WO2010013408A1 - 電波強度計測装置および電波強度計測システム - Google Patents

電波強度計測装置および電波強度計測システム Download PDF

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WO2010013408A1
WO2010013408A1 PCT/JP2009/003429 JP2009003429W WO2010013408A1 WO 2010013408 A1 WO2010013408 A1 WO 2010013408A1 JP 2009003429 W JP2009003429 W JP 2009003429W WO 2010013408 A1 WO2010013408 A1 WO 2010013408A1
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radio wave
measurement
intensity
radio
unit
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PCT/JP2009/003429
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八木谷聡
清水貴夫
山中雄介
Original Assignee
国立大学法人金沢大学
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    • G01R29/00Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0864Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
    • G01R29/0878Sensors; antennas; probes; detectors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
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    • GPHYSICS
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
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    • G01R1/06772High frequency probes
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01Frequency selective two-port networks
    • H03H7/06Frequency selective two-port networks including resistors
    • H03H7/07Bridged T-filters

Definitions

  • the present invention relates to a radio wave intensity measuring device and a radio wave intensity measuring system for measuring radio wave intensity.
  • Patent Document 1 discloses a technique (hereinafter also referred to as Conventional Technology A) that measures the spatial distribution of radio field intensity by sequentially moving an electromagnetic field probe to a plurality of measurement points.
  • An object of the present invention is to provide a radio wave intensity measuring apparatus and a radio wave intensity measuring system capable of measuring radio wave intensity in a plurality of measurement regions in a short time.
  • a radio wave intensity measuring device for measuring radio wave intensity has a plane having a plurality of measurement regions and absorbs radio waves incident on the plane.
  • a measurement member is disposed in the vicinity of each of the plurality of measurement regions, and the measurement unit uses the measurement member disposed in the vicinity of each of the plurality of measurement regions, and the radio waves in the plurality of measurement regions are measured. Measure the strength.
  • the plurality of measurement members are arranged in a matrix, and among the plurality of measurement members, a part of the measurement members arranged in the row direction is used to measure the intensity of the radio wave measured by the measurement unit and the plurality of measurement members Among these, a polarization direction identification unit that identifies the polarization direction of the radio wave based on the intensity of the radio wave measured by the measurement unit using a part of the measurement members arranged in the column direction is further provided.
  • the radio wave absorber includes a plurality of resonance circuits that absorb radio waves as much as possible when resonating, and further includes a resonance frequency changing unit that changes the resonance frequency of each of the plurality of resonance circuits.
  • the measurement unit includes a plurality of measurement circuits that measure the intensity of radio waves in the plurality of measurement regions almost simultaneously.
  • a data collection unit that scans and collects the intensity of a plurality of radio waves respectively measured by a plurality of measurement circuits is further provided.
  • the radio wave intensity measuring system includes a radio wave intensity measuring device that measures the intensity of radio waves in a plurality of measurement areas of a plane that the radio wave absorber has, and a display device.
  • the radio wave intensity measuring device further includes a transmission unit that transmits the intensity of the plurality of radio waves collected by the data collection unit to the display device, and the display device is based on the intensity of the plurality of radio waves received from the display device,
  • An image generation unit that generates a radio wave intensity distribution image that is an image obtained by visualizing the intensity of a plurality of radio waves corresponding to the position of the measurement region, and a display unit that displays the radio wave intensity distribution image generated by the image generation unit.
  • the plurality of measurement circuits respectively measure the intensity of the radio waves in the plurality of measurement areas at predetermined time intervals
  • the image generation unit is configured to measure the intensity of the plurality of radio waves respectively measured by the plurality of measurement circuits at the predetermined time intervals.
  • the radio field intensity distribution image is generated based on the radio wave intensity distribution image, and the display unit displays the radio field intensity distribution image generated every predetermined time by the image generation unit while updating it.
  • the radio wave intensity measuring apparatus measures the radio wave intensity in a plurality of measurement areas of the plane of the radio wave absorber. Therefore, the radio field intensity in a plurality of measurement regions can be measured in a short time.
  • the radio wave intensity measuring system includes a radio wave intensity measuring device that measures the intensity of radio waves in a plurality of measurement areas of a plane possessed by a radio wave absorber. Therefore, the radio field intensity in a plurality of measurement regions can be measured in a short time.
  • FIG. 1 is a diagram showing an appearance of a radio wave absorber that is a part of the radio wave intensity measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a diagram for explaining a cross section of the radio wave absorber.
  • FIG. 2B is a diagram for explaining a cross section of the radio wave absorber.
  • FIG. 3 is a diagram showing in detail a part of a plurality of cells arranged on the surface of the radio wave absorber.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining a cross section of the radio wave absorber.
  • FIG. 4B is a diagram for explaining a cross section of the radio wave absorber.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the radio wave intensity measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the radio wave intensity measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the radio wave intensity measuring apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the absorption of the electric field of radio waves that occurs on the surface of the radio wave absorber.
  • FIG. 8A is a diagram for explaining the radio wave absorber in the third embodiment.
  • FIG. 8B is a diagram for explaining the radio wave absorber in the third embodiment.
  • FIG. 8C is a diagram for explaining the radio wave absorber in the third embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the configuration of the radio wave absorber in detail.
  • FIG. 10 is a diagram showing in detail a cross-sectional configuration of the radio wave absorber in the radio wave intensity measuring apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing in detail a cross-sectional configuration of the radio wave absorber in the radio wave intensity measuring apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of the radio wave intensity measuring apparatus according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the configuration of the surface of the radio wave absorber.
  • FIG. 13 is a diagram showing the appearance of two substrates that constitute the radio wave absorber.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a radio wave intensity measurement system in the fifth embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a state in which a radio wave intensity distribution image is displayed on the display unit of the display device.
  • FIG. 1 is a diagram showing an appearance of a radio wave absorber 100 that is a part of the radio wave intensity measuring apparatus 1000 according to the first embodiment.
  • the radio wave intensity measuring apparatus 1000 is an apparatus for measuring radio wave intensity.
  • the radio wave intensity measuring apparatus 1000 includes a radio wave absorber 100.
  • the shape of the radio wave absorber 100 is a sheet (thin plate) shape.
  • the surface of the radio wave absorber 100 absorbs radio waves emitted from the radio wave source RW10.
  • the radio wave absorber 100 is a dielectric substrate (printed substrate).
  • the radio wave absorber 100 is not limited to a dielectric substrate, and may be another type of substrate. It is assumed that the radio wave absorber 100 has a size that can be easily carried by a measurer.
  • a plurality of cells (cells CL11, CL12,..., CL21, CL22,...) are arranged in a matrix on the surface of the radio wave absorber 100.
  • each cell disposed on the surface of the radio wave absorber 100 is also referred to as a cell CL. Therefore, each of the cells CL11, CL12,..., CL21, CL22 is also expressed as a cell CL.
  • Each of the plurality of cells CL is a rectangular electrode formed of a copper plate.
  • the shape of the cell CL is not limited to a square, and may be other shapes such as a triangle and a hexagon.
  • Each of the plurality of cells CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100 is arranged in a matrix at intervals sufficiently shorter than the wavelength of the radio wave emitted from the radio wave source RW10. Further, it is assumed that the vertical and horizontal lengths (sizes) of the plurality of cells CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100 are sufficiently shorter than the wavelength of the radio wave emitted from the radio wave source RW10.
  • the frequency of the radio wave emitted from the radio wave source RW10 is a frequency between 800 MHz and 2.4 GHz.
  • the wavelength of the radio wave having a frequency of 800 MHz is 37.5 cm.
  • the wavelength of the radio wave having a frequency of 2.4 GHz is 12.5 cm.
  • the distance between the cell CL11 and the cell CL12 is 1 millimeter as an example.
  • the vertical and horizontal lengths of the cell CL11 are 20 millimeters as an example.
  • the radio wave incident on the surface of the radio wave absorber 100 is referred to as a front surface incident radio wave.
  • the back surface of the radio wave absorber 100 is covered with a copper plate that functions as a ground.
  • the back surface of the radio wave absorber 100 is not limited to a copper plate, and may be another metal plate.
  • the back surface of the radio wave absorber 100 is referred to as a ground surface.
  • Each surface of the plurality of cells CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100 is electrically connected to the ground surface by a short pin (hereinafter referred to as via).
  • via short pin
  • the surface of the cell CL11 is electrically connected to the ground surface by the via V11.
  • a plurality of measurement circuits for measuring the intensity of the radio wave applied to the front surface of the radio wave absorber 100 is disposed on the back surface of the radio wave absorber 100.
  • FIG. 2A and 2B are views for explaining a cross section of the radio wave absorber 100.
  • FIG. FIG. 2A is a cross-sectional view of the radio wave absorber 100.
  • a resistor (not shown), which will be described later, is provided between the cells CL on the surface of the radio wave absorber 100, but the resistor is not shown here for the sake of simplicity.
  • the radio wave absorber 100 functions equivalently as an LC parallel circuit with respect to the surface incident radio wave as shown in FIG. 2B. That is, the radio wave absorber 100 functions as a sheet having an impedance as an LC parallel circuit with respect to the front surface incident radio wave. That is, the radio wave absorber 100 has the property of changing the reflection phase of incident radio waves depending on the frequency, or blocking surface wave propagation in a specific frequency band (band gap).
  • FIG. 3 is a diagram showing in detail a part of the plurality of cells CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100. As shown in FIG. 3, each of the plurality of cells CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100 is electrically connected by a resistor. For example, the cell CL11 is electrically connected to the cell CL12 by the resistor R11. The cell CL11 is electrically connected to the cell CL21 by the resistor R11D.
  • the radio wave absorber 100 is provided with a plurality of resistors.
  • the plurality of resistors arranged in the radio wave absorber 100 are arranged in a matrix.
  • the resistor connecting the cells CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100 consumes the electric power (energy) of the radio wave absorbed in the cells CL connected to the resistor.
  • the value of the resistance connecting the cells CL is, for example, 377 ohms.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams for explaining a cross section of the radio wave absorber 100.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the radio wave absorber 100.
  • the radio wave absorber 100 has a resistance, as shown in FIG. 4A.
  • the LC parallel circuit functions as a circuit connected in parallel.
  • the resistance is equivalent to a sheet resistance matched with the free space wave impedance.
  • the impedance of the LC parallel circuit becomes infinite.
  • the LC parallel circuit is similar to the absence, and only the sheet resistance matches the incident radio wave and absorbs the radio wave.
  • the radio wave absorber 100 is based on the same principle as a so-called ⁇ / 4 type radio wave absorber (necessary to have a thickness of 1 ⁇ 4 of the wavelength), but with the structure shown in FIG. 4A and the equivalent circuit shown in FIG. 4B.
  • the radio wave absorber 100 can be made extremely thinner than the wavelength of the incident radio wave.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the radio wave intensity measuring apparatus 1000 according to the first embodiment.
  • the radio wave intensity measuring apparatus 1000 further includes a measuring unit 200.
  • the measuring unit 200 measures a plurality of radio field strengths.
  • the measurement unit 200 includes a plurality of measurement circuits (measurement circuits 211.1, 211.2, 211.3,).
  • each of the measurement circuits 211.1, 211.2, and 211.3 is also simply referred to as a measurement circuit 211. That is, each measurement circuit included in the measurement unit 200 is also expressed as a measurement circuit 211.
  • Each measurement circuit 211 is electrically connected to both ends of a resistor connected to each of a plurality of cells CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100 as shown in FIG.
  • the measurement circuit 211.1 is electrically connected to both ends of a resistor R11 that connects the cell CL11 and the cell CL12.
  • Each measurement circuit 211 measures the power consumed by the corresponding resistor.
