JP6484290B2

JP6484290B2 - 近傍界測定装置及び近傍界測定方法

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Publication number: JP6484290B2
Application number: JP2017116002A
Authority: JP
Inventors: 華子野田; 匡章布施
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2037-06-13
Also published as: JP2018054596A

Description

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

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。

アンテナの指向性を算出するためにアンテナの電界強度分布を近傍界領域で測定する装置としては、図１７に示すように、被測定アンテナ２２０と、被測定アンテナ２２０に高周波の送信信号を給電する送信機２１０と、被測定アンテナ２２０の近傍で被測定アンテナ２２０からの電波を受信する測定用アンテナ５１と、ダウンコンバータ５３ａ，５３ｂと、Ａ／Ｄ変換部５４ａ，５４ｂと、演算部５５と、を備え、測定用アンテナ５１を走査して被測定アンテナ２２０に対向する２次元平面内の近傍電界を測定する近傍電界測定装置２００が従来より提案されている（例えば、特許文献１参照）。

近傍電界測定装置２００の演算部５５は、測定用アンテナ５１の受信信号から位相情報を抽出する。さらに、演算部５５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。

従来の近傍電界測定装置２００では、位相の基準を得るために、送信機２１０から出力される送信信号を被測定アンテナ２２０の手前で分岐して、ダウンコンバータ５３ｂとＡ／Ｄ変換部５４ｂを介して、装置内の演算部５５に入力していた。このような構成では、測定用アンテナ５１用のダウンコンバータ５３ａと、位相基準用のダウンコンバータ５３ｂと、を装置内に配置する必要がある。

特公平６−１６０５８号公報

しかしながら、従来の近傍電界測定装置は、装置内にダウンコンバータを２つ持つ必要があるため、測定装置が高価となる。

また、送信機からトリガ信号（同期用信号）を出力し、このトリガ信号を基準に位相を測定することによって、ダウンコンバータ５３ｂを省略する構成も考えられるが、トリガ信号をケーブルで引き回すことにより信号の立ち上がりの急峻さが失われるという問題が発生する。これが原因となって位相測定の開始タイミングに誤差が発生し、更には位相測定結果にも誤差が与えられる。複数回測定して平均化すれば誤差を減らすことが可能であるが、測定に時間を要することになる。

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、送信装置から出力される同期用信号の劣化を補正したタイミング信号に基づいて位相測定を行うことにより、装置内の周波数コンバータの個数を削減して、誤差の少ない近傍界測定を行うことが可能で安価な近傍界測定装置及び近傍界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、本発明の請求項１の近傍界測定装置は、送信装置に備えられた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する近傍界測定装置であって、所定の走査範囲に含まれる複数の測定位置において、前記無線信号を受信する測定用プローブと、前記複数の測定位置に前記測定用プローブを移動させる移動装置と、ローカル信号を出力するローカル信号源と、前記測定用プローブにより受信された無線信号を前記ローカル信号と混合することにより、前記測定用プローブにより受信された無線信号の周波数を所望の周波数に周波数変換する周波数コンバータと、第１のクロック信号を出力する第１のクロック信号源と、第２のクロック信号を出力する第２のクロック信号源と、前記周波数コンバータにより周波数変換された無線信号を前記第１のクロック信号でサンプリングすることにより、前記周波数コンバータにより周波数変換された無線信号を量子化する第１のＡ／Ｄ変換部と、前記無線信号の送信に同期して前記送信装置から出力される同期用信号を前記第２のクロック信号でサンプリングすることにより、前記同期用信号を量子化する第２のＡ／Ｄ変換部と、前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化された同期用信号の波形の立ち上がりの鈍りを低減させるように前記同期用信号を補正することで、前記無線信号の振幅及び位相の測定を開始するためのタイミング信号を生成するタイミング処理部と、各前記測定位置について、前記第１のＡ／Ｄ変換部により量子化された無線信号を前記タイミング信号に基づいて取得し、取得した前記無線信号の近傍界での振幅と位相を算出する振幅・位相算出部と、を備える構成である。

この構成により、本発明に係る近傍界測定装置は、送信装置から出力される同期用信号の劣化を補正したタイミング信号に基づいて位相測定を行うことにより、装置内の周波数コンバータの個数を削減して、誤差の少ない近傍界測定を安価な構成で行うことができる。

また、本発明の請求項２の近傍界測定装置においては、前記送信装置は、基準信号を出力する基準信号源と、前記基準信号に同期した前記無線信号を発生させる無線信号発生部と、前記基準信号に同期した前記同期用信号を発生させるトリガ信号発生部と、を備え、前記ローカル信号、前記第１のクロック信号、及び前記第２のクロック信号は前記基準信号に同期しており、前記ローカル信号の周波数と前記無線信号の周波数が、それぞれ前記同期用信号の周波数の整数倍であってもよい。

