(57)【要約】【課題】受信強度の測定に要する時間を短縮させたアンテナ装置及び指向性利得検出方法を提供する。【解決手段】直交する第１の平面及び第２の平面に関して所定の角度ごとに放射電界を測定する受信強度測定部９と、測定された各平面に関する放射電界に基づいて、第１及び第２の平面以外の平面に関して所定の角度ごとに放射電界を近似し、覆域内の放射電界パターンを生成する放射電界パターン生成部１２と、生成された放射電界パターンに基づいて指向性利得を算出する指向性利得算出部１３により構成される。【選択図】          図２
2004264263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交する第１の平面及び第２の平面に関して所定の角度ごとに放射電界を測定する放射電界測定手段と、
測定された各平面に関する放射電界に基づいて、第１及び第２の平面以外の平面に関して所定の角度ごとに放射電界を近似し、覆域内の放射電界パターンを生成する放射電界パターン生成手段と、
生成された放射電界パターンに基づいて指向性利得を算出する指向性利得算出手段を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
上記放射電界パターン生成手段は、第１及び第２の平面の交線を含む平面に関して、放射電界を楕円近似することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
上記放射電界パターン生成手段は、第２の平面との交線が第１の平面と直交する第３の平面に関する放射電界を、第１及び第３の平面の交線方向に対する放射電界と、第１及び第２の平面の交線方向に対する放射電界との比に基づいて、第２の平面に関する放射電界に対して重みづけを行うことにより近似することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
上記放射電界測定手段は、アジマス面及びエレベーション面に関して放射電界を測定し、
上記放射電界パターン生成手段は、アジマス面及びエレベーション面に関する放射電界に基づいて、覆域内の放射電界パターンを生成することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
アンテナをアジマス方向及びエレベーション方向に回転駆動するアンテナ駆動手段を備え、
上記放射電界測定手段は、アジマス面及びエレベーション面に関して、放射電界を測定することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
直交する第１の平面及び第２の平面に関して所定の角度ごとに放射電界を測定する放射電界測定ステップと、
測定された各平面に関する放射電界に基づいて、第１及び第２の平面以外の平面に関して所定の角度ごとに放射電界を近似し、覆域内の放射電界パターンを生成する放射電界パターン生成ステップと、
生成された放射電界パターンに基づいて指向性利得を算出する指向性利得算出ステップからなることを特徴とする指向性利得検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置及び指向性利得検出方法に係り、より詳しくは、覆域内の放射電界パターンから指向性利得を検出するアンテナ装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアンテナ装置としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。この特許文献１に記載のアンテナ装置は、アンテナ反射鏡の鏡面誤差、アンテナ反射鏡と近傍界測定装置のアラインメント誤差を含めたまま近傍界測定を行い、得られた近傍界データを遠方界データに変換した後に逆フーリエ変換してアンテナ反射鏡の開口面での位相分布を求め、得られた位相分布の平均的な傾きをアラインメント誤差として求め、得られたアラインメント誤差を近傍界データの位相誤差として位相分布を再計算し、アンテナ反射鏡のアンテナ放射パターンを算出するように構成される。
【０００３】
図７は、従来のアンテナ装置の一例を示した外観斜視図である。このアンテナ装置２０は、送信アンテナ２１、受信アンテナ２２及び平面スキャナ２３を備え、送信アンテナ２１に関して覆域内の放射電界パターンから指向性利得の検出を行っている。指向性利得は、送信アンテナ２１の覆域内の放射電界強度に対する特定方向の電界強度のことであり、送信アンテナ２１の指向性能を表す。送信アンテナ２１は、電波送信用のアンテナであり、指向性利得の測定対象である。
【０００４】
