号を受信し、プローブ２ａは次の測定点で信号を受信する。このようなステップをふんで被測定アンテナ１からの電磁波を受信する。これにより、最終的に得られるプローブ２ａ，２ｂによる振幅分布は、同じ間隔で同じ測定点におけるデータを有していることとなる。
【００３６】
上記のようにして測定された２つのプローブ２ａ，２ｂから得られた振幅分布を用いて、図２に示すフローに沿って、演算処理器５により以下に述べるアルゴリズムで被測定アンテナ１の開口上での位相分布を求める。
先ず、演算処理器５内の不図示のメモリに、ある測定点Ｐ（このときの、被測定アンテナ１の測定面をｚ＝Ｚ１とする）において一様である位相分布Ｐ０（Ｐ）を初期値として設定する（初期値設定ステップ）。次に、例えば第１プローブ２ａで検出した電磁波から被測定アンテナ１の振幅分布Ａ１（Ｐ）を求める（振幅分布測定ステップ）。ここまでの操作が図２におけるステップＳＴ１に相当する。
【００３７】
次に、ステップＳＴ２において、上記振幅分布Ａ１（Ｐ）及び位相分布Ｐ０（Ｐ）に基づいて、被測定アンテナ１の放射特性を表すスペクトルを算出する（Ｐは測定点Ｐのベクトルを表す）。ここでは、平面走査であるので、上記振幅分布Ａ１（Ｐ）及び位相分布Ｐ０（Ｐ）に対してフーリエ変換（図示ではＦＦＴ）を行うことができる。これにより、被測定アンテナ１の放射特性を表すスペクトルＤ１（Ｋ）（演算用データ）は、下記式のように求められる。
【数３】
【００３８】
第１プローブ２ａ自体の放射特性を表すスペクトルｒ１（Ｋ）は既知の値であり、これを用いて第１プローブ２ａの指向性に起因する要素を取り除く補正を行う。ここで、ｒ１（Ｋ）は複素数であり、被測定アンテナ１と第１プローブ２ａの交差偏波成分が十分に小さいと仮定して、第１プローブ２ａの指向性に起因する要素を取り除く補正を行った被測定アンテナ１の放射特性を表すスペクトルＤ１’（Ｋ）（演算用データ補正値）は下記式のように表される。
Ｄ１’（Ｋ）＝Ｄ１（Ｋ）／ｒ１（Ｋ） ・・・（６）
ここまでの操作が図２のステップＳＴ４からステップＳＴ６に相当する。
【００３９】
ステップＳＴ６で求めた被測定アンテナ１のスペクトルＤ１’（Ｋ）に再びフーリエ変換を行って、測定面ｚ＝Ｚ１における被測定アンテナ１の電界分布を算出する（ステップＳＴ７）。この実施の形態１ではプローブ２ａ，２ｂは平面走査であるので、上記電界分布の振幅分布をＡ１’（Ｐ）、位相分布をＰ１（Ｐ）とすると、電界分布は下記式のように表せる（ステップＳＴ８）。
【数４】
次に第２プローブ２ｂで測定した電磁波から求めた被測定アンテナ１の振幅分布Ａ２（Ｐ）を、演算処理器５内の不図示のメモリから読み出して（ステップＳＴ９）、この電界分布における振幅分布Ａ１’（Ｐ）と置き換える（ステップＳＴ１０）。振幅分布を置き換えた電界分布（振幅分布及び位相分布）を再びフーリエ変換（ステップＳＴ１１）することにより、下記式で表される第２プローブ２ｂで観測されたデータのスペクトルＤ２（Ｋ）が得られる（ステップＳＴ１２）。
【数５】
【００４１】
第１プローブ２ａと同様に、第２プローブ２ｂも指向性を有するので、これによるスペクトルをｒ２（Ｋ）とし、これを用いて第１プローブ２ａの指向性に起因する要素を取り除く補正を行う。ここで、ｒ２（Ｋ）は複素数であり、被測定アンテナ１と第２プローブ２ｂの交差偏波成分が十分に小さいと仮定して、第２プローブ２ｂの指向性に起因する要素を取り除く補正を行った被測定アンテナ１の放射特性を表すスペクトルＤ２’（Ｋ）（演算用データ補正値）は下記式のように表される。
Ｄ２’（Ｋ）＝Ｄ２（Ｋ）／ｒ２（Ｋ） ・・・（９）
ここまでの操作が図２のステップＳＴ１３からステップＳＴ１５に相当し、ステップＳＴ４からステップＳＴ１５までが補正変換ステップとなる。
【００４２】
このあと、ステップＳＴ６で求めたＤ１’（Ｋ）とステップＳＴ１５で求めたＤ２’（Ｋ）とを比較する（ステップＳＴ１７）。この比較操作は、例えば下記式で表されるＤ１’（Ｋ）とＤ２’（Ｋ）との差εを用いて行う。
ε＝｜Ｄ２’（Ｋ）−Ｄ１’（Ｋ）｜2 ・・・（１０）
具体的にはＤ１’（Ｋ）の振幅分布とＤ２’（Ｋ）の振幅分布とを比較するので、これらをフーリエ変換（図示ではＦＦＴ）して振幅分布及び位相分布を求める（ステップＳＴ１６）。
