(57)【要約】【課題】被測定装置の送受信性能の評価において、近傍界でＥＶＭの測定を可能にするとともに、近傍界で被測定装置の受信感度の測定を可能にするアンテナ装置を提供する。【解決手段】所定の間隔にて配列した複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナ１１０を備える被測定装置の送信特性あるいは受信特性を評価するために用いられるアンテナ装置であって、被測定装置がアレイアンテナを介して放射する変調信号を受信する、あるいはアレイアンテナに対して変調信号を放射するアンテナ２１０と、複数のアンテナ素子が配置されたアレイアンテナの平面に平行なｘｙ面を形成する互いに垂直なｘ軸とｙ軸、該平面に垂直なｚ軸の方向にアンテナを移動させる移動装置２００と、アンテナを移動装置により、近傍界の領域内で変調信号の群遅延歪が低減する位置に移動させるように制御する制御部５００と、を備える。【選択図】図１
2019074519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔にて平面状に配列した複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナ（１１０）を備える被測定装置の送信特性あるいは受信特性を評価するために用いられるアンテナ装置であって、
前記被測定装置が前記アレイアンテナを介して放射する変調信号を受信する、あるいは前記アレイアンテナに対して変調信号を放射するアンテナ（２１０）を備え、
前記アンテナは、近傍界の領域内で前記変調信号の群遅延歪が低減する前記複数のアンテナ素子がなす平面に垂直なｚ軸上の位置に配置されることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記ｚ軸の方向にアンテナを移動させる移動装置（２００）と、前記位置に前記アンテナを移動させる制御部（５００）を有することを特徴とする請求項１のアンテナ装置。
【請求項３】
前記群遅延歪が低減する位置で前記アンテナが、前記被測定装置より送信された変調信号を受信し、前記アンテナが受信した前記変調信号のＥＶＭ（Ｅｒｒｏｒ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）の算出を行う信号解析部（３００）と、をさらに備える請求項１あるいは請求項２のアンテナ装置。
【請求項４】
前記信号解析部（３００）は、
前記アンテナが受信した変調信号を低周波の信号に変換する周波数変換器（３１０）と、
前記周波数変換器にて周波数変換された低周波の信号をデジタイズするＡＤ変換器（３２０）と、
前記第ＡＤ変換器にてデジタイズされた信号よりＥＶＭの算出を行うＥＶＭ算出部（３３６）を有する演算処理部（３３０）と、を含むことを特徴とする請求項３のアンテナ装置。
【請求項５】
前記被測定装置の受信特性を評価するための変調信号を発生させる信号発生部（４００）と、をさらに備え、
前記群遅延歪が低減する位置に配置された前記アンテナ（２１０）を介して、前記信号発生部にて発生した変調信号を前記被測定装置に対して放射し、前記被測定装置は前記アンテナを介して放射された変調信号を受信し、前記被測定装置が受信した該変調信号の受信感度を算出することを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記被測定装置の受信特性を評価するための変調信号を発生させる信号発生部（４００）と、をさらに備え、
前記群遅延歪が低減する位置に配置された前記アンテナ（２１０）を介して、前記信号発生部にて発生した変調信号を前記被測定装置に対して放射し、前記被測定装置は前記アンテナを介して放射された変調信号を受信し、前記被測定装置が受信した該変調信号の受信感度を算出することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記信号発生部（４００）と前記信号解析部を切り替えるスイッチ（２４０）と、をさらに備えることを特徴とする請求項６記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記第１の信号発生部（４００）は、
前記被測定装置に対して放射する変調信号のデジタルデータの演算を行い、デジタル信号を生成するデジタル信号生成部（４３０）と、前記第デジタル信号生成部で生成された前記デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器（４２０）と、前記アナログ信号を所望の周波数に変換して前記変調信号に変換する周波数変換部（４１０）と、を有することを特徴とする請求項５から請求項７にいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記被測定アンテナおよび前記変調信号の情報を格納するデータ格納部と、前記データ格納部にて格納された情報より群遅延歪の影響が低減する前記ｚ軸方向の距離を求める距離計算部と、をさらに備え、
前記距離計算部にて求めた前記距離を前記制御部に出力することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記移動装置は、さらに、前記複数のアンテナ素子がなす平面に平行なｘｙ面を形成する互いに垂直なｘ軸とｙ軸方向に移動可能であり、
前記被測定アンテナおよび前記変調信号の情報を格納するデータ格納部と、前記データ格納部にて格納された情報より群遅延歪の影響が低減する前記ｚ軸方向の距離を求める距離計算部と、
近傍界の領域で前記ｘ軸および前記ｙ軸方向に前記アンテナを走査させることで前記アレイアンテナから放射される変調信号の振幅位相分布を算出する振幅位相算出部と、
前記振幅位相分布より前記アレイアンテナ（１１０）の指向性を算出する指向性算出部と、
前記指向性と前記ｚ軸方向の距離より指向性を考慮した群遅延歪の影響が低減する位置を求める位置算出部と、をさらに備え、
前記アンテナを前記位置算出部にて求めた前記位置に移動させて、前記アンテナが前記変調信号を受信して、ＥＶＭを算出することを特徴とする請求項３又は請求項４又は請求項６又は請求項７に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記アンテナは、前記アレイアンテナに含まれる各アンテナ素子から放射される信号をほぼ同等なレベルで受信する位置に配置されることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記移動装置は前記指向性算出部にて算出した前記変調信号の指向性に応じて、前記アレイアンテナの指向性の中心となる位置に前記アンテナを回転させる回転機構を有する請求項１０のアンテナ装置。
【請求項１３】
所定の間隔にて平面状に配列した複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナ（１１０）を備える被測定装置（１００）の送信特性あるいは受信特性を評価するために用いられるアンテナ測定方法であって、
前記被測定装置が前記アレイアンテナを介して放射する変調信号をアンテナ（２１０）で受信する、あるいは前記アレイアンテナに対して変調信号を前記アンテナから放射するステップと、
前記複数のアンテナ素子がなす平面に垂直なｚ軸の方向に前記アンテナを移動させる移動ステップと、
前記移動ステップにおいて、前記アンテナを近傍界の領域内で前記変調信号の群遅延歪が低減する位置に移動させるように制御する制御ステップと、
を備えることを特徴とするアンテナ測定方法。
【請求項１４】
前記群遅延歪が低減する位置で前記アンテナが、前記被測定装置より送信された変調信号を受信し、前記アンテナが受信した前記変調信号のＥＶＭ（Ｅｒｒｏｒ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）の算出を行う信号解析ステップと、をさらに備える請求項１３のアンテナ測定方法。
【請求項１５】
前記被測定装置の受信特性を評価するための変調信号を発生させる信号発生ステップと、をさらに備え、
前記群遅延歪が低減する位置に配置された前記アンテナを介して、前記信号発生ステップにおいて発生した変調信号を前記被測定装置に対して放射し、前記被測定装置は前記アンテナを介して放射された変調信号を受信し、前記被測定装置が受信した該変調信号の受信感度を算出することを特徴とする請求項１３に記載のアンテナ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置および測定方法に関するものである。
【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】