受信アンテナ２２は、コリメーションアンテナであり、送信アンテナ２１に対向させて設置され、送信アンテナ２１からの電波を受信する。この受信アンテナ２２は、平面スキャナ２３によりｘ軸及びｙ軸方向に移動自在となっている。受信アンテナ２２をｘ軸方向に移動させるとともに、ｙ軸方向にも移動させながら、ｘｙ平面内の各点（ｘ，ｙ）ごとに受信強度が測定される。この様にして、送信アンテナ２１の覆域内における放射電界パターン（２次元放射パターン）が測定され、この放射電界パターンに基づいて、指向性利得が算出される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２１１１１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様な従来のアンテナ装置では、放射電界パターンを生成するのに、受信アンテナ２２をｘ軸方向に走査するとともに、ｙ軸方向にも走査してｘｙ平面内の各点（ｘ，ｙ）ごとに受信強度を測定しなければならないので、測定に時間がかかり過ぎるという問題があった。また、平面スキャナ２３などの装置が大掛かりとなるので、コストが増大するという問題もあった。また、指向性利得を算出する際のデータ処理量が大きいため、演算時間が長いという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、受信強度の測定に要する時間を短縮させたアンテナ装置及び指向性利得検出方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるアンテナ装置は、直交する第１の平面及び第２の平面に関して所定の角度ごとに放射電界を測定する放射電界測定手段と、測定された各平面に関する放射電界に基づいて、第１及び第２の平面以外の平面に関して所定の角度ごとに放射電界を近似し、覆域内の放射電界パターンを生成する放射電界パターン生成手段と、生成された放射電界パターンに基づいて指向性利得を算出する指向性利得算出手段により構成される。
【０００９】
この様な構成によれば、直交する２つの平面に関して放射電界を測定することにより、覆域内の放射電界パターンを生成することができる。すなわち、２つの平面に関して走査するだけで、覆域内の全ての放射電界を生成することができる。従って、放射電界の測定に要する時間を短縮することができる。
【００１０】
本発明による指向性利得検出方法は、直交する第１の平面及び第２の平面に関して所定の角度ごとに放射電界を測定する放射電界測定ステップと、測定された各平面に関する放射電界に基づいて、第１及び第２の平面以外の平面に関して所定の角度ごとに放射電界を近似し、覆域内の放射電界パターンを生成する放射電界パターン生成ステップと、生成された放射電界パターンに基づいて指向性利得を算出する指向性利得算出ステップからなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるアンテナ装置の一例を示した外観斜視図である。本実施の形態のアンテナ装置１は、送信アンテナ２、回転台３及び受信アンテナ５を備え、回転台３によって送信アンテナ２を回転させながら、この送信アンテナ２を介して電波を送信し、受信アンテナ５を介してその受信強度の測定を行っている。
【００１２】
送信アンテナ２は、複数のアンテナ素子４からなる反射板付ダイポールアンテナ、もしくは、アレイアンテナなどの指向性アンテナであり、アンテナ素子４を介して電波の送信が行われる。また、送信アンテナ２は、回転台３などにより、直交する２つの方向、例えば、アジマス（Ａｚｉｍｕｔｈ）方向及びエレベーション（Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）方向に回転自在となっている。
【００１３】
受信アンテナ５は、コリメーションアンテナなどであり、送信アンテナ２に対向させて設置され、コリメーションタワー６に取り付けられている。受信アンテナ５は固定されている。ここで、送信アンテナ２に対してアジマス方向のカット面をＡＺ面（第１の平面）とし、エレベーション方向のカット面をＥＬ面（第２の平面）とする。また、送信アンテナ２から見たときの受信アンテナ５の方向をｚ軸方向とし、ＡＺ面をｙｚ平面、ＥＬ面をｚｘ平面として、送信アンテナ２の位置を原点とする座標を考える。
【００１４】
このとき、送信アンテナ２は、電波送信しながら、ＡＺ面に沿ってアジマス方向に所定の角度ごとに回転駆動され、この所定の角度ごとの受信強度が受信アンテナ５を介して測定される。また、送信アンテナ２は、電波送信を行いながら、ＥＬ面に沿ってエレベーション方向に所定の角度ごとに回転駆動され、この所定の角度ごとの受信強度が測定される。この様にして、直交する２つの平面、すなわち、ＡＺ面及びＥＬ面に関して所定の角度ごとの放射電界が測定される。
【００１５】
図２は、図１のアンテナ装置における構成例を示したブロック図である。このアンテナ装置１は、送信アンテナ２、受信アンテナ５、送信機７、受信機８、受信強度測定部９、駆動制御部１０、送信アンテナ駆動部１１、放射電界パターン生成部１２及び指向性利得算出部１３により構成される。
【００１６】
送信機７は、送信アンテナ２を介して所定の周波数の電波を送信する送信手段であり、送信アンテナ２からの送信電波は、受信アンテナ５を介して受信機８に入力される。受信機８は、受信信号に対して増幅検波などの受信処理を行い、処理後の受信信号を受信強度測定部９へ出力する。
【００１７】
受信強度測定部９は、受信機８からの受信信号について信号強度の検出を行うとともに、駆動制御部１０に対する制御信号の出力を行っている。駆動制御部１０は、この制御信号に基づいて送信アンテナ駆動部１１の制御を行い、送信アンテナ駆動部１１によって送信アンテナ２が回転駆動される。回転駆動は、ＡＺ面に関してアジマス方向に所定の角度ごとに行われるとともに、ＥＬ面に関してエレベーション方向に所定の角度ごとに行われる。
【００１８】
つまり、受信強度測定部９によって、ＡＺ面に関して所定の角度ごとに受信強度が検出されるとともに、ＥＬ面に関して所定の角度ごとに受信強度が検出される。ここで、受信強度としては、受信信号のピークレベルなどが検出されるものとする。この様にして検出された受信強度は、ＡＺ面及びＥＬ面に関する放射電界の測定値として、放射電界パターン生成部１２へ出力される。
