JP6212879B2 - Antenna measuring device - Google Patents
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Description
本発明はアレーアンテナにおけるアンテナ放射パターンの測定に関するものである。 The present invention relates to measurement of an antenna radiation pattern in an array antenna.
アンテナの遠方界放射パターンを測定する方法として、一般に、供試アンテナを回転台に乗せ、パターンを測定する方法が広く用いられている（例えば、非特許文献１）。この場合、回転台上で供試アンテナを回転させながら、遠方にある測定用アンテナで信号の振幅と位相を測定する。 As a method for measuring the far-field radiation pattern of an antenna, a method of measuring a pattern by placing a test antenna on a turntable is widely used (for example, Non-Patent Document 1). In this case, the amplitude and phase of the signal are measured with a measurement antenna located far away while rotating the antenna under test on the turntable.
また、特許文献１では、遠方界放射パターンをより短い観測距離で測定する方法が示されている。特許文献１では、供試アンテナと測定用アンテナとの相対位置を変えながら、供試アレーアンテナの位置に応じて供試アレーアンテナから送信する信号の位相を適切に変化させることで、遠方界放射パターンを測定する。
従来技術では、供試アンテナと測定用アンテナとの相対位置関係を変化させるために、スキャナや回転台が必要となる。特に、供試アンテナが大口径のアンテナの場合には、大型のスキャナあるいは回転台が必要となり、大規模な回転台と測定装置を要するため装置構成が複雑となる問題があった。 In the prior art, a scanner and a turntable are required to change the relative positional relationship between the antenna under test and the antenna for measurement. In particular, when the antenna under test is a large-diameter antenna, a large scanner or a turntable is required, and a large-scale turntable and a measuring device are required, resulting in a complicated apparatus configuration.
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、供試アンテナと測定用アンテナの相対的な位置関係を固定させたまま、供試アンテナと測定用アンテナの距離よりも長い距離におけるアレーアンテナの放射電界のパターンを模擬的に測定することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is longer than the distance between the test antenna and the measurement antenna while fixing the relative positional relationship between the test antenna and the measurement antenna. The purpose is to simulate the pattern of the radiated electric field of the array antenna at a distance.
上記の目的を達成するために、本発明におけるアンテナ測定装置では、素子アンテナごとに信号の位相を変化させる移相器を有するアレーアンテナとの相対的な位置関係を固定させた測定用アンテナと、前記素子アンテナと前記測定用アンテナの間の距離に対応した位相を算出する第１の位相算出部および前記素子アンテナから放射する電波に対応した前記素子アンテナの間の位相差を算出する第２の位相算出部を備え、前記第１の位相算出部にて算出された位相と前記第２の位相算出部にて算出された位相差を用いて前記アレーアンテナの送信機にて生成された電波の遠方界放射電界強度が前記測定用アンテナで測定されるような前記素子アンテナごとの位相を求め、前記求められた位相となるように前記移相器の位相値を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the antenna measurement apparatus of the present invention, a measurement antenna in which the relative positional relationship with an array antenna having a phase shifter that changes the phase of a signal for each element antenna is fixed, A first phase calculation unit that calculates a phase corresponding to a distance between the element antenna and the measurement antenna, and a second phase that calculates a phase difference between the element antennas corresponding to radio waves radiated from the element antenna A phase calculation unit that uses the phase difference calculated by the first phase calculation unit and the phase difference calculated by the second phase calculation unit to generate radio waves generated by the transmitter of the array antenna . obtains the element phase of each antenna as distant place field radiation field intensity is measured by the measuring antenna, control unit for controlling the phase value of said phase shifter so that the determined phase , Characterized by comprising a.
本発明にかかるアンテナ測定装置では、供試アレーアンテナと測定用アンテナの相対的な位置関係を固定させたまま、供試アレーアンテナの遠方界放射パターンを短い観測距離で模擬測定することが可能となり、供試アレーアンテナを動かす必要がなく簡単な構成とすることができる。 With the antenna measurement apparatus according to the present invention, it is possible to perform a simulated measurement of the far-field radiation pattern of the test array antenna at a short observation distance while fixing the relative positional relationship between the test array antenna and the measurement antenna. It is not necessary to move the array antenna under test, and a simple configuration can be achieved.
