(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波暗室内に設けられる治具に、配置位置の変更が可能な代替アンテナを有する代替アンテナ装置と、この代替アンテナ装置を覆う電波透過体とを着脱可能に搭載し、
前記治具上の代替アンテナが電波透過体によって覆われた状態で、複数の予め定める配置位置において、前記電波暗室内で電波発生源から放射される電波を受信したときの複数の第１受信信号と、前記電波透過体を治具から外して代替アンテナを露出させた状態で、前記複数の予め定める配置位置において、前記電波暗室内で電波発生源から放射される電波を受信したときの複数の第２受信信号とに基づいて、代替アンテナによって模擬される予め定めるアンテナに対する電波透過体の電力透過率を求めることを特徴とする電波透過体の電力透過率測定方法。
【請求項２】
前記予め定めるアンテナは、複数のアンテナ素子を配列したアレイアンテナであり、
前記複数の予め定める配置位置は、前記アレイアンテナにおける複数のアンテナ素子から選ばれた一部のアンテナ素子の配置位置に対応した複数の代表位置であり、前記複数の代表位置は、電波透過体に外接する仮想一平面に対し、電波発生源から放射される電波の波長の１６分の１以下の距離だけ離間した仮想一平面によって電波透過体の内部空間を切り取ったときの断面の面積が最小となる場合の面積に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の電波透過体の電力透過率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば航空機などの実機に搭載されるアンテナを用いずに、そのアンテナを覆う電波透過体の電力透過率を容易に求めることができる電波透過体の電力透過率測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば航空機および新幹線などの実機に搭載されるアンテナは、風、雨、氷雪などの気象条件下で使用される。したがって、積雪、結氷、水滴の流入、および風圧などの影響によって電気的および機械的性能が低下することを防止する必要があり、そのために電気的に大気と略同様な特性を有する電波透過体が用いられている。
【０００３】
このような電波透過体は、使用される環境に応じて、空力的、構造的および電気的な要素を総合して設計される。たとえば航空機に搭載される場合、空力的には、電波透過体の装備によって機体の周囲に発生する気流の乱れを極力抑制し、電波透過体が受ける空力荷重が小さくなるように設計され、構造的には、電波透過体が受ける空力荷重によって電波透過体が大きく変形しない剛性および雨滴などに対して充分な強度を有する壁構造を決定することに重点が置かれる。また、電気的には、電波透過体内のアンテナを介して送受信される電波が電波透過体を通過することによって、反射および誘電損失に起因する透過電力の低下、ビームの偏位、サイドローブ・レベルの増大など、アンテナパターンに著しい変化が起きないような形状および壁構造を決定する必要がある。
【０００４】
電波透過体は、前述したように電気的には大気と略同様な特性を有し、特に使用する周波数帯域にわたって良好な電波透過特性が要求されるため、誘電体材料によって形成される。電波透過体の電波透過特性は、電波の周波数、入射角および偏波によって異なる。アンテナから放射された電波の電波透過体への法線からの入射角が大きくなると、反射電力が大きくなり電波透過特性は急激に低下する。このような電気的観点および前述の空力的観点から電波透過体の形状が決定され、さらに強度および剛性などの構造的要求を満たすように設計されて製作される。このように製作された電波透過体は、形状から決まる入射角の範囲、使用電波の周波数および偏波に対して良好な電波透過特性を有するか否かを確認するために、実際に試験を行って電力透過率が求められる。
【０００５】
図１３は、複数のアンテナ素子を平面上でマトリクス状に配列したアレイアンテナ５２の覆域における電波透過体５１の有／無によるアレイアンテナ５２の利得を示す図である。航空機などの実機に搭載されるアレイアンテナ５２は、電波を送受信する開口面５３の上方からお椀形の形状をした電波透過体５１によって覆われて用いられる。ここで覆域とは、アレイアンテナ５２の開口面が電波を送受信することのできる全てのビーム方向を表すものとする。また、アレイアンテナ５２を覆う電波透過体５１において、前記覆域に対応する領域を「覆域範囲」と呼ぶことにする。図１３において、アレイアンテナ５２がその開口面５３の短手方向を鉛直方向に一致させて配置されているものとして、鉛直軸線まわりの回転方向を＋ＡＺ（Azimuth：方位角），−ＡＺ方向、鉛直軸線方向を＋ＥＬ（Elevation：仰角），−ＥＬ方向、および開口面５３の法線方向をＡＺ＝０°，ＥＬ＝０°と設定する。図１３では、ＡＺ＝−６０°〜＋６０°，ＥＬ＝−４５°〜＋４５°の覆域を有する開口面５３に対応する覆域範囲５４が示されている。また、開口面５３に対しＡＺ＝−６０°〜＋６０°，ＥＬ＝０°の方向から到来する電波に対する電波透過体５１の有／無によるアレイアンテナ５２の利得が示されている。