このようなミリ波帯の大規模なアレイアンテナでは、送受信のＲＦ回路と切り離してアンテナだけを測定することが困難であり、大気中を伝搬する信号を測定することで、アレイアンテナの励振状態を測定する技術の確立が望まれている。
【０００４】
また、このようなミリ波帯の大規模なアレイアンテナでは、送受信のＲＦ回路と切り離して送受信装置の性能を測定することが困難であり、大気中を伝搬する信号を供給することで、受信感度など受信系の性能を評価する技術の確立が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２０１６−６３６２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
被測定アンテナと送受信機がとり外せない送受信装置を被測定装置とする送受信性能の評価において、従来は送信評価の一項目である指向性評価に近傍界測定が用いられていた。近傍界測定により遠方界指向性を求める際には、通常、被測定アンテナから３λ程度離れた面に沿ってプローブアンテナを走査する。ここでλは送信信号の周波数から求まる波長である。これは、被測定アンテナからの距離が近接すると被測定アンテナとプローブアンテナ間の多重反射などが測定結果に影響を及ぼし、被測定アンテナからの距離が遠くなると被測定アンテナから送信される信号が減衰し、測定結果がノイズの影響を受けるためである。
【０００７】
しかしながら被測定装置の送受信性能の評価のうち、送信装置の評価については送信信号の指向性を評価するだけでなく、ＥＶＭ（変調精度）も必要であり、送信信号の指向性を除いては近傍界での測定手法が確立されていないため、ＥＶＭは、レベルの減衰によるノイズの影響を受ける遠方界にて測定することとなる。また、被測定装置の受信評価については、被測定装置が信号を受けたときの受信感度評価も必要であり、送信信号の指向性を除いては近傍界での測定手法が確立されていない。送信評価のときと同様に受信評価のときも、被測定装置は被測定アンテナと受信機が一体となったものであり、取り外して測定することはできず、被測定装置の受信感度について、遠方界から放射された信号を測定して算出することとなる。
【０００８】
例えばアンテナ素子の配列が４行×４列である場合、素子間隔がλ／２としたとき、遠方界の距離は８λ、１６行×１６列の場合には１２８λとなる。これは、１６行×１６列の場合に２８ＧＨｚでは１．４ｍ程度だが、３ＧＨｚでは１２．８ｍに相当する。このように、周波数によっては被測定アンテナから遠方にプローブアンテナを設置しなければならない。プローブアンテナを被測定アンテナから遠方に設置した遠方界での測定ではレベルの減衰によるノイズの影響を受けＥＶＭの測定の不確かさが増大する。また、被測定装置の受信性能の評価においても、送信性能の評価と同様に、周波数によっては被測定装置から遠方に、被測定装置に対して信号を放射するための送信プローブアンテナを設置しなければならない。
【０００９】
さらに、近傍界での測定と比較すると遠方界測定では、被測定アンテナを有する被測定装置と送信あるいは受信に用いられるプローブアンテナの距離が離れるため、被測定装置と送受信用プローブアンテナを覆う電波暗箱は大型のものが必要となり、測定システムが大きくなるという問題がある。
【００１０】
一方、近傍界で送信装置の被測定アンテナのアンテナ素子全体から放射される信号のＥＶＭを測定しようとすると、測定対象信号が帯域を持つ変調された信号であるため、変調波の帯域幅による群遅延の影響によって、ＥＶＭの値が大きくなる問題もある。また、被測定装置の受信性能の評価においても、送信性能の評価と同様に、近傍界で受信感度を測定しようとすると、測定対象信号が帯域を持つ変調された信号であるため、変調波の帯域幅による群遅延の影響によって、受信感度が悪化する問題もある。
【００１１】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、被測定装置の送受信性能の評価において、近傍界で指向性に加えてＥＶＭの測定あるいは、近傍界で被測定装置の受信感度の測定を可能にするアンテナ装置および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】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明に係るアンテナ装置は、所定の間隔にて平面状に配列した複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナ（１１０）を備える被測定装置の送信特性あるいは受信特性を評価するために用いられるアンテナ装置であって、前記被測定装置が前記アレイアンテナを介して放射する変調信号を受信する、あるいは前記アレイアンテナに対して変調信号を放射するアンテナ（２１０）を備え、前記アンテナは、近傍界の領域内で前記変調信号の群遅延歪が低減する前記複数のアンテナ素子がなす平面に垂直なｚ軸上の位置に配置されることを特徴とする構成を有する。
【００１３】
この構成により、大型の電波暗室を用いなくても、近傍界にて被測定装置の送信特性および受信特性の測定が可能となる。
【００１４】
本発明のアンテナ装置は、前記ｚ軸の方向にアンテナを移動させる移動装置（２００）と、前記位置に前記アンテナを移動させる制御部（５００）を有する構成であってもよい。
【００１５】
本発明のアンテナ装置は、前記群遅延歪が低減する位置で前記アンテナが、前記被測定装置より送信された変調信号を受信し、前記アンテナが受信した前記変調信号のＥＶＭ（Ｅｒｒｏｒ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）の算出を行う信号解析部（３００）と、をさらに備える構成であってもよい。
【００１６】
この構成により、大型の電波暗室を用いなくても、近傍界にて被測定装置の送信特性としてＥＶＭを測定することができる。
【００１７】
本発明のアンテナ装置では、前記信号解析部（３００）は、前記アンテナが受信した変調信号を低周波の信号に変換する周波数変換器（３１０）と、前記周波数変換器にて周波数変換された低周波の信号をデジタイズするＡＤ変換器（３２０）と、前記第ＡＤ変換器にてデジタイズされた信号よりＥＶＭの算出を行うＥＶＭ算出部（３３６）を有する演算処理部（３３０）と、を含むことを特徴とする構成であってもよい。
【００１８】
この構成により、大型の電波暗室を用いなくても、近傍界にて被測定装置の送信特性としてＥＶＭを測定することができる。
【００１９】
本発明のアンテナ装置は、前記被測定装置の受信特性を評価するための変調信号を発生させる信号発生部（４００）と、をさらに備え、前記群遅延歪が低減する位置に配置された前記アンテナ（２１０）を介して、前記信号発生部にて発生した変調信号を前記被測定装置に対して放射し、前記被測定装置は前記アンテナを介して放射された変調信号を受信し、前記被測定装置が受信した該変調信号の受信感度を算出することを特徴とする構成であってもよい。
【００２０】
この構成により、大型の電波暗室を用いなくても、近傍界にて被測定装置の受信特性としての受信感度を測定することができる。
【００２１】
本発明のアンテナ装置は、前記信号発生部（４００）と前記信号解析部を切り替えるスイッチ（２４０）と、をさらに備えることを特徴とする構成であってもよい。
【００２２】
この構成により、大型の電波暗室を用いなくても、近傍界にて被測定装置の送信特性（ＥＶＭ）および受信特性（受信感度）を同一の装置構成で測定することができる。
【００２３】
本発明のアンテナ装置は、前記第１の信号発生部（４００）は、前記被測定装置に対して放射する変調信号のデジタルデータの演算を行い、デジタル信号を生成するデジタル信号生成部（４３０）と、前記第デジタル信号生成部で生成された前記デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器（４２０）と、前記アナログ信号を所望の周波数に変換して前記変調信号に変換する周波数変換部（４１０）と、を有することを特徴とする構成であってもよい。
【００２４】
この構成により、大型の電波暗室を用いなくても、近傍界にて被測定装置の受信特性としての受信感度を測定することができる。
【００２５】
本発明のアンテナ装置は、前記被測定アンテナおよび前記変調信号の情報を格納するデータ格納部と、前記データ格納部にて格納された情報より群遅延歪の影響が低減する前記ｚ軸方向の距離を求める距離計算部と、をさらに備え、前記距離計算部にて求めた前記距離を前記制御部に出力することを特徴とする構成であってもよい。
【００２６】
この構成により、大型の電波暗室を用いなくても、群遅延歪の影響を抑えて近傍界にて被測定装置の送信特性（ＥＶＭなど）および受信特性（受信感度など）を測定することができる。
【００２７】
