JPH01112173A - 近傍電界測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は複数のアンテナを有するアンテナ装置の遠方放
射指向特性及び利得特性（以下、遠方放射特性という。

）を測定する近傍電界測定方法及び装置に関する。

「従来の技術］ 近傍電界測定法は、地面及び建物による反射等による外
乱の影響が無い電波暗室内で被測定アンテナ装置の近傍
電界を測定し、その測定値に対して数学的な処理を行い
、これによって、被測定アンテナ装置の遠方放射特性を
正確に求めることができる測定法である。

第２図は従来例の上記測定法を用いた球面走査型近傍電
界測定装置のブロック図である。ここで、被測定アンテ
ナ装置の一例として互いに所定間隔で設けられたアンテ
ナ５ａないし５ｅを備えたアレイアンテナ装置５を用い
る。

送信機１は例えば１２ＧＨｚの送信信号を分配器２に出
力するとともに、混合器６に出力する。

分配器２は入力された送信信号を５分配し同一の位相及
び同一の電力を有する送信信号を旋回器４に取り付けら
れたアンテナ５ａないし５ｅに出力する。ここで、旋回
器４は公知の通り全方位にイったって−Ｊ二記アレイア
ンテナ装置５を回転させることかできる。アレイアンテ
ナ装置５から放射される送信信号は、上記アレイアンテ
ナ装置５から所定間隔離れて固定して設けられたプロー
ブ８で受信され、該受信された信号は混合器って受信機
７の局部発振器（図示せず）から出力される局部発振信
号と混合されて、例えば４５ＭＩ（ｚの中間周波信号に
変換された後、該中間周波信号が受信機７に入力される
。一方、混合器６は、送信機ｌから入力される送信信号
・と受信機７の局部発振器から出力される局部発振信号
と混合し中間周波信号に変換した後、受信機７に出力す
る。受信機７は、混合器６から入力される基準信号とな
る中間周波信号と混合器９から入力される中間周波信号
とを比較し、上記両信号の振幅差と位相差の測定データ
をデータ蓄積装置Ｉ３に出力する。

角度検出器１２は、上記旋回器４に取り付けられたアレ
イアンテナ装置５の放射中心方向に対する所定の基準軸
からの仰角及び方位角（以下、旋回器４の回転角度とい
う。）を測定し、上記測定された回転角度のデータを中
央演算制御装置（以下、ＣＰＵｌ０という。）に出力す
る。ここで、上記仰角及び方位角は第３図の互いに直交
するＺ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなり、中心Ｏにアレイアン
テナ装置５が設けられた３次元空間において、次のよう
に定義される。」二記基準軸を、例えば第３図に示すよ
うにアレイアンテナ装置５が設けられる中心Ｏから延在
するＺ軸とすると、Ｙ−Ｚ平面上にあり中心Ｏから延在
する１辺とＺ軸を含む平面上にあり中心Ｏから延在する
１辺との間の角度を仰角とし、Ｙ−Ｚ平面上にあり中心
０から延在する２辺の間の角度を方位角とする。

ＣＰＵ］、０は入力される回転角度データに応じ＝３− て、回転制御器１１を介して旋回器４の回転を制御する
とともに、受信機７で得られる」二記測定データをデー
タ蓄積装置１３に蓄積させた後、」二記データ蓄積装置
１３に蓄積された測定データをデータ処理装置■４に出
力させる。さらに、ＣＰＵ１０は、データ処理装置Ｉ４
に、データ処理装置１４に入力された測定データについ
て公知の数学的処理を行わせて、被測定アレイアンテナ
装置５の遠方放射指向特性及び利得特性を求め、該特性
を表示装置１５に表示させる。

この球面走査近傍電界測定装置において、第３図に示す
ように被測定アレイアンテナ装置５の近傍を取り囲む半
径ａの球面」二で測定した近傍電界の測定値から被測定
アレイアンテナ装置５の遠方放射指向特性及び利得特性
を正確に求めるためには、公知のナイキストの標本化定
理で定まる次式の仰角と方位角の角度間隔△θ、Δφで
設定された球面上の各格子点にお（：ｌる電界を測定す
る必要がある。以下この格子点を測定格子点という。

