(57)【要約】【課題】アレイアンテナにおいてアンテナ素子の振幅や位相などの励振状態を容易に特定することができるアンテナ測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】被測定アンテナ素子を含む複数のアンテナ素子（１１０）に接続され、前記被測定アンテナ素子より無線信号を送信信号として送信させる送信部（１００）と、前記被測定アンテナ素子から出力された送信信号を受信信号として受信する受信アンテナを有する受信部（３００）と、前記被測定アンテナ素子と前記受信アンテナの間に位置し、前記被測定アンテナ素子からの送信信号を前記受信アンテナに向かって収斂させるためのレンズ（２００）とを備えた構成を有している。【選択図】図１
2018165622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定アンテナ素子を含む複数のアンテナ素子（１１０）に接続され、前記被測定アンテナ素子より無線信号を送信信号として送信させる送信部（１００）と、
前記被測定アンテナ素子から出力された送信信号を受信信号として受信する受信アンテナを有する受信部（３００）と、
前記被測定アンテナ素子と前記受信アンテナの間に位置し、前記被測定アンテナ素子からの送信信号を前記受信アンテナに向かって収斂させるためのレンズ（２００）とを備えたアンテナ測定装置。
【請求項２】
前記レンズの光軸における前記被測定アンテナ素子とレンズの距離をａ、前記光軸における前記レンズと前記受信アンテナの距離をｂ、前記レンズの焦点距離をｆ、とすると、
１/ｆ＝１/ａ+１/ｂであることを特徴とする請求項１のアンテナ測定装置。
【請求項３】
前記被測定アンテナ素子と前記受信アンテナはそれぞれ複数で隣接した配置をとり、
前記被測定アンテナ素子の個数はＭ個、前記受信アンテナの個数はＮ個、Ｍ≧２かつＮ≧２かつＭ≧Ｎであり、
前記Ｎ個の受信アンテナはそれぞれ前記Ｍ個の被測定アンテナ素子のいずれかに対応し、  前記隣接する被測定アンテナ素子の間隔をλＴ、前記隣接する受信アンテナの間隔をλＲとすると、ａ＜ｂであることを特徴とする請求項２のアンテナ測定装置。
【請求項４】
前記複数の被測定アンテナ素子と前記複数の受信アンテナは前記レンズの光軸に垂直な面内において前記レンズの光軸に対して対称に位置し、
前記受信部は前記複数の受信アンテナで受信した複数の受信信号の位相差を算出する位相差算出部（３０４）と、前記複数の受信信号の振幅の分布と前記位相算出部にて算出した前記複数の受信信号の位相差の分布を算出する振幅位相差分布算出部（３０５）を有することを特徴とする請求項３のアンテナ測定装置。
【請求項５】
前記受信アンテナは、前記被測定アンテナ素子と前記レンズの中心を通る直線上に位置し、
前記複数の受信アンテナの他方は、前記複数の被測定アンテナ素子の他方と前記レンズの中心を通る直線上に位置し、
前記被測定アンテナ素子と前記受信アンテナの距離と前記他方の被測定アンテナ素子と前記他方の受信アンテナの距離との差に応じて前記他方の被測定アンテナ素子からの送信信号の位相を補正する位相補正部（３０６）をさらに有することを特徴とする請求項４のアンテナ測定装置。
【請求項６】
前記被測定アンテナ素子と前記受信アンテナと前記レンズのそれぞれの相対位置を可変する駆動機構（４０１、４０２、４０３）と駆動機構制御部（１０３）を有する請求項１から５のいずれかに記載のアンテナ測定装置。
【請求項７】
前記被測定アンテナ素子に接続された移相器（１０５）と、
前記受信信号と前記送信信号の情報を反映した基準信号が入力され、前記受信信号と前記基準信号との位相差を算出する比較部（１０４、１０６）と、
前記比較部と前記移相器に接続され、前記比較部にて算出された位相差に基づいて前記移相器の移相量を調整する移相設定部（１０２）と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のアンテナ測定装置。
【請求項８】
前記レンズと前記受信アンテナの間に、前記光軸に対して４５度の傾斜を有するハーフミラー（２２０）と、
前記ハーフミラーに向けて参照信号として無線信号を送信する参照アンテナ（３２０）と、
前記参照アンテナに接続され、参照信号を発生させる参照信号発生部（３２１）と、をさらに備え、
前記参照信号は前記送信信号をダウンコンバートさせ、前記受信アンテナは該ダウンコンバートされた送信信号を受信信号として受信することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のアンテナ測定装置。
【請求項９】
前記レンズと前記受信アンテナの間に、前記光軸に対して４５度の傾斜を有するハーフミラー（２２０）と、
前記ハーフミラーに向けて参照信号として無線信号を送信する参照アンテナ（３２０）と、
前記参照アンテナに接続され、参照信号を発生させる参照信号発生部（３２１）と、をさらに備え、
前記参照信号は前記送信信号をダウンコンバートさせ、前記受信アンテナは該ダウンコンバートされた送信信号を受信信号として受信することを特徴とする請求項７のアンテナ測定装置。
【請求項１０】
前記ハーフミラーを挟んで前記参照アンテナの反対側に位置する基準アンテナをさらに備え、
前記基準アンテナは前記ハーフミラーによって反射された前記送信信号を前記基準信号として検出することを特徴とする請求項９のアンテナ測定装置。
【請求項１１】
複数のアンテナ素子のうちの被測定アンテナ素子より無線信号を送信させる送信ステップ（Ｓ１−１）と、
前記送信ステップにより送信された無線信号を受信アンテナがレンズを介して受信する受信ステップ（Ｓ１−２）と、を備え、
