JP7095045B2 - アンテナ装置、測定装置及び測定システム - Google Patents

Description

本発明は、電波を送受信可能なアンテナ装置、測定装置及び測定システムに関するものである。

従来、移動通信網の基地局等から送信された電波を、指向性を有する指向性受信アンテナで受信して測定する測定装置が知られている。

例えば、特許文献１には、所定の最大感度方向を有する指向性受信アンテナと、指向性受信アンテナを保持するアンテナ保持部材と、指向性受信アンテナの最大感度方向が回転するようにアンテナ保持部材を回転させる回転機構部とを備える測定装置が開示されている。この測定装置によれば、電波測定の労力及び時間を掛けることなく、より正確な電波測定が可能になるとされている。

特開２０１８－１４８３７１号公報

一般に、移動通信網の基地局等から送信された電波の伝搬特性を正しく把握するには、対象エリアの複数の測定点で測定する必要がある。そのため、測定装置を車両（「電波測定車」又は「電測車」ともいう。）に搭載して複数の測定点に順次移動し、各測定点に停車した状態で複数方向から到来する電波が指向性受信アンテナで受信されて測定される。このように複数の測定点に順次移動して測定を行うため、各測定点での電波測定の労力及び時間を低減してより効率的に電波測定を行うことが要請される。

上記各測定点で効率的な電波測定を行うために、複数の周波数に対応する複数の指向性アンテナが配置されたアンテナ部材を回転させて測定することが考えられる。しかしながら、複数の指向性アンテナが配置されたアンテナ部材では、指向性アンテナ間の距離を十分に確保することができず、指向性アンテナ間の干渉が生じることにより、主ビームの所定のビーム幅を確保するとともにバックローブを所定値以下に低減した良好な放射特性が得られないという課題がある。なお、このような課題は、上記電波測定に用いるアンテナ部材の場合だけでなく、複数の周波数に対応した複数の指向性アンテナを限られた空間に集約して配置する場合であれば生じ得る。

本発明の一態様に係るアンテナ装置は、互いに異なる複数の周波数の電波を送受信可能なアンテナ装置である。個のアンテナ装置は、前記複数の周波数に対応し同一仮想面上に放射面を有する複数の指向性アンテナと、前記複数の指向性アンテナに対応し前記指向性アンテナとの距離が個別に設定された複数の反射部材と、を備える。

前記アンテナ装置において、前記複数の反射部材はそれぞれ、前記対応する指向性アンテナから送受信の電波の波長の１／２倍の距離だけ離れた位置に配置されていてもよい。

前記アンテナ装置において、前記複数の反射部材のうち、前記電波の周波数が最小の指向性アンテナに対応する反射部材は、導電性層を有する共通基板として兼用される反射板であり、他の反射部材は、前記共通基板として兼用される反射板上にスペーサを介して支持された反射板であってよい。

前記アンテナ装置において、前記複数の指向性アンテナと前記複数の反射板とを有するアンテナ部材と、前記複数の指向性アンテナそれぞれの主ビームの垂直方向及び水平方向それぞれにおける向きを一体的に変化させるように前記アンテナ部材を回転させる回転機構部と、を備えてもよい。

ここで、前記アンテナ部材の共通のアンテナ配置面に沿った一方向に前記複数の指向性アンテナを並べて配置してもよい。

また、前記複数の指向性アンテナの数が３の場合、前記電波の周波数が最小である第１の指向性アンテナと、前記最小の周波数の２倍の周波数と受信電波の周波数との差が相対的に小さい第２の指向性アンテナとの間に、前記最小の周波数の２倍の周波数と受信電波の周波数との差が相対的に大きい第３の指向性アンテナを配置してもよい。

また、前記第１の指向性アンテナと前記第３の指向性アンテナとの間のアンテナ間距離は、前記第２の指向性アンテナと前記第３の指向性アンテナとの間のアンテナ間距離よりも短くもよい。

前記アンテナ装置において、前記指向性アンテナのアンテナ素子は、パッチアンテナ又はクロスダイポールであってもよい。

前記アンテナ装置において、前記複数の指向性アンテナはそれぞれ、一次元的、二次元的又は三次元的に配列した複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナであってもよい。

本発明の他の態様に係る測定装置は、前記複数の指向性アンテナで受信された受信信号の電力を測定する電力測定部と、前記アンテナ部材の回転角度に関する情報を取得する回転角度情報取得部と、を備える。

本発明の更に他の態様に係る測定システムは、前記測定装置と、前記測定装置を搭載して移動可能な移動体と、を備える。

本発明によれば、複数の周波数に対応した複数の指向性アンテナそれぞれの主ビームの所定のビーム幅を確保しつつバックローブを所定値以下に低減した良好な放射特性が得られる。

