WO2008038470A1

WO2008038470A1 - Appareil et procédé de détermination de caractéristiques d'antenne

Info

Publication number: WO2008038470A1
Application number: PCT/JP2007/065906
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Kitada; Yukio Yamamoto
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2007-08-15
Publication date: 2008-04-03
Also published as: CN101512352A; JPWO2008038470A1; US8228247B2; US20090219217A1; TW200815766A; CN101512352B; EP2068159A1; TWI390217B; JP4957726B2; KR20090049063A

Description

明細書

アンテナ特性測定装置およびアンテナ特性測定方法

技術分野

[0001] 本発明は、例えば携帯電話等に使用される小型アンテナのアンテナ特性を測定するときに用いて好適なアンテナ特性測定装置およびアンテナ特性測定方法に関する背景技術

[0002] 一般に、電波無響箱を用いて無線機器の空中線電力を測定する測定方法が知られている（例えば特許文献 1参照）。そして、特許文献 1による測定方法では、特性が既知の電波無響箱のサイトアツテネーシヨンと、実際に測定に用いる電波無響箱のサイトアツテネーシヨンとの差を、その電波無響箱のサイトファクタ一として空中線電力の求値式の補正項を導入する。これにより、従来技術では、小型の電波無響箱を用いて簡易に無線機器の空中線電力を測定していた。

[0003] 特許文献 1 :特開 2003— 75489号公報

[0004] ところで、従来技術による測定方法では、予め電波無響箱のサイトアツテネーシヨンを測定してサイトファクターを特定する必要がある。このとき、サイトアツテネーシヨンは各電波無響箱に固有の値となる。このため、新しい電波無響箱を使用するときには、そのサイトアツテネーシヨンを測定する必要があり、直ぐに使用することができないという問題がある。また、従来技術では、実際の測定を行った後に補正項の演算処理を行う必要があり、必ずしも簡易にアンテナ特性を測定できるものではなかった。発明の開示

[0005] 本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、補正等の演算処理を行うことなぐ小型の電波無響箱を用いてアンテナ特性を測定することができるアンテナ特性測定装置およびアンテナ特性測定方法を提供することにある

[0006] 上述した課題を解決するために本発明は、内部に電波吸収体が設けられた電波無響箱と、該電波無響箱内に設けられた測定対象となる被測定アンテナと、該被測定アンテナと対向して前記電波無響箱内に設けられ該被測定アンテナのアンテナ特性を測定する測定アンテナとを備えたアンテナ特性測定装置にお!/、て、前記被測定ァンテナの開口寸法を Dとし、前記測定アンテナの開口寸法を dとし、測定周波数の波長をえとするとき、前記被測定アンテナと測定アンテナとの間の距離寸法 Lを

(D + d)² _{< L} . 2 (D + d)²

2 λ ^{= =} λ

の関係を満たす範囲に設定したことを特徴としている。

[0007] また、本発明は、内部に電波吸収体が設けられた電波無響箱内に被測定アンテナと測定アンテナとを対向して設け、該測定アンテナを用いて前記被測定アンテナのァンテナ特性を測定するアンテナ特性測定方法にお!/、て、前記被測定アンテナの開口寸法を Dとし、前記測定アンテナの開口寸法を dとし、測定周波数の波長を λとするとき、前記被測定アンテナと測定アンテナとの間の距離寸法 Lを

(D + d)² _{< L} . 2 (D + d)²_

2 λ ^{= =} λ

の関係を満たす範囲に設定する工程と、該工程後に前記測定アンテナを用いて前記被測定アンテナからの電磁波を測定する工程とを備える構成としたことを特徴としている。

[0008] このように構成したことにより、測定アンテナと被測定アンテナとの距離が近いフレネル（Frenel)領域で、これらの距離が離れたフラウンフォーファ（Fraunhofer)領域と同様のアンテナ特性を測定することができる。

