JP4944636B2 - Linear array antenna near-radiation electric field measurement apparatus and method - Google Patents

Linear array antenna near-radiation electric field measurement apparatus and method Download PDF

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Description

本発明は、リニアアレーアンテナの放射近傍領域の電界強度を測定するための装置、及びその方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and a method for measuring the electric field strength in the vicinity of radiation of a linear array antenna.

リニアアレーアンテナは携帯電話の無線基地局のアンテナとして多く使用されている。基地局のアンテナをアンテナタワーやビル屋上に設置する場合、電波法で規定する電波の強度の基準値と一致する境界に関する情報が必要となる。
図12は従来技術によるアンテナ放射近傍領域の電界測定装置600の構成例を示す図である。また、図13は処理フロー例である。
この測定方法においては、任意の範囲においてXY平面上の電界強度の測定を行い、その測定結果からXZ平面上の電界強度の計算推定を行う。そのため、XY平面上のアンテナ近傍の電界強度からXZ平面上の遠方の電界強度を把握することができる。
Linear array antennas are often used as antennas for mobile phone radio base stations. When the base station antenna is installed on the antenna tower or building roof, information on the boundary that matches the reference value of the strength of the radio wave stipulated by the Radio Law is required.
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of an electric field measurement apparatus 600 in the vicinity of antenna radiation according to a conventional technique. FIG. 13 is an example of a processing flow.
In this measurement method, the electric field strength on the XY plane is measured in an arbitrary range, and the electric field strength on the XZ plane is calculated and estimated from the measurement result. Therefore, it is possible to grasp the electric field strength in the distance on the XZ plane from the electric field strength near the antenna on the XY plane.

電界測定装置600は、電界センサ10、センサ位置決め手段610、振幅/位相検出回路30、フーリエ変換回路40、Z軸変換回路50、逆フーリエ変換回路60及び表示回路70から構成される。
なお、各軸については、上記リニアアレーアンテナの中心軸と平行な軸をX軸、上記リニアアレーアンテナの中心軸の中間点からX軸におろした法線の方向をZ軸、X軸とZ軸の双方に直交する軸をY軸と定義する。
電界センサ10は、測定対象となるリニアアレーアンテナが励起するX軸成分とY軸成分とを含む高周波電界を検知して電気信号として出力する(S91)。
The electric field measurement apparatus 600 includes an electric field sensor 10, a sensor positioning unit 610, an amplitude / phase detection circuit 30, a Fourier transform circuit 40, a Z-axis conversion circuit 50, an inverse Fourier transform circuit 60, and a display circuit 70.
For each axis, the axis parallel to the central axis of the linear array antenna is the X axis, the normal direction from the midpoint of the central axis of the linear array antenna to the X axis is the Z axis, and the X axis and Z axis An axis orthogonal to both axes is defined as the Y axis.
The electric field sensor 10 detects a high-frequency electric field including the X-axis component and the Y-axis component excited by the linear array antenna to be measured and outputs it as an electrical signal (S91).

センサ位置決め手段610は、X軸方向及びY軸方向の、所定の測定範囲及び所定の測定間隔に基づき、XY平面上において電界センサ10を移動させるとともに、測定点における電界センサ10のX軸座標値x及びY軸座標値yを出力する(S93)。
振幅/位相検出回路30は、電界センサ10から出力された電気信号とセンサ位置決め手段20から出力された各測定点の座標値x、yとが入力され、測定点ごとに上記高周波電界のX軸成分の振幅測定データExa及び位相測定データPxa、並びに、Y軸成分の振幅測定データEya及び位相測定データPyaを生成し出力する(S92)。
フーリエ変換回路40は、振幅/位相検出回路30から出力されたExa、Pxa、Eya、Pyaが入力され、次式より波数スペクトラムのX軸成分fとY軸成分fを演算する(S94)。
The sensor positioning unit 610 moves the electric field sensor 10 on the XY plane based on a predetermined measurement range and a predetermined measurement interval in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the X-axis coordinate value of the electric field sensor 10 at the measurement point. The x and Y axis coordinate values y are output (S93).
The amplitude / phase detection circuit 30 receives the electric signal output from the electric field sensor 10 and the coordinate values x and y of each measurement point output from the sensor positioning means 20, and the X axis of the high-frequency electric field for each measurement point. The component amplitude measurement data E xa and phase measurement data P xa , and the Y-axis component amplitude measurement data E ya and phase measurement data P ya are generated and output (S92).
Fourier transform circuit 40, amplitude / phase E xa output from the detection circuit 30, P xa, E ya, P ya is input, calculates the X-axis component f x and Y-axis component f y wavenumber spectrum by the following equation (S94).

なお、a、bはそれぞれX軸方向、Y軸方向の測定範囲長である。また、E´、E´は電界ベクトルで、E´が振幅Exaと位相Pxaを要素とするX軸成分、E´が振幅Eyaと位相Pyaを要素とするY軸成分である。そして、k、kはそれぞれ波数のX軸成分、Y軸成分である。 Here, a and b are measurement range lengths in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. Further, E X ′ and E y ′ are electric field vectors, E X ′ is an X-axis component whose elements are amplitude E xa and phase P xa , and E y ′ is a Y-axis whose elements are amplitude E ya and phase P ya It is an ingredient. K x and k y are an X-axis component and a Y-axis component of the wave number, respectively.

Figure 0004944636
Figure 0004944636

Z軸変換回路50は、フーリエ変換回路40から出力されたfとfとが入力され、次式によりZ軸変換を行い、変換結果εとεを出力する(S95)。

Figure 0004944636
Z-axis conversion circuit 50 is inputted and f x and f y output from the Fourier transform circuit 40 performs Z-axis converted by the following equation, and outputs the conversion result epsilon x and ε y (S95).
Figure 0004944636

逆フーリエ変換回路60は、Z軸変換回路50から出力されたεとεとが入力され、次式によりXZ平面の電界強度のX軸成分E、Y軸成分E及びZ軸成分Eを演算して出力する(S96)。 The inverse Fourier transform circuit 60 receives ε x and ε y output from the Z-axis transform circuit 50, and the X-axis component E x , Y-axis component E y, and Z-axis component of the electric field strength on the XZ plane according to the following equations: Ez is calculated and output (S96).

Figure 0004944636
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表示回路70は、逆フーリエ変換回路60から出力されたE、E及びEが入力され、これらに基づき電界強度の分布を画面等に表示する(S97)。
C.A.Balanis , ”ANTENNA THEORY 2nd ed.”, John Wiley & Sons Inc. ,1982
The display circuit 70 receives E x , E y, and E z output from the inverse Fourier transform circuit 60, and displays the electric field strength distribution on a screen or the like based on these (S97).
CABalanis, “ANTENNA THEORY 2nd ed.”, John Wiley & Sons Inc., 1982

従来技術による方法によれば、確かにZ軸空間の測定をせずしてZ軸空間の電界強度データを推定することができる。
しかし、放射近傍領域を含む遠方まで電界強度を正確に計算推定するためはXY平面の電界強度はX軸、Y軸に沿ってより遠方まで測定する必要がある。
また、測定を各軸方向につき同じ点数でとる場合、推定精度向上のために測定点数を増やすと、二乗で測定点数が増加することになる。
以上のように、従来技術による方法では、推定精度を向上しようとすると測定稼動が増大するという問題があった。
According to the method according to the prior art, the electric field strength data in the Z-axis space can be estimated without measuring the Z-axis space.
However, in order to accurately calculate and estimate the electric field strength up to a distant region including the radiation vicinity region, the electric field strength on the XY plane needs to be measured further along the X and Y axes.
Further, when the measurement is performed with the same number of points in each axis direction, if the number of measurement points is increased in order to improve estimation accuracy, the number of measurement points is increased by the square.
As described above, the method according to the prior art has a problem that the measurement operation increases when the estimation accuracy is improved.