本発明のアンテナ装置では、前記移動装置は、さらに、前記複数のアンテナ素子がなす平面に平行なｘｙ面を形成する互いに垂直なｘ軸とｙ軸方向に移動可能であり、前記被測定アンテナおよび前記変調信号の情報を格納するデータ格納部と、前記データ格納部にて格納された情報より群遅延歪の影響が低減する前記ｚ軸方向の距離を求める距離計算部と、近傍界の領域で前記ｘ軸および前記ｙ軸方向に前記アンテナを走査させることで前記アレイアンテナから放射される変調信号の振幅位相分布を算出する振幅位相算出部と、前記振幅位相分布より前記アレイアンテナ（１１０）の指向性を算出する指向性算出部と、前記指向性と前記ｚ軸方向の距離より指向性を考慮した群遅延歪の影響が低減する位置を求める位置算出部と、をさらに備え、前記アンテナを前記位置算出部にて求めた前記位置に移動させて、前記アンテナが前記変調信号を受信して、ＥＶＭを算出することを特徴とする構成であってもよい。
【００２８】
この構成により、大型の電波暗室を用いなくても、近傍界にて被測定装置の送信特性として指向性、および指向性を考慮し群遅延歪の影響を抑制してＥＶＭを精度よく測定することができる。
【００２９】
本発明のアンテナ装置は、アンテナは、アレイアンテナに含まれる各アンテナ素子から放射される信号をほぼ同等に受信する位置に配置されることを特徴とする構成であってもよい。
【００３０】
この構成により、全てのアンテナ素子からほぼ同じ寄与率でＥＶＭを測定することができる。
【００３１】
本発明のアンテナ装置は、前記アレイアンテナから放射される信号の指向性に合わせて前記アレイアンテナの指向性中心に前記アンテナを傾ける回転機構を備えることを特徴とする構成であってもよい。
【００３２】
この構成により、前記アンテナが指向性を有し、前記アレイアンテナの指向性中心がｚ軸から外れた場合においても伝搬損失を低減しつつＥＶＭを測定することができる。
【００３３】
本発明のアンテナ測定方法は、所定の間隔にて平面状に配列した複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナ（１１０）を備える被測定装置（１００）の送信特性あるいは受信特性を評価するために用いられるアンテナ測定方法であって、前記被測定装置が前記アレイアンテナを介して放射する変調信号をアンテナ（２１０）で受信する、あるいは前記アレイアンテナに対して変調信号を前記アンテナから放射するステップと、前記複数のアンテナ素子がなす平面に垂直なｚ軸の方向に前記アンテナを移動させる移動ステップと、前記移動ステップにおいて、前記アンテナを近傍界の領域内で前記変調信号の群遅延歪が低減する位置に移動させるように制御する制御ステップと、を備えることを特徴とする構成である。
【００３４】
この構成により、大型の電波暗室を用いなくても、近傍界にて被測定装置の送信特性および受信特性の測定が可能となる。
【００３５】
本発明のアンテナ測定方法は、前記群遅延歪が低減する位置で前記アンテナが、前記被測定装置より送信された変調信号を受信し、前記アンテナが受信した前記変調信号のＥＶＭ（Ｅｒｒｏｒ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）の算出を行う信号解析ステップと、をさらに備える構成であってもよい。
【００３６】
この構成により、大型の電波暗室を用いなくても、近傍界にて被測定装置の送信特性としてＥＶＭを測定することができる。
【００３７】
本発明のアンテナ測定方法は、前記被測定装置の受信特性を評価するための変調信号を発生させる信号発生ステップと、をさらに備え、前記群遅延歪が低減する位置に配置された前記アンテナ（２１０）を介して、前記信号発生ステップにおいて発生した変調信号を前記被測定装置に対して放射し、前記被測定装置は前記アンテナを介して放射された変調信号を受信し、前記被測定装置が受信した該変調信号の受信感度を算出することを特徴とする構成であってもよい。
【００３８】
この構成により、大型の電波暗室を用いなくても、近傍界にて被測定装置の受信特性として受信感度を測定することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、近傍界測定の領域にてＥＶＭ測定が可能となるとともに、被測定装置のアンテナの受信感度の算出が可能となることで、測定環境の小型化を実現するアンテナ装置およびアンテナ測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るアンテナ装置の測定対象となるアレイアンテナの構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態の送信部の詳細な構成を示す図である。
【図４】第１の実施形態の演算処理部の詳細な構成を示す図である。
【図５】第１の実施形態の移動装置の座標系を示す。
【図６】第１の実施形態の演算処理部内のＥＶＭ算出部の詳細な構成を示す。
【図７】アンテナ素子の配列が４行×１列である構成を示す図である。
【図８】アンテナ素子の配列が４行×１列、８行×１列、および１６行×１列の各場合について、中心アンテナ素子と外側アンテナ素子での受信レベル差のプローブ位置依存性のシミュレーション結果を示す。
【図９】アンテナ素子の配列が４行×１列のときの群遅延歪の周波数特性のグラフを示す図である。
【図１０】アンテナ素子の配列が４行×１列の場合のＥＶＭのプローブ位置依存性のグラフを示す図である。
【図１１】アンテナ素子の配列が１６行×１列である構成を示す図である。
【図１２】アンテナ素子の配列が１６行×１列のときの群遅延歪の周波数特性のグラフを示す図である。
【図１３】アンテナ素子の配列が１６行×１列で、変調帯域が１００ＭＨｚの場合のＥＶＭのプローブ位置依存性のグラフを示す図である。
【図１４】アンテナ素子の配列が１６行×１列で、変調帯域が１０ＭＨｚの場合のＥＶＭのプローブ位置依存性のグラフを示す図である。
【図１５】アンテナ素子の配列が１６行×１列で、変調帯域が１０ＭＨｚの場合の指向性の方向からの角度ずれとＥＶＭの値の関係のグラフを示す図である。
【図１６】（ａ）はアンテナ素子の配列が８行×１列のときの群遅延歪の周波数特性のグラフを示す図であり、（ｂ）は（ａ）の図の周波数軸を拡大して表示したものである。
【図１７】アンテナ素子の配列が８行×１列のＥＶＭのプローブ位置依存性のグラフを示す図である。
【図１８】（ａ）および（ｂ）は、アンテナ素子の配列が８行×１列のときの指向性中心の方向からの角度ずれとＥＶＭの値の関係を示す図である。
【図１９】（ａ）はアンテナ素子の配列が８行×２列のとき、ＥＶＭのプローブ位置依存性をシミュレーションした結果を示す。（ｂ）および（ｃ）はアンテナ素子の配列が８行×２列のとき指向性中心の方向からの角度ずれとＥＶＭを示す図である。
【図２０】実験方法を説明するための説明図である。
【図２１】（ａ）実施例で用いたアンテナ素子の配列が８行×２列のアンテナの構成を示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は実施例で測定されたアンテナ素子の配列が８行×２列の場合の指向性を示す図である。
【図２２】アンテナ素子の配列が８行×２列の場合における、プローブによる受信レベルのプローブ位置依存性のグラフを示す図であり、測定値と計算値がそれぞれ示されている。
【図２３】（ａ）は受信機での入力レベルと受信機におけるＥＶＭの関係を示す。（ｂ）は、ＥＶＭの測定結果を示す。（ｃ）は（ｂ）の結果より（ａ）の受信系のＥＶＭを演算にて差し引いた結果を示す。
【図２４】アンテナ素子の配列が８行×２列で、ＥＶＭのプローブ位置依存性（Ｘ軸方向）のグラフを示す図である。
【図２５】第２の実施形態に係るアンテナ装置を示す図である。
【図２６】第２の実施形態の被測定装置の詳細な構成を示す図である。
【図２７】第２の実施形態の信号発生部の備える演算処理部の詳細な構成を示す図である。
【図２８】第２の実施形態の送信装置による信号発生の処理を示すフローチャートである。
【図２９】第３の実施形態に係るアンテナ装置を示す図である。
【図３０】第３の実施形態の被測定装置の詳細な構成を示す図である。
【図３１】第３の実施形態に係るアンテナ装置の信号解析部の備える演算処理部、および信号発生部の備える演算処理部の構成を示す図である。
【図３２】第３の実施形態のアンテナ装置によ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。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
（第１の実施形態）
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。図１は、本発明を適用したアンテナ装置１の構成を示している。
【００４２】
