(57)【要約】【課題】円偏波アンテナ用軸比測定装置において、受信プローブの独立した３方向偏波面の受信電力から軸比を算出することで、測定精度が良く、経済性に優れた軸比測定装置を提供する。【解決手段】被測定アンテナ１と、被測定アンテナ１から適当な距離を隔てて設置され、被測定アンテナ１から放射された放射電力の直線偏波成分を受信する受信プローブ２と、を用い、受信プローブ２の独立した３方向偏波面の受信電力から軸比Ｒを算出する。【選択図】図1
2006038675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定アンテナと、前記被測定アンテナから適当な距離を隔てて設置された前記被測定アンテナから放射された放射電力の直線偏波成分を受信する受信プローブと、を用いた円偏波アンテナ用の軸比測定装置において、前記受信プローブの独立した３方向偏波面の受信電力から軸比Ｒを算出する軸比算出手段を具備することを特徴とする軸比測定装置。
【請求項２】
前記軸比算出手段は、前記受信プローブの独立した３方向偏波面の受信電力から楕円の長軸がなす角度θを算出する角度θ算出手段を具備することを特徴とする請求項１記載の軸比測定装置。
【請求項３】
前記軸比算出手段は、任意偏波方向αの受信電力Ｐαと、任意偏波方向αを主軸に＋βに回転させたときの受信電力Ｐ＋βと、−βに回転させたときの受信電力Ｐ−βとの３方向偏波面の受信電力について、Ｐ＋β＝Ｐ−β≠Ｐαかつ、Ｐα＞Ｐ＋βかつ、cos(α-β)=sin(α+β)のとき、下記数１
【数１】
2006038675.tif 000018
によって算出し、P＋β=P−Β≠Pαかつ、P＋β＞Pαかつ、cos(α-β)=sin(α+β)のとき、下記数２
【数２】
2006038675.tif 000019
によって算出し、P＋β≠P−Βのとき、下記数３
【数３】
2006038675.tif 000020
によって算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の軸比測定装置。
【請求項４】
前記受信プローブの独立した３方向偏波面α、＋β、−βは、前記被測定アンテナと前記受信プローブの相対角度で表され、相対角度を制御する回転制御信号を発生する回転制御手段と、前記回転制御信号から得られる相対角度を対応づけて記録する回転記録手段と、を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の軸比測定装置。
【請求項５】
被測定アンテナから適当な距離を隔てて設置され、前記被測定アンテナから放射された放射電力の直線偏波成分を受信する受信プローブによって、α方向の受信電力Pα、＋β方向の受信電力P＋β、−β方向の受信電力P−βをそれぞれ測定し、測定した受信電力に基づき、P＋β=P−Β≠Pαかつ、Pα＞P＋βかつ、cos(α-β)=sin(α+β)のとき、下記数４
【数４】
2006038675.tif 000021
によって算出し、P＋β=P−Β≠Pαかつ、P＋β＞Pαかつ、cos(α-β)=sin(α+β)のとき、下記数５
【数５】
2006038675.tif 000022
によって算出し、P＋β≠P−Βのとき、下記数６
【数６】
2006038675.tif 000023
によって算出することを特徴とする軸比測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円偏波アンテナの軸比を測定するための軸比測定装置および軸比測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
円偏波アンテナの軸比を測定する方法としては、例１として電波の振幅と位相から軸比を求める方法と、例２として直線偏波アンテナを回転させ、その周期的変化をする被測定アンテナの受信電力の最大値と最小値の差分から軸比を求める方法とがある。
【０００３】