この構成により、本発明に係る近傍界測定装置は、所定の測定位置において無線信号の位相が一定となるタイミングで、各測定位置において無線信号の位相測定を実行することができる。

また、本発明の請求項３の近傍界測定装置は、前記振幅・位相算出部により算出された振幅及び位相の情報を用いて、遠方界の指向性を算出する遠方界指向性算出部を更に備える構成であってもよい。

また、本発明の請求項４の近傍界測定装置においては、前記タイミング処理部は、前記送信装置から出力される前記同期用信号の情報に基づいて、前記同期用信号のリファレンス信号を生成する信号源と、前記信号源によりある時刻に生成されたリファレンス信号と、前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化された同期用信号との相互相関により得られる、前記リファレンス信号を基準とした前記同期用信号の遅延量の情報を含む信号を前記タイミング信号として出力する相関器と、を含む構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る近傍界測定装置は、測定装置内部のリファレンス信号のタイミングを位相測定の基準とすることができる。

また、本発明の請求項５の近傍界測定装置においては、前記タイミング処理部は、前記送信装置から出力される前記同期用信号の情報に基づいて、前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化された同期用信号から位相を算出する位相算出部と、前記位相算出部により算出された位相がゼロになるタイミングで立ち上がる前記タイミング信号を生成するタイミング信号生成部と、を含む構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る近傍界測定装置は、送信装置からの同期用信号の位相情報からタイミング信号を生成することができる。

また、本発明の請求項６の近傍界測定装置においては、前記タイミング処理部は、入力信号に応じて出力信号の周波数を制御する数値制御発振器と、前記数値制御発振器からの出力信号を１／Ｎ分周するループ内分周器と、前記ループ内分周器により分周された出力信号と、前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化された同期用信号との位相差に応じた誤差信号を出力する位相比較器と、前記誤差信号の低周波成分を通過させて前記数値制御発振器に与えるループフィルタと、を含み、前記数値制御発振器からの前記出力信号が前記タイミング信号として前記振幅・位相算出部に入力される構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る近傍界測定装置は、送信装置からの同期用信号と位相同期した信号をタイミング信号として利用することができる。

また、本発明の請求項７の近傍界測定装置においては、前記タイミング処理部は、前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化された同期用信号の低周波成分を通過させるローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを通過した前記同期用信号に対して、閾値処理により得られる信号を前記タイミング信号として出力する閾値処理部と、を含む構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る近傍界測定装置は、送信装置からの同期用信号を波形整形した信号をタイミング信号として利用することができる。

また、本発明の請求項８の近傍界測定装置においては、前記タイミング処理部は、前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化された同期用信号の周波数特性を変更する波形整形部と、前記波形整形部により周波数特性が変更された前記同期用信号に対して、閾値処理により得られる信号を前記タイミング信号として出力する閾値処理部と、を含む構成であってもよい。

また、本発明の請求項９の近傍界測定方法は、上記のいずれかの近傍界測定装置を用いる近傍界測定方法であって、前記送信装置から、無線信号と、前記無線信号の送信に同期した同期用信号とを送信する無線信号送信ステップと、前記測定用プローブを測定位置に移動させる移動ステップと、所定の走査範囲に含まれる複数の測定位置において、前記無線信号を前記測定用プローブ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無線信号の周波数を前記周波数コンバータにより所望の周波数に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無線信号を、前記第１のＡ／Ｄ変換部により量子化する第１のＡ／Ｄ変換ステップと、前記無線信号送信ステップで送信された前記同期用信号を、前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化する第２のＡ／Ｄ変換ステップと、前記第２のＡ／Ｄ変換ステップで量子化された同期用信号の波形の立ち上がりの鈍りを低減させるように前記同期用信号を補正することで、前記無線信号の振幅及び位相の測定を開始するためのタイミング信号を生成するタイミング処理ステップと、各前記測定位置について、前記第１のＡ／Ｄ変換ステップで量子化された無線信号を前記タイミング信号に基づいて取得し、取得した前記無線信号の近傍界での振幅と位相を算出する振幅・位相算出ステップと、前記振幅・位相算出ステップで算出された振幅及び位相の情報を用いて、遠方界の指向性を算出する遠方界指向性算出ステップと、を含む構成である。

この構成により、本発明に係る近傍界測定方法は、送信装置から出力される同期用信号の劣化を補正したタイミング信号に基づいて位相測定を行うことにより、装置内の周波数コンバータの個数を削減して、誤差の少ない近傍界測定を安価な構成で行うことができる。

本発明は、送信装置から出力される同期用信号の劣化を補正したタイミング信号に基づいて位相測定を行うことにより、装置内の周波数コンバータの個数を削減して、誤差の少ない近傍界測定を行うことが可能で安価な近傍界測定装置及び近傍界測定方法を提供するものである。