このアンテナ装置１は、被測定装置１００が有するアレイアンテナ１１０の各アンテナ素子から送信されるミリ波帯の変調された無線信号ＴＲ（第１の変調信号）を移動装置２００に備えられた受信アンテナの機能を有するプローブ２１０が受信し、その受信した信号に基づいて信号解析部３００が解析するものである。無線信号ＴＲは変調信号であり、中心周波数２８ＧＨｚ、帯域１００ＭＨｚのＯＦＤＭ信号である。なお、本実施形態のアレイアンテナ１１０およびプローブ２１０は、それぞれ本発明の被測定アンテナおよびアンテナに対応する。
【００４３】
被測定装置１００は被測定アンテナとしてのアレイアンテナ１１０と、アレイアンテナ１１０が接続された送信機１２０を有する。アレイアンテナ１１０は複数のアンテナ素子Ｔｉ、ｊ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。ここで、ｉ＝１，２，・・・，Ｎ、ｊ＝１，２，・・・，Ｍである。例として図２に示したように今回は縦横の素子数が同数のＮ＝Ｍ＝１６で、中心周波数に相当する波長λＴ／２の間隔にて正方格子で配列されたアレイアンテナ１１０を示す。ＯＴは座標系の原点であり、アンテナ素子の配列の中心となり、アンテナの開口中心に相当する。
【００４４】
図３には被測定装置１００が有するアレイアンテナ１１０と送信機１２０の詳細な構成を示す。アレイアンテナ１１０はアンテナ素子Ｔ１、１、Ｔ２、１・・・Ｔ１６、１・・・Ｔ１６、１６を有する。送信機１２０は、信号発生部１２１、移相器Ｐ１、１、Ｐ２、１、・・・Ｐ１６、１・・・Ｐ１６、１６からなる移相部１２２および基準信号源を有する。図３では１次元での配列しか記載していないためＴ１、２・・・Ｔ１６、１６およびＰ１、２・・・Ｐ１６、１６の記載は省略している。
【００４５】
移相部１２２の各位相器Ｐ１、１、Ｐ２、１、・・・Ｐ１６、１６はアレイアンテナ１１０のアンテナ素子Ｔ１、１、Ｔ２、１・・・Ｔ１６、１６に接続されている。信号発生部１２１は基準信号源から出力された信号に基づく送信信号を生成して、移相部１２２に出力する。信号発生部１２１はさらに移相部１２２に移相情報を出力し、移相部１２２の各移相器の移相量を任意に設定する。移相部１２２にて設定された移相量に応じて位相の値が変化した信号が各アンテナ素子Ｔ１、１、Ｔ２、１・・・Ｔ１６、１６を介して、アレイアンテナ１１０から信号ＴＲとして送信される。
【００４６】
なお、移相器Ｐ１、１、Ｐ２、１、・・・Ｐ１６、１６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く、信号発生部１２１内の中間周波数もしくはベースバンドで処理される機構でもよい。また、信号発生部１２１がアレイアンテナ１１０の内部に備えられていてもよい。
【００４７】
図１に示す移動装置２００は、プローブ２１０と、プローブを接続した駆動機構２２０と、プローブで受信した受信信号が伝搬するケーブル２３０と、ケーブル２３０が接続される信号解析部３００からなる。
【００４８】
プローブ２１０は、先端を開放した導波管を用いている。プローブ２１０の導波管の開口面とアレイアンテナ１１０のアンテナ素子が配列している平面は平行であり、ｘ軸とｙ軸がなす平面である。ｚ軸はプローブ２１０の導波管の長さ方向である。
【００４９】
駆動機構２２０はｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３次元の駆動機構を有している。ここで、ｘ軸とｙ軸はアレイアンテナ１１０の平面と平行となり、アレイアンテナ１１０と正対するように設置されている。アレイアンテナ１１０の平面と垂直である方向をｚ軸とする。駆動機構２２０は設置時における角度ズレを補正するため、またプローブ２１０の指向性を被測定装置１００に向けるために２つの回転機構２２１、２２２を有してもよい。
【００５０】
ケーブル２３０では、プローブ２１０で受信した高周波の信号が伝搬する。
【００５１】
信号解析部３００は、周波数変換部３１０、ＡＤ変換部３２０、演算処理部３３０、および表示部３４０を有する。
【００５２】
周波数変換部３１０はプローブ２１０で受信した高周波の信号を所望の周波数に低下させるダウンコンバータである。ＡＤ変換部３２０は、周波数が低下された信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータである。周波数変換部３１０で周波数が低下された信号は、ＡＤ変換部３２０に入力され、デジタル信号に変換される。デジタル信号は演算処理部３３０に入力され、指向性とＥＶＭ（変調精度）の算出処理を行う。表示部３４０では演算処理部３３０での演算結果が表示される。
【００５３】
制御部５００は、移動装置２００および信号解析部３００の動作の制御を行う。
【００５４】
次にアンテナ装置１の信号解析処理に用いられる演算処理部３３０の詳細な構成について記述する。図４に示すように、演算処理部３３０は、振幅位相分布算出部３３１、指向性算出部３３２、データ格納部３３３、距離計算部３３４、測定位置算出部３３５、ＥＶＭ算出部３３６、およびスイッチ３３７を有する。
【００５５】
振幅位相分布算出部３３１は、アレイアンテナ１１０から送信された無線信号ＴＲの近傍界の振幅と位相を算出する。近傍界の振幅と位相は、近傍界の領域の範囲内となるｚ軸上の位置ｚ０にて、ｘｙ平面内の複数の箇所について求める。
【００５６】
位相の基準となる信号を得るため、被測定装置１００内に備えられた基準信号源が演算処理部４３０に接続されていてもよいし、移動装置２００のプローブ２１０の他に基準信号用プローブを設け、プローブ２１０と基準信号用プローブから受信した信号の位相差に基づいて、演算処理部３３０で位相を求めてもよい。
【００５７】
指向性算出部３３２は、振幅位相分布算出部３３１にて求めた近傍電磁界の振幅分布と位相分布に基づいて、公知の高速フーリエ変換等の近傍界遠方界変換法を用いて最大放射方向となる指向性中心の方向（θ０、φ０）を求める。図５に座標系の関係を示す。θ＝０ｄｅｇ、φ＝０ｄｅｇがｚ軸と一致する方向である。
【００５８】
演算処理部３３０のデータ格納部３３３には、予めアレイアンテナ１１０のアンテナ素子数およびアンテナ素子間隔、並びに変調された無線信号ＴＲの中心周波数と帯域幅の関係が格納されている。
【００５９】
距離計算部３３４は、放射方向がアレイアンテナの正対方向であるθ＝０ｄｅｇ、φ＝０ｄｅｇの場合に、群遅延歪（ｇｒｏｕｐ  ｄｅｌａｙ  ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）の影響が許容できる、アレイアンテナ１１０とプローブ２１０との間のｚ軸方向の距離Ｒ０を算出する。なお、群遅延歪（群遅延偏差）は、位相差を周波数で微分したものである。また、後で述べるが、距離計算部では、さらに、アレイアンテナ素子の寄与率を同等とするために必要な距離、あるいは、アレイアンテナ１１０とプローブ２１０の距離が増大したことによるＥＶＭの増加を避ける距離も算出することができ、Ｒ０はこれらの条件を加味しての最適な値とすることもできる。
【００６０】
測定位置算出部３３５は、指向性算出部３３２で求めたθ０とφ０、および距離計算部３３４で求めた距離Ｒ０より、測定位置Ｐ０（Ｒ０ｓｉｎθ０ｃｏｓφ０，Ｒ０ｓｉｎφ０，Ｒ０ｃｏｓθ０ｃｏｓφ０）を算出する。測定位置Ｐ０は指向性を考慮した、群遅延歪の影響が許容できる測定位置となる。測定位置算出部３３５はこの測定位置Ｐ０の情報を制御部５００に出力し、制御部５００は移動装置２００がプローブ２１０を測定位置Ｐ０に移動させるように制御する。また、後で述べるが、測定位置は、群遅延歪の影響が許容できることに加えて、アレイアンテナ素子の寄与率が同等となること、あるいは、アレイアンテナ１１０とプローブ２１０の距離が増大したことによるＥＶＭの増加を避けられること、などの条件を満たす位置でもよい。
【００６１】
ＥＶＭ算出部３３６は、ＥＶＭを算出する。切り替えスイッチ３３７は、振幅位相分布算出部３３１側からＥＶＭ算出部３３６側に切り替え、ＥＶＭ算出部３３６に入力されたデジタル信号を基にＥＶＭを算出する。
【００６２】
図６にＥＶＭ算出部３３６の構成を示す。ＥＶＭ算出部３３６は、シンボル同期部３３６Ａ、キャリア周波数同期部３３６Ｂ、高速フーリエ変換等の処理を行う復調部３３６Ｃ、マッパー部３３６Ｄ、およびＥＶＭ演算処理部３３６Ｅからなる。
【００６３】
シンボル同期部３３６Ａは、ガードインターバルの相関を利用して、ＯＦＤＭシンボルのタイミングを粗く推定する。この推定したタイミングで、復調部３３６Ｃにて復調した信号を用いて、相関が最大となるタイミングを精密なシンボル同期のタイミングとして得ることができる。
【００６４】