実施形態に係るアンテナ装置における複数の指向性アンテナを構成する複数のアンテナ素子の一例を示す斜視図。 実施形態に係るアンテナ装置における複数の指向性アンテナを構成する複数のアンテナ素子の他の例を示す斜視図。 指向性アンテナを構成するアンテナ素子のビーム幅の定義の説明図。 実施形態に係るアンテナ素子の垂直面における受信感度（放射強度、利得）の角度分布を示す指向性特性の一例を示す説明図。 （ａ）～（ｃ）は、反射部材を備えていない参考例１及び２に係るアンテナ装置における互いに異なる周波数のアンテナ素子のアンテナ水平面内の天頂角θ［度］と正規化利得［ｄＢ］との関係を示すコンピュータシミュレーションの結果の一例を示すグラフ。 （ａ）～（ｃ）は、反射部材を備えていない参考例１、２及び３に係るアンテナ装置における互いに異なる周波数のアンテナ素子のアンテナ水平面内の天頂角θ［度］と正規化利得［ｄＢ］との関係を示すコンピュータシミュレーションの結果の一例を示すグラフ。 実施形態に係るアンテナ装置における複数の指向性アンテナを構成する反射部材（反射板）を有する複数のアンテナ素子の一例を示す斜視図。 （ａ）～（ｃ）は、反射部材を備えた実施例に係るアンテナ装置における互いに異なる周波数のアンテナ素子のアンテナ水平面内の天頂角θ［度］と正規化利得［ｄＢ］との関係を示すコンピュータシミュレーションの結果の一例を示すグラフ。 （ａ）～（ｃ）は、反射部材を備えた実施例に係るアンテナ装置における互いに異なる周波数のアンテナ素子のアンテナ水平面内の天頂角θ［度］と正規化利得［ｄＢ］との関係を示すコンピュータシミュレーションの結果の他の例を示すグラフ。 実施形態に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子及び反射板の支持手段の構成の一例を示す斜視図。 実施形態に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子及び反射板の支持手段の構成の一例を示す側面図。 実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図。 実施形態に係るアンテナ装置を構成するアンテナ部材の一例を示す斜視図。 実施形態に係るアンテナ装置を備える測定装置の主要部の一例を示すブロック図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本書に開示した実施形態に係るアンテナ装置は、複数の指向性アンテナにより複数の周波数の電波を受信して各周波数の伝搬特性を同時測定する測定装置に適したアンテナ装置であり、複数の指向性アンテナそれぞれの主ビームの所定のビーム幅を確保しつつバックローブを所定値以下に低減した良好な放射特性が得られるアンテナ装置である。

図１は、実施形態に係るアンテナ装置における複数の指向性アンテナを構成する複数のアンテナ素子１１１、１２１、１３１の一例を示す斜視図である。図１の例において、アンテナ素子１１１、１２１、１３１は互いに異なる複数の周波数に対応し、各アンテナ素子１１１、１２１、１３１は同一仮想面上にアンテナ放射面を有する。図１の例では、図中の左から右方向に対応周波数が低い順番に所定の間隔でアンテナ素子１１１、１２１、１３１が配置されている。アンテナ素子１１１とアンテナ素子１２１との間のアンテナ素子間距離ｄ１は、アンテナ素子１１１とアンテナ素子１２１との間のアンテナ素子間距離ｄ２よりも小さい。

複数のアンテナ素子１１１、１２１、１３１は、移動通信網の基地局等から送信された互いに異なる３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の電波を同時に受信し、複数の周波数の電波の伝搬特性の測定に用いることできる。複数のアンテナ素子１１１、１２１、１３１が受信する複数の電波の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３はｆ１＜ｆ２＜ｆ３の大小関係を有する。例えば、アンテナ素子１１１が受信する電波の周波数ｆ１は３ＧＨｚ帯の周波数であり、アンテナ素子１２１が受信する電波の周波数ｆ２は５ＧＨｚ帯の周波数であり、アンテナ素子１３１が受信する電波の周波数ｆ３は８ＧＨｚ帯の周波数である。

複数のアンテナ素子１１１、１２１、１３１はそれぞれ、所定の厚さ及び外形寸法を有する正方形又はほぼ正方形の平板状の誘電体部材１１２、１２２、１３２と、所定の厚さ及び外形寸法を有する正方形又はほぼ正方形の導電性材料からなるパッチ電極（アンテナ放射面）１１３、１２３、１３３とを有するパッチアンテナで構成されている。各誘電体部材１１２、１２２、１３２及び各パッチ電極１１３、１２３、１３３のそれぞれの外形寸法（後述の各辺の長さＬｓ，Ｌｐ及び幅Ｗｓ，Ｗｐ）は、受信する電波の周波数に応じて設定され、周波数が高いほど短く設定される。また、受信機等の無線装置が接続されるパッチ電極１１３、１２３、１３３における接続点により、受信対象の電波の偏波（直線偏波、円偏波）を設定することができる。

