JP4925142B2 - アンテナ特性測定方法 - Google Patents

Description

この発明は、携帯電話などの小形無線端末に搭載されるアンテナの放射特性、またはインピーダンス特性を測定するアンテナ特性測定方法に関するものである。

図４は、従来のアンテナ特性測定装置における概略構成図である（例えば、特許文献１参照）。図４（ａ）は測定装置の全体構成を示したものであり、２１は小形無線端末、２２は被測定アンテナ、２３は光ファイバ、２４はスペクトラムアナライザ、２５は送信アンテナである。

図４（ｂ）は被測定アンテナ２２からスペクトラムアナライザ２４までの接続の詳細を表したものであり、２６はＬＮＡ（Low Noise Amplifier：低雑音増幅器）、２７はレーザーダイオード、２８はフォトダイオードである。
なお、図４において、実線の矢印は高周波信号の伝達方向、点線の矢印は光信号の伝達方向を表しており、他図においても同様の表現を用いるものとする。

また、図４は被測定アンテナ２２、小形無線端末２１が受信系として機能している場合の高周波信号および光信号の伝送状態を示しており、以下に動作について説明する。

送信アンテナ２５から高周波信号が放射され、被測定アンテナ２２により受信された高周波受信信号は小形無線端末２１内に実装されたＬＮＡ２６により増幅され、レーザーダイオード２７により光信号に変換される。変換された光信号は光ファイバ２３内を伝達し、フォトダイオード２８により高周波信号に変換される。

高周波信号はスペクトラムアナライザ２４に伝達され、その受信レベルが求められる。従来の一般的な測定法では、小形無線端末２１には高周波の同軸ケーブルが接続され、この同軸ケーブルの外皮に誘起される電流により、アンテナ２２の特性が正しく測定できないという問題点があった。

しかし、本従来技術に係る発明では、小形無線端末２１に接続されるケーブルは光ファイバ２３のみであり、小形無線端末２１に接続されるケーブルがアンテナ２２により受信された高周波受信信号に与える影響が低減できるという利点がある。

特開２０００−２８４０１１号公報

以上のような、従来の発明に係るアンテナ特性測定装置は、被測定アンテナ２２で受信した高周波信号をレーザーダイオード２７で光信号に変換している。このような測定系ではレーザーダイオード２７、およびそれを駆動するための電源などを小形無線端末２１に搭載する必要がある。

小形無線端末２１に搭載する機材が被測定アンテナ２２の特性に影響を与えないためには、小形無線端末２１の大きさに比べて十分小さくする必要がある。レーザーダイオード２７を駆動するためには小形無線端末１の大きさと比べると大きな装置が必要であり、それを駆動するために大きな電力が必要である。そのため、それらのものを小形無線端末２１に搭載することは困難であるといった問題点があった。

本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、光信号を利用した小形無線端末のアンテナ特性を測定する際に、小形無線端末に搭載する機材の小形化を実現することを目的とする。

この発明のアンテナ特性測定方法は、高周波の送信信号を出力する第一工程と、第一工程により出力された送信信号を、被測定アンテナを搭載した小型無線端末外で光信号に変換する第二工程と、第二工程により変換された光信号を光ファイバを介して小型無線端末内で受信し、高周波信号に変換する第三工程と、第三工程により変換された高周波信号を被測定アンテナから放射する第四工程と、第四工程により放射された高周波信号を受信アンテナを介して受信し、受信した高周波信号に基づいて被測定アンテナの放射特性を測定する第五工程とを有し、被測定アンテナの送信特性を測定するものである。

この発明に係るアンテナ特性測定方法は、小形無線端末にＥ／Ｏ変換部を搭載させる必要がなく小形無線端末の小型化が図れるとともに、被測定アンテナの放射特性を測定することができる。