例１の方法としては、下記の非特許文献１のような測定方法が提案されている。図５にその測定装置を示す。この測定装置は、直線偏波の送信アンテナ６と、被測定受信アンテナ１と、被測定受信アンテナ１で受信した受信電力の振幅と位相を検出する検出器１２から構成される。この非特許文献１に開示された軸比測定方法は、直線偏波の送信アンテナを主ビーム方向と垂直な面の水平偏波時と、垂直偏波時で得られる出力の複素振幅をそれぞれＥ１ｅｘｐ（ｊφ１）、Ｅ２ｅｘｐ（ｊφ２）とすると、Ｅ１＝Ｅ２、３π／２＜φ２−φ１＜π／２のとき、下記数７
【数７】
2006038675.tif 000003
【０００４】
によって算出し、E1=E2、π/2＜φ2−φ1＜3π/2のとき、下記数８
【数８】
2006038675.tif 000004
【０００５】
によって算出し、E1≠E2のとき、下記数９
【数９】
2006038675.tif 000005
【０００６】
によって算出し、軸比Ｒ［ｄＢ］と楕円の長軸がなす角度θ［ｒａｄ］を算出できる。
【０００７】
例２の方法としては、下記の特許文献２のような測定方法が提案されている。図６にその測定装置を示す。この測定装置は、アンテナの主ビーム方向と垂直な面で回転する回転装置を備えた直線偏波の送信アンテナ６と、送信アンテナ６の主ビーム方向に適当な距離を隔てて設置され、送信アンテナ６から放射された電波を受信する円偏波の被測定アンテナ１と、被測定アンテナ１の受信電力を単一周波数時間軸測定が可能なネットワークアナライザ等の時間変化で測定できる計測器１１から構成される。この特許文献２に開示された軸比測定方法は、送信アンテナ６を回転させ、その回転に伴い周期的変化をする被測定アンテナ１の受信電力測定値から最大値と最小値を選別し、その最大値８および最小値９の差分をとり、この差分１０を軸比とする測定方法である。
【非特許文献１】アンテナ工学ハンドブック  電子情報通信学会偏  オーム社  第１版第１０刷  Ｐ４３６−Ｐ４３７
【特許文献２】特開平６−９４７６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら例１に示すような従来の測定装置では、振幅と位相とを同時に計測する装置が必要であり、特にミリ波の周波数帯では位相を精度良く計測することは難しい。このため軸比Ｒ［ｄＢ］の測定精度に問題があった。
【０００９】
また、例２に示すような測定装置では、軸比Ｒ［ｄＢ］を算出することはできるが、円偏波アンテナの放射特性における楕円の長軸がなす角度θ［ｒａｄ］を算出できなかったため、円偏波アンテナの放射特性が把握できなかった。
【００１０】
したがって、本発明は、軸比Ｒ［ｄＢ］の測定精度を向上させ、経済性に優れた円偏波アンテナの軸比測定装置を提供することができ、円偏波アンテナの放射特性を把握することが可能な軸比測定装置および軸比測定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】
【００１１】
本発明者は、従来の問題点に関して検討を重ねた結果、従来のように互いに垂直な２方向の振幅と位相から軸比Ｒ［ｄＢ］を算出するのではなく、独立した３方向の振幅のみで軸比Ｒ［ｄＢ］と楕円の長軸がなす角度θ［ｒａｄ］を算出する手法を見出した。
【００１２】
即ち、本発明の軸比測定装置は、被測定アンテナと、前記被測定アンテナから適当な距離を隔てて設置された前記被測定アンテナから放射された放射電力の直線偏波成分を受信する受信プローブと、を用いた円偏波アンテナ用の軸比測定装置において、前記受信プローブの独立した３方向偏波面の受信電力から軸比Ｒ［ｄＢ］を算出する軸比算出手段を具備することを特徴とするものであり、また、前記軸比算出手段は、前記受信プローブの独立した３方向偏波面の受信電力から楕円の長軸がなす角度θ［ｒａｄ］を算出する角度θ算出手段を具備することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明によれば、前記軸比算出手段は、任意偏波方向αの受信電力Ｐαと、任意偏波方向αを主軸に＋βに回転させたときの受信電力Ｐ＋βと、−βに回転させたときの受信電力Ｐ−βとの３方向偏波面の受信電力について、Ｐ＋β＝Ｐ−Β≠Ｐαかつ、Ｐα＞Ｐ＋βかつ、cos(α-β)=sin(α+β)のとき、下記数１０
【数１０】
2006038675.tif 000006
【００１４】
によって算出し、P＋β=P−Β≠Pαかつ、P＋β＞Pαかつ、cos(α-β)=sin(α+β)のとき、下記数１１