本発明によるリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定装置は、電界センサ、センサ位置決め手段、振幅/位相検出回路、振幅外挿演算回路、位相外挿演算回路、XY面電界データ生成回路、フーリエ変換回路、Z軸変換回路、逆フーリエ変換回路及び表示回路から構成される。
電界センサは、リニアアレーアンテナが励起するX軸成分とY軸成分とを含む高周波電界を検知して電気信号として出力する。
センサ位置決め手段は、所定の測定範囲及び所定の測定間隔で、X軸に沿って上記電界センサを移動させるとともに上記電界センサのX軸座標値を出力する。つまり、測定はX軸上(y=0)のみにおいて行い、それ以外の領域(y≠0)の領域の測定は行わない。
A linear array antenna radiation near-field electric field measuring device according to the present invention includes an electric field sensor, a sensor positioning means, an amplitude / phase detection circuit, an amplitude extrapolation arithmetic circuit, a phase extrapolation arithmetic circuit, an XY plane electric field data generation circuit, a Fourier transform circuit, a Z It consists of an axis conversion circuit, an inverse Fourier transform circuit, and a display circuit.
The electric field sensor detects a high-frequency electric field including an X-axis component and a Y-axis component excited by the linear array antenna, and outputs it as an electric signal.
The sensor positioning means moves the electric field sensor along the X axis within a predetermined measurement range and a predetermined measurement interval, and outputs an X-axis coordinate value of the electric field sensor. That is, the measurement is performed only on the X-axis (y = 0), and the measurement of the other regions (y ≠ 0) is not performed.

振幅/位相検出回路は、上記電気信号と上記X軸座標値とが入力され、上記所定の測定範囲における上記所定の測定間隔ごとの上記高周波電界の振幅測定データと位相測定データとを検出し出力する。
振幅外挿演算回路は、上記振幅測定データが入力され、上記X軸座標値xと対応する上記振幅測定データとからxと振幅との関数を求め、その関数により上記所定の測定範囲の外であって、X軸上の所定の範囲について所定の間隔ごとに振幅を推定し、推定結果を上記振幅測定データとともにX軸振幅データとして出力する。つまり、測定をアンテナの長さに近い特定の範囲に限定して行い、測定範囲外については測定を行わずに推定データを挿入する。
The amplitude / phase detection circuit receives the electrical signal and the X-axis coordinate value, and detects and outputs the amplitude measurement data and phase measurement data of the high-frequency electric field for each predetermined measurement interval in the predetermined measurement range. To do.
The amplitude extrapolation calculation circuit receives the amplitude measurement data, obtains a function of x and amplitude from the amplitude measurement data corresponding to the X-axis coordinate value x, and uses the function to obtain a function outside the predetermined measurement range. Then, the amplitude is estimated at predetermined intervals for a predetermined range on the X axis, and the estimation result is output as X axis amplitude data together with the amplitude measurement data. That is, the measurement is limited to a specific range close to the length of the antenna, and the estimation data is inserted without performing the measurement outside the measurement range.

位相外挿演算回路は、上記位相測定データが入力され、上記X軸座標値xと対応する上記位相測定データとからxと位相との関数を求め、その関数により上記所定の測定範囲の外であって、X軸上の所定の範囲について所定の間隔ごとに位相を推定し、推定結果を上記位相測定データとともにX軸位相データとして出力する。つまり、測定をアンテナの長さに近い特定の範囲に限定して行い、測定範囲外については測定を行わずに推定データを挿入する。
XY面電界データ生成回路は、上記X軸振幅データと上記X軸位相データとが入力され、XY面の電界データをy=0については上記X軸振幅データと上記X軸位相データとし、y≠0の範囲はゼロとして求めて出力する。
The phase extrapolation calculation circuit receives the phase measurement data, obtains a function of x and phase from the X-axis coordinate value x and the corresponding phase measurement data, and uses the function to move outside the predetermined measurement range. Then, the phase is estimated at predetermined intervals for a predetermined range on the X axis, and the estimation result is output as X axis phase data together with the phase measurement data. That is, the measurement is limited to a specific range close to the length of the antenna, and the estimation data is inserted without performing the measurement outside the measurement range.
The XY plane electric field data generation circuit receives the X-axis amplitude data and the X-axis phase data. The y-axis electric field data is set to the X-axis amplitude data and the X-axis phase data when y = 0, and y ≠ The range of 0 is obtained as zero and output.

フーリエ変換回路は、上記XY面の電界データが入力され、これをフーリエ変換により波数スペクトラムを演算して出力する。
Z軸変換回路は、上記波数スペクトラムが入力され、Z軸座標値zの値を含む関数を乗算して求めたZ軸変換値を出力する。
逆フーリエ変換回路は、上記Z軸変換値が入力され、これを逆フーリエ変換によりXZ面電界データを求めて出力する。
表示回路は、上記XZ面データが入力され、このデータに基づき電界強度分布を表示する。
The Fourier transform circuit receives the electric field data of the XY plane, and calculates and outputs the wave number spectrum by Fourier transform.
The Z-axis conversion circuit receives the wave number spectrum and outputs a Z-axis conversion value obtained by multiplying a function including the value of the Z-axis coordinate value z.
The inverse Fourier transform circuit receives the Z-axis transformed value, and obtains and outputs XZ plane electric field data by inverse Fourier transform.
The display circuit receives the XZ plane data and displays the electric field strength distribution based on this data.

本発明によるリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定装置においては、X軸上のみにおいて測定を行い、かつ測定範囲をアンテナの長さに近い特定の範囲に限定して行う。
そのため、従来技術のようにXY平面上で二次元かつ広範囲に測定するよりも、測定時間を大幅に短縮することができ、また小さな電波暗室でも測定を実施できる。
In the linear array antenna near-field electric field measurement apparatus according to the present invention, measurement is performed only on the X axis, and the measurement range is limited to a specific range close to the length of the antenna.
For this reason, the measurement time can be greatly shortened compared to the conventional two-dimensional measurement on the XY plane, and the measurement can be performed even in a small anechoic chamber.

〔第1実施形態〕
図1は、本発明のアンテナ放射近傍領域の電界測定装置100の構成例を示す図である。
電界測定装置100は、電界センサ10、センサ位置決め手段20、振幅/位相検出回路30、振幅外挿演算回路110、位相外挿演算回路120、XY面電界データ生成回路130、フーリエ変換回路40、Z軸変換回路50、逆フーリエ変換回路60及び表示回路70から構成される。電界センサ10、振幅/位相検出回路30、フーリエ変換回路40、Z軸変換回路50、逆フーリエ変換回路60及び表示回路70は図12に示した従来技術と同じ構成である。そこで、図1の中で図12と対応する部分については同一参照番号を付け、説明は省略する。その他の図面についても同様とする。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an electric field measurement apparatus 100 in the vicinity of antenna radiation according to the present invention.
The electric field measurement apparatus 100 includes an electric field sensor 10, a sensor positioning unit 20, an amplitude / phase detection circuit 30, an amplitude extrapolation arithmetic circuit 110, a phase extrapolation arithmetic circuit 120, an XY plane electric field data generation circuit 130, a Fourier transform circuit 40, and a Z An axis conversion circuit 50, an inverse Fourier transform circuit 60, and a display circuit 70 are included. The electric field sensor 10, the amplitude / phase detection circuit 30, the Fourier transform circuit 40, the Z-axis transform circuit 50, the inverse Fourier transform circuit 60, and the display circuit 70 have the same configuration as the prior art shown in FIG. Therefore, in FIG. 1, portions corresponding to those in FIG. The same applies to other drawings.

センサ位置決め手段20は、所定の測定範囲及び所定の測定間隔で、X軸上において電界センサ10を移動させるとともに、測定点における電界センサ10のX軸座標値x及びY軸座標値y=0を出力する。
XZ面の電界分布を推定する従来の技術は、XY面上の電界の振幅、位相の測定値を必要とする方法である。この推定方法は、どのようなアンテナに対しても適用可能である。
しかし、携帯電話の無線基地局のアンテナとして多く使用されているリニアアレーアンテナは、アンテナ素子がX軸上に一直線に配置されており、このような場合には、あるXZ面の電界を推定する際にy=0以外におけるXY面上の電界分布、つまりy≠0における電界分布は0とみなして構わない。
The sensor positioning means 20 moves the electric field sensor 10 on the X axis within a predetermined measurement range and a predetermined measurement interval, and sets the X axis coordinate value x and the Y axis coordinate value y = 0 of the electric field sensor 10 at the measurement point. Output.
The conventional technique for estimating the electric field distribution on the XZ plane is a method that requires measured values of the amplitude and phase of the electric field on the XY plane. This estimation method can be applied to any antenna.
However, linear array antennas that are often used as antennas for mobile phone radio base stations have antenna elements arranged in a straight line on the X axis. In such a case, the electric field of a certain XZ plane is estimated. In this case, the electric field distribution on the XY plane other than y = 0, that is, the electric field distribution when y ≠ 0 may be regarded as zero.