第１の実施形態に係る近傍界測定装置の構成を示すブロック図である。第１の実施形態に係る近傍界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の実施形態に係る近傍界測定装置と送信装置における同期状態を説明するための図である。無線信号、ローカル信号、トリガ信号のタイミングを示すタイミングチャートである。第１の実施形態に係る近傍界測定装置のＤＳＰの構成を示すブロック図である。（ａ）はＤＳＰ内の信号源から出力されるリファレンス信号の一例を示すグラフであり、（ｂ）は第２のＡ／Ｄ変換部により量子化されたトリガ信号の一例を示すグラフであり、（ｃ）はリファレンス信号とトリガ信号の相互相関を示すグラフである。測定用プローブの配置と測定位置を示す模式図である。（ａ）は振幅・位相算出部により算出される振幅の２次元データの一例を示すグラフであり、（ｂ）は振幅・位相算出部により算出される位相の２次元データの一例を示すグラフである。遠方界指向性算出部により算出される遠方界の指向性の一例を示すグラフである。第１の実施形態に係る近傍界測定装置による近傍界測定方法の処理を示すフローチャートである。第２の実施形態に係る近傍界測定装置のＤＳＰの構成を示すブロック図である。（ａ）はＡ／Ｄ変換部でサンプリングされた同期用デジタル信号の波形の一例を示すグラフであり、（ｂ）はＦＦＴ処理部により得られる振幅スペクトルの一例を示すグラフである。（ａ）はＦＦＴ処理部による処理の時間窓の一例を示すグラフであり、（ｂ）はＡ／Ｄ変換部でサンプリングされた同期用デジタル信号のゼロ位相を示すグラフであり、（ｃ）はＦＦＴ処理部により生成されたタイミング信号の一例を示すグラフである。第３の実施形態に係る近傍界測定装置のＤＳＰの構成を示すブロック図である。第４の実施形態に係る近傍界測定装置のＤＳＰの構成を示すブロック図である。第４の実施形態に係る近傍界測定装置のＤＳＰの他の構成を示すブロック図である。従来の近傍界測定装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る近傍界測定装置及び近傍界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の実施形態に係る近傍界測定装置１は、送信装置１００に備えられた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、遠方界の指向性を算出するものである。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。被測定アンテナ１１０は、送信装置１００と一体化したものであっても、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、基準信号を出力する基準信号源１２０と、基準信号源１２０から出力された基準信号に同期した無線信号を発生させる無線信号発生部１０１と、基準信号源１２０から出力された基準信号に同期した同期用信号としてのトリガ信号を発生させるトリガ信号発生部１０２と、を含む。

送信装置１００が備える無線信号発生部１０１は、例えば無変調波信号や広帯域信号（例えばＯＦＤＭ信号）などの無線信号を発生させ、発生させた無線信号を送信装置１００の被測定アンテナ１１０に出力することにより、無線信号を被測定アンテナ１１０から送信させる。

近傍界測定装置１は、測定用プローブ１１、移動装置１２、周波数コンバータとしてのダウンコンバータ１３、第１のＡ／Ｄ変換部としてのＡ／Ｄ変換部１４ａ、第２のＡ／Ｄ変換部としてのＡ／Ｄ変換部１４ｂ、ローカル信号源１５、第１のクロック信号源としてのクロック信号源１６ａ、第２のクロック信号源としてのクロック信号源１６ｂ、基準信号源１７、タイミング処理部としてのＤＳＰ（Digital Signal Processor）１８、振幅・位相算出部１９、遠方界指向性算出部２０、走査制御部２１、表示部２２、操作部２３、及び制御部２４を主に備える。

これらのうち、ダウンコンバータ１３、Ａ／Ｄ変換部１４ａ，１４ｂ、ローカル信号源１５、クロック信号源１６ａ，１６ｂ、基準信号源１７、ＤＳＰ１８、及び振幅・位相算出部１９は、いずれもベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）で構成することが可能である。

測定用プローブ１１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、所定周波数範囲の電磁波を伝播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。測定用プローブ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。

図２に示すように、移動装置１２は、所定の走査範囲Ｐに含まれる複数の測定位置に、測定用プローブ１１を移動させるものである。移動装置１２は、測定用プローブ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。

ダウンコンバータ１３は、測定用プローブ１１により受信された無線信号を、ローカル信号源１５からのローカル信号と混合することにより、当該無線信号の周波数を後段の処理に適した所望の周波数に周波数変換するようになっている。

なお、測定用プローブ１１は、自身のコネクタ１１ａに同軸ケーブルなどのケーブル２５が接続されることよりダウンコンバータ１３に接続される。あるいは、測定用プローブ１１をダウンコンバータ１３に直結させ、無線信号がケーブルを伝送される前に無線信号の周波数を低下させる構成としてもよい。