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置について説明する。
An antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to
図１は、本発明の実施の形態１におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置を示している。図１において、１は供試アレーアンテナ装置、２は測定用アンテナ、３は移相器制御部、４は励振位相算出部、５は平面波模擬位相算出部、６は球面波位相算出部、７は初期位相算出部、８は遠方界放射パターン模擬装置、９は送信機、１０は分配・合成回路、１１−１〜Ｎは移相器、１２−１〜Ｎは素子アンテナ、１３は受信機、１４は位相制御部を表す。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 shows an antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to
以降、供試アレーアンテナ装置１を供試アレーアンテナ１と呼ぶ。また、位相制御部１４は移相器制御部３、励振位相算出部４、平面波模擬位相算出部５、球面波位相算出部６、初期位相算出部７を内部に含む。移相器１１−１〜Ｎは特に区別する必要がない場合には移相器１１、素子アンテナ１２−１〜Ｎは特に区別する必要がない場合には素子アンテナ１２と以降まとめて表記する。区別する場合には、移相器１１−ｎ、素子アンテナ１２−ｎ、ただし、ｎ＝１〜Ｎと表記する。また、「アンテナ遠方界放射パターン」は、「供試アレーアンテナ１と測定アンテナ２の距離よりも長い距離における供試アレーアンテナ１の放射電界のパターン」を意味する。
Hereinafter, the test
アンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置は、供試アレーアンテナ１から送信された信号を測定用アンテナ２において測定することで放射パターンの測定を行う。供試アレーアンテナ１では、送信機９が高周波信号を出力し、分配・合成回路１０はアレーアンテナの各素子アンテナ１２−１〜Ｎに対応した複数の高周波信号に分配する。分配された高周波信号は移相器１１−１〜Ｎにおいて位相制御され、位相制御された高周波信号は素子アンテナ１２−１〜Ｎから電波として空間に放射される。
The antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus measures a radiation pattern by measuring a signal transmitted from a
位相制御部１４は移相器１１−１〜Ｎにおいて設定される位相値を制御する。具体的には、平面波模擬位相算出部５、球面波位相算出部６、及び初期位相算出部７において個別の位相計算が行われ、励振位相算出部４において計算された位相値は統合される。統合された位相値に基づき移相器制御部３が移相器１１−１〜Ｎの位相状態を制御する。
The phase control unit 14 controls the phase value set in the phase shifters 11-1 to 11-N. Specifically, individual phase calculation is performed in the plane wave simulated phase calculation unit 5, the spherical wave phase calculation unit 6, and the initial phase calculation unit 7, and the phase values calculated in the excitation phase calculation unit 4 are integrated. Based on the integrated phase value, the
一方、測定用アンテナ２は、供試アレーアンテナ１の近傍に位置する。測定用アンテナ２は、供試アレーアンテナ１からの電波を受信して高周波信号に変換する。受信機１３はその高周波信号の受信電力強度を計測した後、その受信電力強度を遠方界放射パターン模擬装置８に出力する。遠方界放射パターン模擬装置８は、その受信電力強度と供試アレーアンテナ１の模擬測定角度を対応付けることで、供試アレーアンテナ１の遠方界放射パターンを模擬したパターンを出力する。このような処理により、送信機９から送信された高周波信号を受信機１３で受信し、アンテナの放射パターンを測定することができる。
On the other hand, the
本発明の実施の形態１はアンテナ遠方界放射パターンに近い放射パターンを供試アレーアンテナ１の近傍に位置する測位用アンテナ２で模擬的に測定することを目的としている。そこで、この測定を実現する原理について次に説明する。
The first embodiment of the present invention is intended to simulate a radiation pattern close to the antenna far-field radiation pattern with the
まず、電界強度を表現するため、３次元空間における素子アンテナ１２−ｎと測定用アンテナ２の位置関係を図２に示す。ここでは、供試アレーアンテナ１における素子アンテナ１２―ｎの位置座標を(xn,yn,zn)、測定用アンテナ２の位置座標を(x0,y0,z0)としている。
First, in order to express the electric field strength, the positional relationship between the element antenna 12-n and the
また、素子アンテナ１２−ｎから放射される電波の測定用アンテナ２方向の電界成分を(exn,eyn,ezn)、測定用アンテナ２から放射される電波の素子アンテナ１２−ｎ方向の電界成分を(gxn,gyn,gzn)とする。これは、素子アンテナ１２−ｎ及び測定用アンテナ２がそれぞれ持つ指向性を示している。
The electric field component of the radio wave radiated from the element antenna 12-n in the direction of the
このとき、供試アレーアンテナ１から放射された信号の測定用アンテナ２におけるアレー合成電界強度Ｐは、次式で表される。
これまでは測定用アンテナ２におけるアレー合成電界強度について説明したが、次に、十分遠方で信号を受信する遠方界放射について説明する。これは図２に示すように、供試アレーアンテナ１から十分遠方に位置する点Ｐで信号を受信する状態に相当する。
Up to now, the array combined electric field strength in the