この発明の実施の形態１に係るアンテナ特性測定装置の構成図である。 この発明の実施の形態２に係るアンテナ特性測定装置の構成図である。 この発明の実施の形態３に係るアンテナ特性測定装置の構成図である。 従来のアンテナ特性測定装置の構成図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るアンテナ特性測定装置の構成図である。図１において、１は小形無線端末、２は被測定アンテナ、３はＯ／Ｅ変換部、４はＥ／Ｏ変換部、５は送信機、６は測定アンテナ、７は受信機である。なお、本実施の形態１における小形無線端末１は内部にＯ／Ｅ変換部３を含むものである。
また、図中の太線の実線は高周波ケーブル、点線は光ファイバを表わしており、他図においても同様の表現を用いるものとする。

また、本実施の形態１に係るアンテナ特性測定装置における被測定アンテナ２および小形無線端末１は、送信系として機能している場合の高周波信号および光信号の伝送状態を示しており、以下に動作について説明する。

送信機５より発生された高周波信号からなる送信信号は、レーザーダイオード等のＥ／Ｏ変換部４により光信号に変換される。光信号は小形携帯端末１に内蔵されたフォトダイオード等のＯ／Ｅ変換部３で受信され、高周波信号に変換される。高周波信号は小形無線端末１に搭載された被測定アンテナ２から放射される。

被測定アンテナ２から放射された高周波信号は測定アンテナ６により受信され、受信機７によりその受信レベル、位相などが検出される。ここで、小形無線端末１および被測定アンテナ２を図示されていない回転台などに搭載し、回転させながら受信レベル、位相などを測定することにより、被測定アンテナ２の送信アンテナとしての放射特性を測定することができる。

なお、小形無線端末１に搭載すべき機材はＯ／Ｅ変換部３とそれを駆動するための電池である。Ｏ／Ｅ変換部３のサイズは１０［ｍｍ］四方程度であり、それを駆動する電源も５［Ｖ］程度であり、ボタン型電池などの小形なものが適用できる。

そのため、小形無線端末１上に搭載すべき機材の大きさは電池も含めて２０［ｍｍ］四方程度で構成することが可能である。これは小形無線端末１の大きさに比べると十分に小さいものであり、かかる機材が被測定アンテナ２の特性に影響を与えることなく被測定アンテナ２の放射特性を測定できる。

実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２に係るアンテナ特性測定装置の構成図である。図２において、図１と同一符号は同一箇所を示し、その説明は省略する。新たな符号として、８は光変調器、９は光復調器、１０は発光装置である。また、本実施の形態２における小形携帯端末１は光変調器８を内部に含むものである。

なお、本実施の形態２に係るアンテナ特性測定装置における被測定アンテナ２および小形無線端末１は、受信系として機能している場合の高周波信号および光信号の伝送状態を示しており、以下に動作について説明する。

送信機５より発生された高周波信号からなる送信信号は、測定アンテナ６により放射される。被測定アンテナ２は放射された高周波信号を受信し、小形無線端末１に内蔵された光変調器８に伝達される。光変調器８は発光装置１０により発生された光信号を第１の光ファイバを介して受信し、この光信号を前記被測定アンテナ２より伝達された高周波信号に基づいて変調し、変調された光信号は第２の光ファイバを介して光復調器９に伝達される。

光復調器９では変調された光信号を復調することにより、元の被測定アンテナ２により受信された高周波信号を取り出し、その高周波信号は受信機７により受信され、振幅、位相などの情報が検出される。ここで、小形無線端末１および被測定アンテナ２を図示されていな回転台などに搭載し、回転させながら受信レベル、位相などを測定することにより、被測定アンテナ２の受信アンテナとしての放射特性を測定することができる。

ここで、小形無線端末１に搭載すべき機材はパッシブな素子である光変調器８のみであり、比較的大きな装置である発光装置１０は小形無線端末１に搭載する必要がない。光変調器８の大きさは２０［ｍｍ］四方程度であり、これは小形無線端末１の大きさに比べると十分に小さいものである。

そのため、本実施の形態２のアンテナ特性測定装置を用いることにより、かかる機材が被測定アンテナ２の特性に影響を与えることなく被測定アンテナ２の特性を測定することができる。

