JP6429924B2 - 電波測定装置及び電波測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電波を測定するための電波測定装置及び電波測定方法に関する。

従来、電波の到来方向を推定する方法が知られている。特許文献１には、アダプティブアレイアンテナを用いて電波の到来方向を測定するための技術が開示されている。

特開２００４−３１２２７３号公報

従来の技術においては、アダプティブアレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子のそれぞれにおいて受信した信号の位相差を検出することにより、電波の到来方向を推定する。したがって、従来の技術においては、高価なアダプティブアレイアンテナと複雑なデジタル信号処理が必要になり、電波の到来方向を測定するための装置のコストが高いという問題があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で電波の到来方向を測定することができる電波測定装置及び電波測定方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様の電波測定装置は、無線通信機器を収容可能な収容部と、外部装置が放射する外部電波を受信する外部アンテナを接続するための接続部と、前記接続部に接続された前記外部アンテナを介して受信した前記外部電波を、前記収容部の内部に再放射する内部アンテナと、を有し、前記収容部は、前記外部電波を減衰させるシールド部材を有する。

前記内部アンテナは、前記外部アンテナを介して受信した第１の周波数帯の前記外部電波を再放射する第１内部アンテナと、前記外部アンテナを介して受信した、前記第１の周波数帯よりも高い周波数の第２の周波数帯の前記外部電波を再放射する第２内部アンテナと、を有してもよい。

前記内部アンテナは、ループ状の前記第１内部アンテナと、前記第１内部アンテナの内側に設けられたループ状の前記第２内部アンテナと、を有してもよい。

前記収容部は、前記内部アンテナが再放射する電波を受信できる位置に前記無線通信機器を固定する固定部を有してもよい。

前記収容部は、前記固定部に固定された状態の前記無線通信機器の画面に対応する位置に設けられた透明部材を有してもよい。透明部材は、電波を減衰させてもよい。前記収容部が電波吸収部材を有してもよい。

本発明の第２の態様の電波測定方法は、上記の電波測定装置の収容部に無線通信機器を収容するステップと、前記電波測定装置の接続部に、携帯電話網の基地局の電波を受信する外部アンテナを接続するステップと、前記無線通信機器が前記収容部に設けられた内部アンテナを介して受信した電波の強度を記録するステップと、を有する。

本発明によれば、簡易な構成で電波の到来方向を測定することができるという効果を奏する。

電波計測システムの構成を示す図である。 電波測定装置の内部構造を示す図である。 変形例の電波測定装置の内部構造を示す図である。 実験方法について説明するための図である。 測定結果を示す図である。

［電波計測システムＳの概要］
図１は、電波計測システムＳの構成を示す図である。電波計測システムＳは、外部機器から放射される外部電波の到来方向を測定するために用いられるシステムであり、例えば、携帯電話網の基地局が放射する電波の到来方向を測定したり、基地局から送信される電波の強度を測定したりするために用いられる。電波計測システムＳは、電波測定装置１と、外部アンテナ２と、ケーブル３と、無線通信機器４とを備える。外部アンテナ２は、指向性が強いアンテナであり、例えば八木アンテナである。

電波測定装置１は、外部アンテナ２が受信した外部電波を、ケーブル３を介して受信する。電波測定装置１の内部には、受信した外部電波を再放射するための内部アンテナ１３が設けられている。内部アンテナ１３は、電波測定装置１の内部外部電波を再放射する。内部アンテナ１３が電波測定装置１の内部に外部電波を再放射することにより、無線通信機器４が、再放射された外部電波を受信することができる。

無線通信機器４は、電波の到来方向を測定する対象となる基地局が放射する外部電波を受信できる端末であり、例えばＬＴＥ（Long Term Evolution）網及び３Ｇ網の電波を受信できる。無線通信機器４には、受信した電波の強度を画面に表示するためのアプリケーションソフトウェアがインストールされている。