[0009] 即ち、一般に各アンテナの開口寸法 D, dは測定周波数の波長 λと同程度の値となるから、請求項 1 , 2に規定した関係を満たすときには、開口寸法 D, dは距離寸法 Lに比べて小さくなる傾向がある。このとき、被測定アンテナから放射される電磁波の放射パターンは、フレネル領域であってもフラウンフォーファ領域と同様のパターンになる。このため、被測定アンテナと測定アンテナとの間の距離寸法 Lが（D + d) ²/ (2 λ )以上で 2 (D + d) ²/ λ以下の範囲内となるフレネル領域であっても、距離寸法 L 力 ¾ (D + d) ² /えよりも長いフラウンフォーファ領域と同様のアンテナ特性を測定すること力 Sでさる。 [0010] この結果、フラウンフォーファ領域よりもアンテナ間の距離寸法 Lが短いフレネル領域でアンテナ特性を測定することができるから、電波無響箱の外形寸法を小さくすることができ、電波無響箱を小型化して、測定空間を小さくすることができる。また、予め電波無響箱のアツテネーシヨンを測定する必要がないのに加え、補正等の演算処理を行う必要がないから、測定時間の短縮および測定作業性の向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]図 1は本発明の実施の形態によるアンテナ特性測定装置を示す正面図である。

[図 2]図 2は図 1中の被測定アンテナの周囲を拡大して示す斜視図である。

[図 3]図 3は実施の形態と比較例との間のアンテナ放射効率の偏差を示す特性線図である。

符号の説明

[0012] 1 電波無響箱

1B 電波吸収体

3 被測定アンテナ

4 測定アンテナ

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、本発明の実施の形態によるアンテナ特性測定装置を添付図面に従って詳細に説明する。

[0014] 図 1において、電波無響箱 1は、例えば l〜2mm程度の厚さ寸法をもったアルミ二ゥムの板材を用いて形成された箱体 1Aと、該箱体 1Aの内部に設けられた電波吸収体 1Bとによって構成されている。また、電波無響箱 1は、幅方向（X方向）、長さ方向（ Y方向）、高さ方向（Z方向）に対して、それぞれ例えば 50〜； 100cm程度の長さ寸法をもって形成されている。そして、電波無響箱 1は、外部からの電磁波を遮断すると共に、内部の電磁波の反射を防止するものである。

[0015] 2軸ポジショナ 2は、電波無響箱 1の内部で例えば左側の壁面近傍に設けられている。そして、 2軸ポジショナ 2は、高さ方向に平行な Ol軸周りに回転可能な第 1の回転部 2Aと、該回転部 2A上に設けられ長さ方向（左，右方向）に平行な 02軸周りに回転可能な第 2の回転部 2Bとを備えている。そして、第 2の回転部 2Bの先端には、後述する被測定アンテナ 3が取付けられる。これにより、 2軸ポジショナ 2は、被測定アンテナ 3を互いに直交する Ol軸と 02軸との 2軸を中心に回転させて被測定アンテナ 3 の方位（向き）を決めるものである。

[0016] 被測定アンテナ 3は、 2軸ポジショナ 2のうち第 2の回転部 2Bの先端に取付けられ、第 1 ,第 2の回転部 2A, 2Bを用いて Ol軸と 02軸との 2軸周りに回転する。また、被測定アンテナ 3は、アンテナ特性を測定する測定対象であり、携帯電話、携帯端末等に用いられる各種のアンテナが該当する。そして、被測定アンテナ 3は、例えば;!〜 2 Ocm程度の開口寸法 Dを有して!/、る。

[0017] ここで、被測定アンテナ 3として携帯電話のホイップアンテナ（1/4波長アンテナ等 )を用いるときには、ホイップアンテナと携帯電話全体から電磁波が放射されるから、ホイップアンテナと携帯電話全体で 2軸ポジショナ 2に取付けられる。この場合、開口寸法 Dは、ホイップアンテナと携帯電話の全長と仮定する。

[0018] 一方、被測定アンテナ 3として携帯電話の内蔵アンテナ (例えばチップアンテナ等）を用いるときには、携帯電話全体力電磁波が放射されるから、携帯電話全体で 2軸ポジショナ 2に取付けられる。この場合、開口寸法 Dは、携帯電話の全長と仮定する。

[0019] 測定アンテナ 4は、電波無響箱 1の内部で例えば右側の壁面近傍に設けられている。また、測定アンテナ 4は、アンテナポジショナ 5に取付けられ、被測定アンテナ 3と長さ方向（水平方向）で対向した位置に配置されている。ここで、測定アンテナ 4は、例えば 15cm程度のエレメント長をもった小型バイコニカルアンテナによって構成されている。このため、測定アンテナ 4の開口寸法 dは、エレメント長と同じ長さ寸法となつている。