２つのスペクトルＤ１’（Ｋ），Ｄ２’（Ｋ）は同じ間隔で同じ測定点におけるデータを有している振幅分布から求めた被測定アンテナ１のスペクトルであるので、これらの差であるεは本来ならば零であるはずだが、プローブ２ａ，２ｂの形状の違いに由来する因子（プローブ２ａ，２ｂの指向性など）から、当初はＤ１’（Ｋ）とＤ２’（Ｋ）とは等しくならない。そこで、εが十分に小さい値を示せさず、これらの差が大きい場合は、ステップＳＴ１９に進んで上記ステップＳＴ２からの操作を繰り返してプローブ２ａ，２ｂの形状の違いに由来する因子を取り除く。具体的な操作は後述する。また、εが十分に小さい値に収束したものとしてステップＳＴ１８に進み、Ｄ１’（Ｋ）（＝Ｄ２’（Ｋ））をフーリエ変換して被測定アンテナ１の任意の位置における振幅分布及び位相分布が得られる。
【００４３】
εが収束しなかった場合に進むステップＳＴ１９では、ステップＳＴ１５で求めたＤ２’（Ｋ）を用いて被測定アンテナ１の測定面（ｚ＝Ｚ１）での電界分布（振幅分布及び位相分布）を求める。このとき、振幅分布をＡ２’（Ｐ）、位相分布をＰ２（Ｐ）とすると、電界分布は平面走査の場合は下記式で表される。
【数６】
次に第１プローブ２ａで測定した電磁波から求めた被測定アンテナ１の振幅分布Ａ１（Ｐ）を、演算処理器５内の不図示のメモリから読み出して（ステップＳＴ２０）、この電界分布における振幅分布Ａ２’（Ｐ）と置き換える（ステップＳＴ２１）。このようにして被測定アンテナ１の測定面（ｚ＝Ｚ１）における振幅分布Ａ１（Ｐ）、位相分布Ｐ２（Ｐ）を求め、この後、再びステップＳＴ２からの操作をステップＳＴ１７におけるεが収束するまで繰り返す。以上のステップＳＴ１６からステップＳＴ２１までが比較演算ステップに相当する。
【００４５】
なお、ある面での振幅・位相分布が得られた場合には、それらの分布を用いて任意の位置、例えば開口分布にフィールド変換可能なことは言うまでもない。また、収束時の各ステップで得られている位相分布は各状態での正しく推定された位相分布であることも言うまでもない。
【００４６】
以上のように、この実施の形態１によれば、被測定アンテナ１と、この被測定アンテナ１に対向した位置に設けられ、被測定アンテナ１から放射された電磁波を受信する開口径が異なる第１プローブ２ａ及び第２プローブ２ｂと、これらプローブ２ａ，２ｂが受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布から被測定アンテナ１の位相分布を算出し、振幅分布及び位相分布から被測定アンテナ１の放射特性を求めるので、被測定アンテナ１を動かすことなくその位相分布を推定することができ、従来に比べ高精度に位置決めが可能な大掛かりな装置を必要としないことから、装置の製作コストを低減できる。また、アライメント精度も被測定アンテナ１を移動しないため、被測定アンテナ１がサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合においても高精度な測定が可能である。さらに、同時に２つの測定値が得られることから、従来のように２回測定を行う必要がなく、測定時間を短縮することができる。
【００４７】
また、この実施の形態１によれば、被測定アンテナ１の位相分布の初期値を予め設定する初期値設定ステップと、開口径が異なるプローブ２ａ，２ｂが、被測定アンテナ１から放射される電磁波を一括して受信し、プローブ２ａ，２ｂが受信した電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、振幅分布と位相分布とから演算用データとして被測定アンテナ１の放射特性を表すスペクトルを算出し、このスペクトルからプローブ２ａ，２ｂが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値として補正スペクトルを求め、この補正スペクトルに基づいて被測定アンテナ１の測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布をプローブ２ａ，２ｂが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、プローブ２ａ，２ｂの各補正スペクトルを求める補正変換ステップと、この補正変換ステップにより求めたプローブ２ａ，２ｂの各補正スペクトルを比較し、これらが略一致するとき、その補正スペクトルに基づいて被測定アンテナ１の振幅分布及び位相分布を求め、略一致しないとき、補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えた方法で測定を行うので、プローブ２ａ，２ｂの指向特性に起因する誤差を補正しながらフェーズリトリーバル法に則って被測定アンテナ１の振幅分布及び位相分布を求めることができることから、被測定アンテナ１の放射特性をより高精度に測定することができる。
