JP5577223B2 - アンテナなどの高周波特性試験対象物の特性測定のための高周波特性測定システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載のアンテナなどの高周波特性試験対象物の特性測定のための高周波特性測定システム、並びに、請求項６に記載のアンテナなどの高周波特性試験対象物の高周波特性の測定方法に関する。

アンテナなど、特に衛星用アンテナなどの高周波特性試験対象物は、その高周波特性に関して高周波特性測定システムやアンテナ特性測定システムなどで分析される。本出願人は先に、アンテナの高周波特性を高精度で測定することのできるシステムとして、コンペンセイテッド・コンパクト・レンジ・システム（ＣＣＲシステム）と名付けた高周波特性測定システムを提案した。このシステムは、高周波特性測定を行うために、その伝播軸の延在方向が明確な高周波信号を発生するようにしている。そして、高周波特性測定の精度を高いレベルに維持するためには、アンテナなどの高周波特性試験対象物の高周波信号の伝播軸の延在方向と、この高周波特性測定システムの高周波信号の伝播軸の延在方向とが平行になるように、それらの間の方向アライメントを取る必要がある。また、そのためには、通常、高周波特性試験対象物を高周波特性測定システムに装着した後に、その高周波特性試験対象物に対して、更に機械的な手段をもって方向アライメントのための調節を施す必要がある。

そのような方向アライメントを取るための方法としては、従来、例えば特許文献１などに記載されているような、少なくとも２台のセオドライトを用いる方法が用いられていた。２台のセオドライトは、高周波特性試験対象物に関しては、その高周波特性試験対象物の複数の基準点の位置の計測を行い、また、高周波特性測定システムにおいては、高周波信号の方向を求めるためにコーナー・キューブ・リフレクタの計測を行う。このコーナー・キューブ・リフレクタは、高周波特性測定システムの高周波信号の伝播軸の延在方向を明確に示すものである。更に、高周波特性測定システムの高周波信号の伝播軸の方向に対して、高周波特性試験対象物の方向がどの程度に揃っているのかを求めるために、かなりの時間を要する幾何光学的な演算を実行する必要がある。その演算においては、高周波特性測定システムのコーナー・キューブ・リフレクタの反射面の指向方向と、高周波特性試験対象物の３次元座標とを組合せる必要があり、そうすることによってはじめて、高周波特性試験対象物をどれだけ回転させれば方向アライメントが取れるかという補正量を求めることができる。高周波特性試験対象物の方向アライメントを取るためのこの従来の方法には、個々の計測における誤差が比較的大きく、そのため、高周波測定軸に関して、高周波特性測定システムに対する高周波特性試験対象物の方向アライメントの精度がよくないという短所が付随している。また更なる短所として、高周波特性試験対象物の方向アライメントを取るために実行する計測作業及び補正量の算出に、多大の時間と作業量とを要するということがある。

米国特許公開第２００９／００７３０６Ａ１号公報（特表２００８−５１４９５４号公報）

従って本発明の目的は、アンテナなどの高周波特性試験対象物の特性測定のための改良した高周波特性測定システムを提供すること、並びに、アンテナなどの高周波特性試験対象物の高周波特性の測定を行う改良した方法を提供することにある。

上記目的は、請求項１に記載の特徴を備えたアンテナなどの高周波特性試験対象物の特性測定のための高周波特性測定システムによって達成され、また、請求項６に記載の特徴を備えたアンテナなどの高周波特性試験対象物の高周波特性の測定を行う方法により達成される。従属請求項は、本発明の具体的な構成例に係る特徴を主題としたものである。

本発明の基本概念は、レーザトラッカーによって、高周波特性試験対象物の高周波信号の伝播軸に関するその高周波特性試験対象物の三次元座標の計測と、１つまたは複数のリフレクタの高周波信号の伝播軸に関するその１つまたは複数のリフレクタの三次元座標の計測とを実行することにある。これらの計測を行うことで、その計測値に応じて高周波特性試験対象物の方向アライメントの調節が可能となり、より具体的には、所与のまたは目標とするアライメント方向からの偏向角を縮小することが可能となる。レーザトラッカーによる計測を好適に実行し得るようにするには、例えば、高周波特性試験対象物の特性測定を行うための特性測定システムの高周波信号の伝播軸の延在方向を明示する複数のレトロターゲットをリフレクタに設け、また、アンテナなどの高周波特性試験対象物の高周波信号の伝播軸の延在方向を明示する複数のレトロターゲットを高周波特性試験対象物上に設けるようにする。レトロターゲットとは、入射するレーザビームを略々その入射方向へ反射して返すリフレクタである。本発明によれば、高周波測定軸に対する高周波特性試験対象物の方向アライメントの精度を高めることができ、また、本明細書の冒頭に記載した従来の方法と比べて、高周波特性試験対象物の方向アライメントを取るために要する作業量が大幅に軽減される。

