(57)【要約】【課題】ＲＦ回路と一体化した被測定アンテナから送信された無線信号の電磁波に対して、被測定アンテナの近傍界領域の測定平面内で隣接する測定位置における位相差を精度良く測定することができるアンテナ測定システム及びアンテナ測定方法を提供する。【解決手段】測定平面における第１プローブアンテナ１２ｃ１と第２プローブアンテナ１２ｌの中心間の距離が、測定平面における第１プローブアンテナ１２ｃ１と第３プローブアンテナ１２ｒの中心間の距離に比べて、水平方向に隣接する２つの測定位置の間隔ｄ１だけ長く、測定平面における第４プローブアンテナ１２ｃ２と第５プローブアンテナ１２ｔの中心間の距離が、測定平面における第４プローブアンテナ１２ｃ２と第６プローブアンテナ１２ｂの中心間の距離に比べて、垂直方向に隣接する２つの測定位置の間隔ｄ２だけ長く構成されている。【選択図】図３
2019113355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ機能を一体化してなる被測定アンテナ（１００）から送信される無線信号の振幅及び位相を近傍界で測定するアンテナ測定システム（１，２）であって、
前記被測定アンテナの近傍界領域の所定の測定平面内に設定された複数の測定位置において、前記無線信号を受信する複数のプローブアンテナ（１２）と、
前記複数のプローブアンテナの相対位置を維持しながら、前記複数の測定位置に各前記プローブアンテナを移動させるプローブ走査機構（１３）と、
前記プローブ走査機構により各前記プローブアンテナが前記測定位置に移動されるごとに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号間の位相差を測定するとともに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号の振幅を測定する振幅位相差測定部（１６）と、
前記振幅位相差測定部により測定された位相差から、隣接する２つの前記測定位置における前記無線信号間の位相差を算出する隣接位相差算出部（１８）と、
前記隣接位相差算出部により算出された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出する位相算出部（１９）と、を備え、
前記複数のプローブアンテナは、第１プローブアンテナと、前記測定平面内の水平方向に前記第１プローブアンテナを挟んで配置される第２プローブアンテナ及び第３プローブアンテナと、第４プローブアンテナと、前記測定平面内の垂直方向に前記第４プローブアンテナを挟んで配置される第５プローブアンテナ及び第６プローブアンテナと、を含み、
前記測定平面における前記第１プローブアンテナと前記第２プローブアンテナの中心間の距離が、前記測定平面における前記第１プローブアンテナと前記第３プローブアンテナの中心間の距離に比べて、水平方向に隣接する２つの前記測定位置の間隔ｄ１だけ長く、
前記測定平面における前記第４プローブアンテナと前記第５プローブアンテナの中心間の距離が、前記測定平面における前記第４プローブアンテナと前記第６プローブアンテナの中心間の距離に比べて、垂直方向に隣接する２つの前記測定位置の間隔ｄ２だけ長いことを特徴とするアンテナ測定システム。
【請求項２】
前記第１プローブアンテナ、前記第２プローブアンテナ、及び前記第３プローブアンテナのうちのいずれか１つが、前記第４プローブアンテナ、前記第５プローブアンテナ、及び前記第６プローブアンテナのうちのいずれか１つを兼ねることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ測定システム。
【請求項３】
前記隣接位相差算出部は、
第１時刻に前記第１プローブアンテナが前記複数の測定位置のうちの１つに移動され、第２時刻に前記第３プローブアンテナが同じ前記測定位置に移動された場合に、前記第１時刻において前記第２プローブアンテナと前記第１プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差から、前記第２時刻において前記第１プローブアンテナと前記第３プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差を減算することにより、前記第１時刻に前記第２プローブアンテナが移動された前記測定位置と、前記第２時刻に前記第１プローブアンテナが移動された前記測定位置とにおける前記無線信号間の位相差を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ測定システム。
【請求項４】
前記隣接位相差算出部は、
第１時刻に前記第１プローブアンテナが前記複数の測定位置のうちの１つに移動され、第２時刻に前記第２プローブアンテナが同じ前記測定位置に移動された場合に、前記第２時刻において前記第２プローブアンテナと前記第１プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差から、前記第１時刻において前記第１プローブアンテナと前記第３プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差を減算することにより、前記第１時刻に前記第３プローブアンテナが移動された前記測定位置と、前記第２時刻に前記第１プローブアンテナが移動された前記測定位置とにおける前記無線信号間の位相差を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ測定システム。
【請求項５】
前記隣接位相差算出部は、
第１時刻に前記第４プローブアンテナが前記複数の測定位置のうちの１つに移動され、第２時刻に前記第６プローブアンテナが同じ前記測定位置に移動された場合に、前記第１時刻において前記第５プローブアンテナと前記第４プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差から、前記第２時刻において前記第４プローブアンテナと前記第６プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差を減算することにより、前記第１時刻に前記第５プローブアンテナが移動された前記測定位置と、前記第２時刻に前記第４プローブアンテナが移動された前記測定位置とにおける前記無線信号間の位相差を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のアンテナ測定システム。
【請求項６】
前記隣接位相差算出部は、
第１時刻に前記第４プローブアンテナが前記複数の測定位置のうちの１つに移動され、第２時刻に前記第５プローブアンテナが同じ前記測定位置に移動された場合に、前記第２時刻において前記第５プローブアンテナと前記第４プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差から、前記第１時刻において前記第４プローブアンテナと前記第６プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差を減算することにより、前記第１時刻に前記第６プローブアンテナが移動された前記測定位置と、前記第２時刻に前記第４プローブアンテナが移動された前記測定位置とにおける前記無線信号間の位相差を算出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のアンテナ測定システム。
【請求項７】
前記振幅位相差測定部により測定された振幅の情報、及び、前記位相算出部により算出された位相の情報を用いて、遠方界の指向性を算出する遠方界指向性算出部（２１）を更に備え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システム。
【請求項８】
前記位相算出部は、隣接する２つの前記測定位置について前記隣接位相差算出部により算出された複数の位相差を平均化する位相差平均化部（２５）を有し、前記位相差平均化部により平均化された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のアンテナ測定システム。
【請求項９】
前記複数のプローブアンテナの開口形状は同一であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のアンテナ測定システム。
【請求項１０】
前記被測定アンテナを支持するアンテナ支持部（４０）を更に備え、
前記アンテナ支持部は、前記被測定アンテナの電磁波放射面（１００ａ）が前記測定平面に正対する向きを基準方向とし、前記電磁波放射面の向きを前記基準方向から変更できるように構成されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のアンテナ測定システム。
