(57)【要約】      （修正有）【課題】非常に広範囲の周波数帯にまたがるスプリアス放射を正確に測定する装置を提供する。【解決手段】被測定物を載置する台と、該台を中心としてＸＹＺ軸方向に対向する広帯域進行波アンテナペアと、該アンテナペアからの信号を合成加算する合成器と、加算した電力スペクトラムを読み取る手段とを具備し、前記対向するアンテナペア同士は同位相で加算され得るように前記合成器に接続されると共に前記台を移動し得る台とするか、可変位相器で位相を変えることによって、最大電力値を求め得るように構成したことにより、常に各周波数における最大値が記録され、基本波、高調波、或いは他のスプリアス成分を測定記録することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を載置する台と、該台を中心としてＸＹＺ軸方向に対向する広帯域進行波アンテナペアと、該アンテナペアからの信号を合成加算する合成器と、加算した電力スペクトラムを読み取る手段とを具備し、前記対向するアンテナペア同士は同位相で加算され得るように前記合成器に接続されると共に前記台を移動し得る台とするか、可変位相器で位相を変えることによって、最大電力値を求め得るように構成したことを特徴とする電磁波結合装置。
【請求項２】
前記アンテナペアは、前記台を中心として、ＸＹＺ軸方向にそれぞれ等距離で対向配置している請求項１記載の電磁波結合装置。
【請求項３】
前記広帯域進行波アンテナペアが、基本周波数の３倍以上の帯域幅を有する進行波アンテナである請求項１又は２記載の電磁波結合装置。
【請求項４】
前記加算した電力スペクトラムを読み取る手段が、ピーク値保持機能を持った掃引型電力測定器である請求項１〜３のいずれかに記載の電磁波結合装置。
【請求項５】
前記被測定物を載置する台には、対向するアンテナ間の中間点を被測定物電磁波放射源の中心が通過するための掃引可動する機構が設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の電磁波結合装置。
【請求項６】
前記対向するアンテナペア同士は同位相で加算されるように等しい位相量で前記合成器に接続される請求項１〜５のいずれかに記載の電磁波結合装置。
【請求項７】
前記アンテナペアの外側には、電磁波吸収材と金属遮蔽板とで構成されたシールド箱が形成されている請求項１〜６のいずれかに記載の電磁波結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＶＨＦ、ＵＨＦ帯等の電波機器（例えば携帯電話機等）から発せられる目的キャリア成分と高周波等の不要輻射スプリアス成分とを、広帯域に亘り正確に測定できる電磁波結合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の携帯電話機には、通話だけでなく、画像表示やインターネット機能が付与されたり、その他幾多の使途が考案され、目覚しい進化を遂げつつある。他の無線情報端末機器も無線ＬＡＮのブロードバンド化、オフィス、家庭さらに自動車等における情報機器同士のデータリンク等々、近来・未来はＩＴ時代にふさわしく数々の電磁波を使う小型情報機器が開発される筈である。
【０００３】
これら機器からは、通信目的の基本周波数成分の他、スプリアス成分と呼ばれる不要信号成分も放射され、これが妨害を与えたりしている。従って、これら放射の実態を正確に掌握し、適切な対策を施した機器を製造することが強く求められている。しかしながら、これらスプリアス放射は、非常に広範囲の周波数帯に及んでいるため、その正確な測定手段を求めるのは難しいのが現状である。
【０００４】
（１）例えば電波暗室等の電磁波測定サイトで、被測定物に広帯域アンテナを向け飛来する電磁波の各周波数成分を測定すれば、スプリアス成分の測定は可能である。しかしながら、ＸＹＺ各偏波成分を測定するには、被測定物の設置を其の都度変えて測定を繰り返さなければならないが、このようにするには極めて多大の時間を浪費するだけでなく、その間に被測定物の状態が変化してしまうことが生じ得る。
【０００５】