【０００６】
従来の電波透過体の電力透過率測定方法では、電波透過体内部に搭載されるアンテナにおける電波透過体の有／無による受信電力の測定結果に基づいて、アンテナ開口面の覆域に対する電波透過体の電力透過率を求めている。アンテナの受信電力は、アンテナパターン特性による開口面積の伝搬電力として示されるため、開口面積の異なるアンテナでは電力透過率も異なってくる。そのため、従来の電力透過率測定方法では、受信電力を測定するための専用試験装置の不要な単純なアンテナはもとより、小規模な専用試験装置で済むようなアンテナも含めて、全て実機に搭載されるアンテナおよび専用試験装置を用いて試験を行い、電波透過体の電力透過率を求めている（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３００８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって従来の電波透過体の電力透過率測定方法を実施する場合、実機に搭載されるアンテナを用いる必要があり、技術的難易度やスケジュール・リスクを除外したとしても、電波透過体の電力透過率を測定するために、非常に高価な専用試験装置を用いなければならない場合があるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、実機に搭載されるアンテナを用いずに安価に電波透過体の電力透過率を求めることができる電波透過体の電力透過率測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電波暗室内に設けられる治具に、配置位置の変更が可能な代替アンテナを有する代替アンテナ装置と、この代替アンテナ装置を覆う電波透過体とを着脱可能に搭載し、
前記治具上の代替アンテナが電波透過体によって覆われた状態で、複数の予め定める配置位置において、前記電波暗室内で電波発生源から放射される電波を受信したときの複数の第１受信信号と、前記電波透過体を治具から外して代替アンテナを露出させた状態で、前記複数の予め定める配置位置において、前記電波暗室内で電波発生源から放射される電波を受信したときの複数の第２受信信号とに基づいて、代替アンテナによって模擬される予め定めるアンテナに対する電波透過体の電力透過率を求めることを特徴とする電波透過体の電力透過率測定方法である。
【００１１】
本発明に従えば、電波暗室内において、治具には代替アンテナを有する代替アンテナ装置と電波透過体とが着脱可能に搭載される。代替アンテナが電波透過体によって覆われた状態で、電波発生源から電波が放射され、電波透過体によって覆われた代替アンテナから第１受信信号が得られる。代替アンテナは、その配置位置の変更が可能であり、複数の予め定める配置位置に対して、それぞれ第１受信信号が得られる。また、治具から電波透過体が取り外されて、代替アンテナが電波暗室内に露出している状態で、電波発生源から電波が放射され、代替アンテナから第２受信信号が得られる。この場合も、前記予め定める配置位置に対して、それぞれ第２受信信号が得られる。これらの複数の第１受信信号および第２受信信号に基づいて、代替アンテナによって模擬される予め定めるアンテナに対する電波透過体の電力透過率が求められる。このように、前記予め定めるアンテナを用いずに代替アンテナを用いることによって、前記予め定めるアンテナに対する電波透過体の電力透過率を求めることができる。
【００１２】
本発明は、前記予め定めるアンテナは、複数のアンテナ素子を配列したアレイアンテナであり、
前記複数の予め定める配置位置は、前記アレイアンテナにおける複数のアンテナ素子か
ら選ばれた一部のアンテナ素子の配置位置に対応した複数の代表位置であり、前記複数の代表位置は、電波透過体に外接する仮想一平面に対し、電波発生源から放射される電波の波長の１６分の１以下の距離だけ離間した仮想一平面によって電波透過体の内部空間を切り取ったときの断面の面積が最小となる場合の面積に基づいて決定されることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、代替アンテナによって模擬される予め定めるアンテナはアレイアンテナであり、アレイアンテナにおける複数のアンテナ素子から選ばれた一部のアンテナ素子の配置位置に対応した複数の代表位置に対して代替アンテナが配置される。このような複数の代表位置は、電波透過体に外接する仮想一平面に対し、電波発生源から放射される電波の波長の１６分の１以下の距離だけ離間した仮想一平面によって電波透過体の内部空間を切り取ったときの断面の面積が最小となる場合の面積に基づいて決定される。このように決定されることで、求められる電力透過率に殆ど影響を与えることなく、配置位置の数を可及的に減らすことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、実際に実機に搭載されるアンテナを用いることなく、代替アンテナを用いることによって、高価な専用試験装置を必要とせず、安価に電波透過体の電力透過率を求めることができる。
