JP6389206B2 - 電界強度分布測定装置及び電界強度分布測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電界強度分布測定装置及び電界強度分布測定方法に関し、特に、アンテナの電界強度分布を近傍界領域で測定する電界強度分布測定装置及び電界強度分布測定方法に関する。

近年、移動体通信などの無線通信においては、数ＧＨｚ以上の高周波帯でかつ数１０ＭＨｚ以上の広帯域な変調波が無線信号として用いられている。さらに、今後は、ミリ波帯のより広帯域な信号を使用するＩＥＥＥ８０２．１１ａｄや５Ｇセルラ等に対応した、より広帯域な無線信号を送信する送信装置が求められている。さらに、このような送信装置に搭載されるアンテナの電界強度分布や指向性を解析したいという要求が想定される。

アンテナの電界強度分布や指向性を近傍界で測定する方法としては、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）を用いた方法が従来より提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１０に示すように、ＶＮＡ２００には、送信装置２１０のポートから取り外し可能な測定対象の被測定アンテナ２２０と、移動可能な測定用アンテナ２３０とが接続されている。

ＶＮＡ２００は、テスト用の無線信号を基準信号として被測定アンテナ２２０に供給して、被測定アンテナ２２０からテスト用の無線信号を送信させる。測定用アンテナ２３０は、所定の走査範囲で移動されながら被測定アンテナ２２０から送信された無線信号を受信する。ＶＮＡ２００は、受信した被測定アンテナ２２０からの無線信号と基準信号とを比較して位相差情報を抽出する。ここで、基準信号は単一周波数の信号である。さらに、ＶＮＡ２００は、被測定アンテナ２２０により発生する電界の振幅を位相と同時に測定できるようになっている。

特公平６−１６０５８号公報

従来のＶＮＡでは単一周波数の信号のみしか基準信号とすることができない。しかしながら、広帯域信号を取り扱う送信系の測定においては、単一周波数ではなく通信の帯域内の電界強度分布を把握する必要があるため、走査範囲内において複数の周波数ポイントで電界強度を測定する必要がある。よって、例えば、ある単一周波数の基準信号を用いて、走査範囲内に設定された複数の測定位置に測定用アンテナを移動させながら近傍界測定を行い、基準信号の周波数を切り替えて同様の測定を繰り返すことになる。あるいは、ある１つの測定位置について、基準信号の周波数を掃引しながら近傍界測定を行い、測定位置を変えて同様の測定を繰り返すことになる。

このように、従来の方法では、近傍界領域の走査範囲内の各測定位置に対する複数回の走査や基準信号の周波数掃引が必要となるため、近傍界測定に多大な時間を要するという問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、近傍界領域の走査範囲内の各測定位置に対する測定用アンテナの１回の走査により、被測定アンテナにより発生する電界の振幅と位相を複数の周波数ポイントで同時に算出し、更にこれらの振幅と位相から遠方界の電界強度分布を算出することができる電界強度分布測定装置及び電界強度分布測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る電界強度分布測定装置は、複数のアンテナ素子を含む被測定アンテナから送信される無線信号を近傍界で測定し、遠方界での電界強度分布を算出する電界強度分布測定装置であって、所定の走査範囲に含まれる複数の測定位置において、前記無線信号を測定信号として受信する測定用アンテナと、前記無線信号を参照信号として受信する参照用アンテナと、前記複数の測定位置に前記測定用アンテナを移動させる移動装置と、前記測定用アンテナにより受信された測定信号を周波数変換する測定用周波数変換手段と、前記測定用周波数変換手段により周波数変換された測定信号をデジタイズして測定用デジタル信号を生成する測定用Ａ／Ｄ変換部と、前記参照用アンテナにより受信された参照信号を周波数変換する参照用周波数変換手段と、前記参照用周波数変換手段により周波数変換された参照信号をデジタイズして参照用デジタル信号を生成する参照用Ａ／Ｄ変換部と、各前記測定位置について、前記測定用デジタル信号の位相と、前記参照用デジタル信号の位相との位相差を算出するともに、前記測定用デジタル信号の振幅を算出する位相差・振幅算出部と、前記位相差・振幅算出部により算出された位相差及び振幅の情報を用いて、遠方界の電界強度分布を算出する遠方界電界強度分布算出部と、を有し、前記無線信号が、複数の周波数成分を含む広帯域信号であるように構成されている。

この構成により、近傍界領域の走査範囲内の各測定位置に対する測定用アンテナの１回の走査により、被測定アンテナから送信された広帯域信号に含まれる周波数成分ごとに振幅と位相を同時に算出し、更にこれらの振幅と位相から遠方界の電界強度分布を算出することができる。また、この構成により、パイロット信号（振幅一定の信号）を使用しなくても、パイロット信号以外の成分である変調された信号を利用して、振幅と位相を算出することができる。

また、本発明に係る電界強度分布測定装置においては、前記無線信号がＯＦＤＭ信号であってもよい。広帯域信号を取り扱う送信系の測定においては、単一周波数ではなく通信の帯域内の電界強度分布を把握する必要があるため、走査範囲内において複数の周波数ポイントで電界強度を測定する必要がある。このとき、ＯＦＤＭ信号を無線信号として利用し、測定信号受信部と参照信号受信部それぞれの受信信号をＡ／Ｄ変換した結果をＦＦＴ演算することにより、サブキャリアごとの振幅・位相差情報を抽出することができる。ここで、振幅情報としては測定信号受信部の情報が、位相差情報としては測定信号の位相情報と参照信号の位相情報との差分が抽出される。これにより、複数回の走査と送信信号の入れ替えを省いて帯域内電界強度分布を測定することができ、測定時間短縮が可能である。