Δθ−Δφ−λ／２（ａ＋λ）　　・・・・（１）−４
＝ ここで、λは波長であり、また遠方とは公知の通り、被
測定アンテナ装置からの距離ｄが次式を満足する場所で
ある。

ｄ＞２（２ａ）’／λ　　　　　　　−・・・−・（２
’）従って、被測定アレイアンテナ５を取り付けた旋回
器４を、ＣＰＵｌ０からの指示により回転制御器ＩＩの
制御によって連続的に回転させ、このとき、上記旋回器
４の回転角度を角度検出器１２によって連続的に測定す
る。該回転角度のデータは上記角度検出器１２からＣＰ
Ｕｌ０に入力される。ＣＰＵｌ０は、−］二記入力され
た旋回器４の回転角度が所望の上記測定格子点に対応す
るとき、上記プローブ８によって受信された信号と被測
定アレイアンテナ装置５から送信された信号との振幅差
と位相差の測定データを受信機７がらデータ蓄積装置１
３に取り込み蓄積する。以上の測定を被測定アレイアン
テナ装置５を取り囲む１つの球の全球面にわたって、す
なわち核球の中心から全方位にわたって繰り返して行う
。上記データ処理装置１４における数学的処理について
は、例えば１ＥＥＥアンテナ及び伝搬に関するトランザ
クション、Ｖｏｌ、ＡＰ−３４，Ｎｏ、１．１９８６年
１月に掲載されたアーサー・デイ−３・ヤシアン（ＡＲ
ＴＩＩＵＲＤ、　ＹＡＧＩＩＪＩＡＮ）による”近傍電
界アンテナ測定の大要（Ａｎ　Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ
　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　ＡｎｔｅｎｎａＭｅａｓｕｒ
ｅｍｅｎｔ）”に開示されている。

さらに、上記被測定アレイアンテナ装置５から放射され
る電磁波の偏波方向が任意であるので、上記プローブ８
として一般に方形導波管を用いる場合、各測定格子点に
おいて上記方形導波管を」二記球の中心に対して９０度
回転させ、直交する２つの偏波に対して近傍電界の測定
を行う。

［発明が解決しようとする問題点１ 上述の測定装置を用いて被測定アレイアンテナ５の遠方
放射特性を高い精度で求めるためには、上記プローブ８
の測定格子点間の上記球面上の距離を約λ／１００以下
に抑える必要がある。従って、上述のように、旋回器４
を連続的に回転させて測定する場合においては、旋回器
４を回転させ」二記測定格子点から上記球面上を約λ／
１００だけ移動させるのに要する時間は、上記受信機７
が信号を受信して上記振幅差と位相差の測定データをデ
ータ蓄積装置１３に出力するまでの受信機７の応答処理
時間以下に設定する必要がある。いま、上記旋回器４が
回転することによる上記プローブ８の相対的な走査速度
を５ｃｍ／秒とし、受信機７の上記応答処理時間を５ミ
リ秒とすると、上記測定装置を用いて全力位１こわたっ
て近傍電界を測定するための全測定時間は約６．５時間
となる。

例えば、被測定アンテナとしてビーム方向を走査するこ
とができるフェーズドアレーアンテナを考えると、■方
向のビームに対して上記測定が６゜５時間を要するので
、すべてのビーム方向に対して該アンテナの遠方放射特
性を求めるためには、上記６６５時間のビーム数倍の時
間を要する。従って、この従来例の装置を用いてアレイ
アンテナの特性を測定し評価するのに非常に長い時間が
かかるという問題点があった。

また、上記長時間の測定を行うと周囲温度の変化による
受信機７内の発振周波数及び発振振幅の揺らぎ、並びに
旋回器４等の機械系の熱変形などのために、測定された
データに誤差が含まれ、被測定アンテナの遠方放射特性
を高い精度で求めることができないという問題点があっ
た。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、複数のアンテナ
を有する被測定アンテナの近傍電界を従来例に比較して
短い時間でかつ高い精度で測定することができる近傍電
界測定方法及び装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、被測定アンテナを取り囲む近傍面上で所定間
隔で複数の測定点を定め上記被測定アンテナを回転させ
上記各測定点で近傍電界を測定する近傍電界測定方法に
おいて、上記測定点間で複数のアンテナを有する被測定
アンテナの異なる方向を有する放射ビーム又は受信ビー
ムを走査しかつ近傍電界を測定することを特徴とする。