  • the resistor connecting the cells CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100 consumes electric power (energy) of radio waves absorbed in the connected cells CL. Therefore, if the power consumed by the corresponding resistor is measured by the measurement circuit 211, the radio wave absorption amount in the corresponding cell CL can be measured. That is, each measurement circuit 211 can measure the intensity of the radio wave incident on the cell CL corresponding to the corresponding resistance.
  • each cell CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100 is a measurement region for measuring the radio wave intensity.
  • the resistance which connects between each cell CL is a measurement member used in order to measure the intensity
  • the measurement member used for measuring the intensity of the radio wave is not limited to the resistance, and may be, for example, another element having the same properties as the resistance.
  • the measurement circuit 211 is connected to both ends of a resistor connected to each of a plurality of cells CL (cells CL11, CL12,..., CL21, CL22,...) Arranged in a matrix on the surface of the radio wave absorber 100. Electrically connected. Therefore, the two-dimensional distribution of the intensity of the surface incident radio waves can be measured by counting the intensity of the radio waves measured by each of the plurality of measurement circuits 211 included in the measurement unit 200.
  • the radio wave absorption unit can be obtained without taking the trouble of moving a sensor such as an electromagnetic field probe as in the past. It is possible to measure the spatial distribution of radio wave power (that is, radio wave intensity) incident on the surface of 100 and absorbed. Further, by repeatedly counting the radio wave intensity, it is possible to measure changes in the spatial distribution of the radio wave intensity over time.
  • radio wave power that is, radio wave intensity
  • the first embodiment it is possible to measure the two-dimensional distribution of the intensity of the surface incident radio wave in a very short time (at high speed) and almost in real time (about msec). That is, the radio wave intensity in a plurality of radio wave measurement regions can be measured in a very short time.
  • the size of the cell CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100 is sufficiently smaller than the wavelength of the radio wave irradiated from the radio wave source RW10 onto the surface of the radio wave absorber 100, so that a fine spatial resolution below the wavelength order is obtained. can get. Therefore, fading patterns and the like due to interference between a plurality of radio waves can be measured with high resolution.
  • the radio wave absorber 100 of the first embodiment there is no problem of coupling between antennas as in the case where the spatial resolution for measurement is increased by bringing the antennas close to each other with the antenna array.
  • the radio wave absorber 100 is a member that absorbs radio waves, and therefore can measure without disturbing (by reflection or the like) the spatial distribution of radio waves radiated from the object to be measured.
  • the radio wave absorber 100 is of a size that can be easily carried by a measurer, the radio wave absorber 100 can be easily installed at a radio wave measurement position, and the spatial distribution of radio waves at that location can be easily obtained. And it can measure in real time (time resolution of about msec).
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the radio wave intensity measuring device 1002 according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, the radio wave intensity measuring device 1002 is different from the radio wave intensity measuring device 1000 in FIG. 5 in that it further includes a data collection unit 300 and a control unit 400. Since other than that is the same as that of the radio wave intensity measuring apparatus 1000, detailed description will not be repeated.
  • the data collection unit 300 receives a plurality of measured radio field intensities from a plurality of measurement circuits 211 included in the measurement unit 200. It is assumed that the data collection unit 300 also grasps in advance the position information of the resistance connected to the measurement circuit 211 that is the transmission source of the radio wave intensity.
  • the data collection unit 300 transmits a plurality of received radio wave intensities to the control unit 400, details of which will be described later.
  • the control unit 400 is an arithmetic circuit such as a CPU (Central Processing Unit).
  • the control unit 400 may be a CPU provided in an external computer.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the absorption of the electric field of radio waves that occurs on the surface of the radio wave absorber 100.
  • resistances (resistors R11 and the like) arranged in the horizontal (X (row)) direction absorb the linearly polarized waves in the horizontal direction of the electric field of the surface incident radio waves.
  • resistors (resistors R11D and the like) arranged in the vertical (Y (column)) direction absorb the vertical linearly polarized wave of the electric field of the front surface incident radio wave.
  • the radio wave absorbs electric power simultaneously due to the resistances arranged horizontally and vertically.
  • each of the plurality of measurement circuits 211 included in the measurement unit 200 transmits the power consumption (radio wave intensity) of the resistor connected to the measurement circuit 211 to the data collection unit 300.
  • the data collection unit 300 also grasps in advance the positional information of the resistance connected to the measurement circuit 211 that is the transmission source of the radio wave intensity.
  • the resistor position information is information indicating the specific information of the cell CL and the connection position of the resistor in the cell CL.
  • the data collection unit 300 knows that the radio wave intensity received from the measurement circuit 211.1 is the power consumption of the resistor R11 (see FIG. 7) connected to the right side of the cell CL11.
  • the resistance position information is information indicating the specific information (CL11) of the cell CL and the connection position (right) of the resistance in the cell CL.
  • the data collection unit 300 associates the received radio wave intensity with the position information of the resistance at which the radio wave intensity is measured, and transmits it to the control unit 400.
  • the control unit 400 identifies the polarization direction of the front surface incident radio wave based on two radio wave intensities (power consumption) respectively corresponding to two resistors connected to the same cell CL and orthogonal to each other.
  • the control unit 400 is connected to the radio wave intensity (power consumption) corresponding to the resistance connected to the same cell CL in the horizontal (row) direction and to the same cell CL in the vertical (column) direction.
  • the polarization direction of the front surface incident radio wave is identified based on the radio wave intensity (power consumption) corresponding to the resistance. That is, the control unit 400 includes, among the plurality of resistors arranged in the radio wave absorber 100, the radio wave intensity (power consumption) corresponding to a part of the resistors arranged in the lateral (row) direction, and the plurality of resistors.
  • the polarization direction of the front surface incident radio wave is identified based on the radio wave intensity (power consumption) corresponding to a part of the resistors arranged in the vertical (column) direction.
  • the horizontal (row) power absorbed in the resistor that is connected in a direction (power consumption) and P H for the cell CL is defined as P V.
  • the control unit 400 identifies the polarization direction of the front surface incident radio wave based on the power P H and the power P V.
  • the controller 400 When the power P V is other than “0” and the power P H is “0”, the controller 400 indicates that the surface incident radio wave is linearly polarized and the polarization direction of the surface incident radio wave is vertical (Y ) Identify the direction. When the power P V is “0” and the power P H is other than “0”, the control unit 400 indicates that the surface incident radio wave is linearly polarized and the surface incident radio wave has a horizontal polarization direction. (X) Identify the direction.
  • the control unit 400 determines whether the surface incident radio wave is a linearly polarized wave, a circularly polarized wave, or an elliptically polarized wave. It is determined that In addition, when the surface incident radio wave is circularly polarized wave or elliptically polarized wave, the power is absorbed simultaneously by the vertical and horizontal resistances, so that it cannot be distinguished from the linearly polarized wave in the oblique direction as it is.
  • the control unit 400 In this case, for example, in a state where the radio wave absorber 100 is rotated 45 degrees clockwise, when the power P V is “0” and the power P H is other than “0”, the control unit 400 The surface incident radio wave is linearly polarized, and the polarization direction of the surface incident radio wave is identified as the direction of the vertical axis when the vertical axis is rotated 45 degrees counterclockwise.
  • the control unit 400 Is a linearly polarized wave, and the polarization direction of the front surface incident radio wave is identified as the direction of the vertical axis when the vertical axis is rotated 45 degrees clockwise.
  • the radio wave absorber 100 a predetermined angle (e.g., 45 degrees clockwise) the value of the power P V and the power P H of the state of being rotated, as compared with prior to rotating the radio wave absorber 100, if no change
  • the control unit 400 determines that the surface incident radio wave is circularly polarized. However, the direction of rotation of circularly polarized waves cannot be identified.
  • the radio wave absorber 100 determines that the front surface incident radio wave is elliptically polarized. However, the rotational direction of elliptically polarized waves cannot be identified.
  • the rotation angle of the radio wave absorber 100 is set to an angle other than 45 degrees, so that the vertical axis Polarization directions other than the direction of the vertical axis in a state of being rotated 45 degrees around can also be identified.
  • the control unit 400 when the radio wave absorber 100 is rotated 30 degrees clockwise, when the power P V is other than “0” and the power P H is “0”, the control unit 400 The radio wave is linearly polarized, and the polarization direction of the surface incident radio wave is identified as the direction of the vertical axis when the vertical axis is rotated 30 degrees clockwise.
  • the control unit 400 For example, in the state where the radio wave absorber 100 is rotated 60 degrees clockwise, when the power P V is other than “0” and the power P H is “0”, the control unit 400 The surface incident radio wave is linearly polarized, and the polarization direction of the surface incident radio wave is identified as the direction of the vertical axis when the vertical axis is rotated 60 degrees clockwise.
  • control unit 400 is a polarization direction identification unit that identifies the polarization direction of radio waves.
  • the surface incidence is based on the two radio wave intensities (power consumption) respectively corresponding to the two resistors connected to the same cell CL and orthogonal to each other.
  • the vertical and horizontal polarizations of the electric field can be measured simultaneously.
  • the control unit 400 is connected to the radio wave intensity (power consumption) corresponding to the resistance connected to the same cell CL in the horizontal (row) direction and to the same cell CL in the vertical (column) direction. Based on the radio wave intensity (power consumption) corresponding to the resistance, it is possible to simultaneously measure the vertical and horizontal polarizations of the electric field of the surface incident radio wave. That is, the control unit 400 includes, among the plurality of resistors arranged in the radio wave absorber 100, the radio wave intensity (power consumption) corresponding to a part of the resistors arranged in the lateral (row) direction, and the plurality of resistors. Based on the radio wave intensity (power consumption) corresponding to a part of the resistors arranged in the vertical (column) direction, it is possible to simultaneously measure the vertical and horizontal polarizations of the electric field of the surface incident radio wave.
  • the polarization direction of the front surface incident radio wave is not limited to two resistors connected orthogonally to each other connected to the same cell CL, and the total power consumption of two or more resistors arranged in the row direction, It may be identified based on the total power consumption of two or more resistors arranged in the column direction.
  • the identification of the polarization direction of the front surface incident radio wave is not limited to the above method.
  • the phase of the surface incident radio wave may be measured.
  • the control unit 400 can specify whether the surface incident radio wave is a linearly polarized wave, a circularly polarized wave, or an elliptically polarized wave.
  • the control unit 400 When the surface incident radio wave is linearly polarized, the control unit 400 also identifies the polarization direction of the surface incident radio wave (for example, the direction of the vertical axis when the vertical axis is rotated 45 degrees clockwise). it can. In addition, when the front surface incident radio wave is circularly polarized, the control unit 400 can also identify the rotation direction (for example, clockwise) of the circularly polarized wave. In addition, when the front surface incident radio wave is elliptically polarized, the control unit 400 can also identify the rotational direction of the elliptically polarized wave.
  • Embodiment 3 In Embodiments 1 and 2, in the equivalent circuit shown in FIG. 4B, when the LC parallel circuit resonates and the impedance of the LC parallel circuit becomes infinite, the frequency of the surface incident radio wave is the resonance frequency of the LC parallel circuit. This is only the case. Therefore, in the first and second embodiments, the frequency band in which the radio wave absorber 100 can largely absorb the front surface incident radio wave is extremely narrow.
  • Embodiment 3 describes a configuration for expanding the frequency band of radio waves that can be absorbed by the radio wave absorber, that is, radio waves to be measured.
  • the following radio wave absorber 100A is used instead of the radio wave absorber 100 shown in FIG. 1, FIG. 3, FIG.
  • FIG. 8A, 8B, and 8C are diagrams for explaining the radio wave absorber 100A in the third embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating the surface of the radio wave absorber 100A.
  • a radio wave incident on the surface of the radio wave absorber 100A is also referred to as a front surface incident radio wave.
  • the cells CL are electrically connected by a high frequency variable capacitance diode in addition to a resistor (not shown) as compared with the radio wave absorber 100 of FIG.