無線通信機器４は、電波測定装置１に収容された状態で、アプリケーションソフトウェアを実行し、受信した電波の強度を画面に表示するとともに、受信した電波の強度を時刻に関連付けて不揮発性メモリに記憶させる。無線通信機器４は、受信した電波の強度を示す情報を、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の通信インターフェースを介して外部に送信してもよい。

無線通信機器４は、アプリケーションを実行することにより、受信した電波の強度が所定の値以上である場合に、電波の強度が大きいことをユーザに通知してもよい。例えば、無線通信機器４は、電波の強度が所定の値以上であることを通知する音を発生したり、電波の強度が所定の値以上である旨を画面に表示させたりしてもよい。

電波計測システムＳを用いるユーザが、電波測定装置１、外部アンテナ２、ケーブル３及び無線通信機器４を携帯した状態で向きを変えることにより、基地局との位置関係に応じて、外部アンテナ２が受信する電波の強度が変化する。その結果、電波測定装置１が内部に収容された無線通信機器４に再放射する電波の強度も変化する。ユーザは、無線通信機器４において測定された電波の強度が強くなる向きを確認することにより、電波の到来方向を容易に特定することができる。

［電波測定装置１の詳細構成］
以下、図１及び図２を参照しながら、電波測定装置１の構成を詳細に説明する。
電波測定装置１は、収容部１１と、接続部１２と、内部アンテナ１３と、固定部１４とを有する。収容部１１は、無線通信機器４を収容する筐体であり、本体部１１１及び蓋部１１２により構成されている。収容部１１は、蓋部１１２を閉めた状態で、例えば直方体形状である。本体部１１１には凹部が形成されており、凹部に接続部１２が設けられている。

本体部１１１及び蓋部１１２は、外部からの電波を減衰させることにより、外部からの電波が本体部１１１に形成された凹部に実質的に届かないように構成されている。本体部１１１及び蓋部１１２は、外部からの電波を減衰させるシールド部材を有する。本体部１１１及び蓋部１１２は、シールド部材に加えて電波吸収体を有してもよい。本体部１１１及び蓋部１１２が電波吸収体を有することにより、電波を減衰する効果がさらに高まる。また、本体部１１１及び蓋部１１２の外面は、金属製シートで覆われていてもよい。本体部１１１及び蓋部１１２がこのような構成を有することで、外部の電波が無線通信機器４に直接届くことを防止できる。

接続部１２は、ケーブル３を介して外部アンテナ２を接続するためのインターフェースであり、例えば同軸コネクタにより構成されている。接続部１２は、同軸コネクタを有しておらず、ケーブル３が貫通する穴であり、ケーブル３が、内部アンテナ１３のコネクタに直接接続されてもよい。

内部アンテナ１３は、接続部１２に接続された外部アンテナ２を介して受信した基地局の電波を、収容部１１の内部に再放射する。本実施形態の内部アンテナ１３は、携帯電話網で使用される複数の周波数帯（例えば８００ＭＨｚ及び２ＧＨｚ）の電波を放射することができる。内部アンテナ１３の詳細については後述する。

固定部１４は、内部アンテナ１３が再放射する電波を受信できる位置に無線通信機器４を固定するための部材である。固定部１４は、例えば弾性を有する部材を含んでいる。ユーザは、固定部１４と蓋部１１２の面との間に無線通信機器４を固定することができる。

透明部材１５は、蓋部１１２における、固定部１４に固定された状態の無線通信機器４の画面に対応する位置に設けられている。透明部材１５は、ユーザが無線通信機器４の画面を視認できるだけの光透過性を有する板状の部材である。透明部材１５は、例えば、ユーザが視認できない程度に細い金属線を含んでおり、外部からの電波を遮蔽したり、電波を減衰させたりすることができる。ユーザは、透明部材１５を通して、無線通信機器４の画面に表示された電波強度等の情報を視認することができる。