なお、複数のアンテナ素子１１１、１２１、１３１はそれぞれクロスダイポールで構成してもよい。

図１に示すように、各指向性アンテナ１１０、１２０、１３０のアンテナ素子１１１、１２１、１３１の面に垂直な方向（＋ｚ方向）が天頂方向であり、その天頂方向から下方向への角度が天頂角θ（０［度］～１８０［度］）である。また、図中のｘ－ｙ平面におけるｘ軸に対する左回転方向における角度が方位角φ（０［度］～３６０［度］）である。

図２は、実施形態に係るアンテナ装置における複数の指向性アンテナを構成する複数のアンテナ素子１１１、１２１、１３１の他の例を示す斜視図である。図２の例では、アンテナ素子間の干渉が高くなることによるビーム幅ＢＷの劣化を軽減するために複数のアンテナ素子１１１、１２１、１３１を次のように配置している。受信電波の周波数が最小（ｆ１：３．３５ＧＨｚ）である第１のアンテナ素子１１１と、前記最小の周波数の２倍の周波数（６．７０ＧＨｚ）と受信電波の周波数（ｆ２：５．２０ＧＨｚ）との差（１．５０ＧＨｚ）が相対的に小さい第２のアンテナ素子１２１との間に、前記最小の周波数の２倍の周波数（６．７０ＧＨｚ）と受信電波の周波数（ｆ３：８．４５ＧＨｚ）との差（１．７５ＧＨｚ）が相対的に大きい第３のアンテナ素子１３１を配置している。アンテナ素子１１１とアンテナ素子１２１との間のアンテナ素子間距離ｄ１は、アンテナ素子１１１とアンテナ素子１２１との間のアンテナ素子間距離ｄ２よりも大きい。

図３は、指向性アンテナを構成するアンテナ素子１１１、１２１、１３１のビーム幅の定義の説明図である。図４は、実施形態に係るアンテナ素子１１１、１２１、１３１の垂直面における受信感度（放射強度、利得）の角度分布を示す指向性特性の一例を示す説明図である。アンテナ素子１１１、１２１、１３１はそれぞれ、アンテナ素子の表面であるアンテナ放射面に垂直な方向に受信感度（放射強度）が最大になる主ビームＢｍが位置する指向性特性を有する。各アンテナ素子１１１、１２１、１３１の主ビームＢｍのビーム幅ＢＷは、例えば図３に示すようにアンテナ素子で受信する受信感度（又は、アンテナ素子から放射される電波の放射強度、又は、利得）が最大となる方向から３ｄＢ低くなる２つの点の間の角度（３ｄＢビーム幅）で定義される。

本実施形態のアンテナ装置を用いた電波の伝搬特性の測定において、その測定及び解析をする上でアンテナ水平面（アンテナ放射面に垂直な天頂方向を含む水平面）内の主ビームＢｍのビーム幅ＢＷとして９０［度］以上（アンテナ放射面に垂直な天頂方向を基準にして＋／－４５［度］以上）が要求される。また、指向性特性におけるバックローブは－１５［ｄＢ］以下（絶対値で１５［ｄＢ］以上）が要求される。このような要求の下で、本実施形態の複数の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３に対応した複数のアンテナ素子１１１、１２１、１３１について、以下に示すように本発明者らが計算機シミュレーションを行ったところ、アンテナ素子１１１、１２１、１３１の並び順だけでなく各アンテナ素子の背面における反射部材（反射板）の有無によって、アンテナ水平面内の主ビームＢｍのビーム幅ＢＷ及びバックローブの大きさが変化することがわかった。

図５及び図６はそれぞれ、反射部材（反射板）を備えていない参考例に係るアンテナ装置における互いに異なる周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のアンテナ素子１１１、１２１、１３１が隣り合っている場合のアンテナ水平面内の天頂角θ［度］と正規化利得［ｄＢ］との関係を示すコンピュータシミュレーションの結果の一例を示すグラフである。縦軸の正規化利得［ｄＢ］は、主ビームＢｍの利得の最大値（天頂方向の利得）で規格化した利得の値である。コンピュータシミュレーションは、電磁界シミュレータ（ダッソー・システムズ社製の「ＣＳＴ ＭＷＳＴＵＤＩＯ」）を用い、表１のパラメータの値を設定して行った。