【００１５】
また本発明によれば、代替アンテナを用いた電波透過体の電力透過率測定方法において、求められる電力透過率に殆ど影響を与えることなく、代替アンテナを配置する位置の数を可及的に少なくして測定を行うことができるので、電力透過率を求めるのに要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の電波透過体２の電力透過率測定方法を実施するための電力透過率測定装置１を示す系統図である。
【図２】電力透過率測定装置１におけるアンテナポジショナ２１付近を拡大して示す斜視図である。
【図３】アンテナポジショナ２１の構成を簡略化して示す平面図である。
【図４】模擬アレイアンテナの開口面の任意の位置Ｑにおいてθ方向から到来する電波に対する電波透過体２による反射波および回折波の影響を説明するための図である。
【図５】本実施の形態の一事例における電波透過体２ａおよび模擬アレイアンテナの開口面３１を示す概略図である。
【図６】模擬アレイアンテナに備えられるアンテナ素子３２の配置位置を示す図である。
【図７】電波透過体２ａの頂点に対し、ＡＺ＝０°，ＥＬ＝０°方向からの電波が入射する様子を示す断面図である。
【図８】電波透過体２ａを位相面Ｖ２によって切断した断面を示す図である。
【図９】模擬アレイアンテナの開口面３１におけるアンテナ素子３２のうち、代替アンテナ素子３によって測定が行われる代表位置の位置を説明する図である。
【図１０】代替アンテナ素子３による電界強度測定の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１１】電波透過体４１に覆われたアンテナ素子４２ａ〜４２ｈを示す図である。
【図１２】ビームシフトを考慮した損失と本測定による方法で扱う損失とを説明するための図である。
【図１３】複数のアンテナ素子を平面上でマトリクス状に配列したアレイアンテナ５２の覆域における電波透過体５１の有／無によるアレイアンテナ５２の利得を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態の電波透過体２の電力透過率測定方法を実施するための電力透過率測定装置１を示す系統図であり、電波透過体２が取り外された状態が示されている。図２は、電力透過率測定装置１におけるアンテナポジショナ２１付近を拡大して示す斜視図であり、電波透過体２が取り付けられた状態が示されている。
【００１８】
本実施形態の電波透過体２の電力透過率測定方法を実施するために用いられる電力透過率測定装置１は、天井、床および側壁に電波吸収体を張り、電波の反射をなくした電波暗室４内において、ＡＺ／ＥＬポジショナ５によってＡＺ方向およびＥＬ方向に位置調整可能な治具６に、代替アンテナ素子３を備えるアンテナポジショナ２１とこのアンテナポジショナ２１を覆って設けられる電波透過体２とが着脱可能に搭載される。治具６は、フレーム６１と、ＡＺ／ＥＬポジショナ５に取付可能な台座６２とを有する。ここで、図１において、鉛直軸線Ｌまわりの回転方向を＋ＡＺ，−ＡＺ方向（総称する場合にはＡＺ方向と記す）とし、鉛直軸線方向を＋ＥＬ，−ＥＬ方向（総称する場合にはＥＬ方向と記す）とする。また、代替アンテナ素子３の開口面の法線方向をＡＺ＝０°，ＥＬ＝０°と設定すると、電波到来方向Ｗと代替アンテナ素子３の開口面の法線方向とが一致している場合に、後述する代替アンテナ素子３が移動する方向である移動方向Ａと鉛直軸線Ｌ方向とが一致するように、アンテナポジショナ２１は治具６のフレーム６１に対して取り付けられる。ＡＺ／ＥＬポジショナ５は、ＡＺ／ＥＬポジショナ制御装置１６に接続され、ＡＺ／ＥＬポジショナ制御装置１６からの指令に従ってＡＺ／ＥＬポジショナ５が駆動することによって、治具６を任意の位置に位置決めすることができる。すなわち、アンテナポジショナ２１に備えられる代替アンテナ素子３の開口面に対し、後述するように、反射板８から放射される電波を任意の方向から到来させることができる。電波透過体２は、治具６のフレーム６１に設けられる複数のピンによって、治具６のフレーム６１に対し着脱可能に取り付けられる。
【００１９】