供試アレーアンテナ１の素子アンテナ１２−ｎにおいて励振振幅Ａon及び励振位相Φonで信号を励振して放射したとすると、式（１）において受信点が十分遠方にある状態を想定することで、その遠方界放射電界強度は次式で表される。
アンテナ遠方界放射パターンを供試アレーアンテナ１の近傍の測定用アンテナ２で模擬的に測定するためには、測定用アンテナ２での受信強度（式（１））が遠方界放射パターンの受信強度（式（３））と同一または類似した形となることが必要となる。
In order to measure the antenna far-field radiation pattern with the
そこで、式（１）と式（３）を比較すると、供試アレーアンテナ１における励振振幅に関わるパラメータＡnｆn／ｒonおよび励振位相Φnを
本発明の実施の形態１では、特に式（５）の励振位相に着目し、適切な励振位相を与えることにより、測定用アンテナ２において遠方界放射と同じ位相で受信できる状態を開示する。
In the first embodiment of the present invention, a state in which the
式（５）において、右辺第２項は各素子アンテナ１２−ｎと測定用アンテナ２の間の距離に基づく位相を表しており、球面波位相と呼ぶ。また、右辺第３項は供試アレーアンテナ１から平面波を放射した際の素子アンテナ１２間の位相差を表しており、平面波模擬位相と呼ぶ。
In Expression (5), the second term on the right side represents a phase based on the distance between each element antenna 12-n and the
図３に球面波位相と平面波模擬位相の概要を示す。供試アレーアンテナ１の近傍におかれた測定用アンテナ２において信号を測定する場合、各素子アンテナ１２−ｎと測定用アンテナ２の距離は各素子アンテナ１２−ｎごとに異なる。式（５）の右辺第２項である球面波位相はこの各素子アンテナ１２−ｎと測定用アンテナ２の間の距離ronに相当する位相を表し、素子アンテナ１２−ｎごとの異なる位相を表している。
FIG. 3 shows an outline of the spherical wave phase and the plane wave simulated phase. When measuring a signal in the
一方、各素子アンテナ１２−ｎから十分遠方で電界を測定する場合、各素子アンテナ１２−ｎの間の経路差
式（５）は、右辺第１項である供試アレーアンテナ１の遠方界放射としての励振位相に、右辺第２項である球面波模擬位相と、右辺第３項である平面波模擬位相を加えることで、測定用アンテナ２において供試アレーアンテナ１の遠方界放射と同じ受信強度を得るための励振位相を導けることを示している。このように、遠方界放射を想定した励振位相に適切な補正を与えることによって、遠方界放射に近い受信強度を供試アレーアンテナ１の近傍にある測定アンテナ２において得ることが可能となる。
Expression (5) adds the spherical wave simulated phase, which is the second term on the right side, and the plane wave simulated phase, which is the third term on the right side, to the excitation phase as the far-field radiation of the
具体的には、各移相器１１−ｎに式（５）の左辺の位相値Φｎを設定することで、供試アレーアンテナ１と測定用アンテナ２の位置関係を固定したまま、供試アレーアンテナ１の遠方界放射パターンを模擬的に測定できる。また、供試アレーアンテナ１の放射電界の模擬測定方向によって式（５）右辺第３項の平面波模擬位相は変化するが、位相制御部１４がアレーアンテナ１の放射電界の模擬測定方向
本実施の形態の方法では、試供アレーアンテナ１に対して回転台などを用いることなく、試供アレーアンテナ１を固定させた状態で遠方界放射パターンの計測を行うことができる。
In the method of the present embodiment, the far-field radiation pattern can be measured in a state where the
これまでは本発明の実施の形態１の原理を示したが、次にアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置の動作について説明する。図４にアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置の動作のフローチャートを示す。 The principle of the first embodiment of the present invention has been described so far. Next, the operation of the antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus will be described. FIG. 4 shows a flowchart of the operation of the antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus.
まず、初期位相算出部７は、式（５）の右辺第１項に相当する所定の初期励振位相を算出する（ステップＳＴ４０１）。この初期励振位相は、例えば、各素子アンテナ１２−ｎの素子毎のばらつきを補正する位相であったり、供試アレーアンテナ１を所定の方向にビーム走査する位相であったり、供試アレーアンテナ１の遠方界放射パターンにおいて所定の方向にヌルを形成する位相であったり、さまざまな位相値に設定できる。
First, the initial phase calculation unit 7 calculates a predetermined initial excitation phase corresponding to the first term on the right side of Equation (5) (step ST401). This initial excitation phase is, for example, a phase that corrects the variation of each element antenna 12-n for each element, a phase that performs beam scanning of the
初期励振位相が算出されると、式（５）の右辺第２項の位相補正値を算出するため、球面波位相算出部６は、各素子アンテナ１２−ｎと測定用アンテナ２の間の距離に対応して式（５）の右辺第２項の球面波位相を算出する（ステップＳＴ４０２）。続いて、平面波模擬位相算出部５は、放射電界の模擬測定方向と各素子アンテナ１２−ｎの位置座標から、式（５）の右辺第３項で表される平面波模擬位相を算出する（ステップＳＴ４０３）。