キャリア周波数同期部３３６Ｂは、中心周波数ｆｃの設定値と実測値の差を算出して、周波数変換部３１０に入力されるローカル信号の周波数の調整を行うとともにパイロットサブキャリアを利用して群遅延歪を補正する。ただし、パイロットサブキャリア間隔内での非線形性などは除去できないため、アレイアンテナ１１０とプローブ２１０の距離や多重反射などにより生じる群遅延歪がパイロットサブキャリア間隔内で非線形性を持つときにはこれがＥＶＭの原因となる。
【００６５】
復調部３３６Ｃは、シンボル同期部３３６Ａおよびキャリア周波数同期部３３６Ｂにて同期させたデジタル信号を高速フーリエ変換等の処理にて復調して、マッパー部３３６Ｄにてコンスタレーションマップを作成する。
【００６６】
ＥＶＭ演算処理部３３６Ｅは、マッパー部３３６Ｄにて作成したコンスタレーションマップよりシンボルの理想値からの誤差比としてのＥＶＭｒｍｓに相当する下記の（式１）もしくは下記の（式２）に相当する演算を行う。
（式１）
【数１】
2019074519.tif 000003
ただし、ＩｊとＱｊは、ｊ番目のシンボルのＩ軸、Ｑ軸上の値、Ｉ０ｊとＱ０ｊはｊ番目のシンボルの理想のＩ軸とＱ軸上の値、ＶＭＡＸは理想シンボル点の原点からの最大距離を示す。
（式２）
【数２】
2019074519.tif 000004
ただし、ＩｊとＱｊは、ｊ番目のシンボルのＩ軸、Ｑ軸上の値、Ｉ０ｊとＱ０ｊはｊ番目のシンボルの理想のＩ軸とＱ軸上の値、ＶＡＶＥは理想シンボル点の原点からの平均距離を示す。ＱＰＳＫではＶＭＡＸ＝ＶＡＶＥであるため、式１と式２で同じ演算結果となるが、ＱＡＭ系の変調方式の場合にはＶＭＡＸ≠ＶＡＶＥのため式１と式２では演算結果が異なるため変調方式に寄らず群遅延歪の影響を評価するために以後の演算は式２を用いるものとする。
【００６７】
なお、被測定装置１００内に備えられた不図示の移相設定部が移相器Ｐ１、１、Ｐ２、１、・・・Ｐ１６、１６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して、任意の指向性（θ、φ）についてＥＶＭの評価を行うことも可能である。
【００６８】
また、演算処理部３３０のスイッチ３３７を設けずに、ＥＶＭ算出部３３６に直接接続させ、指向性算出を行わずに直接ＥＶＭを算出することも可能である。この場合は、予め取得したアレイアンテナ１１０および変調信号の情報から、プローブ２１０の最適位置を求めておき、その最適位置にプローブ２１０を移動させることで、指向性の実測値を求めることを省略させることも可能である。
【００６９】
＜シミュレーション＞
続いて、ＥＶＭの算出のシミュレーション結果を順に示す。
【００７０】
初めにアンテナ素子の配列が図７に示される４行×１列である場合のシミュレーション結果について示す。座標系の原点はアンテナ素子Ｔ１、２とＴ１、３の中点としている。アレイアンテナ１１０の放射方向はｚ軸と一致していることを前提としている。
【００７１】
なお、アンテナ装置１でＥＶＭの測定を行う場合、先に述べた測定対象の信号が変調波であることによる群遅延の影響の他にもアレイアンテナのアンテナ素子の寄与率についても考慮しなければならない。具体的には、アレイアンテナ１１０とプローブ２１０を近づけすぎるとアレイアンテナのうちの一部のアンテナ素子から放射された信号の品質を測定することになり、送信装置のアレイアンテナのアンテナ素子全体から放射される信号のＥＶＭとは異なってしまう。
【００７２】
アレイアンテナの各アンテナ素子の寄与率を示す例を図８に示す。図８は、アンテナ素子の配列が図７の４行×１列、８行×１列、および後述する図１１の１６行×１列の各場合での、プローブ２１０における受信レベル差のプローブ位置依存性についてのシミュレーション結果である。具体的に図８は、プローブ２１０のｚ軸の位置に対する、中心アンテナ素子と外側アンテナ素子間の受信レベル差（受信電力差）の値の関係を示す。ｚ軸の位置はλＴで規格化している。受信電力差が大きいことは、すなわち、外側アンテナ素子のＥＶＭへの寄与が小さいことを示し、近傍界で取得したＥＶＭ測定値と遠方界におけるＥＶＭ測定値との差が大きくなることを意味する。
【００７３】
全てのアンテナ素子からほぼ同じ寄与率でＥＶＭを測定するためには各アンテナ素子からの電力がプローブ２１０においてほぼ同等となる必要があり、例えば４行×１列のアンテナ素子の場合は２λＴ、８行×１列のアンテナ素子の場合は８λＴ、１６行×１列のアンテナ素子の場合には３２λＴで寄与率の差は１ｄＢ以内となることから、全てのアンテナ素子からほぼ同じ寄与率でＥＶＭを測定するにはこれらのｚの値を一つの目安とする。
【００７４】
図９は、アンテナ素子の配列が４行×１列である場合に、アレイアンテナ１１０から送信される信号の群遅延歪の周波数特性をシミュレーションした結果を示す。プローブ２１０の位置Ｐ０（０，０，ｚ）のｚ成分を、ｚ＝０．５λＴ、λＴ、２λＴ、３λＴとした４通りのシミュレーションを実施した。グラフでの凡例はλＴにて規格化した表記としている。図９から、原点からの距離が０．５λＴであると送信装置のアレイアンテナ１１０のアンテナ素子全体から放射される信号を近傍界の距離条件を満たす範囲でプローブ２１０により受信する場合、被測定アンテナの各アンテナ素子からの電波がプローブアンテナに到来するまでの距離差が無視できず、各アンテナ素子から前記アンテナに到来する信号をベクトル加算のうえ位相を求めると、アレイアンテナ１１０とプローブ２１０の距離に応じた位相回転量が発生するため、位相の値が不安定となる。一方、ｚ軸上の距離がλＴ以上になると、位相の値が安定になる傾向となり、群遅延歪の値が０に近づくことが分かる。
【００７５】
図１０は、変調帯域（パイロットサブキャリア間隔）が１００ＭＨｚで、プローブ２１０をｚ軸上で移動させたときの４行×１列のアンテナ素子から送信される信号のＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓの値の関係をシミュレーションした結果を示す。ｚ軸はλＴで規格化している。変調信号は、１次変調がＱＰＳＫ、２次変調がＯＦＤＭ、帯域幅（もしくはパイロットサブキャリア間隔）を１００ＭＨｚに設定した。このときの変調帯域は１００ＭＨｚである。プローブ２１０の位置Ｐ０（０，０，ｚ）のｚ成分がλＴ以上になると、ＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓともに低下していることがわかる。すなわち、アンテナ素子の配列が４行×１列であるときの群遅延歪が低減するｚ軸上の距離はλＴであり、先に述べた各アンテナ素子からの寄与率も考慮して、ｚ＝２λＴでＥＶＭを測定すれば、遠方界でＥＶＭを測定しなくても、近傍界領域で精度良くＥＶＭを測定することができる。
【００７６】
次に、アンテナ素子の配列が図１１に示される１６行×１列のもののシミュレーション結果について示す。アンテナ素子はＴ１、１、Ｔ１、２、・・・Ｔ１、８、Ｔ１、９・・・Ｔ１、１６の１６素子で座標系の中心はＴ１、８とＴ１、９の中点であり、その他は図７と同様である。
【００７７】
図１２は、アンテナ素子の配列が１６行×１列であるとき、群遅延歪の周波数特性のシミュレーションを実施した結果である。プローブ２１０の位置Ｐ０（０，０，ｚ）をｚ＝６λＴ、８λＴ、１０λＴ、１６λＴとしたときの４通りについてシミュレーションを実施した。
【００７８】
図１２に示すように、プローブ２１０の位置が原点から距離が近いｚ＝６λＴでは、先に述べた位相回転量の発生による位相の値が不安定となるために群遅延歪の値が発散する周波数領域が存在するが、原点から距離が遠いｚ＝１０λＴ、１６λＴとでは測定周波数範囲において０に漸近する傾向があることがわかる。実際には、ＯＦＤＭのパイロットサブキャリア間隔に応じて、所望の群遅延歪となる距離を選択する。
【００７９】
図１３は、アンテナ素子の配列が１６行×１列であるとき、プローブ２１０のｚ軸の位置に対してのアレイアンテナ１１０から送信される信号のＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓの値の関係をシミュレーションした結果を示す。ｚ軸はλＴで規格化している。図１３の変調帯域（パイロットサブキャリア間隔）は１００ＭＨｚである。プローブ２１０の位置Ｐ０（０，０，ｚ）のｚ成分がｚ≧１２λＴとなるときにＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓの値が１％よりも低くなる。ただし、先に述べたように１６行×１列素子の場合に全アンテナ素子から放射された成分の寄与率をほぼ同等とするためには３２λＴの距離を確保する必要がある。したがって、例えばｚ＝３２λＴの位置でＥＶＭを測定すればよい。
【００８０】