ローカル信号源１５は、例えばＰＬＬ回路を含み、基準信号源１７から入力される基準信号の位相に同期したローカル信号を周波数可変に発生させるようになっている。

図１に示すように、Ａ／Ｄ変換部１４ａは、ダウンコンバータ１３により周波数変換された無線信号を標本化及び量子化するようになっている。具体的には、Ａ／Ｄ変換部１４ａは、周波数変換後の無線信号を、クロック信号源１６ａからの第１のクロック信号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。

Ａ／Ｄ変換部１４ｂは、無線信号の送信に同期して送信装置１００のトリガ信号発生部１０２から出力されるトリガ信号を標本化及び量子化するようになっている。具体的には、Ａ／Ｄ変換部１４ｂは、トリガ信号をクロック信号源１６ｂからの第２のクロック信号でサンプリングして、時系列のデジタルデータとしての同期用デジタル信号を生成する。

基準信号源１７は、ローカル信号源１５と、クロック信号源１６ａ，１６ｂとの間で同期を取るための基準信号として、送信装置１００の基準信号源１２０から出力される基準信号に同期した、例えば１０ＭＨｚの無変調波の信号もしくはクロック信号を発生させる。

図３は、送信装置１００と近傍界測定装置１における同期状態を説明するための図である。基準信号源１７からの周波数ｆ２_ＲＥＦの基準信号は、基準信号源１２０からの周波数ｆ１_ＲＥＦの基準信号に同期している。さらに、ローカル信号源１５からの周波数ｆ_ＬＯのローカル信号、クロック信号源１６ａからの周波数ｆ_ＣＬＫ１の第１のクロック信号、及びクロック信号源１６ｂからの周波数ｆ_ＣＬＫ２の第２のクロック信号は、基準信号源１２０からの周波数ｆ２_ＲＥＦの基準信号に同期している。

ここで、ローカル信号の周波数ｆ_ＬＯと、無線信号発生部１０１からの無線信号の周波数ｆ_ＲＦは、それぞれトリガ信号発生部１０２からのトリガ信号の周波数ｆ_ＴＲＧの整数倍である。また、第１のクロック信号の周波数ｆ_ＣＬＫ１と、第２のクロック信号の周波数ｆ_ＣＬＫ２も、それぞれトリガ信号の周波数ｆ_ＴＲＧの整数倍である。

一例として図４に、周波数ｆ_ＲＦが１２．５ＧＨｚの無線信号の信号波形、周波数ｆ_ＬＯが２ＧＨｚのローカル信号の信号波形、周波数ｆ_ＴＲＧが５００ＭＨｚのトリガ信号の信号波形と、比較例として周波数が１ＧＨｚの信号波形のタイミングを示す。なお、これらの周波数の値は説明を分かりやすくするための一例であり、本実施形態の近傍界測定装置１で用いられる周波数の値はこれらに限定されない。また、図４ではタイミングを見やすくするために、それぞれの信号波形を簡略化して表現している。

この場合、トリガ信号の１周期Ｔ_ＴＲＧは２ｎｓである。また、ローカル信号の１周期Ｔ_ＬＯは０．５ｎｓである。また、無線信号の１周期Ｔ_ＲＦは０．０８ｎｓである。よって、Ｔ_ＴＲＧは、Ｔ_ＬＯの４倍であり、かつ、Ｔ_ＲＦの２５倍となっている。仮に、ｆ_ＴＲＧが１ＧＨｚの場合には、Ｔ_ＴＲＧはＴ_ＲＦの１２．５倍となるため、図４に示すタイミングＡ，Ｃにおける無線信号の位相と比較して、タイミングＢにおける無線信号の位相が１８０°ずれてしまうことになる。

図１に示すタイミング処理部としてのＤＳＰ１８は、Ａ／Ｄ変換部１４ｂにより量子化されたトリガ信号から、無線信号の振幅及び位相の測定を開始するためのタイミング信号を生成するようになっている。

図５に示すように、ＤＳＰ１８は、送信装置１００から出力されるトリガ信号の情報に基づいて、トリガ信号のリファレンス信号を生成する信号源３０と、信号源３０により生成されたリファレンス信号と、Ａ／Ｄ変換部１４ｂにより量子化されたトリガ信号との相互相関により得られる信号をタイミング信号として出力する相関器３１と、を含む。

本実施形態においては、トリガ信号はパルス信号である。また、送信装置１００は、トリガ信号の情報を信号源３０に出力するようになっている。信号源３０に出力されるトリガ信号の情報としては、例えばパルスのデューティ比と、パルス周期の値等が挙げられる。

図６（ａ）は、信号源３０から出力されるリファレンス信号の一例を示している。ここでは、リファレンス信号がトリガ信号と同様のパルス信号であるとしている。図６（ｂ）は、Ａ／Ｄ変換部１４ｂにより量子化されたトリガ信号の一例を示している。図６（ｃ）は、図６（ａ），（ｂ）に示した２つの信号の相互相関を示している。つまり、相関器３１は、リファレンス信号を基準としたトリガ信号の遅延量の情報を含むタイミング信号を、振幅・位相算出部１９に出力するようになっている。