そこで本発明では、リニアアレーアンテナの電界強度測定の迅速化を主たる目的として、X軸上のみの電界強度測定によりXZ面の電界分布の推定を実現するものである。
X軸上における測定範囲は、測定対象であるリニアアレーアンテナの長さに依存し、具体的にはアンテナ長の2倍の長さを測定すれば十分である。また、測定範囲における測定点の間隔は、細かいほど推定精度を向上できると考えられるが、測定稼動とのトレードオフからλ/2(半波長)程度が最適であると考えられる。例えば、周波数2GHzで1mのリニアアレーアンテナを測定する場合、測定範囲は2m(アンテナ中間点から±1m)となり、測定間隔はλ=0.15mであるため0.075mとなる。従って、この場合は28測定点にて測定を行うことになる。
Therefore, in the present invention, with the primary purpose of speeding up the measurement of the electric field strength of the linear array antenna, the electric field distribution on the XZ plane is estimated by measuring the electric field strength only on the X axis.
The measurement range on the X axis depends on the length of the linear array antenna to be measured. Specifically, it is sufficient to measure twice the antenna length. Further, it is considered that the accuracy of estimation can be improved as the interval between the measurement points in the measurement range is fine, but it is considered that about λ / 2 (half wavelength) is optimal from the trade-off with the measurement operation. For example, when measuring a 1 m linear array antenna at a frequency of 2 GHz, the measurement range is 2 m (± 1 m from the antenna midpoint), and the measurement interval is 0.075 m because λ = 0.15 m. Accordingly, in this case, measurement is performed at 28 measurement points.

また、リニアアレーアンテナと電界センサとの間の距離については、λ/2〜2λの間が望ましく、λが最も望ましい距離であると考えられる。
振幅外挿演算回路110は、まず、振幅/位相検出回路30から出力されるX軸上の複数の測定点座標(x、0)におけるX軸成分振幅測定データExaとY軸成分振幅測定データEyaとが入力され、これらから関数Eexa=fex(x)、Eeya=fey(x)を求める。そして、関数fex(x)、fey(x)により上記所定の測定範囲の外であってXZ面における電界強度の推定に必要となるX軸上の所定の範囲(外挿範囲)について、所定の間隔でX軸成分振幅外挿データEexa、Y軸成分振幅外挿データEeyaを演算し、振幅測定データExa、Eyaとともに、X軸X成分振幅データEfxa(y=0)(=ExaとEexaの全データ)、X軸Y成分振幅データEfya(y=0)(=EyaとEeyaの全データ)を出力する。このような外挿のイメージを図2に示す。
Further, the distance between the linear array antenna and the electric field sensor is preferably between λ / 2 and 2λ, and λ is considered to be the most desirable distance.
First, the amplitude extrapolation calculation circuit 110 outputs X-axis component amplitude measurement data Exa and Y-axis component amplitude measurement data at a plurality of measurement point coordinates (x, 0) on the X-axis output from the amplitude / phase detection circuit 30. E ya is input, and functions E exa = f ex (x) and E eya = f ey (x) are obtained from these. Then, for a predetermined range (extrapolation range) on the X axis that is outside the predetermined measurement range and required for estimating the electric field strength on the XZ plane by the functions f ex (x) and f ey (x), X-axis component amplitude extrapolation data E exa and Y-axis component amplitude extrapolation data E eya are calculated at predetermined intervals, and along with amplitude measurement data E xa , E ya , X-axis X component amplitude data E fxa (y = 0) (= total data E xa and E exa), X-axis Y component amplitude data E fya (y = 0) and outputs a (= total data E ya and E EYA). An image of such extrapolation is shown in FIG.

推定のために必要となるX軸上における演算範囲は、電界強度分布を推定したいXZ面の範囲を画す矩形の長辺の長さに比例して広くなり、また、許容する推定誤差が小さいほど広くなる。従って演算範囲は、電界強度分布を推定したいXZ面の範囲を画す矩形の長辺の長さと、許容する推定誤差に応じて決定すればよい。
例えば、XZ面の電界強度分布を±3dB以内の推定誤差で測定したい場合には、長辺の長さの3倍程度の範囲を、また±1dB以内の測定誤差で測定したい場合には、長辺の長さの5倍程度の範囲について外挿データを演算する。
The calculation range on the X-axis required for estimation becomes wider in proportion to the length of the long side of the rectangle that defines the range of the XZ plane for which the electric field strength distribution is to be estimated, and the allowable estimation error is smaller. Become wider. Therefore, the calculation range may be determined according to the length of the long side of the rectangle that defines the range of the XZ plane for which the electric field intensity distribution is to be estimated and the allowable estimation error.
For example, when it is desired to measure the electric field intensity distribution on the XZ plane with an estimation error within ± 3 dB, the range about three times the length of the long side is desired, and when it is desired to measure with a measurement error within ± 1 dB, the long Extrapolation data is calculated for a range of about 5 times the length of the side.

より具体的には、アンテナ中間点のX座標を基準としてX方向で−10m〜+5m、Z方向で0〜20mのXZ面における電界強度分布を必要とし、±1dBの誤差で推定を行いたい場合には、長辺20mの5倍、つまり100m程度が外挿データの演算範囲となる。
なお、演算点の間隔については、測定点の間隔と同様、λ/2(半波長)が最適であると考えられる。
位相外挿演算回路120は、まず、振幅/位相検出回路30から出力されるX軸上の複数の測定点座標(x、0)におけるX軸成分位相測定データPxa、Y軸成分位相測定データPyaが入力され、これらから関数Ppxa=fpx(x)、Ppya=fpy(x)を求める。そして、関数fpx(x)、fpy(x)により上記所定の測定範囲の外であってXZ面における電界強度の推定に必要となるX軸上の所定の範囲(外挿範囲)について、所定の間隔でX軸成分位相外挿データPpxa、Y軸成分位相外挿データPpyaを演算し、位相測定データPxa、PyaとともにX軸X成分位相データPfxa(y=0)(=PxaとPpxaの全データ)、X軸Y成分位相データPfya(y=0)(=PyaとPpyaの全データ)を出力する。このような外挿のイメージを図2に示す。
More specifically, when the field intensity distribution in the XZ plane of −10 m to +5 m in the X direction and 0 to 20 m in the Z direction is required with reference to the X coordinate of the antenna middle point, and estimation is performed with an error of ± 1 dB In this case, 5 times the long side 20 m, that is, about 100 m is the calculation range of extrapolated data.
As for the interval between the calculation points, λ / 2 (half wavelength) is considered to be optimal, as is the case with the interval between the measurement points.
First, the phase extrapolation calculation circuit 120 first outputs X-axis component phase measurement data P xa and Y-axis component phase measurement data at a plurality of measurement point coordinates (x, 0) on the X axis output from the amplitude / phase detection circuit 30. P ya is inputted, and functions P pxa = f px (x) and P pya = f py (x) are obtained from these. Then, with respect to a predetermined range (extrapolated range) on the X axis that is outside of the predetermined measurement range and required for estimating the electric field strength on the XZ plane by the functions f px (x) and f py (x), X-axis component phase extrapolation data P pxa and Y-axis component phase extrapolation data P pya are calculated at predetermined intervals, and X-axis X-component phase data P fxa (y = 0) (with phase measurement data P xa and P ya ) = All data of P xa and P pxa ), X-axis Y component phase data P fya (y = 0) (= All data of P ya and P pya ) is output. An image of such extrapolation is shown in FIG.