【請求項１１】
ＲＦ機能を一体化してなる被測定アンテナ（１００）から送信される無線信号の振幅及び位相を近傍界で測定するために、前記被測定アンテナの近傍界領域の所定の測定平面内に設定された複数の測定位置において、前記無線信号を受信する複数のプローブアンテナ（１２）を用いるアンテナ測定方法であって、
前記複数のプローブアンテナの相対位置を維持しながら、前記複数の測定位置に各前記プローブアンテナを移動させるプローブ走査ステップ（Ｓ３）と、
前記プローブ走査ステップにより各前記プローブアンテナが前記測定位置に移動されるごとに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号間の位相差を測定するとともに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号の振幅を測定する振幅位相差測定ステップ（Ｓ５）と、
前記振幅位相差測定ステップにより測定された位相差から、隣接する２つの前記測定位置における前記無線信号間の位相差を算出する隣接位相差算出ステップ（Ｓ８）と、
前記隣接位相差算出ステップにより算出された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出する位相算出ステップ（Ｓ９）と、を含み、
前記複数のプローブアンテナは、第１プローブアンテナと、前記測定平面内の水平方向に前記第１プローブアンテナを挟んで配置される第２プローブアンテナ及び第３プローブアンテナと、第４プローブアンテナと、前記測定平面内の垂直方向に前記第４プローブアンテナを挟んで配置される第５プローブアンテナ及び第６プローブアンテナと、を含み、
前記測定平面における前記第１プローブアンテナと前記第２プローブアンテナの中心間の距離が、前記測定平面における前記第１プローブアンテナと前記第３プローブアンテナの中心間の距離に比べて、水平方向に隣接する２つの前記測定位置の間隔ｄ１だけ長く、
前記測定平面における前記第４プローブアンテナと前記第５プローブアンテナの中心間の距離が、前記測定平面における前記第４プローブアンテナと前記第６プローブアンテナの中心間の距離に比べて、垂直方向に隣接する２つの前記測定位置の間隔ｄ２だけ長いことを特徴とするアンテナ測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ測定システム及びアンテナ測定方法に関し、特に、ＲＦ回路と一体化したアンテナの特性を近傍界測定法を用いて測定するアンテナ測定システム及びアンテナ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブアンテナは、アンテナアレーの各素子に無線信号のＲＦ回路を一体化したものであり、出力する電磁波の放射方向及びビーム形状を制御できる特徴を持つ。特に、移動体通信の基地局においてアクティブアンテナを使用する場合には、カバーエリアを自在に制御できるという利点がある。
【０００３】
このアクティブアンテナとして使用されるアンテナのような、強い指向性を持つアンテナの特性の測定法として、電磁界理論によってアンテナの近傍電磁界から遠方界指向性を算出する近傍界測定法（ＮＦＭ：Near Field Measurement）が知られている。
【０００４】
近傍界測定法は、アンテナ近傍で電磁界を測定するため、空間による電磁波の損失が小さく、指向性の測定だけでなくアンテナの近傍界分布よりアンテナの診断を行うこともできる利点がある。
【０００５】
一般的に、図１２に示すように、アンテナ開口面から放射される電磁界の領域のうち、アンテナ開口に近接する領域は、放射に寄与しない電磁界成分が主となるリアクティブ近傍界領域（極近傍）であり、アンテナ開口からの距離によって指向性の変化がない領域は放射遠方界領域（遠方界）と呼ばれる。一般にアンテナの指向性と表現されるのは、この放射遠方界領域で測定された指向性である。
【０００６】
遠方界は、アンテナの最大径Ｄ（開口寸法）に対し、下記の式（１）を満たす距離Ｒ以上離れた位置として規定される。ここで、λは自由空間波長である。また、自由空間で受信アンテナが受信可能な最大電力Ｗａは、送信アンテナの利得をＧｔ、受信アンテナの利得をＧｒ、送信電力をＷｔとすると、下記の式（２）のように表される。
Ｒ＞２Ｄ２／λ                              ・・・（１）
Ｗａ＝（λ／４πＲ）２・Ｇｔ・Ｇｒ・Ｗｔ    ・・・（２）
【０００７】
このため、利得の高い開口面の大きなアンテナでは距離Ｒが大きくなり、空間での減衰が大きくなる。さらに、ミリ波帯では自由空間波長λが小さくなるため、より減衰量が増加し、低レベルのサイドローブの測定が困難となる問題がある。
【０００８】
リアクティブ近傍界領域と放射遠方界領域の間の領域である放射近傍界領域（近傍界）は、距離に応じて指向性が変化する領域である。前記したＮＦＭは、この放射近傍界領域で電磁界を測定し、計算により遠方界での指向性を求めるものである。
【０００９】
具体的には、所定の信号が供給されたアンテナの近傍をプローブアンテナで走査し、そのプローブアンテナで受信した信号から、走査位置ごとに振幅と位相の分布を求め、この分布から無限遠での指向性をデータ処理により得ることができる。アンテナ近傍での測定のため、空間での減衰量が小さく、遠方界の測定に比べ高精度な測定が可能である。
【００１０】
ＮＦＭは、被測定アンテナの近傍を走査する範囲によって複数の種類に分かれるが、利得の高いアンテナに対して有利で、データ処理が容易な平面ＮＦＭが広く用いられている。
【００１１】
図１３は、平面ＮＦＭを用いて被測定アンテナ１００の指向性を求める測定装置１０の構成を示している。この測定装置１０は、被測定アンテナ１００をその放射面が所定方向に向いた状態で支持するアンテナ支持部５１と、被測定アンテナ１００から出力された電磁波を受けるためのプローブアンテナ５２と、プローブアンテナ５２を被測定アンテナ１００の放射面に対向する近傍の測定平面内でＸ，Ｙ方向に移動させるプローブ走査機構５３と、を有している。
【００１２】
また、測定装置１０は、被測定アンテナ１００に測定用の信号を与える信号発生器５４、プローブアンテナ５２の受信信号から振幅、位相の情報を検出する振幅位相検出器５５、プローブ走査機構５３を制御して、測定平面Ｐ内でプローブアンテナ５２の位置を所定ピッチで走査させつつ振幅位相検出器５５の出力を受け、測定平面Ｐ内における振幅位相の分布から、被測定アンテナ１００の遠方界指向性を求める測定制御部５６と、得られた被測定アンテナ１００の指向性を表示させる表示部５７と、を有している。なお、信号発生器５４と振幅位相検出器５５としては、それらの機能を有するネットワークアナライザを用いることができ、測定制御部５６としては、パーソナルコンピュータを用いることができる。
【００１３】
ここで、ＮＦＭの場合、プローブアンテナ５２は被測定アンテナ１００から測定信号の３波長程度離れた近傍の測定平面Ｐ内を走査して、その電界の振幅と位相が検出されることになる。
【００１４】
この測定平面Ｐにおける振幅と位相の分布が、被測定アンテナ１００の指向性とプローブアンテナ５２の指向性から定義される関数のフーリエ変換の形となっており、測定制御部５６において、逆フーリエ変換によりその関数を求めた後、プローブアンテナ５２の指向性を取り除く演算処理（プローブ補正）を行うことで、被測定アンテナ１００の指向性を求めることができる。測定制御部５６では、データ処理を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって行うことができるため、高速に被測定アンテナ１００の遠方界の指向性を算出することができる。
【００１５】
上記したように、測定平面Ｐにおける振幅と位相の分布が、被測定アンテナの指向性とプローブアンテナの指向性から定義される関数のフーリエ変換の形となっていて、逆フーリエ変換によりその関数を求めた後、プローブアンテナ５２の指向性を取り除く演算処理（プローブ補正）を行うことで、被測定アンテナ１００の指向性を求めることができる点については、非特許文献１に開示されているように一般的に知られている。
【００１６】
このようにしてアンテナの指向性を求めるＮＦＭは、遠方界測定（ＦＦＭ：Far Field Measurement）に対して、次のような利点がある。
【００１７】
ＮＦＭは近距離での測定であるため、電波暗室を使用しなくても測定が可能であり、大規模な装置が必要でない。また、ミリ波帯では装置がコンパクトになるため、居室に設置した簡易電波暗箱での測定が可能であり、電波暗室での測定で課題となる測定系の構築に費やす時間を大幅に短縮することができる。さらに、自由空間損失の小さい領域での測定のため、精度の良い測定結果を得ることができる。