図５（ａ）～（ｃ）は、反射部材（反射板）を備えていない参考例１及び２に係るアンテナ装置における互いに異なる周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のアンテナ素子１１１、１２１、１３１のアンテナ水平面内の天頂角θ［度］と正規化利得［ｄＢ］との関係を示すコンピュータシミュレーションの結果の一例を示すグラフである。参考例１（図中の曲線Ｃ１１）は、アンテナ素子１１１、１２１、１３１が単体の場合の結果であり、参考例２（図中の曲線Ｃ１２）は、前述の図１の順番でアンテナ素子１１１、１２１、１３１を配置した場合の結果である。

図５（ａ）～（ｃ）から、参考例１、２の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のアンテナ素子１１１、１２１、１３１のいずれにおいても、バックローブが－１５［ｄＢ］よりも大きくなる場合があることがわかる。また、図５（ｂ）及び（ｃ）から、参考例２の周波数ｆ２，ｆ３のアンテナ素子１２１、１３１において、参考例１のアンテナ素子単体の場合とは異なり、主ビーム中央部のビームパターンが崩れて＋／－４５［度］よりも大きな所定のビーム幅が得られないことがわかる。

図６（ａ）～（ｃ）は、反射部材（反射板）を備えていない参考例１、２及び参考例３に係るアンテナ装置における互いに異なる周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のアンテナ素子１１１、１２１、１３１のアンテナ水平面内の天頂角θ［度］と正規化利得［ｄＢ］との関係を示すコンピュータシミュレーションの結果の一例を示すグラフである。参考例３（図中の曲線Ｃ１３）は、前述の図２の順番でアンテナ素子１１１、１２１、１３１を配置した場合の結果である。

図６（ａ）～（ｃ）から、参考例３の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のアンテナ素子１１１、１２１、１３１においても、バックローブが－１５［ｄＢ］よりも大きくなる場合があることがわかる。また、図６（ｂ）から、前述の図２の順番でアンテナ素子１１１、１２１、１３１を配置した参考例３の周波数ｆ２のアンテナ素子１２１において、周波数ｆ１のアンテナ素子１１１から離れることで主ビーム中央部のビームパターンの崩れが緩和され、＋／－４５［度］よりも大きな所定のビーム幅が得られることがわかる。但し、図６（ｃ）に示すように、参考例３の周波数ｆ３のアンテナ素子１３１においては、主ビーム中央部のビームパターンの崩れは緩和されず、＋／－４５［度］よりも大きな所定のビーム幅が得られないことがわかる。

以上のコンピュータシミュレーションに基づき、本実施形態のアンテナ装置では、以下に示すように複数のアンテナ素子（指向性アンテナ）１１１、１２１、１３１に対応しアンテナ素子のとの距離（高さ）が個別に設定された複数の反射部材をアンテナ素子（指向性アンテナ）１１１、１２１、１３１の背面側に備えることにより、主ビームＢｍの所定のビーム幅ＢWを確保しつつバックローブを所定値以下に低減した良好な放射特性を得ている。

図７は、実施形態に係るアンテナ装置における複数の指向性アンテナを構成する反射部材（反射板）１１４、１２４、１３４を有する複数のアンテナ素子１１１、１２１、１３１の一例を示す斜視図である。本実施形態の複数の反射部材は、所定の厚さを有する導電性材料（例えば、金属）からなる板形状の反射板１１４、１２４、１３４であり、対応するパッチ電極（アンテナ放射面）１１３、１２３、１３３から所定の距離（高さ）ｈ１，ｈ２，ｈ３だけ離れている。

周波数ｆ１のアンテナ素子１１１の反射板１１４は、複数のアンテナ素子１１１、１２１、１３１の全体の背面にまたがる程度の十分に大きな面積（長さＬｒ１×幅Ｗｒ１）を有する導電性層を有する共通基板として兼用されている。アンテナ素子１１１のパッチ電極（アンテナ放射面）１１３は、反射板１１４から所定の高さｈ１（例えば、周波数ｆ１の波長の１／２）に位置する。

周波数ｆ２のアンテナ素子１２１の反射板１２４は、アンテナ素子１２１の背面側に位置する所定面積（長さＬｒ２×幅Ｗｒ２）を有する長方形又は正方形の反射板である。アンテナ素子１２１のパッチ電極（アンテナ放射面）１２３は、反射板１２４から所定の高さｈ２（例えば、周波数ｆ２の波長の１／２）に位置する。

周波数ｆ３のアンテナ素子１３１の反射板１３４は、アンテナ素子１３１の背面側に位置する所定面積（長さＬｒ３×幅Ｗｒ３）を有する長方形又は正方形の反射板である。アンテナ素子１３１のパッチ電極（アンテナ放射面）１３３は、反射板１３４から所定の高さｈ３（例えば、周波数ｆ３の波長の１／２）に位置する。