前記レンズの光軸における前記被測定アンテナ素子とレンズの距離をａ、前記光軸における前記レンズと前記受信アンテナの距離をｂ、前記レンズの焦点距離をｆ、とすると、１/ｆ＝１/ａ+１/ｂであることを特徴とするアンテナ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯやビームフォーミングに対応する基地局に用いられるアンテナ素子の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯやビームフォーミングに対応する基地局では多数のアンテナ素子が格子状に配列された大規模なアレイアンテナの利用が検討されている。アンテナ素子の数は具体的には１６×１６や６４×６４などである。
【０００３】
このようなアレイアンテナでは各素子の振幅や位相などの励振状態を調整して、所望の放射パターンを得ることが必要である。一般的には、基地局の送信信号の周波数をｆ０とすると、アレイアンテナの素子間隔は周波数ｆ０に対応した波長（λ０）の半分程度（λ０／２）にとられる。相互に電磁的に結合することもあり、必ずしも各素子が想定している励振状態にあるとは限らない。また、ミリ波帯の大規模なアレイアンテナでは送受信回路と切り離してアンテナだけを測定することが困難な場合が多い。このような背景から、アレイアンテナの各素子の励振状態を測定し、指向性を確認し、及び調整する技術の充実が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特願昭５６−４８８４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
遠方界測定においては、アレイアンテナに備えられている全てのアンテナ素子から送信される無線信号が干渉した状態で測定を行うため、測定対象となるアンテナ素子一つ一つの励振状態を特定するのに工夫を要する。そこで、特許文献１のように移相器にて各素子の位相を調整しながら特定のアンテナ素子の励振状態を測定する方法が提案されている。しかしながら、１６×１６や６４×６４あるいはそれ以上の多量なアンテナ素子を有するアレイアンテナにおいては各素子の位相の調整に膨大な時間がかかってしまう。
【０００６】
また、極近傍にて測定対象となるアンテナ素子一つ一つの励振状態を特定しようとすると、アンテナ素子からの放射に寄与しない電磁界成分も測定することとなり、指向性を正確に確認することができなくなる。
【０００７】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、アレイアンテナにおいてアンテナ素子の振幅や位相などの励振状態を容易に特定することができるアンテナ測定装置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】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るアンテナ測定装置は、被測定アンテナ素子を含む複数のアンテナ素子に接続され、前記被測定アンテナ素子より無線信号を送信信号として送信させる送信部と、前記被測定アンテナ素子から出力された送信信号を受信信号として受信する受信アンテナを有する受信部と、前記被測定アンテナ素子と前記受信アンテナの間に位置し、前記被測定アンテナ素子からの送信信号を前記受信アンテナに向かって収斂させるためのレンズとを備えた構成である。
【０００９】
この構成により、被測定アンテナ素子から送信される無線信号が収斂する位置に受信アンテナを配置することができ、被測定アンテナ素子の放射に寄与しない電磁界成分が除かれた状態で受信できるため、被測定アンテナ素子の放射に寄与する振幅などの励振状態を特定することが可能となる。
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の請求項２に係るアンテナ測定装置は、前記レンズの光軸における前記被測定アンテナ素子とレンズの距離をａ、前記光軸における前記レンズと前記受信アンテナの距離をｂ、前記レンズの焦点距離をｆ、とすると、１/ｆ＝１/ａ+１/ｂである構成であってもよい。
【００１１】
この構成により、被測定アンテナ素子とレンズと受信アンテナをレンズの公式を満たす位置に配置することで、被測定アンテナ素子から送信される無線信号が結像した位置で受信することが可能となる。
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明の請求項３に係るアンテナ測定装置は、前記被測定アンテナ素子と前記受信アンテナはそれぞれ複数で隣接した配置をとり、前記被測定アンテナ素子の個数はＭ個、前記受信アンテナの個数はＮ個、Ｍ≧２かつＮ≧２かつＭ≧Ｎであり、前記Ｎ個の受信アンテナはそれぞれ前記Ｍ個の被測定アンテナ素子のいずれかに対応し、前記隣接する被測定アンテナ素子の間隔をλＴ、前記隣接する受信アンテナの間隔をλＲとすると、ａ＜ｂである構成であってもよい。
【００１３】
この構成により、複数の受信アンテナを複数の被測定アンテナ素子が結像する位置に配置することで、レンズの公式に従って被測定アンテナ素子のｂ／ａ倍に像倍された像が複数の受信アンテナの位置で形成されるため、受信アンテナ間の距離を広げて受信することが可能となる。したがって、受信アンテナ間の結合による測定の精度の低下を防止して、被測定アンテナ素子の励振状態を特定することが可能となる。
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明の請求項４に係るアンテナ測定装置は、前記複数の被測定アンテナ素子と前記複数の受信アンテナは前記レンズの光軸に垂直な面内において前記レンズの光軸に対して対称に位置し、前記受信部は前記複数の受信アンテナで受信した複数の受信信号の位相差を算出する位相差算出部と、前記複数の受信信号の振幅の分布と前記位相算出部にて算出した前記複数の受信信号の位相差の分布を算出する振幅位相差分布算出部を有する構成であってもよい。
