(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェーズドアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナのうち、測定対象とする素子アンテナの素子電界を測定するアンテナ測定方法であって、
高周波信号を生成する高周波信号生成ステップと、
前記高周波信号生成ステップにおいて生成された高周波信号のうち、前記測定対象とする素子アンテナに対応する高周波信号の振幅および位相を互いに関連付けて変化させる振幅位相変化ステップと、
前記高周波信号生成ステップで生成された高周波信号であって、前記振幅位相変化ステップにおいて振幅および位相を変化させた高周波信号を含む高周波信号を、それぞれ対応する前記複数の素子アンテナから放射する高周波信号放射ステップと、
前記高周波信号放射ステップにおいて前記複数の素子アンテナから放射された高周波信号を、測定用アンテナで受信する高周波信号受信ステップと、
前記高周波信号受信ステップで受信した高周波信号に基づいて、前記測定対象となる素子アンテナの素子電界を算出する素子電界算出ステップと、
を備えたことを特徴とするアンテナ測定方法。
【請求項２】
フェーズドアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナのうち、測定対象とする素子アンテナの素子電界を測定するアンテナ測定方法であって、
高周波信号を生成する高周波信号生成ステップと、
前記高周波信号生成ステップで生成された高周波信号を、測定用アンテナから放射する高周波信号放射ステップと、
前記高周波信号放射ステップで放射された高周波信号を、前記複数の素子アンテナでそれぞれ受信する高周波信号受信ステップと、
前記受信ステップで受信した高周波信号のうち、前記測定対象とする素子アンテナで受信した高周波信号の振幅および位相を互いに関連付けて変化させる振幅位相変化ステップと、
前記高周波信号受信ステップにおいて対応する前記複数の素子アンテナで受信された高周波信号であって、前記振幅位相制御ステップにおいて振幅および位相を変化させた高周波信号を含む高周波信号を合成する高周波信号合成ステップと、
前記高周波信号合成ステップにおいて合成された高周波信号に基づいて、前記測定対象となる素子アンテナの素子電界を算出する素子電界算出ステップと、
を備えたことを特徴とするアンテナ測定方法。
【請求項３】
前記振幅位相変化ステップにおいて、可変減衰器または増幅器を用いて前記測定対象とする素子アンテナに対応する高周波信号の振幅を変化させることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のアンテナ測定方法。
【請求項４】
前記振幅位相変化ステップにおいて、前記測定対象となる素子アンテナに対応する高周波信号の振幅を余弦状に、前記測定対象となる素子アンテナに対応する高周波信号の位相を０度から３６０度まで線形に変化させ、
素子電界算出ステップにおいて、前記素子電界の平均値と２倍波のフーリエ係数を算出すること、
を特徴する請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナ測定方法。
【請求項５】
前記振幅位相変化ステップにおいて、前記測定対象となる素子アンテナに対応する高周波信号の振幅を（１＋余弦状）に、前記測定対象となる素子アンテナに対応する高周波信号の位相を０度から３６０度まで線形に変化させ、
素子電界算出ステップにおいて、前記素子電界の平均値と基本波のフーリエ係数を算出すること、
を特徴する請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナ測定方法。
【請求項６】
前記測定用アンテナは、複数個の素子アンテナと電力分配合成回路を備えるアレーアンテナであること、を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のアンテナ測定方法。
【請求項７】
前記測定用アンテナは、前記複数の素子アンテナと同一開口面上に設置されること、を特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のアンテナ測定方法。
【請求項８】
フェーズドアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナのうち、測定対象とする素子アンテナの素子電界を測定するアンテナ測定装置であって、
高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、
前記高周波信号生成手段により生成され、前記複数の素子アンテナから放射される高周波信号のうち、前記測定対象とする素子アンテナから放射される高周波信号の振幅および位相を互いに関連付けて変化させる振幅位相変化手段と、
前記複数の素子アンテナから放射された高周波信号を受信する測定用アンテナと、
前記測定用アンテナで受信した高周波信号に基づいて、前記測定対象となる素子アンテナの素子電界を算出する素子電界算出手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ測定装置。
【請求項９】
フェーズドアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナのうち、測定対象とする素子アンテナの素子電界を測定するアンテナ測定装置であって、
高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、
前記高周波信号生成手段により生成された高周波信号を放射する測定用アンテナと、
前記測定用アンテナにより放射され、前記複数の素子アンテナで受信された高周波信号のうち、前記測定対象とする素子アンテナで受信された高周波信号の振幅および位相を互いに関連付けて変化させる振幅位相変化手段と、
前記複数の素子アンテナで受信された高周波信号であって、前記振幅位相変化手段により振幅および位相を変化させた高周波信号を含む高周波信号を合成する高周波信号合成手段と、
前記高周波信号合成手段により合成された高周波信号に基づいて、前記測定対象となる素子アンテナの素子電界を算出する素子電界算出手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ測定装置。