図１４は、変調帯域がパイロットサブキャリア間隔の１０ＭＨｚであるときに、プローブ２１０のｚ軸の位置に対して、１６行×１列のアンテナ素子から送信される信号のＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓの値の関係を示す。ｚ軸はλＴで規格化している。プローブ２１０の位置Ｐ０（０，０，ｚ）のｚ成分がλＴ以上でＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓの値が１％よりも低くなる。ただし、先に述べたように１６行×１列素子の場合に全アンテナ素子から放射された成分の寄与率をほぼ同等とするためには３２λＴの距離を確保する必要がある。したがって、例えばｚ＝３２λＴの位置でＥＶＭを測定すればよい。
【００８１】
なお、図１５には、変調帯域（パイロットサブキャリア間隔）が１０ＭＨｚで、アンテナ素子の配列が１６×１列であるとき、プローブ２１０のｚ軸上の位置を１２λＴとして、その位置から角度θ０だけ傾けた位置Ｐ０（１２λＴｔａｎθ０，０，１２λＴ）とした場合の、θ０の値に対するＥＶＭの関係をシミュレーションした結果を示す。ビーム中心となるθ０＝０ｄｅｇでは、ＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓの値は小さいが、θ０＝２０ｄｅｇを超えるとＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓの値は１％を超えて、ＥＶＭの値の影響が無視できないことがわかる。以降、変調帯域とパイロットサブキャリア間隔は同義として、パイロットサブキャリア間隔の言葉を用いることとする。
【００８２】
したがって、ＥＶＭ測定の前には予め指向性の測定を行い、最適なｚの値を求めておくことが望ましい。しかしながら、変調帯域やアレイアンテナ１１０のアンテナ素子数等の情報が予め把握できている場合には計算にて適切な測定位置を算出することにより、指向性算出の処理を省略することも可能である。
【００８３】
次に、アンテナ素子の配列が８行×１列のアレイアンテナについて行ったシミュレーション結果を説明する。
【００８４】
アンテナ素子はＴ１、１、Ｔ１、２、・・・Ｔ１、８の８素子であり、これら８素子がｘ軸方向に配列され、座標系の中心はＴ１、４とＴ１、５の中点であり、その他の座標軸は図７と同様である。
【００８５】
図１６（ａ）は、アンテナ素子の配列が８行×１列の場合に、各アンテナ素子から前記アンテナまでの経路長が異なることによる群遅延歪の周波数特性をシミュレーションした結果を示す。プローブ２１０の位置Ｐ０（０，０，ｚ）のｚ成分を、ｚ＝０．２５λＴ、０．５λＴ、１λＴ、１．５λＴ、２λＴ、２．５λＴ、３λＴ、３．５λＴ、４λＴとしたときの９通りについてシミュレーションを実施した。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の周波数２８ＧＨｚ周辺を拡大して示す図である。
【００８６】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、プローブ２１０の位置が原点から距離が近いｚ＝０．２５λＴ、０．５λＴ、１λＴ、１．５λＴ、２λＴ、２．５λＴでは、群遅延歪の値が増加する周波数領域が存在するが、原点から距離が遠いｚ＝３λＴ、３．５λＴ、４λＴでは、測定周波数範囲において０に漸近する傾向があることがわかる。実際には、ＯＦＤＭのパイロットサブキャリア間隔に応じて、所望の群遅延歪となる距離を選択する。
【００８７】
図１７は、アンテナ素子の配列が８行×１列のとき、パイロットサブキャリア間隔が１０ＭＨｚ、１ＭＨｚ、および３００ｋＨｚの各場合のＥＶＭのプローブ位置依存性をシミュレーションした結果を示す。具体的には、プローブ２１０のｚ軸の位置に対する、アレイアンテナ１１０から送信される信号のＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓの値の関係をシミュレーションした。ｚ軸はλＴで規格化している。
【００８８】
図１７に示されるように、パイロットサブキャリア間隔が広いほど、各アンテナ素子から前記アンテナまでの経路長が異なることによる群遅延歪が大きくなるため、ＥＶＭが悪化している。この傾向はプローブ２１０の位置Ｐ０（０，０，ｚ）のｚ成分が小さいほど顕著である（特に、ｚ≦４λＴの範囲）。
詳しくは、パイロットサブキャリア間隔が１０ＭＨｚの場合は、プローブ２１０の位置Ｐ０（０，０，ｚ）のｚ成分がｚ≧３λＴのときにＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓの値が０．１％よりも小さくなっている。また、パイロットサブキャリア間隔が１ＭＨｚおよび３００ｋＨｚの場合も同様の傾向であるがＥＶＭの値が小さくなる。後で述べる実験では、規格に基づきパイロットサブキャリア間隔が３００ｋＨｚの信号を用いた。また、今回のシミュレーション結果は、後で述べる実験結果と完全に一致しなかった。その原因として、アンテナ間距離による多重反射による群遅延歪への影響が考えられ、実際に使用するアレイアンテナとプローブの電磁界シミュレーション結果に基づき、多重反射の影響を受けない距離を確保する必要がある。
【００８９】
図１８（ａ）は、アンテナ素子の配列が８行×１列のとき、パイロットサブキャリア間隔が１０ＭＨｚ、１ＭＨｚ、３００ｋＨｚの各場合の指向性中心の方向からの角度ずれとＥＶＭの値の関係をシミュレーションした結果を示す。具体的には、プローブ２１０のｚ軸上の位置ｚをｚ＝５λＴとして、その位置から角度θ０だけ傾けた位置Ｐ０（５λＴｔａｎθ０，０，５λＴ）とした場合の、θ０の値に対するＥＶＭの関係を示す。指向性中心となるθ０＝０ｄｅｇでは、ＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓの値は小さいが、θ０＝２５ｄｅｇを超えるとＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓの値が急激に大きくなることがわかる。
【００９０】
図１８（ｂ）は、図１８（ａ）と同様に、指向性中心の方向からの角度ずれとＥＶＭの値の関係のシミュレーション結果を示す。具体的には、プローブ２１０のｚ軸上の位置ｚをｚ＝１０λＴとして、角度θ０だけ傾けた位置Ｐ０（１０λＴｔａｎθ０，０，１０λＴ）とした場合の、θ０の値に対するＥＶＭの関係を示す。ビーム指向性中心となるθ０＝０ｄｅｇでは、ＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓの値は小さいが、θ０＝２５ｄｅｇを超えるとＥＶＭｐｅａｋおよびＥＶＭｒｍｓの値が急激に大きくなることがわかる。
【００９１】
図１９（ａ）、図１９（ｂ）、図１９（ｃ）はアンテナ素子の配列が８行×２列のとき、パイロットサブキャリア間隔が１０ＭＨｚ、１ＭＨｚ、および３００ｋＨｚの各場合のＥＶＭのプローブ位置依存性をシミュレーションした結果を示す。具体的には、プローブ２１０のｚ軸の位置に対する、アレイアンテナ１１０から送信される信号のＥＶＭｒｍｓの値の関係をシミュレーションした。図１９では群遅延歪による位相方向のずれと振幅方向のずれを考慮している。ｚ軸はλＴで規格化している。図１９（ａ）に示されるように、パイロットサブキャリア間隔が広いほど、ＥＶＭが悪化している。この傾向はプローブ２１０の位置Ｐ０（０，０，ｚ）のｚ成分が小さいほど顕著である（特に、ｚ≦４λの範囲）。ただし、先に述べたようにシミュレーションではアンテナ間距離による多重反射による群遅延歪への影響は考慮されていない。アンテナ間距離が小さい場合には、アンテナ間で多重反射を起こし、多重反射波が合成されたものもアンテナからの送信波と同時に受信するため、両者をベクトル合成することにより図１９（ａ）で計算したときより群遅延歪が悪化するため、図１９（ａ）の結果は悪化する。よって、実際に使用するアンテナの電磁界シミュレーション結果に基づき、多重反射の影響を受けない距離を確保する必要がある。
【００９２】
図１９（ｂ）は、アンテナ素子の配列が８行×２列のとき、パイロットサブキャリア間隔が１０ＭＨｚ、１ＭＨｚ、３００ｋＨｚの各場合の指向性中心からの角度ずれとＥＶＭの値の関係をシミュレーションした結果を示す。具体的には、プローブ２１０のｚ軸上の位置ｚをｚ＝５λＴとして、その位置から角度θ０だけ傾けた位置Ｐ０（５λＴｔａｎθ０，０，５λＴ）とした場合の、θ０の値に対する残留ＥＶＭの関係を示す。指向性中心となるθ０＝０ｄｅｇでは、残留ＥＶＭの値は小さいが、θ０＝２５ｄｅｇを超えると残留ＥＶＭの値が急激に大きくなることがわかる。
【００９３】