なお、演算範囲と演算点の間隔に関しては、振幅外挿演算回路110における設定内容と同じである。
XY面電界データ生成回路130は、振幅外挿演算回路110から出力されたX軸X成分振幅データEfxa(y=0)とX軸Y成分振幅データEfya(y=0)、及び、位相外挿演算回路120から出力されたX軸X成分位相データPfxa(y=0)とX軸Y成分位相データPfya(y=0)がそれぞれ入力される。
XY面上の電界強度からXZ面の電界強度を推定する際、リニアアレーアンテナの場合は、上記のとおりy≠0におけるXY面上の電界分布は0とみなして構わない。そこで、本発明ではy≠0の領域については測定を行わないこととしたが、推定のための演算処理は背景技術に示すy≠0の領域も測定することを前提とした(1)〜(3)式により行うため、y≠0の領域の値についてもフーリエ変換回路40に入力する必要がある。そこで、XY面電界データ生成回路130では、入力されたX軸上、つまりy=0における測定データEfxa(y=0)、Efya(y=0)、Pfxa(y=0)、Pfya(y=0)に加え、XY面上のy≠0の範囲についてEfxa(y≠0)=0、Efya(y≠0)=0、Pfxa(y≠0)=0、Pfya(y≠0)=0としてダミーデータを生成して、これらをそれぞれ合わせてXY面電界データExa´、Eya´、Pxa´、Pya´として出力する。
The interval between the calculation range and the calculation point is the same as the setting content in the amplitude extrapolation calculation circuit 110.
The XY plane electric field data generation circuit 130 outputs the X-axis X component amplitude data E fxa (y = 0) , the X-axis Y component amplitude data E fya (y = 0) , and the phase output from the amplitude extrapolation calculation circuit 110. X-axis X component phase data P fxa (y = 0) and X-axis Y component phase data P fya (y = 0) output from the extrapolation calculation circuit 120 are input.
When estimating the electric field intensity on the XZ plane from the electric field intensity on the XY plane, in the case of a linear array antenna, the electric field distribution on the XY plane when y ≠ 0 may be regarded as 0 as described above. Therefore, in the present invention, measurement is not performed for the region where y ≠ 0, but the calculation processing for estimation is based on the premise that the region for y ≠ 0 shown in the background art is also measured (1) to ( Since the calculation is performed by the equation (3), it is necessary to input the value of the region where y ≠ 0 to the Fourier transform circuit 40. Therefore, in the XY plane electric field data generation circuit 130, measurement data E fxa (y = 0) , E fya (y = 0) , P fxa (y = 0) , P on the input X axis, that is, y = 0. In addition to fya (y = 0) , in the range of y ≠ 0 on the XY plane, E fxa (y ≠ 0) = 0, E fya (y ≠ 0) = 0, P fxa (y ≠ 0) = 0, P Dummy data is generated with fya (y ≠ 0) = 0, and these are combined and output as XY plane electric field data E xa ′, E ya ′, P xa ′, and P ya ′.

そしてフーリエ変換回路40での(1)式の処理においては、電界ベクトルE´、E´について、E´が振幅Exa´と位相Pxa´を要素とするX軸成分、E´が振幅Eya´と位相Pxa´を要素とするY軸成分であるとして演算を行う。
なお、XZ面における電界強度の推定にあたり設定するy≠0のダミーデータを生成するyの範囲は、便宜上X軸上の所定の範囲と同じ値とする。
従って、(1)式では、b=aとして演算する。また、このことから、(1)式におけるX軸方向の測定範囲長aにあたるX軸上における外挿の演算範囲を、電界強度分布を推定したいXZ面の範囲を画す矩形の長辺の長さLとして設定した場合には、実際に電界強度分布が推定されるXZ面の範囲は長方形ではなく、L×Lの正方形の範囲となる。
In the processing of the expression (1) in the Fourier transform circuit 40, for the electric field vectors E X ′ and E y ′, E X ′ is an X-axis component whose elements are the amplitude E xa ′ and the phase P xa ′, E y. The calculation is performed on the assumption that 'is a Y-axis component having the amplitude E ya ' and the phase P xa 'as elements.
It should be noted that the range of y for generating dummy data of y ≠ 0 set in estimating the electric field intensity on the XZ plane is the same value as the predetermined range on the X axis for convenience.
Accordingly, in equation (1), calculation is performed with b = a. Further, from this, the extrapolation calculation range on the X axis corresponding to the measurement range length a in the X axis in equation (1) is the length of the long side of the rectangle that defines the range of the XZ plane from which the electric field strength distribution is to be estimated. When set as L, the range of the XZ plane in which the electric field strength distribution is actually estimated is not a rectangle but an L × L square range.

第1実施形態における処理フロー例を図3に従い説明する。
リニアアレーアンテナから放射された高周波電界を電界センサ10が検知する(S1)。次に、検知された信号から振幅/位相検出回路30は振幅・位相測定データをX軸成分・Y軸成分それぞれについて生成する(S2)。ここで、所定の測定範囲の各測定点の測定が終了していなければ、センサ位置決め手段20により電界センサ10をX軸方向に所定の距離だけ移動させつつ(S3)、所定の測定範囲の測定が終了するまでS3→S1→S2→・・・のステップを繰り返す。
A processing flow example in the first embodiment will be described with reference to FIG.
The electric field sensor 10 detects the high frequency electric field radiated from the linear array antenna (S1). Next, the amplitude / phase detection circuit 30 generates amplitude / phase measurement data for each of the X-axis component and the Y-axis component from the detected signal (S2). Here, if measurement of each measurement point in the predetermined measurement range is not completed, the electric field sensor 10 is moved by a predetermined distance in the X-axis direction by the sensor positioning means 20 (S3), and measurement in the predetermined measurement range is performed. Steps S3 → S1 → S2 →... Are repeated until is completed.

所定の測定範囲の測定完了後、振幅/位相検出回路30から出力された各測定点の振幅測定データに基づき振幅外挿演算回路110において、X軸座標と振幅との関数を生成し、その関数を用いて測定範囲の外側であってXZ平面の電界推定のためにデータが必要なX軸上の所定の範囲(外挿範囲)について振幅データを演算する。そして、測定したデータと、外挿のために演算したデータとの集合を、X軸上の所定の範囲の振幅データとして出力する(S4)。
また、位相外挿演算回路120においても振幅外挿演算回路110と同様に、X軸座標と位相との関数を生成し、その関数を用いて測定範囲の外側であってXZ平面の位相推定のためにデータが必要なX軸上の所定の範囲(外挿範囲)について位相データを演算する。そして、測定したデータと、外挿のために演算したデータとの集合を、X軸上の所定の範囲の位相データとして出力する(S5)。なお、S4とS5は並行処理が可能である。
After the measurement of the predetermined measurement range is completed, the amplitude extrapolation calculation circuit 110 generates a function of the X-axis coordinate and the amplitude based on the amplitude measurement data of each measurement point output from the amplitude / phase detection circuit 30, and the function Is used to calculate amplitude data for a predetermined range (extrapolated range) on the X axis that is outside the measurement range and requires data for electric field estimation on the XZ plane. Then, a set of measured data and data calculated for extrapolation is output as amplitude data in a predetermined range on the X axis (S4).
Similarly to the amplitude extrapolation calculation circuit 110, the phase extrapolation calculation circuit 120 generates a function of X-axis coordinates and phase, and uses the function to estimate the phase of the XZ plane outside the measurement range. Therefore, phase data is calculated for a predetermined range (extrapolated range) on the X-axis that requires data for this purpose. Then, a set of measured data and data calculated for extrapolation is output as phase data in a predetermined range on the X axis (S5). Note that S4 and S5 can be processed in parallel.

次に、XY面電界データ生成回路130にて、外挿後の振幅データと位相データそれぞれについてXY面電界データを生成する(S6)。
次に、フーリエ変換回路40にて、XY面電界データをフーリエ変換し、波数スペクトラムを演算する(S7)。
次に、Z軸変換回路50にて、波数スペクトラムにZ軸値zの関数を乗算してZ軸変換値を求める(S8)。
次に、逆フーリエ変換回路60にて、Z軸変換値を逆フーリエ変換し、XZ面電界データを演算する(S9)。
Next, the XY plane electric field data generation circuit 130 generates XY plane electric field data for each of the extrapolated amplitude data and phase data (S6).
Next, the Fourier transform circuit 40 performs Fourier transform on the XY plane electric field data to calculate the wave number spectrum (S7).
Next, the Z-axis conversion circuit 50 determines the Z-axis conversion value by multiplying the wave number spectrum by the function of the Z-axis value z (S8).
Next, the inverse Fourier transform circuit 60 performs inverse Fourier transform on the Z-axis transformed value to calculate XZ plane electric field data (S9).