【００４８】
さらに、実施の形態１においては、平面走査であるので、フィールド変換は平面波展開となるためフーリエ変換を用いることができ、高速に計算することができる。
【００４９】
なお、上記実施の形態１において、プローブ２ａ，２ｂの指向性に起因する要素を取り除く補正を行う際に、被測定アンテナ１とプローブ２ａ，２ｂとの交差偏波成分が十分に小さいことを前提として演算しているので、使用するプローブ２ａ，２ｂとしては、矩形開口を有するホーンまたは導波管の切れ端といった、低交差偏波を実現するものが望ましい。また、従来例との比較上プローブという言葉を用いるが、プローブに相当するものとして測定波長に比べて数波長から数十波長の大きさの開口を有するホーンを用いてもよい。
また、上記実施の形態１では２つのプローブ２ａ，２ｂで測定する例を示したが、本願発明はこれに限らず、３つ以上の開口部の形状と大きさとが異なるプローブを使用してもよい。これにより、同時に３つ以上の測定値が得られるので、さらに測定時間を短縮することができる。
【００５０】
さらに、上記実施の形態１では開口径の異なる２つのプローブ２ａ，２ｂを用いたが、低交差偏波を実現することができるものならば、開口部の形状が異なるプローブや開口部の形状と大きさとが異なるプローブを使用してもよい。
【００５１】
実施の形態２．
上記実施の形態１ではプローブ２ａ，２ｂ及び被測定アンテナ１を固定して測定する例を示したが、この実施の形態２はプローブ２ａ，２ｂをスキャン平面上で平面走査し、被測定アンテナ１を回転させて様々な測定面における振幅分布を求めることができるようにしたものである。
【００５２】
図３はこの発明の実施の形態２によるアンテナ測定装置を概略的に示す図である。図において、Ａは１軸回転台６ａの回転軸、６ａは被測定アンテナ１をＡ軸まわりに回転させる１軸回転台（回転手段）で、９はプローブ２ａ，２ｂをｘ軸方向に摺動させるｘ軸方向駆動スキャナ（摺動手段）である。また、スキャン平面におけるｘｙｚ座標系の定義は図１と同一である。なお、図１と同一構成要素は同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００５３】
次に動作について説明する。
被測定アンテナ１をＡ軸まわりに回転させ、被測定アンテナ１の各回転角度に対してプローブ２ａ，２ｂをｘ軸上で移動させて走査することで、被測定アンテナ１の動径方向ρ＝Ｚ１の円筒面上での振幅分布を測定することができる。これを上記実施の形態１における被測定アンテナ１の測定面として、プローブ２ａ，２ｂにより得られた各振幅分布を用いて、上記実施の形態１と同様に位相分布を算出する。なお、図２において、スペクトルを求める際の変換には円筒座標系表示となる。
【００５４】
図４はこの発明の実施の形態２によるアンテナ測定装置の他の例を概略的に示す図である。図において、Ａは被測定アンテナ１の測定面を含む平面にＸＹ座標をおくと、２軸回転台１０のＸ軸に平行な回転軸であり、Ｂは２軸回転台１０のＹ軸に平行な回転軸である。１０は被測定アンテナ１をＡ軸及びＢ軸まわりに回転させる２軸回転台（回転手段）である。また、スキャン平面におけるｘｙｚ座標系の定義は図１と同一である。なお、図１と同一構成要素は同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００５５】
次に動作について説明する。
被測定アンテナ１をそれぞれＡ，Ｂ軸まわりに回転させて、被測定アンテナ１の各回転角度に対してプローブ２ａ，２ｂにて測定することで、２軸回転台１０の回転中心を原点とした球面上での振幅分布を測定することができる。これを上記実施の形態１における被測定アンテナ１の測定面として、プローブ２ａ，２ｂにより得られた各振幅分布を用いて、上記実施の形態１と同様に位相分布を算出する。なお、図２において、スペクトルを求める際の変換には球座標系表示となる。
【００５６】
以上のように、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１の構成に加えて、開口径が異なるプローブ２ａ，２ｂを、被測定アンテナ１に対して水平及び／若しくは垂直な方向に摺動自在に保持する摺動手段であるｘ軸方向駆動スキャナ９、プローブ２ａ，２ｂに対して水平及び／若しくは垂直な方向の軸まわりに回転自在に、被測定アンテナ１を保持する回転手段である１軸回転台６ａや２軸回転台１０を備えたので、被測定アンテナ１の測定範囲を広げることができることから、例えば被測定アンテナ１の背面の電界分布も測定することが可能な円筒走査や球面走査を行うことができる。また、円筒走査近傍界測定及び球面走査近傍界測定に高価で大掛かりな移動装置を使うことがなく、測定装置のコストを低減することができる。
