JPH0630404B2 - アンテナ測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はアンテナ測定装置、特にフェーズドアレーアン
テナの近傍電界を測定することにより、遠方界放射パタ
ーン及び所望の遠方界放射パターンを実現するための設
定位相を求めるアンテナ測定装置の改良に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来のアンテナ測定装置を以下に示す。

第３図は公知文献「W.A.Haremening；“Implementing a
Near-Field Antenna Test Facility”，Microwave J.,
vol.22,no.9,pp.44-55,Sept.1979」に示されるアンテナ
測定装置を示す図である。

図において、（１）は発振器、（２）は電力分配器、
（３）は移相器、（４）は素子アンテナ、Ａは上記移相
器（３）、素子アンテナ（４）から構成されるフェーズ
ドアレーアンテナ、（５）は対向アンテナ、（６）は移
相器駆動回路、（７）は位相振幅受信機、（８）は演算
装置である。

次に動作について説明する。発振器（１）によって発生
された信号電力が電力分配器（２）によって分配され
る。上記の分配された信号は、移相器（３）を通過して
素子アンテナ（４）により空中に放射される。このと
き、移相器（３）は、移相器駆動回路によって、適当な
位相を信号に与えるべく設定されている。素子アンテナ
（４）から放射された信号は対向アンテナ（５）によっ
て受信される。この信号は位相振幅受信機（７）に送ら
れる。このとき対向アンテナ（５）とフェーズドアレー
アンテナＡの距離を、電波信号の波長をλ、アレーア
ンテナＡの開口をｄ、対向アンテナの開口をＤとする
と、 の関係にある。即ち、対向アンテナ（５）はフェーズド
アレーアンテナＡの近傍電界を測定する。対向アンテナ
（５）を機械的に走査して、この領域の電界の振幅、位
相を複数個測定する。

以上のように測定された、複数の近傍電界の振幅位相情
報から演算装置（８）は、アレーアンテナＡの開口上の
波源分布及び、上記波源分布からアレーアンテナＡの遠
方界放射パターンを測定する。

そして、演算装置（８）によって、計算された開口上の
波源分布又は遠方界放射パターンが理想値からずれてい
た場合、アレーアンテナの開口上の波源分布が理想値に
最も近い素子の位相を移相器（３）の設定値を変えるこ
とによって調整する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のアンテナ測定装置は以上のように構成されている
ので、演算装置によって得られる値が理想の値からずれ
ていた場合の調整方法は、素子毎の設定値を正確に求め
ることができず、調整に時間がかかるという問題点があ
った。

更に所望の放射パターンが得にくいという問題点があっ
た。

本発明は上記のような問題点を解消するためになされた
もので、所望の放射パターンを実現するための移相器の
設定値を近傍電界の測定値から短時間にかつ正確に求め
ることができるアンテナ測定装置を得ることを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係るアンテナ測定
装置は、供試フェーズドアレーアンテナの開口上の複数
の点ｍの所望の波源分布Ｙ（ｍ）によって予め計算で求
めた、測定用の対向アンテナが位置ｊで受信すべき理想
の電界Ｅ_0jを記録したデータメモリを備えており、公知
文献「“フェイズドアレーアンテナの素子振幅位相測定
法−素子電界ベクトル回転法−”、電子通信学会論文誌
（Ｂ），ｖｏｌ．Ｊ６５−Ｂ，No.５，ｐｐ５５５−５
６０，真野、片木」に示される方法により、供試フェー
ズドアレーアンテナの各移相器の設定を１基づつ初期の
状態から変化させ、この場合上記移相器の位相変化に伴
う対向アンテナの受信電力の変化をＱ、供試フェーズド
アレーアンテナの各素子アンテナの放射電界の相対振幅
をｋ，相対位相をＸとすると、上記移相器の位相変化量
Δと対向アンテナの受信電力の変化Ｑの関係は次式とな
り、 Ｑ＝（Ｙ^２＋ｋ^２）＋２ｋＹｃｏｓ（Δ_０＋Δ） Ｙ^２＝（ｃｏｓＸ−ｋ）^２＋ｓｉｎ^２Ｘ ｔａｎΔ_０＝ｓｉｎＸ／（ｃｏｓＸ−ｋ） 上記対向アンテナの受信電力の変化Ｑの最大値と最小値
の比ｒは、 ｒ^２＝（Ｙ＋ｋ）^２／（Ｙ−ｋ）^２ となり、上記ｒとΔ_０は最小２乗法で求められ、上記各
素子アンテナの放射電界の相対振幅ｋ，相対位相Ｘは次
式で求められ、 ｒ＝（Ｙ＋ｋ）／（Ｙ−ｋ）の場合は ｋ＝Γ／（１＋２ΓｃｏｓΔ_０＋Γ^２）^−２ Ｘ＝ｔａｎ^−１（ｓｉｎΔ_０／（ｃｏｓΔ_０＋Γ）） ｒ＝−（Ｙ＋ｋ）／（Ｙ−ｋ）の場合は ｋ＝（１／（１＋２ΓｃｏｓΔ_０＋Γ^２）^−２ Ｘ＝ｔａｎ^−１（ｓｉｎΔ_０／（ｃｏｓΔ_０＋１／
Γ）） 但し、Γ＝（ｒ−１）／（ｒ＋１） この相対振幅ｋ，相対位相Ｘと、供試フェーズドアレー
アンテナの各移相器の設定を初期の状態にした場合の上
記対向アンテナの受信電界の初期振幅ｋ_０，初期位相Ｘ
_０とから、対向アンテナの位置ｊにおけるｉ番目の素子
アンテナの放射電界_ijを次式により求め、_ij ＝ｋ・ｋ_０・ｅｘｐ｛ｊ（Ｘ_０＋Ｘ）｝ さらに、上記各放射電界_ijを合成した電界が上記デー
タメモリ中の理想の電界Ｅ_0jに最も近づくように各素子
アンテナの設定位相ΔΦ_ｉを式 を用いた非線形計画法によって計算する。この設定値に
移相器を設定すれば、所望の放射パターンが得られるよ
うにしたものである。