【数１１】
2006038675.tif 000007
【００１５】
によって算出し、P＋β≠P−Βのとき、下記数１２
【数１２】
2006038675.tif 000008
【００１６】
によって算出することを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記受信プローブの独立した３方向偏波面α、＋β、−βは、前記被測定アンテナと前記受信プローブの相対角度で表され、相対角度を制御する回転制御信号を発生する回転制御手段と、前記回転制御信号から得られる相対角度を対応づけて記録する回転記録手段と、を具備することを特徴とするものである。また、本発明の軸比測定方法は、α方向の受信電力Ｐα、＋β方向の受信電力Ｐ＋β、−β方向の受信電力Ｐ−βの測定受信電力について、Ｐ＋β＝Ｐ−Β≠Ｐαかつ、Ｐα＞Ｐ＋βかつ、cos(α-β)=sin(α+β)のとき、下記数１３
【数１３】
2006038675.tif 000009
【００１８】
によって算出し、Ｐ＋β＝Ｐ−Β≠Ｐαかつ、Ｐ＋β＞Ｐαかつ、cos(α-β)=sin(α+β)のとき、下記数１４
【数１４】
2006038675.tif 000010
【００１９】
によって算出し、Ｐ＋β≠Ｐ−Βのとき、下記数１５
【数１５】
2006038675.tif 000011
【００２０】
から算出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、前記受信プローブの独立した３方向偏波面の受信電力から軸比Ｒ［ｄＢ］を算出することにより、軸比の測定精度を向上させ、経済性に優れた円偏波アンテナの軸比測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の軸比測定装置について、図面に基づいて説明する。図１は本発明の軸比測定装置の構成図の１例である。図１によれば、被測定アンテナ１と、被測定アンテナ１の主ビーム方向に適当な距離を隔てて設置され、被測定アンテナ１から放射された放射電力の直線偏波成分を受信する受信プローブ２を備えた主ビーム方向と垂直な面で回転する回転装置７とを具備する。被測定アンテナ１及び受信プローブ２は、それぞれスカラーネットワークアナライザ３の出力端子及び入力端子に接続される。また、スカラーネットワークアナライザ３は、コントローラ４によって制御及び測定値の処理が行われ、コントローラ４の制御及び測定値は、表示器５によって表示される。
【００２３】
この構成では、受信電力の振幅のみを計測しているため、振幅と位相を同時に計測するベクトルネットワークアナライザよりも安価で経済性に優れるスカラーネットワークアナライザ３を使用している。
【００２４】
以下、本発明の軸比を測定する方法を説明する。被測定アンテナ１から放射された電波は、受信プローブ２によって受信電力として受信され、スカラーネットワークアナライザ３を介してコントローラ４に出力される。このとき、回転装置７を制御することによって受信プローブ２の回転方向を設定することができる。
【００２５】
初めに、ある任意の方向αに受信プローブ２の偏波面を回転させ被測定アンテナ１の放射電力を測定する。次に、α方向を主軸として−β、＋β方向に受信プローブ２の偏波面を回転させ被測定アンテナ１の放射電力を測定する。なお、α、−β、＋β方向の測定順番は問わない。そして、測定した放射電力に基づき、軸比を以下の原理に基づき算出する。
【００２６】
以下、本発明の軸比算出原理を説明する。任意の楕円偏波を左旋円偏波と右旋円偏波の合成から考える。図２に左旋円偏波と右旋円偏波、図３に楕円偏波を示す。図３に示す楕円偏波のｘ軸電界成分Ｅｘとｙ軸電界成分Ｅｙは、下記数１６
【数１６】
2006038675.tif 000012
【００２７】
で表すことができる。ただし、ＥＲ及びＥＬは、それぞれ右旋円偏波及び左旋円偏波の電界の振幅を示す。
【００２８】
次に、図４に示すように任意偏波方向αの受信電力をＰα、任意偏波方向αを主軸に＋βに回転させたときの受信電力をＰ＋β、−βに回転させたときの受信電力をＰ−βとしたとき、Ｐα、Ｐ＋β、Ｐ−βは下記数１７
【数１７】