最後に、表示回路70にて、XZ面電界データを表示する(S10)。
以上のように、電界の測定をX軸上のみにおいて行い、かつ測定範囲をアンテナの長さに近い、狭い範囲に限定して行うため、従来より測定時間を大幅に短縮することができ、かつ小さな測定空間での測定も可能になる。
Finally, XZ plane electric field data is displayed on the display circuit 70 (S10).
As described above, since the measurement of the electric field is performed only on the X axis and the measurement range is limited to a narrow range close to the length of the antenna, the measurement time can be greatly shortened compared to the prior art, and Measurement in a small measurement space is also possible.

〔第2実施形態〕
図4は、本発明のアンテナ放射近傍領域の電界測定装置200の構成例を示す図である。
電界測定装置200は、電界測定装置100に回転装置210を加えたものである。
回転装置210は、リニアアレーアンテナの中心軸を中心に上記リニアアレーアンテナを回転する機能を具備する。X軸上の電界測定によりXZ面の電界強度分布を平面的に得ることができるが、X軸上の電界測定とこの回転装置を用いたリニアアレーアンテナの任意の角度での回転とを交互に行うことで、実質的にリニアアンテナの全周にわたる立体的な電界強度分布を推定することができる。
回転角度を細かくすることで、より詳細な推定が可能となるが、実用上は例えば15度おき(24回/360°)の測定で十分であると考えられる。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the electric field measurement apparatus 200 in the vicinity of the antenna radiation according to the present invention.
The electric field measurement device 200 is obtained by adding a rotation device 210 to the electric field measurement device 100.
The rotating device 210 has a function of rotating the linear array antenna about the central axis of the linear array antenna. Although the electric field intensity distribution on the XZ plane can be obtained in a plane by measuring the electric field on the X axis, the electric field measurement on the X axis and the rotation of the linear array antenna using this rotating device at an arbitrary angle are alternately performed. By doing so, it is possible to estimate a three-dimensional electric field strength distribution substantially over the entire circumference of the linear antenna.
By making the rotation angle finer, more detailed estimation is possible, but for practical use, it is considered sufficient to measure every 15 degrees (24 times / 360 °), for example.

第2実施形態における処理フロー例を図5に従い説明する。
S1〜S10については、第1実施形態と同様であることから省略する。
あるXZ面データの測定が完了した後、もし所定の面数の測定が終了していなければ、回転装置210によりリニアアレーアンテナを所定の角度だけ回転させつつ(S11)、所定の測定面数の測定が終了するまでS11→S1〜S10→・・・のステップを繰り返す。
A processing flow example in the second embodiment will be described with reference to FIG.
About S1-S10, since it is the same as that of 1st Embodiment, it abbreviate | omits.
After the measurement of a certain XZ plane data is completed, if the measurement of the predetermined number of planes is not completed, the rotation device 210 rotates the linear array antenna by a predetermined angle (S11), and the predetermined number of measurement planes are measured. Steps S11 → S1 to S10 →... Are repeated until the measurement is completed.

〔第3実施形態〕
図6は、本発明のアンテナ放射近傍領域の電界測定装置300における電界測定装置100との相違部分を示す図である。
電界測定装置300は、電界測定装置100の構成において、2個以上の電界センサがリニアアレーアンテナの中心軸を中心とする円上に配置されることに加え、各電界センサからの出力信号から1個の電界センサの出力信号を選択して、それを出力する電界センサ切替回路310を具備するものである。
X軸上の電界測定によりXZ面の電界強度分布を平面的に得ることができるが、X軸上の電界測定を複数の電界センサごとに電界センサ切替回路310を順次切り替えて行うことで、第2実施形態と同様、実質的にリニアアンテナの全周にわたる立体的な電界強度分布を推定することができる。
[Third Embodiment]
FIG. 6 is a diagram illustrating a portion of the electric field measurement apparatus 300 in the vicinity of the antenna radiation according to the present invention that is different from the electric field measurement apparatus 100.
In the configuration of the electric field measurement apparatus 100, the electric field measurement apparatus 300 includes two or more electric field sensors arranged on a circle centered on the central axis of the linear array antenna, and 1 from the output signal from each electric field sensor. An electric field sensor switching circuit 310 for selecting an output signal of each electric field sensor and outputting it is provided.
Although the electric field intensity distribution on the XZ plane can be obtained in a planar manner by measuring the electric field on the X axis, the electric field measurement on the X axis is performed by sequentially switching the electric field sensor switching circuit 310 for each of the plurality of electric field sensors. Similar to the second embodiment, it is possible to estimate a three-dimensional electric field strength distribution over substantially the entire circumference of the linear antenna.

電界センサの配置個数を多くすることで、より詳細な推定が可能となるが、実用上は例えば15度おき(24個/360°)の配置で十分であると考えられる。
第3実施形態における処理フロー例を図7に従い説明する。
S1〜S10については、第1実施形態と同様であることから省略する。
あるXZ面データの測定が完了した後、もし全センサによる測定が終了していなければ、電界センサ切替回路310により測定に用いる電界センサを切り替えつつ(S12)、全センサによる測定が終了するまでS12→S1〜S10→・・・のステップを繰り返す。
More detailed estimation is possible by increasing the number of arranged electric field sensors, but it is considered that an arrangement of every 15 degrees (24 pieces / 360 °) is sufficient in practice.
An example of a processing flow in the third embodiment will be described with reference to FIG.
About S1-S10, since it is the same as that of 1st Embodiment, it abbreviate | omits.
After the measurement of certain XZ plane data is completed, if the measurement by all the sensors is not completed, the electric field sensor switching circuit 310 switches the electric field sensor used for the measurement (S12), and until the measurement by all the sensors is completed, S12. → S1 to S10 →...

〔第4実施形態〕
図8は、本発明のアンテナ放射近傍領域の電界測定装置400の構成例を示す図である。
電界測定装置400は、電界測定装置100に校正用電界センサ410と校正回路420を加えたものである。
校正用電界センサ410は、リニアアレーアンテナの中心軸から見て、電界センサ10より遠方で、かつ電界強度の推定を行う範囲内のXZ面上に配置され、リニアアレーアンテナが励起する高周波電界を検知して電界データを出力する。
校正回路420は、逆フーリエ変換回路60から出力された推定によるXZ面電界データと、校正用電界センサ410によりXZ面上で実測された電界データとが入力され、校正用電界センサの位置におけるXZ面推定データと実測データとの相違から校正係数を求めて、各XZ面推定データにこの校正係数を乗算した上で出力する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the electric field measurement apparatus 400 in the vicinity of the antenna radiation according to the present invention.
The electric field measurement apparatus 400 is obtained by adding a calibration electric field sensor 410 and a calibration circuit 420 to the electric field measurement apparatus 100.
The calibration electric field sensor 410 is disposed on the XZ plane far from the electric field sensor 10 and within the range where the electric field strength is estimated as viewed from the central axis of the linear array antenna, and generates a high-frequency electric field excited by the linear array antenna. Detect and output electric field data.
The calibration circuit 420 receives the estimated XZ plane electric field data output from the inverse Fourier transform circuit 60 and the electric field data actually measured on the XZ plane by the calibration electric field sensor 410, and receives the XZ at the position of the calibration electric field sensor. A calibration coefficient is obtained from the difference between the surface estimation data and the actual measurement data, and each XZ surface estimation data is multiplied by the calibration coefficient and output.