本発明の１つの実施の形態は、高周波特性試験対象物としてのアンテナの特性測定を行うための高周波特性測定システムに関するものであり、この高周波特性測定システムは、
−高周波信号を反射する１つまたは複数のリフレクタと、
−レーザトラッカーと、
−前記レーザトラッカーのレーザビームを反射する複数のレトロターゲットであって、前記リフレクタに配設された複数のレトロターゲット及び前記高周波特性試験対象物に配設された複数のレトロターゲットと、
−計測ユニットとを備えており、該計測ユニットは、前記レーザトラッカーを制御して、前記高周波特性試験対象物及び前記１つまたは複数のリフレクタの双方の高周波信号の伝播軸を確定するために、前記高周波特性試験対象物及び前記１つまたは複数のリフレクタに配設された前記レトロターゲットの三次元座標の計測とを行わせるように構成されていることを特徴とする。

前記計測ユニットは更に、前記レーザトラッカーの計測値に最適当てはめ変換プログラムを適用することにより、前記レーザトラッカーの計測値から前記高周波特性試験対象物の方向アライメントの補正値を算出して出力するように構成されているものとするとよい。この補正値は、例えばモニタ上に表示するようにしてもよく、それによって、作業員が高周波特性試験対象物の方向アライメントを取る作業を行えるようになる。また、この補正値は、インターフェースを介して、例えば高周波特性試験対象物の制御を行うために、処理に回すようにしてもよい。

また、前記高周波特性試験対象物を移動調節するための移動調節装置を更に備えるようにし、前記計測ユニットは更に、前記移動調節装置を制御して、前記リフレクタの高周波信号の伝播軸の方向である所定のアライメント方向からの、前記高周波特性試験対象物の高周波信号の伝播軸の偏向量を減少させるように構成されているものとするとよい。これによって、特性測定システムにおける高周波特性試験対象物の方向アライメントを取る作業を略々自動化することができる。

前記高周波特性試験対象物及び前記リフレクタの各々に４個ずつの前記レトロターゲットを設け、それらレトロターゲットを前記高周波特性試験対象物及び前記リフレクタの各々の角部または辺部に配設するとよい。

前記レトロターゲットは入射するレーザビームを略々その入射方向へ反射して返すように構成されているものとするとよい。

本発明の更なる実施の形態は、高周波特性試験対象物としてのアンテナの高周波特性の測定を行う方法に関するものであり、
高周波信号を反射する１つまたは複数のリフレクタ（１６、１８）と、
レーザトラッカー（２０）と、
前記レーザトラッカーのレーザビームを反射する複数のレトロターゲット（２２）であって、前記リフレクタに配設された複数のレトロターゲット及び前記高周波特性試験対象物に配設された複数のレトロターゲットと、
前記レーザトラッカーを制御する計測ユニット（２４）と、を備えた高周波特性測定システム（１０）を用いて高周波特性試験対象物としてのアンテナ（１２）の高周波特性の測定を行う方法において、この方法は、
−レーザトラッカーを制御するステップと、前記高周波特性試験対象物及び１つまたは複数のリフレクタのレトロターゲットの三次元座標を計測するステップと、前記高周波特性試験対象物及び前記１つまたは複数のリフレクタの双方の高周波信号の伝播軸を確定するステップとを含むことを特徴とする。

前記方法が更に、
−前記レーザトラッカーの計測値に最適当てはめ変換プログラムを適用して、前記レーザトラッカーの計測値から、前記高周波特性試験対象物の方向アライメントのための補正値を算出するステップと、
−算出した補正値を出力するステップと、
を含むようにするとよい。

前記方法が更に、
−前記高周波特性試験対象物を移動調節するための移動調節装置を前記計測値に応じて制御して、前記リフレクタの高周波信号の伝播軸の方向である所定のアライメント方向からの、前記高周波特性試験対象物の高周波信号の伝播軸の偏向量を減少させるようにするステップ、
を含むようにするとよい。