［内部アンテナ１３の構成］
図２は、電波測定装置１の内部構造を示す図である。図２に示す内部アンテナ１３は、ループアンテナ１３１ａ、ループアンテナ１３１ｂ、コネクタ１３２及びケーブル１３３を有する。ループアンテナ１３１ａは、ループ状の第１内部アンテナである。ループアンテナ１３１ｂは、ループ状の第２内部アンテナである。

ループアンテナ１３１ａは、受信可能な複数の周波数帯のうち低い方の周波数である、例えば、８００ＭＨｚの外部電波を、外部アンテナ２を介して受信し、受信した外部電波を収容部１１の内部に再放射するアンテナである。ループアンテナ１３１ａは、ループ長が８００ＭＨｚの約１波長に設計されている。ループアンテナ１３１ａは、一端（第１端部）がコネクタ１３２の外部導体に接続されており、他端（第２端部）がループアンテナ１３１ｂに接続されている。

ループアンテナ１３１ｂは、受信可能な複数の周波数帯のうち高い方の周波数である、例えば、２ＧＨｚの外部電波を、外部アンテナ２を介して受信し、受信した外部電波を収容部１１の内部に再放射するアンテナである。ループアンテナ１３１ｂは、ループ長が２ＧＨｚの約１波長に設計されている。ループアンテナ１３１ｂは、一端がループアンテナ１３１ｂの他端（第２端部）に接続されており、他端がコネクタ１３２の内部導体に接続されている。ループアンテナ１３１ａ及びループアンテナ１３１ｂが上記の構成を有することにより、内部アンテナ１３は、例えば、８００ＭＨｚ帯の電波及び２ＧＨｚ帯の電波の両方の電波を無線通信機器４に再放射することができる。

コネクタ１３２は同軸コネクタであり、ケーブル１３３は同軸ケーブルである。ケーブル１３３におけるコネクタ１３２と接続されている側と反対側は、接続部１２に接続されている。接続部１２を介して入力される電波は、ケーブル１３３及びコネクタ１３２を介してループアンテナ１３１ａ及びループアンテナ１３１ｂに伝達される。

［電波の測定方法］
ユーザは、電波測定装置１を用いて以下の手順で外部電波の到来方向を特定するための測定することができる。まず、ユーザは、無線通信機器４を収容部１１に収容する前に、測定用のアプリケーションソフトウェアを起動する。続いて、ユーザは、電波測定装置の収容部１１に無線通信機器４を収容して蓋部１１２を閉じる。続いて、ユーザがケーブル３を接続部１２に接続することにより、外部アンテナ２を接続する。この状態で、無線通信機器４は、収容部１１に設けられた内部アンテナ１３を介して受信した外部電波の強度を、記憶媒体に記憶させる。

ユーザが外部アンテナ２の位置及び向きを変えることで、無線通信機器４は、異なる位置及び向きにおける外部電波の強度を記憶媒体に記憶させることができる。無線通信機器４は、位置を特定するための位置センサ、及び向きを特定するための加速度センサを有しており、外部電波の強度と位置及び向きとを関連付けて記憶媒体に記憶させてもよい。

［変形例１］
図１に示す例においては、固定部１４が蓋部１１２に設けられているが、固定部１４は、本体部１１１に設けられていてもよい。具体的には、本体部１１１における内部アンテナ１３と蓋部１１２との間に板状部材を設け、板状部材に無線通信機器４を固定する固定部材を設けてもよい。このようにすることで、ユーザが内部アンテナ１３に触れにくくなるので、内部アンテナ１３の故障を防ぎやすくなる。

また、図１に示す例においては、固定部１４が弾性を有する部材であるとしたが、固定部１４の素材及び形状は任意である。固定部１４は、固定部１４の四隅を押さえつける４つの押さえ部材により構成されていてもよい。

［変形例２］
図３は、変形例２に係る電波測定装置１の内部構造を示す図である。図３に示す電波測定装置１は、図２に示した内部アンテナ１３の代わりに内部アンテナ２３を有する点で図２に示した電波測定装置１と異なり、他の点で同じである。