また、本発明に係る電界強度分布測定装置は、前記測定用アンテナにより受信された測定信号のスペクトラムを解析するスペクトラム解析部を更に備える構成である。

この構成により、被測定アンテナから送信される広帯域信号に含まれる周波数ごとに、近傍界測定において振幅、位相を算出すると同時に、広帯域信号のスペクトラム情報を算出することができる。また、この構成により、１台の送信装置に対して、電界強度分布の測定と、無線信号の品質を評価するための測定とを行いたい場合に、測定のたびに被測定アンテナと測定システムのつなぎ替えを行う必要を無くすことができる。よって、電界強度分布の測定と、周波数、占有帯域幅、隣接チャネル漏洩電力、スプリアス放射等の無線信号の品質を評価するための測定とを、１台の送信装置に対して順次実行することができる。

また、本発明に係る電界強度分布測定装置は、前記測定用周波数変換手段と前記参照用周波数変換手段との間で周波数同期を取る周波数同期手段と、前記測定用デジタル信号と前記参照用デジタル信号の前記位相差・振幅算出部へのデータ取り込みの開始のタイミングを同期する位相差・振幅算出処理タイミング同期手段と、前記測定用Ａ／Ｄ変換部及び前記参照用Ａ／Ｄ変換部のサンプリングクロックを同期するＡ／Ｄ変換クロック同期手段と、を更に有する構成であってもよい。

また、本発明に係る電界強度分布測定装置においては、前記測定用周波数変換手段は、前記測定用アンテナのコネクタに直接接続される測定用ダウンコンバータを含み、かつ、前記参照用周波数変換手段は、前記参照用アンテナのコネクタに直接接続される参照用ダウンコンバータを含む構成である。

ミリ波など高周波での測定時には、アンテナを走査させることによりアンテナと受信部間の同軸ケーブルの曲げ半径が変動したり、ねじれが発生したりする。これにより、同軸ケーブル内を伝送される無線信号の位相が変動し、測定結果に影響を与えることとなる。これに対して、測定用アンテナ及び参照用アンテナで受信された無線信号の周波数を早い段階で低下させることにより、測定系での位相の変化を抑制することができる。

また、本発明に係る電界強度分布測定方法は、上記のいずれかの電界強度分布測定装置を用いる電界強度分布測定方法であって、前記測定用周波数変換手段と前記参照用周波数変換手段との間で周波数同期を取るとともに、前記測定用Ａ／Ｄ変換部及び前記参照用Ａ／Ｄ変換部のサンプリングクロックを同期する同期ステップと、複数の周波数成分を含む広帯域信号を前記被測定アンテナから送信する信号送信ステップと、所定の走査範囲に含まれる複数の測定位置において、前記広帯域信号を測定信号として前記測定用アンテナにより受信するとともに、前記広帯域信号を参照信号として前記参照用アンテナにより受信する信号受信ステップと、前記信号受信ステップで受信された測定信号を前記測定用周波数変換手段により周波数変換するとともに、前記信号受信ステップで受信された参照信号を前記参照用周波数変換手段により周波数変換する周波数変換ステップと、前記周波数変換ステップで周波数変換された測定信号及び参照信号を、前記測定用Ａ／Ｄ変換部及び前記参照用Ａ／Ｄ変換部により同時にデジタイズして測定用デジタル信号及び参照用デジタル信号を生成するＡ／Ｄ変換ステップと、各前記測定位置について、前記測定用デジタル信号の位相と、前記参照用デジタル信号の位相との位相差を算出するともに、前記測定用デジタル信号の振幅を算出する位相差・振幅算出ステップと、前記位相差・振幅算出ステップで算出された位相差及び振幅の情報を用いて、遠方界の電界強度分布を算出する遠方界電界強度分布算出ステップと、を含む構成である。

この構成により、近傍界領域の走査範囲内の各測定位置に対する測定用アンテナの１回の走査により、被測定アンテナから送信された広帯域信号に含まれる周波数成分ごとに振幅と位相を同時に算出し、更にこれらの振幅と位相から遠方界の電界強度分布を算出することができる。

本発明は、近傍界領域の走査範囲内の各測定位置に対する測定用アンテナの１回の走査により、被測定アンテナにより発生する電界の振幅と位相を複数の周波数ポイントで同時に算出し、更にこれらの振幅と位相から遠方界の電界強度分布を算出することができる電界強度分布測定装置及び電界強度分布測定方法を提供するものである。