なお、図示の例における反射部材は、板形状の反射板１１４、１２４、１３４であるが、他の形状を有する部材であってもよい。

また、図示の例において、アンテナ素子１１１のパッチ電極１１３の中央とアンテナ素子１３１のパッチ電極１３３の中央との間のアンテナ間距離ｄｘ１は、アンテナ素子１２１のパッチ電極１２３の中央とアンテナ素子１３１のパッチ電極１３３の中央との間のアンテナ間距離ｄｘ２と等しくしてもよいし、アンテナ間距離ｄｘ２よりも短くしてもよい。

図８及び図９はそれぞれ、反射部材を備えた実施例に係るアンテナ装置における互いに異なる周波数のアンテナ素子のアンテナ水平面内の天頂角θ［度］と正規化利得［ｄＢ］との関係を示すコンピュータシミュレーションの結果の一例を示すグラフである。図８及び図９では、前述の参考例３の結果についても図示している。本例のコンピュータシミュレーションは、前述の表１のパラメータの値と次の表２のパラメータの値を設定して行った。なお、アンテナ間距離ｄｘ２は４５ｍｍ以上確保する必要がある。

図８（ａ）～（ｃ）は、アンテナ間距離ｄｘ１を表２の範囲内で調整し、アンテナ間距離ｄｘ２を表２のように４５ｍｍに設定した場合の実施例１及び参考例３に係るアンテナ装置における互いに異なる周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のアンテナ素子１１１、１２１、１３１のアンテナ水平面内の天頂角θ［度］と正規化利得［ｄＢ］との関係を示すコンピュータシミュレーションの結果の一例を示すグラフである。

図８（ａ）～（ｃ）から、参考例３とは異なり、本実施例１（図中の曲線Ｃ１）では、周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のアンテナ素子１１１、１２１、１３１のいずれにおいても、バックローブが－１５［ｄＢ］以下に改善できることがわかる。また、図８（ｂ）から、参考例３とは異なり、本実施例１では、周波数ｆ２のアンテナ素子１２１において、主ビーム中央部のビームパターンの崩れが緩和され、＋／－４５［度］よりも大きな所定のビーム幅が得られることがわかる。

図９（ａ）～（ｃ）は、アンテナ間距離ｄｘ１を表２の範囲内で調整し、アンテナ間距離ｄｘ２を表２のように４５ｍｍに設定した場合の実施例２に係るアンテナ装置における互いに異なる周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のアンテナ素子１１１、１２１、１３１のアンテナ水平面内の天頂角θ［度］と正規化利得［ｄＢ］との関係を示すコンピュータシミュレーションの結果の一例を示すグラフである。なお、図９（ａ）～（ｃ）では、比較のため、前述の図８の実施例１（図中の曲線Ｃ１）の結果も示している。

図９（ａ）～（ｃ）から、本実施例２では周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のアンテナ素子１１１、１２１、１３１のいずれにおいても、実施例１に比してバックローブが若干改善できることがわかる。また、図９（ｃ）から、本実施例２では、周波数ｆ３のアンテナ素子１３１において、実施例１に比して主ビーム中央部のビームパターンの崩れが緩和され、＋／－４５［度］よりも大きな所定のビーム幅が得られることがわかる。

図１０及び図１１はそれぞれ、実施形態に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子１１１、１２１、１３１及び反射板１１４、１２４、１３４の支持手段の構成の一例を示す斜視図及び側面図である。
図１０及び図１１において、周波数ｆ１のアンテナ素子１１１の誘電体部材１１２は、導電性層からなる反射板１４４を表面に有する共通基板１１７に取り付けられている支持部材としての円筒形状のスペーサ１１５により支持されている。これにより、アンテナ素子１１１のパッチ電極（アンテナ放射面）１１３が同一仮想面Ｓの位置に位置決めされる。なお、導電性層からなる反射板１４４は、共通基板１１７の上面の全体ではなく、アンテナ素子１１１の背面側の表面部分のみに設けてもよい。

周波数ｆ２のアンテナ素子１２１の反射板１２４は、共通基板１１７に取り付けられている支持部材としての円筒形状のスペーサ１２５により支持されている。更に、アンテナ素子１２１の誘電体部材１２２は、反射板１２４に取り付けられている支持部材としての円筒形状のスペーサ１２６によりに支持されている。これにより、アンテナ素子１２１のパッチ電極（アンテナ放射面）１２３が同一仮想面Ｓの位置に位置決めされる。

周波数ｆ３のアンテナ素子１３１の反射板１３４は、共通基板１１７に取り付けられている支持部材としての円筒形状のスペーサ１３５により支持されている。更に、アンテナ素子１３１の誘電体部材１３２は、反射板１３４に取り付けられている支持部材としての円筒形状のスペーサ１３６によりに支持されている。これにより、アンテナ素子１３１のパッチ電極（アンテナ放射面）１３３が同一仮想面Ｓの位置に位置決めされる。