【００１５】
この構成により、被測定アンテナ素子のそれぞれのアンテナ素子が送信する無線信号の振幅と位相を算出することが可能となる。
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明の請求項５に係るアンテナ測定装置は、前記受信アンテナは、前記被測定アンテナ素子と前記レンズの中心を通る直線上に位置し、前記複数の受信アンテナの他方は、前記複数の被測定アンテナ素子の他方と前記レンズの中心を通る直線上に位置し、前記被測定アンテナ素子と前記受信アンテナの距離と前記他方の被測定アンテナ素子と前記他方の受信アンテナの距離との差に応じて前記他方の被測定アンテナ素子からの送信信号の位相を補正する位相補正部をさらに有する構成であってもよい。
【００１７】
この構成により、複数の被測定アンテナ素子からの送信される無線信号の伝搬距離が異なる場合に、その伝搬距離の差に応じて位相の値を補正することにより被測定アンテナ素子の励振状態を高精度に特定することができる。
【００１８】
前記目的を達成するために、本発明の請求項６に係るアンテナ測定装置は、前記被測定アンテナ素子と前記受信アンテナと前記レンズのそれぞれの相対位置を可変する駆動機構と駆動機構制御部を有する構成であってもよい。
【００１９】
この構成により、被測定アンテナ素子と受信アンテナとレンズの光学系における最適な配置からずれが生じた場合にそれぞれの相対位置を可変することができるため、光学系における最適な配置で被測定アンテナ素子の一つ一つのアンテナ素子が送信する無線信号を受信することが可能となる。
【００２０】
前記目的を達成するために、本発明の請求項７に係るアンテナ測定装置は、前記被測定アンテナ素子に接続された移相器と、前記受信信号と前記送信信号の情報を反映した基準信号が入力され、前記受信信号と前記基準信号との位相差を算出する比較部と、前記比較部と前記移相器に接続され、前記比較部にて算出された位相差に基づいて前記移相器の移相量を調整する移相設定部と、をさらに備える構成であってもよい。
【００２１】
この構成により、被測定アンテナ素子から送信される無線信号と受信アンテナが受信した受信信号の位相を比較することにより同期をとることが可能となる。
【００２２】
前記目的を達成するために、本発明の請求項８および請求項９に係るアンテナ測定装置は、前記レンズと前記受信アンテナの間に、前記光軸に対して４５度の傾斜を有するハーフミラーと、前記ハーフミラーに向けて参照信号として無線信号を送信する参照アンテナと、前記参照アンテナに接続され、参照信号を発生させる参照信号発生部と、をさらに備え、前記参照信号は前記送信信号をダウンコンバートさせ、前記受信アンテナは該ダウンコンバートされた送信信号を受信信号として受信する構成であってもよい。
【００２３】
この構成により、受信アンテナで受信する信号が被測定アンテナ素子から送信される無線信号よりも低い周波数にダウンコンバートされた信号となるため、受信アンテナの後段に接続される高周波対応のミキサやＡ／Ｄ変換器などの部品を削減することができる。
【００２４】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１０に係るアンテナ測定装置は、前記ハーフミラーを挟んで前記参照アンテナの反対側に位置する基準アンテナをさらに備え、前記基準アンテナは前記ハーフミラーによって反射された前記送信信号を前記基準信号として検出する構成であってもよい。
【００２５】
この構成により、被測定アンテナ素子から送信される信号が未知である場合に、ハーフミラーで反射された被測定アンテナ素子から送信された無線信号と受信アンテナで受信した受信信号の位相差を移相器にて調整することができる。
【００２６】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１１に係るアンテナ測定方法は、複数のアンテナ素子のうちの被測定アンテナ素子より無線信号を送信させる送信ステップと、前記送信ステップにより送信された無線信号を受信アンテナがレンズを介して受信する受信ステップと、を備え、前記レンズの光軸における前記被測定アンテナ素子とレンズの距離をａ、前記光軸における前記レンズと前記受信アンテナの距離をｂ、前記レンズの焦点距離をｆ、とすると、１/ｆ＝１/ａ+１/ｂである構成であってもよい。
【００２７】
この測定方法により、被測定アンテナ素子から送信される無線信号が結像する位置に受信アンテナを配置することができ、被測定アンテナ素子の放射に寄与しない電磁界成分が除かれた状態で受信できるため、被測定アンテナ素子の放射に寄与する振幅などの励振状態を特定すること可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、複数のアンテナ素子のうちのアンテナ素子が接続される送信部から受信アンテナを有する受信部の間にアンテナ素子から出力される無線信号が受信アンテナに向かって収斂するようにレンズを配置することで、アンテナ素子の放射に寄与しない電磁界成分を取り除いて、複数のアンテナ素子のうちのアンテナ素子の励振状態を特定することができるアンテナ測定装置およびアンテナ測定方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ測定装置の構成を示す図である。
【図２】（ａ）第１の実施形態に係るアンテナ測定装置に接続されるアレイアンテナの構成を示す図である。（ｂ）第１の実施形態に係るアンテナ測定装置の受信アンテナの構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態の送信機付近の詳細な構成を示す図である。