【００５７】
実施の形態３．
上記実施の形態１及び実施の形態２では、開口部の大きさ及び／若しくは形状が異なる複数のプローブを用いる例を示したが、この実施の形態３は被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブを用いるものである。
【００５８】
図５はこの発明の実施の形態３によるアンテナ測定装置を示す図であり、（ａ）は概略的な構成図、（ｂ）はプローブ周辺部を示す拡大図である。図において、２ｃは縦横の長さが異なる矩形開口のプローブ（プローブ）であり、辺の長さをそれぞれａ，ｂとする。４ｂはプローブ２ｃで検出した被測定アンテナ１の電磁波を１チャンネル受信可能な送受信器を示す。８はプローブ２ｃを開口部の中心を通る軸まわりに回転させるプローブ偏波回転装置（プローブ回転手段）である。また、図示を省略したがプローブ２ｃの開口面を含む平面をスキャン平面とし、被測定アンテナ１の開口の中心からスキャン平面を貫く直線の交点を原点とするｘｙｚ座標系を定義する。スキャン平面上におけるプローブ２ｃの各開口部の中心位置を測定点Ｐとし、被測定アンテナ１の測定面をｚ＝Ｚ１とする。なお、図１と同一構成要素については同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００５９】
次に動作について説明する。
縦横の長さの異なるプローブを用いた場合、例えば図５（ａ）に示す座標系において、プローブの受信偏波がｘ軸方向とすると、長さｂの辺をｘ軸に平行にして測定した測定値と、長さａの辺をｘ軸に平行にして測定した場合には異なる測定結果が得られる。よって、図５（ｂ）に示すように長さｂの辺をｘ軸に平行にして測定を行い、プローブ偏波回転装置８を用いて９０度回転させて、長さａの辺をｘ軸に平行にして測定を行った２つの測定値を用いて上記実施の形態１と同様にして位相分布の推定を行う。また、プローブ２ｃの補正は上記各方向におけるプローブ２ｃの放射特性を表すスペクトルなどを使って行う。
このように実施の形態３では、開口部の縦横の長さが異なるプローブを回転させて縦横を変換して測定することにより、被測定アンテナの移動を省略し、さらにフェーズリトリーバル法に基づいた解析を行うので振幅分布測定のみから被測定アンテナの放射特性を推定できることを特徴とする。
なお、励振偏波の方向はプローブ２ｃの回転による変化はしないものとする。
【００６０】
以上のように、この実施の形態３によれば、被測定アンテナ１と、この被測定アンテナ１に対向した位置に設けられ、被測定アンテナ１から放射された電磁波を受信する被測定アンテナ１に対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブ２ｃと、このプローブ２ｃが各方向で受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布から被測定アンテナ１の位相分布を算出し、振幅分布及び位相分布から被測定アンテナ１の放射特性を求めるので、従来のように被測定アンテナ１を動かすことなくその位相分布を推定することができ、従来に比べ高精度に位置決めが可能な大掛かりな装置を必要としないことから、装置の製作コストを低減できる。また、アライメント精度も被測定アンテナ１を移動しないため、被測定アンテナ１がサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合においても高精度な測定が可能である。
【００６１】
また、この実施の形態３によれば、被測定アンテナ１の位相分布の初期値を予め設定する初期値設定ステップと、被測定アンテナ１に対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブ２ｃが、被測定アンテナ１から放射される電磁波を各方向で受信し、プローブ２ｃが受信した各電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、振幅分布と位相分布とから演算用データとして被測定アンテナ１の放射特性を表すスペクトルを算出し、このスペクトルから各方向のプローブ２ｃが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値として補正スペクトルを求め、この補正スペクトルに基づいて被測定アンテナ１