（２）工場やオフィス等の小さなスペースでは、ＴＥＭ−ＣＥＬＬと呼ばれる一種の伝送線路形状内に被測定物を入れる方法がある。ＴＥＭ−ＣＥＬＬは一方向偏波に対応するので、単一偏波のみであるから、各軸偏波毎に被測定物の設置をし直すことが必要になる。また、大きな同軸線路の内導線と外皮の間に被測定物を入れる構造であるので、被測定物が入る位置により結合係数が変わる問題があり、これは広い周波数範囲では更に問題が大きくなる。そればかりか、被測定物のフェーズセンターがスプリアス周波数で色々と変化するので、そのスプリアス周波数毎にいちいち設置位置を探す必要があるが、これは不可能に近いから、あまり正確な測定は望めない。
【０００６】
上記（２）の方法の結合量は、内導体に近づくほど大きくなり、外皮側に行くほど小さくなる。要するに、設置場所を限定し、その約束事に基づいて値を読む方法であるから、特に装置内で被測定物が大きくなるにしたがって、規定の位置に置くことは難しくなり、益々測定が不正確になる。
【０００７】
特願平５―７２０９５号明細書には、アンテナ測定装置で放射電力と放射パターンを測定する装置が提案されている。これは、基本的には上記（１）の関係を、多数のアンテナで円周状に囲み、電気的に掃引することによって、測定時間を節約しようとするものである。
【０００８】
これは上記（１）と同様に、各偏波毎に被測定物の設置を変え測定するものであるが、この装置で高調波スプリアスを測定する場合も、各周波数成分の電力を逐次求め、測定操作終了後にデータを比較することによって、基本波成分やスプリアス放射強度比の関係を求めるものであるから、上記（１）と同じ欠点を有する。
【０００９】
このような問題点を解決するため本出願人は、被測定物の円周上に同一特性の進行波アンテナを配置し、各その中心点からアンテナエレメント間の伝送移送量を同じになるように調整し、即ち、発信源から周囲に放射される電波を円周上で同相で収得・合成する方法を開発し、先に特許を取得している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３４３６６６９号  この場合、単一の偏波のみに着目した装置で、ＸＹＺ３軸の偏波成分を別々に、また、数次高調波迄をも含む極めて広帯域に亘り全軸・全周波数範囲で前述の中心点から等距離に測定アンテナが位置する関係を構築することは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許によって、予め定められた周波数及び偏波での放射電力を迅速に求める方法は実現したが、近来のようにブロードバンド化したデジタル通信では、送信用キャリア周波数のみならず、内部では高速なデジタル処理信号等が動作しているから、極めて広帯域に不要な電磁波成分を放射する問題があった。
【００１１】
また、プラスチック筺体等で小型化が進むハンディー情報機器は、従来の本格的な通信機器に比べ、シールド等の対策が不足しがちであるから、キャリア信号の高調波成分の放出も無視できない。
【００１２】
これらの極めて広範囲に及ぶ周波数帯スプリアス信号放射を正確に測定しようとすると、前述の従来法では膨大な時間を要し不可能に近いので、適切な測定法が渇望されている。
【００１３】
この発明は、このような点に着目してなされたものであり、非常に広範囲の周波数帯にまたがるスプリアス放射を正確に測定する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的に沿う本発明の構成は、被測定物（電磁波放射体）を載置する移動し得る台と、該台を中心としてＸＹＺ軸方向に対向する広帯域進行波アンテナペアと、該アンテナペアからの信号を合成加算する合成器と、加算した電力スペクトラムを読み取る手段とを具備し、前記対向するアンテナペア同士は同位相で加算され得るように前記合成器に接続されると共に前記台を移動し得る台とするか、可変位相器で位相を変えることによって、最大電力値を求め得るように構成したことにより、常に各周波数における最大値を記録し、基本波、高調波、或いは他のスプリアス成分を測定記録することができる。尚、アンテナペアとは、等しい偏波のアンテナのことである。
【００１５】
前記アンテナペアは、前記台を中心として、ＸＹＺ軸方向にそれぞれ等距離で対向配置しているのが好ましい(請求項２)。
【００１６】
前記広帯域進行波アンテナペアが、基本周波数の３倍以上の帯域幅を有する進行波アンテナであるのが良い(請求項３)。
【００１７】
前記加算した電力スペクトラムを読み取る手段が、ピーク値保持機能を持ったスペクトラムアナライザー等の掃引型電力測定器であるのが好ましい(請求項４)。