内部アンテナ２３は、分配器２３１と、アンテナ２３２と、アンテナ２３３と、コネクタ２３４と、ケーブル２３５とを有する。アンテナ２３２は、８００ＭＨｚ帯の電波を受信できるアンテナであり、アンテナ２３３は、２ＧＨｚ帯の電波を受信できるアンテナである。

［実験例］
本実施の形態の電波測定装置１の効果を確認するための実験を行った。図４は、実験方法について説明するための図である。図４における破線は、ループアンテナ１３１ａ及びループアンテナ１３１ｂ又はアンテナ２３２及びアンテナ２３３が含まれるアンテナ領域を示している。

電波測定装置１の効果を確認するために、電波測定装置１の接続部１２を、同軸ケーブルを介して信号発生器に接続し、５００ＭＨｚから２．５ＧＨｚの間の周波数の信号を入力し、入力された信号を、内部アンテナ１３又は内部アンテナ２３から電波として放射させた。そして、それぞれの周波数において、無線通信機器４の代わりとなる受信アンテナ５が受信した電波の強度を測定した。図２に示した内部アンテナ１３を用いる場合と、図３に示した内部アンテナ２３を用いる場合とを比較した。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、実験用の受信アンテナ５を、内部アンテナ１３及び内部アンテナ２３の上の異なる位置に設置した状態で、受信アンテナ５が受信する電波の強度をスペクトラムアナライザにより測定した。図４（ａ）は、内部アンテナ１３及び内部アンテナ２３の上方端付近に受信アンテナ５を設置した状態を示しており、図４（ｂ）は、内部アンテナ１３及び内部アンテナ２３の中央付近に受信アンテナ５を設置した状態を示している。なお、受信アンテナ５が内部アンテナ１３又は内部アンテナ２３に接しないように、内部アンテナ１３又は内部アンテナ２３と受信アンテナ５との間には板状部材を設けた状態で測定した。

図５は、測定結果を示す図である。図５における横軸は、入力した信号の周波数を示しており、縦軸は、受信アンテナ５において受信した電波の強度、すなわち受信アンテナ５の結合度を示している。図５における破線は、内部アンテナ１３を用いて図４（ａ）の位置で測定した結果を示しており、実線は、内部アンテナ１３を用いて図４（ｂ）の位置で測定した結果を示している。図５における一点鎖線は、内部アンテナ２３を用いて図４（ａ）の位置で測定した結果を示しており、二点鎖線は、内部アンテナ２３を用いて図４（ｂ）の位置で測定した結果を示している。

図５に示すように、内部アンテナ１３を用いた場合も内部アンテナ２３を用いた場合も、８００ＭＨｚ付近及び２ＧＨｚ付近の電波を良好に受信できていることがわかる。内部アンテナ１３を用いる場合と内部アンテナ２３を用いる場合とを比較すると、内部アンテナ１３を用いる場合の方が、良好な結果を示している。内部アンテナ１３は、収容部１１の全体に電波をより強く再放射できるため、受信アンテナ５が受信できる電波の強度が大きくなったと考えられる。

［本実施形態の電波測定装置１による効果］
以上説明したように、第１の実施形態に係る電波測定装置１は、接続部１２に接続された外部アンテナ２を介して受信した基地局の電波を、収容部１１内に収容された無線通信機器４に再放射する内部アンテナ１３を有する。電波測定装置１は、このような構成を有することにより、外部アンテナ２が受信した基地局の電波を無線通信機器４に対して再放射し、ユーザは、無線通信機器４が受信した電波の強度に基づいて、電波の到来方向を特定することができる。

また、無線通信機器４に内蔵されているアンテナは指向性が弱いので、基地局の電波を直接受信した場合、電波の到来方向を特定することが困難であるが、電波測定装置１に無線通信機器４を用いた場合、指向性が強い外部アンテナ２を用いて基地局の電波を受信することができる。したがって、電波の到来方向を良好に特定することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。