【請求項１０】
前記振幅位相変化手段は、前記測定対象とする素子アンテナに対応する高周波信号の振幅を変化させる可変減衰器または増幅器を備えること、を特徴とする請求項８または９のいずれかに記載のアンテナ測定装置。
【請求項１１】
前記振幅位相変化手段は、前記測定対象となる素子アンテナに対応する高周波信号の振幅を余弦状に、前記測定対象となる素子アンテナに対応する高周波信号の位相を０度から３６０度まで線形に変化させ、
素子電界算出手段は、前記素子電界の平均値と２倍波のフーリエ係数を算出すること、
を特徴する請求項８〜１０のいずれか１項に記載のアンテナ測定装置。
【請求項１２】
前記振幅位相変化手段は、前記測定対象となる素子アンテナに対応する高周波信号の振幅を（１＋余弦状）に、前記測定対象となる素子アンテナに対応する高周波信号の位相を０度から３６０度まで線形に変化させ、
素子電界算出手段は、前記素子電界の平均値と基本波のフーリエ係数を算出すること、
を特徴する請求項８〜１０のいずれか１項に記載のアンテナ測定装置。
【請求項１３】
前記測定用アンテナは、複数個の素子アンテナと電力分配合成回路を備えるアレーアンテナであること、を特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載のアンテナ測定装置。
【請求項１４】
前記測定用アンテナは、前記複数の素子アンテナと同一開口面上に設置されること、を特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載のアンテナ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フェーズドアレーアンテナを構成する素子アンテナ（以下、適宜、素子と略記する）から送信または受信される高周波信号の電界（以下、素子電界と略記する）を測定するアンテナ装置およびアンテナ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレーアンテナを構成する各素子アンテナの素子電界の振幅および位相を測定するアンテナ測定方法として、フェーズドアレーアンテナを構成する任意の一つの素子の励振位相を０度から３６０度まで変化させ、そのときのアレーアンテナの合成電力（以下、アレー合成電力と略記する）の振幅の変化を計測し、得られた計測結果を演算処理する方法がある（例えば、特許文献１参照）。この測定方法によれば、アレー合成電力の振幅変化が余弦状となる性質を利用して、測定対象となる素子アンテナの可変移相器を変化させて合成電力レベルを測るという単純な方法で、測定対象となる素子の素子電界の振幅および位相を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許平１−３７８８２号公報（第２頁〜第４頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載のアンテナ測定方法では、以下の点から測定が煩雑であるという問題があった。第一に、１つの素子の素子電界を測定するために、測定対象となる素子の励振位相を０度から３６０度まで変化させる必要があるため、多くの測定時間が必要となる。例えば、励振位相を変化させる手段として５ビットのディジタル移相器を用いると３２通りの移相状態があるため、１素子あたり３２回のアレー合成電力の計測が必要である。
【０００５】
第二に、特許文献１記載のアンテナ測定方法では、特許文献１に記載のように各素子電界の測定値として２組の解が存在するため、適切な解を選択するための工程が必要となる。特許文献１では、その選択についての複数の判定方法が開示されているが、判定のための事前情報が必要、あるいは再度の測定を必要となる。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、フェーズドアレーアンテナの素子電界の測定を簡素化することのできるアンテナ測定方法およびアンテナ測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るアンテナ測定方法は、フェーズドアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナのうち、測定対象とする素子アンテナの素子電界を測定するアンテナ測定方法であって、高周波信号を生成する高周波信号生成ステップと、高周波信号生成ステップにおいて生成された高周波信号のうち、測定対象とする素子アンテナに対応する高周波信号の振幅および位相を互いに関連付けて変化させる振幅位相変化ステップと、高周波信号生成ステップで生成された高周波信号であって、振幅位相変化ステップにおいて振幅および位相を変化させた高周波信号を含む高周波信号を、それぞれ対応する複数の素子アンテナから放射する高周波信号放射ステップと、高周波信号放射ステップにおいて複数の素子アンテナから放射された高周波信号を、測定用アンテナで受信する高周波信号受信ステップと、高周波信号受信ステップで受信した高周波信号に基づいて、測定対象となる素子アンテナの素子電界を算出する素子電界算出ステップと、を備える。
【０００８】
また、この発明に係るアンテナ測定方法は、フェーズドアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナのうち、測定対象とする素子アンテナの素子電界を測定するアンテナ測定方法であって、高周波信号を生成する高周波信号生成ステップと、高周波信号生成ステップで生成された高周波信号を、測定用アンテナから放射する高周波信号放射ステップと、高周波信号放射ステップで放射された高周波信号を、複数の素子アンテナでそれぞれ受信する高周波信号受信ステップと、受信ステップで受信した高周波信号のうち、測定対象とする素子アンテナで受信した高周波信号の振幅および位相を互いに関連付けて変化させる振幅位相変化ステップと、高周波信号受信ステップにおいて対応する複数の素子アンテナで受信された高周波信号であって、振幅位相制御ステップにおいて振幅および位相を変化させた高周波信号を含む高周波信号を合成する高周波信号合成ステップと、高周波信号合成ステップにおいて合成された高周波信号に基づいて、測定対象となる素子アンテナの素子電界を算出する素子電界算出ステップと、を備える。