【図４】第１の実施形態のレンズ付近の詳細な構成を示す図である。
【図５】第１の実施形態の受信機付近の詳細な構成を示す図である。
【図６】アンテナ素子とレンズ中心の成す角度を説明する図である。
【図７】第１の実施形態のアンテナ測定装置によるアンテナ測定の処理を示すフローチャートである。
【図８】第２の実施形態に係るアンテナ測定装置の構成を示す図である。
【図９】第２の実施形態のアンテナ測定装置によるアンテナ測定の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面に基づいて本発明の第１の実施形態を説明する。
【００３１】
図１は、本発明を適用したアンテナ測定装置１の構成を示している。
【００３２】
このアンテナ測定装置１は、送信機１００に備えられたアレイアンテナ１１０の各アンテナ素子Ｔ１１、Ｔ２１・・・ＴＮＮ（以下Ｔｉｊ）から送信されるミリ波帯の無線信号（以下、送信信号）を受信機３００に備えられた受信アンテナＲＮ１、ＲＮ２・・・ＲＮＮ（以下Ｒｉｊ）がレンズ２００を介して受信し、その受信した信号に基づいてアレイアンテナ１１０の各アンテナ素子Ｔｉｊの振幅や位相といった励振状態を求めるものである。
【００３３】
送信機１００、レンズ２００を保持するレンズ保持部２１０および受信機１００はベース部４００に保持されている。受信アンテナＲｉｊは平面状の受信アンテナ保持部３１０に複数配列されている。ここでは受信アンテナとして、先端を開放した導波管を用いている。他にも光電界変換を用いた光プローブを用いることも可能である。
【００３４】
ここで、送信機に備えられた被測定アンテナとしてのアレイアンテナ１１０は複数のアンテナ素子Ｔｉｊが等間隔で縦横に配列された平面形アレイアンテナである。今回は縦横の素子数が同数のＮ＝８の例で説明する。
【００３５】
レンズ２００は誘電体からなるミリ波対応の収斂レンズであり、ここでは両凸レンズとしている。レンズの焦点距離をｆとすると、アンテナ素子とレンズの中心点ＯＬ（以下レンズ中心）と受信アンテナが一直線になり、かつ、アンテナ素子とレンズ中心の光軸上の距離ａとレンズ中心と受信アンテナの光軸上の距離ｂの間に、レンズの公式１/ｆ＝１/ａ+１/ｂの関係が成立するようにアレイアンテナ１１０とレンズ２００と受信アンテナ保持部３１０を配置する。
【００３６】
受信アンテナＲｉｊは受信アンテナ保持部３１０に保持され、縦横に配列されている。受信アンテナの配列は、アレイアンテナのアンテナ素子の配列に対応したものとなっている。
【００３７】
図２（ａ）には、送信機１００に備えられたアレイアンテナ１１０と、図２（ｂ）には受信機３００の受信アンテナ保持部３１０内の受信アンテナＲｉｊの配列を示す。
【００３８】
図２（ａ）はレンズの中心点ＯＬからアレイアンテナ１１０をみたときの平面図である。アレイアンテナにはアンテナ素子が正方格子に配列されている。アンテナ素子の間隔λＴはアンテナ素子が送信する信号周波数から求まる波長λ０の半分とする。一番上の行を１行目、１番左の列を１列目とすると、左上から下方向にλ０／２の間隔でＴ１１、Ｔ２１・・・Ｔ８１と配置され、その次にλ０／２の間隔をとった２列目にＴ２１、Ｔ２２・・・Ｔ８２とλ０／２間隔で配置されている。以下同様に配置され、最後の８列目に、Ｔ８１、Ｔ８２・・・Ｔ８８と配置される。なお、アンテナ素子の配列の中心となる点ＯＴはレンズ中心を通る光軸上に位置する。
【００３９】
図２（ｂ）はレンズ中心ＯＬから受信アンテナ保持部３１０をみたときの平面図である。受信アンテナ保持部には受信アンテナが正方格子に配列されている。受信アンテナの間隔λＲは送信信号の周波数から求まる波長λ０の２倍程度とする。一番上の行を１行目、１番左の列を１列目とすると、左上から下方向にＲ１１、Ｒ２１・・Ｒ８１と、２λ０の間隔で配置され、その次に１列目と２λ０の間隔をとった２列目にＲ２１、Ｒ２２・・・Ｒ８２と２λ０の間隔で配置されている。以下同様に配置され、最後の８列目に、Ｒ８１、Ｒ８２・・・Ｒ８８と配置される。なお、受信アンテナの配列の中心となる点ＯＲはレンズ中心を通る光軸上に位置する。
【００４０】
ここで、アレイアンテナのアンテナ素子とそのアンテナ素子に対応する受信アンテナはレンズの中心点ＯＬを通る直線上に配置される。例えば、図２（ａ）にて黒塗りにしたアンテナ素子Ｔ１１より送信信号は、受信アンテナＲ８８にて受信される。アンテナ素子Ｔ２１は、受信アンテナＲ７８に対応し、
ｉ行ｊ列のアンテナ素子Ｔｉｊは受信アンテナＴ８−ｉ＋１  ８−ｊ＋１に対応することとなる。
【００４１】
アンテナ素子とそのアンテナ素子に対応する受信アンテナはレンズの公式１／ｆ＝１／ａ+１／ｂを満たすように配置されているため、受信アンテナ保持部のあるｘ＝ｂの位置で結像して生じる像は無線信号源としての各アンテナ素子Ｔ１１、Ｔ２１・・・ＴＮＮの各アンテナ素子の間隔がｂ／ａ倍に像倍されたものとなる。今回はλＲ／λＴ＝２λ０／（λ０／２）としているので、ａ＝５ｆ／４、ｂ＝５ｆとすれば、受信アンテナ保持部ではアレイアンテナの４倍の像が生じ、各受信アンテナは各アンテナ素子と対応する８×８の正方格子の配列で配置しているので、アレイアンテナの全てのアンテナ素子から出力される送信信号を一度に全て受信することができる。
【００４２】
なお、受信アンテナ保持部にて結像して生じる像は、ｉ行ｊ列のアンテナ素子Ｔｉｊは受信アンテナＴ８−ｉ＋１  ８−ｊ＋１に対応することとため、アレイアンテナのアンテナ素子が生成する像をアレイアンテナの配列の中心となる点ＯＲに対して１８０°回転させたものとなる。
【００４３】
このようにアンテナ素子とレンズと受信アンテナで光学系を形成することで、アンテナ素子の放射に寄与しない電磁界成分を取り除いて、アレイアンテナの各アンテナ素子から送信信号を受信アンテナで受信することができる。
【００４４】