の測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布を各方向のプローブ２ｃが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、各方向のプローブ２ｃの各補正スペクトルを求める補正変換ステップと、この補正変換ステップにより求めた各方向のプローブ２ｃの各補正スペクトルを比較し、これらが略一致するとき、その補正スペクトルに基づいて被測定アンテナ１の振幅分布及び位相分布を求め、略一致しないとき、補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えたアンテナ測定方法で測定を行うので、プローブ２ａ，２ｂの指向特性に起因する誤差を補正しながらフェーズリトリーバル法に則って被測定アンテナ１の振幅分布及び位相分布を求めることができることから、被測定アンテナ１の放射特性をより高精度に測定することができる。
【００６２】
さらに、上記実施の形態３では、プローブ２ｃとして縦横の長さが異なる矩形開口部を有するものを示したが、矩形に限らず楕円形状など縦横の長さが異なるものならばよい。
【００６３】
また、上記実施の形態３の構成に加えて、プローブ２ｃを被測定アンテナ１に対して水平及び／若しくは垂直な方向に摺動自在に保持する摺動手段や、プローブ２ｃに対して水平及び／若しくは垂直な方向の軸まわりに回転自在に、被測定アンテナ１を保持する回転手段を設けることで、被測定アンテナ１の背面の電界分布も測定することが可能な円筒走査や球面走査を行うことができる。また、これら円筒走査近傍界測定及び球面走査近傍界測定に高価で大掛かりな移動装置を使うことがなく、測定装置のコストを低減することができる。
【００６４】
上記実施の形態３では、上記実施の形態１，２に比べると、同時に２つの測定値を取得できないため測定時間の短縮の効果は得られないが、送受信器４ｂが通常の１チャネルの送受信器であるので実施の形態１，２に比べて低コストで測定を行うことができる。
【００６５】
なお、上記実施の形態１から実施の形態３で示した本発明の位相分布推定のアルゴリズムは、その根底の理論が最適法に基づくものであり初期値に依存する。上記実施の形態１から実施の形態３では、その推定アルゴリズムにおいて位相分布の初期値を測定点Ｐにおいて一様である位相分布としているが、これに代わって被測定アンテナの形状に基づいて算出される計算値を用いる。これにより、局所解に陥ることを防ぐことができ、収束が早くなるという効果を有する。また、位相分布の初期値が真の値から大きくずれることがなく、推定アルゴリズムの信頼性を向上させることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、被測定アンテナと、この被測定アンテナに対向した位置に設けられ、被測定アンテナから放射された電磁波を受信する開口部の大きさ及び／若しくは形状が異なる複数のプローブと、この複数のプローブが受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布から被測定アンテナの位相分布を算出し、振幅分布及び位相分布から被測定アンテナの放射特性を求める演算処理手段とを備えるので、被測定アンテナを動かすことなくその位相分布を推定することができ、従来に比べ高精度に位置決めが可能な大掛かりな装置を必要としないことから、装置の製作コストを低減できる効果がある。また、アライメント精度も被測定アンテナを移動しないため、被測定アンテナがサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合においても高精度な測定が可能である。さらに、複数のプローブで同時に複数の測定値が得られることから、従来のように複数回測定を行う必要がなく、測定時間を短縮することができる効果がある。
【００６７】
この発明によれば、被測定アンテナと、この被測定アンテナに対向した位置に設けられ、被測定アンテナから放射された電磁波を受信し、被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブと、このプローブを回転自在に保持し、プローブの被測定アンテナに対して水平な方向と垂直な方向とを交互に切り換えるプローブ回転手段と、プローブが各方向で受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布から被測定アンテナの位相分布を算出し、振幅分布及び位相分布から被測定アンテナの放射特性を求める演算処理手段とを備えるので、被測定アンテナを動かすことなくその位相分布を推定することができ、従来に比べ高精度に位置決めが可能な大掛かりな装置を必要としないことから、装置の製作コストを低減できる効果がある。また、被測定アンテナがサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合においてもアライメント精度も被測定アンテナを移動しないため、高精度な測定が可能である。