  • the point is different. Other than that, it is the same as that of the radio wave absorber 100 and will not be described in detail.
  • FIG. 8B is a diagram simply showing a cross-sectional configuration of the radio wave absorber 100A.
  • the resistor is not shown in order to simplify the drawing.
  • an appropriate bias voltage is applied to the cells CL every other cell CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100A.
  • the cell CL to which the bias voltage is applied is referred to as a bias application cell.
  • the cell CL connected to the ground is referred to as a ground connection cell.
  • a voltage is applied to the cells CL11 and CL22. That is, the cells CL11 and CL22 are bias application cells.
  • the cells CL12 and CL21 are connected to the ground. That is, the cells CL12 and CL21 are ground connection cells.
  • the radio wave absorber 100A When the configuration shown in the radio wave absorber 100A is shown by an equivalent circuit, an LC parallel circuit as shown in FIG. 8C is obtained.
  • the radio wave absorber 100A includes a plurality of LC parallel circuits that can change the resonance frequency.
  • FIG. 9 is a diagram showing in detail the configuration of the radio wave absorber 100A.
  • the cells CL are electrically connected by a resistor and a DC (direct current) (direct current) cut capacitor connected in series.
  • the cell CL11 and the cell CL12 are electrically connected by a resistor R11 and a DC cut capacitor C11 connected in series.
  • FIG. 10 is a diagram showing in detail a cross-sectional configuration of the radio wave absorber 100A in the radio wave intensity measuring apparatus 1003 of the third embodiment.
  • the DC cut capacitor shown in FIG. 9 is not shown in order to simplify the drawing.
  • the radio wave intensity measuring device 1003 includes the measuring unit 200 as in the radio wave intensity measuring device 1000 of FIG. 5, but in order to simplify the drawing, the measuring unit 200 is not illustrated in FIG. 10.
  • the radio wave absorber 100A has a structure in which the substrate 103A is attached to the back surface of the substrate 103 that absorbs radio waves, similarly to the radio wave absorber 100 of FIG.
  • the radio wave absorber 100A is provided with a ground line GL and a bias line BL.
  • a DC power supply P100 is connected to the bias line BL.
  • the DC power supply P100 can change the voltage supplied to the bias line BL.
  • Ground line GL is electrically connected to a ground connection cell (for example, cell CL21) by a via (for example, via V21).
  • Bias line BL is electrically connected to a bias application cell (for example, cell CL22) by a via (for example, via V22) via a noise cut inductor (for example, L22).
  • the bias application cell (for example, cell CL22) is electrically connected to the ground line GL via a via (for example, via V22) and a capacitor (for example, capacitor C22).
  • the capacitance of the high-frequency variable capacitance diode (for example, the variable capacitance diode CD21) between the cells CL can be changed by changing the voltage supplied from the DC power supply P100 to the bias line BL.
  • the third embodiment has a configuration capable of changing the capacitance of the high-frequency variable capacitance diode between the cells CL. Therefore, the resonance frequency of the plurality of LC parallel circuits included in the radio wave absorber 100A can be changed. That is, the DC power supply P100 is a resonance frequency changing unit that changes the resonance frequency of the resonance circuit.
  • the radio wave absorber 100A absorbs the surface incident radio wave to the maximum (efficiently) when the LC parallel circuit resonates, that is, when the resonance frequency of the LC parallel circuit matches the frequency of the surface incident radio wave.
  • the radio wave intensity measuring device 1003 can be applied to a broadband frequency of several hundred MHz to several GHz.
  • the radio wave intensity measuring device 1003 can identify the frequency of the target radio wave like a spectrum analyzer.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of radio wave intensity measuring apparatus 1004 in the fourth embodiment.
  • the radio wave intensity measuring device 1004 is different from the radio wave intensity measuring device 1000 in FIG. 5 in that a radio wave absorber 100B is provided instead of the radio wave absorber 100, and instead of the measurement unit 200. The difference is that the measurement unit 200A is provided. Since other than that is the same as that of the radio wave intensity measuring apparatus 1000, detailed description will not be repeated.
  • the radio wave absorber 100B replaces some of the plurality of resistors with a measurement circuit 210A (measurement circuits 210A.1, 210A.2,). Is different. Since other than that is the same as that of the electromagnetic wave absorber 100A, detailed description will not be repeated. In the following, the measurement circuit 210A. 1,210A. 2,... Are also simply referred to as measurement circuit 210A.
  • a radio wave incident on the surface of the radio wave absorber 100B is also referred to as a surface incident radio wave.
  • the radio wave absorber 100B has a plurality of cells CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100B, with a bias voltage applied to every other cell in the vertical and horizontal directions. Applied.
  • the cell CL21 is electrically connected to the ground line GL. That is, the cell CL21 is a ground connection cell.
  • the cell CL22 is electrically connected to the bias line BL. That is, the cell CL22 is a bias application cell.
  • FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the surface of the radio wave absorber 100B.
  • the cells CL20, CL11, and CL22 are bias application cells.
  • the cells CL10, CL21, and CL12 are ground connection cells.
  • variable capacitance diodes for example, variable capacitance diode CD21
  • the radio wave absorber 100B has a structure in which the substrate 104B is attached to the back surface of the substrate 104 that absorbs radio waves, similarly to the radio wave absorber 100A of FIG.
  • FIG. 13 is a diagram showing the external appearance of the substrate 104 and the substrate 104B constituting the radio wave absorber 100B.
  • the surface of the substrate 104 is a surface that absorbs radio waves.
  • a ground layer is formed of copper on the back surface of the substrate 104.
  • a bias layer is formed on one surface of the substrate 104B, and a measurement unit 200A including a plurality of measurement circuits 210A is provided.
  • the measurement unit 200A includes a plurality of measurement circuits 210A (measurement circuits 210A.1, 210A.2,). Each measurement circuit 210A is electrically connected to both ends of a variable capacitance diode connected between the cells CL as shown in FIG.
  • the measurement circuit 210A is connected only to the variable capacitance diode provided in the circle shown in FIG.
  • the measurement circuit 210A. 1 is electrically connected to both ends of a variable capacitance diode CD21 that connects the cell CL21 and the cell CL22. That is, the measurement circuit 210A. 1 is electrically connected to both ends of the cell CL21 and the cell CL22.
  • Each measurement circuit 210A has a matching circuit 211A having the same input impedance (for example, 377 ohms) as the impedance of the replaced resistor, and a logarithmic amplifier 211B. For example, between the cell CL21 and the cell CL22, the measurement circuit 210A. 1 is connected. Each measurement circuit 210A is provided on one surface of the substrate 104B as shown in FIG.
  • each measurement circuit 210A includes a matching circuit 211A having the same input impedance (for example, 377 ohms) as that of the resistor R21, and a logarithmic amplifier 211B. Measurement circuit 210A.
  • the matching circuit 211A included in 1 is connected between the cell CL21 and the cell CL22.
  • Matching circuit 211A is electrically connected to logarithmic amplifier 211B.
  • the matching circuit 211A consumes electric power (energy) of radio waves absorbed in the connected cells CL.
  • the logarithmic amplifier 211B logarithmically measures the power consumed by the matching circuit 211A, and outputs an analog voltage corresponding to the measured power. That is, if the power consumed in the matching circuit 211A is measured by the logarithmic amplifier 211B, the radio wave absorption amount in the corresponding cell CL can be measured. That is, the intensity of the front surface incident radio wave incident on the cell CL corresponding to the matching circuit 211A can be measured by the measurement circuit 210A.
  • the other measurement circuit 210A included in the measurement unit 200A also includes the measurement circuit 210A. Since it is the same structure as 1, detailed description is not repeated.
  • the measurement unit 200A simultaneously measures the intensity of the surface incident radio wave incident on the cell CL connected to the corresponding variable capacitance diode by each of the plurality of measurement circuits 210A included in the measurement unit 200A. Can do. Therefore, it is possible to simultaneously measure the intensity of surface incident radio waves at a plurality of locations on the surface of the radio wave absorber 100B.
  • the radio wave intensity measuring device 1004 When measuring the amplitude and phase of the front surface incident radio wave, the radio wave intensity measuring device 1004 is provided with an amplitude / phase measurement circuit. In this case, the radio wave intensity measuring device 1004 may be provided with an amplitude / phase measuring circuit and further provided with a frequency conversion circuit.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a radio wave intensity measurement system 10000 according to the fifth embodiment.
  • the radio wave intensity measuring system 10000 includes a radio wave intensity measuring device 1005 and a display device 500.
  • the radio wave intensity measuring device 1005 further includes a data collecting unit 300 as compared with the radio wave intensity measuring device 1004 of FIG. Since the other configuration is the same as that of the radio wave intensity measuring device 1004, detailed description will not be repeated.
  • the data collection unit 300 scans and collects a plurality of radio field intensities respectively measured by the plurality of measurement circuits 210A included in the measurement unit 200A, and outputs the collected radio field intensity data.
  • the data collection unit 300 includes a multiplexer 310, a bias application unit 320, an A / D conversion unit 330, and a control unit 340.
  • the multiplexer 310 outputs an instructed signal among a plurality of input signals.
  • the multiplexer 310 is connected to a plurality of measurement circuits 210A included in the measurement unit 200A.
  • the multiplexer 310 transmits, to the A / D conversion unit 330, a signal having an analog voltage measured by the measurement circuit 210A specified by an external selection instruction among the plurality of measurement circuits 210A connected thereto.
  • the A / D conversion unit 330 converts the voltage level of the signal received from the multiplexer 310 into digital data, and transmits the converted digital data (hereinafter referred to as radio wave intensity data) to the control unit 340.
  • the control unit 340 is an arithmetic circuit such as a CPU (Central Processing Unit). The control unit 340 controls each unit in the data collection unit 300.
  • Communication between the data collection unit 300 and the display device 500 is performed using a communication cable.
  • Communication between data collection unit 300 and display device 500 may be performed wirelessly (for example, wireless LAN (Local Area Network)).
  • the bias applying unit 320 is a D / A converter or the like.
  • the bias application unit 320 applies a bias to the bias line BL of the radio wave absorber 100B in response to an instruction from the control unit 340.
  • the display device 500 is, for example, a PC (Personal Computer).
  • Display device 500 includes a display unit 510 and a control unit 520.
  • the display unit 510 is a display device for displaying an image.
  • the control unit 520 is an arithmetic circuit such as a CPU (Central Processing Unit).
  • the control unit 520 controls each unit in the display device 500.
  • the control unit 520 performs processing for controlling each unit of the data collection unit 300.
  • the control unit 520 transmits a bias control instruction to the control unit 340.
  • the bias control instruction is an instruction for causing the bias applying unit 320 in the data collecting unit 300 to apply a specified bias (for example, 3 V) to the bias line BL of the radio wave absorber 100B. That is, the bias control instruction is an instruction for setting the resonance frequency in each cell CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100B to a specific frequency.
  • the control unit 340 transmits the received bias control instruction to the bias application unit 320.
  • the bias applying unit 320 applies a bias (for example, 3V) specified by the bias control instruction to the bias line BL of the radio wave absorber 100B in response to receiving the bias control instruction.
  • a bias for example, 3V
  • a designated bias for example, 3V
  • a specified bias may be applied to all the cells CL on the surface of the radio wave absorber 100B.
  • the resonance frequency in each cell CL arranged on the surface of the radio wave absorber 100B is set to a specific frequency. That is, the frequency of the front surface incident radio wave absorbed on the surface of the radio wave absorber 100B is controlled. That is, the control unit 520 controls the frequency of the surface incident radio wave absorbed on the surface of the radio wave absorber 100B according to the bias control instruction.
  • control unit 520 transmits a data collection control instruction to the control unit 340.
  • the data collection control instruction is an instruction for collecting data on the intensity of the front surface incident radio wave from the data collection unit 300.