また本発明は、被測定アンテナを取り囲む近傍面上で所
定間隔で複数の測定点を定め上記被測定アンテナを回転
させ上記各測定点で近傍電界を測定する近傍電界測定装
置において、複数のアンテナを有する被測定アンテナと
、上記各アンテナにそれぞれ接続され送信又は受信する
信号の位相を移相させる複数の移相器と、上記各移相器
を制御し上記被測定アンテナの異なる方向を有する放射
ビーム又は受信ビームを走査する走査制御器とを備えた
ことを特徴とする。

［作用コ 以上のように構成し、上記走査制御器により、上記測定
点間で上記各移相器を制御し上記被測定アンテナの異な
る方向を有する放射ビーム又は受信ビームを走査しかつ
近傍電界を測定する。

［実施例コ 第１図は本発明の一実施例である近傍電界測定装置のブ
ロック図である。第１図において、上述の図面と同一の
もの又は対応するものについては同一の符号を付してい
る。

この実施例においては、 （１）互いに所定間隔離れて各アンテナの主放射方向が
同一となるように１直線上に並置された２５個のアンテ
ナ５ａないし５ｙを有するアレイアンテナ装置５が旋回
器４に取り付けられる。

（２）分配器２において２５分配されて出力される同一
の位相及び同一の電力を有するた各送信信号がそれぞれ
、移相器２０ａないし２０ｙ１及び増幅器２１ａないし
２１ｙを介して上記アンテナ５ａないし５ｙに出力され
る。

（３）ｌ記移相器２０ａないし２０ｙＩＪ（ＣＰＵＩＯ
によって指示される移用制御器２２によって移相制御さ
れる。

第１図の測定装置は、第４図に示すようにアレイアンテ
ナ装置５から異なる方向を有する５つの放射ビームＢＯ
ないしＢ４を走査して送信信号を出力することを特徴と
している。

第１図において、分配器２は送信機１から人力される送
信信号を２５分配し、同一の位相と同一の電力を有する
各送信信号を、移相器２０ａないし２０ｙ１及び増幅器
２１ａないし２ＩＹを介してアンテナ５ａないし５ｙに
出力する。

ＣＰＵｌ０は、上記放射ビームＢＯないしＢ４のうちい
ずれか１つの放射ビームを用いて送信信号を送信すると
き、当該放射ビーム（ＢＯないしＢ４のうち１つ）を示
ずデータ信号Ｓｚを移相制御器２２に出力する。

移相制御器２２は、ＣＰＵｌ０から放射ビームＢＯを示
ずデータ信号を受信したとき、同一の移相量を示す移相
量信号Ｓａないしｓｙをともに移相器２０ａないし２０
ｙに出力する。これに応答して各移相器２０ａないし２
０Ｙはそれぞれ、人力される送信信号を同一の移相量で
移相させ、増幅器２１ａないし２１ｙを介してアンテナ
５ａないし５ｙに出力する。このとき、アレイアンテナ
装置５から放射される送信信号の放射ビームは、アンテ
ナの並置直線に対して垂直な方向の放射ビームＢＯとな
る。

移相制御器２２は、ＣＰＵｌ０から放射ビームＢ１又は
Ｂ２を示すデータ信号Ｓｚを受信したとき、移相器２０
ａないし２０ｙへそれぞれ出力される各移相量信号Ｓａ
ないしｓｙが示す各移相量が移相器２０ａないし２０Ｙ
の順で徐々に小さい移相器ＩＩ− 信号Ｓａないしｓｙをそれぞれ、移相器２０ａないし２
０ｙに出力する。このとき、アレイアンテナ装置５から
放射される送信信号の放射ビームは、第４図」二でアレ
イアンテナ装置５の中心から右」二方向の放射ビームＢ
１又はＢ２となる。なお、放射ビームＢ２の場合の移相
器２０ａと移相器２０ｙの移相量の差は、放射ビームＢ
ｌの場合の移相器２０ａと移相器２０Ｙの移相量の差に
比較して大きくなるように設定される。