図１９（ｃ）は、図１９（ｂ）と同様に、指向性中心からの角度ずれとＥＶＭの値の関係シミュレーションした結果を示す。具体的には、プローブ２１０のｚ軸上の位置ｚをｚ＝１０λＴとして、角度θ０だけ傾けた位置Ｐ０（１０λＴｔａｎθ０，０，１０λＴ）とした場合の、θ０の値に対するＥＶＭの関係を示す。指向性中心となるθ０＝０ｄｅｇでは、残留ＥＶＭの値は小さいが、θ０＝１０ｄｅｇを超えるとＥＶＭの値が急激に大きくなることがわかる。
【００９４】
＜実験＞
次に、被測定装置（ＥＵＴ）についてＥＶＭ等を測定した実験結果について説明する。
【００９５】
図２０は、実験方法を説明するための説明図である。ＥＵＴは、図２１（ａ）に示すような８行×２列のアレイアンテナ１１０を備えたものを用いた。アレイアンテナ１１０は、同軸ケーブルを介してシグナルジェネレータ（ＳＧ）１２５に接続した。３軸（ＸＹＺ軸）方向に位置決め可能なＸＹＺポジショナ（移動装置）２００にプローブ２１０を取り付けた。プローブ２１０は、同軸ケーブルにより受信機３０５に接続した。受信機３０５は、シグナルアナライザ（ＳＡ）を用いた。シグナルジェネレータ１２５と受信機３０５では、基準周波数１０ＭＨｚの基準信号を共有した。
【００９６】
実験の諸条件は次のとおりである。
周波数：２８ＧＨｚ（波長λ：１０．７ｍｍ）
ＥＵＴからプローブまでの距離（アンテナ間距離）Ｒ：０．５λ〜１５λ
波形：Ｖ５Ｇ  Ｄоｗｎｌｉｎｋ  ６４ＱＡＭ
帯域：１００ＭＨｚ
プローブ：ＷＲ−２８
ＥＵＴからプローブまでの距離（アンテナ間距離）Ｒ：０．５λ〜１５λ
プローブのｘ軸上の走査範囲：±１０８．４５ｍｍ（±１０λ）
【００９７】
図２１（ｂ）は、ＥＵＴが備える８行×２列のアレイアンテナ１１０について、Ｈ面における指向性の測定結果を示すグラフである。図２１（ｃ）は、ＥＵＴが備える８行×２列のアレイアンテナ１１０について、Ｅ面における指向性の測定結果を示すグラフである。指向性の方向（θ０，φ０）は、θ０＝０°、φ０＝０°であることが確かめられた。
【００９８】
図２２は、プローブ２１０のｚ軸の位置に対する受信レベル（受信電力）の関係について、測定結果および計算結果を示すグラフである。
一般に、送信アンテナとしてのアレイアンテナ１１０と、受信アンテナとしてのプローブ２１０との距離を大きくするに従い、各アレイ素子から放射された波の位相がそろった状態でプローブに入射されるのですべてのアンテナ素子からの放射される成分を電圧加算したものに自由空間損失を乗じたカーブと、受信電力のカーブが漸近していく。すなわち、アンテナ間距離Ｒを大きくすることで、すべてのアンテナ素子からの位相差が無視できる状態で測定できていくといえる。このとき同時に、各アンテナ素子から放射される信号のＥＶＭも等分に測定結果に寄与するといえる。
【００９９】
受信機３０５での入力レベルと受信機における残留ＥＶＭの関係を図２３（ａ）に示す。アンテナ間距離Ｒを大きくすると、受信レベルが低下する。受信レベルが低下すると受信系（受信機３０５）の残留ＥＶＭが大きくなる。また、受信機の残留ＥＶＭは測定条件によっても変化し、図２３（ａ）の測定条件は、受信機のリファレンスレベルが−１５ｄＢｍ、入力アッテネータが６ｄＢの時である。
【０１００】
図２３（ｂ）は、ＥＶＭの測定結果を示すグラフである。グラフの横軸はプローブ２１０のｚ軸の位置を示し、縦軸はＥＶＭを示す。ｚ軸はλＴで規格化している。この測定結果には図２３（ａ）に示した受信機の残留ＥＶＭが含まれている。基地局での送信電力は大きいため、アンテナ間距離Ｒを大きくしても受信機３０５へ入力されるレベルは十分確保できると想定し受信系の残留ＥＶＭをキャンセルしたものを用いて以降考察する。図２２の受信レベルを参考に、受信系の残留ＥＶＭを演算にて差し引いた結果を図２３（ｃ）に示す。
【０１０１】
図２３（ｃ）から、プローブ２１０のｚ軸位置が大きくなるに従い、ＥＶＭは０に漸近する傾向にあることが確かめられた。測定結果は、アレイアンテナ１１０の各アンテナ素子からプローブ２１０までの経路長が異なることによる群遅延みによる残留ＥＶＭをシミュレーションした結果である図１７と同様の傾向がみられる。一方で数値はシミュレーション結果より悪化しており、アンテナ間多重反射の影響が加わったためと考えられる。なお、図１０、図１４、図１５、図１７、図１８（ａ）、図１８（ｂ）、図１９（ａ）、図１９（ｂ）、図１９（ｃ）は、群遅延歪みによる残留ＥＶＭをシミュレーションした結果である。
【０１０２】
図２４は、８行×２列のアレイアンテナ１１０について、プローブ２１０の指向性中心方向からの角度ずれに対するＥＶＭの測定結果を示す。プローブ２１０のｚ軸位置は１０λとした。図２４から、プローブ２１０が指向性中心から外れていくに従い、ＥＶＭが悪化していることが確認でき、図１８（ｂ）のシミュレーション結果と同様の結果が得られた。
【０１０３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
図２５は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置２の構成を示している。
【０１０４】
このアンテナ装置２は、被測定装置１００'が有するアレイアンテナ１１０に対して、ミリ波帯の変調された無線信号ＲＴ（第１の変調信号）を移動装置２００に備えられた送信アンテナの機能を有するプローブ２１０が送信するための信号を発生させる。その送信された信号はアレイアンテナ１１０の各アンテナ素子が受信して、受信機１２０'内にて受信感度が解析される。無線信号ＲＴはＯＦＤＭ変調信号であり、中心周波数２８ＧＨｚ、パイロット間隔３００ｋＨｚから１００ＭＨｚの範囲のマルチキャリア信号である。信号発生部４００は送信信号を発生させ、制御部５００は移動装置２００と信号発生部４００を制御する。
【０１０５】
被測定装置１００'は被測定アンテナとしてのアレイアンテナ１１０と、アレイアンテナ１１０が接続された受信機１２０'を有する。上述のとおり、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（図２参照）。
【０１０６】
図２６には被測定装置１００'が有するアレイアンテナ１１０と受信機１２０'の詳細な構成を示す。アレイアンテナ１１０はアンテナ素子Ｔ１、１、Ｔ２、１・・・Ｔ１６、１・・・Ｔ１６、１６を有する。アレイアンテナ１１０は受信機１２０'に接続され、受信機１２０'は、信号解析部１２３、移相器Ｐ１、１、Ｐ２、１、・・・Ｐ１６、１・・・Ｐ１６、１６からなる移相部１２２を有する。図２６では１次元での配列しか記載していないためＴ１、２・・・Ｔ１６、１６およびＰ１、２・・・Ｐ１６、１６の記載は省略している。
【０１０７】
信号解析部１２３は移相部１２２の各位相器Ｐ１、１、Ｐ２、１、・・・Ｐ１６、１６に接続され、各位相器Ｐ１、１、Ｐ２、１、・・・Ｐ１６、１６はそれぞれアレイアンテナ１１０のアンテナ素子Ｔ１、１、Ｔ２、１・・・Ｔ１６、１６に接続されている。各アンテナ素子が受信した信号は移相部１２２の各移相器Ｐ１、１、Ｐ２、１、・・・Ｐ１６、１６に入力されて、それぞれ設定された移相量に応じて位相の値が変化して、信号解析部１２３に入力される。信号解析部１２３は、入力された受信信号を復調して、ビットエラーレートを算出することで受信感度を評価する。
【０１０８】
なお、移相器Ｐ１、１、Ｐ２、１、・・・Ｐ１６，１６はアレイアンテナ１１０内に備えられ、アレイアンテナ１１０と一体化されたものでも、信号解析部において中間周波数もしくはベースバンドで位相調整されてもよい。
【０１０９】
図２５に示す移動装置２００は、第１の実施形態と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１１０】
ケーブル２３０は信号発生部４００に接続され、信号発生部４００からの高周波の信号がケーブル２３０を介してプローブ２１０に伝搬する。
【０１１１】
信号発生部４００は、アレイアンテナ１１０を備えた被測定装置１００'の受信感度を測定するための送信信号を生成する。信号発生部４００にて生成した信号は、プローブ２１０を介して、アレイアンテナ１１０に向けて送信される。信号発生部４００は、アップコンバータである周波数変換部４１０、ＤＡコンバータであるＤＡ変換部４２０、および演算処理部４３０を有している。
【０１１２】
図２７は、演算処理部４３０の構成を示す。演算処理部４３０は、データ格納部４３１、指向性算出部４３２、距離計算部４３３、測定位置算出部４３４、およびデジタル信号生成部４３５を有する。
【０１１３】
演算処理部４３０のデータ格納部４３１、距離計算部４３３、および測定位置算出部４３４は、それぞれ第１の実施形態のデータ格納部３３３、距離計算部３３４、および測定位置算出部３３５と同じ機能を有するので、詳細な説明は省略する。
【０１１４】