振幅・位相算出部１９は、測定用プローブ１１の走査範囲内の各測定位置について、Ａ／Ｄ変換部１４ａにより量子化された無線信号（測定用デジタル信号）を、ＤＳＰ１８から出力されたタイミング信号に基づいて取得し、取得した無線信号の近傍界での振幅と位相を算出するようになっている。

以下、振幅・位相算出部１９の処理の具体例について説明する。図７は、走査範囲Ｐ内における測定位置（図中の●印）と測定用プローブ１１の配置とを示す模式図である。図７に示すように、測定位置は、走査範囲ＰをＸ方向にΔｘ、Ｙ方向にΔｙで格子状に分割した場合の格子点として表すことができる。図７では一例として、Δｘ＝ｄ_１、Δｙ＝ｄ_２の場合が示されている。なお、ｄ_１＝ｄ_２とすることもできる。

測定用プローブ１１は初期状態では座標（０，０）の位置に存在するものとする。まず、振幅・位相算出部１９は、タイミング信号の立ち上がりの時刻ｔ０で測定用プローブ１１により受信された無線信号の位相を測定するとともに、測定用プローブ１１により受信された無線信号の振幅を測定する。

次に、移動装置１２により、位相及び振幅が測定されていない測定位置に測定用プローブ１１が走査される。例えば、図７に示すように、測定用プローブ１１が座標（１，０）の位置に移動される。

次に、振幅・位相算出部１９は、タイミング信号の立ち上がりの時刻ｔ１で測定用プローブ１１により受信された無線信号の位相を測定するとともに、測定用プローブ１１により受信された無線信号の振幅を測定する。ここで、時刻ｔ１と時刻ｔ０の差はトリガ信号の１周期Ｔ_ＴＲＧの整数倍となっているため、トリガ信号、ローカル信号、及びクロック信号の位相関係を一定に保ちながら、座標（１，０）における無線信号の位相の測定を行うことが可能になる。

以下、移動装置１２により測定用プローブ１１がＸ方向又はＹ方向へ順次走査されている状態で、振幅・位相算出部１９は、タイミング信号の立ち上がりの時刻ｔ２，ｔ３，ｔ４，・・・で同様の測定を繰り返す。このようにして、振幅・位相算出部１９は、基準の座標位置においてトリガ信号、ローカル信号、及びクロック信号の位相関係を一定に保ちながら、各測定位置における振幅及び位相を測定することができる。なお、全ての測定位置について振幅及び位相の測定が行われるのであれば、移動装置１２による走査の順番は任意である。

振幅・位相算出部１９は、図８（ａ）に示すように、近傍界測定データとして振幅の２次元データを生成する。また、振幅・位相算出部１９は、図８（ｂ）に示すように、近傍界測定データとして位相の２次元データを生成する。ここで、図８（ａ）中のｕ（ｘ，ｙ）は、測定用プローブ１１が位置（ｘ，ｙ）において受信した無線信号のデータを表している。

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が無変調波である場合には、例えば振幅・位相算出部１９において相互相関関数を利用するなど処理量を抑えた位相の検出も可能である。

さらに、振幅・位相算出部１９は、算出した位相、振幅の情報（以下、「位相情報」、「振幅情報」ともいう）を遠方界指向性算出部２０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情報は、走査範囲内の特定の測定位置での位相を基準（位相ゼロ）とした値に変換されたものであってもよい。

遠方界指向性算出部２０は、後述する走査制御部２１から出力された測定用プローブ１１の位置情報と、振幅・位相算出部１９により算出された振幅及び位相の情報を用いて、遠方界の指向性を算出するようになっている。

図９に示すように、遠方界指向性算出部２０は、振幅・位相算出部１９により算出された振幅及び位相の２次元データに対して２次元逆フーリエ変換処理を実行することにより、送信装置１００の被測定アンテナ１１０の遠方界の指向性を求めることができる。

走査制御部２１は、移動装置１２に対して、走査範囲Ｐ内の全ての測定位置に測定用プローブ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２１は、測定用プローブ１１が存在する測定位置の位置情報を遠方界指向性算出部２０に送出するようになっている。

表示部２２は、例えばＬＣＤやＣＲＴなどの表示機器で構成され、制御部２４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の近傍界における振幅及び位相の測定結果や、遠方界における指向性の算出結果などが含まれる。さらに、表示部２２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２３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２３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２２に表示される構成であってもよい。

制御部２４は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータ等で構成され、近傍界測定装置１を構成する上記各部の動作を制御する。さらに、制御部２４は、所定のプログラムを実行することにより、振幅・位相算出部１９及び遠方界指向性算出部２０をソフトウェア的に構成するようになっている。

以下、本実施形態の近傍界測定装置１を用いる近傍界測定方法について、図１０のフローチャートを参照しながら説明する。

送信装置１００の無線信号発生部１０１が無線信号を送信し、かつ、送信装置１００のトリガ信号発生部１０２が無線信号の送信に同期したトリガ信号を送信する（無線信号送信ステップＳ１）。