移相制御器２２は、ＣＰＵｌ０から放射ビームＢ３又は
Ｂ４を示すデータ信号Ｓｚを受信したとき、移相器２０
ａないし２０Ｙへそれぞれ出力される各移相量信号Ｓａ
ないしｓｙが示ず各移相量が移相器２０ａないし２０Ｙ
の順で徐々に大きい移相器信号Ｓａないしｓｙをそれぞ
れ、移相器２０ａないし２０Ｙに出力する。このとき、
アレイアンテナ装置５から放射される送信信号の放射ビ
ームは、第４図上でアレイアンテナ装置５の中心から左
上方向の放射ビームＢ３又はＢ４となる。なお、放射ビ
ームＢ３の場合の移相器２０ａと移相器２０ｙ＝１２− の移相量の差は、放射ビームＢ４の場合の移相器２０ａ
と移相器２０Ｙの移相量の差に比較して小さくなるよう
に設定される。

上記移相器２０ａないし２０ｙとしてピンダイオードを
用いたディジタル移相器を用いると、上記ビームＢＯか
らＢ４まで切り換えて走査するのに要する時間は約３ナ
ノ秒であり、この走査時間は、受信機７の上記応答処理
時間５ミリ秒に比較して十分に短い。

いま、測定格子点５１ないし５７が第３図に示すように
、球面上で上記所定角度へ〇だけ離れて設けられている
とし、旋回器４を例えば第３図のＸ軸を中心として連続
的に一定の速度で回転させ、すなわち、上記プローブ８
を相対的に上記測定格子点５１から５７に連続的に一定
の速度で移動させる。

ＣＰＵｌ０が、角度検出器１２によって検出される旋回
器４の回転角度のデータから上記プローブ８が上記各測
定格子点５１に位置したことを検出したとき、各測定格
子点間の移動時間Ｔに比較し十分に短い所定間隔ｔで放
射ビームＢＯないしＢ４を示す上記データ信号Ｓｚを移
相制御器２２に出力し、放射ビームＢＯないしＢ４の順
で上述のように移相制御器２２を制御して放射ビームＢ
ＯないしＢ４を有する送信信号が送信されるように放射
ビームＢＯないしＢ４の走査を行うとともに、各ビーム
ＢＯないしＢ４に対して上記電界測定を行い、それぞれ
受信機７から出力される上記振幅差及び位相差の測定デ
ータＢＯｄ、Ｂｉｄ、Ｂ２ｄ、Ｂ　３ｄ、Ｂ　４　ｄを
データ蓄積装置１３に取り込み記憶させる。

次いで、ＣＰＵｌ０が、角度検出器１２によって検出さ
れる旋回器４の回転角度のデータから上記プローブ８が
上記各測定格子点５２に位置したことを検出したとき、
第５図に示すように」二記測定格子点５１から５２まで
に行なわれた上述の動作を同様に行う。

さらに、以上の測定を、旋回器４を連続的に一定の速度
で回転させることにより、アレイアンテナ装置５を取り
囲む１つの球の球面りのすべての測定格子点について繰
り返し行う。上記測定の後、データ蓄積装置Ｉ３に蓄積
された測定データをデータ処理装置Ｉ４に出力させた後
、データ処理装置Ｉ４に、入力された測定データについ
て公知の上記数学的処理を行わせて、被測定アレイアン
テナ装置５の遠方放射指向特性及び利得特性を求め、該
特性を表示装置■５に表示させる。なお、以上の測定及
び処理を、従来例と同様に、プローブ８である方形導波
管を上記法の中心に対して９０度回転させて再度行い、
これによって、直交する２つの偏波に対して近傍電界の
測定を行う。