複数の導電性の反射板１１４、１２４、１３４はグランドに接続されている。誘電体部材１１２、１２２、１３２を支持するスペーサ１１５、１２６、１３６は、絶縁性の材料（例えば、絶縁性樹脂、スポンジ、プラスチックネジなど）で形成されている。反射板１２４、１３４を支持するスペーサ１２５、１３５は、導電性の材料（例えば、金属、導電性樹脂など）で形成してもよいし、絶縁性の材料（例えば、絶縁性樹脂、スポンジ、プラスチックネジなど）で形成してもよい。各スペーサは、円筒形状以外の形状を有してもよい。

図１２は、実施形態に係るアンテナ装置１０の概略構成の一例を示す斜視図である。アンテナ装置１０は、アンテナ部材１００と、アンテナ部材１００を回転させる回転機構部２００とを備える。アンテナ部材１００には、所定方向に電波に対する受信感度（放射強度）が最大になる主ビームを有する上記構成のアンテナ素子１１１、１２１、１３１を有する指向性アンテナを備える。アンテナ部材１００は、指向性アンテナが表面に配置された長尺の平板状部材１０１を有する。

回転機構部２００は、鉛直方向の回転中心軸Ｖを中心に回転可能なベース部材２０４と、アンテナ部材１００の短手方向に延在する軸部材２０１と、ベース部材２０４上に設けられ軸部材２０１の端部２０１ａ，２０１ｂを回転可能に支持する複数の支持部材２０２，２０３とを有する。更に、回転機構部２００は、後述の電装部から制御されるモータなど回転駆動源と、回転駆動源の回転駆動力を軸部材２０１及びベース部材２０４に伝達するギヤやベルトなどからなる回転駆動伝達部とを備える。回転駆動源は、軸部材２０１の回転駆動及びベース部材２０４の回転駆動の両方に兼用するものであってもよいし、また、軸部材２０１の回転駆動用の回転駆動源とベース部材２０４の回転駆動用の回転駆動源を別々に設けてもよい。

軸部材２０１は、例えば、アンテナ部材１００の指向性アンテナが配置された表面とは反対側の背面に固定されている。軸部材２０１は、アンテナ部材１００の長手方向に延在するように設けてもよい。

また、回転機構部２００は、後述のように第１の回転駆動部と第２の回転駆動部とを有する。第１の回転駆動部は、鉛直方向に沿った回転中心軸Ｖを中心とした回転方向Ｒｈにベース部材２０４を回転させる回転駆動部である。この回転方向Ｒｈの回転により、アンテナ部材１００の水平方向における主ビームの指向性方向（水平面における方位を示す方向）を変化させることができる。第２の回転駆動部は、水平方向に沿った回転中心軸Ｈを中心とした回転方向Ｒｖに、アンテナ部材１００に固定された軸部材２０１を回転させる回転駆動部である。この回転方向Ｒｖの回転により、アンテナ部材１００の垂直方向における主ビームの指向性方向（ある方位に平行な垂直面における上下方向）を変化させることができる。

アンテナ装置１０は、自動車などの移動体である電波測定車（「電測車」ともいう。）の屋根に取り付けられ、電波測定車と一緒に対象エリアの複数の測定点に順次移動し、各測定点に停車した状態でアンテナ部材１００を回転させて複数方向から到来する電波を受信する。

本実施形態では、各測定点でアンテナ部材１００を回転させて測定するときに複数の周波数の電波を同時測定できるように、複数の周波数に対応する複数の指向性アンテナが配置されたアンテナ部材１００を用い、複数の指向性アンテナそれぞれの主ビームの垂直方向及び水平方向それぞれにおける向きを一体的に変化させるようにアンテナ部材１００を回転させている。

図１３は、実施形態に係るアンテナ装置１０を構成するアンテナ部材１００の一例を示す斜視図である。本実施形態のアンテナ部材１００は、移動通信網の基地局等から送信された互いに異なる３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の電波を同時に受信し、複数の周波数の電波の伝搬特性の測定に用いることできる。

図１３において、アンテナ部材１００の平板状部材１０１の共通のアンテナ配置面１０１ｓに沿った一方向（図中の平板状部材１０１の短手方向である左右方向）に、互いに異なる３つの周波数ｆ１，ｆ３，ｆ２に対応する３つの指向性アンテナ１１０、１３０、１２０が所定の間隔で並ぶように配置されている。ここで、複数の指向性アンテナ１１０、１３０、１２０が受信する複数の電波の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３はｆ１＜ｆ２＜ｆ３の大小関係を有する。例えば、指向性アンテナ１１０が受信する電波の周波数ｆ１は３ＧＨｚ帯の周波数であり、指向性アンテナ１２０が受信する電波の周波数ｆ２は５ＧＨｚ帯の周波数であり、指向性アンテナ１３０が受信する電波の周波数ｆ３は８ＧＨｚ帯の周波数である。