第１の実施形態に係る電界強度分布測定装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る電界強度分布測定装置の測定用アンテナと被測定アンテナとの位置関係を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る電界強度分布測定装置の測定信号受信部、参照信号受信部、及び同期部の詳細な構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る電界強度分布測定装置による位相差・振幅算出処理を説明するためのグラフである。 第１の実施形態に係る電界強度分布測定装置による電界強度分布測定方法の処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る電界強度分布測定装置の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る電界強度分布測定装置の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る電界強度分布測定装置の他の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る電界強度分布測定装置の更に他の構成を示すブロック図である。 従来の電界強度分布測定装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る電界強度分布測定装置及び電界強度分布測定方法の実施形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る電界強度分布測定装置１は、送信装置１００が備える複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮを含む被測定アンテナ１１０から送信される無線信号を近傍界で測定し、遠方界での電界強度分布を算出するものである。被測定アンテナ１１０は、送信装置１００に一体化されたものであっても、送信装置１００から取り外し可能なものであってもよい。

送信装置１００は、電界強度分布測定装置１による電界強度分布の測定時に被測定アンテナ１１０から送信させる無線信号として、例えばＯＦＤＭ信号などの複数の周波数成分を含む広帯域信号を発生させる信号発生部１０を備える。被測定アンテナ１１０は、例えばＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯアンテナを含むアレーアンテナなどである。

具体的には、信号発生部１０は、ＯＦＤＭ信号などの広帯域信号のベースバンド信号を生成するベースバンド部１０ａと、ＲＦ部１０ｂとを有する。ＲＦ部１０ｂは、ベースバンド部１０ａにより生成されたベースバンド信号を所望の周波数帯域に周波数変換して、被測定アンテナ１１０の各アンテナ素子Ｔ１〜ＴＮに出力するようになっている。

電界強度分布測定装置１は、測定用アンテナ１１、参照用アンテナ１２、移動装置１３、測定用受信機としての測定信号受信部１４、リファレンス受信機としての参照信号受信部１５、位相差・振幅算出部１６、遠方界電界強度分布算出部１７、同期部１８、表示部１９、操作部２０、及び制御部２１を主に備える。

測定用アンテナ１１及び参照用アンテナ１２は、送信装置１００の複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮを含む被測定アンテナ１１０から放射された電波を近傍界において受信するアンテナであり、例えば、ミリ波帯の所定周波数範囲の電磁波を伝搬させる導波路を有し、先端が開放された導波管で構成される。測定用アンテナ１１は、近傍界領域の所定の走査範囲に含まれる複数の走査点（以下、「測定位置」ともいう）において、送信装置１００の被測定アンテナ１１０から送信される無線信号を測定信号として受信するようになっている。これらの測定位置は、例えば平面上に設定される。また、参照用アンテナ１２は、送信装置１００の被測定アンテナ１１０から送信される無線信号を参照信号として受信するようになっている。

図２に示すように、移動装置１３は、所定の走査範囲Ｐに含まれる複数の測定位置に測定用アンテナ１１を移動させるものである。移動装置１３は、測定用アンテナ１１を被測定アンテナ１１０の電磁波放射面１１０ａに対向する近傍の走査範囲Ｐ内でＸ，Ｙ方向に移動させる。

図３に示すように、測定信号受信部１４は、測定用周波数変換手段としてのダウンコンバータ２２ａ、測定用Ａ／Ｄ変換部としてのＡ／Ｄ変換部２３ａ、及び位相差・振幅算出処理タイミング同期手段としてのスイッチ２４ａを含む。ダウンコンバータ２２ａは、測定用アンテナ１１により受信された測定信号を周波数変換するようになっている。

Ａ／Ｄ変換部２３ａは、ダウンコンバータ２２ａにより周波数変換された測定信号をデジタイズするようになっている。具体的には、Ａ／Ｄ変換部２３ａは、周波数変換後の測定信号を所定のサンプリングクロックでサンプリングして、時系列のデジタルデータとしての測定用デジタル信号を生成する。スイッチ２４ａは、後述する同期用信号源２５ｂから出力される同期信号に従って、測定用デジタル信号の位相差・振幅算出部１６での位相差・振幅算出開始のタイミングを決定する。例えば、同期用信号源２５ｂからのゲート信号にて位相差・振幅算出部１６の取り込みが制御される。

参照信号受信部１５は、参照用周波数変換手段としてのダウンコンバータ２２ｂ、参照用Ａ／Ｄ変換部としてのＡ／Ｄ変換部２３ｂ、及び位相差・振幅算出処理タイミング同期手段としてのスイッチ２４ｂを含む。ダウンコンバータ２２ｂは、参照用アンテナ１２により受信された参照信号を周波数変換するようになっている。

Ａ／Ｄ変換部２３ｂは、ダウンコンバータ２２ｂにより周波数変換された参照信号をデジタイズするようになっている。具体的には、Ａ／Ｄ変換部２３ｂは、周波数変換後の参照信号を所定のサンプリングクロックでサンプリングして、時系列のデジタルデータとしての参照用デジタル信号を生成する。スイッチ２４ｂは、後述する同期用信号源２５ｂから出力される同期信号に従って、参照用デジタル信号の位相差・振幅算出部１６での位相差・振幅算出開始のタイミングを決定する。例えば、同期用信号源２５ｂからのゲート信号にて位相差・振幅算出部１６の取り込みが制御される。

なお、図１に示すように、測定用アンテナ１１は、自身のコネクタ４１ａに同軸ケーブルなどのケーブル４０ａが接続されることよりダウンコンバータ２２ａに接続される。同様に、参照用アンテナ１２は、自身のコネクタ４１ｂに同軸ケーブルなどのケーブル４０ｂが接続されることによりダウンコンバータ２２ｂに接続される。