校正を行うことで、計算推定した電界強度の確度を向上することができる。
なお、校正を適切に行うため、校正用電界センサ410は、電界センサ10に比べて絶対確度の高いものを用いる。
第4実施形態における処理フロー例を図9に従い説明する。
S1〜S10については第1実施形態と同様であることから省略する。
S9においてXZ面電界データの推定をした後、またはそれと並行して、XZ面電界データの推定空間範囲内に設置された校正用電界センサ410により校正用電界データを検知する(S13)。
次に校正回路420にて、検知した校正用電界データと、校正用電界センサ410の設置位置に該当するXZ面電界データの推定値とから、校正係数を求め、この校正係数によりXZ面電界データの各推定値を校正して出力する(S14)。
By performing the calibration, the accuracy of the calculated electric field strength can be improved.
In order to perform calibration appropriately, a calibration electric field sensor 410 having a higher absolute accuracy than the electric field sensor 10 is used.
A processing flow example according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
Since S1 to S10 are the same as those in the first embodiment, a description thereof will be omitted.
After the XZ plane electric field data is estimated in S9 or in parallel therewith, the calibration electric field data is detected by the calibration electric field sensor 410 installed in the estimated space range of the XZ plane electric field data (S13).
Next, the calibration circuit 420 obtains a calibration coefficient from the detected calibration electric field data and the estimated value of the XZ plane electric field data corresponding to the installation position of the calibration electric field sensor 410, and XZ plane electric field data is obtained from this calibration coefficient. Each estimated value is calibrated and output (S14).

〔第5実施形態〕
図10は、本発明のアンテナ放射近傍領域の電界測定装置500における電界センサ510の構成例を示す図である。
電界センサ510は、レーザダイオード511、光分波器512、X軸用微小ダイポールエレメント513、X軸用マッハツェンダ型光変調器514、X軸用光電気変換器515、Y軸用微小ダイポールエレメント516、Y軸用マッハツェンダ型光変調器517、Y軸用光電気変換器518及び支持治具519から構成される。
[Fifth Embodiment]
FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of the electric field sensor 510 in the electric field measurement apparatus 500 in the antenna radiation vicinity region of the present invention.
The electric field sensor 510 includes a laser diode 511, an optical demultiplexer 512, an X-axis micro dipole element 513, an X-axis Mach-Zehnder optical modulator 514, an X-axis photoelectric converter 515, a Y-axis micro dipole element 516, A Y-axis Mach-Zehnder optical modulator 517, a Y-axis photoelectric converter 518, and a support jig 519 are included.

レーザダイオード511から発出された光信号は光分波器512で2分割され、それぞれX軸用マッハツェンダ型光変調器514、Y軸用マッハツェンダ型光変調器517に入力される。一方、支持治具519により直交配置されたX軸用微小ダイポールエレメント513とY軸用微小ダイポールエレメント516における電界から誘起された電圧が、それぞれX軸用マッハツェンダ型光変調器514、Y軸用マッハツェンダ型光変調器517に入力される。そして、X軸用マッハツェンダ型光変調器514及びY軸用マッハツェンダ型光変調器517において、それぞれ光の強度を電界強度に比例した誘起電圧で変調し、変調後の光信号をそれぞれX軸用光電気変換器515、Y軸用光電気変換器518において電気信号に変換し、それぞれX軸成分信号とY軸成分信号として出力する。   An optical signal emitted from the laser diode 511 is divided into two by an optical demultiplexer 512 and input to an X-axis Mach-Zehnder optical modulator 514 and a Y-axis Mach-Zehnder optical modulator 517, respectively. On the other hand, the voltages induced from the electric fields in the X-axis micro dipole element 513 and the Y-axis micro dipole element 516 arranged orthogonally by the support jig 519 are the X-axis Mach-Zehnder optical modulator 514 and the Y-axis Mach-Zehnder, respectively. Is input to the optical modulator 517. Then, in the Mach-Zehnder type optical modulator 514 for X-axis and the Mach-Zehnder type optical modulator 517 for Y-axis, the intensity of light is modulated by an induced voltage proportional to the electric field intensity, and the modulated optical signal is respectively converted to X-axis light. The electrical converter 515 and the Y-axis photoelectric converter 518 convert it to an electrical signal and output it as an X-axis component signal and a Y-axis component signal, respectively.

マッハツェンダ型の光変調器は入力抵抗が高く、また光ファイバ線路を利用するため、被測定電界への影響を限りなく抑えることができる。また、微小ダイポールを用いることで位相と振幅の位置分解能を高めることができる。
なお、微小ダイポールの長さは、測定する電波の波長に対して1/4波長以下にする。
Since the Mach-Zehnder type optical modulator has a high input resistance and uses an optical fiber line, the influence on the electric field to be measured can be suppressed as much as possible. Moreover, the position resolution of a phase and an amplitude can be improved by using a micro dipole.
The length of the minute dipole is set to ¼ wavelength or less with respect to the wavelength of the radio wave to be measured.

<本発明を適用した測定例>
800MHz帯の12素子垂直ダイポールリニアアレーアンテナの測定例を図11に示す。アンテナの長さは2.5mである。アンテナ放射素子から約1波長離れたX軸上で電界の振幅と位相を実測した。実測したX軸の範囲は6mである。図11の破線の±36mの部分の電界の振幅と位相は上記の方法により外挿した。またy=0を除くy軸の±36mの範囲の電界強度は全てゼロとした。
このZ軸方向の計算推定結果はアンテナの主ビームと副ビームの様子を表せている。放射近傍領域の測定について、2次元的に電界センサを掃引する方法に比べて本方法は、電界センサをX軸上のみで掃引するので、測定時間を大幅に短縮できる。
<Measurement example to which the present invention is applied>
A measurement example of a 12-element vertical dipole linear array antenna in the 800 MHz band is shown in FIG. The length of the antenna is 2.5 m. The amplitude and phase of the electric field were measured on the X axis about one wavelength away from the antenna radiating element. The measured X-axis range is 6 m. The amplitude and phase of the electric field in the portion of ± 36 m of the broken line in FIG. 11 were extrapolated by the above method. The electric field strength in the range of ± 36 m on the y axis excluding y = 0 was all zero.
The calculation estimation result in the Z-axis direction shows the state of the main beam and sub beam of the antenna. Compared with the method of sweeping the electric field sensor two-dimensionally in the measurement of the radiation vicinity region, the present method sweeps the electric field sensor only on the X axis, so that the measurement time can be greatly shortened.

本発明は、リニアアレーアンテナを使用する携帯電話の無線基地局において把握が必要となる、電波法で規定する電波の強度の基準値と一致する境界を求める場合に特に有用である。   The present invention is particularly useful for obtaining a boundary that matches the reference value of the intensity of radio waves defined by the Radio Law, which must be grasped at a radio base station of a mobile phone using a linear array antenna.

本発明による電界測定装置100の構成例。The structural example of the electric field measuring apparatus 100 by this invention. 外挿のイメージ図。Image of extrapolation. 本発明による電界測定装置100を用いた処理フロー例。The processing flow example using the electric field measuring apparatus 100 by this invention. 本発明による電界測定装置200の構成例。The structural example of the electric field measuring apparatus 200 by this invention. 本発明による電界測定装置200を用いた処理フロー例。The example of a processing flow using the electric field measuring apparatus 200 by this invention. 本発明による電界測定装置300における電界測定装置100との相違部分を示す構成例。The structural example which shows a different part with the electric field measurement apparatus 100 in the electric field measurement apparatus 300 by this invention. 本発明による電界測定装置300を用いた処理フロー例。The example of a processing flow using the electric field measuring apparatus 300 by this invention. 本発明による電界測定装置400の構成例。3 shows a configuration example of an electric field measuring apparatus 400 according to the present invention. 本発明による電界測定装置400を用いた処理フロー例。The processing flow example using the electric field measurement apparatus 400 by this invention. 本発明による電界測定装置500における電界センサ510の構成例。The structural example of the electric field sensor 510 in the electric field measuring apparatus 500 by this invention. 本発明を適用した測定例におけるXZ面の電界強度分布図。The electric field strength distribution figure of the XZ plane in the measurement example to which this invention is applied. 従来技術による電界測定装置600の構成例。The structural example of the electric field measuring apparatus 600 by a prior art. 従来技術による電界測定装置600を用いた処理フロー例。The example of a processing flow using the electric field measuring apparatus 600 by a prior art.