【００１８】
さらに、ＮＦＭでは、アンテナの近傍の振幅・位相分布が得られるため、設計通りの指向性が得られなかった場合に、その原因を診断することが可能である。これは、アクティブアンテナのようなフェーズドアレーアンテナにとって大きな利点となる。
【００１９】
しかしながら、ＮＦＭで近傍界の位相分布を得る従来の測定装置では、被測定アンテナに無線信号を供給して、被測定アンテナからその無線信号の電磁波を放射させるともに、この無線信号を振幅位相検出器に基準信号として与える必要がある。一方、多くのアクティブアンテナはＲＦ回路とアンテナが一体となっているため、アンテナに信号を入出力するための端子がなく、アクティブアンテナのＲＦ回路から振幅位相検出器へ基準信号の供給を行うことができないという問題があった。
【００２０】
そこで、２次元的に複数配置されたプローブアンテナで被測定アンテナの近傍を走査して、測定平面内の隣接する測定位置における位相差を測定することにより、被測定アンテナからの基準信号の供給なしで、近傍界において位相と振幅を測定することができる方法が既に提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【００２１】
非特許文献２に開示された方法では、プローブアンテナ同士を近傍界測定で必要な測定間隔０．５λ以下で配置するために、プローブアンテナとして一端を開放したダブルリッジ導波管を使用している。ダブルリッジ導波管には、標準の方形導波管の導波路の断面形状より小さい断面形状で、同等の周波数範囲の電磁波を伝搬できるという利点がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】オーム社  平成２０年７月２５日発行  アンテナ工学ハンドブック（第２版）電子情報通信学会編  ｐ７３０〜ｐ７３３
【非特許文献２】山本綾、河村尚志、布施匡章、"隣接位相差測定方式によるアクティブアンテナシステムの近傍界測定の提案"、電子情報通信学会技術研究報告、vol. 116、no. 249、SRW2016-47、pp. 19-24、2016年10月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、非特許文献２に開示された方法では、プローブアンテナ同士の影響により各プローブアンテナに非対称な位相指向性が生じてしまい、測定される位相差が乱れてしまうという課題があった。その課題を解決するためには、複数のプローブアンテナを対称形となるように配置し、得られた位相差を適切に平均化することで、非対称な位相指向性を打ち消すことが考えられる。しかしながら、この方法ではダブルリッジ導波管の製作誤差による影響を受けて、非対称な位相指向性を打ち消すことが不十分である場合がある。特に被測定アンテナから離れた位置では、非対称な位相指向性による位相差を打ち消すことが困難であり、遠方界指向性を算出した場合には、特に高角度での指向性が乱れてしまう課題が存在する。また、ダブルリッジ導波管を用いたプローブアンテナは、方形導波管を用いたプローブアンテナと比較して反射が大きく使用帯域が狭いという問題もある。
【００２４】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、ＲＦ回路と一体化した被測定アンテナから送信された無線信号の電磁波に対して、被測定アンテナの近傍界領域の測定平面内で隣接する測定位置における位相差を精度良く測定することができるアンテナ測定システム及びアンテナ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】
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明に係るアンテナ測定システムは、ＲＦ機能を一体化してなる被測定アンテナから送信される無線信号の振幅及び位相を近傍界で測定するアンテナ測定システムであって、前記被測定アンテナの近傍界領域の所定の測定平面内に設定された複数の測定位置において、前記無線信号を受信する複数のプローブアンテナと、前記複数のプローブアンテナの相対位置を維持しながら、前記複数の測定位置に各前記プローブアンテナを移動させるプローブ走査機構と、前記プローブ走査機構により各前記プローブアンテナが前記測定位置に移動されるごとに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号間の位相差を測定するとともに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号の振幅を測定する振幅位相差測定部と、前記振幅位相差測定部により測定された位相差から、隣接する２つの前記測定位置における前記無線信号間の位相差を算出する隣接位相差算出部と、前記隣接位相差算出部により算出された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出する位相算出部と、を備え、前記複数のプローブアンテナは、第１プローブアンテナと、前記測定平面内の水平方向に前記第１プローブアンテナを挟んで配置される第２プローブアンテナ及び第３プローブアンテナと、第４プローブアンテナと、前記測定平面内の垂直方向に前記第４プローブアンテナを挟んで配置される第５プローブアンテナ及び第６プローブアンテナと、を含み、前記測定平面における前記第１プローブアンテナと前記第２プローブアンテナの中心間の距離が、前記測定平面における前記第１プローブアンテナと前記第３プローブアンテナの中心間の距離に比べて、水平方向に隣接する２つの前記測定位置の間隔ｄ１だけ長く、前記測定平面における前記第４プローブアンテナと前記第５プローブアンテナの中心間の距離が、前記測定平面における前記第４プローブアンテナと前記第６プローブアンテナの中心間の距離に比べて、垂直方向に隣接する２つの前記測定位置の間隔ｄ２だけ長い構成である。
【００２６】
この構成により、本発明に係るアンテナ測定システムは、ＲＦ回路と一体化した被測定アンテナから送信された無線信号に対して、被測定アンテナからの基準信号の供給なしで、近傍界において位相と振幅を測定することができる。
【００２７】
また、この構成により、本発明に係るアンテナ測定システムは、プローブアンテナ同士の影響を抑えて、被測定アンテナの近傍界領域の測定平面内で隣接する測定位置における位相差を精度良く測定することができる。
【００２８】
また、この構成により、本発明に係るアンテナ測定システムは、プローブアンテナとして標準の方形導波管を使用することができるため、広い使用帯域と高い受信感度を実現できるとともに、アンテナ測定システムの製作が容易になる。
【００２９】
また、本発明に係るアンテナ測定システムにおいては、前記第１プローブアンテナ、前記第２プローブアンテナ、及び前記第３プローブアンテナのうちのいずれか１つが、前記第４プローブアンテナ、前記第５プローブアンテナ、及び前記第６プローブアンテナのうちのいずれか１つを兼ねる構成であってもよい。
【００３０】
この構成により、本発明に係るアンテナ測定システムは、プローブアンテナ同士の影響を更に抑えることができるとともに、走査制御部による走査範囲を狭くして測定時間を短縮することができる。
【００３１】
また、本発明に係るアンテナ測定システムにおいては、前記隣接位相差算出部は、第１時刻に前記第１プローブアンテナが前記複数の測定位置のうちの１つに移動され、第２時刻に前記第３プローブアンテナが同じ前記測定位置に移動された場合に、前記第１時刻において前記第２プローブアンテナと前記第１プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差から、前記第２時刻において前記第１プローブアンテナと前記第３プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差を減算することにより、前記第１時刻に前記第２プローブアンテナが移動された前記測定位置と、前記第２時刻に前記第１プローブアンテナが移動された前記測定位置とにおける前記無線信号間の位相差を算出する構成であってもよい。
【００３２】
また、本発明に係るアンテナ測定システムにおいては、前記隣接位相差算出部は、第１時刻に前記第１プローブアンテナが前記複数の測定位置のうちの１つに移動され、第２時刻に前記第２プローブアンテナが同じ前記測定位置に移動された場合に、前記第２時刻において前記第２プローブアンテナと前記第１プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差から、前記第１時刻において前記第１プローブアンテナと前記第３プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差を減算することにより、前記第１時刻に前記第３プローブアンテナが移動された前記測定位置と、前記第２時刻に前記第１プローブアンテナが移動された前記測定位置とにおける前記無線信号間の位相差を算出する構成であってもよい。