2006038675.tif 000013
【００２９】
で表される。よって軸比Ｒ［ｄＢ］と長軸がなす角度θ［ｒａｄ］は、Ｐ＋β＝Ｐ−Β≠Ｐαかつ、Ｐα＞Ｐ＋βかつ、cos(α-β)=sin(α+β)のとき、下記数１８
【数１８】
2006038675.tif 000014
【００３０】
によって算出され、Ｐ＋β＝Ｐ−Β≠Ｐαかつ、Ｐ＋β＞Ｐαかつ、cos(α-β)=sin(α+β)のとき、下記数１９
【数１９】
2006038675.tif 000015
【００３１】
によって算出され、Ｐ＋β≠Ｐ−Βのとき、数２０
【数２０】
2006038675.tif 000016
【００３２】
によって算出することができる。
【実施例】
【００３３】
本発明の軸比測定装置によって軸比Ｒ［ｄＢ］を評価した。実際に被測定アンテナにミリ波帯円偏波アンテナを用い、その放射された電波の放射電力を５回測定し軸比Ｒ［ｄＢ］の平均とばらつきを算出した。ここで軸比測定装置における測定条件として、前記受信プローブの３方向偏波面、α、＋β、−βをそれぞれ、＋π／４、＋π／４、−π／４とした。測定結果を表１に示す。
【表１】
2006038675.tif 000017
【００３４】
測定結果より、偏波方向αの受信電力Ｐα＝３３．１０±０．０３［ｄＢ］、偏波方向＋βの受信電力Ｐ＋β＝３２．３０±０．０５［ｄＢ］、偏波方向−βの受信電力Ｐ−β＝３３．４０±０．０４［ｄＢ］であった。よって、測定結果の電力値[W]から、軸比Ｒ［ｄＢ］＝１．１９±０．１１、長軸がなす角度θ＝０．１９±０．０６［ｒａｄ］を得た。
【００３５】
また、従来の軸比を測定する方法について、前記従来技術の例１に基づき軸比を評価した。測定サンプルと条件は上記と同様である。その結果、表１に示すように、直線偏波の送信アンテナを主ビーム方向と垂直な面でπ／２回転させ、水平偏波時と垂直偏波時で得られる出力の複素振幅はＥ１＝４１．２０±０．２５［Ｖ／ｍ］、φ１＝１．５９±０．０４［ｒａｄ］、Ｅ２＝４６．８０±０．１９［Ｖ／ｍ］、φ２＝０．０８±０．０２［ｒａｄ］であった。よって、軸比Ｒ［ｄＢ］＝１．２２±０．３９、長軸がなす角度θ＝０．２２±０．１８［ｒａｄ］を得た。
【００３６】
以上、本発明の軸比測定装置による軸比測定結果と、従来技術による軸比測定結果を比較すると、従来技術による軸比測定結果に大きなばらつきが生じた。このばらつきは振幅と位相の値がばらついているために生じているが、本発明の軸比測定結果が示すように、振幅のばらつきが±０．０５［ｄＢ］以下で軸比Ｒ［ｄＢ］に与える影響は±０．１１［ｄＢ］と小さい。よって、従来技術による軸比測定結果のばらつきは、位相の測定精度の低さが原因である。また同様に、長軸がなす角度θも位相の測定精度の低さが原因でばらつきが大きくなっている。
【００３７】
以上の結果から、本発明の軸比測定装置が、従来法に比較してばたつきが小さく測定精度が高いことが明らかに認識された。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明における軸比測定装置を説明するための概略図である。
【図２】左旋・右旋円偏波を説明するための概略図である。
【図３】楕円偏波を説明するための概略図である。
【図４】本発明における３方向の偏波面を説明するための概略図である。
【図５】従来技術の例１による軸比測定装置を説明するための概略図である。
【図６】従来技術の例２による軸比測定装置を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  被測定アンテナ
２  受信プローブ
３  スカラーネットワークアナライザ
４  コントローラ      
５  表示器          
６  送信アンテナ
７  回転装置          
１１  ネットワークアナライザ
【図１】
2006038675.tif 000024
【図２】
2006038675.tif 000025
【図３】
2006038675.tif 000026
【図４】
2006038675.tif 000027
【図５】
2006038675.tif 000028
【図６】
2006038675.tif 000029