また、本実施の形態２では、被測定アンテナ２を受信アンテナとして用いているため、装置全体を市街地などに設置することで市街地における被測定アンテナ２の受信特性などを測定することが可能である。

実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３に係るアンテナ特性装置の構成図である。図３において、新たな符号として１１はサーキュレータである。なお、図３は被測定アンテナ２のインピーダンス特性を測定するための測定系を示したものである。また、本実施の形態３における小形無線端末１は、Ｏ／Ｅ変換部３、サーキュレータ１１、光変調器８を含むものである。

送信機５より発生された高周波信号からなる送信信号は、Ｅ／Ｏ変換部４により光信号に変換される。この光信号は第１の光ファイバを介して小形無線端末１内のＯ／Ｅ変換部３に伝達され、そこで高周波信号に変換される。この高周波信号はサーキュレータ１１を介して被測定アンテナ２に伝達される。

ここで、被測定アンテナ２のインピーダンスが小形無線端末１内のサーキュレータ１１、高周波伝送路などからなる高周波回路のインピーダンスと完全に整合が取れていない場合には一部の高周波信号が反射される。この反射された高周波信号はサーキュレータ１１を介して光変調器８に伝達される。

光変調器８では、発光装置１０で発生して第２の光ファイバを介して受信した光信号を被測定アンテナ２により反射されてサーキュレータ１１により出力された高周波信号に基づいて変調し、かかる光信号は第３の光ファイバを介して光復調器９に伝達される。

光復調器９では、変調された光信号から高周波信号を取り出し、その高周波信号は受信機７により受信され、振幅、位相などの情報が検出される。以上のようにして、受信機７では光復調器９から受信した高周波信号と、送信機５から出力され、カプラ等を介して直接受信した高周波信号とを比較することにより、被測定アンテナ２にて反射された高周波信号を推定することが可能である。

なお、高周波回路のインピーダンスは既知であるため、反射された高周波信号から被測定アンテナ２のインピーダンスを推定することが可能である。

ここで、小形無線端末１に搭載すべき機材は光変調器８、Ｏ／Ｅ変換部３、およびそれを駆動する電源である。上記実施の形態１，２で説明したように、それぞれの機材は２０［ｍｍ］四方程度で構成することが可能である。これは小形無線端末１の大きさに比べると十分に小さいものである。

そのため、本実施の形態３に係るアンテナ特性測定装置を用いることにより、かかる機材が被測定アンテナ２の特性に影響を与えることなく被測定アンテナ２のインピーダンス特性を測定することができる。

また、従来の測定法である同軸ケーブルを被測定アンテナ２に直接接続する方法では同軸外皮を流れる電流がアンテナのインピーダンス特性に影響し、測定精度が劣化していたが、本実施の形態３によればその精度劣化を防ぐことが可能である。

１ 小形無線端末、２ 被測定アンテナ、３ Ｏ／Ｅ変換部、４ Ｅ／Ｏ変換部、５ 送信機、６ 受信アンテナ、７ 受信機、８ 光変調器、９ 光復調器、１０ 波高装置、１１ サーキュレータ、２１ 小形無線端末、２２ 被測定アンテナ、２３ 光ファイバ、２４ スペクトラムアナライザ、２５ 送信アンテナ、２６ ＬＮＡ、２７ レーザーダイオード、２８ フォトダイオード。

Claims (1)

1. 高周波の送信信号を出力する第一工程と、
   前記第一工程により出力された送信信号を、被測定アンテナを搭載した小型無線端末外で光信号に変換する第二工程と、
   前記第二工程により変換された光信号を光ファイバを介して前記小型無線端末内で受信し、高周波信号に変換する第三工程と、
   前記第三工程により変換された高周波信号を前記被測定アンテナから放射する第四工程と、
   前記第四工程により放射された高周波信号を受信アンテナを介して受信し、受信した高周波信号に基づいて前記被測定アンテナの放射特性を測定する第五工程と
   を有し、被測定アンテナの送信特性を測定するアンテナ特性測定方法。

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