本発明は、更に別の実施の形態によれば、コンピュータ上で実行されることにより以上に記載した本発明に係る方法を実行するコンピュータプログラムに関するものである。

本発明の更なる実施の形態は、以上に記載した本発明に係るコンピュータプログラムを格納したデータ記録媒体に関するものである。このデータ記録媒体は、例えば、磁気記憶媒体や、光記憶媒体、それに、半導体メモリなどである。また、ここでいうデータ記録媒体には、インターネットなどのコンピュータ・ネットワークを介してアクセスされるサーバなどのネットワーク上のデータ格納手段から成るネットワークメモリも含まれる。このようなネットワークメモリ上でコンピュータプログラムを入手可能にしておき、それをローカルコンピュータ上へダウンロードするようにすればよい。

本発明の更なる利点並びに利用可能性については、図面に示した実施例についての以下の説明から明らかとなる。

本明細書の記載、特許請求の範囲の記載、要約書の記載、並びに図面の記載には、本明細書の末尾の符号の説明に一覧として示した用語及び対応参照符号を使用している。

本発明の１つの実施形態のシステムを示した模式的ブロック図であり、この実施形態のシステムは、ＣＣＲ回転テーブルに搭載されたアンテナの特性測定を行うＣＣＲ高周波特性測定システムである。 本発明の１つの実施形態の方法を示したフローチャートであり、この実施形態の方法は、移動調節可能なアンテナの特性測定のための方法である。

以下の説明において、構成要素のうち、互いに機能的に同等、ないしは互いに機能的に関連を有する構成要素には、同一の参照番号を付してある。また、以下の説明中の具体的な数値はあくまでも具体例として提示する数値に過ぎず、本発明はそれら数値により限定されるものではない。

図１に示したのはアンテナの特性を測定するためのアンテナ特性測定システム１０である。図中に具体例として示したアンテナは高周波アンテナであり、その構成要素としてアンテナリフレクタ１２とホーンアンテナ１２とを備えており、それらはいずれも、ＣＣＲ回転テーブル１４に固定されている。アンテナ特性測定システム１０は、このＣＣＲ回転テーブル１４に加えて更に、ＣＣＲメインリフレクタ１６とＣＣＲサブリフレクタ１８とを備えている。それらメインリフレクタ１６及びサブリフレクタ１８の配置は図１に明示した通りのものである。

アンテナ特性測定システム１０は更にレーザトラッカー２０を備えており、このレーザトラッカー２０は、メインリフレクタ１６及びサブリフレクタ１８の計測を行うためのレーザビームを射出している。レーザトラッカー２０は、メインリフレクタ１６に配設されている複数のレトロターゲット２２並びにサブリフレクタ１８に配設されている複数のレトロターゲット２２までの距離を計測するために、その射出しているレーザビームにのせてレーザパルスを送出する。それらレトロターゲット２２は、レーザパルスがのせられたその入射しているレーザビームを反射してレーザトラッカー２０へ返している。レーザトラッカー２０は、レーザパルスが往復するのに要した時間に基づいて、レーザトラッカー２０とレーザビームを反射しているレトロターゲット２２との間の離隔距離を算出することができる。この離隔距離に加えて更にレーザトラッカー２０は、レーザトラッカー２０の位置から見たそれら複数のレトロターゲット２２の夫々の方向角の値も算出する。以上によって、レーザトラッカー２０は、複数のレトロターゲット２２の３次元空間内の位置を計測できるようになっている。

メインリフレクタ１６及びサブリフレクタ１８には、各々に４個ずつのレトロターゲット２２が設けられており、それらレトロターゲット２２はメインリフレクタ１６及びサブリフレクタ１８の夫々の角部に配設されている。更にアンテナリフレクタ１２にも複数のレトロターゲット２２が設けられている。メインリフレクタ１６及びサブリフレクタ１８に設けられた合計８個のレトロターゲット２２は、それらの三次元座標によって、アンテナ特性測定システム１０の高周波信号の伝播軸２８の方向を明示するものである。また、アンテナリフレクタ１２に設けられた複数のレトロターゲット２２は、アンテナ特性を測定しようとするアンテナ１２の高周波信号の伝播軸２６の方向を明示するものである。