次に、走査制御部２１が、移動装置１２によって、測定用プローブ１１を走査範囲内の測定位置に移動させる（移動ステップＳ２）。

次に、測定用プローブ１１が、被測定アンテナ１１０から出力された無線信号を受信する（信号受信ステップＳ３）。

次に、ダウンコンバータ１３が、信号受信ステップＳ３で受信された無線信号の周波数を所望の周波数に周波数変換する（周波数変換ステップＳ４）。

次に、Ａ／Ｄ変換部１４ａが、周波数変換ステップＳ４で周波数変換された無線信号を標本化及び量子化して測定用デジタル信号を生成する（第１のＡ／Ｄ変換ステップＳ５）。

次に、Ａ／Ｄ変換部１４ｂが、無線信号送信ステップＳ１で送信されたトリガ信号を標本化及び量子化して同期用デジタル信号を生成する（第２のＡ／Ｄ変換ステップＳ６）。

次に、ＤＳＰ１８が、第２のＡ／Ｄ変換ステップＳ６で量子化されたトリガ信号から、無線信号の振幅及び位相の測定を開始するためのタイミング信号を生成する（タイミング処理ステップＳ７）。

次に、振幅・位相算出部１９が、各測定位置について、第１のＡ／Ｄ変換ステップＳ５で量子化された無線信号をタイミング信号に基づいて取得し、取得した無線信号の近傍界での振幅と位相を算出する（振幅・位相算出ステップＳ８）。

次に、制御部２４が、走査範囲内の全ての測定位置に対して、位置情報、位相情報、及び振幅情報が得られたか否かを判断する（ステップＳ９）。否定判断の場合には移動ステップＳ２に戻る。肯定判断の場合にはステップＳ１０に進む。

次に、遠方界指向性算出部２０が、全ての測定位置に関する、位置情報、位相情報、及び振幅情報を用いて、遠方界の指向性を算出する（遠方界指向性算出ステップＳ１０）。

以上説明したように、本実施形態に係る近傍界測定装置１は、送信装置１００から出力されるトリガ信号の劣化を補正したタイミング信号に基づいて位相測定を行うことにより、装置内の周波数コンバータの個数を削減して、誤差の少ない近傍界測定を安価な構成で行うことができる。

また、本実施形態に係る近傍界測定装置１は、無線信号、トリガ信号、ローカル信号、及びクロック信号の間の同期を取るとともに、無線信号、トリガ信号、及びローカル信号の周波数を適切に設定することにより、各測定位置において、測定のタイミングにおけるトリガ信号、ローカル信号、及びクロック信号の位相関係を一定に保ちながら、無線信号の位相測定を実行することができる。

また、本実施形態に係る近傍界測定装置１は、測定装置内部のリファレンス信号のタイミングを位相測定の基準とすることができる。

また、本実施形態に係る近傍界測定装置１においては、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。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る近傍界測定装置２について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態に係る近傍界測定装置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。

図１１に示すように、本実施形態においては、タイミング処理部としてのＤＳＰ１８は、送信装置１００から出力されるトリガ信号の情報に基づいて、Ａ／Ｄ変換部１４ｂにより量子化されたトリガ信号（同期用デジタル信号）から位相を算出する位相算出部としてのＦＦＴ処理部３２と、ＦＦＴ処理部３２により算出された位相に基づいて、タイミング信号を生成するタイミング信号生成部３３と、を含む。

本実施形態においては、トリガ信号はＣＷ波である。また、送信装置１００は、トリガ信号の情報として、ＣＷ波の周波数の値をＦＦＴ処理部３２に出力するようになっている。

図１２（ａ）は、Ａ／Ｄ変換部１４ｂでサンプリングされた同期用デジタル信号の波形を示している。図１２（ｂ）は、ＦＦＴ処理部３２での高速フーリエ変換（ＦＦＴ）又は離散フーリエ変換（ＤＦＴ）により得られる振幅スペクトルを示している。

また、ＦＦＴ処理部３２は、Ａ／Ｄ変換部１４ｂでサンプリングされた同期用デジタル信号に対して、図１３（ａ）に示すようなＣＷ波の周波数に基づいた時間窓Ｔで、図１３（ｂ）に示すようにゼロ位相のタイミングΔｔを求める。さらに、図１３（ｃ）に示すように、タイミング信号生成部３３は、Δｔから立ち上がるタイミング信号を生成して、振幅・位相算出部１９に出力するようになっている。

以上説明したように、本実施形態に係る近傍界測定装置２は、送信装置１００からのトリガ信号の位相情報からタイミング信号を生成することができる。

（第３の実施形態）
続いて、本発明の第３の実施形態に係る近傍界測定装置３について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態に係る近傍界測定装置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。