電波透過体２と代替アンテナ素子３の開口面との位置関係は、実機搭載の電波透過体とその電波透過体によって覆われる実機搭載のアンテナの開口面との位置関係を模擬し、実機搭載のアンテナの開口面と同一平面内で代替アンテナ素子３の開口面が変位するように模擬されている。本実施の形態では、実機搭載のアンテナとして複数のアンテナ素子を平面上でマトリクス状に配列した矩形状の開口面を有するアレイアンテナが模擬され、後述するように、このアレイアンテナの開口面と同一平面内で代替アンテナ素子３の開口面が変位するように、アンテナポジショナ２１は構成される。以下、本実施の形態の電力透過率測定方法において模擬される予め定めるアンテナを「模擬アレイアンテナ」と称する。
【００２０】
ＲＦ用信号発生器１８によって生成され、かつマイクロ波増幅器２０によって増幅された送信信号に基づいて、電波発生源７が、反射板８に向けて電波を放射すると、電波は反射板８によって球面波から平面波に変換されて反射板８から放射される。このように平面波に変換された電波が、アンテナポジショナ２１に対して放射される。これにより、遠方から放射される電波を近似的に実現することができる。このように平面波に変換された電波が、電波透過体２が取り付けられている場合には、電波透過体２を透過して代替アンテナ素子３によって受信され、電波透過体２が取り外されている場合には、直接代替アンテナ素子３によって受信される。
【００２１】
電波を受信している代替アンテナ素子３から出力される受信信号ＲＦ１は、テストミキサ９によって局部発振信号ＬＯ１と混合され、受信信号ＲＦ１と局部発振信号ＬＯ１との差の周波数成分である中間周波数信号ＩＦ１に変換されて、ＬＯ／ＩＦ分配器１０に入力される。ＬＯ／ＩＦ分配器１０には、マイクロ波増幅器２０から出力された信号がリファレンスミキサ１１によって中間周波数信号ＩＦ２に変換されて入力される。さらに、ＬＯ／ＩＦ分配器１０には、ＬＯ用信号発生器１９によって生成され、かつマイクロ波増幅器１２によって増幅された局部発振信号ＬＯ２が入力される。ＬＯ／ＩＦ分配器１０は、送信側の中間周波数信号ＩＦ２にインピーダンス整合した受信信号ＲＦ２をマイクロ波受信機１３に対して出力する。マイクロ波受信機１３は、バスライン１４によって主制御装置１５およびポジショナ制御装置１６に接続されるとともに、もう１つのバスライン１７によってＲＦ用信号発生器１８およびＬＯ用信号発生器１９に接続される。マイクロ波受信機１３は、入力された受信信号ＲＦ２に基づいて、測定結果を主制御装置１５に出力する。前記測定結果は、主制御装置１５に記録される。
【００２２】
このように、ＡＺ／ＥＬポジショナ５を駆動させ、代替アンテナ素子３の開口面に対し電波が到来する方向を変更させることによって、覆域内の複数の方向から到来する電波に対して測定が行われる。また、代替アンテナ素子３によって模擬アレイアンテナを模擬するために、複数の配置位置に代替アンテナ素子３を移動させて測定が行われる。さらに、電波透過体２が取り付けられている場合と取り外されている場合の２つの場合に対して測定が行われる。本実施の形態では、代替アンテナ素子３によって受信した電波に基づいて得られる測定結果は電界強度であり、このようにして得られた電界強度に基づいて模擬アレイアンテナに対する電波透過体２の電力透過率が求められる。
【００２３】
図３は、アンテナポジショナ２１の構成を簡略化して示す平面図である。アンテナポジショナ２１は、代替アンテナ素子３と、代替アンテナ素子３を互いに直交する２軸方向へ移動させる移動装置２２と、アンテナポジショナ２１を治具６に取り付けるための取付金具２３とを含んで構成される。移動装置２２は、仮想一平面上で直交する移動方向Ａ１，Ａ２；Ｂ１，Ｂ２のうち、一方の移動方向Ａ１，Ａ２（総称する場合には移動方向Ａと記す）に代替アンテナ素子３を移動させる第１移動体２２ａと、治具６に設けられ、第１移動体２２ａを他方の移動方向Ｂ１，Ｂ２（総称する場合には移動方向Ｂと記す）に移動させる第２移動体２２ｂとを有する。また、第１移動体２２ａには、代替アンテナ素子３を移動方向Ａに移動させるように駆動する第１モータ２２ｃが設けられ、第２移動体２２ｂには、第１移動体を移動方向Ｂに移動させるように駆動する第２モータ２２ｄが設けられる。第１モータ２２ｃおよび第２モータ２２ｄは、主制御装置１５に接続され、主制御装置１５からの指令に従って駆動するように構成されている。このように、代替アンテナ素子３が少なくとも模擬アレイアンテナの開口面よりも広い移動範囲Ｐ内を移動することによって、模擬アレイアンテナのアンテナ素子の配置位置に対応した予め定める複数の測定位置に代替アンテナ素子３を配置することができる。アンテナポジショナ２１は、治具６に対し取付金具２３を介してねじ止めによって取り付けられる。
【００２４】