位相差・振幅算出部１６は、測定用アンテナ１１の走査範囲内の各測定位置について、測定用デジタル信号の位相と参照用デジタル信号の位相を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の手法を用いて算出する処理を行うようになっている。さらに、位相差・振幅算出部１６は、測定用デジタル信号の位相と、参照用デジタル信号の位相との位相差を算出するともに、測定用デジタル信号の振幅を算出する処理を行うようになっている。

例えば、送信装置１００の被測定アンテナ１１０から送信された無線信号がＯＦＤＭ信号である場合には、サブキャリアごとに位相差と振幅が算出されることになる。ＯＦＤＭ等の広帯域信号を用いることにより、広帯域の電界強度信号を一度に測定することができ、高速化に寄与することができる。

さらに、位相差・振幅算出部１６は、算出した位相差、振幅の情報（以下、「位相差情報」、「振幅情報」ともいう）を遠方界電界強度分布算出部１７に出力するようになっている。なお、各測定位置における位相差情報は、走査範囲内の特定の測定位置での位相差を基準（位相ゼロ）とした値に変換されたものであってもよい。

遠方界電界強度分布算出部１７は、後述する走査制御部３０から出力された測定用アンテナ１１の位置情報と、位相差・振幅算出部１６により算出された位相差及び振幅の情報を用いて、遠方界の電界強度分布を算出するようになっている。ここでは、公知の近傍界／遠方界変換法の数値計算を行うことにより遠方界の電界強度分布を推定して、送信装置１００の被測定アンテナ１１０の指向性を求めることができる。

図３に示すように、同期部１８は、測定信号受信部１４と参照信号受信部１５との間で同期を取るための構成として、ローカル信号源２５ａと、同期用信号源２５ｂと、クロック信号源２５ｃと、リファレンス信号源２６とを備える。

周波数同期手段としてのローカル信号源２５ａは、ダウンコンバータ２２ａ，２２ｂ間で周波数同期を取るための同期信号をダウンコンバータ２２ａ，２２ｂに出力するようになっている。これにより、ダウンコンバータ２２ａ，２２ｂの周波数変換量が同一となる。

仮に図４に示すように、位相差・振幅算出部１６により測定用デジタル信号と参照用デジタル信号が時間差Δｔを持って取り込まれた場合、演算結果に大きな誤差が含まれることとなってしまう。このような事態を避けるために、位相差・振幅算出処理タイミング同期手段としての同期用信号源２５ｂは、位相差・振幅算出部１６による位相差及び振幅の算出処理の開始及び終了のタイミングを同期するための同期信号をスイッチ２４ａ，２４ｂに出力するようになっている。具体的には、位相差及び振幅の算出処理の開始時には、同期用信号源２５ｂは、スイッチ２４ａ，２４ｂを同時にオンにする同期の取れたゲート信号を出力する。これにより、測定用デジタル信号と参照用デジタル信号の位相差・振幅算出部１６へのデータ取り込みの開始のタイミングが同期される。

Ａ／Ｄ変換クロック同期手段としてのクロック信号源２５ｃは、Ａ／Ｄ変換部２３ａ及びＡ／Ｄ変換部２３ｂのサンプリングクロックを同期するための同期信号をＡ／Ｄ変換部２３ａ，２３ｂに出力するようになっている。

リファレンス信号源２６は、ローカル信号源２５ａと、同期用信号源２５ｂと、クロック信号源２５ｃとの間で同期を取るためのリファレンス信号をローカル信号源２５ａ、同期用信号源２５ｂ、及びクロック信号源２５ｃに出力するようになっている。

このようにして、測定用デジタル信号と参照用デジタル信号がＡ／Ｄ変換部２３ａ，２３ｂによるサンプリングクロックの同期が取れたものとなり、かつ位相差・振幅算出部１６での演算開始と終了のタイミング同期が取れる。このようにして、測定用プローブとしての測定用アンテナ１１が存在する測定位置における位相差（又は位相差の相対値）を高精度に算出することができ、この位相差及び振幅を用いて遠方界での電界強度分布を得ることができる。

表示部１９は、例えばＬＣＤやＣＲＴなどの表示機器で構成され、制御部２１からの制御信号に応じて各種表示内容を表示するようになっている。この表示内容には、被測定アンテナ１１０の近傍界における電界強度分布の測定結果や、遠方界における電界強度分布の算出結果などが含まれる。さらに、表示部１９は、測定条件などを設定するためのソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象を表示するものであってもよい。

操作部２０は、ユーザによる操作入力を行うためのものであり、キーボード、タッチパネル、又はマウスのような入力デバイスを含んで構成される。あるいは前述のように、操作部２０は、ボタン、ソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象が表示部１９に表示される構成であってもよい。

制御部２１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータで構成され、電界強度分布測定装置１を構成する上記各部の動作を制御する。また、制御部２１は同期用信号源２５ｂを備えている。さらに、制御部２１は、所定のプログラムを実行することにより、位相差・振幅算出部１６、及び遠方界電界強度分布算出部１７をソフトウェア的に構成するようになっている。