図１４に示すように、本実施形態においては、タイミング処理部としてのＤＳＰ１８は、入力信号に応じて出力信号の周波数を制御する数値制御発振器としてのＮＣＯ（Numerically Controlled Oscillator）３４と、ＮＣＯ３４からの出力信号を１／Ｎ分周するループ内分周器３５と、ループ内分周器３５により分周された出力信号と、Ａ／Ｄ変換部１４ｂにより量子化されたトリガ信号との位相差に応じた誤差信号を出力する位相比較器３６と、位相比較器３６から出力された誤差信号の低周波成分を通過させてＮＣＯ３４に与えるループフィルタとしてのローパスフィルタ（ＬＰＦ）３７と、を含む。

本実施形態においては、ＮＣＯ３４からの出力信号がタイミング信号として振幅・位相算出部１９に入力されるようになっている。

また、本実施形態においては、トリガ信号はＣＷ波である。また、送信装置１００は、トリガ信号の情報として、ＣＷ波の周波数の値をＮＣＯ３４に出力するようになっている。これにより、ＮＣＯ３４の発振周波数がＣＷ波の周波数に一致するようになる。

ループ内分周器３５は、ＮＣＯ３４の出力を１／Ｎ分周して出力するようになっている。ここで、Ｎは１以上の実数である。

位相比較器３６は、Ａ／Ｄ変換部１４ｂにより量子化されたトリガ信号とループ内分周器３５からの出力信号との周波数差及び位相差に応じた誤差信号を出力するようになっている。誤差信号は、例えば、上記周波数差及び位相差に比例したパルス幅の信号である。

ＬＰＦ３７は、位相比較器３６の出力を平滑化して、ＮＣＯ３４に出力するようになっている。

以上説明したように、本実施形態に係る近傍界測定装置３は、送信装置１００からのトリガ信号と位相同期した信号をタイミング信号として利用することができる。

（第４の実施形態）
続いて、本発明の第４の実施形態に係る近傍界測定装置４について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態に係る近傍界測定装置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。

図１５に示すように、本実施形態においては、タイミング処理部としてのＤＳＰ１８は、Ａ／Ｄ変換部１４ｂにより量子化されたトリガ信号の低周波成分を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）３８と、ＬＰＦ３８を通過したトリガ信号に対して、閾値処理により得られる信号をタイミング信号として出力する閾値処理部３９と、を含む。本実施形態においては、トリガ信号はパルス信号である。

あるいは、図１６に示すように、タイミング処理部としてのＤＳＰ１８は、Ａ／Ｄ変換部１４ｂにより量子化されたトリガ信号の周波数特性を変更する波形整形部４０と、波形整形部４０により周波数特性が変更されたトリガ信号に対して、閾値処理により得られる信号をタイミング信号として出力する閾値処理部４１と、を含むものであってもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る近傍界測定装置４は、送信装置１００からのトリガ信号を波形整形した信号をタイミング信号として利用することができる。

１〜４近傍界測定装置
１１測定用プローブ
１２移動装置
１３ダウンコンバータ
１４ａ，１４ｂＡ／Ｄ変換部
１５ローカル信号源
１６ａ，１６ｂクロック信号源
１７，１２０基準信号源
１８ＤＳＰ
１９振幅・位相算出部
２０遠方界指向性算出部
３０信号源
３１相関器
３２ＦＦＴ処理部
３３タイミング信号生成部
３４ＮＣＯ
３５ループ内分周器
３６位相比較器
３７，３８ＬＰＦ
３９，４１閾値処理部
４０波形整形部
１００送信装置
１０１無線信号発生部
１０２トリガ信号発生部
１１０被測定アンテナ
Ｔ１〜ＴＮアンテナ素子