  • the control unit 340 transmits a data request instruction RQ to the A / D conversion unit 330 in response to receiving the data collection control instruction.
  • the data request instruction RQ is an instruction for requesting data from the A / D conversion unit 330.
  • control unit 340 performs selection instruction transmission processing in response to reception of the data collection control instruction.
  • the selection instruction SL is transmitted to the multiplexer 310.
  • the selection instruction SL is an instruction for specifying the measurement circuit 210A connected to the multiplexer 310.
  • the multiplexer 310 transmits a signal having an analog voltage measured by the measurement circuit 210 ⁇ / b> A specified by the selection instruction SL to the A / D conversion unit 330 in response to reception of the selection instruction SL.
  • the voltage of the signal received by the A / D conversion unit 330 is a voltage indicating the intensity of the radio wave incident on the cell CL corresponding to the measurement circuit 210A.
  • the A / D conversion unit 330 converts the voltage level of the received signal into radio wave intensity data as digital data, and transmits the converted radio wave intensity data to the control unit 340.
  • the control unit 340 receives the radio field intensity data of the voltage measured by the measurement circuit 210A specified by the selection instruction SL.
  • the radio wave intensity data is data indicating the intensity of the radio wave incident on the cell CL corresponding to the measurement circuit 210A specified by the selection instruction SL.
  • the control unit 340 repeatedly performs the selection instruction transmission process until it receives the radio wave intensity data of the voltage measured by the measurement circuit 210A connected to the variable capacitance diodes in all the circles shown in FIG. In this case, each time the selection instruction transmission process is repeated, the selection instruction SL transmitted by the control unit 340 serves as an instruction for specifying a different measurement circuit 210A.
  • the selection instruction SL transmitted by the control unit 340 is one right from the circle on the upper left (first row, first column) of the plurality of circles illustrated in FIG. This is an instruction to specify the measurement circuit 210A connected to the variable capacitance diode in the circle (first row, second column).
  • a selection instruction SL for specifying the measurement circuit 210A connected to the variable capacitance diode in the leftmost circle in the next row is transmitted.
  • the selection instruction SL for specifying the measurement circuit connected to the variable capacitance diode in the lower right circle (fourth row, fourth column) of the plurality of circles shown in FIG. 12 is transmitted.
  • the control unit 340 acquires 16 radio wave intensity data of the voltage measured by the measurement circuit 210A connected to all the variable capacitance diodes in the circle shown in FIG.
  • radio wave intensity distribution data data including all radio wave intensity data received by repeating the selection instruction transmission process is referred to as radio wave intensity distribution data.
  • control unit 340 transmits the radio wave intensity distribution data to the control unit 520.
  • the display device 500 has a plurality of cells CL (a plurality of measurement circuits 210A included in the measurement unit 200A) corresponding to the plurality of cells CL in the surface of the radio wave absorber 100B in a very short time, that is, almost simultaneously.
  • Radio wave intensity distribution data indicating the radio wave intensity of the front surface incident radio wave incident on the cell CL) can be acquired.
  • the process of serially acquiring radio wave intensity data of a plurality of voltages respectively measured by the plurality of measurement circuits 210A included in the measurement unit 200A has been described, but the plurality of measurement circuits 210A each measured. It is good also as a structure which acquires the radio field intensity data of a some voltage simultaneously.
  • a plurality of measurement circuits 210A included in the measurement unit 200A may have an A / D conversion function, and the measurement unit 200A may send digital data to the control unit 340 by wired or wireless communication.
  • the A / D conversion unit 330 included in the data collection unit 300 is not necessary.
  • radio wave intensity measurement system in the sixth embodiment is similar to the radio wave intensity measurement system 10000 in FIG. 14, detailed description will not be repeated.
  • control unit 520 of the display device 500 acquires the radio wave intensity distribution data by the process described in the fifth embodiment, the control unit 520 generates a radio wave intensity distribution image based on the radio wave intensity distribution data. That is, the control unit 520 is an image generation unit that generates an image.
  • the radio wave intensity distribution image is an image showing the two-dimensional distribution of the intensity of the surface incident radio waves of the cells CL at a plurality of locations on the surface of the radio wave absorber 100B, respectively measured by the plurality of measurement circuits 210A included in the measurement unit 200A. . That is, the radio wave intensity distribution image is an image that visualizes the intensity of the measured surface incident radio wave corresponding to the positions of a plurality of measurement regions (cells CL).
  • the radio wave intensity distribution image generated by the control unit 520 is the following radio wave intensity distribution image G110.
  • the control unit 520 causes the display unit 510 to display the generated radio wave intensity distribution image G110.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a state in which the radio wave intensity distribution image G110 is displayed on the display unit 510 of the display device 500. As shown in FIG. 15, the display unit 510 displays a window image G100 in which a radio wave intensity distribution image G110 is arranged.
  • the radio wave intensity distribution image G110 is not a radio wave intensity distribution image when there are 16 measurement locations as shown in FIG. 12, but an image showing the radio wave intensity distribution when there are 25 measurement locations as an example.
  • the radio wave intensity distribution image G110 represents the intensity of the surface incident radio wave at the measurement location (cell CL) by color.
  • the intensity of radio waves is expressed in, for example, 10 levels from 1 to 10. It is assumed that the radio wave intensity “10” is the highest radio wave intensity.
  • the measurement locations (cells CL) having the radio wave intensity of “10”, “8”, “6”, “4”, and “1” are respectively red, orange, and yellow. , Shown in blue and purple.
  • the radio wave intensity distribution image G110 is displayed on the display unit 510, whereby the two-dimensional distribution of the intensity of the surface incident radio waves of the plurality of cells CL on the surface of the radio wave absorber 100B can be visualized. .
  • control unit 520 of the display device 500 performs the process for acquiring the radio wave intensity distribution data described in the fifth embodiment every predetermined time (for example, 1/15 second). Since the process of acquiring the radio wave intensity distribution data has been described in the fifth embodiment, the description will not be repeated.
  • the control unit 520 acquires the radio wave intensity distribution data every predetermined time (for example, 1/15 second). Then, every time the radio wave intensity distribution data is acquired, the control unit 520 generates a radio wave intensity distribution image based on the acquired radio wave intensity distribution data, and causes the display unit 510 to display the generated radio wave intensity distribution image. That is, different radio wave intensity distribution images are displayed on display unit 510 every predetermined time (for example, 1/15 seconds). That is, the display unit 510 displays the radio wave intensity distribution image generated by the control unit 520 every predetermined time while updating it.
  • radio wave intensity distribution image generated by the control unit 520 may be an image in which the polarization direction of the surface incident radio wave specified by the method described in Embodiment 2 is represented by an arrow or the like.
  • the radio wave intensity distribution data is acquired every predetermined time and the radio wave intensity distribution image based on the radio wave intensity distribution data is displayed every predetermined time.
  • the present invention is not limited to this, and the radio wave intensity distribution data may be sequentially acquired at a speed higher than a predetermined time, and the plurality of acquired radio wave intensity distribution data may be temporarily stored in a memory or the like.
  • a radio wave intensity distribution image based on each radio wave intensity distribution data may be sequentially displayed on the display unit 510 based on a plurality of radio wave intensity distribution data stored in the memory.
  • the radio wave intensity distribution image may be slowly reproduced by setting the measurement interval of the radio wave intensity distribution image to, for example, 1 millisecond and the display interval to, for example, 1/15 second.
  • the radio wave intensity measuring device and the radio wave intensity measuring system according to the present invention have been described using the first to sixth embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. Forms obtained by subjecting various embodiments to various modifications conceived by those skilled in the art and forms realized by arbitrarily combining components in the respective embodiments are also included in the present invention.
  • the measurement unit (for example, the measurement unit 200) that measures the intensity of the front surface incident radio wave may have a function of displaying the intensity.
  • the intensity of the front surface incident radio wave may be displayed by the brightness of the LED or the change of the color of the full color LED. Further, the color may be changed depending on the difference in the polarization of the front surface incident radio wave.
  • the LED or the like it is possible to visualize the two-dimensional distribution of the intensity of surface incident radio waves at a plurality of locations without using a PC. In this case, the cost of the radio wave intensity measurement system can be reduced.
  • a state in which a two-dimensional distribution of the intensity of surface incident radio waves at a plurality of locations is expressed using an LED or the like may be captured by a video camera and recorded and stored.
  • the present invention is suitable for measuring the spatial distribution of radiated radio wave noise in real time in EMC (Electro-Magnetic Compatibility) measurement in the development stage of electronic equipment. Further, the present invention is suitable for the case where the radiation pattern or the like is easily measured in antenna development.
  • EMC Electro-Magnetic Compatibility
  • the present invention is suitable for measuring the radio field intensity distribution in space in a real environment such as a room where a wireless communication device such as a mobile phone or a wireless LAN is used. That is, the present invention can be expected to have a great impact on the fields related to EMC, antennas, and propagation.