走査制御部３０は、移動装置１３に対して、走査範囲Ｐ内の全ての測定位置に測定用アンテナ１１を所定順に移動させる制御を行うようになっている。例えば、これらの測定位置は、走査範囲Ｐにおいて正方格子の各格子点に対応する位置に配置されている。また、走査制御部３０は、測定用アンテナ１１が存在する測定位置の位置情報を遠方界電界強度分布算出部１７に送出するようになっている。

以下、本実施形態の電界強度分布測定装置１を用いる電界強度分布測定方法について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ローカル信号源２５ａとクロック信号源２５ｃからの同期信号により、２つのダウンコンバータ２２ａ，２２ｂ間の周波数同期と、２つのＡ／Ｄ変換部２３ａ，２３ｂ間のクロック同期が取られる（同期ステップＳ１）。

次に、送信装置１００が、複数の周波数成分を含む広帯域信号を被測定アンテナ１１０から送信する（信号送信ステップＳ２）。次に、走査制御部３０は、移動装置１３によって測定用アンテナ１１を走査範囲内の測定位置に移動させる（ステップＳ３）。

次に、送信装置１００から出力された広帯域信号を、測定用アンテナ１１が測定信号として受信し、同時に参照用アンテナ１２が参照信号として受信する（信号受信ステップＳ４）。

次に、ダウンコンバータ２２ａは、ステップＳ４で受信された測定信号を周波数変換し、ダウンコンバータ２２ｂは、ステップＳ４で受信された参照信号を周波数変換する（周波数変換ステップＳ５）。

次に、２つのＡ／Ｄ変換部２３ａ，２３ｂは、ステップＳ５で周波数変換された測定信号及び参照信号を同時にデジタイズして測定用デジタル信号及び参照用デジタル信号を生成する（Ａ／Ｄ変換ステップＳ６）。

次に、位相差・振幅算出部１６は、スイッチ２４ａ，２４ｂが同時にオンになったときにステップＳ６でデジタイズされた測定信号（測定用デジタル信号）の位相と、ステップＳ６でデジタイズされた参照信号（参照用デジタル信号）の位相との位相差、及び、測定用デジタル信号の振幅の算出を開始する（位相差・振幅算出ステップＳ７）。

次に、制御部２１は、走査範囲内の全ての測定位置に対して、位置情報、位相差情報、及び振幅情報が得られたか否かを判断する（ステップＳ８）。否定判断の場合にはステップＳ３に戻る。肯定判断の場合にはステップＳ９に進む。

次に、遠方界電界強度分布算出部１７は、全ての測定位置に関する、位置情報、位相差情報、及び振幅情報を用いて、遠方界の電界強度分布を算出する（遠方界電界強度分布算出ステップＳ９）。

以上説明したように、本実施形態に係る電界強度分布測定装置１は、近傍界領域の走査範囲内の各測定位置に対する測定用アンテナ１１の１回の走査により、被測定アンテナ１１０から送信された広帯域信号に含まれる周波数成分ごとに振幅と位相を同時に算出し、更にこれらの振幅と位相から遠方界の電界強度分布を算出することができる。

また、本実施形態に係る電界強度分布測定装置１においては、被測定アンテナ１１０から送信される広帯域信号として例えばＯＦＤＭ信号を使用することにより、近傍界での振幅と位相の測定を高速化することができる。

また、本実施形態に係る電界強度分布測定装置１においては、パイロット信号（振幅一定の信号）を使用しなくても、パイロット信号以外の成分である変調された信号を利用して、振幅と位相を算出することができる。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る電界強度分布測定装置２について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態に係る電界強度分布測定装置１の構成と同一の構成については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。

第１の実施形態に係る電界強度分布測定装置１においては、測定用アンテナ１１及び参照用アンテナ１２がそれぞれケーブル４０ａ，４０ｂを介してダウンコンバータ２２ａ，２２ｂに接続されていた。しかしながら、測定用アンテナ１１の走査時にケーブル４０ａが撓んだり向きが変わったりすると、ミリ波帯などの高周波信号である測定信号はケーブル４０ａを伝送される間にその位相が変化してしまう場合がある。

そこで、本実施形態では、測定信号受信部１４及び参照信号受信部１５からそれぞれダウンコンバータを分離し、測定用アンテナ１１及び参照用アンテナ１２をそれぞれダウンコンバータに直結させ、測定信号及び参照信号がケーブルを伝送される前に測定信号及び参照信号の周波数を低下させる構成とした。

つまり、図６に示すように、測定用アンテナ１１のコネクタ４１ａには、ケーブルを介さずに、測定用周波数変換手段としての測定用ダウンコンバータ４２が直接接続される。同様に、参照用アンテナ１２のコネクタ４１ｂには、ケーブルを介さずに、参照用周波数変換手段としての参照用ダウンコンバータ４３が直接接続される。

測定用ダウンコンバータ４２は、ケーブル４４ａによって後段の測定信号受信部４５に接続される。同様に、参照用ダウンコンバータ４３は、ケーブル４４ｂによって後段の参照信号受信部４６に接続される。

ローカル信号源２５ａは、測定用ダウンコンバータ４２と参照用ダウンコンバータ４３との間で周波数同期を取るための同期信号を、測定用ダウンコンバータ４２及び参照用ダウンコンバータ４３に出力するようになっている。