本実施の形態の代替アンテナ素子３を用いた電界強度の測定においては、電波透過体２以外の構造物による反射波、散乱波および回折波が測定誤差の要因となるため、前記反射波等を極力低減する必要がある。特に、移動装置２２、取付金具２３、ならびに治具６のフレーム６１および台座６２などは、代替アンテナ素子３による受信系に与える影響が大きく、前記反射波等の原因となる金属物の露出を避ける必要がある。そこで、たとえばねじ等を含めこれらの構造物を、木製の部材にＦＲＰ（繊維強化プラスチック：Fiber Reinforced Plastics）による補強をしたものおよび非金属代替材料などを用いて形成することによって、金属の使用量を低減するのが好ましい。また、金属の使用が必要な場合であっても、電波吸収体の取付が容易な形状または構造とするのが好ましい。このようにすることで、測定誤差の要因を低減することができる。
【００２５】
代替アンテナ素子３は、主制御装置１５からの指令に従って第１モータ２２ｃおよび第２モータ２２ｄを駆動させることによって移動するので、代替アンテナ素子３を任意の位置に精度良く配置して位置決めすることができる。また、このように主制御装置１５によって位置制御がなされるので、再現性をもって代替アンテナ素子３を測定位置に配置することができる。また、外部から遠隔操作によって代替アンテナ素子３の位置を変更することができるので、電波透過体２の有／無における電界強度測定において、電波透過体２の取付けおよび取外しを繰り返し行う必要がなくなり、手間を少なくして測定を実施することができる。さらに、電波透過体２およびアンテナポジショナ２１は、電波暗室４内において、高所に設けられるため、電波透過体２の重量が大きい場合の高所での重量物運搬に伴う危険性を低減することができる。
【００２６】
図４は、模擬アレイアンテナの開口面の任意の位置Ｑにおいてθ方向から到来する電波に対する電波透過体２による反射波および回折波の影響を説明するための図である。本実施の形態では、模擬アレイアンテナに備えられる各アンテナ素子が、覆域に対して略無指向性を示す場合を想定する。したがって、模擬アレイアンテナの開口面の位置Ｑにアンテナ素子が配置されている場合、模擬アレイアンテナの開口面に対しθ方向から到来する電波に対して、θ方向から入射する直接波Ｔ１のみならず、電波透過体２によって反射されてα方向から入射する反射波Ｔ２および電波透過体２によって回折されてβ方向から入射する回折波Ｔ３も受信する。
【００２７】
したがって、代替アンテナ素子３として、指向性の強いものを用いると、前述するような反射波および回折波の影響を考慮することができないので、本実施の形態における模擬アレイアンテナに対する電波透過体２の影響を適切に評価するためには、模擬アレイアンテナの覆域に対して略無指向性を示すような指向性の弱いものを用いる必要がある。
【００２８】
また、代替アンテナ素子３として、円偏波アンテナを用いた場合、散乱および回折によって偏向した成分も検出することで誤差の要因となることから、直線偏波のものを用いるのが好ましい。さらには、電波透過体２の有／無による電界強度の僅かな差も識別することができるように、覆域において測定系のダイナミックレンジに適合する利得を持ち、かつ再現性および安定性に優れたものを用いるのが好ましい。このようなことから、本実施の形態では、代替アンテナ素子３として反射板付きダイポールアンテナが用いられている。代替アンテナ３としては、前述するような特性を有するアンテナの他に、同じ覆域を有するものと考えられる実機搭載のアレイアンテナ５２に用いられている１つのアンテナ素子を用いても良い。
【００２９】
次に、本実施の形態における代替アンテナ素子３を用いた電波透過体２の電力透過率測定方法について具体的な事例を挙げて説明する。以下に説明する事例は、単に本発明による電力透過率測定方法を説明するための一例に過ぎず、これに限定されることなく実施することができる。
【００３０】
図５は、本事例における電波透過体２ａおよび模擬アレイアンテナの開口面３１を示す概略図である。電波透過体２ａは、開口部が円形である釣鐘形の形状をしており、開口部の円形の直径がＤ＝２．０ｍであり、開口部から頂点までの寸法がＨ＝１．５ｍであり、厚さが１２ｍｍである。またその詳細な形状は、開口部の円の中心と頂点とを結ぶ仮想一直線まわりに、前記仮想一直線を通りコサイン（cosine）曲線Ｃで表される仮想曲線の一部を回転させて形成される内壁面および外壁面を有する釣鐘形の形状である。
【００３１】
ここで、図５において直交座標系を設定する。電波透過体２ａが、円形の開口部を規定している円の中心を原点とし、前記仮想一直線がＸ軸と一致するものとする。また、模擬アレイアンテナを模擬する代替アンテナ素子３の移動方向ＡとＺ軸とが一致し、移動方向ＢとＹ軸とが一致するものとする。したがって、Ｚ軸まわりの回転方向がＡＺ方向、およびＹ軸まわりの回転方向がＥＬ方向であり、さらに、開口面３１の中心から電波透過体２ａの頂点に向かう方向がＡＺ＝０°，ＥＬ＝０°と表すことができる。