【００３３】
また、本発明に係るアンテナ測定システムにおいては、前記隣接位相差算出部は、第１時刻に前記第４プローブアンテナが前記複数の測定位置のうちの１つに移動され、第２時刻に前記第６プローブアンテナが同じ前記測定位置に移動された場合に、前記第１時刻において前記第５プローブアンテナと前記第４プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差から、前記第２時刻において前記第４プローブアンテナと前記第６プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差を減算することにより、前記第１時刻に前記第５プローブアンテナが移動された前記測定位置と、前記第２時刻に前記第４プローブアンテナが移動された前記測定位置とにおける前記無線信号間の位相差を算出する構成であってもよい。
【００３４】
また、本発明に係るアンテナ測定システムにおいては、前記隣接位相差算出部は、第１時刻に前記第４プローブアンテナが前記複数の測定位置のうちの１つに移動され、第２時刻に前記第５プローブアンテナが同じ前記測定位置に移動された場合に、前記第２時刻において前記第５プローブアンテナと前記第４プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差から、前記第１時刻において前記第４プローブアンテナと前記第６プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差を減算することにより、前記第１時刻に前記第６プローブアンテナが移動された前記測定位置と、前記第２時刻に前記第４プローブアンテナが移動された前記測定位置とにおける前記無線信号間の位相差を算出する構成であってもよい。
【００３５】
また、本発明に係るアンテナ測定システムは、前記振幅位相差測定部により測定された振幅の情報、及び、前記位相算出部により算出された位相の情報を用いて、遠方界の指向性を算出する遠方界指向性算出部を更に備える構成であってもよい。
【００３６】
この構成により、本発明に係るアンテナ測定システムは、ＲＦ回路と一体化した被測定アンテナから送信された無線信号に対して近傍界測定法を用いた測定を行い、遠方界の電界強度分布を算出することができる。
【００３７】
また、本発明に係るアンテナ測定システムにおいては、前記位相算出部は、隣接する２つの前記測定位置について前記隣接位相差算出部により算出された複数の位相差を平均化する位相差平均化部を有し、前記位相差平均化部により平均化された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出する構成であってもよい。
【００３８】
この構成により、本発明に係るアンテナ測定システムは、より精度良く位相分布を得ることができる。
【００３９】
また、本発明に係るアンテナ測定システムにおいては、前記複数のプローブアンテナの開口形状は同一である構成であってもよい。
【００４０】
この構成により、本発明に係るアンテナ測定システムは、各プローブアンテナの受信感度を同等にできるため、振幅の平均化が容易になる。
【００４１】
また、本発明に係るアンテナ測定システムは、前記被測定アンテナを支持するアンテナ支持部を更に備え、前記アンテナ支持部は、前記被測定アンテナの電磁波放射面が前記測定平面に正対する向きを基準方向とし、前記電磁波放射面の向きを前記基準方向から変更できるように構成されていてもよい。
【００４２】
この構成により、本発明に係るアンテナ測定システムは、被測定アンテナが基準方向を向いているときのビーム方向が測定平面の中央から離れている場合であっても、被測定アンテナを回転させることにより、最小限度の大きさの測定平面で指向性を求めることができる。
【００４３】
また、本発明に係るアンテナ測定方法は、ＲＦ機能を一体化してなる被測定アンテナから送信される無線信号の振幅及び位相を近傍界で測定するために、前記被測定アンテナの近傍界領域の所定の測定平面内に設定された複数の測定位置において、前記無線信号を受信する複数のプローブアンテナを用いるアンテナ測定方法であって、前記複数のプローブアンテナの相対位置を維持しながら、前記複数の測定位置に各前記プローブアンテナを移動させるプローブ走査ステップと、前記プローブ走査ステップにより各前記プローブアンテナが前記測定位置に移動されるごとに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号間の位相差を測定するとともに、前記複数のプローブアンテナにより受信された無線信号の振幅を測定する振幅位相差測定ステップと、前記振幅位相差測定ステップにより測定された位相差から、隣接する２つの前記測定位置における前記無線信号間の位相差を算出する隣接位相差算出ステップと、前記隣接位相差算出ステップにより算出された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出する位相算出ステップと、を含み、前記複数のプローブアンテナは、第１プローブアンテナと、前記測定平面内の水平方向に前記第１プローブアンテナを挟んで配置される第２プローブアンテナ及び第３プローブアンテナと、第４プローブアンテナと、前記測定平面内の垂直方向に前記第４プローブアンテナを挟んで配置される第５プローブアンテナ及び第６プローブアンテナと、を含み、前記測定平面における前記第１プローブアンテナと前記第２プローブアンテナの中心間の距離が、前記測定平面における前記第１プローブアンテナと前記第３プローブアンテナの中心間の距離に比べて、水平方向に隣接する２つの前記測定位置の間隔ｄ１だけ長く、前記測定平面における前記第４プローブアンテナと前記第５プローブアンテナの中心間の距離が、前記測定平面における前記第４プローブアンテナと前記第６プローブアンテナの中心間の距離に比べて、垂直方向に隣接する２つの前記測定位置の間隔ｄ２だけ長い構成である。
【００４４】
この構成により、本発明に係るアンテナ測定方法は、ＲＦ回路と一体化した被測定アンテナから送信された無線信号に対して、被測定アンテナからの基準信号の供給なしで、近傍界において位相と振幅を測定することができる。
【００４５】
また、この構成により、本発明に係るアンテナ測定方法は、プローブアンテナ同士の影響を抑えて、被測定アンテナの近傍界領域の測定平面内で隣接する測定位置における位相差を精度良く測定することができる。
【００４６】
また、この構成により、本発明に係るアンテナ測定方法は、プローブアンテナとして標準の方形導波管を使用することができるため、広い使用帯域と高い受信感度を実現できるとともに、アンテナ測定システムの製作が容易になる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明は、ＲＦ回路と一体化した被測定アンテナから送信された無線信号の電磁波に対して、被測定アンテナの近傍界領域の測定平面内で隣接する測定位置における位相差を精度良く測定することができるアンテナ測定システム及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】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ測定システムの構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ測定システムが備えるプローブアンテナの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ測定システムが備える複数のプローブアンテナの配置と測定位置を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ測定システムが備える複数のプローブアンテナの他の配置例を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ測定システムが備える隣接位相差算出部の処理を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ測定システムにおける隣り合う２つのプローブアンテナと被測定アンテナを模擬したシミュレーションモデルを示す模式図である。
【図７】図６のシミュレーションモデルにおけるプローブアンテナの構成を示す断面図である。