【００６８】
この発明によれば、プローブを被測定アンテナに対して水平及び／若しくは垂直な方向に摺動自在に保持する摺動手段を備えるので、被測定アンテナの測定範囲を広げることができることから、例えば被測定アンテナの背面の電界分布も測定することが可能な円筒走査や球面走査を行うことができる。また、段落００６６、段落００６７や段落００６９の構成に付加することで、円筒走査近傍界測定及び球面走査近傍界測定に高価で大掛かりな移動装置を使うことがなく、測定装置のコストを低減することができる効果がある。
【００６９】
この発明によれば、プローブに対して水平及び／若しくは垂直な方向の軸まわりに回転自在に、被測定アンテナを保持する回転手段を備えるので、被測定アンテナの測定範囲を広げることができることから、例えば被測定アンテナの背面の電界分布も測定することが可能な円筒走査や球面走査を行うことができる。また、段落００６６から段落００６８の構成に付加することで、円筒走査近傍界測定及び球面走査近傍界測定に高価で大掛かりな移動装置を使うことがなく、測定装置のコストを低減することができる効果がある。
【００７０】
この発明によれば、被測定アンテナの位相分布の初期値を予め設定する初期値設定ステップと、開口部の大きさ及び／若しくは形状が異なる複数のプローブが、被測定アンテナから放射される電磁波を一括して受信し、複数のプローブが受信した電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、振幅分布と位相分布とから演算用データを算出し、この演算用データから複数のプローブが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値を求め、この演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布を複数のプローブが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、複数のプローブの各演算用データ補正値を求める補正変換ステップと、この補正変換ステップにより求めた複数のプローブの各演算用データ補正値を比較し、これらが略一致するとき、その演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求め、略一致しないとき、補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えるので、プローブの指向特性に起因する誤差を補正しながらフェーズリトリーバル法に則って被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求めることができることから、被測定アンテナの放射特性をより高精度に測定することができる効果がある。これにより、振幅分布のみを測定して位相分布を推定することができ、従来に比べ高精度に位置決めが可能な大掛かりな装置を必要としない。従って、装置の製作コストを低減できる効果がある。また、アライメント精度も被測定アンテナを移動しないため、被測定アンテナがサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合においても高精度な測定が可能である。さらに、複数のプローブで同時に複数の測定値を得ることができるために、従来のように複数回測定を行う必要がなく、測定時間を短縮することができる効果がある。
【００７１】