［作用］ 前述した構成から明らかなように、本発明によれば、所
望の放射パターンを実現するための移相器の設定値を近
傍電界から短時間にかつ正確に求めることができるアン
テナ測定装置を得ることができる。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。

第１図において、（１）は発振器、（２）電力分配器、
（３）は移相器、（４）は素子アンテナ、（５）は対向
アンテナ、（６）は移相器駆動回路、（７）は位相振幅
受信器、（８）は演算装置である。

そして、（９）は素子アンテナ（４）の開口上の点ｍの
所望の波源分布Ｙ（ｍ）によって予め計算で求めた、上
記対向アンテナ（５）が受信すべき理想の電界Ｅ_0jの値
を記録したデータメモリである。

また（１０）は以下の演算を実行する演算装置である。
すなわち、公知文献「“フェイズドアレーアンテナの素
子振幅位相測定法−素子電界ベクトル回転法−”、電子
通信学会論文誌（Ｂ），ｖｏｌ．Ｊ６５−Ｂ，No.５，
ｐｐ５５５−５６０，真野、片木」に示される方法によ
り、供試フェーズドアレーアンテナの各移相器（３）の
設定を１基づつ初期の状態から変化させ、この場合上記
移相器（３）の位相変化に伴う対向アンテナ（５）の受
信電力の変化をＱ、供試フェーズドアレーアンテナの各
素子アンテナ（４）の放射電界の相対振幅をｋ，相対位
相をＸとすると、上記移相器（３）の位相変化量Δと対
向アンテナ（５）の受信電力の変化Ｑの関係は次式とな
り、 Ｑ＝（Ｙ^２＋ｋ^２）＋２ｋＹｃｏｓ（Δ_０＋Δ） Ｙ^２＝（ｃｏｓＸ−ｋ）^２＋ｓｉｎ^２Ｘ ｔａｎΔ_０＝ｓｉｎＸ／（ｃｏｓＸ−ｋ） 上記対向アンテナ（５）の受信電力の変化Ｑの最大値と
最小値の比ｒは、 ｒ^２＝（Ｙ＋ｋ）^２／（Ｙ−ｋ）^２ となり、上記ｒとΔ_０は最小２乗法で求められ、上記各
素子アンテナ（４）の放射電界の相対振幅ｋ，相対位相
Ｘは次式で求められ、 ｒ＝（Ｙ＋ｋ）／（Ｙ−ｋ）の場合は ｋ＝Γ／（１＋２ΓｃｏｓΔ_０＋Γ^２）^−２ Ｘ＝ｔａｎ^−１（ｓｉｎΔ_０／（ｃｏｓΔ_０＋Γ）） ｒ＝−（Ｙ＋ｋ）／（Ｙ−ｋ）の場合は ｋ＝（１／（１＋２ΓｃｏｓΔ_０＋Γ^２）^−２ Ｘ＝ｔａｎ^−１（ｓｉｎΔ_０／（ｃｏｓΔ_０＋１／
Γ）） 但し、Γ＝（ｒ−１）／（ｒ＋１） この相対振幅ｋ，相対位相Ｘと供試フェーズドアレーア
ンテナの各移相器（３）の設定を初期の状態にした場合
の上記対向アンテナ（５）の受信電界の初期振幅ｋ_０，
初期位相Ｘ_０とから、対向アンテナ（５）の位置ｊにお
けるｉ番目の素子アンテナ（４）の放射電界_ijを次式
により求め、_ij ＝ｋ・ｋ_０・ｅｘｐ｛ｊ（Ｘ_０＋Ｘ）｝ さらに、上記各放射電界_ijを合成した電界が上記デー
タメモリ（９）中の理想の電界Ｅ_0jに最も近づくよう
に、各素子アンテナ（４）につながれた移相器（３）に
設定する設定位相ΔΦ_ｉを式 を用いた非線形計画法によって計算する。