【図８】図６のシミュレーションモデルによるシミュレーション結果を示す表である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ測定システムが備えるアンテナ保持部の構成例を示す模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ測定システムを用いるアンテナ測定方法の処理を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るアンテナ測定システムの構成図である。
【図１２】アンテナの測定領域の説明図である。
【図１３】従来のアンテナ測定システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明に係るアンテナ測定システム及びアンテナ測定方法の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００５０】
（第１の実施形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ測定システム１は、被測定アンテナ１００から送信される無線信号の振幅及び位相を近傍界で測定し、遠方界での指向性を算出するものである。
【００５１】
被測定アンテナ１００は、例えば、複数のアンテナ素子にＲＦ機能（ＲＦ回路）を一体化してなるアクティブアンテナである。アンテナ測定システム１による指向性の測定時に被測定アンテナ１００から送信させる無線信号としては、無変調波信号や広帯域信号（例えばＯＦＤＭ信号）などを用いることができる。
【００５２】
アンテナ測定システム１は、アンテナ支持部１１と、複数のプローブアンテナ１２と、プローブ走査機構１３と、走査制御部１４と、切替スイッチ１５と、振幅位相差測定部１６と、記憶部１７と、隣接位相差算出部１８と、位相算出部１９と、振幅平均化部２０と、遠方界指向性算出部２１と、表示部２２と、制御部２３と、を備える。
【００５３】
アンテナ支持部１１は、被測定アンテナ１００をその電磁波放射面１００ａが所定方向に向いた状態で支持するようになっている。
【００５４】
複数のプローブアンテナ１２は、アンテナ保持部２４に収容され、被測定アンテナ１００の近傍界領域の所定の測定平面Ｐ内に設定された複数の測定位置において、被測定アンテナ１００から出力された無線信号の電磁波を受信するようになっている。複数の測定位置は、後述するように無線信号の１／２波長（０．５λ）以下の間隔で測定平面Ｐ内の水平方向及び垂直方向に設定される。
【００５５】
複数のプローブアンテナ１２は、第１プローブアンテナと、測定平面Ｐ内の水平方向（Ｘ方向）に第１プローブアンテナを挟んで配置される第２プローブアンテナ及び第３プローブアンテナと、第４プローブアンテナと、測定平面Ｐ内の垂直方向（Ｙ方向）に第４プローブアンテナを挟んで配置される第５プローブアンテナ及び第６プローブアンテナと、を含む。
【００５６】
なお、第１プローブアンテナ、第２プローブアンテナ、及び第３プローブアンテナのうちのいずれか１つは、第４プローブアンテナ、第５プローブアンテナ、及び第６プローブアンテナのうちのいずれか１つを兼ねていてもよい。
【００５７】
複数のプローブアンテナ１２は、全て同じものであってもよいし、互いに異なるものであってもよい。なお、プローブアンテナ１２の開口形状を全て同一にした場合、各プローブアンテナの受信感度が同等となり、後述する振幅平均化部２０において振幅の平均化が容易になるという利点がある。
【００５８】
例えば、複数のプローブアンテナ１２のうちの少なくとも１つは、マイクロ波又はミリ波帯の所定周波数範囲の電磁波を伝搬させる導波路を有し、先端が開放された導波管であってもよい。このような導波管としては、導波路の断面形状が長方形の方形導波管を好適に用いることができる。また、方形導波管の代わりに、導波路の断面形状が両側部の高さに対して中央部の高さが小となるダブルリッジ導波管などの各種の導波管をプローブアンテナ１２として用いることも可能であるが、ダブルリッジ導波管は、方形導波管と比較して反射が大きく使用帯域が狭いという問題がある。
【００５９】
図２は、プローブアンテナ１２として用いられる方形導波管の導波路２７の長手方向に垂直な断面を示す図である。方形導波管の外形ａ×ｂは、内径ｗ０×ｈ０より大きく、かつ構造物としての強度が得られる範囲で任意である。
【００６０】
図３は、測定平面Ｐ内における測定位置と複数のプローブアンテナ１２の配置位置（図中の■印）の一例を示す模式図である。図３に示すように、測定位置は、測定平面ＰをＸ方向にΔｘ＝ｄ１、Ｙ方向にΔｙ＝ｄ２で格子状に分割した領域の中心位置として表すことができる。ここでは、間隔ｄ１及びｄ２は無線信号の波長λの１／２以下の値であるとしている。なお、ｄ１とｄ２は互いに異なる値であっても等しい値であってもよい。
【００６１】
図３に示した例では、複数のプローブアンテナ１２は、中央プローブアンテナ１２ｃ１，ｃ２と、左プローブアンテナ１２ｌと、右プローブアンテナ１２ｒと、上プローブアンテナ１２ｔと、下プローブアンテナ１２ｂとからなる。ここで、中央プローブアンテナ１２ｃ１は第１プローブアンテナ、左プローブアンテナ１２ｌは第２プローブアンテナ、右プローブアンテナ１２ｒは第３プローブアンテナに相当する。また、中央プローブアンテナ１２ｃ２は第４プローブアンテナ、上プローブアンテナ１２ｔは第５プローブアンテナ、下プローブアンテナ１２ｂは第６プローブアンテナに相当する。
【００６２】
なお、測定平面Ｐにおける第１プローブアンテナと第２プローブアンテナの中心間の距離は、測定平面Ｐにおける第１プローブアンテナと第３プローブアンテナの中心間の距離に比べて、水平方向に隣接する２つの測定位置の間隔ｄ１だけ長くなっている。
【００６３】
また、測定平面Ｐにおける第４プローブアンテナと第５プローブアンテナの中心間の距離は、測定平面Ｐにおける第４プローブアンテナと第６プローブアンテナの中心間の距離に比べて、垂直方向に隣接する２つの測定位置の間隔ｄ２だけ長くなっている。
【００６４】
図４に、測定平面Ｐ内における複数のプローブアンテナ１２の他の配置例を示す。図４（ａ）は、十字型の配置の一例であり、第１プローブアンテナ（中央プローブアンテナ１２ｃ１）が第４プローブアンテナ（中央プローブアンテナ１２ｃ２）を兼ねている。図４（ｂ）は、Ｔ字型の配置の一例であり、第１プローブアンテナ（中央プローブアンテナ１２ｃ１）が第６プローブアンテナ（上プローブアンテナ１２ｔ）を兼ねている。図４（ｃ）は、Ｌ字型の配置の一例であり、第２プローブアンテナ（左プローブアンテナ１２ｌ）が第５プローブアンテナ（下プローブアンテナ１２ｂ）を兼ねている。
【００６５】
プローブ走査機構１３は、複数のプローブアンテナ１２を被測定アンテナ１００の電磁波放射面１００ａに対向する近傍の測定平面Ｐ内でＸ，Ｙ方向に移動させる。このとき、プローブ走査機構１３は、複数のプローブアンテナ１２の相対位置を維持しながら、測定平面Ｐ内の複数の測定位置に各プローブアンテナ１２を移動させるようになっている。
【００６６】
走査制御部１４は、プローブ走査機構１３に対して、測定平面Ｐ内の全ての測定位置に複数のプローブアンテナ１２を所定順に移動させる制御を行うようになっている。また、走査制御部１４は、各プローブアンテナ１２が存在する測定位置の位置情報を遠方界指向性算出部２１に送出するようになっている。
【００６７】
切替スイッチ１５は、複数のプローブアンテナ１２のうち、水平方向又は垂直方向に隣り合う２つのプローブアンテナ１２で受信された無線信号を選択的に振幅位相差測定部１６に入力するようになっている。また、切替スイッチ１５は、選択する２つのプローブアンテナ１２の組み合わせを順次切り替え可能となっている。なお、振幅位相差測定部１６を構成する測定器の入力ポートの個数が複数のプローブアンテナ１２の個数以上である場合には、切替スイッチ１５を省略可能である。
【００６８】
振幅位相差測定部１６は、プローブ走査機構１３により各プローブアンテナ１２が測定位置に走査されるごとに、複数のプローブアンテナ１２により受信された無線信号（以下、「受信信号」ともいう）間の位相差を測定するようになっている。
【００６９】
すなわち、中央プローブアンテナ１２ｃ１及び左プローブアンテナ１２ｌからの受信信号と、中央プローブアンテナ１２ｃ１及び右プローブアンテナ１２ｒからの受信信号と、中央プローブアンテナ１２ｃ２及び上プローブアンテナ１２ｔからの受信信号と、中央プローブアンテナ１２ｃ２及び下プローブアンテナ１２ｂからの受信信号とが、振幅位相差測定部１６に入力されることになる。これらの受信信号は、切替スイッチ１５を使用することにより順次切り替えられて振幅位相差測定部１６に入力されてもよい。
【００７０】