この発明によれば、被測定アンテナの位相分布の初期値を予め設定する初期値設定ステップと、被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブが、被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向で被測定アンテナから放射される電磁波を受信し、各方向のプローブが受信した電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、振幅分布と位相分布とから演算用データを算出し、この演算用データから各方向のプローブが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値を求め、この演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布を各方向のプローブが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、各方向のプローブの演算用データ補正値を求める補正変換ステップと、この補正変換ステップにより求めた各方向のプローブの演算用データ補正値を比較し、これらが略一致するとき、その演算用データ補正値に基づいて被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求め、略一致しないとき、補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えるので、プローブの指向特性に起因する誤差を補正しながらフェーズリトリーバル法に則って被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求めることができることから、被測定アンテナの放射特性をより高精度に測定することができる効果がある。これにより、振幅分布のみを測定して位相分布を推定することができ、従来に比べ高精度に位置決めが可能な大掛かりな装置を必要としない。従って、装置の製作コストを低減できる効果がある。また、アライメント精度も被測定アンテナを移動しないため、被測定アンテナがサブミリ波などの高周波数帯に共振周波数を有する場合においても高精度な測定が可能である。
【００７２】
この発明によれば、初期値設定ステップで設定する被測定アンテナの位相分布の初期値は、被測定アンテナの形状に基づいて算出される計算値を用いるので、局所解に陥ることを防ぐことができ、収束が早くなるという効果がある。また、位相分布の初期値が真の値から大きくずれることがなく、推定アルゴリズムの信頼性を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるアンテナ測定装置を概略的に示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるアンテナ測定装置を使用したアンテナ測定方法の位相推定アルゴリズムを示すフロー図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるアンテナ測定装置を概略的に示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるアンテナ測定装置の他の例を概略的に示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるアンテナ測定装置を示す図であり、（ａ）は概略的な構成図、（ｂ）はプローブ周辺部を示す拡大図である。
【図６】従来のフェーズリトリーバル法を使用するアンテナ測定装置の概略的な構成を示す図である。
【図７】フェーズリトリーバル法による被測定アンテナの位相分布の算出過程を示すフロー図である。
【図８】従来のプローブの指向性補正を行う近傍界測定を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 被測定アンテナ、２ａ 第１プローブ（プローブ）、２ｂ 第２プローブ（プローブ）、２ｃ プローブ（プローブ）、３ ｘｙスキャナ（摺動手段）、４ａ，４ｂ 送受信器、５ 演算処理器（演算処理手段）、６ａ １軸回転台（回転手段）、８ プローブ偏波回転装置（プローブ回転手段）、９ ｘ軸方向駆動スキャナ（摺動手段）、１０ ２軸回転台（回転手段）１２ 送信器、Ａ，Ｂ回転軸。
Claims (7)
- 被測定アンテナと、
この被測定アンテナに対向した位置に設けられ、上記被測定アンテナから放射された電磁波を受信する開口部の大きさ及び／若しくは形状が異なる複数のプローブと、
この複数のプローブが同時に受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布と一様な位相分布とから上記被測定アンテナの位相分布を算出し、上記振幅分布及び位相分布から被測定アンテナの放射特性を求める演算処理手段とを備えたアンテナ測定装置。 - 被測定アンテナと、
この被測定アンテナに対向した位置に設けられ、上記被測定アンテナから放射された電磁波を受信し、上記被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブと、