演算処理部４３０が備えるデジタル信号生成部４３５は、ベースバンド信号または中間周波数帯のＩＦ信号の基となるデジタルデータを演算し、演算されたデジタルデータをデジタル信号としてＤＡ変換部４２０に出力する。ＤＡ変換部４２０に入力されたデジタル信号はアナログ信号に変換され、周波数変換部４１０に出力される。周波数変換部４１０は、入力されたベースバンド帯信号または中間周波数帯のＩＦ帯のアナログ信号によって高周波帯にアップコンバートされ、プローブ２１０に出力される。
【０１１５】
先に述べた図８のシミュレーション結果より、４行×１列の場合は２λＴ、８行×１列の場合は８λＴ、１６行×１列素子の場合には３２λＴで寄与率の差は１ｄＢ以内となることから、全アンテナ素子でほぼ同等レベルの信号を受信可能となるため、これらのｚの値を一つの目安とすることができる。これよりｚの値が小さくなり、アンテナ素子とプローブ２１０が極端に近い配置の場合には、一部のアンテナ素子での受信レベルは上がるが、遠方のアンテナ素子における受信レベルが下がるため中心付近のアンテナに入射される信号のみで性能が評価されることとなり、被測定装置１００'の評価を正確にできなくなる。
【０１１６】
すなわち、群遅延歪の影響が低減するプローブ２１０の位置Ｐ０（０，０，ｚ）と受信レベル差の結果を併せて考慮し、実際にはＯＦＤＭのパイロット間隔に応じて所望の群遅延歪となる距離を選択するが、今回のシミュレーション結果から考察すると、４行×１列のときはｚ≧２λＴ、８行×１列の場合は８λＴ、１６行×１列のときはｚ≧３２λＴを目安に近傍界で受信感度を測定することが可能となると言える。
【０１１７】
さらに、先に述べたように多重反射の影響を軽減する最適な距離を確保する必要がある。
【０１１８】
したがって、大型の電波暗室を用いなくても、本実施形態に係るアンテナ装置２を用いれば、近傍界にて被測定アンテナであるアレイアンテナ１１０の受信感度を測定するための信号を生成することが可能となる。
【０１１９】
次に、図２８のフローチャートに沿って第２の実施形態のアンテナ装置２を利用した受信感度を算出するための信号の送信方法について述べる。アレイアンテナ１１０の中心周波数等の情報、変調信号の帯域幅の関係から、群遅延歪の影響を避けるのに必要で、かつ各アンテナ素子の寄与度を同等にするために必要なｚ方向の距離Ｒ０を求める（ステップＳ１）。
【０１２０】
次に、ステップＳ１で求めた距離Ｒ０と最大放射方向となる指向性中心の方向（θ０，φ０）より定まる位置にプローブを移動させ、受信感度を測定する（ステップＳ２）。
【０１２１】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
図２９は、第３の実施形態に係るアンテナ装置３の構成を示す。第１の実施形態および第２の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１２２】
図２９に示すように、アンテナ装置３は、プローブ２１０と移動装置２００と制御部５００とスイッチ２４０と信号解析部３００と信号発生部４００とを有している。プローブ２１０は、受信アンテナおよび送信アンテナとしての機能を有する。スイッチ２４０を切り替えることにより、信号解析部３００側および信号発生部４００側のいずれか一方にプローブ２１０を接続することができるようになっている。
【０１２３】
信号解析部３００の構成は第１の実施形態と同一であり、信号発生部４００は第２の実施形態と同一であるので、詳細な説明を省略する。制御部５００は、移動装置２００、信号解析部３００および信号発生部４００の動作の制御を行う。
【０１２４】
図３０は、被測定アンテナであるアレイアンテナ１１０が含まれる被測定装置１００"の構成を示す。被測定装置１００"は、アレイアンテナ１１０と送受信機１２０"を備えている。アレイアンテナ１１０は送信用および受信用のアンテナとして使用することが可能である。送受信機１２０"は信号発生部１２１と信号解析部１２３を有している。
【０１２５】
図３１は、第３の実施形態に係るアンテナ装置３の信号解析部３００の備える演算処理部３３０、および信号発生部４００の備える演算処理部４３０の構成を示す図である。図３１に示すように、信号解析部３００の演算処理部３３０は、振幅位相分布算出部３３１、ＥＶＭ算出部３３６、およびスイッチ３３７を有する。信号発生部４００の演算処理部４３０は、データ格納部４３１、指向性算出部４３２、距離計算部４３３、および測定位置算出部４３４を有する。上記各部の機能は、第１の実施形態の対応するものと同一であるので説明を省略する。
【０１２６】
本実施形態に係るアンテナ装置３は、被測定装置１００"のアレイアンテナ１１０から送信される無線信号ＴＲ（第１の変調信号）のＥＶＭを測定する場合には、スイッチ２４０が信号解析部３００側に切り替えられるようになっている。また、プローブ２１０から送信される無線信号ＲＴ（第２の変調信号）により、被測定装置１００"のアレイアンテナ１１０の受信感度を測定する場合には、スイッチ２４０が信号発生部４００側に切り替えられるようになっている。
【０１２７】
次に、図３２のフローチャートに沿って本実施形態のアンテナ測定方法を説明する。
【０１２８】
まず、アレイアンテナ１１０から送信された無線信号の近傍界測定を行う。具体的には、移動装置２００によってプローブ２１０をｚ軸上で近傍界領域の範囲に移動させ、アレイアンテナ１１０に正対した平面となるｘｙ平面での走査を行い、ｘｙ平面内の複数の箇所での近傍界の振幅と位相を求める（ステップＳ１）。
【０１２９】
次に、ステップＳ１で求めた近傍界の振幅分布と位相分布を用いて、公知の高速フーリエ変換等の近傍界遠方界変換法により最大放射方向となる指向性中心の方向（θ０、φ０）を求める（ステップＳ２）。
【０１３０】
アレイアンテナ１１０のアンテナ素子数およびアンテナ素子間隔、並びに変調された無線信号ＴＲの中心周波数と帯域幅（パイロットキャリア間隔）の関係より、群遅延歪の影響を低減するｚ軸方向の距離Ｒ０を求める（ステップＳ３）。なお、このステップＳ３は、ステップＳ１の前後で行っても良い。さらに、距離Ｒ０は、アレイアンテナ１１０の各アンテナ素子の寄与率を同等とすることができることと、アレイアンテナ１１０とプローブ２１０の間の距離の増大によるＳ／Ｎ比の低下を避けることが可能であることの条件を満たすものでもよい。これらの条件を満たせば、さらに精度よくＥＶＭを測定することができる。
【０１３１】
ステップＳ２で求めた指向性中心の方向（θ０、φ０）と、ステップＳ３で求めたＲ０より、
ｘ＝Ｒ０ｓｉｎθ０ｃｏｓφ０、ｙ＝Ｒ０ｃｏｓθ０ｃｏｓφ０、ｚ＝Ｒ０ｓｉｎφ０で示される測定位置Ｐ０を算出して、この測定位置Ｐ０にプローブ２１０を移動させる（ステップＳ４）。
【０１３２】
演算処理部３３０内のスイッチ３３７をＥＶＭ算出部３３６側に切り替え、ＥＶＭ算出部３３６において、プローブ２１０で受信した信号を基にＥＶＭを算出する（ステップＳ５）。
【０１３３】
次いで、切り替えスイッチ２４０を信号発生部４００側に切り替え、ＥＶＭ測定を行った位置と同じ位置でプローブ２１０から送信した信号をアレイアンテナ１１０で受信して、受信感度を算出する（ステップＳ６）。
【０１３４】
なお、第１の実施形態のアンテナ装置１を用いたアンテナ測定方法はステップＳ１からステップＳ５までを行えばよい。
【０１３５】
以上説明したように、本発明によれば近傍界測定の領域にて、被測定アンテナに関してＥＶＭの測定や受信感度の測定が可能となるため、測定環境の小型化を実現することができるという効果を有し、アンテナ装置およびアンテナ測定方法の全般に有用である。
【０１３６】
さらに、本発明のアンテナ装置は、アレイアンテナから放射される信号の指向性に合わせてアレイアンテナの指向性中心にプローブを傾ける回転機構を備えることを特徴とする構成をとることにより、アレイアンテナが指向性を有し、アレイアンテナの指向性中心がｚ軸から外れた場合においても伝搬損失を低減しつつＥＶＭを測定することができる。
【０１３７】
さらに、本発明によれば、測定系による残留ＥＶＭを低減の上近傍界測定の領域にてＥＶＭ測定が可能となる。
【符号の説明】
【０１３８】
１、２、３・・・アンテナ装置、１００、１００'、１００"・・・被測定装置、１１０・・・アレイアンテナ、１２０、１２０'、１２０"・・・送受信機、２００・・・移動装置、２１０・・・プローブ（アンテナ）、２２０・・・駆動機構、２３０・・・ケーブル、２４０・・・切り替えスイッチ、３００・・・信号解析部、３１０・・・周波数変換部、３２０・・・ＡＤ変換部、３３０・・・演算処理部、３４０・・・表示部、４００・・・信号発生部、４１０・・・周波数変換部、４２０・・・ＤＡ変換部、４３０・・・演算処理部、５００・・・制御部
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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