[0020] また、アンテナポジショナ 5は、電波無響箱 1の右側の壁面を貫通して設けられ、 02 軸に沿って横方向に進退可能な機能を備えている。そして、測定アンテナ 4は、アンテナポジショナ 5の先端に取付けられる。このため、アンテナポジショナ 5を進退させることによって、被測定アンテナ 3と測定アンテナ 4との間の距離寸法 Lを以下の数 1 の関係を満たす範囲に設定する。

[0021] [数 1] (D + d)² _{≤ L} . 2 (D + d)²

2 λ ^{= =} λ

[0022] ここで、距離寸法 Lは、 2軸ポジショナ 2の回転中心位置 Pa(〇l軸と 02軸とが交差する位置）から測定アンテナ 4の基準点 Pb (バイコニカルアンテナの中心位置）までの距離寸法を示している。また、数 1中の λは測定周波数での信号 (電磁波）の波長を示している。また、数 1の式において、開口寸法 D, d、波長 λ、距離寸法 Lの単位は、全て同じ（例えば cm)である。さらに、測定アンテナ 4は、アツテネータ 6 (減衰器）を介して後述のネットワークアナライザ 7に接続されている。

[0023] ネットワークアナライザ 7は、高周波ケーブル 7Aを通じて被測定アンテナ 3に接続されると共に、高周波ケーブル 7Bとアツテネータ 6とを通じて測定アンテナ 4に接続されている。そして、ネットワークアナライザ 7は、被測定アンテナ 3から送信した電磁波を測定アンテナ 4を用いて受信し、このときの受信電力 Prを測定する。また、 2軸ポジショナ 2を用いて、図 2に示す被測定アンテナ 3の方位角 Θと仰角 φを徐々に変化させながら、この測定操作を繰返す。これにより、ネットワークアナライザ 7は、被測定ァンテナ 3のアンテナ放射効率等のアンテナ特性を測定するものである。

[0024] 本実施の形態によるアンテナ特性測定装置は上述のように構成されるものであり、次に該アンテナ特性測定装置を用いたアンテナ特性の測定方法につ!/、て説明する

[0025] まず、第 1の工程として、 2軸ポジショナ 2に被測定アンテナ 3を取付け、この状態で

2軸ポジショナ 2を電波無響箱 1内に設置する。

[0026] 次に、第 2の工程として、被測定アンテナ 3と測定アンテナ 4との間の測定距離を、以下の数 2の式に基づいて算出する。ここで、数 2中の Lminは、数 1の関係式を満たす最も短!/、距離寸法 (最短距離)を示して!/、る。

[0027] [数 2]

[0028] そして、第 3の工程として、 2軸ポジショナ 2の回転中心位置 Paと小型バイコニカルアンテナの基準点 Pbとの距離寸法 Lを、最短距離 Lminと同じ寸法または最短距離 L minよりも 10%程度の範囲内（例えば数 cm程度）で少し長い寸法に合わせる。具体的には、アンテナポジショナ 5を長さ方向に移動させる操作を行い、距離寸法 Lが所望の値に一致したところで、測定アンテナ 4を位置決め固定する。

[0029] 次に、第 4の工程として、 2軸ポジショナ 2の第 1,第 2の回転部 2A, 2Bを操作して、被測定アンテナ 3の姿勢を方位角 Θと仰角 φがいずれも 0° の位置で固定する。この状態で、ネットワークアナライザ 7を用いて、被測定アンテナ 3から送信される電磁波を測定アンテナ 4によって受信し、このときの受信電力 Pr(0° , 0° )を測定する。そして、被測定アンテナ 3の 1つの姿勢で受信電力 ΡΓ( θ , φ)の測定が終了すると、 2軸ポジショナ 2の第 1の回転部 2Aを操作して、被測定アンテナ 3の方位角 Θを 10 ° 増加させて再び受信電力 Pr(10° , 0° )の測定を行う。この操作を方位角 Θが 0 。〜360° の範囲で繰返す。

[0030] 被測定アンテナ 3を方位角 Θ方向に 1周分だけ回転させた後には、 2軸ポジショナ 2の第 2の回転部 2Bを操作して、被測定アンテナ 3の仰角 φを 10° 増加させる。この状態で再び方位角 Θが 0° 〜360° の範囲で 10° 毎に変化させて、受信電力 Pr( θ , φ )の測定を行う。以上の操作を、方位角 Θが 0° 〜360° の範囲および仰角 φ 力 0° 〜； 180° の範囲で繰返し、それぞれの方位角 Θと仰角 φにおける受信電力 P Γ( Θ , φ)を測定する。