測定用ダウンコンバータ４２は、移動装置１３によって測定用アンテナ１１と共に走査範囲内で移動される。同様に、参照用ダウンコンバータ４３は、移動装置１３によって参照用アンテナ１２と共に走査範囲内で移動されてもよいし、固定されてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る電界強度分布測定装置２は、測定用アンテナ１１及び参照用アンテナ１２をそれぞれ測定用ダウンコンバータ４２及び参照用ダウンコンバータ４３に直結させることにより、後段のＡ／Ｄ変換部２３ａ，２３ｂに無線信号がケーブル４４ａ，４４ｂで伝送される際の位相の変化を抑制することができる。

（第３の実施形態）
続いて、本発明の第３の実施形態に係る電界強度分布測定装置３について図面を参照しながら説明する。第１又は第２の実施形態に係る電界強度分布測定装置１，２の構成と同一の構成については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。

図７に示すように、電界強度分布測定装置３は、測定用アンテナ１１により受信された測定信号のスペクトラムを解析するスペクトラムアナライザとして機能するスペクトラム解析部５０を更に備える。

スペクトラム解析部５０は、ダウンコンバータ５１と、周波数変換部５２と、Ａ／Ｄ変換部５３と、掃引制御部５４と、解析処理部５５と、を備える。

測定用アンテナ１１により受信された測定信号は、測定信号受信部１４のダウンコンバータ２２ａの前で分岐して、ダウンコンバータ２２ａと、スペクトラム解析部５０のダウンコンバータ５１とに入力されるようになっている。

ダウンコンバータ５１は、ローカル信号源２５ａからの出力信号と測定信号とを混合（乗算）することによりダウンコンバートされた測定信号を周波数変換部５２に出力する。なお、ローカル信号源２５ａは、スペクトラム解析部５０内に設置されていてもよい。

周波数変換部５２は、例えば、局部発振器とミキサとバンドパスフィルタとを含み、掃引制御部５４によって局部発振器の発振周波数が周波数掃引される構成となっている。周波数変換部５２に入力された測定信号は、中間周波数信号に変換されて周波数変換部５２から出力される。これにより、測定信号に対して、任意の測定周波数範囲で掃引測定することが可能となる。

Ａ／Ｄ変換部５３は、周波数変換部５２から出力された中間周波数信号を、所定のクロックでサンプリングして時系列のデジタルデータに変換するようになっている。

解析処理部５５は、Ａ／Ｄ変換部５３から出力された時系列のデジタルデータを測定周波数に対応付けて各種解析を行うようになっている。例えば、解析処理部５５は、周波数、占有帯域幅、隣接チャネル漏洩電力、スプリアス放射等の解析処理を行う。

図７に示した電界強度分布測定装置３においては、例えば、スペクトラム解析部５０の中に設置されているローカル信号源２５ａを数ＧＨｚのローカル信号源とし、このローカル信号源２５ａをダウンコンバータ２２ａ，２２ｂ（あるいは、測定用ダウンコンバータ４２と参照用ダウンコンバータ４３）にも共用することができる。このように構成された図７の電界強度分布測定装置３は、測定用アンテナ１１により受信された測定信号の周波数が比較的低い周波数（例えば３ＧＨｚ程度）である場合に好適である。

図８は、電界強度分布測定装置３の他の構成例を示している。図８に示すように、測定信号受信部１４のダウンコンバータ２２ａによりダウンコンバートされた測定信号は、測定信号受信部１４のＡ／Ｄ変換部２３ａの前で分岐して、Ａ／Ｄ変換部２３ａと、スペクトラム解析部５０のダウンコンバータ５１とに入力されるようになっている。スペクトラム解析部５０のダウンコンバータ５１は、測定信号受信部１４のダウンコンバータ２２ａで周波数変換された測定信号を更にダウンコンバートする。スペクトラム解析部５０のダウンコンバータ５１はローカル信号源２５ａ'と接続されている。

図８に示した電界強度分布測定装置３においては、例えば、ダウンコンバータ２２ａ（あるいは、測定用ダウンコンバータ４２）に接続されたローカル信号源２５ａを数１０ＧＨｚのローカル信号源とし、スペクトラム解析部５０のダウンコンバータ５１のローカル信号源２５ａ'を数ＧＨｚのローカル信号源とすることができる。この構成により、本来スペクトラム解析部に設ける高周波用のダウンコンバータをスペクトラム解析部５０内に設置する必要がなくなり、ダウンコンバータ２２ａ（あるいは、測定用ダウンコンバータ４２）を高周波用のダウンコンバータとして測定信号受信部１４とスペクトラム解析部５０とで共用できる。このように構成された図８の電界強度分布測定装置３は、測定用アンテナ１１により受信された測定信号の周波数が比較的高い周波数（例えば６０ＧＨｚ程度）である場合に好適である。

図９は、電界強度分布測定装置３の更に他の構成例を示している。図９に示すように、測定信号受信部１４のＡ／Ｄ変換部２３ａによりデジタイズされた測定信号は、スペクトラム解析部５０の解析処理部５５に直接入力されるようになっている。

図９に示した電界強度分布測定装置３の構成では、スペクトラム解析部５０内では解析処理部５５による演算処理のみを行えばよく、ダウンコンバータ２２ａ（あるいは、測定用ダウンコンバータ４２）及びＡ／Ｄ変換部２３ａを共用できる。