【０００９】
また、この発明に係るアンテナ測定装置は、フェーズドアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナのうち、測定対象とする素子アンテナの素子電界を測定するアンテナ測定装置であって、高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、高周波信号生成手段により生成され、複数の素子アンテナから放射される高周波信号のうち、測定対象とする素子アンテナから放射される高周波信号の振幅および位相を互いに関連付けて変化させる振幅位相変化手段と、複数の素子アンテナから放射された高周波信号を受信する測定用アンテナと、測定用アンテナで受信した高周波信号に基づいて、測定対象となる素子アンテナの素子電界を算出する素子電界算出手段と、を備える。
【００１０】
また、この発明に係るアンテナ測定装置は、フェーズドアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナのうち、測定対象とする素子アンテナの素子電界を測定するアンテナ測定装置であって、高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、高周波信号生成手段により生成された高周波信号を放射する測定用アンテナと、測定用アンテナにより放射され、複数の素子アンテナで受信された高周波信号のうち、測定対象とする素子アンテナで受信された高周波信号の振幅および位相を互いに関連付けて変化させる振幅位相変化手段と、複数の素子アンテナで受信された高周波信号であって、振幅位相変化手段により振幅および位相を変化させた高周波信号を含む高周波信号を合成する高周波信号合成手段と、高周波信号合成手段により合成された高周波信号に基づいて、測定対象となる素子アンテナの素子電界を算出する素子電界算出手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、フェーズドアレーアンテナの素子電界の測定を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に示すアンテナ測定装置の構成図である。
【図２】この発明に実施の形態１に示すアンテナ測定方法の処理を表すフローチャートである。
【図３】この発明に実施の形態１に示すアンテナ測定装置の励振振幅の変化を表すグラフである。
【図４】この発明に実施の形態１に示すアンテナ測定装置の励振位相の変化を表すグラフである。
【図５】この発明に実施の形態１に示すアンテナ測定装置のアレー合成電力の変化を表すグラフである。
【図６】この発明に実施の形態１に示す素子電界振幅の測定結果を表すグラフである。
【図７】この発明に実施の形態１に示す素子電界位相の測定結果を表すグラフである。
【図８】この発明の実施の形態１に示すアンテナ測定装置の構成図である．
【図９】この発明の実施の形態２に示すアンテナ測定装置の励振振幅の変化を表すグラフである。
【図１０】この発明の実施の形態２に示すアンテナ測定装置の励振位相の変化を表すグラフである。
【図１１】この発明の実施の形態３に係るアンテナ測定装置の構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に示すアンテナ測定装置の励振振幅の変化を表すグラフである。
【図１３】この発明の実施の形態３に示すアンテナ測定装置の励振位相の変化を表すグラフである。
【図１４】この発明の実施の形態３に示すアンテナ測定装置のアレー合成電力の変化を表すグラフである。
【図１５】この発明の実施の形態３に示す素子電界振幅の測定結果を表すグラフである。
【図１６】この発明の実施の形態３に示す素子電界位相の測定結果を表すグラフである。
【図１７】この発明の実施の形態４に示すアンテナ測定装置の構成図である。
【図１８】この発明の実施の形態５に示すアンテナ測定装置の構成図である。
【図１９】この発明の実施の形態６に示すアンテナ測定装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
実施の形態１に係るアンテナ測定装置について、図１〜８を用いて説明する。まず、供試アンテナ側から高周波信号を送信し、測定用アンテナで受信する場合、すなわち、供試アンテナが送信アンテナとして動作する場合のアンテナ測定装置について説明する。図１に、この発明の実施の形態１に係る供試アンテナを含むアンテナ測定装置の構成図を示す。図１において、供試アンテナは、測定対象とする素子アンテナを含む複数の素子アンテナから構成されるフェーズドアレーアンテナであり、素子アンテナ１−１，１−２，…，１−Ｍ、可変減衰器２−１，２−２，…，２−Ｍ、ディジタル移相器３−１，３−２，…，３−Ｍ、電力分配合成回路４を備えている。ここで、Ｍはフェーズドアレーアンテナの素子数である。なお、素子アンテナ１−１，１−２，…，１−Ｍは、どのような方式のアンテナでもよく、例えば、パッチアンテナ、ホーンアンテナ等である。可変減衰器２−１，２−２，…，２−Ｍは、それぞれ素子アンテナ１−１，１−２，…，１−Ｍに接続されており、対応する素子アンテナの励振振幅を変化させる。ディジタル移相器３−１，３−２，…，３−Ｍは、素子アンテナ１−１，１−２，…，１−Ｍに接続されており、対応する素子アンテナの励振位相を変化させる。ここでは、例えば、５ビットのディジタル移相器とする。電力分配合成回路４は、入力された高周波信号を素子数に応じて分配し、対応する（分配された高周波信号が放射される）素子アンテナ１−１，１−２，…，１−Ｍに対して給電する。
【００１４】
可変減衰器制御回路５は、各可変減衰器２−１，２−２，…，２−Ｍの減衰量、すなわち振幅を制御し、移相器制御回路６はディジタル移相器３−１，３−２，…，３−Ｍの移相状態を制御する。振幅位相制御指令回路７は、素子アンテナ１−１，１−２，…，１−
Ｍの任意の１素子の励振振幅と励振位相とを関連付けて制御、すなわち、可変減衰器制御回路５と移相器制御回路６を同期動作させる。送信機８は電力分配合成回路４に高周波信号を送信する。
【００１５】