また、アンテナ素子に直接受信アンテナを近接させて信号を受信する場合と比較して、受信アンテナ保持部の受信アンテナの間隔を広くすることができるため、アンテナ間の結合を軽減した状態で測定することが可能となる。
【００４５】
図３は送信機１００および送信機１００付近のベース部４００の詳細な構成を示したものである。送信機１００はベース部４００に接続され、信号発生部１０１、移相設定部１０２、駆動機構制御部１０３、比較部１０４、移送器Ｐ１１、Ｐ２１、・・・ＰＮＮ（以下Ｐｉｊ）からなる移相部１０５を備える。ベース部は送信機の付近に、送信機の駆動装置４０１を備える。
【００４６】
信号発生部１０１は周波数ｆ０の信号を生成する。信号発生部にて生成した信号は、移相部１０５の前で全てのアンテナ素子に入力されるように分岐され、移相器Ｐ１１、Ｐ２１、・・・ＰＮＮを通過して、送信機に接続されたアレイアンテナ１１０のアンテナ素子Ｔ１１、Ｔ２１・・・ＴＮＮに入力される。
【００４７】
なお、移相器Ｐ１１、Ｐ２１、・・・ＰＮＮはアレイアンテナ１１０内に備えられ、アレイアンテナと一体化されたものでもよい。また、信号発生部１０１がアレイアンテナ内に備えられていてもよい。
【００４８】
移相設定部１０２は移相器Ｐ１１、Ｐ２１、・・・ＰＮＮを制御して各アンテナ素子Ｔｉｊに入力される送信信号の位相量を可変する。
【００４９】
駆動機構制御部１０３はアレイアンテナ駆動機構４０１を制御することにより、アレイアンテナを含めた送信機を可動させることができる。図３には光軸方向に送信機が駆動する例を図示した。レンズ系を形成するアンテナ素子とレンズと受信アンテナの相対位置がずれた場合に、アレイアンテナ駆動機構４０１にてアレイアンテナの位置を制御することにより、アレイアンテナ１１０に備えられたアンテナ素子Ｔｉｊからの送信信号が結像する最適な位置で受信アンテナが送信信号を受信することが可能となる。図示していないが、アレイアンテナ駆動機構４０１は光軸の他に光軸との垂直な２軸や仰角や方位角を可変させる制御機構が付加されていてもよい。
【００５０】
この例ではアレイアンテナ駆動機構４０１はベース部の内部に備わっているものとしたが、アレイアンテナに接続されるものであればよく、送信機１００とアレイアンテナ１１０の間の距離を変化させてアレイアンテナ１１０とレンズ２００の間の距離を可変させるものでもよい。
【００５１】
比較部１０４は受信機３００に備わる受信アンテナで測定された受信信号が入力され、さらに信号発生部にて生成された周波数ｆ０の信号が基準信号として入力される。受信信号と基準信号の比較を行い、主としては受信信号と基準信号の間の、位相差や減衰量を算出する。ここで算出した位相差や減衰量は移相設定部１０２に出力される。
【００５２】
比較部１０４から移相設定部１０２に出力された位相差に基づいて、移相設定部は移相部１０５に備えられた移相器の移相量を設定することで、各アンテナ素子から送信される各無線信号の位相を最適な値とすることができる。
【００５３】
また、比較部１０４にて算出した受信信号の振幅の減衰量を駆動機構制御部に出力して、駆動機構制御部はその振幅の減衰量に基づいてアレイアンテナとレンズを光学系の最適な位置に移動させることで、光学系の位置ずれを補償することが可能となる。
【００５４】
図４はレンズ２００およびレンズ２００付近のベース部４００の詳細な構成を示したものである。レンズ２００はレンズ保持部２１０に保持されている。レンズ保持部２１０はベース部４００に接続される。レンズ駆動機構４０２はレンズ２００付近のベース部４００に備えられている。
【００５５】
レンズ駆動機構４０２は、駆動機構制御部１０３から出力された情報に基づいてレンズ保持部を介してレンズの位置を可変させる。駆動装置から出力された情報は比較部１０４にて算出された受信信号の振幅の減衰量を補正するためのものである。
【００５６】
図５は受信機３００と受信機３００付近のベース部４００の詳細な構成を示したものである。受信機３００はベース部４００に接続されており、ローカル信号源３０１、Ｎ×Ｎ個の周波数変換器Ｍ１１、Ｍ２１・・・ＭＮＮ（以下Ｍｉｊ）からなる周波数変換部３０２、Ｎ×Ｎ個のＡ／Ｄ変換器ＡＤ１１、ＡＤ２１・・・ＡＤＮＮ（以下ＡＤｉｊ）からなるＡ／Ｄ変換部３０３、（Ｎ×Ｎ−１）個の位相比較器Ｃ１１、Ｃ２１・・・ＣＮ―１  Ｎ（以下Ｃｉｊ）からなる位相比較部３０４、振幅位相分布算出部３０５を備える。受信アンテナ保持部３１０は受信機に接続され、受信アンテナ駆動機構は受信機３００付近のベース部に備えられている。
【００５７】
ローカル信号発生部３０１はローカル信号を発生させる。ローカル信号源にて発生したローカル信号は、周波数変換部３０２に入力される。
【００５８】
周波数変換部３０２は複数の受信アンテナＲｉｊのそれぞれに接続された周波数変換器Ｍｉｊからなる。ローカル信号源にて発生したローカル信号が周波数変換部に入力され、ローカル信号は複数の周波数変換器Ｍｉｊにローカル信号が入力されるように分岐され、受信アンテナＲｉｊのそれぞれで測定した受信信号をより低い周波数に周波数変換する。
【００５９】
Ａ／Ｄ変換部３０３には周波数変換部３０２にて周波数変換された受信信号が入力される。Ａ／Ｄ変換部３０３は複数のＡ／Ｄ変換器ＡＤ１１、ＡＤ２１・・・ＡＤＮＮからなる。Ａ／Ｄ変換部により周波数変換された受信信号はそれぞれデジタル信号へと変換され、位相比較部３０４に入力される。
【００６０】