  • Radio wave intensity distribution image 100, 100B Radio wave absorber 200, 200A Measurement unit 211, 210A Measurement circuit 300 Data collection unit 340, 400, 520 Control unit 500 Display device 510 Display unit 1000, 1002, 1003, 1004, 1005 Radio wave intensity measuring device 10000 Radio wave intensity measuring system

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Abstract

 複数のセル(CL11,CL12,・・・)を有する平面を有し、平面に入射される電波を吸収する電波吸収部(100)と、複数のセルにおける、電波の強度を測定する測定部(200)とを備えることにより、電波強度を短時間で測定することが可能な電波強度計測装置および電波強度計測システムを提供する。

Description

電波強度計測装置および電波強度計測システム
 本発明は、電波強度を測定する電波強度計測装置および電波強度計測システムに関する。
 様々な電子機器から放射される電波(電磁波)ノイズが、実際に機器のどの部分から発生しているかを特定するためには、機器周辺での電波ノイズの空間分布を知ることが重要である。また、通信機器に組み込んだアンテナの指向性等を評価する場合も、放射される電波強度の空間分布を計測する必要がある。特許文献1には、複数の測定点に、電磁界プローブを順次移動させることにより、電波強度の空間分布を計測する技術(以下、従来技術Aともいう)が開示されている。
特開2003-66079号公報
 しかしながら、従来技術Aでは、複数の測定領域(測定点)の電波強度を測定するには、当該複数の測定領域に、電磁界プローブを順次移動させる必要がある。そのため、従来技術Aでは、複数の測定領域における電波強度を、短時間で測定することは困難である。
 本発明は、上記課題を解決するためのものであって、複数の測定領域における、電波強度を、短時間で測定することが可能な電波強度計測装置および電波強度計測システムを提供することを目的とする。
 上述の課題を解決するために、本発明のある局面に従うと、電波の強度を計測するための電波強度計測装置は、複数の測定領域を有する平面を有し、平面に入射される電波を吸収する電波吸収部と、複数の測定領域における、電波の強度を測定する測定部とを備える。
 好ましくは、複数の測定領域の各々の近傍には、測定部材が配置され、測定部は、複数の測定領域の各々の近傍に配置される測定部材を使用して、複数の測定領域における、電波の強度を測定する。
 好ましくは、複数の測定部材は行列状に配置され、複数の測定部材のうち、行方向に並ぶ一部の測定部材を使用して、測定部により測定される電波の強度と、複数の測定部材のうち、列方向に並ぶ一部の測定部材を使用して、測定部により測定される電波の強度とに基づいて、電波の偏波方向を識別する偏波方向識別部をさらに備える。
 好ましくは、電波吸収部は、共振した場合に電波を最大限に吸収する複数の共振回路を含み、複数の共振回路の各々の共振周波数を変更する共振周波数変更部をさらに備える。
 好ましくは、測定部は、複数の測定領域における電波の強度をそれぞれほぼ同時に測定する複数の測定回路を含む。
 好ましくは、複数の測定回路によりそれぞれ測定された複数の電波の強度をスキャンして収集するデータ収集部をさらに備える。
 本発明の他の局面に従う電波強度計測システムは、電波吸収部が有する平面が有する複数の測定領域における、電波の強度を測定する電波強度計測装置と、表示装置とを含む。電波強度計測装置は、さらに、データ収集部により収集された複数の電波の強度を、表示装置へ送信する送信部を備え、表示装置は、表示装置から受信した複数の電波の強度に基づいて、複数の電波の強度を、測定領域の位置に対応させて可視化した画像である電波強度分布画像を生成する画像生成部と、画像生成部により生成された電波強度分布画像を表示する表示部とを備える。
 好ましくは、複数の測定回路は、所定時間毎に、複数の測定領域における電波の強度をそれぞれ測定し、画像生成部は、所定時間毎に複数の測定回路によりそれぞれ測定された複数の電波の強度に基づいて電波強度分布画像を生成し、表示部は、画像生成部により所定時間毎に生成された電波強度分布画像を更新しながら表示する。
 本発明に係る電波強度計測装置は、電波吸収部が有する平面が有する複数の測定領域における、電波の強度を測定する。したがって、複数の測定領域における、電波強度を短時間で測定することができる。
 本発明に係る電波強度計測システムは、電波吸収部が有する平面が有する複数の測定領域における、電波の強度を測定する電波強度計測装置を含む。したがって、複数の測定領域における、電波強度を短時間で測定することができる。
図1は、実施の形態1における電波強度計測装置の一部である電波吸収部の外観を示す図である。 図2Aは、電波吸収部の断面を説明するための図である。 図2Bは、電波吸収部の断面を説明するための図である。 図3は、電波吸収部の表面に配置される複数のセルの一部を詳細に示す図である。 図4Aは、電波吸収部の断面を説明するための図である。 図4Bは、電波吸収部の断面を説明するための図である。 図5は、実施の形態1における電波強度計測装置の構成を示す図である。 図6は、実施の形態2における電波強度計測装置の構成を示すブロック図である。 図7は、電波吸収部の表面において生じる、電波の電界の吸収について説明するための図である。 図8Aは、実施の形態3における電波吸収部を説明するための図である。 図8Bは、実施の形態3における電波吸収部を説明するための図である。 図8Cは、実施の形態3における電波吸収部を説明するための図である。 図9は、電波吸収部の構成を詳細に示す図である。 図10は、実施の形態3の電波強度計測装置における電波吸収部の断面の構成を詳細に示す図である。 図11は、実施の形態4における電波強度計測装置の構成を示すブロック図である。 図12は、電波吸収部の表面の構成を示す図である。 図13は、電波吸収部を構成する、2つの基板の外観を示す図である。 図14は、実施の形態5における電波強度計測システムの構成を示すブロック図である。 図15は、表示装置の表示部に、電波強度分布画像が表示されている状態を示す図である。
 以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
 (実施の形態1)
 図1は、実施の形態1における電波強度計測装置1000の一部である電波吸収部100の外観を示す図である。電波強度計測装置1000は、電波の強度を計測するための装置である。
 図1に示されるように、電波強度計測装置1000は、電波吸収部100を備える。電波吸収部100の形状は、シート(薄板)状である。電波吸収部100の表面は、電波源RW10から照射される電波を吸収する。電波吸収部100は、誘電体基板(プリント基板)である。なお、電波吸収部100は、誘電体基板に限定されることなく、他の種類の基板であってもよい。なお、電波吸収部100は、測定者が容易に持ち運び可能なサイズであるとする。
 電波吸収部100の表面には、複数のセル(セルCL11,CL12,・・・,CL21,CL22,・・・)が行列状に配置される。以下においては、電波吸収部100の表面に配置される各セルを、セルCLとも表記する。したがって、セルCL11,CL12,・・・,CL21,CL22の各々は、セルCLとも表記する。複数のセルCLの各々は、銅板により形成される方形電極である。なお、セルCLの形状は、方形に限定されることなく、たとえば、三角形、六角形等の他の形状であってもよい。
 電波吸収部100の表面に配置される複数のセルCLの各々は、電波源RW10から照射される電波の波長よりも十分に短い間隔で行列状に配置される。また、電波吸収部100の表面に配置される複数のセルCLの各々の縦、横の長さ(サイズ)は、電波源RW10から照射される電波の波長よりも十分に短いとする。
 電波源RW10から照射される電波の周波数は、一例として、800MHz~2.4GHzの間の周波数であるとする。なお、周波数が800MHzの電波の波長は、37.5cmである。また、周波数が2.4GHzの電波の波長は、12.5cmである。この場合、たとえば、セルCL11と、セルCL12との間隔は、一例として、1ミリメートルであるとする。また、たとえば、セルCL11の縦および横の長さは、一例として、20ミリメートルであるとする。以下においては、電波吸収部100の表面に入射される電波を、表面入射電波という。
 電波吸収部100の裏面は、グランドとして機能する銅板で覆われる。なお、電波吸収部100の裏面は、銅板に限定されることなく、他の金属の板であってもよい。以下においては、電波吸収部100の裏面を、グランド面という。電波吸収部100の表面に配置される複数のセルCLの各々の表面は、ショートピン(以下、ビアという)により、グランド面と電気的に接続される。たとえば、セルCL11の表面は、ビアV11により、グランド面と電気的に接続される。
 電波吸収部100の裏面には、詳細は後述するが、電波吸収部100の表面に照射される電波の強度を測定するための複数の測定回路が配置される。
 図2Aおよび図2Bは、電波吸収部100の断面を説明するための図である。図2Aは、電波吸収部100の断面図である。なお、電波吸収部100の表面の各セルCL間には、後述する、図示しない抵抗が設けられるが、ここでは、説明を簡単にするため、抵抗を図示していない。
 図2Aに示されるように、電波吸収部100の断面図の構成により、表面入射電波に対して、電波吸収部100は、図2Bに示されるように、等価的にLC並列回路として機能する。すなわち、電波吸収部100は、表面入射電波に対して、LC並列回路としてのインピーダンスを持つシートとして機能する。すなわち、電波吸収部100は、周波数により入射電波の反射位相を変えたり、特定の周波数帯の表面波伝搬を遮断(バンドギャップ)したりする性質を持つ。
 図3は、電波吸収部100の表面に配置される複数のセルCLの一部を詳細に示す図である。図3に示されるように、電波吸収部100の表面に配置される複数のセルCLの各々は、抵抗により電気的に接続される。たとえば、セルCL11は、抵抗R11により、セルCL12と電気的に接続される。また、セルCL11は、抵抗R11Dにより、セルCL21と電気的に接続される。
 すなわち、複数のセルCLの各々の近傍には、1以上の抵抗が配置される。図3に示されるように、電波吸収部100には、複数の抵抗が配置される。電波吸収部100に配置される複数の抵抗は、行列状に配置される。
 電波吸収部100の表面に配置される各セルCL間を接続する抵抗は、当該抵抗に接続されているセルCLにおいて吸収される電波の電力(エネルギー)を消費する。なお、各セルCL間を接続する抵抗の値は、一例として、377オームであるとする。
 図4Aおよび図4Bは、電波吸収部100の断面を説明するための図である。図4Aは、電波吸収部100の断面図である。
 図4Aに示されるように、電波吸収部100の断面図の構成により、電波吸収部100の表面への入射電波に対して、電波吸収部100は、図4Bに示されるように、抵抗と、LC並列回路とが並列に接続される回路として機能する。当該抵抗は、等価的に自由空間の波動インピーダンスと整合したシート抵抗となる。
 ここで、電波吸収部100の表面に対し、LC並列回路の共振周波数と同じ周波数の電波が入射すると、LC並列回路のインピーダンスが無限大となる。この場合、LC並列回路は、存在しないことと同様になり、シート抵抗のみが、入射電波と整合して電波を吸収する。なお、電波吸収部100は、いわゆる、λ/4型電波吸収体(波長の1/4の厚さが必要)と同じ原理であるが、図4Aにより示される構造および図4Bに示す等価回路により、電波吸収部100は、入射電波の波長よりも極めて薄くできる。
 図5は、実施の形態1における電波強度計測装置1000の構成を示す図である。
 図5に示されるように、電波強度計測装置1000は、測定部200をさらに備える。測定部200は、複数の電波強度を測定する。測定部200は、複数の測定回路(測定回路211.1,211.2,211.3,・・・)を含む。以下においては、測定回路211.1,211.2,211.3の各々を、単に、測定回路211とも表記する。すなわち、測定部200に含まれる各測定回路を、測定回路211とも表記する。
 各測定回路211は、図5で示すように、電波吸収部100の表面に配置される複数のセルCLの各々に接続される抵抗の両端に電気的に接続される。たとえば、測定回路211.1は、セルCL11と、セルCL12とを接続する抵抗R11の両端に電気的に接続される。各測定回路211は、対応する抵抗により消費される電力を測定する。
 前述したように、電波吸収部100の表面に配置される各セルCL間を接続する抵抗は、接続されているセルCLにおいて吸収される電波の電力(エネルギー)を消費する。そのため、測定回路211により、対応する抵抗により消費される電力を計測すれば、対応するセルCLでの電波吸収量を計測することができる。すなわち、各測定回路211により、対応する抵抗に対応するセルCLに入射される電波の強度を測定することができる。