Claims

送信装置（１００）に備えられた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する近傍界測定装置（１）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、前記無線信号を受信する測定用プローブ（１１）と、
前記複数の測定位置に前記測定用プローブを移動させる移動装置（１２）と、
ローカル信号を出力するローカル信号源（１５）と、
前記測定用プローブにより受信された無線信号を前記ローカル信号と混合することにより、前記測定用プローブにより受信された無線信号の周波数を所望の周波数に周波数変換する周波数コンバータ（１３）と、
第１のクロック信号を出力する第１のクロック信号源（１６ａ）と、
第２のクロック信号を出力する第２のクロック信号源（１６ｂ）と、
前記周波数コンバータにより周波数変換された無線信号を前記第１のクロック信号でサンプリングすることにより、前記周波数コンバータにより周波数変換された無線信号を量子化する第１のＡ／Ｄ変換部（１４ａ）と、
前記無線信号の送信に同期して前記送信装置から出力される同期用信号を前記第２のクロック信号でサンプリングすることにより、前記同期用信号を量子化する第２のＡ／Ｄ変換部（１４ｂ）と、
前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化された同期用信号の波形の立ち上がりの鈍りを低減させるように前記同期用信号を補正することで、前記無線信号の振幅及び位相の測定を開始するためのタイミング信号を生成するタイミング処理部（１８）と、
各前記測定位置について、前記第１のＡ／Ｄ変換部により量子化された無線信号を前記タイミング信号に基づいて取得し、取得した前記無線信号の近傍界での振幅と位相を算出する振幅・位相算出部（１９）と、を備えることを特徴とする近傍界測定装置。
前記送信装置は、
基準信号を出力する基準信号源（１２０）と、
前記基準信号に同期した前記無線信号を発生させる無線信号発生部（１０１）と、
前記基準信号に同期した前記同期用信号を発生させるトリガ信号発生部（１０２）と、を備え、
前記ローカル信号、前記第１のクロック信号、及び前記第２のクロック信号は前記基準信号に同期しており、
前記ローカル信号の周波数と前記無線信号の周波数が、それぞれ前記同期用信号の周波数の整数倍であることを特徴とする請求項１に記載の近傍界測定装置。
前記振幅・位相算出部により算出された振幅及び位相の情報を用いて、遠方界の指向性を算出する遠方界指向性算出部（２０）を更に備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の近傍界測定装置。
前記タイミング処理部は、
前記送信装置から出力される前記同期用信号の情報に基づいて、前記同期用信号のリファレンス信号を生成する信号源（３０）と、
前記信号源によりある時刻に生成されたリファレンス信号と、前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化された同期用信号との相互相関により得られる、前記リファレンス信号を基準とした前記同期用信号の遅延量の情報を含む信号を前記タイミング信号として出力する相関器（３１）と、を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の近傍界測定装置。
前記タイミング処理部は、
前記送信装置から出力される前記同期用信号の情報に基づいて、前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化された同期用信号から位相を算出する位相算出部（３２）と、
前記位相算出部により算出された位相がゼロになるタイミングで立ち上がる前記タイミング信号を生成するタイミング信号生成部（３３）と、を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の近傍界測定装置。
前記タイミング処理部は、
入力信号に応じて出力信号の周波数を制御する数値制御発振器（３４）と、
前記数値制御発振器からの出力信号を１／Ｎ分周するループ内分周器（３５）と、
前記ループ内分周器により分周された出力信号と、前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化された同期用信号との位相差に応じた誤差信号を出力する位相比較器（３６）と、
前記誤差信号の低周波成分を通過させて前記数値制御発振器に与えるループフィルタ（３７）と、を含み、
前記数値制御発振器からの前記出力信号が前記タイミング信号として前記振幅・位相算出部に入力されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の近傍界測定装置。
前記タイミング処理部は、
前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化された同期用信号の低周波成分を通過させるローパスフィルタ（３８）と、
前記ローパスフィルタを通過した前記同期用信号に対して、閾値処理により得られる信号を前記タイミング信号として出力する閾値処理部（３９）と、を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の近傍界測定装置。
前記タイミング処理部は、
前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化された同期用信号の周波数特性を変更する波形整形部（４０）と、
前記波形整形部により周波数特性が変更された前記同期用信号に対して、閾値処理により得られる信号を前記タイミング信号として出力する閾値処理部（４１）と、を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の近傍界測定装置。
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の近傍界測定装置を用いる近傍界測定方法であって、
前記送信装置から、無線信号と、前記無線信号の送信に同期した同期用信号とを送信する無線信号送信ステップ（Ｓ１）と、
前記測定用プローブを測定位置に移動させる移動ステップ（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、前記無線信号を前記測定用プローブにより受信する信号受信ステップ（Ｓ３）と、
前記信号受信ステップで受信された無線信号の周波数を前記周波数コンバータにより所望の周波数に周波数変換する周波数変換ステップ（Ｓ４）と、
前記周波数変換ステップで周波数変換された無線信号を、前記第１のＡ／Ｄ変換部により量子化する第１のＡ／Ｄ変換ステップ（Ｓ５）と、
前記無線信号送信ステップで送信された前記同期用信号を、前記第２のＡ／Ｄ変換部により量子化する第２のＡ／Ｄ変換ステップ（Ｓ６）と、
前記第２のＡ／Ｄ変換ステップで量子化された同期用信号の波形の立ち上がりの鈍りを低減させるように前記同期用信号を補正することで、前記無線信号の振幅及び位相の測定を開始するためのタイミング信号を生成するタイミング処理ステップ（Ｓ７）と、
各前記測定位置について、前記第１のＡ／Ｄ変換ステップで量子化された無線信号を前記タイミング信号に基づいて取得し、取得した前記無線信号の近傍界での振幅と位相を算出する振幅・位相算出ステップ（Ｓ８）と、
前記振幅・位相算出ステップで算出された振幅及び位相の情報を用いて、遠方界の指向性を算出する遠方界指向性算出ステップ（Ｓ１０）と、を含むことを特徴とする近傍界測定方法。