また、振幅位相差測定部１６は、複数のプローブアンテナ１２により受信された無線信号の振幅を測定するようになっている。なお、振幅位相差測定部１６は、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）、スペクトラムアナライザ、オシロスコープなどにより構成することが可能である。
【００７１】
記憶部１７は、振幅位相差測定部１６により測定された位相差及び振幅の値を測定位置に対応付けて記憶するようになっている。
【００７２】
隣接位相差算出部１８は、振幅位相差測定部１６により測定された位相差から、隣接する２つの測定位置における無線信号間の位相差を算出するようになっている。
【００７３】
位相算出部１９は、隣接位相差算出部１８により算出された位相差から、各測定位置における無線信号の位相Ｐｈを算出する。さらに、位相算出部１９は、算出した各測定位置における位相を位相情報として遠方界指向性算出部２１に出力するようになっている。
【００７４】
また、図１に示すように、位相算出部１９は、隣接する２つの測定位置について隣接位相差算出部１８により算出された複数の位相差を平均化する位相差平均化部２５を有していてもよい。この場合、位相算出部１９は、位相差平均化部２５により平均化された位相差から、各測定位置における無線信号の位相を算出することになる。
【００７５】
振幅平均化部２０は、振幅位相差測定部１６により各測定位置において測定された複数の振幅を平均化した値を、遠方界指向性算出部２１に振幅情報として出力するようになっている。振幅平均化部２０は省略可能であるが、アンテナ測定システム１は、この振幅平均化部２０を備える場合には、更に精度良く振幅の値を算出することができる。
【００７６】
遠方界指向性算出部２１は、走査制御部１４から出力された各プローブアンテナ１２の位置情報と、振幅位相差測定部１６により測定された振幅情報（あるいは、振幅平均化部２０により平均化された振幅情報）と、位相算出部１９により算出された位相情報とを用いて、遠方界の指向性を算出するようになっている。ここでは、公知の近傍界／遠方界変換法の数値計算を行うことにより遠方界の電界強度分布を推定して、被測定アンテナ１００の遠方界での指向性を求めることができる。
【００７７】
表示部２２は、例えばＬＣＤやＣＲＴなどの表示機器で構成され、制御部２３からの制御信号に応じて各種表示内容を表示するようになっている。この表示内容には、近傍界における被測定アンテナ１００の位相及び振幅の測定結果や、遠方界における被測定アンテナ１００の指向性の算出結果などが含まれる。さらに、表示部２２は、測定条件などを設定するためのソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象の表示を行うようになっている。
【００７８】
制御部２３は、例えばＣＰＵ、記憶部１７を構成するＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどを含むマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータ等で構成され、アンテナ測定システム１を構成する上記各部の動作を制御する。
【００７９】
なお、隣接位相差算出部１８、位相算出部１９、振幅平均化部２０、及び遠方界指向性算出部２１は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのディジタル回路で構成することや、制御部２３による所定のプログラムの実行によりソフトウェア的に構成することが可能である。あるいは、隣接位相差算出部１８、位相算出部１９、振幅平均化部２０、及び遠方界指向性算出部２１は、ディジタル回路によるハードウェア処理と所定のプログラムによるソフトウェア処理とを適宜組み合わせて構成することも可能である。
【００８０】
このため、被測定アンテナ１００からの基準信号なしで近傍界の位相分布を得るためには、０．５λ以下の間隔で複数のプローブアンテナを配置する必要がある。被測定アンテナの指向性を±９０°まで得るためには、測定平面Ｐにおいて無線信号の１／２波長（０．５λ）以下の間隔で位相差を測定する必要がある。しかしながら、本実施形態のアンテナ測定システム１は、以下に述べるように、複数のプローブアンテナ１２を０．５λ以上の間隔で測定平面Ｐ上に配置した状態での位相差の測定を可能にする。
【００８１】
図５は、中央プローブアンテナ１２ｃ１、左プローブアンテナ１２ｌ、及び右プローブアンテナ１２ｒを測定平面Ｐの水平方向（Ｘ方向）に移動させる場合の各プローブアンテナの位置を示した図である。縦軸は測定時間ｔを示している。
【００８２】
図５において、中央プローブアンテナ１２ｃ１を基準として、左プローブアンテナ１２ｌは間隔３ｄ１だけ左に位置し、右プローブアンテナ１２ｒは間隔２ｄ１だけ右に位置している。既に述べたように、間隔ｄ１は無線信号の波長λの１／２以下の値である。すなわち、中央プローブアンテナ１２ｃ１は第１プローブアンテナ、左プローブアンテナ１２ｌは第２プローブアンテナ、右プローブアンテナ１２ｒは第３プローブアンテナに相当する。ここでは、Ｘ＝０の位置における無線信号の位相を"０"とする。
【００８３】
まず、時刻ｔ＝ｔＡの状態では中央プローブアンテナ１２ｃ１がＸ＝０の位置に配置される。以降の時刻ｔＢ，ｔＣ，・・・では各プローブアンテナが互いの相対的な位置関係を維持しながら間隔ｄ１ずつ右に移動する。
【００８４】
ここで、時刻ｔＡと時刻ｔＣの状態を比較すると、Ｘ＝２の位置にそれぞれ右プローブアンテナ１２ｒと中央プローブアンテナ１２ｃ１が配置されている。よって、時刻ｔＡにおけるＸ＝０とＸ＝２の間の位相差をΔＰｈ（０，２）とし、時刻ｔＣにおけるＸ＝−１とＸ＝２の間の位相差をΔＰｈ（−１，２）とすれば、Ｘ＝−１とＸ＝０の間の位相差ΔＰｈ（−１，０）がΔＰｈ（−１，２）−ΔＰｈ（０，２）として隣接位相差算出部１８により算出される。
【００８５】
すなわち、隣接位相差算出部１８は、第１時刻（時刻ｔＣ）に第１プローブアンテナが複数の測定位置のうちの１つ（Ｘ＝２）に移動され、第２時刻（時刻ｔＡ）に第３プローブアンテナが同じ測定位置に移動された場合に、第１時刻において第２プローブアンテナと第１プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差から、第２時刻において第１プローブアンテナと第３プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差を減算することにより、第１時刻に第２プローブアンテナが移動された測定位置（Ｘ＝−１）と、第２時刻に第１プローブアンテナが移動された測定位置（Ｘ＝０）とにおける無線信号間の位相差を算出するようになっている。
【００８６】
時刻ｔＢ以降も、右プローブアンテナ１２ｒと中央プローブアンテナ１２ｃ１の位置関係に関して上記と同様に、位相差ΔＰｈ（０，１），ΔＰｈ（１，２），ΔＰｈ（２，３），・・・が隣接位相差算出部１８により算出される。
【００８７】
また、時刻ｔＡと時刻ｔＤの状態を比較すると、Ｘ＝０の位置にそれぞれ中央プローブアンテナ１２ｃ１と左プローブアンテナ１２ｌとが配置されている。よって、時刻ｔＡにおけるＸ＝０とＸ＝２の間の位相差をΔＰｈ（０，２）とし、時刻ｔＤにおけるＸ＝０とＸ＝３の間の位相差をΔＰｈ（０，３）とすれば、Ｘ＝２とＸ＝３の間の位相差ΔＰｈ（２，３）がΔＰｈ（０，３）−ΔＰｈ（０，２）として隣接位相差算出部１８により算出される。
【００８８】
すなわち、隣接位相差算出部１８は、第１時刻（時刻ｔＡ）に第１プローブアンテナが複数の測定位置のうちの１つ（Ｘ＝０）に移動され、第２時刻（時刻ｔＤ）に第２プローブアンテナが同じ測定位置に移動された場合に、第２時刻において第２プローブアンテナと第１プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差から、第１時刻において第１プローブアンテナと第３プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差を減算することにより、第１時刻に第３プローブアンテナが移動された測定位置（Ｘ＝２）と、第２時刻に第１プローブアンテナが移動された測定位置（Ｘ＝３）とにおける無線信号間の位相差を算出するようになっている。
【００８９】
時刻ｔＢ以降も、中央プローブアンテナ１２ｃ１と左プローブアンテナ１２ｌの位置関係に関して上記と同様に、位相差ΔＰｈ（３，４），ΔＰｈ（４，５），ΔＰｈ（５，６），・・・が隣接位相差算出部１８により算出される。
【００９０】
このように、中央プローブアンテナ１２ｃ１と左プローブアンテナ１２ｌとの距離が、中央プローブアンテナ１２ｃ１と右プローブアンテナ１２ｒとの距離に対して、水平方向に隣接する２つの測定位置の間隔ｄ１だけ異なるため、各プローブアンテナを互いの相対的な位置関係を維持しながら間隔ｄ１ずつ水平方向に移動させることにより、水平方向に隣接する２つの測定位置の全てにおいて位相差の測定が可能である。