 つまり、電波吸収部100の表面に配置される各セルCLは、電波の強度を測定するための測定領域である。また、各セルCL間を接続する抵抗は、電波の強度を測定するために使用される測定部材である。なお、電波の強度を測定するために使用される測定部材は、抵抗に限定されず、例えば、抵抗と同様な性質を有する他の素子であってもよい。
 測定回路211は、電波吸収部100の表面に行列状に配置された複数のセルCL(セルCL11,CL12,・・・,CL21,CL22,・・・)の各々に接続される抵抗の両端に電気的に接続される。そのため、測定部200に含まれる複数の測定回路211の各々が測定する電波の強度を集計することにより、表面入射電波の強度の二次元分布を測定することができる。
 また、測定部200に含まれる複数の測定回路211の各々が測定する電波の強度を集計すれば、従来のように電磁界プローブ等のセンサを移動させるような手間をかけることなく、電波吸収部100の表面に入射して吸収された電波の電力(すなわち電波強度)の空間分布を測定することができる。また、上記電波の強度の集計を繰り返し行なうことで、時間経過に伴う、電波強度の空間分布の変化を測定することができる。
 以上説明したように、実施の形態1によれば、極めて短時間で(高速に)、ほぼリアルタイム(msec程度)で、表面入射電波の強度の二次元分布を計測できる。すなわち、複数の電波の測定領域における、電波強度を、極めて短時間で測定することができる。
 また、電波吸収部100の表面に配置されるセルCLのサイズは、電波源RW10から、電波吸収部100の表面に照射される電波の波長よりも十分小さいので、波長オーダ以下の細かい空間分解能が得られる。そのため、複数の電波間の干渉によるフェージングパターンなども高分解能で計測することができる。
 また、実施の形態1の電波吸収部100の構成によれば、アンテナアレイでアンテナどうしを近接させて計測する空間分解能を上げるときのような、アンテナ間結合の問題が生じない。
 また、実施の形態1によれば、電波吸収部100は、電波を吸収する部材であるので、被測定物から放射された電波の空間分布を(反射等により)乱すことなく計測できる。
 また、電波吸収部100は、測定者が容易に持ち運び可能なサイズであるので、電波吸収部100を電波の測定位置に容易に設置することができ、その場所の電波の空間分布を手軽に、かつ、リアルタイム(msec程度の時間分解能)で計測できる。
 (実施の形態2)
 実施の形態2では、表面入射電波の偏波方向を識別することが可能な電波強度計測装置について説明する。
 図6は、実施の形態2における電波強度計測装置1002の構成を示すブロック図である。図6に示されるように、電波強度計測装置1002は、図5の電波強度計測装置1000と比較して、データ収集部300と、制御部400とをさらに備える点が異なる。それ以外は、電波強度計測装置1000と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
 データ収集部300は、測定部200に含まれる複数の測定回路211から、測定された複数の電波強度を受信する。なお、データ収集部300は、電波強度の送信元となる測定回路211に接続されている抵抗の位置情報もあらかじめ把握しているとする。
 データ収集部300は、詳細は後述するが、受信した複数の電波強度を、制御部400へ送信する。制御部400は、CPU(Central Processing Unit)等の演算回路である。なお、制御部400は、外部のコンピュータ内に設けられたCPUであってもよい。
 図7は、電波吸収部100の表面において生じる、電波の電界の吸収について説明するための図である。
 図7に示されるように、電波吸収部100の表面において、横(X(行))方向に並ぶ抵抗(抵抗R11等)は、表面入射電波の電界の横方向の直線偏波を吸収する。また、電波吸収部100の表面において、縦(Y(列))方向に並ぶ抵抗(抵抗R11D等)は、表面入射電波の電界の縦方向の直線偏波を吸収する。
 また、表面入射電波の電界の方向が、斜め方向である場合、電波は、横および縦に並ぶ抵抗により同時に電力が吸収される。
 実施の形態2では、上記性質を利用して、横方向に並ぶ抵抗で消費(吸収)される電力と、縦方向に並ぶ抵抗で消費(吸収)される電力とに基づいて、表面入射電波の偏波方向(縦、横、斜め(斜め右上、斜め左上等))を識別する。
 具体的には、測定部200に含まれる複数の測定回路211の各々が、当該測定回路211に対応して接続される抵抗の消費電力(電波強度)を、データ収集部300へ送信する。前述したように、データ収集部300は、電波強度の送信元となる測定回路211に接続されている抵抗の位置情報もあらかじめ把握しているとする。抵抗の位置情報は、セルCLの特定情報、および、当該セルCLにおける抵抗の接続位置を示す情報であるとする。
 たとえば、データ収集部300は、測定回路211.1から受信した電波強度は、セルCL11の右横に接続されている抵抗R11(図7参照)の消費電力であることを把握している。
 この場合、抵抗の位置情報は、セルCLの特定情報(CL11)、および、当該セルCLにおける抵抗の接続位置(右)を示す情報であるとする。データ収集部300は、受信した電波強度と、当該電波強度が測定された抵抗の位置情報とを対応づけて、制御部400へ送信する。
 制御部400は、同一のセルCLに接続される互いに直交して接続される2つの抵抗にそれぞれ対応する2つの電波強度(消費電力)により、表面入射電波の偏波方向を識別する。
 すなわち、制御部400は、同一のセルCLに対し横(行)方向に接続される抵抗に対応する電波強度(消費電力)と、当該同一のセルCLに対し縦(列)方向に接続される抵抗に対応する電波強度(消費電力)とに基づいて、表面入射電波の偏波方向を識別する。つまり、制御部400は、電波吸収部100に配置される複数の抵抗のうち、横(行)方向に並ぶ一部の抵抗に対応する電波強度(消費電力)と、当該複数の抵抗のうち、縦(列)方向に並ぶ一部の抵抗に対応する電波強度(消費電力)とに基づいて、表面入射電波の偏波方向を識別する。
 ここで、セルCLに対して横(行)方向に接続されている抵抗に吸収される電力(消費電力)をPHとする。また、セルCLに対して縦(列)方向に接続されている抵抗に吸収される電力(消費電力)をPVとする。
 たとえば、図7のセルCL11に接続される抵抗R11の消費電力を電力PHとする。また、図7のCL11に接続される抵抗R11Dの消費電力を電力PVとする。この場合、制御部400は、電力PHと、電力PVとに基づいて、表面入射電波の偏波方向を識別する。
 電力PVが“0”以外であり、かつ、電力PHが“0”である場合、制御部400は、表面入射電波が直線偏波であり、表面入射電波の偏波方向が縦(Y)方向であると識別する。また、電力PVが“0”であり、かつ、電力PHが“0”以外である場合、制御部400は、表面入射電波が直線偏波であり、表面入射電波の偏波方向が横(X)方向であると識別する。
 また、電力PVが“0”以外であり、かつ、電力PHが“0”以外である場合、制御部400は、表面入射電波が、直線偏波、円偏波および楕円偏波のいずれかであると判定する。なお、表面入射電波が、円偏波または楕円偏波である場合、縦横の抵抗に同時に電力が吸収されるため、そのままでは斜め方向の直線偏波と区別できない。この場合、電波吸収部100を、たとえば、時計周りに45度回転させた状態において、電力PVが“0”であり、かつ、電力PHが“0”以外である場合、制御部400は、表面入射電波が直線偏波であり、表面入射電波の偏波方向が、縦軸を反時計周りに45度回転させた状態での当該縦軸の方向であると識別する。
 また、電波吸収部100を時計周りに45度回転させた状態において、電力PVが“0”以外であり、かつ、電力PHが“0”である場合、制御部400は、表面入射電波が直線偏波であり、表面入射電波の偏波方向が、縦軸を時計周りに45度回転させた状態での当該縦軸の方向であると識別する。
 また、電波吸収部100を所定角度(例えば、時計周りに45度)回転させた状態の電力PVおよび電力PHの値が、電波吸収部100を回転させる前と比較して、変化しない場合、制御部400は、表面入射電波が円偏波であると判定する。ただし、円偏波の回転方向までは識別できない。
 また、電波吸収部100を、所定角度(例えば、時計周りに45度)回転させた状態の電力PVおよび電力PHの値が、電波吸収部100を回転させる前と比較して、変化し、かつ、“0”でない場合、制御部400は、表面入射電波が楕円偏波であると判定する。ただし、楕円偏波の回転方向までは識別できない。
 なお、電力PVが“0”以外であり、かつ、電力PHが“0”以外である場合、電波吸収部100を回転させる角度を45度以外の角度とすることで、縦軸を時計周りに45度回転させた状態での当該縦軸の方向以外の偏波方向も識別可能である。
 電波吸収部100を、たとえば、時計周りに30度回転させた状態において、電力PVが“0”以外であり、かつ、電力PHが“0”である場合、制御部400は、表面入射電波が直線偏波であり、表面入射電波の偏波方向が、縦軸を時計周りに30度回転させた状態での当該縦軸の方向であると識別する。
 また、電波吸収部100を、たとえば、時計周りに60度回転させた状態において、電力PVが“0”以外であり、かつ、電力PHが“0”である場合、制御部400は、表面入射電波が直線偏波であり、表面入射電波の偏波方向が、縦軸を時計周りに60度回転させた状態での当該縦軸の方向であると識別する。
 すなわち、制御部400は、電波の偏波方向を識別する偏波方向識別部である。
 以上説明したように、実施の形態2によれば、同一のセルCLに接続される互いに直交して接続される2つの抵抗にそれぞれ対応する2つの電波強度(消費電力)に基づいて、表面入射電波の電界の縦方向・横方向の偏波を同時に計測することができる。
 すなわち、制御部400は、同一のセルCLに対し横(行)方向に接続される抵抗に対応する電波強度(消費電力)と、当該同一のセルCLに対し縦(列)方向に接続される抵抗に対応する電波強度(消費電力)とに基づいて、表面入射電波の電界の縦方向・横方向の偏波を同時に計測することができる。つまり、制御部400は、電波吸収部100に配置される複数の抵抗のうち、横(行)方向に並ぶ一部の抵抗に対応する電波強度(消費電力)と、当該複数の抵抗のうち、縦(列)方向に並ぶ一部の抵抗に対応する電波強度(消費電力)とに基づいて、表面入射電波の電界の縦方向・横方向の偏波を同時に計測することができる。
 したがって、表面入射電波の縦・横・斜めの直線偏波方向を識別することができる。
 なお、表面入射電波の偏波方向は、同一のセルCLに接続される互いに直交して接続される2つの抵抗に限定されず、行方向に並ぶ2つ以上の抵抗の合計の消費電力と、列方向に並ぶ2つ以上の抵抗の合計の消費電力とに基づいて識別されてもよい。
 なお、表面入射電波の偏波方向の識別は上記方法に限定されない。電力を計測する際、表面入射電波の振幅(電波強度)に加え、表面入射電波の位相も計測するようにしてもよい。この場合、電波吸収部100を回転させることなく、制御部400は、表面入射電波が、直線偏波、円偏波および楕円偏波のいずれであるか特定できる。
 また、制御部400は、表面入射電波が直線偏波である場合、表面入射電波の偏波方向(例えば、縦軸を時計周りに45度回転させた状態での当該縦軸の方向)も識別できる。また、制御部400は、表面入射電波が円偏波である場合、当該円偏波の回転方向(例えば、右回り)も識別できる。また、制御部400は、表面入射電波が楕円偏波である場合、当該楕円偏波の回転方向も識別できる。
 (実施の形態3)
 実施の形態1,2では、図4Bに示す等価回路において、LC並列回路が共振し、LC並列回路のインピーダンスが無限大となる場合は、表面入射電波の周波数が、当該LC並列回路の共振周波数となる場合のみである。そのため、実施の形態1,2では、電波吸収部100が表面入射電波を大きく吸収できる周波数帯域は極めて狭いものであった。
 実施の形態3では、電波吸収部が吸収できる電波、すなわち、測定する電波の周波数帯域を広げるための構成を説明する。
 電波吸収部が吸収できる電波の周波数帯域を広げるためには、LC並列回路において、LまたはCの値を可変とすることが考えられる。Lは、電波吸収部の厚さで決まってしまうので、Cを可変とする。
 実施の形態3では、図1、図3および図5等に示される電波吸収部100の代わりに以下の電波吸収部100Aが使用される。
 図8A、図8Bおよび図8Cは、実施の形態3における電波吸収部100Aを説明するための図である。図8Aは、電波吸収部100Aの表面を示す図である。以下においては、電波吸収部100Aの表面に入射される電波も、表面入射電波という。
 図8Aに示されるように、電波吸収部100Aは、図3の電波吸収部100と比較して、各セルCL間が、図示されない抵抗に加えて、高周波可変容量ダイオードにより電気的に接続される点が異なる。それ以外は、電波吸収部100と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
 図8Bは、電波吸収部100Aの断面の構成を簡易に示す図である。なお、図8Bでは、図を簡略化するために、抵抗は図示していない。図8Bに示されるように、電波吸収部100Aの表面に配置される複数のセルCLには、1つおきに、セルCLに対し適切なバイアス電圧が印加される。以下においては、バイアス電圧が印加されるセルCLを、バイアス印加セルという。また、以下においては、グランドに接続されるセルCLをグランド接続セルという。