次にこの発明の動作を説明する。対向アンテナ（５）の
位置ｊを固定する。次にこの位置における各素子アンテ
ナｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の放射電界_ijを測定する。対向ア
ンテナ（５）が受信する、上記各放射電界_ijを合成し
た合成電界をＥｊとおくと、Ｅｊは次式で表わされる。

この各素子アンテナの放射電界_ijの測定方法は先に述
べたように公知文献「“フェイズドアレーアンテナの素
子振幅位相測定法−素子電界ベクトル回転法−”、電子
通信学会論文誌(B),Vol.J65-B,No.5,pp555-560，真野、
片木」等により可能である。次に対向アンテナを移動し
て上記の手順を繰り返す。測定ポイントをＪ個とすると
ｊ＝１〜Ｊに渡って放射電界_ij及び式（）で示され
る、対向アンテナ（５）が受信する合成電界Ｅｊが測定
される。

一方、アレーアンテナの開口上の波源分布が所望値とな
ったときに、対向アンテナ（５）が受信する電界Ｅ_0jは
データメモリ（９）の中に入力されている。一般に移相
器（３）の設定誤差、電界分配器（４）の分配比の誤
差、素子アンテナ（２）の工作誤差等でＥｊとＥ_0jは異
なる。ここで、ＥｊをＥ_0jに最も近づけるための移相器
（３）の移相量ΔΦｉは次式の方程式を満足することで
決定される。

ここで、式（）の中のｅ^ｊにおけるｊは対向アンテナ
の位置ではなく虚数単位である。

式（）を満足するΔΦ_ｉは、共役勾配法等を用いて解
ける。求めたΔΦ_ｉに相当する設定値を移相器（３）に
与えれば、Ｅ_0jとＥｊの差は最小となり、これは、アレ
ーアンテナの開口上の波源分布が所望値に最も近づいた
ことを意味する。以上の処理を演算装置（１０）を用い
て行なう。この流れを第２図に示す。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、素子アンテナ毎の電
界を分離し、その合成電界が理想値に最も近づくように
予め記録されたデータと測定値により設定位相を決定す
るので、所望の放射パターンを形成するための移相器の
設定値が高い精度で求められる。

更に調整に費す時間が短縮されるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す図、第２図は発明の実
施例の主要な演算のフローチャート図、第３図は従来の
アンテナ測定装置を示す図。 図において、（１）は発振器、（２）は電力分配器、
（３）は移相器、（４）は素子アンテナ、Ａは上記移相
器（３）、素子アンテナ（４）から構成されるフェーズ
ドアレーアンテナ、（５）は対向アンテナ、（６）は移
相器駆動回路、（７）は位相振幅受信機、（８）は演算
装置、（９）はデータメモリ、（１０）は演算装置であ
る。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発信器に接続された供試フェーズドアレー
   アンテナに対向し受信機に接続された対向アンテナと、
   計算機と、から構成され、前記対向アンテナと前記アレ
   ーアンテナとを相対的に配置させ、前記対向アンテナで
   受信した電界の振幅、位相の値から、前記供試フェーズ
   ドアレーアンテナの開口上の複数の点ｍの波源分布Ｘ
   （ｍ）を求め、前記波源分布Ｘ（ｍ）から任意の測定距
   離における放射電界を求めるアンテナ測定装置であっ
   て、 前記開口上の複数の点ｍの所望の波源分布Ｙ（ｍ）から
   予め計算で求められた、前記対向アンテナが受信すべき
   理想の電界Ｅ_0jが入力されたデータメモリと、 前記供試フェーズドアレーアンテナの各素子アンテナに
   よる放射電界_ijを求め、前記各放射電界ａ_ijを合成し
   た電界が前記データメモリ中の電界Ｅ_0jに最も近づくよ
   うに各素子アンテナの設定位相ΔΦ_ｉを式 ここでｉは供試フェーズドアレーアンテナの各素子アン
   テナの番号、ｊは対向アンテナの位置を用いた非線形計
   画法によって計算する演算装置と、を備えたことを特徴
   とするアンテナ測定装置。