以上の測定において、旋回器４を連続的に一定の速度で
回転させて上記各測定格子点間で測定される各放射ビー
ムＢＯないしＢ４に対する測定データＢＯｄなしルＢ４
ｄは第５図に示されるように上記各測定格子点から上記
所定の時間間隔ｔで測定されるので、例えば第５図に示
すように測定格子点５１から５２までの間に測定される
放射ビームＢ１に対する測定データＢｌｄの測定時の上
記球面上の測定点と、測定格子点５２がら５３までの間
に測定される放射ビームＢ１に対する測定データＢｌｄ
の測定時の球面上の測定点との距離は、」二記測定格子
点５１と５２間の距離に等しい。すなわち、各間−の放
射ビーム（ＢＯないしＢ４のいずれか）に対応する測定
データ（ＢＯｄないしＢ４ｄのいずれか）は、上記球面
上の上記測定格子点５Ｉと５２と等しい間隔で測定され
ている。従って、上記本実施例における測定データの測
定は上記近傍電界測定法の測定条件を満足している。

また、ＣＰＵｌ０における処理時間は受信機７の応答処
理時間に比較して十分に短かいので、測定装置のデータ
処理時間はほぼ受信機７の応答処理時間に等しい。従っ
て、各測定格子点間のビームの走査時間は上述のように
約３ナノ秒であって非常に短く、また、測定装置の」二
記データ処理時間は上述のように例えば約５ミリ秒であ
ってプローブ８の上記測定格子点間の移動時間Ｔに比較
して十分に短いので、上記移動時間Ｔの間に非常に多く
のビーム数について上記近傍電界の測定を行うことがで
きる。例えば、送信信号の周波数を１２ＧＨｚとし、上
記測定球の半径を１ｍとし、旋回器４の球面上での走査
速度を５ｃｍ／秒とすると、上記測定格子点間の球面上
の距離は１．２５ｃｍとなり、上記測定格子点間の回転
に要する時間は２５０ミリ秒となる。いま、１ビームに
対する測定データのデータ処理時間（この処理時間は上
述のように受信機７の上記応答処理時間にほぼ等しい。

）を約５ミリ秒とすると、上記測定格子点間において、
２５０１５＝５０ビームの走査を行うことができる。

以上説明したように、旋回器４を連続的に一定の速度で
回転させ、プローブ８が各測定格子点間で移動する際に
それぞれ複数のビーム走査を行い、上記近傍電界測定を
行うことにより、上記近傍電界測定の測定時間を従来例
に比較して大幅に短縮することができ、これによって従
来例のような長時間の測定による誤差が発生することを
防止することができ、従来例に比較し高い精度で近傍電
界の測定を行うことができる。

以上の実施例においては、各測定格子点間で５っのビー
ムを用いて走査しているが、これに限らず、」二連のよ
うに公知の近傍電界測定法により近傍面」二で互いに所
定間隔で」二記複数の測定格子点を定め、」二記旋回器
４の回転速度及び受信機７の応答処理時間によって定ま
る上記各測定格子点間のビーム数以下の放射ビームを用
いて上記各測定格子点間で走査するようにしてもよい。

以上の実施例においては、分配器２によって分配された
各送信信号の位相のみを移相器２０ａないし２０ｙによ
って制御しているが、これに限らず、被測定アンテナの
種々の遠方放射利得特性を得るために増幅器２１ａない
し２＋ｙの増幅度を制御し、上記各送信信号の位相に加
えて振幅を制御するようにしてもよい。

以上の実施例においては、被測定アンテナ５から測定の
ための信号を送信し、該信号を上記プローブ８で受信し
ているが、これに限らず、上記固定されたプローブ８を
送信アンテナとして用い、一方、被測定アンテナ５を受
信アンテナとして用いてもよい。

以上の実施例においては、方形導波管であるプローブ８
に１つの電界検出器を設け、該プローブ８を上記法の中
心に対して９０度回転させ、これによって２つの交差す
る偏波に対する電界測定を行っているが、これに限らず
、第６図に示すようにプローブ８である方形導波管に各
電界検出器の軸、すなわち各電界検出器の検出偏波方向
が直交するように各電界検出器３０ａ、３０ｂを設ける
ようにしてもよい。この場合、この電界検出器３０ａ、
３０ｂの出力端をＣＰＵｌ０によって制御される切り換
えスイッチを介して混合器９に接続し、１つのビームに
対する電界測定において該切り換えスイッチを切り換え
て直交する２つの偏波に対する電界を測定するようにし
てもよい。このように測定することによって、上記近傍
電界の測定時間を上記実施例に比較して大幅に短縮する
ことができる。