以上に加えて更に計測装置２４を備えており、この計測装置２４はレーザトラッカー２０の制御を行う。尚、この計測装置２４が、ＣＣＲ回転テーブル１４の制御も併せて行うように構成してもよい。計測装置２４はまず、レーザトラッカー２０を制御して、メインリフレクタ１６の複数のレトロターゲット２２及びサブリフレクタ１８の複数のレトロターゲット２２の三次元座標の計測を行わせる。続いて計測装置２４は更にレーザトラッカー２０を制御して、高周波特性試験対象物に設けられている複数のレトロターゲット２２、即ち、アンテナリフレクタ１２に設けられている複数のレトロターゲット２２の三次元座標の計測を行わせる。高周波特性試験を実施するに際しては、アンテナ１２の高周波信号の伝播軸の延在方向と、アンテナ特性測定システム１０の高周波信号の伝播軸の延在方向とを、互いにできる限り平行にする必要があり、そうすることによって、高周波特性試験対象物であるそのアンテナ１２の測定結果の精度をできるだけ高めることができる。そしてこれを確実に行うために、計測装置２４は、アンテナ１２に設けられている複数のレトロターゲット２２並びにアンテナ特性測定システム１０に設けられている複数のレトロターゲット２２を計測して得られた計測値から、補正値を算出する。この補正値は、それら計測値に最適当てはめ変換プログラムを適用することによって、数秒以内に算出される。こうして得られた補正値は偏向角度を表しており、続いて、計測装置２４は、アンテナ１２が固定されている高精度の回転テーブル１４を作動させて、この偏向角度を縮小させる。これによって、その偏向角度を例えば最大で約０．００３°という非常に小さな角度にすることが可能となっている。また、このように偏向角度を縮小させてアンテナ１２の方向アライメントを取るために、計測装置２４が、上述した補正値から、回転テーブル１４をその補正値に応じて制御するための制御信号３２を生成するようにしてもよい。

図２に示したのは、例えば高周波アンテナなどの移動調節可能なアンテナの計測を行う方法のフローチャートである。この方法は例えば、図１のアンテナ特性測定システム１０の計測装置２４に組込まれているコンピュータが実行するコンピュータプログラムの形で実装され、計測装置２４のコンピュータは、アンテナ特性測定システム１０における計測及び制御を実行するものである。このコンピュータプログラムは、最初のステップＳ１００では、レトロターゲット２２の計測のためにレーザトラッカー２０が起動される。続くステップＳ１０２では、メインリフレクタ１６及びサブリフレクタ１８に設けられているレトロターゲット２２の三次元座標と、アンテナリフレクタ１２に設けられているレトロターゲット２２の三次元座標とを算出する。ステップＳ１０４では、先に算出した三次元座標に基づいて高周波特性試験対象物であるアンテナ１２の高周波信号の伝播軸の延在方向を求め、ステップ１０６では、先に算出した三次元座標に基づいてメインリフレクタ１６及びサブリフレクタ１８の高周波信号の伝播軸の延在方向を求める。続くステップ１０８では、最適当てはめ変換プログラムを用いて、先に求めた高周波信号の伝播軸の延在方向に関する補正値を算出し、ステップＳ１１０では、その補正値を出力する。算出した補正値は、作業員に提示するために、モニタの画面上に表示するようにしてもよく、或いは、その補正値から、回転テーブルを制御するための制御信号を直接的に生成するようにしてもよい。

アンテナなどの高周波特性試験対象物を高周波特性測定システムに取り付けたときには、その測定軸とその高周波特性試験対象物との方向アライメントをセオドライトを用いて計測すると、そこには常に誤差が存在しているが、本発明によれば、その誤差を極めて小さなものとすることができる。更に、アンテナなどの高周波特性試験対象物の方向アライメントを取ることを目的としたその高周波特性試験対象物の計測のための準備作業に要する時間が、また特に、方向アライメントのための計測それ自体の準備作業に要する時間が格段に短縮され、更には、計測後のデータ解析に要する時間も大いに短縮される。実際に試した結果として判明したところによれば、準備作業に要する時間の短縮量は約７５％とすることができ、また、方向アライメントのための計測それ自体並びに計測後のデータ解析に要する時間の短縮量は少なくとも約３０％とすることができた。