 たとえば、図8Aおよび図8Bに示されるように、セルCL11,CL22には、電圧が印加される。すなわち、セルCL11,CL22は、バイアス印加セルである。また、セルCL12,CL21は、グランドに接続される。すなわち、セルCL12,CL21は、グランド接続セルである。この構成により、セルCL間の高周波可変容量ダイオード(たとえば、可変容量ダイオードCD21)の容量を変化させることができる。
 電波吸収部100Aに示す構成を、等価回路で示すと、図8Cのような、LC並列回路になる。すなわち、電波吸収部100Aは、共振周波数を変化させることが可能な複数のLC並列回路を有する。
 図9は、電波吸収部100Aの構成を詳細に示す図である。図9に示されるように、各セルCL間は、直列に接続された抵抗およびDC(direct current)(直流)カット用コンデンサにより、電気的に接続される。たとえば、セルCL11と、セルCL12とは、直列に接続された抵抗R11およびDCカット用コンデンサC11により、電気的に接続される。
 図10は、実施の形態3の電波強度計測装置1003における電波吸収部100Aの断面の構成を詳細に示す図である。なお、図10では、図を簡略化するために、図9に示したDCカット用コンデンサは、図示していない。また、電波強度計測装置1003は、図5の電波強度計測装置1000と同様に、測定部200を備えるが、図を簡略化するために、図10では、測定部200は図示していない。
 図10に示されるように、電波吸収部100Aは、図5の電波吸収部100と同様に電波を吸収する基板103の裏面に、基板103Aが貼り付けられた構造を有する。電波吸収部100Aには、グランド線GLと、バイアス線BLとが設けられる。
 バイアス線BLには、直流電源P100が接続される。直流電源P100は、バイアス線BLに供給する電圧を変化することができる。グランド線GLは、グランド接続セル(たとえば、セルCL21)と、ビア(たとえば、ビアV21)により電気的に接続される。バイアス線BLは、ノイズカット用のインダクタ(たとえば、L22)を介して、ビア(たとえば、ビアV22)によりバイアス印加セル(たとえば、セルCL22)と電気的に接続される。
 また、バイアス印加セル(たとえば、セルCL22)は、ビア(たとえば、ビアV22)およびコンデンサ(たとえば、コンデンサC22)を介して、グランド線GLと電気的に接続される。
 直流電源P100が、バイアス線BLに供給する電圧を変化させることにより、セルCL間の高周波可変容量ダイオード(たとえば、可変容量ダイオードCD21)の容量を変化させることができる。
 以上説明したように、実施の形態3によれば、セルCL間の高周波可変容量ダイオードの容量を変化させることが可能な構成を有する。そのため、電波吸収部100Aの有する複数のLC並列回路の共振周波数を変化させることができる。すなわち、直流電源P100は、共振回路の共振周波数を変更する共振周波数変更部である。
 電波吸収部100Aは、LC並列回路が共振したとき、すなわち、LC並列回路の共振周波数と、表面入射電波の周波数とが一致したときに、表面入射電波を最大限に(効率よく)吸収する。
 したがって、実施の形態3によれば、LC並列回路の共振周波数を可変とすることにより、電波吸収部100Aが吸収できる表面入射電波、すなわち、測定する表面入射電波の周波数帯域を広げることができる。すなわち、バイアス電圧をコントロールすることで、広帯域の電波を計測できる。その結果、電波強度計測装置1003を、数百MHz~数GHzの広帯域周波数に適用することができる。
 なお、バイアス電圧を掃引して、計測された値が最も強くなる周波数を調べれば、表面入射電波の周波数をある程度識別することが可能である。この場合、電波強度計測装置1003は、スペクトラムアナライザのように対象電波の周波数を識別できる。
 (実施の形態4)
 実施の形態4では、実施の形態1~3とは異なる構成を有する電波強度計測装置について説明する。
 図11は、実施の形態4における電波強度計測装置1004の構成を示すブロック図である。図11に示されるように、電波強度計測装置1004は、図5の電波強度計測装置1000と比較して、電波吸収部100の代わりに電波吸収部100Bを備える点と、測定部200の代わりに測定部200Aを備える点とが異なる。それ以外は、電波強度計測装置1000と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
 電波吸収部100Bは、図10の電波吸収部100Aと比較して、複数の抵抗のうち、一部の抵抗を、測定回路210A(測定回路210A.1,210A.2,・・・)と置き換えている点が異なる。それ以外は、電波吸収部100Aと同様なので詳細な説明は繰り返さない。以下においては、測定回路210A.1,210A.2,・・・の各々を、単に、測定回路210Aとも表記する。
 以下においては、電波吸収部100Bの表面に入射される電波も、表面入射電波という。また、電波吸収部100Bは、図8Aの電波吸収部100Aと同様に、電波吸収部100Bの表面に配置される複数のセルCLには、縦および横方向に、1つおきに、バイアス電圧が印加される。
 たとえば、セルCL21は、グランド線GLと電気的に接続される。すなわち、セルCL21は、グランド接続セルである。また、セルCL22は、バイアス線BLと電気的に接続される。すなわち、セルCL22は、バイアス印加セルである。
 図12は、電波吸収部100Bの表面の構成を示す図である。図12に示されるように、たとえば、セルCL20,CL11,CL22は、バイアス印加セルである。また、セルCL10,CL21,CL12は、グランド接続セルである。
 図12に示される16個の円内には、可変容量ダイオード(たとえば、可変容量ダイオードCD21)のみが設けられる。
 また、図11に示されるように、電波吸収部100Bは、図10の電波吸収部100Aと同様に電波を吸収する基板104の裏面に、基板104Bが貼り付けられた構造を有する。
 図13は、電波吸収部100Bを構成する、基板104および基板104Bの外観を示す図である。図13に示されるように、基板104の表面は、電波を吸収する面である。基板104の裏面には銅によりグランド層が形成される。基板104Bの片面には、バイアス層が形成されるとともに、複数の測定回路210Aを含む測定部200Aが設けられる。
 また、図11に示されるように、測定部200Aは、複数の測定回路210A(測定回路210A.1,210A.2,・・・)を含む。各測定回路210Aは、図11で示すように、セルCL間に接続される可変容量ダイオードの両端に電気的に接続される。測定回路210Aは、図12に示される円内に設けられる可変容量ダイオードに対してのみ接続される。たとえば、測定回路210A.1は、セルCL21と、セルCL22とを接続する可変容量ダイオードCD21の両端に電気的に接続される。すなわち、測定回路210A.1は、セルCL21と、セルCL22との両端に電気的に接続される。
 各測定回路210Aは、置き換えられた抵抗のインピーダンスと同じ入力インピーダンス(たとえば、377オーム)を有する整合回路211Aと、対数増幅器211Bとを有する。たとえば、セルCL21と、セルCL22との間には、図10の抵抗R21の代わりに測定回路210A.1が接続される。各測定回路210Aは、図13に示すように、基板104Bの一方の面に設けられる。
 また、図11に示されるように、各測定回路210Aは、抵抗R21のインピーダンスと同じ入力インピーダンス(たとえば、377オーム)を有する整合回路211Aと、対数増幅器211Bとを有する。測定回路210A.1に含まれる整合回路211Aは、セルCL21と、セルCL22との間に接続される。整合回路211Aは、対数増幅器211Bと電気的に接続される。整合回路211Aは、接続されているセルCLにおいて吸収される電波の電力(エネルギー)を消費する。
 対数増幅器211Bは、整合回路211Aで消費される電力を対数的に測定し、測定した電力に応じたアナログ電圧を出力する。すなわち、対数増幅器211Bにより、整合回路211Aで消費される電力を計測すれば、対応するセルCLでの電波吸収量を計測することができる。すなわち、測定回路210Aにより、整合回路211Aに対応するセルCLに入射される表面入射電波の強度を測定することができる。なお、測定部200Aに含まれる他の測定回路210Aも、測定回路210A.1と同様な構成なので詳細な説明は繰り返さない。
 以上の構成において、測定部200Aは、測定部200Aに含まれる複数の測定回路210Aの各々により、対応する可変容量ダイオードに接続されるセルCLに入射される表面入射電波の強度を同時に測定することができる。そのため、電波吸収部100Bの表面において、複数箇所の表面入射電波の強度を同時に測定することができる。
 なお、表面入射電波の振幅と位相を計測する場合は、電波強度計測装置1004に、振幅・位相計測回路を設ける。なお、この場合、電波強度計測装置1004に振幅・位相計測回路を設けたうえで、さらに、周波数変換回路を設けてもよい。
 (実施の形態5)
 実施の形態5では、電波吸収部に電圧を印加し、表面入射電波の強度のデータを収集することが可能な電波強度計測システムについて説明する。
 図14は、実施の形態5における電波強度計測システム10000の構成を示すブロック図である。
 図14に示されるように、電波強度計測システム10000は、電波強度計測装置1005と、表示装置500とを含む。
 電波強度計測装置1005は、図11の電波強度計測装置1004と比較して、さらに、データ収集部300を備える。それ以外の構成は、電波強度計測装置1004と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
 データ収集部300は、測定部200Aに含まれる複数の測定回路210Aによりそれぞれ測定された複数の電波強度をスキャンして収集し、収集した電波強度のデータを出力する。データ収集部300は、マルチプレクサ310と、バイアス印加部320と、A/D変換部330と、制御部340とを含む。
 マルチプレクサ310は、入力される複数の信号のうち指示された信号を出力する。マルチプレクサ310は、測定部200Aに含まれる複数の測定回路210Aに接続される。マルチプレクサ310は、接続される複数の測定回路210Aのうち、外部からの選択指示により特定される測定回路210Aにより測定されたアナログ電圧を有する信号を、A/D変換部330へ送信する。
 A/D変換部330は、マルチプレクサ310から受信した信号の電圧レベルを、ディジタルデータに変換し、変換したディジタルデータ(以下、電波強度データという)を、制御部340へ送信する。制御部340は、CPU(Central Processing Unit)等の演算回路である。制御部340は、データ収集部300内の各部を制御する。
 データ収集部300と、表示装置500との間の通信は、通信ケーブルを利用して行なわれる。なお、データ収集部300と、表示装置500との間の通信は、無線(たとえば、無線LAN(Local Area Network))により、行なわれてもよい。
 バイアス印加部320は、D/A変換器等である。バイアス印加部320は、制御部340からの指示に応じて、電波吸収部100Bのバイアス線BLにバイアスを印加する。
 表示装置500は、一例として、PC(Personal Computer)である。表示装置500は、表示部510と、制御部520とを含む。表示部510は、画像を表示するための表示装置である。制御部520は、CPU(Central Processing Unit)等の演算回路である。制御部520は、表示装置500内の各部を制御する。また、制御部520は、データ収集部300の各部を制御するための処理を行う。
 次に、制御部520の制御により、表面入射電波の強度のデータを収集するための処理について説明する。
 まず、制御部520は、バイアス制御指示を、制御部340へ送信する。バイアス制御指示は、データ収集部300内のバイアス印加部320に、電波吸収部100Bのバイアス線BLに、指定したバイアス(たとえば、3V)を印加させるための指示である。すなわち、バイアス制御指示は、電波吸収部100Bの表面に配置される各セルCLにおける共振周波数を特定の周波数に設定するための指示である。制御部340は、バイアス制御指示を受信すると、受信したバイアス制御指示を、バイアス印加部320へ送信する。
 バイアス印加部320は、バイアス制御指示の受信に応じて、電波吸収部100Bのバイアス線BLに、バイアス制御指示により指定されたバイアス(たとえば、3V)を印加する。これにより、電波吸収部100Bの表面の複数のセルCLの一部のセルCL(たとえば、セルCL11,CL22)に、指定されたバイアス(たとえば、3V)が印加される。なお、電波吸収部100Bの表面のセルCL全てに指定されたバイアスが印加されてもよい。
 これにより、電波吸収部100Bの表面に配置される各セルCLにおける共振周波数が特定の周波数に設定される。すなわち、電波吸収部100Bの表面において吸収される、表面入射電波の周波数が制御される。すなわち、制御部520は、バイアス制御指示により、電波吸収部100Bの表面において吸収される、表面入射電波の周波数を制御する。