When the initial excitation phase is calculated, the spherical wave phase calculation unit 6 calculates the distance between each element antenna 12-n and the
この結果を踏まえ、励振位相算出部４は励振位相である式（５）の左辺第１項を導出するため、平面波模擬位相算出部５、球面波位相算出部６、及び初期位相算出部７において算出された位相値の和を算出し、移相器制御部３に通知する（ステップＳＴ４０４）。一方、送信機９は高周波信号を生成・出力し（ステップＳＴ４０５）、分配・合成回路１０は高周波信号を各移相器１１に分配する（ステップＳＴ４０６）。
Based on this result, the excitation phase calculation unit 4 derives the first term on the left side of the equation (5), which is the excitation phase, so that the plane wave simulated phase calculation unit 5, the spherical wave phase calculation unit 6, and the initial phase calculation unit 7 The sum of the calculated phase values is calculated and notified to the phase shifter control unit 3 (step ST404). On the other hand, the
移相器制御部３は式（５）の左辺第１項の位相値となるよう移相器１１を制御し、移相器１１は高周波信号の位相を変化させる（ステップＳＴ４０７）。その後、高周波信号は各素子アンテナ１２−ｎから電波として放射される（ステップＳＴ４０８）。測定用アンテナ２は空間に放射された電波を受信した後、受信機１３において受信電界強度を算出し、遠方界放射パターン模擬装置８に受信電界強度を出力する（ステップＳＴ４０９）。
The phase
また、ビームを所定の範囲内で走査するため、現在のビームの模擬測定方向が所定の模擬測定方向範囲内であるかどうかを判定し（ステップＳＴ４１０）、所定の範囲内であれば模擬測定方向を所定の量だけ更新する（ステップＳＴ４１１）。ビームの新たな模擬測定方向に対して再びステップＳＴ４０３からステップＳＴ４１１を処理し、所定のビームの模擬測定方向範囲に対して繰り返し処理する。 Further, in order to scan the beam within a predetermined range, it is determined whether or not the current simulated measurement direction of the beam is within the predetermined simulated measurement direction range (step ST410). Is updated by a predetermined amount (step ST411). Steps ST403 to ST411 are processed again with respect to the new simulated measurement direction of the beam, and processing is repeated for a predetermined simulated measurement direction range of the beam.
最後に、ビームの模擬測定範囲についてすべて測定を終えたら、遠方界放射パターン模擬装置８はビームの模擬測定方向と受信電界強度を１対１で関連付け、放射パターンを出力する（ステップＳＴ４１２）。 Finally, when all the measurements for the simulated measurement range of the beam are completed, the far-field radiation pattern simulator 8 correlates the simulated measurement direction of the beam and the received electric field strength on a one-to-one basis and outputs a radiation pattern (step ST412).
図５に８素子アレーアンテナを供試アレーアンテナとして、本実施の形態のアンテナ遠方界放射パターン模擬測定を行ったシミュレーション結果を示す。ここで、測定用アンテナ２は、遠方条件距離の０．４５倍の観測距離に供試アレーアンテナ１と対向するように固定設定される。この観測距離は供試アレーアンテナ１の寸法と高周波信号の波長から求まる遠方条件強度に対し、定められる。
FIG. 5 shows a simulation result of the antenna far-field radiation pattern simulation measurement of the present embodiment using an 8-element array antenna as a test array antenna. Here, the
図５では、本発明の実施の形態１に示す測定アンテナ２において得られる模擬測定による放射パターンと、供試アレーアンテナ２の遠方界放射パターンを表す。図５では、模擬測定による放射パターンと供試アレーアンテナの遠方界放射パターンとが概ね対応しており、本発明の実施の形態１の模擬測定によって遠方界放射パターンが測定可能であることが確認できる。
In FIG. 5, the radiation pattern by the simulation measurement obtained in the
以上のように、本発明の実施の形態１によれば、供試アレーアンテナ１と測定用アンテナ２の相対的な位置関係を固定させたまま、つまりスキャナや回転台を用いることなく、供試アレーアンテナの遠方界放射パターンを短い観測距離で模擬測定することが可能となる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the relative positional relationship between the
なお、上記では供試アレーアンテナ１に送信機９を、測定用アンテナ２に受信機１３及び遠方界放射パターン模擬装置８を接続する構成としたが、送信側と受信側を入れ替えて、供試アレーアンテナ１に受信機１３及び遠方界放射パターン模擬装置８を接続し、測定用アンテナ２に送信機９を接続する構成としても同様の効果を得ることが可能である。