【００１８】
前記被測定物を載置する台には、対向するアンテナ間の中間点を被測定物電磁波放射源の中心が通過するための掃引可動する機構が設けられているのが好ましい(請求項５)。このように構成すれば、被測定物を載置する台を任意周波数範囲で掃引しながら移動させることが出来る。
【００１９】
前記対向するアンテナペア同士は同位相で加算されるように等しい位相量で前記合成器に接続されるのが好ましい(請求項６)。
【００２０】
更に、前記アンテナペアの外側には、電磁波吸収材と金属遮蔽板で構成されたシールド箱が形成されているのが好ましい(請求項６)。このようにすることによって、被測定物から放射される電磁波が反射されないと共に、本器アンテナペアがケース金属面でイメージ像を作らないようにすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、従来、多大な時間を要しても、正確に測定することが困難であった広帯域スプリアス成分の測定・分析を、僅かなスペースで且つ短時間に行うことができるため、無用な混乱を与える妨害波の発生を事前に止める対策ができるほか、益々増える各種電波使用機器相互間の妨害や例えば心臓ペースメーカー等の電子機器への妨害防止等情報化社会の秩序ある発展に寄与するところ極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
前記請求項１〜６の本発明の目的を達成するためには、以下（１）〜（３）のような解決すべき技術的課題がある。
【００２３】
（１）３軸に亘る偏波成分を検出できること
これは所謂、通信のための主アンテナのみならず、色々な所から電磁波輻射があるので、予め偏波を決められないことから、本発明の必須の条件である。更に、主アンテナからの放射でもキャリア周波数以外の高周波を含む成分は、主アンテナ上でも色々なモードが発生し、基本波と同じ方向の偏波になる保証は全く無いことから、この条件は必要である。
【００２４】
（２）基本周波数の少なくとも3倍調波以上の広帯域な周波数範囲を確実に観察・測定できること
一般にスプリアス信号の大きな成分は２次、３次高調波であるので、この帯域迄を一度に観察・測定するのが好ましい。更に前述のデジタル機器が、キャリアとは無関係なクロック信号とその高調波が多量に放出されるので、基本波の少なくとも３倍までの周波数範囲を確実に連続して観察・測定するのが好ましいから、これは本発明の効果を十分発揮させるための必要な条件である。
【００２５】
（３）上述の各成分を測定できること
空間に放射される電波は、伝搬距離によって減衰して行く。放出された近傍では３乗項・２乗項・１乗項が混在する。ある程度の距離とアンテナ方式によって、遠方界と同じ１乗項が支配的となる関係を作ることが出来る。しかし、距離が変わると伝送量（結合量）が変化してしまうことに変わりはない。そこで、本発明の効果を十分発揮させるためには、被測定物と測定用アンテナの位置関係が変わっても、再現良く各周波数成分の値を求める方法が必要である。
【００２６】
（４）更に、各軸、各周波数毎に伝送量の校正が出来れば、正確な測定が可能となり、本発明の効果が更に十分発揮される。
【００２７】
まず、上記（１）については、以下の手段によって実現することが出来る。
【００２８】
被測定物を中心に、好ましくは３方向に等しい距離で、好ましくはＸＹＺ３軸に平行な直線偏波の進行波アンテナを、それぞれ対向させて配置する。そして各対向した同じ偏波のアンテナを、中心から同じ位相量のケーブルと信号合成器で結ぶ。即ち、ＸＹＺ偏波のアンテナが被測定物上に形成される。
【００２９】
上記（２）については、広帯域アンテナとして、基本周波数の３倍以上の帯域幅を持つ進行波アンテナを設計することによって実現することが出来る。これは既存のアンテナ理論で形成できるが、例えば実施例では、７００ＭＨｚ〜１２ＧＨｚをカバーするアンテナを試作することによって行った。
【００３０】
上記（３）の安定な再現性の実現は、測定用アンテナに接続される放射電力測定装置（例えばスペクトラムアナライザー）を任意周波数範囲で掃引しながら、電磁波放射体(送信機)を設置する台を移動させるか、可変位相器で位相を変えることによって、最大電力値を求めことにより、被測定送信機から放射されるスプリアス信号は、各周波数点で中心点を通るので、各周波数成分の最大値が記録され、再現性の良い測定が可能となる。