指向性アンテナ１１０、１２０、１３０はそれぞれ、平板状部材１０１の表面の長手方向に、複数のパッチ状のアンテナ素子であるパッチアンテナ（平面アンテナ素子）１１１、１２１、１３１が１列に配列したパッチアレイアンテナ（リニアアレイアンテナ）である。なお、パッチアンテナ（平面アンテナ素子）は二次元的又は三次元的に配列してもよい。

図１４は、実施形態に係るアンテナ装置１０を備える測定装置４０の主要部の構成の一例を示すブロック図である。測定装置４０は、上記構成のアンテナ装置１０と、電装部３０とを備える。測定システムは、測定装置４０と、測定装置４０を搭載した状態で移動可能な自動車などの移動体である電波測定車とにより構成される。

図１４において、測定装置４０の電装部３０は、駆動制御部３０１と受信部３０２と電力測定部（データ処理部）３０３と記憶部３０４と外部通信部３０５と制御部３０６とを備える。なお、電装部３０を構成する駆動制御部３０１、受信部３０２、電力測定部（データ処理部）３０３、記憶部３０４、外部通信部３０５及び制御部３０６の一部分を測定器として構成し、残りの部分をＰＣ（コンピュータ装置）で構成してもよい。例えば、駆動制御部３０１、受信部３０２及び電力測定部（データ処理部）３０３を測定器として構成し、記憶部３０４、外部通信部３０５及び制御部３０６をＰＣ（コンピュータ装置）で構成してもよい。

駆動制御部３０１は、アンテナ装置１０の回転機構部２００に設けられたモータ等の回転駆動源２１０に制御信号を送って回転駆動源２１０を制御する。駆動制御部３０１は、アンテナ部材１００などの回転角度（例えば、軸部材２０１の回転角度及びベース部材２０４の回転角度）に関する情報を取得する回転角度情報取得部としても機能する。回転駆動源２１０に送る制御信号から取得してもよいし、回転駆動対象の軸部材２０１及びベース部材２０４に設けられたエンコーダの出力から取得してもよい。

受信部３０２は、アンテナ部材の複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に対応する複数の指向性アンテナに接続され、例えば複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の電波を同時に測定できるように周波数毎に設けられた無線受信機で構成される。

電力測定部３０３は、受信部３０２で受信した複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の受信信号の電力を測定する。電力測定部３０３は、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３それぞれについて、受信信号の電力の測定結果と、アンテナ部材の回転角度に関する情報とに基づいて、基地局等から送信された電波の伝搬特性を算出するデータ処理部としても機能する。また、電力測定部（データ処理部）３０３は、アンテナ部材の回転角度に関する情報に基づいて、前述のアンテナ部材の主ビームＢｍが向いている天頂角θ及び方位角φを算出することもできる。受信電波の伝搬特性の算出には、送信元の基地局等から取得した送信信号の情報を用いてもよい。

記憶部３０４は、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の受信信号の電力の測定結果、アンテナ部材の回転角度に関する情報、受信電波の伝搬特性の算出結果、受信信号の電力の測定や伝搬特性の算出に用いる各種情報及びデータ等を記憶する。

外部通信部３０５は、有線又は無線の通信により外部装置や電波測定車内の他の装置との間で通信する。外部通信部３０５は、例えば、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の受信信号の電力の測定結果、受信電波の伝搬特性の算出結果などを、外部装置や電波測定車内の他の装置に送信する。

制御部３０６は、所定の制御プログラムを実行することにより、電装部３０内の各部を制御する。

以上、本実施形態によれば、複数の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３に対応した複数のアンテナ素子（指向性アンテナ）１１１、１２１、１３１の背面に反射板（反射部材）１１４、１２４、１３４を設けることにより、アンテナ素子（指向性アンテナ）１１１、１２１、１３１それぞれの主ビームの所定のビーム幅を確保しつつバックローブを所定値以下に低減した良好な放射特性が得られる。

特に、反射板（反射部材）１１４、１２４、１３４は、アンテナ素子（指向性アンテナ）１１１、１２１、１３１との距離を周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に応じて個別に設定できるため、設計自由度を下げることなく、バックローブを確実に低減することができる。