In the above description, the
実施の形態２．
実施の形態１では、供試アレーアンテナ１の近傍に置かれた測定アンテナで遠方界放射パターンを模擬測定するために式（５）を満たす励振位相を設定したのに対して、本実施の形態ではさらに式（４）を概ね満たす励振振幅を設定する構成を開示する。
In the first embodiment, the excitation phase satisfying the equation (5) is set in order to simulate the far-field radiation pattern with the measurement antenna placed in the vicinity of the
図６に本発明の実施の形態２におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置を示す。図６に示すように、本発明の実施の形態２におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置は、図１の本発明の実施の形態１に係る装置構成に、振幅調整器１５−１〜Ｎと、振幅調整器制御部１６及び距離差補償励振振幅算出部（第一の励振振幅算出部）１７を含む振幅制御部１８を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。なお、振幅調整器１５−１〜Ｎは特に区別する必要がない場合には、以降まとめて振幅調整器１５と表記する。
FIG. 6 shows an antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to
振幅調整器１５は、移相器１１と素子アンテナ１２の間に接続され、移相器１１から出力される高周波信号の振幅を調整し、各素子アンテナ１２に出力する。距離差補償励振振幅算出部（第一の励振振幅算出部）１７は適切な励振振幅値を算出し、振幅調整器制御部１６は算出された励振振幅値に基づいて、振幅調整器１５における振幅の調整度合いを制御する。
The
次に、本発明の実施の形態２におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定の基本原理について説明する。
Next, the basic principle of the antenna far-field radiation pattern simulation measurement in
本発明の実施の形態１に係るアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置は、式（４）の条件が概ね成立する場合に遠方界放射パターンの模擬測定を精度よく実行できる。しかし、供試アレーアンテナ１と測定用アンテナ２との距離が短い場合には、各素子アンテナ１２−ｎと測定用アンテナ２との間の距離は素子アンテナ１２−ｎごとに大きく異なり、式（４）は厳密には成立しない。そのため、遠方界放射パターンの模擬が不十分となる。
The antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to
そこで、本発明の実施の形態２におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置は、各素子アンテナ１２−ｎの励振振幅を式（６）のように調整することで、各素子アンテナ１２−ｎと測定用アンテナ２との間の距離差を補償する。
図３を用いて本実施の形態における基本原理の概要を示す。供試アレーアンテナ１の近傍にある測定用アンテナ２で測定を行う場合、各素子アンテナ１２−ｎと測定用アンテナ２の距離ronは素子アンテナ１２−ｎごとに異なり、励振振幅値に差が生じる。本発明の実施の形態２は、式（６）に基づき振幅を補正することで、各素子アンテナ１２−ｎと測定用アンテナ２との間の距離ronの差に伴う励振振幅の違いを調整している。
The outline of the basic principle in the present embodiment will be described with reference to FIG. When measurement is performed with the
図７に本発明の実施の形態２におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置の動作を示す。図７においてステップＳＴ７０１、ＳＴ７０２、ＳＴ７０４〜ＳＴ７０８、及びＳＴ７１０〜ＳＴ７１４は、それぞれ図４のステップＳＴ４０１、ＳＴ４０２、ＳＴ４０３〜ＳＴ４０７、及びＳＴ４０８〜ＳＴ４１２における処理と同様であるため、その説明を省略する。
FIG. 7 shows the operation of the antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to
本発明の実施の形態２におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置は、ステップＳＴ７０１及びＳＴ７０２の処理の後、距離差補償励振振幅算出部（第一の励振振幅算出部）１７にて、各素子アンテナ１２−ｎと測定用アンテナ２との間の距離差に伴う振幅差を補償する式（６）の励振振幅値を算出する（ＳＴ７０３）。
In the antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to
その後、ステップＳＴ７０４〜ＳＴ７０８の処理を実行し、振幅調整器制御部１６は距離差補償励振振幅算出部（第一の励振振幅算出部）１７にて算出された励振振幅値にしたがって、振幅調整器１５の振幅調整度合いを制御し、移相器１１から出力された高周波信号の振幅を変化させる（ステップＳＴ７０９）。その後、ステップＳＴ７１０〜ＳＴ７１４を処理する。 Thereafter, the processing of steps ST704 to ST708 is executed, and the amplitude adjuster control unit 16 performs an amplitude adjuster according to the excitation amplitude value calculated by the distance difference compensation excitation amplitude calculation unit (first excitation amplitude calculation unit) 17. 15 is controlled to change the amplitude of the high-frequency signal output from the phase shifter 11 (step ST709). Thereafter, steps ST710 to ST714 are processed.