【００３１】
対向したアンテナペアの真の中心点は、外側両アンテナへの位相が等しくなる点であるから、対向したアンテナペアの合成出力端と丁度中間に配置したアンテナ間の伝送量は、等しい位相のとき２倍となり最大となる。特に波長の短い高調波領域では、少しの位置の変化により、この位相差も急激に変化し、伝送量も急激に減じるので、より中心点が判別できる。
【００３２】
今、被測定物である電磁波放射体(送信機)に設置する台を、これを挟むように配置してある外側両アンテナ方向に可変移動できる機構を設け、両アンテナの合成出力は計測するスクトラムアナライザー等の測定器に接続し、測定器は最大値をホールドするマックスホールドモードを使用すると、各周波数成分の最大値を見ることができる。マックスモードとは、測定データをデジタルメモリー等で記録し同じ番地のデータ同士比較しながら、常に大きな値を記録するモードであるから、スペクトラムアナライザーの場合、横軸周波数に相当する各位置で最大値が記録保持されていくからである。
【００３３】
被測定機器は、任意周波数範囲で掃引しながら移動させることになるので、必ず各周波数点で前述の「中心点」を通り、各周波数成分の最大値が記録されるから、極めて再現性の良い測定が可能となる。
【００３４】
この関係が、ＸＹＺの３方向に成り立つようにするため、３軸方向に可動し得る機構を設ける。スペクトラムアナライザーが３入力端子備わっていれば、ＸＹＺ各軸での周波数特性が一度に求められる。１入力であっても、順次切り替えて３つの軸のデータを別々に求め、これをパーソナルコンピュータ（以下ＰＣと呼ぶ）等に転送し、例えば同一画面に重ね書きすることによって簡単に直視できる。
【００３５】
上記（４）の校正法は、以下の手順によって容易に且つ正確に校正できる。
【００３６】
ＵＨＦ／ＶＨＦ帯は波長が手ごろなので、λ／２ダイポールアンテナを使用する。このダイポールアンテナを前述の対向アンテナの中心に置き、このダイポールアンテナと外側両アンテナの合成器出力端の伝送量を測定する。このとき、ダイポールアンテナを可動させて最大値を求める。これが中間点に標準ダイポールアンテナを置いたときの伝送量であり、これが標準結合係数となる。半波長ダイポールアンテナの理論利得は、周波数に関係なく常に１．６４（２．１ｄｂ）であるので、この値を基準にすることになる。なお、製作したダイポールアンテナにも出来不出来があるから、理論値に対する利得偏差を測定する必要がある（校正作業）。この校正は、２アンテナ間距離を正確に定め理論減衰量から校正したり、３アンテナ比較法(米国ＮＩＳＴ法)等が知られている。
【００３７】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００３８】
図１に示す如く等しい偏波のアンテナ（アンテナペア）を、被測定物を挟んで、対向させて設置し、同アンテナペア同士を合成器にて接続する。この時、アンテナ出力端から合成器までの位相を合わせておく。
【００３９】
このアンテナペアの中間に同じ偏波の電磁波放射源（被測定物）を置くと、左右両アンテナに電力が誘起される。真の中間点から放射されれば、左右アンテナペアには同相の電力が誘起され、合成器で２倍に加算される。この時最大値を示すので、この最大値を探し求めることによって、再現性と正確性を確保できる。尚、中間点からずれると、左右アンテナペアの誘起電力の位相差によって、合成出力は減じられる。
【００４０】
図２は、本発明の実施例を示すものであり、図１の左右アンテナペアの偏波をＹ軸偏波と呼べば、被測定物の上下にＸ軸偏波を構成し、ＸＹＺ３軸の偏波を構成した例を示す。Ｚ軸偏波の作成は、左右か上下のいずれかのアンテナペアに直角なアンテナエレメント（直交エレメント）を組み合わせればよい。このように構成することにより、８面体の箱のうち２面を開けることができ、被測定物の出し入れが可能となる。
【００４１】
ＸＹＺ３軸のアンテナペアの外側は、電波吸収材と金属によるシールドケースが形成され、反射成分を吸収し誤差が生じないようにすると共に、金属シールドケースにより外来電波の進入を防止している。
【００４２】
図３は、本発明の他の実施例を示すものであり、ＸＹＺ３軸のアンテナペアの真の中間点を被測定物電磁波放射のフェーズセンターが必ず通過するように、被測定物を載置する台に、ＸＹＺ方向に移動する可動装置を設けた例を示す。