例えば、上記の説明においては、収容部１１の内部に２つの周波数帯に対応する２つのアンテナが設けられている例を示したが、アンテナの数は任意である。Ｎ個（Ｎは自然数）の周波数帯に対応するＮ個のアンテナが設けられていてもよい。

１ 電波測定装置
２ 外部アンテナ
３ ケーブル
４ 無線通信機器
５ 受信アンテナ
１１ 収容部
１２ 接続部
１３ 内部アンテナ
１４ 固定部
１５ 透明部材
２３ 内部アンテナ
１１１ 本体部
１１２ 蓋部
１３１ａ、１３１ｂ ループアンテナ
１３２ コネクタ
１３３ ケーブル
２３１ 分配器
２３２、２３３ アンテナ
２３４ コネクタ
２３５ ケーブル

Claims (8)

1. 無線通信機器を収容可能な収容部と、
   指向性を有し、外部装置が放射する外部電波を受信する外部アンテナを接続するための接続部と、
   前記接続部に接続された前記外部アンテナを介して受信した前記外部電波を、前記収容部の内部に再放射する内部アンテナと、
   を有し、
   前記無線通信機器は、前記内部アンテナを介して受信した前記外部電波の強度と前記無線通信機器の位置及び向きとを関連付けて記憶するとともに、前記外部電波の強度を画面に表示し、
   前記収容部は、前記無線通信機器の前記画面に対応する位置に設けられた透明部材と、前記外部電波を減衰させるシールド部材とを有する電波測定装置。
2. 前記内部アンテナは、
   前記外部アンテナを介して受信した第１の周波数帯の前記外部電波を再放射する第１内部アンテナと、
   前記外部アンテナを介して受信した、前記第１の周波数帯よりも高い周波数の第２の周波数帯の前記外部電波を再放射する第２内部アンテナと、
   を有する、
   請求項１に記載の電波測定装置。
3. 前記内部アンテナは、ループ状の前記第１内部アンテナと、前記第１内部アンテナの内側に設けられたループ状の前記第２内部アンテナと、を有する、
   請求項２に記載の電波測定装置。
4. 前記収容部は、前記内部アンテナが再放射する電波を受信できる位置に前記無線通信機器を固定する固定部を有する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の電波測定装置。
5. 前記透明部材は電波を減衰させる、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の電波測定装置。
6. 前記収容部が電波吸収部材を有する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の電波測定装置。
7. 無線通信機器を収容可能であり、前記無線通信機器の画面に対応する位置に透明部材が設けられた電波測定装置の収容部に前記無線通信機器を収容するステップと、
   前記電波測定装置の接続部に、指向性を有し、外部装置が放射する外部電波を受信する外部アンテナを接続するステップと、
   前記無線通信機器が、前記無線通信機器の位置及び向きに関連付けて、前記収容部に設けられており前記外部電波を前記収容部の内部に再放射する内部アンテナを介して受信した前記外部電波の強度を記録するステップと、
   前記無線通信機器が前記外部電波の強度を前記画面に表示するステップと、
   を有する電波測定方法。
8. 無線通信機器と、前記無線通信機器に電波を測定させるための電波測定装置と、を備え、
   前記電波測定装置は、
   前記無線通信機器を収容可能であり、前記無線通信機器の前記画面に対応する位置に設けられた透明部材と、前記外部電波を減衰させるシールド部材とを有する収容部と、
   指向性を有し、外部装置が放射する外部電波を受信する外部アンテナを接続するための接続部と、
   前記接続部に接続された前記外部アンテナを介して受信した前記外部電波を、前記収容部の内部に再放射する内部アンテナと、
   を有し、
   前記無線通信機器は、前記内部アンテナを介して受信した前記外部電波の強度と前記無線通信機器の位置及び向きとを関連付けて記憶するとともに、前記外部電波の強度を画面に表示する電波測定システム。
   

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