以上のように、本発明の実施の形態２によれば、供試アレーアンテナ１と測定用アンテナ２との位置関係を固定したまま、スキャナや回転台を用いることなく、供試アレーアンテナの遠方界放射パターンを供試アレーアンテナ１の近傍に位置する測定用アンテナ２で高精度に模擬測定できる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the position of the
なお、ここでは供試アレーアンテナ１に送信機９を、測定用アンテナ２に受信機１３及び遠方界放射パターン模擬装置８を接続する構成としたが、送信側と受信側を入れ替えて、供試アレーアンテナ１に受信機１３及び遠方界放射パターン模擬装置８を接続し、測定用アンテナ２に送信機９を接続する構成としても同様の効果を得ることが可能である。
In this example, the
実施の形態３．
実施の形態２では、供試アレーアンテナ１と測定用アンテナ２との距離の違いに起因する信号の振幅の違いを制御したのに対して、本実施の形態では、各素子アンテナ１２−ｎの持つアンテナパターンの違いにより生じる信号の振幅の違いを制御する構成を示す。
In the second embodiment, the difference in signal amplitude caused by the difference in distance between the
図８は本発明の実施の形態３におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置を示す。図８に示すように、本発明の実施の形態３におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置は、本発明の実施の形態２に係る図５のアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置の距離差補償励振振幅算出部（第一の励振振幅算出部）１７を第二の励振振幅算出部１９に置き換えたものである。振幅調整制御部１６と第二の励振振幅算出部１９を含む制御部を振幅制御部２０として表記する。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
FIG. 8 shows an antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to
本発明の実施の形態３におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定の測定原理について説明する。
The measurement principle of simulated antenna far-field radiation pattern in
本発明の実施の形態２における測定原理において述べたように、本発明の実施の形態２に係るアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置では、式（６）のように各素子アンテナ１２−ｎの励振振幅を制御することで、式（４）で表される条件が概ね成立するようにした。しかし、供試アレーアンテナ１と測定用アンテナ２との距離が短い場合には、素子アンテナ１２−ｎと測定用アンテナ２の指向性による総合的なアンテナ利得を表すfnの値は素子アンテナ１２−ｎごとに異なる。その結果、式（６）のように振幅を制御しても式（４）の条件は厳密には成立せず、遠方界放射パターンの模擬が不十分となってしまう。
As described in the measurement principle in the second embodiment of the present invention, in the antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to the second embodiment of the present invention, the excitation of each element antenna 12-n as shown in equation (6). By controlling the amplitude, the condition expressed by the equation (4) is generally satisfied. However, when the distance between the
そこで、本発明の実施の形態３におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置では、各素子アンテナ１２−ｎの励振振幅を式（７）のように調整する。
Therefore, in the antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to
これまでは本発明の実施の形態３の基本原理を示したが、次にアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置の動作について説明する。図９にアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置の動作のフローチャートを示す。図９においてステップＳＴ９０１、ＳＴ９０２、及びＳＴ９０４〜ＳＴ９１４はそれぞれ、図７のステップＳＴ７０１、ＳＴ７０２、及びＳＴ７０４〜ＳＴ７１４における処理と同様であるため、その説明を省略する。 The basic principle of the third embodiment of the present invention has been described so far. Next, the operation of the antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus will be described. FIG. 9 shows a flowchart of the operation of the antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus. In FIG. 9, steps ST901, ST902, and ST904 to ST914 are the same as the processes in steps ST701, ST702, and ST704 to ST714 of FIG.
本発明の実施の形態３におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置では、ステップＳＴ９０１及びＳＴ９０２の処理の後、第二の励振振幅算出部１９において、式（７）で表される励振振幅値を算出する（ＳＴ９０３）。
In the antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to
その後、ステップＳＴ９０４〜ＳＴ９１４を処理する。 Thereafter, steps ST904 to ST914 are processed.
このような動作により、振幅調整器制御部１６は第二の励振振幅算出部１９において算出される励振位相値にもとづいて、振幅調整器１５−１〜Ｎにおける振幅の調整度合いを制御する。 With this operation, the amplitude adjuster control unit 16 controls the degree of amplitude adjustment in the amplitude adjusters 15-1 to 15 -N based on the excitation phase value calculated by the second excitation amplitude calculation unit 19.
以上のように、本発明の実施の形態３によれば、供試アレーアンテナ１の近傍にある測定用アンテナ２において、供試アレーアンテナ１と測定用アンテナ２の相対的な位置関係を固定させたまま、つまりスキャナや回転台を用いることなく、供試アレーアンテナ１の遠方界放射パターンを高精度に模擬測定できる。
As described above, according to the third embodiment of the present invention, in the
なお、ここでは供試アレーアンテナ１に送信機９を、測定用アンテナ２に受信機１３及び遠方界放射パターン模擬装置８を接続する構成としたが、送信側と受信側を入れ替えて、供試アレーアンテナ１に受信機１３及び遠方界放射パターン模擬装置８を接続し、測定用アンテナ２に送信機９を接続する構成としても同様の効果を得ることが可能である。
In this example, the
実施の形態４．
実施の形態３では、素子アンテナ１２の持つアンテナパターンの違いにより生じる信号の振幅の違いを制御したのに対して、本実施の形態ではアンテナ遠方界放射パターンを測定する際に素子アンテナ１２−ｎごとに異なるアンテナパターンを補正するための信号振幅の違いを制御する方法を示す。
Embodiment 4 FIG.
In the third embodiment, the difference in signal amplitude caused by the difference in the antenna pattern of the
図１０に本発明の実施の形態４におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置を示す。図１０に示すように、本発明の実施の形態４におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置は、図８に示す本発明の実施の形態３に係るアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置における第二の励振振幅算出部１９と振幅調整器制御部１６の間に、第三の励振振幅算出部２１を追加したものである。振幅調整制御部１６と第二の励振振幅算出部１９と第二の励振振幅算出部２１を含む制御部を振幅制御部２２として表記する。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
FIG. 10 shows an antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. As shown in FIG. 10, the antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to Embodiment 4 of the present invention is the second antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to
第三の励振振幅算出部２１は、第二の励振振幅算出部１９において算出された各素子アンテナ１２の励振振幅値に対して、さらに各素子アンテナ１２−ｎの模擬測定方向の遠方界素子パターンを考慮した励振振幅値を算出する。振幅調整器制御部１６は、第三の励振振幅算出部２１において算出される励振振幅値にもとづいて、振幅調整器１５における振幅の調整度合いを制御する。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
The third excitation amplitude calculation unit 21 further applies the far field element pattern in the simulated measurement direction of each element antenna 12-n to the excitation amplitude value of each
次に、本発明の実施の形態４におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定の測定原理について説明する。 Next, the measurement principle of the antenna far-field radiation pattern simulation measurement in Embodiment 4 of the present invention will be described.