以上説明したように、本実施形態に係る電界強度分布測定装置３は、被測定アンテナ１１０から送信される広帯域信号に含まれる周波数ごとに、近傍界における振幅及び位相の測定結果から（近傍界／遠方界変換法の数値計算により）遠方界の電界強度分布を算出すると同時に、広帯域信号のスペクトラム情報を算出することができる。

また、本実施形態に係る電界強度分布測定装置３は、別途スペクトラムアナライザを用意することなく、電界強度分布の測定と、周波数、占有帯域幅、帯域内周波数特性、隣接チャネル漏洩電力、スプリアス放射等の無線信号の品質を評価するための測定とを、１台の送信装置に対して順次実行することができる。

１〜３ 電界強度分布測定装置
１１ 測定用アンテナ
１２ 参照用アンテナ
１３ 移動装置
１４，４５ 測定信号受信部
１５，４６ 参照信号受信部
１６ 位相差・振幅算出部
１７ 遠方界電界強度分布算出部
２１ 制御部
２２ａ ダウンコンバータ（測定用周波数変換手段）
２２ｂ ダウンコンバータ（参照用周波数変換手段）
２３ａ Ａ／Ｄ変換部（測定用Ａ／Ｄ変換部）
２３ｂ Ａ／Ｄ変換部（参照用Ａ／Ｄ変換部）
２４ａ，２４ｂ スイッチ（位相差・振幅算出処理タイミング同期手段）
２５ａ ローカル信号源（周波数同期手段）
２５ｂ 同期用信号源（位相差・振幅算出処理タイミング同期手段）
２５ｃ クロック信号源（Ａ／Ｄ変換クロック同期手段）
２６ リファレンス信号源
３０ 走査制御部
４０ａ，４０ｂ，４４ａ，４４ｂ ケーブル
４１ａ，４１ｂ コネクタ
４２ 測定用ダウンコンバータ（測定用周波数変換手段）
４３ 参照用ダウンコンバータ（参照用周波数変換手段）
５０ スペクトラム解析部
５１ ダウンコンバータ
５２ 周波数変換部
５３ Ａ／Ｄ変換部
５４ 掃引制御部
５５ 解析処理部
１００ 送信装置
１１０ 被測定アンテナ
Ｔ１〜ＴＮ アンテナ素子

Claims (8)