【００３２】
図６は、模擬アレイアンテナに備えられるアンテナ素子３２の配置位置を示す図である。模擬アレイアンテナは、その開口面３１の中心が原点に一致し、かつ開口面３１がＹ−Ｚ平面上にあり、開口面３１が電波透過体２の頂点を臨むように配置されるものとする。開口面３１は矩形状であり、Ｙ方向寸法がＬ１＝９００ｍｍ、Ｚ方向寸法が４５０ｍｍであり、その開口面３１には、Ｙ方向に沿ってＰ１＝３０ｍｍピッチで３０個、Ｚ方向に沿ってＰ２＝３０ｍｍピッチで１５個のアンテナ素子３２がマトリクス状に配列されているものとする。
【００３３】
本実施の形態による電力透過率測定方法では、このような模擬アレイアンテナに対し、単一の代替アンテナ素子３を用いて、この代替アンテナ素子３を模擬アレイアンテナの開口面３１内において予め定める複数の測定位置に移動させ、その各測定位置において受信した電波から各電界強度を測定し、この各電界強度に基づいて電力透過率を求める。
【００３４】
ここで、前記予め定める複数の測定位置は、模擬アレイアンテナにおいてアンテナ素子が配置されている全ての箇所（本事例の場合、１５個×３０個＝４５０箇所）とすることが理想であるが、試験を実施する上で全ての箇所において測定を行うことは、多くの時間を要するため、特に模擬アレイアンテナのアンテナ素子数が多い場合には困難である。そこで、アンテナ素子が配置されている全ての箇所のうち、開口面３１に対し一定の面積を有する参照区画によって開口面３１を分割し、その参照区画に含まれる複数のアンテナ素子から１つのアンテナ素子を選択してその参照区画における代表位置とし、その代表位置に代替アンテナ素子３を移動させて電界強度を測定することによって、測定箇所を減らして試験を実施することが好ましい。
【００３５】
以下、代替アンテナ素子３を移動させる代表位置の決定方法について説明する。図７は、電波透過体２ａの頂点に対し、ＡＺ＝０°，ＥＬ＝０°方向からの電波が入射する様子を示す断面図である。電波透過体２ａの壁構造に入射する電波の透過特性は、ポインティングベクトル（Poynting Vector）ＰＶの壁構造に対する入射角γ，γ’によって決定される。一方で、空間を伝搬する波長がλである電波は、その位相面がλ／１６以内で揃っている場合に、位相およびポインティングベクトルが一定である平面波とみなすことができる。
【００３６】
前述するように、位相面がλ／１６以内で揃っている場合は位相およびポインティングベクトルが一定である平面波とみなすことができるので、電波透過体２ａに外接している電波の位相面Ｖ１に対し、位相差がλ／１６以内で電波透過体２ａに入射する電波は、電波透過体２ａへの入射角が一定であるとして扱うことができる。
【００３７】
図８は、電波透過体２ａを位相面Ｖ２によって切断した断面を示す図である。位相面Ｖ１に対し、距離がλ／１６だけ離間している位相面Ｖ２によって切り取られる電波透過体２ａの内部空間の面積をＵとすると、この面積Ｕに相当する領域を通過した電波は、位相およびポインティングベクトルが一定であるとみなされる。したがって、この電波を受信したアンテナ素子からは略同一の測定結果が得られるものとみなすことができる。この面積Ｕは、電波到来方向Ｗが変わることによって変化する。そこで、面積Ｕが最小となる場合を求めておけば、全ての方向から到来する電波に適用することができる。したがって、開口面３１において最小面積Ｕminごとに最低１箇所の割合で代表位置を定めて、その代表位置において代替アンテナ素子３によって電界強度を測定すれば、位相差がλ／１６以下の領域ごとで代表位置を定めることになり、電波透過体２ａの形状に対する入射角特性を模擬する十分な条件となる。そこで、開口面３１において代表位置を定める参照区画の寸法は、最小面積Ｕminおよびアンテナ素子３２の配列を等分することができる条件を考慮して決定される。
【００３８】
本事例においては、前述するような釣鐘形の形状の電波透過体２ａを用いるので、面積Ｕが最小となる場合は、図７に示すようなＡＺ＝０°，ＥＬ＝０°方向から電波が到来する場合である。
【００３９】
図９は、模擬アレイアンテナの開口面３１におけるアンテナ素子３２のうち、代替アンテナ素子３によって測定が行われる代表位置の位置を説明する図である。前述するような決定方法により、本事例においては最小面積Ｕmin＝１０，０００ｍｍ２であることに基づいて、参照区画として３×３素子ごとに開口面３１を分割し、参照区画に一箇所の割合で代表位置を定めて測定が行われる。したがって、本事例においては、測定位置を４５０箇所から５０箇所に低減させることができる。
【００４０】