位相比較部３０４ではＡ／Ｄ変換部３０３にて変換したそれぞれのデジタル信号の位相差を算出する。この例ではＡＤＮＮから出力されたデジタル信号と他のＡＤ１１、ＡＤ２１・・・ＡＤＮ−１  Ｎとの信号を移相比較器Ｃｉｊにて比較して、ＡＤＮＮから出力されたデジタル信号とのその他のそれぞれのデジタル信号との位相差δφを算出する。位相比較器Ｃ１１は、δφ１１（Ｎ、Ｎ）、Ｃ２１はδφ２１（Ｎ、Ｎ）、ＣＮ―１  ＮはδφＮ−１  Ｎ（Ｎ、Ｎ）を算出する。ここでのδφ１１（Ｎ、Ｎ）はデジタル信号に変換された受信アンテナＲＮＮにて受信した信号と、受信アンテナＲ１１との位相差を算出したことを示す。位相差δφ１１（Ｎ、Ｎ）、δφ２１（Ｎ、Ｎ）・・・・、δφＮ−１  Ｎ（Ｎ、Ｎ）は振幅位相分布算出部に入力される。
【００６１】
振幅位相分布算出部３０５では位相差δφ１１（Ｎ、Ｎ）、δφ２１（Ｎ、Ｎ）、δφＮ−１  Ｎ（Ｎ、Ｎ）と受信アンテナの位置情報に基づいて、位相分布を算出する。指向性を算出するには位相の相対値で足りるため、受信アンテナＲＮＮの初期位相は任意に設定できる。例えば、初期位相をゼロとすれば、受信アンテナの位相分布が算出できる。
【００６２】
また、振幅位相分布算出部では、受信アンテナの位置をデータ上で受信アンテナ保持部を中心として１８０°回転の変換をすることができる。先に述べたように、アレイアンテナ１１０のアンテナ素子Ｔｉｊは受信アンテナ保持部の受信アンテナＲＮ＋１−ｉ  Ｎ＋１−ｊに対応しているため、受信アンテナ保持部の中心に対して１８０°回転させる処理を行えば、アレイアンテナの位相分布を求めることができる。
【００６３】
振幅位相分布算出部３０５では、位相差の他に受信アンテナで受信した振幅Ａ１１、Ａ２１、・・ＡＮＮ（以下Ａｉｊ）も入力され、先に求めた位相分布とともに振幅位相分布を算出する。
【００６４】
振幅位相分布算出部３０５で算出した位相分布結果は送信機内の移相設定部１０２に出力される。移相設定部１０２では受信機にて算出した振幅位相分布結果から測定時点でのアレイアンテナの指向性を認識して、所望の指向性を実現するように移相器の移相量を設定する。
【００６５】
位相補正部３０６は振幅位相分布算出部に入力された位相差δφ１１（Ｎ、Ｎ）、δφ２１（Ｎ、Ｎ）、δφＮ−１  Ｎ（Ｎ、Ｎ）や振幅Ａｉｊを各アンテナ素子からの送信される無線信号の伝搬距離に応じて補正して、補正した振幅位相分布を振幅位相分布算出部に出力する。
【００６６】
例えば、アンテナ素子Ｔ１１からＲＮＮまで伝搬した信号の光路Ｌ１１と、Ｔ２１からＲＮ−１  Ｎのまで伝搬した信号の光路Ｌ２１の差Ｌ１１−Ｌ２１について説明する。図６に示すように、光軸をｘ軸とし、光軸に垂直な軸をｙ軸、ｚ軸とする座標系でのアンテナ素子Ｔｉｊの方向を示す仰角αｉｊ方位角βｉｊとすると、アンテナ素子φｉｊからの信号が伝搬する光路Ｌｉｊは
Ｌｉｊ＝（ａ＋ｂ）／ｓｉｎαｉｊｃｏｓβｉｊとなる。
したがって、Ｔ１１から出る信号を基準としたときのアンテナ素子Ｔｉｊから出る信号の光路差ΔＬ（１，１）は、
ΔＬｉｊ（１，１）＝（ａ＋ｂ）（１／ｓｉｎαｉｊｃｏｓβｉｊ−１／ｓｉｎα１１ｃｏｓβ１１）となる。このΔＬｉｊに基づいて、各アンテナ素子から出る信号の位相量と振幅を補正することにより、アレイアンテナの各アンテナ素子の励振状態をより高精度で再現することができる。
【００６７】
受信アンテナ駆動機構４０３は、駆動機構制御部１０３から出力された情報に基づいて受信機を介して受信アンテナの位置を可変させる。駆動装置から出力された情報は比較部１０４にて算出された送信信号と受信信号の振幅の減衰量を補正するためのものである。
【００６８】
アレイアンテナ駆動機構４０１、レンズ駆動機構４０２および受信アンテナ駆動機構４０３はアンテナ素子とレンズと受信アンテナの相対位置を可変するものであり、全てを有する必要はなく、任意の組み合わせで構成可能である。
【００６９】
ここではアレイアンテナの例を挙げて説明したが、単一のアンテナ素子の励振状態を単一の受信アンテナで測定することも可能である。この場合は送信信号の振幅の減衰率や送信信号と受信信号の位相差が求まり、移相設定部にて位相差を補正することが可能となる。信号発生部とアンテナ素子の間に、増幅器や減衰器等を設置して受信アンテナにおける受信信号のレベルを一定にすることも可能である。
【００７０】
また、アレイアンテナと受信アンテナの配列が同一の例を挙げて説明したが、受信アンテナがアレイアンテナの配列の一部を有している構成でもよい。この場合は、受信アンテナ駆動装置にてアレイアンテナの全アンテナ素子を受信するように受信アンテナを走査させればよい。
【００７１】
また、各々のアンテナ素子の間、各々の受信アンテナの間、レンズとアンテナ素子と受信アンテナの光路に電波吸収体を設置して、測定対象以外のアンテナ素子や受信アンテナもしくはレンズからの多重反射の影響を軽減することも可能である。
【００７２】
受信アンテナ保持部の受信アンテナ間隔を固定すれば、正方格子状の等間隔アレイに対しては、アンテナ素子から送信される無線信号の周波数が異なりアンテナ素子の間隔が変わった場合でも、アンテナ素子とレンズと受信アンテナを適切に配置することでアレイアンテナの励振状態を測定することが可能となる。アンテナ素子の間隔が変わった場合には、受信アンテナの間隔とアンテナ素子の間隔との比が変わるため、それに伴い像倍率が変化する。このため、光軸のｂ／ａが適切になるようにアンテナ素子とレンズと受信アンテナを配置すればよい。
【００７３】
また、測定対象のアンテナ素子、レンズ、受信アンテナの形状が既知であれば、対象周波数について、あらかじめアンテナ素子やレンズや受信アンテナの適切な配置を算出できる。これを初期の設定値として、例えば、レンズを上下左右および前後に動かして受信信号の電力が最大となるレンズの位置を探索することが可能となり、この配置で測定を行うことが可能である。
【００７４】
この場合は、アレイアンテナ駆動機構４０１、レンズ駆動機構４０２、受信アンテナ駆動機構４０３を適宜走査させ、受信電力と走査量の関係を図示してガウス関数等でフィッティングを行い最適な走査量を求めてから、受信電力が最大となる配置で測定を行うことができる。