【００９１】
つまり、中央プローブアンテナ１２ｃ１に対する左プローブアンテナ１２ｌと右プローブアンテナ１２ｒの距離は、図５の例のように３ｄ１と２ｄ１である場合に限らず、例えば３ｄ１と４ｄ１などであってもよい。
【００９２】
同様に、図３等に示したように、中央プローブアンテナ１２ｃ２と上プローブアンテナ１２ｔとの距離が、中央プローブアンテナ１２ｃ２と下プローブアンテナ１２ｂとの距離に対して、垂直方向に隣接する２つの測定位置の間隔ｄ２だけ異なるため、各プローブアンテナを互いの相対的な位置関係を維持しながら間隔ｄ２ずつ垂直方向に移動させることにより、垂直方向に隣接する２つの測定位置の全てにおいて位相差の測定が可能である。
【００９３】
すなわち、隣接位相差算出部１８は、第１時刻に第４プローブアンテナが複数の測定位置のうちの１つに移動され、第２時刻に第６プローブアンテナが同じ測定位置に移動された場合に、第１時刻において第５プローブアンテナと第４プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差から、第２時刻において第４プローブアンテナと第６プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差を減算することにより、第１時刻に第５プローブアンテナが移動された測定位置と、第２時刻に第４プローブアンテナが移動された測定位置とにおける無線信号間の位相差を算出するようになっている。
【００９４】
また、隣接位相差算出部１８は、第１時刻に第４プローブアンテナが複数の測定位置のうちの１つに移動され、第２時刻に第５プローブアンテナが同じ測定位置に移動された場合に、第２時刻において第５プローブアンテナと第４プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差から、第１時刻において第４プローブアンテナと第６プローブアンテナとにより受信された無線信号間の位相差を減算することにより、第１時刻に第６プローブアンテナが移動された測定位置と、第２時刻に第４プローブアンテナが移動された測定位置とにおける無線信号間の位相差を算出するようになっている。
【００９５】
つまり、複数のプローブアンテナ１２を測定平面Ｐ内において２次元走査することにより、各測定位置における振幅と、隣接する測定位置間での位相差を全て測定することができる。なお、全ての測定位置について位相差の測定が行われるのであれば、プローブ走査機構１３による走査の順番は任意である。
【００９６】
図５の例では、例えば位相差ΔＰｈ（２，３）については、時刻ｔＤとｔＦにおける各プローブアンテナの位置関係から求まるとともに、時刻ｔＡと時刻ｔＤにおける各プローブアンテナの位置関係からも求まる。例えば、位相差平均化部２５は、これら２つの位相差ΔＰｈ（２，３）を平均化した位相差を出力する。このように、水平方向に隣接する同一の２つの測定位置に関して異なる時刻で複数の位相差が測定された場合には、位相差平均化部２５はそれらの位相差を平均化する。
【００９７】
同様に、中央プローブアンテナ１２ｃ２、上プローブアンテナ１２ｔ、及び下プローブアンテナ１２ｂを測定平面Ｐの垂直方向に移動させる場合についても、垂直方向に隣接する同一の２つの測定位置に関して異なる時刻で複数の位相差が測定された場合には、位相差平均化部２５はそれらの位相差を平均化する。
【００９８】
図６に示すシミュレーションモデルにより、２つのプローブアンテナ間の距離によって一方のプローブアンテナで受信される無線信号の位相がどのように変化するのかについて確認を行った。このシミュレーションモデルでは、被測定アンテナ１００に相当する送信アンテナを周波数帯域が２６．４〜４０．０ＧＨｚのＷＲ−２８導波管Ａ０とし、受信用のプローブアンテナＡ１をその中心がＷＲ−２８導波管Ａ０の中心と同一の水平面上にあるように配置した上で、ＷＲ−２８導波管の電磁波放射面の法線に対して６０°の角度の位置に固定している。なお、このシミュレーションモデルでは、ＷＲ−２８導波管Ａ０とプローブアンテナＡ１をＶＮＡ３０に接続したような構成となっている。
【００９９】
最初に、プローブアンテナＡ２を設置せずプローブアンテナＡ１のみで基準の位相を取得した。次に、受信用のプローブアンテナＡ２をその中心がＷＲ−２８導波管Ａ０の中心と同一の水平面上にあるように配置し、かつ、ＷＲ−２８導波管Ａ０に対して水平方向（Ｘ方向）に近づく方向にプローブアンテナＡ１から距離ｄだけ離れた位置に配置した。さらに、この距離ｄを変化させて同様にプローブアンテナＡ１から位相を取得した。
【０１００】
プローブアンテナＡ１として図７（ａ）に示すダブルリッジ導波管を用いたときの２８．０ＧＨｚにおけるシミュレーション結果を図８（ａ）に示す。図８では距離ｄを受信信号の波長λで正規化して表記している。なお、プローブアンテナＡ２が水平面上に配置されていないときにプローブアンテナＡ１により受信されたＳ２１の位相は−１１７．１°であった。図８（ａ）の結果より、ばらつきはあるもののプローブアンテナＡ１，Ａ２間の距離ｄが小さいときにプローブアンテナＡ２がない場合との位相差が大きく、ｄ≧３λ程度から位相差の絶対値が５°以内になっていることが分かる。
【０１０１】
さらに、プローブアンテナＡ１，Ａ２を図７（ｂ）に示すＷＲ−２８導波管に変更して、同様のシミュレーションを行った。図８（ｂ）に図７（ｂ）に示すＷＲ−２８導波管を用いたときの２８．０ＧＨｚにおけるシミュレーション結果を示す。プローブアンテナＡ２が水平面上に配置されていないときにプローブアンテナＡ１により受信されたＳ２１の位相は−４５．０°であった。なお、図７（ｂ）に示したＷＲ−２８導波管の横幅は８．１１２ｍｍであり、０．５λ間隔で水平方向に並べることができないため、ｄ＝０．８λを最小の距離とした。図８（ｂ）の結果より、ｄ≧２λのとき位相差の絶対値が５°以内になっていることが分かる。
【０１０２】
以上のシミュレーション結果より、プローブアンテナ間の距離を広くすることで、プローブアンテナ同士の影響を抑え、単一プローブアンテナで測定したときと同様な測定が可能になることが分かる。
【０１０３】
図９に、アンテナ測定システム１における複数のプローブアンテナ１２のアンテナ保持部２４の構成例を示す。各プローブアンテナ１２は０．５λ間隔で配置される必要がないため、各プローブアンテナ１２としてダブルリッジ導波管を使用せずに標準の方形導波管を使用することが可能である。
【０１０４】
アンテナ保持部２４は、例えば、上下左右に伸びたガイド３１，３２と、ガイド３１，３２に沿った任意の位置に移動可能な複数の可動ステージ３３と、中央プローブアンテナ１２ｃ１を固定する固定部３４と、を備える。各可動ステージ３３には、左プローブアンテナ１２ｌ、右プローブアンテナ１２ｒ、上プローブアンテナ１２ｔ、及び下プローブアンテナ１２ｂがそれぞれ取り付けられる。なお、左プローブアンテナ１２ｌ、右プローブアンテナ１２ｒ、上プローブアンテナ１２ｔ、及び下プローブアンテナ１２ｂの間には、電波吸収体を適宜配置することが望ましい。
【０１０５】
可動ステージ３３は、マイクロメータにより手動で移動されるものであってもよく、あるいは、モータ付きのアクチュエータなどにより自動的に移動されるものであってもよい。これら複数の可動ステージ３３により、被測定アンテナ１００から出力される無線信号の波長λに応じて、既に図３等で説明した適切な間隔で複数のプローブアンテナ１２を配置することができる。
【０１０６】
以下、本実施形態に係るアンテナ測定システム１を用いるアンテナ測定方法であって、被測定アンテナ１００から送信される無線信号の振幅及び位相を近傍界で測定するために、複数のプローブアンテナ１２を用いるアンテナ測定方法について、図１０のフローチャートを参照しながら説明する。
【０１０７】
まず、制御部２３は、アンテナ保持部２４内において、被測定アンテナ１００から出力される無線信号の波長λに応じた間隔で複数のプローブアンテナ１２を配置する（ステップＳ１）。
【０１０８】
次に、被測定アンテナ１００は無線信号を送信する（ステップＳ２）。
【０１０９】
次に、走査制御部１４は、プローブ走査機構１３によって複数のプローブアンテナ１２を、それらの相対位置を維持しながら測定平面Ｐ内の測定位置に移動させる（プローブ走査ステップＳ３）。
【０１１０】
次に、複数のプローブアンテナ１２は、ステップＳ３で移動された測定位置において、被測定アンテナ１００から出力された無線信号を近傍界領域で受信する（ステップＳ４）。
【０１１１】