このような方法によって、測定位置を低減することにより、測定に要する時間を短縮することができるとともに、電波透過体２ａの電力透過率を評価するのに充分な測定結果を得ることができる。
【００４１】
以下、本発明による電波透過体２の電界強度の測定方法について説明する。本事例では、前述するように開口面３１内の５０箇所の測定位置において、代替アンテナ素子３を移動させて電界強度を測定する必要がある。また、このような測定を、開口面３１に対し入射する電波の方向が、ＡＺ＝０°，＋１５°，＋３０°，＋４５°およびＥＬ＝０°，＋１５°，＋３０°，＋４５°の組合せによる合計１６方向に対して行われる。また、本事例において電波発生源７から放射される電波は、周波数を５ＧＨｚに設定している。
【００４２】
本実施の形態による方法では、電波の送信側が固定され一定の方向に放射される電波に対し、受信側をＡＺ方向およびＥＬ方向に駆動させることによって、複数の方向から入射する電波に対する電界強度を測定可能に構成している。しかし、このような構成に限られず、受信側を固定し送信側をＡＺ方向およびＥＬ方向に駆動するようにしてもよい。
【００４３】
図１０は、代替アンテナ素子３による電界強度測定の手順を説明するためのフローチャートである。先ず、電波透過体２がアンテナポジショナ２１を覆っている状態で測定を行うものとする。測定開始時において、治具６および代替アンテナ素子３は、待機位置にあるものとする。
【００４４】
ＡＺ／ＥＬポジショナ制御装置１６は、開口面３１に対しＡＺ＝０°，ＥＬ＝０°方向から電波が入射するように、ＡＺ／ＥＬポジショナ５に対し駆動指令を出力し（ステップｓ１）、所定の位置まで変位すると駆動指令を停止する（ステップｓ２）。次に、主制御装置１５は、代替アンテナ素子３が所定の測定位置に移動するように、移動装置２２の第１モータ２２ｃおよび第２モータ２２ｄに対し移動指令を出力し（ステップｓ３）、所定の位置まで移動すると移動指令を停止する（ステップｓ４）。そして、マイクロ波受信機１３に対して測定を開始する指令を出力し（ステップｓ５）、電界強度の測定が開始される。測定開始から所定の時間が経過すると、マイクロ波受信機１３に対して測定を終了する指令を出力する（ステップｓ６）。得られた測定結果は、主制御装置１５に記録される。
【００４５】
主制御装置１５は、主制御装置１５に記録された測定結果に基づいて、全ての測定位置において測定が終了したか否かを判断し（ステップｓ７）、測定位置が残存する場合には、ステップｓ３に戻って次の測定位置において電界強度を測定する。全ての測定位置において測定が終了している場合には、ＡＺ／ＥＬポジショナ制御装置１６は、主制御装置１５に記録された測定結果に基づいて、全ての方向に対して測定が終了したか否かを判断する（ステップｓ８）。測定が終了していない方向がある場合には、ステップｓ１に戻って測定方向を変えて電界強度を測定する。全ての方向に対して測定が終了している場合には、電波透過体２がアンテナポジショナ２１を覆っている状態での測定が終了する。そして、電波透過体２が取り外された状態で、前述する方法と同様の方法で電界強度が測定される。本事例では、このようにして、電波透過体２が有る場合と無い場合とにおいて、１６の測定方向に対し各５０箇所の測定位置における電界強度の測定結果が得られる。
【００４６】
図１１は、電波透過体４１に覆われたアンテナ素子４２ａ〜４２ｈを示す図である。ここで、開口面におけるアンテナ素子４２ａ〜４２ｈごとの特性からアレイアンテナ４３に対する電波透過体４１の電力透過率を求める方法について説明する。簡単のため２次元で考えると、一般的に等間隔で並べられた各アンテナ素子４２ａ〜４２ｈの合成電界Ｅｔは、以下のように示される。
【００４７】
【数１】
0005635453.tif 000002
【００４８】
ここで、Ｍ：電流、Ｄ：素子の指向係数、ｎ：素子位置（番号）、ｄ：素子間隔、θ：指向方向、δ：位相差である。
【００４９】
したがって、ビームを目的とする方向に指向させるには、各素子の位相項（ｄ・ｃｏｓθ＋δ）（位相差）が０となるようにδを調整すればよく、そのときのθ方向の合成電界は以下のようになる。
【００５０】
【数２】
0005635453.tif 000003
【００５１】
よって、上記の条件下において、アレイアンテナ４３単体でのビーム方向における合成電界強度を考える場合は、各アンテナ素子４２ａ〜４２ｈの各位置におけるビーム方向の個別電界強度の総和をとることにより評価できる。
【００５２】
一方、アンテナ素子単体の指向係数Ｄは、各アンテナ素子４２ａ〜４２ｈが配置される位置により電波透過体４１の影響が異なる。電波透過体４１の影響は、電波透過体４１の壁構造に対するポインティングベクトルの入射角φに依存する透過係数および位相差として現れるため、等価的に各アンテナ素子４２ａ〜４２ｈに供給される電流の強度および位相差として扱うことができる。したがって、各アンテナ素子４２ａ〜４２ｈの各位置ｎにおける電波透過体４１無しの電界Ｅｎ１および電波透過体４１有りの電界Ｅｎ２は、下記のように示すことができる。