Claims (9)

リニアアレーアンテナの近傍で1個以上の電界センサを用いて当該リニアアレーアンテナ周辺の電界強度分布を測定するリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定装置であって、
上記電界センサごとに、上記リニアアレーアンテナの中心軸と平行な軸をX軸、上記電界センサから上記リニアアレーアンテナの中心軸におろした法線の方向をZ軸、X軸とZ軸の双方に直交する軸をY軸とし、
上記リニアアレーアンテナが励起するX軸成分とY軸成分とを含む高周波電界を検知して電気信号として出力する上記電界センサと、
所定の測定範囲及び所定の測定間隔で、X軸に沿って上記電界センサを移動させるとともに上記電界センサのX軸座標値を出力するセンサ位置決め手段と、
上記電気信号と上記X軸座標値とが入力され、上記所定の測定範囲における上記所定の測定間隔ごとの上記高周波電界の振幅測定データと位相測定データとを生成し出力する振幅/位相検出回路と、
上記振幅測定データが入力され、上記X軸座標値xと対応する上記振幅測定データとからxと振幅との関数を求め、その関数により上記所定の測定範囲の外であって、X軸上の所定の範囲について所定の間隔ごとに振幅を推定し、推定結果を上記振幅測定データとともにX軸振幅データとして出力する振幅外挿演算回路と、
上記位相測定データが入力され、上記X軸座標値xと対応する上記位相測定データとからxと位相との関数を求め、その関数により上記所定の測定範囲の外であって、X軸上の所定の範囲について所定の間隔ごとに位相を推定し、推定結果を上記位相測定データとともにX軸位相データとして出力する位相外挿演算回路と、
上記X軸振幅データと上記X軸位相データとが入力され、XY面の電界データを、y=0については上記X軸振幅データと上記X軸位相データとし、y≠0の範囲はゼロとして求めて出力するXY面電界データ生成回路と、
上記XY面電界データが入力され、これをフーリエ変換により波数スペクトラムを演算して出力するフーリエ変換回路と、
上記波数スペクトラムが入力され、これにZ軸座標値zの値を含む関数を乗算して求めたZ軸変換値を出力するZ軸変換回路と、
上記Z軸変換値が入力され、これを逆フーリエ変換によりXZ面電界データを求めて出力する逆フーリエ変換回路と、
上記XZ面データが入力され、このデータに基づき電界強度分布を表示する表示回路と、
を具備するリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定装置。
A linear array antenna radiation near-field electric field measurement device that measures the electric field intensity distribution around the linear array antenna using one or more electric field sensors in the vicinity of the linear array antenna,
For each electric field sensor, the axis parallel to the central axis of the linear array antenna is the X axis, the normal direction from the electric field sensor to the central axis of the linear array antenna is the Z axis, both the X axis and the Z axis The axis orthogonal to the Y axis is
The electric field sensor that detects a high-frequency electric field including an X-axis component and a Y-axis component excited by the linear array antenna and outputs an electric signal;
Sensor positioning means for moving the electric field sensor along the X axis and outputting an X axis coordinate value of the electric field sensor in a predetermined measurement range and a predetermined measurement interval;
An amplitude / phase detection circuit which receives the electrical signal and the X-axis coordinate value, and generates and outputs amplitude measurement data and phase measurement data of the high-frequency electric field at the predetermined measurement interval in the predetermined measurement range; ,
The amplitude measurement data is input, a function of x and amplitude is obtained from the amplitude measurement data corresponding to the X-axis coordinate value x, and the function is outside the predetermined measurement range and on the X-axis. An amplitude extrapolation calculation circuit that estimates an amplitude at predetermined intervals for a predetermined range and outputs the estimation result as X-axis amplitude data together with the amplitude measurement data;
The phase measurement data is input, a function of x and phase is obtained from the phase measurement data corresponding to the X-axis coordinate value x, and the function is outside the predetermined measurement range and on the X-axis. A phase extrapolation calculation circuit that estimates a phase at a predetermined interval for a predetermined range, and outputs an estimation result as X-axis phase data together with the phase measurement data;
The X-axis amplitude data and the X-axis phase data are input, and the electric field data on the XY plane is determined as the X-axis amplitude data and the X-axis phase data when y = 0, and the range of y ≠ 0 is determined as zero. Output XY plane electric field data generation circuit,
A Fourier transform circuit that inputs the XY plane electric field data and calculates and outputs a wave number spectrum by Fourier transform;
A Z-axis conversion circuit that receives the wavenumber spectrum and outputs a Z-axis conversion value obtained by multiplying this by a function including the value of the Z-axis coordinate value z;
An inverse Fourier transform circuit that receives the Z-axis transformation value and obtains and outputs XZ-plane electric field data by inverse Fourier transformation;
A display circuit that receives the XZ plane data and displays the electric field intensity distribution based on the data;
A linear array antenna near-radiation electric field measurement apparatus comprising:
請求項1に記載のリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定装置であって、
更に、上記リニアアレーアンテナの中心軸を中心に上記リニアアレーアンテナを回転する回転装置を具備することを特徴とするリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定装置。
The linear array antenna near-field electric field measurement apparatus according to claim 1,
The linear array antenna radiation near-field electric field measuring device further comprising a rotating device that rotates the linear array antenna about the central axis of the linear array antenna.
請求項1に記載のリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定装置であって、
2個以上の上記電界センサが上記リニアアレーアンテナの中心軸を中心とする円上に配置され、
更に、上記2個以上の電界センサの出力信号から1個の電界センサの出力信号を選択して、それを出力する電界センサ切替回路を具備することを特徴とするリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定装置。
The linear array antenna near-field electric field measurement apparatus according to claim 1,
Two or more electric field sensors are arranged on a circle centered on the central axis of the linear array antenna,
A linear array antenna radiation near-field electric field measuring device further comprising an electric field sensor switching circuit for selecting an output signal of one electric field sensor from output signals of the two or more electric field sensors and outputting the selected signal. .
請求項1〜3のいずれかに記載のリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定装置であって、更に、
上記リニアアレーアンテナの中心軸から見て、上記電界センサより遠方に設置され、リニアアレーアンテナが励起する高周波電界を検知して電界データを出力する校正用電界センサと、
上記逆フーリエ変換回路からのXZ面電界データと、上記校正用電界センサからの電界データとが入力され、上記XZ面電界データを校正して出力する校正回路と、
を具備することを特徴とするリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定装置。
The linear array antenna radiation vicinity electric field measurement apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
A calibration electric field sensor that is installed farther from the electric field sensor as viewed from the central axis of the linear array antenna, detects a high-frequency electric field excited by the linear array antenna, and outputs electric field data;
A calibration circuit that inputs XZ plane electric field data from the inverse Fourier transform circuit and electric field data from the calibration electric field sensor, calibrates and outputs the XZ plane electric field data;
A linear array antenna radiation near electric field measuring device comprising:
請求項1〜4のいずれかに記載のリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定装置であって、
上記電界センサは、
光信号を発生し出力するレーザダイオードと、
上記光信号が入力され、2つの光信号に分波して出力する光分波器と、
電界のX軸成分を検知するX軸用微小ダイポールエレメントと、
上記分波された一方の光信号が入力され、当該光信号の位相を上記X軸用微小ダイポールエレメントに誘起された電圧で変調し、当該X軸成分変調光信号を出力するX軸用マッハツェンダ型光変調器と、
上記X軸成分変調光信号が入力され、これを電気信号に変換したX軸成分信号を出力するX軸用光電気変換器と、
電界のY軸成分を検知するY軸用微小ダイポールエレメントと、
上記分波されたもう一方の光信号が入力され、当該光信号の位相を上記Y軸用微小ダイポールエレメントに誘起された電圧で変調し、当該Y軸成分変調光信号を出力するY軸用マッハツェンダ型光変調器と、
上記Y軸成分変調光信号が入力され、これを電気信号に変換したY軸成分信号を出力するY軸用光電気変換器と、
上記X軸用微小ダイポールエレメントと上記Y軸用微小ダイポールエレメントとをそれぞれX軸方向とY軸方向に固定する支持治具と、
を具備することを特徴とするリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定装置。
A linear array antenna radiation vicinity electric field measurement apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The electric field sensor
A laser diode that generates and outputs an optical signal; and
An optical demultiplexer that receives the optical signal and demultiplexes the optical signal into two optical signals;
A micro dipole element for the X axis that detects the X axis component of the electric field;