測定用アンテナ９−ａは、素子アンテナ１−１，１−２，…，１−Ｍに対向する位置に設置され、供試アンテナから送信された高周波信号を受信する。測定用アンテナ９−ａにより受信された高周波信号は、受信機１０に測定用アンテナ９−ａが受信した高周信号を受信する。平均値演算回路１１は、受信機１０の受信電力の変化から平均値を算出し、２倍波フーリエ係数演算回路１２は受信機１０の受信電力の変化をフーリエ級数展開し、２倍波成分のフーリエ余弦係数およびフーリエ正弦係数を算出する。第１の素子電界演算回路１３は、平均値演算回路１１が算出した平均値と、２倍波フーリエ係数演算回路１２が算出した２倍波成分のフーリエ余弦係数およびフーリエ正弦係数から、素子電界の振幅および位相を求める。
【００１６】
次に、動作について説明する。ここでは、素子アンテナ１−ｍを測定対象として説明を行う。
【００１７】
実施の形態１に係るアンテナ測定方法全体の流れを図２に示すフローチャートを用いて説明する。まず、送信機８により生成、送信された高周波信号は（ステップＳＴ１）、電力分配合成回路４に入力され、供試アンテナの素子数に対応して分配される（ステップＳＴ２）。分配された高周波信号は、ディジタル移相器３−１，３−２，…，３−Ｍにより、それぞれ所定の移相変化量が与えられる。その後、この高周波信号は、可変減衰器２−１，２−２，…，２−Ｍにより、可変減衰器の減衰量に応じた所定の振幅値に設定された後（ステップＳＴ３）、素子アンテナ１−１，１−２，…，１−Ｍから空間に放射される（ステップＳＴ４）。空間に放射された高周波信号は、空間で電力合成され測定用アンテナ９−ａにて受信される（ステップＳＴ５）。測定用アンテナ９−ａにて受信されたアレー合成電力は受信機１０にて検出される。これらの工程を、測定対象とする素子アンテナに対応するディジタル移相器の移相変化量および可変減衰器の減衰量を変化させて所定の回数実施し（ステップＳＴ６）、得られたアレー合成電力から測定対象とする素子アンテナの素子電界を算出する演算処理を行う（ステップＳＴ７）。本発明の特徴となる工程について以下で詳細に説明する。
【００１８】
可変減衰制御回路５および位相制御回路６による、素子アンテナの励振振幅及び励振位相の制御方法（ステップＳＴ３）について図３および図４を参照して説明する。素子アンテナの励振振幅及び励振位相の制御は、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ５を所定回数実施する工程において、測定対象とする素子アンテナについては励振振幅及び励振位相を関連づけて変化させ、測定対象とする素子アンテナ以外の素子アンテナについては、励振振幅および励振位相を一定として測定を行う。図３は、可変減衰制御回路５により制御する励振振幅の変化、図４は移相器制御回路６により制御する励振位相の変化を示している。図３において、横軸は励振振幅を変化させる回数を表し、縦軸はその回数に対応する励振振幅（ここでは、説明の便宜上、規格化した電圧値として説明する）を表している。図３中の、１４−ａは本実施の形態１で想定する励振振幅の変化を表しており、励振振幅を−１．０〜１．０まで余弦状に変化させる。図４の横軸は励振位相を変化させる回数を表し、図３で示した励振振幅の変化させる回数と対応している。縦軸は変化させる回数に対応する励振位相（度）を表している。図３中の１５−ａは本実施の形態１で想定する励振位相の変化を表し、０〜３６０度まで線形に変化させる。
【００１９】
可変減衰器制御回路５および移相器制御回路６は、可変減衰器２−ｍとディジタル移相器３−ｍを制御し、素子アンテナ１−ｍの励振振幅および励振位相がそれぞれ図３および図４記載のプロファイルと一致するように変化させる。例えば、初期状態（図３および図４で横軸が０）では、励振振幅が１．０、励振位相が０［度］となるように、１６回変化させた場合（図３および図４で横軸が１６）では、励振振幅が−１．０、励振位相が１８０［度］となるように、可変減衰器２−ｍとディジタル移相器３−ｍを制御する。すなわち、ここでは、振幅位相制御指令回路７により可変減衰器制御回路５と移相器制御回路６を制御させ、測定対象となる素子アンテナの励振振幅と励振位相を同期させて変化させる。励振位相および励振振幅を変化させた高周波信号を含む高周波信号は、それぞれ対応する素子アンテナから放射される。
【００２０】
次に、測定アンテナで受信されるアレー合成電力（ステップＳＴ５）について説明する。図５に、励振振幅および励振位相を変化させる素子を素子アンテナ１−ｍとし、図３および図４記載のプロファイルにしたがって励振振幅および励振位相を変化させたときに受信機１０で計測されるアレー合成電力の変化の例を実線で示す。図５において、横軸は素子アンテナ１−ｍの励振振幅および励振位相を変化させる回数であり図３および図４の横軸に対応している。縦軸はアレー合成電力である。また、図５に特許文献１に示すような、測定対象とする素子アンテナの励振振幅を一定とし、励振位相を図５にように０度から３６０度まで線形に変化させた場合のアレー合成電力の変化１７を破線で併記している。
【００２１】
図５より、上述の特許文献１に記載されたアンテナ測定方法では、アレー合成電力の変化１７は、特許文献１の記載通り余弦状の変化をすることがわかる。一方、本発明の実施の形態１によるアレー合成電力の変化１６は、同じ３２回の変化回数で余弦状の変化を２回繰り返す、すなわち２倍の余弦状変化をすることがわかる。したがって、この２倍の余弦状変化の最大値、最小値、および最大値を与える励振位相がわかれば、特許文献１と同様の原理に基づき、素子アンテナ１−ｍの素子電界の振幅および位相を求めることができる。
【００２２】
次に、素子電界の振幅および位相の算出方法（ステップＳＴ７）について説明する。図５に示す本発明の実施の形態１おけるアレー合成電力の変化１６は、初期状態からの相対値として数式１で表すことができる。ここで、初期状態からの相対値とは図５の横軸０におけるアレー合成電力を１としたときの相対値であることを意味する。
【００２３】
【数１】
0005527184.tif 000002
数式１において、ｆ0,iはアレー合成電力、ｋｍは素子アンテナ１−ｍの素子電界振幅値である。Δφはディジタル移相器の最小移相量であり、ここでは５ビットのディジタル移相器を想定しているので１１．２５度である。ｉは励振振幅および励振位相を変化させる回数であり、図３、図４、図５の横軸に相当する。また、ＹとΦm,0は定数であり、それぞれ数式２と数式３で与えられる。