本発明の実施の形態３に係るアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置では、式（７）のように各素子アンテナ１２−ｎの励振振幅を制御することで、式（４）で表される条件が概ね成立するようにした。しかし、実際の供試アレーアンテナ１の遠方界放射パターンでは、各素子アンテナ１２−ｎの放射パターンに違いがある場合には、式（７）のように振幅を制御しても式（４）は厳密には成立せず、遠方界放射パターンの模擬が不十分となってしまう。
In the antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to
そこで、本発明の実施の形態４におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定では、模擬測定方向毎に各素子アンテナ１２−ｎの励振振幅を式（８）のように調整する。
図１１に本発明の実施の形態４におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置の動作を示す。なお、図１１においてステップＳＴ１１０１〜ＳＴ１１０４、及びＳＴ１１０６〜ＳＴ１１１５は、それぞれ図９のステップＳＴ９０１〜ＳＴ９０４、及びＳＴ９０５〜ＳＴ９１４における処理と同様であるため、その説明を省略する。 FIG. 11 shows the operation of the antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 11, steps ST1101 to ST1104 and ST1106 to ST1115 are the same as the processes in steps ST901 to ST904 and ST905 to ST914 in FIG.
本発明の実施の形態４におけるアンテナ遠方界放射パターン模擬測定装置は、ステップＳＴ１１０１〜ＳＴ１１０４の処理の後、第三の励振振幅算出部２１において、第二の励振振幅算出部１９で算出された励振振幅値と、各素子アンテナ１２−ｎの模擬測定方向に対応する遠方界素子電界値との積で表される励振振幅値を式（８）により算出する（ステップＳＴ１１０５）。 In the antenna far-field radiation pattern simulation measurement apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, the excitation calculated by the second excitation amplitude calculator 19 in the third excitation amplitude calculator 21 after the processing of steps ST1101 to ST1104. An excitation amplitude value represented by the product of the amplitude value and the far-field element electric field value corresponding to the simulated measurement direction of each element antenna 12-n is calculated by equation (8) (step ST1105).
その後、ステップＳＴ１１０６〜ＳＴ１１１５を処理する。 Thereafter, steps ST1106 to ST1115 are processed.
以上のように、本発明の実施の形態４によれば、供試アレーアンテナ１の近傍に位置する測定用アンテナ２において、供試アレーアンテナ１と測定用アンテナ２の相対的な位置関係を固定したまま、つまりスキャナや回転台を用いることなく、供試アレーアンテナ１の遠方界放射パターンを、短い観測距離で高精度に模擬測定できる。
As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, the relative positional relationship between the
なお、ここでは供試アレーアンテナ１に送信機９を、測定用アンテナ２に受信機１３及び遠方界放射パターン模擬装置８を接続する構成としたが、送信側と受信側を入れ替えて、供試アレーアンテナ１に受信機１３及び遠方界放射パターン模擬装置８を接続し、測定用アンテナ２に送信機９を接続する構成としても同様の効果を得ることが可能である。
In this example, the
実施の形態１〜４に記載された供試アレーアンテナ１、平面波模擬位相算出部５、球面波位相算出部６はそれぞれアレーアンテナ、第１の位相算出部、第２の位相算出部と表記する。また、実施の形態１では位相制御部１４を制御部と呼び、実施の形態２では位相制御部１４と振幅制御部１８を制御部と呼び、実施の形態３では位相制御部１４と振幅制御部２０を制御部と呼び、実施の形態４では位相制御部１４と振幅制御部２２を制御部と呼ぶ。
The
１：供試アレーアンテナ装置、２：測定用アンテナ、３：移相器制御部、４：励振位相算出部、５：平面波模擬位相算出部、６：球面波位相算出部、７：初期位相算出部、８：遠方界放射パターン模擬装置、９：送信機、１０：分配・合成回路、１１−１〜Ｎ：移相器、１２−１〜Ｎ：素子アンテナ、１３：受信機、１４：位相制御部、１５−１〜Ｎ：振幅調整器、１６：振幅調整器制御部、１７：距離差補償励振振幅算出部（第一の励振振幅算出部）、１８：振幅制御部、１９：第二の励振振幅算出部、２０：振幅制御部、２１：第三の励振振幅算出部、２２：振幅制御部 1: test antenna array device, 2: antenna for measurement, 3: phase shifter control unit, 4: excitation phase calculation unit, 5: plane wave simulated phase calculation unit, 6: spherical wave phase calculation unit, 7: initial phase calculation 8: Far-field radiation pattern simulator, 9: Transmitter, 10: Distribution / synthesis circuit, 11-1 to N: Phase shifter, 12-1 to N: Element antenna, 13: Receiver, 14: Phase Control unit, 15-1 to N: amplitude adjuster, 16: amplitude adjuster control unit, 17: distance difference compensation excitation amplitude calculation unit (first excitation amplitude calculation unit), 18: amplitude control unit, 19: second Excitation amplitude calculation unit, 20: amplitude control unit, 21: third excitation amplitude calculation unit, 22: amplitude control unit
Claims (5)
前記素子アンテナと前記測定用アンテナの間の距離に対応した位相を算出する第１の位相算出部および前記素子アンテナから放射する電波に対応した前記素子アンテナの間の位相差を算出する第２の位相算出部を備え、前記第１の位相算出部にて算出された位相と前記第２の位相算出部にて算出された位相差を用いて前記アレーアンテナの送信機にて生成された電波の遠方界放射電界強度が前記測定用アンテナで測定されるような前記素子アンテナごとの位相を求め、前記求められた位相となるように前記移相器の位相値を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするアンテナ測定装置。 A measurement antenna having a fixed relative positional relationship with an array antenna having a phase shifter that changes the phase of a signal for each element antenna;