【００７５】
また、ここではアレイアンテナの縦横のアンテナ素子と受信アンテナ保持部の縦横の受信アンテナが同数である正方格子の例を挙げたが、受信アンテナの素子数がアレイアンテナの素子数よりも少なくてもよい。その場合は受信アンテナ保持部に接続された駆動装置を駆動させることで、受信アンテナ保持部の位置を可変させて、アレイアンテナに備えられたアンテナ素子の励振状態を特定すればよい。
【００７６】
また、アレイアンテナの縦と横の素子数が異なる場合でも、同様の効果が期待できる。
【００７７】
以下、本実施形態のアンテナ測定装置１を用いるアンテナ測定方法について図７のフローチャートを参照しながら説明する。
【００７８】
まず、信号発生部１０１が送信機１００の複数の被測定アンテナ素子Ｔｉｊの一つに周波数ｆ０の信号を入力し、被測定アンテナ素子Ｔｉｊより周波数ｆ０の無線信号が送信信号として送信される（ステップＳ１−１）。
【００７９】
次に、被測定アンテナ素子Ｔｉｊに対応する受信アンテナは、レンズ２００を介して被測定アンテナ素子Ｔｉｊからの送信信号を受信信号として受信する（ステップＳ１−２）。
【００８０】
次に、受信アンテナで受信した受信信号の受信電力が最大値となるように、必要に応じて駆動機構制御部にてアレイアンテナ駆動機構やレンズ駆動機構や受信アンテナ駆動機構を可動させて、被測定アンテナ素子やレンズや受信アンテナを光学系の最適な位置に移動させる（ステップＳ１−３）。
【００８１】
次に光学系の最適な位置に被測定アンテナ素子と受信アンテナを移動させた後、信号発生部１０１が送信機１００の複数の被測定アンテナ素子Ｔｉｊに周波数ｆ０の信号を入力し、被測定アンテナ素子Ｔｉｊより周波数ｆ０の無線信号が送信信号として送信され、各被測定アンテナ素子Ｔｉｊに対応する各受信アンテナＲｉｊは、レンズ２００を介して被測定アンテナ素子Ｔｉｊからの送信信号を受信信号として受信する（ステップＳ１−４）。
【００８２】
各受信アンテナＲｉｊは、各受信アンテナＲｉｊに備えられた周波波数変換器Ｍｉｊにて受信信号をダウンコンバートする（ステップＳ１−５）。
【００８３】
次に、各周波波数変換器Ｍｉｊにてダウンコンバートされた受信信号は、各受信アンテナに接続されたＡ／Ｄ変換器ＡＤｉｊによってデジタイズされる（ステップＳ１−６）。
【００８４】
次に、各Ａ／Ｄ変換器ＡＤｉｊにてデジタイズされた信号のうちの一つを基準として、他のデジタイズされた受信信号との位相差を算出する（ステップＳ１−７）。
【００８５】
必要に応じて、ステップ７で算出された位相差を各アンテナ素子から各受信アンテナまでの距離の差に応じて補正する。（ステップＳ１−８）。
【００８６】
次に、アンテナ素子の位置情報と位相差（ステップＳ１−８にて補正された場合も含む）に基づいて位相分布を算出する。また、各受信アンテナでの受信信号の振幅とアンテナ素子の位置情報に基づいて振幅分布を算出する（ステップＳ１−９）。
【００８７】
次に、振幅分布と位相分布に基づいて、アレイアンテナが所望の指向性を実現するように、各アンテナ素子に接続された移相量を調整する。（ステップＳ１−１０）。
【００８８】
（第２の実施形態）  
図８に本発明の第２の実施形態を示す。第１の実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００８９】
アンテナ測定装置２は基準信号検出器１２０、ハーフミラー２２０、ハーフミラー保持部２３０、ローカル信号送信器３２０、ローカル信号発生部３２１をさらに備える。
【００９０】
基準信号検出器１２０は、アンテナ素子Ｔｉｊから送信されハーフミラー２２０にて反射された信号を基準信号として検出する。任意の位置に基準信号検出器を移動できるように、駆動機構を備えていてもよい。
【００９１】
ハーフミラー２２０はアンテナ素子Ｔｉｊから送信された無線信号やローカル信号送信器から送信された信号の一部を透過させ、残りの成分を反射させる。ここでは光軸に対して、４５°の傾斜を有するように配置されている。ハーフミラー保持部２３０はハーフミラーを保持する。ハーフミラーの大きさは全てのアンテナ素子から送信される無線信号が全て通過する程度のものが望ましい。一部のアンテナ素子から送信される無線信号のみが通過する程度の大きさのときは、任意の位置にハーフミラーを移動できるように駆動機構を備えればよい。
【００９２】
ローカル信号送信器３２１はハーフミラー２２０に向けて、ローカル信号源３２１から発生するローカル信号を無線信号にて送信する。
【００９３】
アンテナ素子Ｔｉｊからの送信信号と、ローカル信号源３２１から発生する無線のローカル信号は、送信信号とローカル信号の光路が交わる部分で干渉する。干渉して生成される信号の周波数は送信信号の周波数とローカル信号の周波数の差となるため、空間内でダウンコンバートされた信号が生成される。以下、空間内でダウンコンバートされた信号を干渉信号とする。また、ローカル信号と送信信号の周波数が等しい場合は、干渉信号はＤＣ成分のみを有する直流信号となる。
【００９４】
受信アンテナＲｉｊは干渉信号を受信する。既に低い周波数にダウンコンバートされているために、受信機内の周波数変換器は不要となる。したがって、受信機内の部品点数を減らすことが可能となり、受信機の小型化やコストダウンが実現できる。
【００９５】
受信アンテナＲｉｊにて受信された干渉信号は、位相比較部３０４を経て、振幅位相分布算出部３０５にて位相分布を算出する。振幅位相分布算出部にて算出された位相分布に基づいて移相設定部１０２にて各アンテナ素子の移相量を調整し、アレイアンテナの位相量を調整することが可能となる。
【００９６】
基準信号検出器１２０にて検出された基準信号と受信アンテナで受信した干渉信号が比較部１０６に入力される。比較部１０６は、基準信号と干渉信号との位相差を求めることができ、比較部１０６にて算出した位相差に基づいて移相設定部１０２にて位相量を調整して、位相調整が可能となる。