このプローブを回転自在に保持し、上記プローブの上記被測定アンテナに水平な方向と垂直な方向とを交互に切り換えるプローブ回転手段と、
上記プローブが、上記被測定アンテナの励振方向に対する上記プローブの励振方向は変えずに上記各方向で受信した電磁波から振幅分布を求め、この振幅分布と一様な位相分布とから上記被測定アンテナの位相分布を算出し、上記振幅分布及び位相分布から被測定アンテナの放射特性を求める演算処理手段とを備えたアンテナ測定装置。 - プローブを、被測定アンテナに対して水平及び／若しくは垂直な方向に摺動自在に保持する摺動手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアンテナ測定装置。
- プローブに対して水平及び／若しくは垂直な方向の軸まわりに回転自在に、被測定アンテナを保持する回転手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のアンテナ測定装置。
- 請求項１、請求項３、及び請求項４のうちのいずれか１項記載のアンテナ測定装置を使用するアンテナ測定方法において、
被測定アンテナの位相分布の初期値として一様分布を予め設定する初期値設定ステップと、
開口部の大きさ及び／若しくは形状が異なる複数のプローブが、上記被測定アンテナから放射される電磁波を一括して受信し、この複数のプローブが受信した電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、
振幅分布と位相分布とから演算用データを算出し、この演算用データから上記複数のプローブが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値を求め、この演算用データ補正値に基づいて上記被測定アンテナの測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布を上記複数のプローブが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、上記複数のプローブの各演算用データ補正値を求める補正変換ステップと、
この補正変換ステップにより求めた上記複数のプローブの各演算用データ補正値を比較し、これらが一致したと判定する十分小さい値にこれらの差が収束するとき、その演算用データ補正値に基づいて上記被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求め、収束しないとき、上記補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えたことを特徴とするアンテナ測定方法。 - 請求項２、請求項３、及び請求項４のうちのいずれか１項記載のアンテナ測定装置を使用するアンテナ測定方法において、
被測定アンテナの位相分布の初期値として一様分布を予め設定する初期値設定ステップと、
上記被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向の長さが異なる開口部を有するプローブが、上記被測定アンテナに対して水平な方向及び垂直な方向で上記被測定アンテナから放射される電磁波を受信し、この各方向のプローブが受信した電磁波から振幅分布を求める振幅分布測定ステップと、
振幅分布と位相分布とから演算用データを算出し、この演算用データから上記各方向のプローブが有する指向性に起因する要素を取り除いて演算用データ補正値を求め、この演算用データ補正値に基づいて上記被測定アンテナの測定面における振幅分布及び位相分布を算出し、この振幅分布を上記各方向のプローブが受信した電磁波から求めた各振幅分布と順次置き換えて、上記各方向のプローブの演算用データ補正値を求める補正変換ステップと、
この補正変換ステップにより求めた上記各方向のプローブの演算用データ補正値を比較し、これらが一致したと判定する十分小さい値にこれらの差が収束するとき、その演算用データ補正値に基づいて上記被測定アンテナの振幅分布及び位相分布を求め、収束しないとき、上記補正変換ステップを繰り返す比較演算ステップとを備えたことを特徴とするアンテナ測定方法。 - 初期値設定ステップで設定する被測定アンテナの位相分布の初期値は、上記被測定アンテナの形状に基づいて算出される計算値を用いることを特徴とする請求項５又は請求項６記載のアンテナ測定方法。
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