【００２４】
【数２】
0005527184.tif 000003
【００２５】
【数３】
0005527184.tif 000004
ここで、Ｘｍは素子アンテナ１−ｍの素子電界位相値である。
【００２６】
数式１からわかるように、本実施の形態１のアレーアンテナの合成電力の変化は余弦状に変化するが、ｉに対し２倍の変化となることがわかる。これは図４に示したように、２倍の余弦状変化をすることに対応する。また、数式１〜数式３記載の式は、特許文献１記載の式と同形式となっている。したがって、特許文献１と同様に位相Φm,0と、アレー合成電力の最大値と最小値の比ｒ２から素子電界振幅ｋｍと素子電界位相Ｘｍを求めることができる。
数式１よりアレー合成電力の最大値と最小値の比ｒ２は数式４で与えられる。
【００２７】
【数４】
0005527184.tif 000005
数式４より、ｒは数式５に示す２つの値をとる。
【００２８】
【数５】
0005527184.tif 000006
数式５の右辺の符号により、素子電界振幅ｋｍと素子電界位相Ｘｍも２つの値をとる。数式５右辺の符号が正の場合には、素子電界振幅ｋｍは数式６で与えられ、素子電界位相Ｘｍは数式７で与えられる。一方、数式５右辺の符号が負の場合には、素子電界振幅ｋｍは数式８で与えられ、素子電界位相Ｘｍは数式９で与えられる。
【００２９】
【数６】
0005527184.tif 000007
【００３０】
【数７】
0005527184.tif 000008
【００３１】
【数８】
0005527184.tif 000009
【００３２】
【数９】
0005527184.tif 000010
ここで、Γは数式１０で与えられる。
【００３３】
【数１０】
0005527184.tif 000011
【００３４】
以上に示したように、素子電界振幅ｋｍと素子電界位相Ｘｍは、位相Φm,0と、アレー合成電力の最大値と最小値の比ｒ２から求められる。なお、素子電界振幅ｋｍと素子電界位相Ｘｍには、数式６と数式７、あるいは数式８と数式９の２組の解が存在する。この解の判定は、特許文献１に記載のように、素子電界振幅の設計値と比較して一致する解、あるいは各素子の位相分布を変化させた測定を再度行い振幅値が同一になる解を選択することにより可能である。
【００３５】
次に、Φm,0とｒ２を求める方法を説明する。Φm,0とｒ２は、受信機１０が計測したアレー合成電力の変化、すなわち、測定対象となる素子アンテナの励振振幅および励振位相を変化させて、アレー合成電力の振幅値のみを計測することにより、素子電界振幅ｋｍと素子電界位相Ｘｍを算出することができる。ここでは、一例として、フーリエ級数展開を用いたΦm,0とｒ２の算出方法について示す。まず、平均値演算回路１１によりアレー合成電力の変化１６の平均値を求める。この平均値をａ０とする。また、２倍波フーリエ級数展開演算回路によりアレー合成電力の変化１６をフーリエ級数展開したときの２倍波のフーリエ余弦係数および２倍波のフーリエ正弦係数から算出する。このアレー合成電力の２倍波のフーリエ余弦係数をａ2、アレー合成電力の２倍波のフーリエ正弦係数をｂ２とする。ａ０、ａ２、ｂ２は、それぞれ数式１１、数式１２、数式１３により求めることができる。
【００３６】
【数１１】
0005527184.tif 000012
【００３７】
【数１２】
0005527184.tif 000013
【００３８】
【数１３】
0005527184.tif 000014
ここで、ｆ0,iは、ｉに対応したアレー合成電力の計測結果である。また、Ｎはアレー合成電力の１周期分の余弦状変化を得るために必要なアレー合成電力の計測回数であり、ここでは１６である。すなわち、特許文献１と比べて半分の測定回数で、Φm,0とｒ２を算出することが可能となる。Φm,0は、これらの演算回路により求めた結果から数式１４で求められ、ｒ２は数式１５で求めることができる。
【００３９】
【数１４】
0005527184.tif 000015
【００４０】
【数１５】
0005527184.tif 000016
【００４１】
したがって、本発明の実施の形態１では、第１の素子電界演算回路において、平均値ａ０と、２倍波のフーリエ余弦係数ａ２と、２倍波のフーリエ正弦係数ｂ2とから、数式１４と数式１５により、それぞれΦm,0とｒ２を求めることができる。さらに、Φｍ,０とｒ２から、素子電界振幅ｋｍと素子電界位相Ｘｍを数式６〜１０により求めることができる。ここでは、アレー合成電力の変化をフーリエ級数展開することにより、Φｍ,０とｒ２を算出する場合について示したが、アレー合成電力の変化について、例えば、最小２乗法を用いて近似式を算出し、Φｍ,０とｒ２を算出する構成としても良い。
【００４２】
以上の説明では、素子アンテナ１−ｍに対して本発明を適用した場合を述べたが、これを全ての素子に対して繰り返すことにより、全ての素子の素子電界振幅および素子電界位相を求めることができる。例えば、図６と図７に２０素子のフェーズドアレーの全素子に対して本発明を適用し、素子電界振幅ｋｍと素子電界位相Ｘｍを求めた結果を示す。図６は素子電界振幅ｋｍの測定結果、図７は素子電界位相Ｘｍの測定結果である。図６、図７においてそれぞれの横軸は素子の番号を表し、縦軸は振幅あるいは位相を表している。また、各図の実線は素子電界振幅あるいは素子電界位相の真値、プロットは本発明により求めた測定結果である。これより、本発明により求めた測定結果は、真値と良く一致していることがわかる。また、複数個の素子アンテナについて励振振幅および励振位相を変化させ、同様の測定を行うこともでき、当該複数個の素子アンテナを１つの素子アンテナとみなした素子電界振幅および素子電界位相を求める事ができる。
【００４３】
以上のように、本発明の実施の形態１によれば、アレー合成電力の振幅変化１６を計測し、その結果を演算処理することにより、各素子の素子電界振幅および素子電界位相を求めることができる。位相計測が不要であり、振幅計測のみにより素子電界振幅および素子電界位相を求めることができるので、安定かつ精度の高い測定が可能であるという効果がある。
【００４４】