【００９７】
基準信号検出器で検出した基準信号と干渉信号との位相差を比較部１０６にて算出することで、信号発生部１０１で生成されアンテナ素子に入力される信号の情報が未知の場合においても送信信号の位相調整が可能となる。
【００９８】
基準信号検出器１２０はハーフミラーから反射される送信信号が結像する焦点に配置される。ローカル信号から送信されるローカル信号は基準信号検出器の位置では波のスポットサイズが広がった平面波をなすため、基準信号検出器では結像している送信信号を主に検出する。
【００９９】
基準信号検出器１２０におけるローカル信号の影響を低減するためには、スリットを有する遮蔽板などを検出器の手前に配置して、結像する送信信号のみを主に検出すればよい。
【０１００】
干渉信号が直流信号の場合は、受信アンテナの数だけ必要なＡ／Ｄ変換器が不要となる。干渉信号が直流信号となるため、各受信アンテナＲｉｊでの電圧レベルとなる振幅を比較することにより位相分布を算出することができる。したがって、位相比較部は不要となり、振幅位相分布算出部で算出する振幅分布はアンテナ素子の位相分布を反映したものとなる。
【０１０１】
このときに、移相設定部１０２にて各アンテナ素子から発生する送信信号の位相を３６０°回しながら各受信アンテナの移相量に対する直流信号レベルをプロットすることにより、直流信号の移相量に対する振幅を求めることができる。この振幅を用いて、各受信アンテナの直流信号の電圧レベルを振幅で規格化すれば、各アンテナの位相を求めることができ、アレイアンテナの位相分布を求めることができる。
【０１０２】
以下、本実施形態のアンテナ測定装置２を用いるアンテナ測定方法について図９のフローチャートを参照しながら説明する。
【０１０３】
まず、信号発生部１０１が送信機１００の複数の被測定アンテナ素子Ｔｉｊの一つに周波数ｆ０の信号を入力し、被測定アンテナ素子Ｔｉｊより周波数ｆ０の無線信号が送信信号として送信される（ステップＳ２−１）。
【０１０４】
次に、被測定アンテナ素子Ｔｉｊに対応する受信アンテナは、レンズ２００を介して被測定アンテナ素子Ｔｉｊからの送信信号を受信信号として受信する（ステップＳ２−２）。
【０１０５】
次に、受信アンテナで受信した受信信号の受信電力が最大値となるように、必要に応じて駆動機構制御部にてアレイアンテナ駆動機構やレンズ駆動機構や受信アンテナ駆動機構を可動させて、被測定アンテナ素子やレンズや受信アンテナを光学系の最適な位置に移動させる（ステップＳ２−３）。
【０１０６】
次に光学系の最適な位置に被測定アンテナ素子と受信アンテナを移動させた後、信号発生部１０１が送信機１００の複数のアンテナ素子Ｔｉｊに周波数ｆ０の信号を入力し、アンテナ素子Ｔｉｊより周波数ｆ０の無線信号が送信信号として送信する（ステップＳ２−４）。
【０１０７】
次に周波数ｆ０の信号を送信するローカル信号送信器３２１が、ハーフミラー２２０に向けてローカル信号を送信し、送信信号とローカル信号とを干渉させる。各受信アンテナＲｉｊは、干渉により直流信号となった信号を受信する（ステップＳ２−５）。
【０１０８】
次にアンテナ素子に接続された移相器の位相を３６０°回転させ、移相量に対する直流信号の振幅を求める（ステップＳ２−６）。
【０１０９】
次に直流の受信信号の電圧レベルを移相量に対して求めた直流信号の振幅にて規格化することにより、各受信アンテナでの位相を求め、一つの受信アンテナを基準として他の受信アンテナとの位相差を求める（ステップＳ２−７）。
【０１１０】
各アンテナ素子から各受信アンテナまでの光路の違いに応じて、各受信アンテナの位相を補正する（ステップＳ２−８）。
【０１１１】
各受信アンテナの移相量に対して求めた直流信号の振幅と位相差および各受信アンテナ素子の位置情報により、各受信アンテナの振幅分布と位相分布を求める（ステップＳ２−９）。
【０１１２】
次に、Ｓ２−９で算出した振幅分布と位相分布に基づいて、アレイアンテナが所望の指向性を実現するように、各アンテナ素子に接続された移相器を調整する。（ステップＳ２−１０）。
【０１１３】
なお、基準信号検出器にて検出した基準信号と、第１の実施形態での受信信号を比較部にて比較すれば、信号発生部にて発生する信号の情報が未知な場合でも送信信号の位相調整が可能となる。
【符号の説明】
【０１１４】
１、２・・・アンテナ測定装置、１００・・・送信機、１０１・・・信号発生部、１０２・・・移相設定部、１０３・・・駆動機構制御部、１０４、１０６・・・比較部、１０５・・・移相部、１１０・・・アレイアンテナ、１２０・・・基準信号検出器、２００・・・レンズ、２１０・・・レンズ保持部、２２０・・・ハーフミラー、２３０・・・ハーフミラー保持部、３００・・・受信機、３０１、３２１・・・ローカル信号発生部、３０２・・・周波数変換部、３０３・・・Ａ／Ｄ変換部、３０４・・・位相比較部、３０５・・・振幅位相算出部、３０６・・・位相補正部、３１０・・・受信アンテナ保持部、３２０・・・ローカル信号送信器、４００・・・ベース部、４０１・・・アレイアンテナ駆動機構、４０２・・・レンズ駆動機構、４０３・・・受信アンテナ駆動機構
【図１】
2018165622.tif 000003
【図２】
2018165622.tif 000004
【図３】
2018165622.tif 000005
【図４】
2018165622.tif 000006
【図５】
2018165622.tif 000007
【図６】
2018165622.tif 000008
【図７】
2018165622.tif 000009
【図８】
2018165622.tif 000010
【図９】
2018165622.tif 000011