【００５３】
【数３】
0005635453.tif 000004
【００５４】
よって、アレイアンテナ４３における電波透過体４１無しのビーム方向θに対する合成電界Ｅｔ１、および電波透過体４１有りの合成電界Ｅｔ２は下記のようになる。
【００５５】
【数４】
0005635453.tif 000005
【００５６】
ここで、各アンテナ素子４２ａ〜４２ｈの各位置における電流が全て等しい（Ｍｍ＝Ｍ）とすると、各ビーム方向θにおける電力透過率は、以下の各アンテナ素子４２ａ〜４２ｈの位置でのビーム方向に対する透過係数および位相差の総和の２乗により求めることができる。
【００５７】
【数５】
0005635453.tif 000006
【００５８】
実際の測定系では各アンテナ素子４２ａ〜４２ｈの各位置での電界強度を測定することになるので、各アンテナ素子４２ａ〜４２ｈの各位置における電波透過体４１の有／無の電界強度比を位相情報も含め、方位毎に総和、平均し、その２乗をとることにより、アレイアンテナ４３の各ビーム方向に対する電力透過率が求められる。
【００５９】
本事例では、電波透過体２が有る場合と無い場合とにおいて、１つの測定方向に対しそれぞれ５０箇所の測定位置における電界強度の測定結果が得られるので、５０の測定結果を総和して平均したものをそれぞれｅ１，ｅ２とすると、ｅ１とｅ２の比（ｅ１／ｅ２）の２乗をとることによって、その１つの測定方向における電力透過率を求めることができる。同様にして、１６の測定方向に対し電力透過率を求めることができる。ここで、ｅ１は電波透過体２が有る場合を表し、ｅ２は電波透過体２が無い場合を表しているものとする。
【００６０】
この方法では、アレイアンテナが指向しようとしているビーム方向のみの評価（ビーム方向における各アンテナ素子の位相差は０）となるため、電波透過体挿入に伴う位相差によって生じるビームシフト等により変化した最大電力透過位置での評価はできない。したがって、得られる電力透過率は、図１２に示すように、厳密にはビーム最大値の損失による電力透過率とは異なる。しかしながら、光学近似を用いた解析計算による本事例のビームシフトは０．０５°以下であるため、ビーム幅１°以上のアレイアンテナに対して本実施形態による方法を適用したとしても、結果は、最大電力透過位置での評価とほぼ同一になると考えられる。
【００６１】
また、本実施形態による方法は、電波透過体の電力透過率にとって、より厳しい条件での評価となるので、これにより要求性能を満足することが確認できれば、電波透過体が要求性能を満足しているといえる。
【００６２】
本件発明者は、本発明による電力透過率測定方法に対する評価を行っている。すなわち前述の事例に対し、実際に模擬アレイアンテナを用いて電力透過率を求めている。その結果は、代替アンテナ素子３を用いた場合と模擬アレイアンテナを用いた場合とにおける電力透過率の差異が、１６の全ての方向において１％未満であった。したがって、本発明による方法を実施して電波透過体の電力透過率の測定を行った場合、その電波透過体に要求される電力透過率の要求値に対し、１％の余裕をもたせた要求値を満足するような電力透過率が測定されれば、その電波透過体は電力透過率の要求を満足しているものといえる。したがって、電波透過体の電力透過率を評価する上で、本発明による代替アンテナを用いた場合の電力透過率測定方法は、実機に搭載されるアンテナを用いた場合の電力透過率測定方法と同等のものとして扱うことができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  電力透過率測定装置
２  電波透過体
３  代替アンテナ素子
４  電波暗室
５  ＡＺ／ＥＬポジショナ
６  治具
７  電波発生源
８  反射板
２１  アンテナポジショナ
【図１】
0005635453.tif 000007
【図２】
0005635453.tif 000008
【図３】
0005635453.tif 000009
【図４】
0005635453.tif 000010
【図５】
0005635453.tif 000011
【図６】
0005635453.tif 000012
【図７】
0005635453.tif 000013
【図８】
0005635453.tif 000014
【図９】
0005635453.tif 000015
【図１０】
0005635453.tif 000016
【図１１】
0005635453.tif 000017
【図１２】
0005635453.tif 000018
【図１３】
0005635453.tif 000019