[0031] 最後に、第 5の工程として、受信電力 ΡΓ( θ , φ )を全空間に対して球面積分し、被測定アンテナ 3の放射電力 Pradを以下の数 3の式に基づいて算出する。

[0032] [数 3]

Prad = J JUt(0 ,φ)$ίη θ άθ άφ

0 0

[0033] なお、数 3の式において、 Ut( θ , φ)は単位立体角当りの放射強度を示し、 Garは測定アンテナ 4の絶対利得を示している。また、実際には、受信電力 ΡΓ( θ , φ )は方位角 Θ、仰角 φに対して 10° 毎に測定する。このため、数 3に示す連続した積分ではなぐ離散化した積分を用いる。 [0034] そして、数 4の式に示すように、数 3の式で算出した被測定アンテナ 3の放射電力 Pr adを、被測定アンテナ 3に対する入力電力 Pinで割る。これにより、被測定アンテナ 3 のアンテナ放射効率 t (アンテナ特性)を算出する。

[0035] 圖

_ Prad

η t =

[0036] 次に、被測定アンテナ 3と測定アンテナ 4との間の距離寸法 Lについて検討する。

[0037] まず、本実施の形態による場合として、フレネル領域でのアンテナ特性（アンテナ放射効率 7] t)を測定した。このとき、距離寸法 Lは数 1の関係を満たす範囲内の値 L1 に設定し、上述の測定方法を用いて、アンテナ放射効率 7] tを測定した。

[0038] ここで、被測定アンテナ 3には携帯電話の内蔵アンテナを用いた。このため、被測定アンテナ 3の開口寸法 Dは、携帯電話の全長として 18cmと仮定した。また、測定ァンテナ 4の開口寸法 dは小型バイコニカルアンテナのエレメント長として 15cmとした。さらに、測定周波数は 1. 7〜2. OGHzの範囲内で複数の周波数を用いて測定した

〇

[0039] また、数 1の関係を満たす最短距離 Lminは、測定周波数 (波長 λ )に依存し、測定周波数が高くなるに従って長くなる。このため、全ての測定周波数よりも高周波の信号に対して最短距離 Lminを求め、この最短距離 Lminに距離寸法 Lを設定すれば、全ての測定周波数に対して、距離寸法 L (L1)は数 1の関係を満たすことになる。

[0040] そこで、本実施の形態を考えると、測定周波数よりも高周波の 2. 17GHz (波長 λ は 13. 8cm)の信号に対して、最短距離 Lminは 39. 5cm程度となる。このため、本実施の形態では、被測定アンテナ 3と測定アンテナ 4との間の距離寸法 L1を 40cmに設定した。これにより、距離寸法 L1は、全ての測定周波数（1. 7〜2. OGHz)に対して、数 1の関係を満たしている。

[0041] 次に、比較例による場合として、フランゥンフォーファ領域 (遠方界）でのアンテナ特性 (アンテナ放射効率 7] ）を測定した。このとき、距離寸法 Lは数 1の関係を満たす範囲よりも長い値 L2に設定し、上述と同様の測定方法を用いて、アンテナ放射効率 7] を測定した。 [0042] このとき、被測定アンテナ 3、測定アンテナ 4は本実施の形態と同じものを使用した。このため、比較例では、距離寸法 L2以外の値（開口寸法 D, d、波長 λ )は、本実施の形による場合と同じィ直とした。

[0043] また、距離寸法 Lは、数 1の関係を満たす範囲よりも長!/、値 L2に設定した。ここで、数 1の関係を満たす最長距離 Lmaxは、測定周波数 (波長 λ )に依存し、測定周波数が高くなるに従って長くなる。このため、全ての測定周波数よりも高周波の信号に対して最長距離 Lmaxを求め、この最長距離 Lmaxに距離寸法 Lを設定すれば、全ての測定周波数に対して、距離寸法 Lは数 1の関係を満たす範囲よりも長い値になる。

[0044] そこで、上述した本実施の形態を考えると、測定周波数よりも高周波の 2. 17GHz ( 波長えは 13. 8cm)の信号に対して、最長距離 Lmaxは 157cm程度となる。このため、比較例では、被測定アンテナ 3と測定アンテナ 4との間の距離寸法 L2を 170cmに設定した。これにより、距離寸法 L2は、全ての測定周波数（1. 7〜2. OGHz)に対して、数 1の関係を満たす範囲よりも長レ、値になって!/、る。