また、本発明の実施の形態１におけるアレー合成電力の変化は、励振振幅および励振位相を互いに関連付けて変化させることにより、２倍の余弦状変化をするため、半分のアレー合成電力の計測回数で、上述のΦm,0とｒ２を算出することができ、特許文献１と比べると素子電界の測定時間を半分にすることができるという効果がある。したがって、フェーズドアレーアンテナを構成する素子の素子電界の測定を簡素化することができる。
【００４５】
なお、ここでは、供試アンテナを送信アンテナとして用いた場合について示したが、受信アンテナとして用いた場合、すなわち、測定アンテナから放射された高周波信号を供試アンテナ（フェーズドアレーアンテナ）で受信する場合も同様の効果が得られる。図８に、供試アンテナを受信アンテナとして動作させる場合のアンテナ測定装置の構成図を示す。図８に示すアンテナ測定装置では、図１と測定用アンテナ側に高周波信号を発生させる送信機８を設置し、供試アンテナ側に受信機１０、平均演算回路１１、２倍波フーリエ係数演算回路１２、第１素子電界演算回路１３を設置した点で異なる。
【００４６】
受信アンテナとして用いた場合の動作について説明する。なお、測定対象とする素子アンテナを素子アンテナ１−ｍとする。送信アンテナとして用いた場合と同様に、送信機８により生成された高周波信号を測定用アンテナ９−ａから放射し、素子アンテナ１−１，１−２，…，１−Ｍで受信する。素子アンテナ１−ｍで受信された高周波信号に対して、上述の送信アンテナとして動作させた場合と同様に励振振幅および励振位相を関連付けて変化させ、変化後の高周波信号を電力分配合成回路４により合成する。
【００４７】
合成した高周波信号を、上述の送信アンテナとして動作させた場合と同様の演算処理を行うことにより、受信アンテナとして動作させた場合の素子電界を算出することができる。したがって、受信アンテナとして動作させた場合においても、送信アンテナとして動作させた場合と同様の効果が得られる。
【００４８】
実施の形態２．
実施の形態１では、図３に示したようなプロファイルにより各素子の励振振幅を変化させていた。これより、図３記載の励振振幅のプロファイルでは、振幅値が負の値をとる場合がある。これは可変減衰器では実現できないため、負の値をとる場合にはディジタル移相器の位相値を１８０度オフセットさせてもよい。実施の形態２に示すアンテナ測定装置では、振幅値（電圧値）が負の値をとる場合、ディジタル移相器の位相を１８０度オフセットさせる構成としている。
【００４９】
実施の形態２に係るアンテナ測定装置の構成は、図１に示す場合と同様である。また、動作についても測定対象となる素子の励振振幅および励振位相の制御方法を除き、実施の形態１に係るアンテナ測定装置と同様である。図９に測定対象となる素子に与えるべき励振振幅の変化を示し、図１０に励振位相の変化を示す。図９において、横軸は励振振幅を変化させる回数を表し、縦軸は対応する励振振幅（ここでは、説明の便宜上、規格化した電圧値として説明する）を表し、１４−ｂは本実施の形態２で想定する励振振幅の変化を表している。図１０の横軸は励振位相を変化させる回数を表し、縦軸は対応する励振位相（度）を表し、１５−ｂは本実施の形態２で想定する励振位相の変化を表している。
【００５０】
以上のように、実施の形態２に係るアンテナ測定装置では、励振振幅が負の値をとる場合にも、可変減衰器を用いて正しく設定でき、実施の形態１と同様に、安定かつ精度の高い測定の実現、測定の簡素化、および測定時間の短縮という効果が得られる。
【００５１】
実施の形態３．
実施の形態１では、測定対象となる素子アンテナの励振振幅を余弦状に変化させる構成について示したが、実施の形態３では、測定対象となる素子アンテナの励振振幅を（１＋余弦状）に変化させる構成について示す。ここでは、供試アンテナ（フェーズドアレーアンテナ）を送信アンテナとして動作させた場合について説明する。図１１は、この発明の実施の形態３に係るアンテナ測定装置の構成図である。図１１において、実施の形態１に示した図１と同一の符号は、同一または相当の部分を表している。基本波フーリエ係数演算回路１８は受信機１０の受信電力の変化をフーリエ級数展開し、基本波成分のフーリエ余弦係数およびフーリエ正弦係数を算出する。第２の素子電界演算回路１９は、基本波フーリエ係数演算回路１８が算出した基本波成分のフーリエ余弦係数およびフーリエ正弦係数から、素子電界の振幅および位相を求める。すなわち、アレー合成電力の平均値および２倍波フーリエ係数を算出する構成としていたが、実施の形態３では、アレー合成電力の基本波フーリエ係数を算出する構成としている。
【００５２】
次に、動作について説明する。実施の形態３に係るアンテナ測定方法全体の流れは、実施の形態１に示す場合と同様であり、図２に示すフローチャートで表される。可変減衰器制御回路５と移相器制御回路６は、可変減衰器５とディジタル移相器６を制御し、素子アンテナ１−１，１−２，…，１−Ｍの任意の１素子の励振振幅および励振位相がそれぞれ図１２および図１３記載のプロファイルと一致するように変化させる。図１２において、横軸は励振振幅を変化させる回数を表し、縦軸は対応する励振振幅（ここでは、説明の便宜上、規格化した電圧値として説明する）を表し、２０は本実施の形態３で想定する励振振幅の変化を表している。図１３の横軸は励振位相を変化させる回数を表し、縦軸は対応する励振位相（度）を表し、１５−ａは本実施の形態１で想定する励振位相の変化を表している。本実施の形態３では、任意の１素子の励振振幅を、平均値を１かつ振幅を１とした余弦状に変化させ、励振位相は０度から３６０度まで線形に変化させる。実施の形態１において図３で示した励振振幅の変化は、−１．０〜１．０において余弦状に変化させていたのに対し、実施の形態３では、０〜２．０において余弦状に変化させる。また、振幅位相制御指令回路７により可変減衰器制御回路５と移相器制御回路６の制御を同期させ、励振振幅と励振位相を関連付けて変化させる。
【００５３】
測定アンテナで受信されるアレー合成電力について説明する。励振振幅および励振位相を変化させる素子アンテナを素子アンテナ１−ｍとし、図１２および図１３に示すプロファイルにしたがって励振振幅および励振位相を変化させたときに受信機１０で計測されるアレー合成電力の変化の例を図１４に示す。図１４において、横軸は素子アンテナ１−ｍの励振振幅および励振位相を変化させる回数であり、図１０および図１１の横軸に対応している。縦軸はアレー合成電力である。また図１２中の２１は本実施の形態３におけるアレー合成電力の変化である。