Mach-Zehnder type for X-axis that receives one of the demultiplexed optical signals, modulates the phase of the optical signal with a voltage induced in the X-axis micro dipole element, and outputs the X-axis component modulated optical signal An optical modulator;
An X-axis photoelectric converter that receives the X-axis component modulated light signal and outputs an X-axis component signal obtained by converting the signal into an electrical signal;
A fine dipole element for Y-axis for detecting the Y-axis component of the electric field;
The other optical signal that has been demultiplexed is input, the phase of the optical signal is modulated with the voltage induced in the micro dipole element for Y axis, and the Y-axis Mach-Zehnder that outputs the Y-axis component modulated optical signal is output. Type optical modulator,
A Y-axis photoelectric converter that receives the Y-axis component modulated optical signal and outputs a Y-axis component signal obtained by converting the Y-axis component modulated optical signal;
A support jig for fixing the X-axis micro dipole element and the Y-axis micro dipole element in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively;
A linear array antenna radiation near electric field measuring device comprising:
リニアアレーアンテナの近傍で1個以上の電界センサを用いて当該リニアアレーアンテナ周辺の電界強度分布を測定するリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定方法であって、
上記電界センサごとに、上記リニアアレーアンテナの中心軸と平行な軸をX軸、上記電界センサから上記リニアアレーアンテナの中心軸におろした法線の方向をZ軸、X軸とZ軸の双方に直交する軸をY軸とし、
上記電界センサが、上記リニアアレーアンテナが励起するX軸成分とY軸成分とを含む高周波電界を検知して電気信号として出力するステップと、
センサ位置決め手段が、所定の測定範囲及び所定の測定間隔で、X軸に沿って上記電界センサを移動させるとともに上記電界センサのX軸座標値を出力するステップと、
振幅/位相検出回路が、上記電気信号と上記X軸座標値とから、上記所定の測定範囲における上記所定の測定間隔ごとの上記高周波電界の振幅測定データと位相測定データとを生成し出力するステップと、
振幅外挿演算回路が、上記振幅測定データから、上記X軸座標値xと対応する上記振幅測定データとからxと振幅との関数を求め、その関数により上記所定の測定範囲の外であって、X軸上の所定の範囲について所定の間隔ごとに振幅を推定し、推定結果を上記振幅測定データとともにX軸振幅データとして出力するステップと、
位相外挿演算回路が、上記位相測定データから、上記X軸座標値xと対応する上記位相測定データとからxと位相との関数を求め、その関数により上記所定の測定範囲の外であって、X軸上の所定の範囲について所定の間隔ごとに位相を推定し、推定結果を上記位相測定データとともにX軸位相データとして出力するステップと、
XY面電界データ生成回路が、上記X軸振幅データと上記X軸位相データとから、XY面の電界データをy=0については上記X軸振幅データと上記X軸位相データとし、y≠0の範囲はゼロとして求めて出力するステップと、
フーリエ変換回路が、上記XY面の電界データから、これをフーリエ変換により波数スペクトラムを演算して出力するステップと、
Z軸変換回路が、上記波数スペクトラムにZ軸座標値zの値を含む関数を乗算して求めたZ軸変換値を出力するステップと、
逆フーリエ変換回路が、上記Z軸変換値から逆フーリエ変換によりXZ面電界データを求めて出力するステップと、
表示回路が、上記XZ面データに基づき電界強度分布を表示するステップと、
を実行するリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定方法。
A linear array antenna radiation vicinity electric field measurement method for measuring an electric field intensity distribution around the linear array antenna using one or more electric field sensors in the vicinity of the linear array antenna,
For each electric field sensor, the axis parallel to the central axis of the linear array antenna is the X axis, the normal direction from the electric field sensor to the central axis of the linear array antenna is the Z axis, both the X axis and the Z axis The axis orthogonal to the Y axis is
The electric field sensor detecting a high-frequency electric field including an X-axis component and a Y-axis component excited by the linear array antenna and outputting the electric signal as an electric signal;
A sensor positioning means for moving the electric field sensor along the X axis in a predetermined measurement range and a predetermined measurement interval and outputting an X-axis coordinate value of the electric field sensor;
An amplitude / phase detection circuit generates and outputs amplitude measurement data and phase measurement data of the high-frequency electric field for each predetermined measurement interval in the predetermined measurement range from the electric signal and the X-axis coordinate value. When,
An amplitude extrapolation calculation circuit obtains a function of x and amplitude from the amplitude measurement data corresponding to the X-axis coordinate value x from the amplitude measurement data, and the function is outside the predetermined measurement range. Estimating the amplitude at predetermined intervals for a predetermined range on the X axis, and outputting the estimation result as X axis amplitude data together with the amplitude measurement data;
A phase extrapolation calculation circuit obtains a function of x and phase from the phase measurement data and the phase measurement data corresponding to the X-axis coordinate value x, and is outside the predetermined measurement range by the function. Estimating the phase at predetermined intervals for a predetermined range on the X axis, and outputting the estimation result as X axis phase data together with the phase measurement data;
An XY plane electric field data generation circuit uses the X-axis amplitude data and the X-axis phase data to change the XY plane electric field data to the X-axis amplitude data and the X-axis phase data when y = 0, and y ≠ 0. Obtaining and outputting the range as zero, and
A Fourier transform circuit calculates and outputs a wave number spectrum by Fourier transform from the electric field data of the XY plane;
A step in which the Z-axis conversion circuit outputs a Z-axis conversion value obtained by multiplying the wavenumber spectrum by a function including the value of the Z-axis coordinate value z;
An inverse Fourier transform circuit obtains and outputs XZ plane electric field data from the Z-axis transformed value by inverse Fourier transform;
A display circuit displaying an electric field intensity distribution based on the XZ plane data;
Linear array antenna radiation near-field electric field measurement method to perform.
請求項6に記載のリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定方法であって、
更に、回転装置が、上記リニアアレーアンテナの中心軸を中心に上記リニアアレーアンテナを回転するステップの実行を含むことを特徴とするリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定方法。
It is the linear array antenna radiation | emission near electric field measurement method of Claim 6, Comprising:
The linear array antenna radiation near-field electric field measurement method further comprising: executing a step of rotating the linear array antenna about the central axis of the linear array antenna.
請求項6に記載のリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定方法であって、
2個以上の上記電界センサが上記リニアアレーアンテナの中心軸を中心とする円上に配置され、
更に、電界センサ切替回路が、上記2個以上の電界センサの出力信号から1個の電界センサの出力信号を選択してそれを出力するステップの実行を含むことを特徴とするリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定方法。
It is the linear array antenna radiation | emission near electric field measurement method of Claim 6, Comprising:
Two or more electric field sensors are arranged on a circle centered on the central axis of the linear array antenna,
Further, the electric field sensor switching circuit includes executing a step of selecting an output signal of one electric field sensor from the output signals of the two or more electric field sensors and outputting the selected signal. Electric field measurement method.
請求項6〜8のいずれかに記載のリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定方法であって、更に、
校正用電界センサが、上記リニアアレーアンテナの中心軸から見て、上記電界センサより遠方において、リニアアレーアンテナが励起する高周波電界を検知して電界データを出力するステップと、
校正回路が、上記逆フーリエ変換回路からのXZ面電界データと、上記校正用電界センサの測定値とから、上記XZ面電界データを校正して出力するステップと、
を実行することを含むこと特徴とするリニアアレーアンテナ放射近傍電界測定方法。
It is the linear array antenna radiation | emission near electric field measurement method in any one of Claims 6-8, Comprising: Furthermore,
A calibration electric field sensor detecting a high-frequency electric field excited by the linear array antenna at a position farther than the electric field sensor when viewed from the central axis of the linear array antenna, and outputting electric field data;
A calibration circuit calibrating and outputting the XZ plane electric field data from the XZ plane electric field data from the inverse Fourier transform circuit and the measurement value of the calibration electric field sensor;
A linear array antenna radiation near-field electric field measurement method comprising:
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