[0045] 以上の条件で、上述した 2つの場合 (本実施の形態と比較例）の間で生じる測定結果の偏差を調べた。この結果を図 3に示す。図 3の結果より、両者の偏差は ± 1. OdB 以内であることが分かる。これにより、本実施の形態のように、被測定アンテナ 3と測定アンテナ 4との間の距離寸法 Lを数 1の関係を満たす範囲で設定しても、それよりも長い遠方界とほぼ同じ測定結果が得られることが確認できた。

[0046] 一般に、各アンテナの開口寸法 D, dは測定周波数の波長 λと同程度の値となるから、数 1の関係を満たすときには、開口寸法 D, dは距離寸法 Lに比べて小さくなる傾向がある。このとき、被測定アンテナ 3から放射される電磁波の放射パターンは、フレネル領域であってもフラウンフォーファ領域と同様のパターンになる。このため、被測定アンテナ 3と測定アンテナ 4との間の距離寸法 Lが短!/、フレネル領域であっても、距離寸法 Lが長いフラウンフォーファ領域と同様のアンテナ特性を測定することができる

〇

[0047] 但し、距離寸法 Lを (D + d) ²/ (2 )よりも短い値に設定したときには、レイリー（Ra yleigh)領域となるため、被測定アンテナ 3から放射される電磁波の放射パターンは、フラウンフォーファ領域とは異なるパターンとなる。このため、被測定アンテナ 3と測定アンテナ 4との間の距離寸法 Lは、レイリー領域よりも長い値で、フラウンフォーファ領域よりも短い値として、数 1の関係を満たす値に設定する必要がある。

[0048] 力、くして、本実施の形態では、被測定アンテナ 3と測定アンテナ 4との距離寸法しが近いフレネル領域において、フラウンフォーファ領域 (遠方界）と同様のアンテナ特性を測定することができる。この結果、フラウンフォーファ領域よりもアンテナ 3, 4間の距離寸法 Lが短レ、フレネル領域でアンテナ特性を測定することができるから、電波無響箱 1の外形寸法を各辺の長さ寸法が 100cm以下に小さくすることができ、電波無響箱 1を小型化して、測定空間を小さくすることができる。また、予め電波無響箱 1のァッテネーシヨンを測定する必要がないのに加え、補正等の演算処理を行う必要がないから、測定時間の短縮および測定作業性の向上を図ることができる。

[0049] なお、前記実施の形態では、被測定アンテナ 3として携帯電話の内蔵アンテナを用いた場合を例に挙げて説明したが、携帯電話のホイップアンテナでもよぐ他の形式の各種のアンテナを用いてもよい。同様に、測定アンテナ 4としてバイコニカルアンテナを用いる構成とした力 S、他の形式のアンテナを用いてもよい。

[0050] また、前記実施の形態では、電波無響箱 1は四角柱状（立方体形状）に形成するものとした力 S、被測定アンテナ 3および測定アンテナ 4を収容する空間を画成するものであればよぐ円柱状、多角柱状、球状等でもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 内部に電波吸収体が設けられた電波無響箱と、該電波無響箱内に設けられた測定対象となる被測定アンテナと、該被測定アンテナと対向して前記電波無響箱内に設けられ該被測定アンテナのアンテナ特性を測定する測定アンテナとを備えたアンテナ特性測定装置にお!/、て、

前記被測定アンテナの開口寸法を Dとし、前記測定アンテナの開口寸法を dとし、測定周波数の波長をえとするとき、前記被測定アンテナと測定アンテナとの間の距離寸法 Lを

(D + d)² _{< L <}. 2 (D + d)²—

2 λ ^{= =} λ

の関係を満たす範囲に設定したことを特徴とするアンテナ特性測定装置。

[2] 内部に電波吸収体が設けられた電波無響箱内に被測定アンテナと測定アンテナとを対向して設け、該測定アンテナを用いて前記被測定アンテナのアンテナ特性を測定するアンテナ特性測定方法にお!/、て、

(D + d)² _{< L <}. 2 (D + d)²—

2 λ ^{= =} λ

の関係を満たす範囲に設定する工程と、該工程後に前記測定アンテナを用いて前記被測定アンテナからの電磁波を測定する工程とを備える構成としたことを特徴とするアンテナ特性測定方法。