【００５４】
本発明の実施の形態３では、受信機１０で計測されたアレー合成電力の変化２１を、基本波フーリエ係数演算回路１８においてフーリエ級数展開し基本波成分のフーリエ余弦係数およびフーリエ正弦係数を算出する。第２の素子電界演算回路１９では、基本波フーリエ係数演算回路１８が算出した基本波成分のフーリエ余弦係数およびフーリエ正弦係数から、素子電界の振幅および位相を求める。以下では、素子電界の振幅および位相の算出方法の詳細を説明する。
【００５５】
本発明の実施の形態３おけるアレー合成電力の変化２１は、初期状態からの相対値として数式１６のようになる。ここで、初期状態からの相対値とは図１４の横軸０におけるアレー合成電力を１としたときの相対値であることを意味する。
【００５６】
【数１６】
0005527184.tif 000017
【００５７】
数式１６において、ｋｍは素子アンテナ１−ｍの素子電界振幅値、Ｘｍは素子アンテナ１−ｍの素子電界位相値ある。Δφはディジタル移相器の最小移相量であり、ここでは５ビットのディジタル移相器を想定しているので１１．２５度である。ｉは励振振幅および励振位相を変化させる回数であり、図１２〜図１４の横軸に相当する。
【００５８】
数式１６の右辺第４項（２ｋｍcos（iΔφ+Ｘｍ））はフーリエ級数の基本波成分であり、その振幅が素子電界振幅ｋｍの２倍、位相が素子電界位相となる。したがって、基本波フーリエ係数演算回路１８で求めた基本波成分のフーリエ余弦係数およびフーリエ正弦係数をそれぞれａ１，ｂ１とすれば、素子電界振幅ｋｍは数式１７で求められ、素子電界位相Ｘｍは数式１８で求めることができる。
【００５９】
【数１７】
0005527184.tif 000018
【００６０】
【数１８】
0005527184.tif 000019
なお、基本波成分のフーリエ余弦係数ａ１、フーリエ正弦係数ｂ１は、アレー合成電力の振幅変化２１よりそれぞれ数式１９、数式２０で求めることができる。
【００６１】
【数１９】
0005527184.tif 000020
【００６２】
【数２０】
0005527184.tif 000021
【００６３】
ここで、ｆ0,iは、ｉに対応したアレー合成電力の計測結果であり、Ｎは、アレー合成電力の計測回数である。したがって、本発明の実施の形態３では、第２の素子電界演算回路において、基本波のフーリエ余弦係数ａ１と基本波のフーリエ正弦係数ｂ１とから、素子電界振幅ｋｍと素子電界位相Ｘｍを数式１７と１８により求めることができる。
【００６４】
以上の説明では、素子アンテナ１−ｍに対して本発明を適用した場合を述べたが、これを全ての素子に対して繰り返すことにより、全ての素子の素子電界振幅および素子電界位相を求めることができる。例えば、２０素子のフェーズドアレーの全素子に対して本発明を適用し、素子電界振幅ｋｍと素子電界位相Ｘｍを求めた結果を図１５および図１６に示す。図１５は素子電界振幅ｋｍの測定結果、図１６は素子電界位相Ｘｍの測定結果である。図１５、図１６それぞれの横軸は素子の番号を表し、縦軸は振幅あるいは位相を表している。また、各図の実線は素子電界振幅あるいは素子電界位相の真値、プロットは本発明により求めた測定結果である。これより、本発明により求めた測定結果は、真値と良く一致していることがわかる。また、複数個の素子アンテナについて励振振幅および励振位相を変化させ、同様の測定を行うこともでき、当該複数個の素子アンテナを１つの素子アンテナとみなした素子電界振幅および素子電界位相を求める事ができる。
【００６５】
以上のように、本発明の実施の形態３によれば、アレー合成電力の振幅変化２１を測定し、その結果を演算処理することにより、各素子の素子電界振幅および素子電界位相を求めることができる。位相計測が不要であり、振幅計測のみにより素子電界振幅および素子電界位相を求めることができるので、安定かつ精度の高い測定が可能であるという効果がある。
【００６６】
また、本発明の実施の形態３では、アレー合成電力の変化をフーリエ級数展開した基本波成分のフーリエ余弦級数とフーリエ正弦級数から、素子電界振幅および素子電界位相の単一解を求めることが可能である。したがって、特許文献１や実施の形態１に示すアンテナ測定装置およびアンテナ測定方法では、２つの解が存在するため、２つの解の判定処理が必要であったが、実施の形態３に係るアンテナ測定装置および測定方法では、解の判定処理不要であり、測定を簡素化できるという効果がある。
【００６７】
なお、ここでは、供試アンテナを送信アンテナとして動作させた場合について示したが、実施の形態１に示す場合と同様に受信アンテナとして動作させた場合についても、送信アンテナとして動作させた場合と同様に解の判定処理が不要であり、測定を簡素化できるという効果が得られる。
【００６８】
実施の形態４．
上述の実施の形態では、測定対象となる素子アンテナの励振振幅を変化させる手段として可変減衰器および可変減衰器および可変減衰器制御回路を用いる構成について示したが、実施の形態４では、増幅器およびバイアス電圧制御回路を用いた構成について示す。ここでは、供試アンテナ（フェーズドアレーアンテナ）を送信アンテナとして動作させた場合について説明する。図１７は、この発明の実施の形態４のアンテナ測定装置の構成図である。図１７において、図１と同一の符号は、同一または相当の部分を表している。増幅器２２−１，２２−２，…，２２−Ｍは、それぞれ素子アンテナ１−１，１−２，…，１−Ｍに接続され、入力された高周波信号を設定された励振振幅値まで振幅を変化させる。た増幅器である。また、バイアス電圧制御回路２３は増幅器２２−１，２２−２，…，２２−Ｍのバイアス電圧を変化させ、増幅器の利得を制御する。
【００６９】