 また、制御部520は、データ収集制御指示を、制御部340へ送信する。データ収集制御指示は、データ収集部300から、表面入射電波の強度のデータを収集するための指示である。
 制御部340は、データ収集制御指示の受信に応じて、データリクエスト指示RQを、A/D変換部330へ送信する。データリクエスト指示RQは、A/D変換部330にデータを要求するための指示である。
 また、制御部340は、データ収集制御指示の受信に応じて、選択指示送信処理を行なう。選択指示送信処理では、選択指示SLを、マルチプレクサ310へ送信する。選択指示SLは、マルチプレクサ310に接続される測定回路210Aを特定するための指示である。
 マルチプレクサ310は、選択指示SLの受信に応じて、選択指示SLにより特定される測定回路210Aにより測定されたアナログ電圧を有する信号を、A/D変換部330へ送信する。A/D変換部330が受信する信号の電圧は、測定回路210Aに対応するセルCLに入射される電波の強度を示す電圧である。
 A/D変換部330は、受信した信号の電圧レベルを、ディジタルデータとしての電波強度データに変換し、変換した電波強度データを、制御部340へ送信する。これにより、制御部340は、選択指示SLにより特定される測定回路210Aにより測定された電圧の電波強度データを受信する。当該電波強度データは、選択指示SLにより特定される測定回路210Aに対応するセルCLに入射される電波の強度を示すデータである。
 制御部340は、図12に示される全ての円内の可変容量ダイオードに接続される測定回路210Aにより測定した電圧の電波強度データを受信するまで、上記選択指示送信処理を繰り返し行う。この場合、選択指示送信処理が繰り返される毎に、制御部340が送信する選択指示SLは、異なる測定回路210Aを特定するための指示となる。
 たとえば、制御部340が送信する選択指示SLは、選択指示送信処理が繰り返される毎に、図12に示される複数の円のうち、左上(1行1列目)の円から、1つ右の円(1行2列目)内の可変容量ダイオードに接続される測定回路210Aを特定する指示となる。なお、右側に円が存在しない場合、選択指示送信処理では、次の行の一番左の円内の可変容量ダイオードに接続される測定回路210Aを特定する選択指示SLが送信される。
 最終的には、図12に示される複数の円の右下の円(4行4列目)内の可変容量ダイオードに接続される測定回路を特定する選択指示SLが送信される。この処理により、制御部340は、図12に示される全ての円内の可変容量ダイオードに接続される測定回路210Aにより測定した電圧の16個の電波強度データを取得する。
 なお、1回の選択指示送信処理は、極めて短時間で終了する。そのため、制御部340は、極めて短時間で、すなわち、ほぼ同時に、16個の電波強度データを取得する。以下においては、選択指示送信処理が繰り返されることにより受信した全ての電波強度データを含むデータを、電波強度分布データという。
 そして、制御部340は、電波強度分布データを、制御部520へ送信する。
 以上の処理により、表示装置500は、極めて短時間で、すなわち、ほぼ同時に、電波吸収部100Bの表面の複数箇所のセルCL(測定部200Aに含まれる複数の測定回路210Aにそれぞれ対応する複数のセルCL)に入射される表面入射電波の電波強度を示す電波強度分布データを取得することができる。
 以上説明したように、実施の形態5によれば、極めて短時間で、すなわち、ほぼ同時に、電波吸収部100Bの表面の複数箇所のセルCLに入射される表面入射電波の電波強度を示す電波強度分布データを取得することができる。
 なお、実施の形態5では、測定部200Aに含まれる複数の測定回路210Aがそれぞれ測定した複数の電圧の電波強度データをシリアルに取得する処理を説明したが、複数の測定回路210Aがそれぞれ測定した複数の電圧の電波強度データを同時に取得する構成としてもよい。
 なお、測定部200Aに含まれる複数の測定回路210AにA/D変換機能を持たせ、測定部200Aが、有線または無線通信によりディジタルデータを制御部340に送る構成としてもよい。この場合、データ収集部300に含まれるA/D変換部330は不要となる。
 (実施の形態6)
 実施の形態6では、電波の強度分布を示す画像を生成し、生成した画像を表示するための処理について説明する。
 実施の形態6における電波強度計測システムは、図14の電波強度計測システム10000と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
 表示装置500の制御部520は、実施の形態5で説明した処理により、電波強度分布データを取得すると、当該電波強度分布データに基づいて、電波強度分布画像を生成する。すなわち、制御部520は、画像を生成する画像生成部である。
 電波強度分布画像は、測定部200Aに含まれる複数の測定回路210Aによりそれぞれ測定された、電波吸収部100Bの表面の複数箇所のセルCLの表面入射電波の強度の二次元分布を示す画像である。すなわち、電波強度分布画像は、複数の測定領域(セルCL)の位置に対応させて、測定された表面入射電波の強度を可視化した画像である。
 ここで、制御部520により、生成された電波強度分布画像は、以下の電波強度分布画像G110であるとする。この場合、制御部520は、生成した電波強度分布画像G110を、表示部510に表示させる。
 図15は、表示装置500の表示部510に、電波強度分布画像G110が表示されている状態を示す図である。図15に示されるように、表示部510には、電波強度分布画像G110が配置されたウインドウ画像G100が表示される。
 電波強度分布画像G110は、図12のように測定箇所が16個ある場合の電波強度分布画像ではなく、測定箇所が、一例として、25箇所ある場合の電波強度分布を示す画像である。電波強度分布画像G110は、色により、測定箇所(セルCL)の表面入射電波の強度を表現する。
 ここで、電波の強度を、たとえば、1~10の10段階で表現するとする。なお、電波強度“10”が最も大きい電波強度であるとする。この場合、電波強度分布画像G110では、電波強度が“10”,“8”,“6” ,“4” ,“1”である測定箇所(セルCL)を、それぞれ、赤色、だいだい色、黄色、青色および紫色で示す。
 以上のように、電波強度分布画像G110が、表示部510に表示されることにより、電波吸収部100Bの表面における複数箇所のセルCLの表面入射電波の強度の二次元分布を可視化することができる。
 次に、時間経過に伴って変化する電波強度分布画像を、動画として表示する処理について説明する。
 この場合、表示装置500の制御部520は、所定時間(たとえば、1/15秒)毎に、実施の形態5で説明した、電波強度分布データを取得するための処理を行なう。電波強度分布データを取得する処理は、実施の形態5で説明したので説明は繰り返さない。
 この場合、制御部520は、所定時間(たとえば、1/15秒)毎に、電波強度分布データを取得する。そして、制御部520は、電波強度分布データを取得する毎に、取得した電波強度分布データに基づいて、電波強度分布画像を生成し、生成した電波強度分布画像を表示部510に表示させる。すなわち、表示部510には、所定時間(たとえば、1/15秒)毎に、異なる電波強度分布画像が表示される。つまり、表示部510は、制御部520により所定時間毎に生成された電波強度分布画像を更新しながら表示する。
 したがって、電波吸収部100Bの表面における複数箇所のセルCLの表面入射電波の強度の二次元分布の変化の状態をリアルタイムに可視化することができる。
 なお、制御部520が生成する電波強度分布画像は、実施の形態2で説明した方法により特定した表面入射電波の偏波方向を、矢印等で表現した画像であってもよい。
 実施の形態5では、所定時間毎に、電波強度分布データを取得して、所定時間毎に、電波強度分布データに基づく電波強度分布画像を表示する例を説明した。しかしながら、これに限定されず、所定時間よりも高速に、電波強度分布データを順次取得し、取得した複数の電波強度分布データを、一旦、メモリ等に記憶させておいてもよい。
 この場合、メモリ記憶させた複数の電波強度分布データに基づいて、各電波強度分布データに基づく電波強度分布画像を、順次、表示部510に表示させてもよい。なお、電波強度分布画像の計測間隔を、たとえば、1ミリ秒とし、表示間隔を、たとえば、1/15秒とすることにより、電波強度分布画像をスロー再生してもよい。
 以上、本発明に係る電波強度計測装置および電波強度計測システム等について、実施の形態1~6を用いて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、各実施の形態における構成要素を任意に組み合わせて実現される形態も、本発明に含まれる。
 たとえば、表面入射電波の強度を測定する測定部(たとえば、測定部200)自体に、強度を表示する機能を持たせてもよい。この場合、表面入射電波の強度を、LEDの明るさ、またはフルカラーLEDの色の変化で表示してもよい。また、表面入射電波の偏波の違いにより色を変えてもよい。
 このように、LED等を使用することで、PCを用いることなく、複数箇所の表面入射電波の強度の二次元分布を可視化することができる。この場合、電波強度計測システムのコストを低減させることができる。
 なお、上記のように、LED等を使用して複数箇所の表面入射電波の強度の二次元分布を表現している状態を、ビデオカメラで撮影して記録・保存してもよい。
 本発明は、電子機器開発段階のEMC(Electro-Magnetic Compatibility)(電磁環境)計測における放射電波ノイズの空間分布をリアルタイムで計測する場合に適する。また、本発明は、アンテナ開発においてその放射パターン等を手軽に計測する場合に適する。
 また、本発明は、携帯電話や無線LAN等の無線通信機器が使用されている室内等の実環境において空間の電波強度分布をリアルタイムで計測する場合に適する。すなわち、本発明は、EMC・アンテナ・伝搬に関する分野に大きなインパクトを与えると期待できる。
 CL11,CL12,CL21,CL22 セル
 R11 抵抗
 CD21 可変容量ダイオード
 P100 直流電源
 G110 電波強度分布画像
 100,100B 電波吸収部
 200,200A 測定部
 211,210A 測定回路
 300 データ収集部
 340,400,520 制御部
 500 表示装置
 510 表示部
 1000,1002,1003,1004,1005 電波強度計測装置
 10000 電波強度計測システム

Claims (8)

  1.  電波の強度を計測するための電波強度計測装置であって、
     複数の測定領域を有する平面を有し、前記平面に入射される前記電波を吸収する電波吸収部と、
     前記複数の測定領域における、前記電波の強度を測定する測定部と
     を備える、電波強度計測装置。
  2.  前記複数の測定領域の各々の近傍には、測定部材が配置され、
     前記測定部は、前記複数の測定領域の各々の近傍に配置される前記測定部材を使用して、前記複数の測定領域における、前記電波の強度を測定する、
     請求項1に記載の電波強度計測装置。
  3.  複数の前記測定部材は行列状に配置され、
     前記複数の測定部材のうち、行方向に並ぶ一部の測定部材を使用して、前記測定部により測定される前記電波の強度と、前記複数の測定部材のうち、列方向に並ぶ一部の測定部材を使用して、前記測定部により測定される前記電波の強度とに基づいて、前記電波の偏波方向を識別する偏波方向識別部をさらに備える、
     請求項2に記載の電波強度計測装置。
  4.  前記電波吸収部は、共振した場合に前記電波を最大限に吸収する複数の共振回路を含み、
     前記複数の共振回路の各々の共振周波数を変更する共振周波数変更部をさらに備える、
     請求項1に記載の電波強度計測装置。
  5.  前記測定部は、前記複数の測定領域における前記電波の強度をそれぞれほぼ同時に測定する複数の測定回路を含む、
     請求項1に記載の電波強度計測装置。
  6.  前記複数の測定回路によりそれぞれ測定された複数の前記電波の強度をスキャンして収集するデータ収集部をさらに備える、
     請求項5に記載の電波強度計測装置。
  7.  請求項6に記載の電波強度計測装置と、表示装置とを含む電波強度計測システムであって、
     前記電波強度計測装置は、さらに、
      前記データ収集部により収集された前記複数の電波の強度を、前記表示装置へ送信する送信部を備え、
     前記表示装置は、
      前記表示装置から受信した前記複数の電波の強度に基づいて、前記複数の電波の強度を、前記測定領域の位置に対応させて可視化した画像である電波強度分布画像を生成する画像生成部と、
      前記画像生成部により生成された前記電波強度分布画像を表示する表示部と
     を備える、電波強度計測システム。
  8.  前記複数の測定回路は、所定時間毎に、前記複数の測定領域における前記電波の強度をそれぞれ測定し、
     前記画像生成部は、前記所定時間毎に前記複数の測定回路によりそれぞれ測定された複数の前記電波の強度に基づいて前記電波強度分布画像を生成し、
     前記表示部は、前記画像生成部により前記所定時間毎に生成された前記電波強度分布画像を更新しながら表示する、
     請求項7に記載の電波強度計測システム。
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