A first phase calculation unit that calculates a phase corresponding to a distance between the element antenna and the measurement antenna, and a second phase that calculates a phase difference between the element antennas corresponding to radio waves radiated from the element antenna A phase calculation unit that uses the phase difference calculated by the first phase calculation unit and the phase difference calculated by the second phase calculation unit to generate radio waves generated by the transmitter of the array antenna . a control unit for distant place field radiation field intensity is determined a phase of each of the element antennas, as measured by the measuring antenna, and controls the phase value of said phase shifter so that the determined phase,
An antenna measuring device comprising:
前記素子アンテナと前記測定用アンテナ間の距離に対応した振幅値を算出する第１の振幅算出部を備え、
前記第１の振幅算出部における算出結果を用いて前記素子アンテナごとに設けられた前記信号の振幅を調整する振幅調整器を制御することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ測定装置。 The controller is
A first amplitude calculator that calculates an amplitude value corresponding to a distance between the element antenna and the measurement antenna;
Antenna measurement apparatus according to claim 1, characterized in that controlling the amplitude adjuster for adjusting the amplitude of the signal provided for each said antenna elements by using the calculated results of the first amplitude calculating section.
前記素子アンテナと前記測定用アンテナ間の距離および前記素子アンテナと前記測定用アンテナ間の総合的なアンテナ利得に基づき振幅値を算出する第２の振幅算出部を備え、
前記第２の振幅算出部における算出結果を用いて前記振幅調整器を制御することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ測定装置。 The controller is
A second amplitude calculation unit that calculates an amplitude value based on a distance between the element antenna and the measurement antenna and a total antenna gain between the element antenna and the measurement antenna;
Antenna measurement system of claim 2, wherein the controller controls the amplitude adjuster using the calculated result of the second amplitude calculating section.
前記素子アンテナから放射する電波に対応した前記素子アンテナごとに異なる素子アンテナの放射界に基づき振幅値を算出する第３の振幅算出部を備え、
前記第２の振幅算出部と前記第３の振幅算出部における算出結果を用いて前記振幅調整器を制御することを特徴とする請求項３に記載のアンテナ測定装置。 The controller is
A third amplitude calculating unit that calculates an amplitude value based on a radiation field of a different element antenna for each element antenna corresponding to a radio wave radiated from the element antenna;
Antenna measuring device according to claim 3, wherein the controller controls the amplitude adjuster using the calculated result of said third amplitude calculating unit and the second amplitude calculating section.
前記素子アンテナと前記測定用アンテナの間の距離に対応した位相を算出する第１の位相算出ステップと、
前記素子アンテナから放射する電波に対応した前記素子アンテナの間の位相差を算出する第２の位相算出ステップと、
前記第１の位相算出ステップと前記第２の位相算出ステップにて算出された位相に基づいて前記アレーアンテナの送信機にて生成された電波の遠方界放射電界強度が前記測定用アンテナで測定されるような前記素子アンテナごとの位相を求めるステップと、
前記求められた位相となるように前記移相器の位相値を制御する制御ステップと、
を備えたことを特徴とするアンテナ測定方法。 An antenna measurement method for measuring radio waves from an array antenna having a phase shifter that changes the phase of a signal for each element antenna in a measurement antenna in which a relative positional relationship with the array antenna is fixed,
A first phase calculating step of calculating a phase corresponding to a distance between the element antenna and the measurement antenna;
A second phase calculating step of calculating a phase difference between the element antennas corresponding to radio waves radiated from the element antenna;
Measured by the first phase calculation step and the second radio wave distant place field radiation field intensity is the measurement antenna which is generated at on the basis of the calculated phase transmitter of said array antenna by the phase calculation step Obtaining a phase for each of the element antennas as follows:
A control step of controlling the phase value of the phase shifter so as to be the determined phase;
An antenna measurement method comprising:
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