次に、動作について説明する。本発明の実施の形態４の動作は、ほぼ実施の形態１に示す場合と同様であるが、バイアス電圧制御回路２３と移相器制御回路６は、増幅器の利得およびディジタル移相器を制御し、素子アンテナ１−１，１−２，…，１−Ｍのうち測定対象となる任意の１素子の励振振幅および励振位相を対応させて変化させる点で異なる。なお、その変化は、例えば図３および図４記載のプロファイルと一致させるものとする。また、振幅位相制御指令回路７によりバイアス電圧制御回路２３と移相器制御回路６の制御を同期させ、励振振幅と励振位相を関連付けて変化させる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態４では、実施の形態１と同様に任意の１素子の励振振幅および励振位相を変化させることが可能であり、その間のアレー合成電力の振幅変化１６を測定し、その結果を演算処理することにより、各素子の素子電界振幅および素子電界位相を求めることができる。したがって、実施の形態１と同様に、安定かつ精度の高い測定の実現、測定時間の短縮という効果がある。
【００７１】
また、本実施の形態４では、素子の励振振幅、励振位相をそれぞれ図８、図９のように変化させることも可能である。この場合には、実施の形態２と同様の効果がある。さらに、本実施の形態３では、素子の励振振幅、励振位相をそれぞれ図１２、図１３のように変化させることも可能である。この場合には、実施の形態３と同様に解の判定処理不要であり、測定を簡素化できるという効果がある。
【００７２】
なお、ここでは、供試アンテナを送信アンテナとして動作させた場合について示したが、実施の形態１に示す場合と同様に受信アンテナとして動作させた場合についても、送信アンテナとして動作させた場合と同様の効果が得られる。
【００７３】
実施の形態５．
上述の実施の形態では、１つの素子アンテナから構成される測定用アンテナを用いた場合について示したが、実施の形態５に係るアンテナ測定装置では、複数の素子アンテナからの構成されるアレーアンテナを測定用アンテナとして用いた場合について示す。ここでは、供試アンテナ（フェーズドアレーアンテナ）を送信アンテナとして動作させた場合について説明する。図１８は、この発明の実施の形態５のアンテナ測定装置の構成図である。図１８において、図１と同一の符号は、同一または相当の部分を表している。測定用アンテナ９−ａ，９−ｂ，９−ｃは、供試アンテナに対向して配置されており、電力分配合成回路２４により、測定用アンテナ９−ａ，９−ｂ，９−ｃが受信した信号を合成する構成となっている。これより、本実施の形態では、測定用アンテナ９−ａ，９−ｂ，９−ｃおよび電力分配合成回路２４によりアレーアンテナが形成されている。したがって、受信信号の信号対雑音比を向上させることができる。
【００７４】
以上のように、本実施の形態５に係るアンテナ測定装置は、実施の形態１に示す場合の効果に加えて、受信信号の信号対雑音比を向上させることができるので、測定精度が向上する効果がある。なお、ここでは、供試アンテナを送信アンテナとして動作させた場合について示したが、実施の形態１に示す場合と同様に受信アンテナとして動作させた場合についても同様の効果が得られる。
【００７５】
実施の形態６．
上述の実施の形態では、測定用アンテナを供試アンテナと対向する位置に配置していたが、実施の形態６に係るアンテナ測定装置では、測定用アンテナを供試アンテナと同一開口面上に配置する。ここでは、供試アンテナ（フェーズドアレーアンテナ）を送信アンテナとして動作させた場合について説明する。図１９は、この発明の実施の形態６に係るアンテナ測定装置の構成図である。図１９において、図１８と同一の符号は、同一または同様の部分を表す。図１９に示すアンテナ測定装置では、測定用アンテナ９−ａから９−ｄが、素子アンテナ１−１から１−Ｍと同一開口面上に設置される。
【００７６】
実施の形態６に係るアンテナ測定装置では、以上のような構成をしているため、実施の形態４に示す場合の効果に加えて、当該アンテナ測定装置の小型化できるとういう効果が得られる。なお、ここでは、供試アンテナを送信アンテナとして動作させた場合について示したが、実施の形態１に示す場合と同様に受信アンテナとして動作させた場合についても同様の効果が得られる。
【００７７】
以上の各実施の形態では、発明の本質を逸脱しない限り、各実施の形態を相互に組み合わせてもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７８】
１−１〜１−Ｍ  素子アンテナ、２−１〜２−Ｍ  可変減衰器、３−１〜３−Ｍ  ディジタル移相器、４  電力分配合成回路、５  可変減衰器制御回路、６  移相器制御回路、７  振幅位相制御指令回路、８  送信機、９−ａ〜９−ｃ  測定用アンテナ、１０  受信機、１１  平均値演算回路、１２  ２倍波フーリエ係数演算回路、１３  第１素子電界演算回路、１４−ａ，１４−ｂ  励振振幅の変化、１５−ａ  励振位相の変化、１６  アレー合成電力の変化、１７  アレー合成電力の変化、１８  基本波フーリエ係数演算回路、１９  第２の素子電界演算回路、２０  励振振幅の変化、２１  アレー合成電力の変化、２２  増幅器、２３  バイアス電圧制御回路、２４  電力分配合成回路
【図１】
0005527184.tif 000022
【図２】
0005527184.tif 000023
【図３】
0005527184.tif 000024
【図４】
0005527184.tif 000025
【図５】
0005527184.tif 000026
【図６】
0005527184.tif 000027
【図７】
0005527184.tif 000028
【図８】
0005527184.tif 000029
【図９】
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【図１０】
0005527184.tif 000031
【図１１】
0005527184.tif 000032
【図１２】
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【図１３】
0005527184.tif 000034
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005527184.tif 000037
【図１７】
0005527184.tif 000038
【図１８】
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【図１９】
0005527184.tif 000040