次に、振幅位相差測定部１６は、複数のプローブアンテナ１２のうちの水平方向又は垂直方向に隣り合う２つにより受信された無線信号間の位相差を測定する。また、振幅位相差測定部１６は、複数のプローブアンテナ１２により受信された無線信号の振幅を測定する（振幅位相差測定ステップＳ５）。
【０１１２】
次に、記憶部１７は、ステップＳ５で測定された位相差及び振幅を、それらが測定された測定位置に対応付けて記憶する（ステップＳ６）。
【０１１３】
次に、制御部２３は、測定平面Ｐ内の全ての測定位置において、位相差及び振幅の値が得られたか否かを判断する（ステップＳ７）。否定判断の場合にはステップＳ３に戻る。肯定判断の場合にはステップＳ８に進む。
【０１１４】
ステップＳ８において隣接位相差算出部１８は、ステップＳ５により測定された位相差から、隣接する２つの測定位置における無線信号間の位相差を算出する（隣接位相差算出ステップＳ８）。
【０１１５】
次に、位相算出部１９は、ステップＳ８により算出された位相差から、各測定位置における無線信号の位相を算出する（位相算出ステップＳ９）。さらに、位相算出部１９は、算出した各測定位置における位相を位相情報として遠方界指向性算出部２１に出力する。
【０１１６】
なお、アンテナ測定システム１が位相差平均化部２５を備える場合には、ステップＳ９において位相算出部１９は、ステップＳ８により算出された隣接する２つの測定位置における複数の位相差を位相差平均化部２５により平均化する。さらに、位相算出部１９は、平均化された位相差から各測定位置における無線信号の位相を算出して、算出した位相を遠方界指向性算出部２１に位相情報として出力する。なお、ステップＳ９において、この位相差平均化部２５による平均化処理は省略可能である。
【０１１７】
次に、アンテナ測定システム１が振幅平均化部２０を備える場合には、振幅平均化部２０は、ステップＳ５で各測定位置において測定された複数の振幅を平均化した値を、遠方界指向性算出部２１に振幅情報として出力する（ステップＳ１０）。なお、アンテナ測定システム１が振幅平均化部２０を備えていない場合には、振幅位相差測定部１６がステップＳ５で測定した振幅を振幅情報として遠方界指向性算出部２１に出力する。
【０１１８】
次に、遠方界指向性算出部２１は、全ての測定位置に関して得られた、位置情報、位相情報、及び振幅情報を用いて、遠方界の指向性を算出する（遠方界指向性算出ステップＳ１１）。
【０１１９】
以上説明したように、本実施形態に係るアンテナ測定システム１は、ＲＦ回路と一体化した被測定アンテナ１００から送信された無線信号に対して、被測定アンテナ１００からの基準信号の供給なしで、近傍界において位相と振幅を測定することができる。
【０１２０】
また、本実施形態に係るアンテナ測定システム１は、隣り合うプローブアンテナ１２同士の距離を０．５λ以上にすることができるため、プローブアンテナ同士の影響を抑えて、被測定アンテナ１００の近傍界領域の測定平面内で隣接する測定位置における位相差を精度良く測定することができる。
【０１２１】
また、本実施形態に係るアンテナ測定システム１は、無線信号の波長λに応じてプローブアンテナ１２間の距離を調整できるため、広帯域の測定が可能である。
【０１２２】
また、本実施形態に係るアンテナ測定システム１は、隣り合うプローブアンテナ１２同士の距離を０．５λ以上にすることができるため、プローブアンテナ１２として標準の方形導波管を使用することができる。これにより、広い使用帯域と高い受信感度を実現できるとともに、アンテナ測定システム１の製作が容易になる。
【０１２３】
また、本実施形態に係るアンテナ測定システム１は、隣接する測定位置の間隔、すなわちサンプリング間隔を０．５λより小さくすることも可能である。
【０１２４】
また、本実施形態に係るアンテナ測定システム１は、プローブアンテナ１２の個数を６から５に減らした場合には、プローブアンテナ同士の影響を更に抑えることができるとともに、走査制御部１４による走査範囲を狭くして測定時間を短縮することができる。
【０１２５】
また、本実施形態に係るアンテナ測定システム１は、ＲＦ回路と一体化した被測定アンテナ１００から送信された無線信号に対して近傍界測定法を用いた測定を行い、遠方界の電界強度分布を算出することができる。
【０１２６】
また、本実施形態に係るアンテナ測定システム１は、隣接する２つの測定位置について、隣接位相差算出部１８により算出された複数の位相差を平均化することにより、より精度良く位相分布を得ることができる。
【０１２７】
また、本実施形態に係るアンテナ測定システム１は、複数のプローブアンテナ１２の開口形状が同一である場合には、各プローブアンテナ１２の受信感度が同等となり、振幅の平均化が容易になる。
【０１２８】
また、本実施形態に係るアンテナ測定システム１による指向性の測定時に、被測定アンテナ１００から送信させる無線信号として無変調波信号や広帯域信号（例えばＯＦＤＭ信号）などを用いることができる。この場合、振幅位相差測定部１６にスペクトラムアナライザを用いることにより、広帯域の無線信号の位相及び振幅を短時間で測定することができ、広帯域の電界強度分布を高速に算出することができる。
【０１２９】
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ測定システム２について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態に係るアンテナ測定システム１の構成と同一の構成については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【０１３０】
本実施形態のアンテナ測定システム２は、第１の実施形態におけるアンテナ支持部１１と走査制御部１４に代えて、図１１に示す構成のアンテナ支持部４０と、走査制御部４１とを備える。
【０１３１】
アンテナ支持部４０は、被測定アンテナ１００を、その電磁波放射面１００ａ（アンテナとしての開口面）が測定平面Ｐに正対する向きを基準方向とし、その電磁波放射面１００ａが、基準方向から測定平面Ｐに対して傾きのある状態に変更できるように支持する。なお、ここで、基準方向とは、被測定アンテナ１００の電磁波放射面１００ａが測定平面Ｐと平行に対向し、かつ測定平面Ｐの原点位置でＸ軸及びＹ軸に直交するＺ軸が電磁波放射面１００ａの中心位置Ｃを通過する状態とする。
【０１３２】
アンテナ支持部４０は、例えば図１１に示しているように、測定平面ＰのＹ軸に平行で被測定アンテナ１００の電磁波放射面１００ａの中心位置Ｃを通過するＹ'軸を中心に回転する方位角変更機構部４０ａと、方位角変更機構部４０ａ上に固定され、方位角変更機構部４０ａの回転軸上に被測定アンテナ１００を支持し、かつ、測定平面ＰのＸ軸に平行で被測定アンテナ１００の電磁波放射面１００ａの中心位置Ｃを通過するＸ'軸を中心に被測定アンテナ１００を回転させる仰角変更機構部４０ｂと、を有している。
【０１３３】
方位角変更機構部４０ａによる被測定アンテナ１００の方位角の０°（基準角）はＺ軸に平行な方向であり、この方向を基準としてＹ'軸を中心に任意の角度αに方位角を変更できる。同様に、仰角変更機構部４０ｂによる被測定アンテナ１００の仰角の０°（基準角）もＺ軸に平行な方向であり、この方向を基準としてＸ'軸を中心に任意の角度βに仰角を変更できる。
【０１３４】
走査制御部４１は、第１の実施形態と同様にプローブ走査機構１３を制御するとともに、アンテナ支持部４０の方位角変更機構部４０ａ及び仰角変更機構部４０ｂを制御するようになっている。
【０１３５】
以上説明したように、本実施形態に係るアンテナ測定システム２は、被測定アンテナ１００が基準方向を向いているときのビーム方向が測定平面Ｐの中央から離れている場合であっても、被測定アンテナ１００を回転させることにより、最小限度の大きさの測定平面Ｐで指向性を求めることができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１，２  アンテナ測定システム
１１，４０  アンテナ支持部
１２，１２ｃ１，１２ｃ２，１２ｌ，１２ｒ，１２ｔ，１２ｂ  プローブアンテナ
１３  プローブ走査機構
１４，４１  走査制御部
１５  切替スイッチ
１６  振幅位相差測定部
１７  記憶部
１８  隣接位相差算出部
１９  位相算出部
２０  振幅平均化部
２１  遠方界指向性算出部
２２  表示部
２３  制御部
２４  アンテナ保持部
２５  位相差平均化部
２７  導波路
３１，３２  ガイド
３３  可動ステージ
３４  固定部
４０ａ  方位角変更機構部
４０ｂ  仰角変更機構部
１００  被測定アンテナ
１００ａ  電磁波放射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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