1. 複数のアンテナ素子（Ｔ１〜ＴＮ）を含む被測定アンテナ（１１０）から送信される無線信号を近傍界で測定し、遠方界での電界強度分布を算出する電界強度分布測定装置（１〜３）であって、
   所定の走査範囲に含まれる複数の測定位置において、前記無線信号を測定信号として受信する測定用アンテナ（１１）と、
   前記無線信号を参照信号として受信する参照用アンテナ（１２）と、
   前記複数の測定位置に前記測定用アンテナを移動させる移動装置（１３）と、
   前記測定用アンテナにより受信された測定信号を周波数変換する測定用周波数変換手段（２２ａ，４２）と、
   前記測定用周波数変換手段により周波数変換された測定信号をデジタイズして測定用デジタル信号を生成する測定用Ａ／Ｄ変換部（２３ａ）と、
   前記参照用アンテナにより受信された参照信号を周波数変換する参照用周波数変換手段（２２ｂ，４３）と、
   前記参照用周波数変換手段により周波数変換された参照信号をデジタイズして参照用デジタル信号を生成する参照用Ａ／Ｄ変換部（２３ｂ）と、
   各前記測定位置について、前記測定用デジタル信号の位相と、前記参照用デジタル信号の位相との位相差を算出するともに、前記測定用デジタル信号の振幅を算出する位相差・振幅算出部（１６）と、
   前記位相差・振幅算出部により算出された位相差及び振幅の情報を用いて、遠方界の電界強度分布を算出する遠方界電界強度分布算出部（１７）と、を有し、
   前記無線信号が、複数の周波数成分を含む広帯域信号であるＯＦＤＭ信号であり、
   前記位相差・振幅算出部は、前記被測定アンテナから送信された前記ＯＦＤＭ信号に含まれる周波数成分ごとに前記位相差及び前記振幅を同時に算出することを特徴とする電界強度分布測定装置。
2. 複数のアンテナ素子（Ｔ１〜ＴＮ）を含む被測定アンテナ（１１０）から送信される無線信号を近傍界で測定し、遠方界での電界強度分布を算出する電界強度分布測定装置（１〜３）であって、
   所定の走査範囲に含まれる複数の測定位置において、前記無線信号を測定信号として受信する測定用アンテナ（１１）と、
   前記無線信号を参照信号として受信する参照用アンテナ（１２）と、
   前記複数の測定位置に前記測定用アンテナを移動させる移動装置（１３）と、
   前記測定用アンテナにより受信された測定信号を周波数変換する測定用周波数変換手段（２２ａ，４２）と、
   前記測定用周波数変換手段により周波数変換された測定信号をデジタイズして測定用デジタル信号を生成する測定用Ａ／Ｄ変換部（２３ａ）と、
   前記参照用アンテナにより受信された参照信号を周波数変換する参照用周波数変換手段（２２ｂ，４３）と、
   前記参照用周波数変換手段により周波数変換された参照信号をデジタイズして参照用デジタル信号を生成する参照用Ａ／Ｄ変換部（２３ｂ）と、
   各前記測定位置について、前記測定用デジタル信号の位相と、前記参照用デジタル信号の位相との位相差を算出するともに、前記測定用デジタル信号の振幅を算出する位相差・振幅算出部（１６）と、
   前記位相差・振幅算出部により算出された位相差及び振幅の情報を用いて、遠方界の電界強度分布を算出する遠方界電界強度分布算出部（１７）と、を有し、
   前記無線信号が、複数の周波数成分を含む広帯域信号であり、
   前記測定用周波数変換手段は、前記測定用アンテナのコネクタ（４１ａ）に直接接続される測定用ダウンコンバータ（４２）を含み、かつ、前記参照用周波数変換手段は、前記参照用アンテナのコネクタ（４１ｂ）に直接接続される参照用ダウンコンバータ（４３）を含むことを特徴とする電界強度分布測定装置。
3. 前記測定用アンテナにより受信された測定信号のスペクトラムを解析するスペクトラム解析部（５０）を更に備え、
   前記スペクトラム解析部は、前記測定用アンテナにより受信された測定信号に対して、周波数、占有帯域幅、隣接チャネル漏洩電力、スプリアス放射等の解析処理を行う解析処理部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電界強度分布測定装置。
4. 前記測定用アンテナにより受信された測定信号のスペクトラムを解析するスペクトラム解析部（５０）と、前記測定用周波数変換手段と前記参照用周波数変換手段との間で周波数同期を取る周波数同期手段（２５ａ）と、を更に備え、
   前記スペクトラム解析部は、前記測定用アンテナにより受信された測定信号が前記測定用周波数変換手段の前で分岐して入力されるダウンコンバータ（５１）を含み、前記周波数同期手段は前記ダウンコンバータにも接続され、前記ダウンコンバータのローカル信号源としても用いられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電界強度分布測定装置。
5. 前記測定用アンテナにより受信された測定信号のスペクトラムを解析するスペクトラム解析部（５０）を更に備え、
   前記スペクトラム解析部は、前記測定用周波数変換手段により周波数変換された測定信号が前記測定用Ａ／Ｄ変換部の前で分岐して入力されるダウンコンバータ（５１）を含み、該ダウンコンバータは、前記測定用周波数変換手段により周波数変換された測定信号を更にダウンコンバートすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電界強度分布測定装置。
6. 前記測定用アンテナにより受信された測定信号のスペクトラムを解析するスペクトラム解析部（５０）を更に備え、
   前記スペクトラム解析部は、前記測定用アンテナにより受信された測定信号に対して解析処理を行う解析処理部を有し、前記測定用Ａ／Ｄ変換部によりデジタイズされた前記測定用デジタル信号が前記解析処理部に直接入力されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電界強度分布測定装置。
7. 前記測定用周波数変換手段と前記参照用周波数変換手段との間で周波数同期を取る周波数同期手段（２５ａ）と、
   前記測定用デジタル信号と前記参照用デジタル信号の前記位相差・振幅算出部へのデータ取り込みの開始のタイミングを同期する位相差・振幅算出処理タイミング同期手段（２５ｂ）と、
   前記測定用Ａ／Ｄ変換部及び前記参照用Ａ／Ｄ変換部のサンプリングクロックを同期するＡ／Ｄ変換クロック同期手段（２５ｃ）と、を更に有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電界強度分布測定装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電界強度分布測定装置を用いる電界強度分布測定方法であって、
   前記測定用周波数変換手段と前記参照用周波数変換手段との間で周波数同期を取るとともに、前記測定用Ａ／Ｄ変換部及び前記参照用Ａ／Ｄ変換部のサンプリングクロックを同期する同期ステップ（Ｓ１）と、
   複数の周波数成分を含む広帯域信号であるＯＦＤＭ信号を前記被測定アンテナから送信する信号送信ステップ（Ｓ２）と、
   所定の走査範囲に含まれる複数の測定位置において、前記広帯域信号を測定信号として前記測定用アンテナにより受信するとともに、前記広帯域信号を参照信号として前記参照用アンテナにより受信する信号受信ステップ（Ｓ４）と、
   前記信号受信ステップで受信された測定信号を前記測定用周波数変換手段により周波数変換するとともに、前記信号受信ステップで受信された参照信号を前記参照用周波数変換手段により周波数変換する周波数変換ステップ（Ｓ５）と、
   前記周波数変換ステップで周波数変換された測定信号及び参照信号を、前記測定用Ａ／Ｄ変換部及び前記参照用Ａ／Ｄ変換部により同時にデジタイズして測定用デジタル信号及び参照用デジタル信号を生成するＡ／Ｄ変換ステップ（Ｓ６）と、
   各前記測定位置について、前記測定用デジタル信号の位相と、前記参照用デジタル信号の位相との位相差を算出するともに、前記測定用デジタル信号の振幅を算出する位相差・振幅算出ステップ（Ｓ７）と、
   前記位相差・振幅算出ステップで算出された位相差及び振幅の情報を用いて、遠方界の電界強度分布を算出する遠方界電界強度分布算出ステップ（Ｓ９）と、を含み、
   前記位相差・振幅算出ステップは、前記被測定アンテナから送信された前記ＯＦＤＭ信号に含まれる周波数成分ごとに前記位相差及び前記振幅を同時に算出することを特徴とする電界強度分布測定方法。

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