また、本実施形態によれば、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に対応した複数の指向性アンテナ１１０，１２０，１３０が配置されたアンテナ装置１０を回転させて測定することにより、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の電波の同時測定できるようになる。従って、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の電波を測定する場合の測定に要する時間を短縮することができる。更に、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の複数のアンテナ部材やアンテナ装置を用意する必要がなく、複数のアンテナ部材やアンテナ装置の持ち運び、取り替えなどの煩雑な作業が不要になるので、電波測定の実施者に係る労力を軽減することができる。

なお、本明細書で説明された処理工程並びにアンテナ装置、測定装置及び測定システムの構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。

ハードウェア実装については、実体（例えば、回転駆動装置、測定装置、各種無線通信装置、Ｎｏｄｅ Ｂ、端末、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。

また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。

また、前記媒体は非一時的な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムのコードは、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス若しくは装置機械で読み込んで実行可能であればよく、その形式は特定の形式に限定されない。例えば、前記プログラムのコードは、ソースコード、オブジェクトコード及びバイナリコードのいずれでもよく、また、それらのコードの２以上が混在したものであってもよい。

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。

１０ ：アンテナ装置
３０ ：電装部
４０ ：測定装置
１００ ：アンテナ部材
１０１ ：平板状部材
１０１ｓ ：アンテナ配置面
１１０ ：指向性アンテナ
１１１ ：第１のアンテナ素子
１１１ ：アンテナ素子
１１２ ：誘電体部材
１１３ ：パッチ電極
１１４ ：反射板
１１５ ：スペーサ
１１７ ：共通基板
１２０ ：指向性アンテナ
１２１ ：アンテナ素子
１２２ ：誘電体部材
１２３ ：パッチ電極
１２４ ：反射板
１２５ ：スペーサ
１２６ ：スペーサ
１３０ ：指向性アンテナ
１３１ ：アンテナ素子
１３２ ：誘電体部材
１３３ ：パッチ電極
１３４ ：反射板
１３５ ：スペーサ
１３６ ：スペーサ
１４４ ：反射板

Claims (9)

1. 互いに異なる３つの周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３（ｆ１＜ｆ２＜ｆ３）の電波を送受信可能なアンテナ装置であって、
   前記３つの周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３のそれぞれに対応し同一仮想面上に放射面を有する３つの指向性アンテナと、
   前記３つの指向性アンテナに対応し前記指向性アンテナとの距離が個別に設定された３つの反射部材と、を備え、
   前記３つの周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３のうち最小の周波数ｆ１に対応する第１の指向性アンテナと、前記最小の周波数ｆ１の２倍の周波数と受信電波の周波数ｆ２との差が相対的に小さい第２の指向性アンテナとの間に、前記最小の周波数ｆ１の２倍の周波数と受信電波の周波数ｆ３との差が相対的に大きい第３の指向性アンテナを配置し、
   前記第１の指向性アンテナと前記第３の指向性アンテナとの間のアンテナ間距離は、前記第２の指向性アンテナと前記第３の指向性アンテナとの間のアンテナ間距離よりも短い、ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１のアンテナ装置において、
   前記３つの反射部材はそれぞれ、前記対応する指向性アンテナから送受信の電波の波長の１／２倍の距離だけ離れた位置に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１又は２のアンテナ装置において、
   前記３つの反射部材のうち、前記第１の指向性アンテナに対応する反射部材は、導電性層を有する共通基板として兼用される反射板であり、
   他の反射部材は、前記共通基板として兼用される反射板上にスペーサを介して支持された反射板である、ことを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかのアンテナ装置において、
   前記３つの指向性アンテナと前記３つの反射部材とを有するアンテナ部材と、
   前記３つの指向性アンテナそれぞれの主ビームの垂直方向及び水平方向それぞれにおける向きを一体的に変化させるように前記アンテナ部材を回転させる回転機構部と、
   を備えることを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項４のアンテナ装置において、
   前記アンテナ部材の共通のアンテナ配置面に沿った一方向に、前記第１の指向性アンテナ、前記第２の指向性アンテナ及び前記第３の指向性アンテナのそれぞれを列状に並べて配置したことを特徴とするアンテナ装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかのアンテナ装置において、
   前記指向性アンテナのアンテナ素子は、パッチアンテナ又はクロスダイポールであることを特徴とするアンテナ装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかのアンテナ装置において、
   前記３つの指向性アンテナはそれぞれ、複数のアンテナ素子を配列したアレイアンテナであることを特徴とするアンテナ装置。
8. 請求項４又は５のアンテナ装置と、
   前記３つの指向性アンテナで受信された受信信号の電力を測定する電力測定部と、
   前記アンテナ部材の回転角度に関する情報を取得する回転角度情報取得部と、
   を備えることを特徴とする測定装置。
9. 請求項８の測定装置と、
   前記測定装置を搭載して移動可能な移動体と、
   を備える測定システム。

Images