１０ アンテナ特性測定システム
１２ 測定対象のアンテナのアンテナリフレクタ及びホーンアンテナ
１４ ＣＣＲ回転テーブル
１６ ＣＣＲメインリフレクタ
１８ ＣＣＲサブリフレクタ
２０ レーザトラッカー
２２ レトロターゲット
２４ 計測装置
２６ アンテナ固有の測定方向（測定軸）を成す高周波信号の伝播軸
２８ ＣＣＲ固有の測定方向（測定軸）を成す高周波信号の伝播軸
３０ 計測値信号及び動作制御信号
３２ ＣＣＲ回転テーブル１４の動作制御信号
Ｓ１００〜Ｓ１２０ 方法ステップ

Claims (10)

1. 高周波特性試験対象物としてのアンテナ（１２）の特性測定を行うための高周波特性測定システム（１０）において、
   −高周波信号を反射する１つまたは複数のリフレクタ（１６、１８）と、
   −レーザトラッカー（２０）と、
   −前記レーザトラッカーのレーザビームを反射する複数のレトロターゲット（２２）であって、前記リフレクタに配設された複数のレトロターゲット及び前記高周波特性試験対象物に配設された複数のレトロターゲットと、
   −計測ユニット（２４）とを備えており、該計測ユニットは、前記レーザトラッカーを制御して、前記高周波特性試験対象物及び前記１つまたは複数のリフレクタの双方の高周波信号（２６、２８）の伝播軸を確定するために、前記高周波特性試験対象物及び前記１つまたは複数のリフレクタに配設された前記レトロターゲットの三次元座標の計測とを行わせるように構成されている、
   ことを特徴とする高周波特性測定システム。
2. 前記計測ユニット（２４）は更に、前記レーザトラッカーの計測値（３０）に最適当てはめ変換プログラムを適用することにより、前記レーザトラッカーの計測値（３０）から前記高周波特性試験対象物の方向アライメントの補正値を算出して出力するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記高周波特性試験対象物を移動調節するための移動調節装置（１４）を更に備えており、前記計測ユニット（２４）は更に、前記移動調節装置を制御して、前記リフレクタの高周波信号の伝播軸の方向である所定のアライメント方向からの、前記高周波特性試験対象物の高周波信号の伝播軸の偏向量を減少させるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のシステム。
4. 前記高周波特性試験対象物及び前記リフレクタの各々に４個ずつの前記レトロターゲットが設けられ、それらレトロターゲットは前記高周波特性試験対象物及び前記リフレクタの各々の角部または辺部に配設されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のシステム。
5. 前記レトロターゲットは入射するレーザビームを略々その入射方向へ反射して返すように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載のシステム。
6. 高周波信号を反射する１つまたは複数のリフレクタ（１６、１８）と、
   レーザトラッカー（２０）と、
   前記レーザトラッカーのレーザビームを反射する複数のレトロターゲット（２２）であって、前記リフレクタに配設された複数のレトロターゲット及び高周波特性試験対象物に配設された複数のレトロターゲットと、
   前記レーザトラッカーを制御する計測ユニット（２４）と、を備えた高周波特性測定システム（１０）を用いて高周波特性試験対象物としてのアンテナ（１２）の高周波特性の測定を行う方法において、
   −レーザトラッカー（２０）を制御するステップ（Ｓ１００）と、前記高周波特性試験対象物及び１つまたは複数のリフレクタのレトロターゲットの三次元座標を計測するステップ（Ｓ１０２）と、前記高周波特性試験対象物及び前記１つまたは複数のリフレクタの双方の高周波信号（２６、２８）の伝播軸を確定するステップ（Ｓ１０４、Ｓ１０６）とを含むことを特徴とする方法。
7. −前記レーザトラッカーの計測値（３０）に最適当てはめ変換プログラムを適用して、前記レーザトラッカーの計測値から、前記高周波特性試験対象物の方向アライメントのための補正値を算出するステップ（Ｓ１０８）と、
   −算出した補正値を出力するステップと、
   を更に含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
8. −前記高周波特性試験対象物を移動調節するための移動調節装置（１４）を前記計測値に応じて制御して、前記リフレクタの高周波信号の伝播軸の方向である所定のアライメント方向からの、前記高周波特性試験対象物の高周波信号の伝播軸の偏向量を減少させるようにするステップ（Ｓ１１０）、
   を更に含むことを特徴とする請求項６又は７記載の方法。
9. コンピュータ上で実行されることにより請求項６乃至８の何れか１項記載の方法を実行するコンピュータプログラム。
10. 請求項９記載のコンピュータプログラムを格納したデータ記録媒体。

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