以上の実施例においては、球面走査型近傍電界測定装置
について述べているが、これに限らず、本発明は、第７
図に示すようにプローブ８を平面上で走査する公知の平
面走査型近傍電界測定装置、並びに第８図に示すように
プローブ８を円筒平面上で走査する公知の円筒走査型近
傍電界測定装置に広く適用することができる。

以上の実施例においては、被測定アンテナとしてフェー
ズドアレイアンテナ装置について述べているが、これに
限らず、本発明はビーム方向を切り換え走査可能な複数
のアンテナを有するアンテナ装置に適用することができ
る。

以上の実施例においては、上記旋回器４を連続的に回転
させているが、これに限らず、各測定格子点、及び／又
は各ビーム放射時に上記旋回器４を一時的に停止させて
電界測定するようにしてもよい。

［発明の効果コ 以上詳述したように本発明によれば、被測定アンテナを
取り囲む近傍面上で所定間隔で定められた各測定点間で
、複数のアンテナを有する被測定アンテナの異なる放射
ビーム又は受信ビームを走査しかつ近傍電界を測定する
ようにしたので、上記近傍電界測定の測定時間を従来例
に比較して大幅に短縮することができ、これによって、
従来例のような長時間の測定による誤差が発生すること
を防止することができ、従来例に比較し高い精度で近傍
電界の測定を行うことができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である近傍電界測定装置のブ
ロック図、 第２図は従来例の近傍電界測定装置のブロック図、 第３図は球面走査型近傍電界測定法を説明するための上
記球面、被測定アンテナ、及びプローブとの位置関係を
示す斜視図、 第４図は第１図の測定装置の放射ビームを示す平面図、 第５図は第１図の測定装置のプローブの位置及び時間に
対する測定データの出力を示すグラフ、第６図はプロー
ブの変形例を示す斜視図、第７図は平面走査型近傍電界
測定装置を示す斜視図、 第８図は円筒走査型近傍電界測定装置を示す斜視図であ
る。 １・・・送信機、　　２・・分配器、 ５　アレイアンテナ装置、 ５ａないし５ｙ・アンテナ、 ６．９　・混合器、 ７・・受信機、 ８　・プローブ、 １０・・・中央演算処理処置（ＣＰ　Ｕ）、１１・・・
回転制御器、 １２　・角度制御器、 １３・・データ蓄積装置、 １４・・・データ処理装置、 ２０ａないし２０Ｙ・・・移相器、 ２＋ａないし２１ｙ・・・増幅器、 ２２・・・移相制御器。 特許出願人　株式会社エイ・ティ・アール光電波通信研
究所 代理人　弁理士　前出　葆ほか２名 ○　　　　　　　　ｕＪ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定アンテナを取り囲む近傍面上で所定間隔で
   複数の測定点を定め上記被測定アンテナを回転させ上記
   各測定点で近傍電界を測定する近傍電界測定方法におい
   て、 上記測定点間で複数のアンテナを有する被測定アンテナ
   の異なる方向を有する放射ビーム又は受信ビームを走査
   しかつ近傍電界を測定することを特徴とする近傍電界測
   定方法。
2. （２）被測定アンテナを取り囲む近傍面上で所定間隔で
   複数の測定点を定め上記被測定アンテナを回転させ上記
   各測定点で近傍電界を測定する近傍電界測定装置におい
   て、 複数のアンテナを有する被測定アンテナと、上記各アン
   テナにそれぞれ接続され送信又は受信する信号の位相を
   移相させる複数の移相器と、上記各移相器を制御し上記
   被測定アンテナの異なる方向を有する放射ビーム又は受
   信ビームを走査する走査制御器とを備えたことを特徴と
   する近傍電界測定装置。