【００４３】
各軸アンテナペアからの出力は、合成器で加算され、測定器に接続される。測定器には、通常スペクトラムアナライザーを用いる。このとき、測定信号強度値の最大値を記録するマックスホールド機能を使用する。上記可動装置によって、各アンテナペア間の中間点を通過したときの最大値を記録保持することになる。
【００４４】
通常スペクトラムアナライザーは、周波数軸を時間をかけて掃引している。この掃引周期と前述の可動装置の掃引周期を非同期にすることによって、ある程度の時間をかければ、全測定周波数に亘って、各周波数点での最大値が記録される。
【００４５】
この可動は、ＸＹＺ軸に平行な直線方向に限らず、携帯電話機のようなものは、回転させるほうが効率的な場合もある。使用するスペクトラムアナライザーには、３入力機能(マルチチャンネル機能)が備わっていれば最適であるが、古くからある１チャンネル型でも差し支えない。
【００４６】
上記ＸＹＺ各アンテナペアの合成器出力を切替ながら１チャンネル毎の出力をマックスホールド測定し、ＰＣ等にデータを伝送する。
【００４７】
ＰＣによって、各チャンネルに相当するデータを並べて作図表示したり、比較しながら最大値を表示したりすることによって、放射源の周波数毎の放射電力値を知ることができる。
【００４８】
図４は、本発明の他の実施例を示すものであり、DUT（被測定物）設置台を移動させる代わりに、可変移相器で位相を変えて、最大電力値を探し求め得るように構成した例を示す。尚、上記図４では、一対のアンテナペアしか記載していないが、前記実施例と同様にアンテナペアは、ＸＹＺ軸方向に対向配置している。
【００４９】
最大電力値は、対向するアンテナペアの位相が等しくなる点であるから、台を移動させる代わりに、対向するアンテナペアの位相を変えて、位相が等しくなる点（最大電力値である）を求めても同様の結果が得られる。
【００５０】
上記実施例では、対向する移相器の制御、電力測定器の制御及びデータの作図は、ソフトウェアによって行うようになっている。
【００５１】
(送信電力の校正)
上記アンテナペアのゲイン特性は一定ではない。所謂周波数特性が存在するので、各周波数に亘り、校正することが必要である。
【００５２】
本発明の方法で校正することは、以下のように極めて簡単に行うことができる。
【００５３】
被測定物の代わりに標準ダイポールアンテナを「中間点」に挿入する。このときＸＹＺ各軸の偏波に合わせて設定する。測定器にはネットワークアナライザーを用いて、アンテナ間の伝搬量を直視・測定すると好都合である。
【００５４】
前記したのと同様に可動して最も伝送損失の少ない値を読み取れば、標準ダイポールでの基準結合量となり、所謂、この装置の結合係数となる。何故ならば、半波長ダイポールアンテナのゲインは、周波数に関係なく一定であり、アンテナ間の距離も一定であるので、放射電力値に正比例した電力がアンテナに誘起され、測定器で読み取れるからである。
【００５５】
更に精密な測定を行う場合は、この半波長ダイポールアンテナの校正を別途行えばよい。半波長ダイポールアンテナのゲイン理論値は１．６４であるので、正確に測定した距離に設定したアンテナ間の伝送量から理論値と比較して求められるからである。
【００５６】
また、使用する進行波広帯域アンテナの周波数は極めてなだらかに製作することが出来る。従って、ある程度の周波数間隔で上記半波長ダイポールアンテナで校正しておけば、十分補完しながら、連続した周波数特性として用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例を示す原理図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す原理図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す原理図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す原理図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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