【００１９】
放射電界パターン生成部１２は、測定されたＡＺ面及びＥＬ面に関する放射電界に基づいて、これらの平面以外の平面に関する放射電界を近似し、覆域内における放射電界パターンの生成を行っている。放射電界の近似は、例えば、ＡＺ面及びＥＬ面の交線（ｚ軸）を含む平面に関して所定の角度ごとに行われる。
【００２０】
この様にして、覆域内における全ての放射電界が生成され、放射電界パターンとして指向性利得算出部１３へ出力される。指向性利得算出部１３は、放射電界パターン生成部１２からの放射電界パターンに基づいて、指向性利得の算出を行っている。
【００２１】
図３は、図１のアンテナ装置においてＡＺ面及びＥＬ面に関して測定された放射電界と座標軸との関係の一例を示した説明図である。送信アンテナ２は原点に配置されており、受信強度測定部９によってｚｘ平面（ＥＬ面）及びｙｚ平面（ＡＺ面）に関する放射電界がそれぞれ所定の角度θごとに測定される。
【００２２】
ここで、ｘ軸方向を基準とするｚ軸周りの角度をφとし、測定された各放射電界の測定値を、θ＝０〜πに対して、ｚｘ平面に関しては、φ＝０のとき、ｅＥＬ１（θ）、φ＝πのとき、ｅＥＬ２（θ）、ｙｚ平面に関しては、φ＝π／２のとき、ｅＡＺ１（θ）、φ＝３π／２のとき、ｅＡＺ２（θ）としている。
【００２３】
図４は、図１のアンテナ装置における放射電界の近似の一例を示した説明図である。放射電界パターン生成部１２では、受信強度測定部９により測定された放射電界の各測定値ｅＥＬ１（θ），ｅＥＬ２（θ），ｅＡＺ１（θ），ｅＡＺ２（θ）に基づいて、立体角（θ，φ）ごとに電力放射パターンＰ（θ，φ）が次式（１）により生成される。
【数１】
2004264263.tif 000003
【００２４】
式（１）における電力放射パターンＰ（θ，φ）は、放射電界の強度分布を表し、ｚ軸を含んでｘ軸とのなす角がφである平面に関して、角度θごとの楕円近似を表している。すなわち、例えば、第１象限（φ＝０〜π／２）についてみれば、角度θごとの電力放射パターンＰ（θ，φ）の平方根は、ｚｘ平面に関する放射電界の大きさ（ｅＥＬ１（θ）の絶対値）をｘ切片とし、ｙｚ平面に関する放射電界の大きさ（ｅＡＺ１（θ）の絶対値）をｙ切片とする楕円上の点までの原点からの距離となっている。
【００２５】
式（１）の電力放射パターンＰ（θ，φ）に対して、覆域内における総放射電力Ｐｔは、次式（２）により表される。
【数２】
2004264263.tif 000004
【００２６】
式（２）に式（１）を代入すると、次式（３）が得られる。
【数３】
2004264263.tif 000005
【００２７】
指向性利得算出部１３は、立体角（θ，φ）ごとに指向性利得Ｇ（θ，φ）を次式（４）により算出する。
【数４】
2004264263.tif 000006
【００２８】
式（４）に式（１）及び（３）を代入することにより、ＡＺ面及びＥＬ面に関する放射電界の各測定値ｅＥＬ１（θ），ｅＥＬ２（θ），ｅＡＺ１（θ），ｅＡＺ２（θ）から、指向性利得Ｇ（θ，φ）が算出される。
【００２９】
図５のステップＳ１〜Ｓ３は、図１のアンテナ装置における指向性利得の検出動作の一例を示したフローチャートである。送信アンテナ２は、送信アンテナ駆動部１１によりアジマス方向及びエレベーション方向に回転駆動され、このとき送信された電波が受信アンテナ５を介して受信機８に入力される。
【００３０】
受信強度測定部９では、受信機８からの受信信号に基づいて、送信アンテナ２の回転角（θ）ごとにＡＺ面及びＥＬ面に関する信号強度を検出する（ステップＳ１）。
【００３１】
検出された信号強度から放射電界パターン生成部１２によって、ＡＺ面及びＥＬ面以外の平面に関する放射電界が楕円近似により推定され、覆域内の放射電界パターンが生成される（ステップＳ２）。指向性利得算出部１３では、生成された放射電界パターンから指向性利得Ｇ（θ，φ）を算出する（ステップＳ３）。
【００３２】
本実施の形態によれば、直交する２つの平面、すなわち、ＡＺ面及びＥＬ面に関して放射電界を測定することにより、覆域内の放射電界パターンを生成することができる。すなわち、アジマス方向及びエレベーション方向の２つの方向に送信アンテナ２を回転走査させるだけで、放射電界パターンが生成されるので、従来のアンテナ装置に比べて、放射電界の測定に要する時間を短縮することができる。
【００３３】
また、測定対象である送信アンテナ２を回転駆動させて走査する構成であるので、装置が簡素化でき、コストを削減することができる。また、指向性利得Ｇ（θ，φ）は、式（４）により角度θに関する一重積分から算出されるので、従来のアンテナ装置の場合（二重積分）に比べて、演算時間を短縮することができる。
【００３４】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２によるアンテナ装置における放射電界の近似の一例を示した説明図である。本実施の形態では、ＥＬ面との交線（ｘ軸）がＡＺ面と直交する平面１４に関して、放射電界を近似することにより、覆域内の放射電界パターンを生成している。
【００３５】
送信アンテナ２の指向方向ははじめにｚ軸方向を向いているものとし、ｚ軸方向を基準とするアジマス角をη、エレベーション角をξとする。また、受信強度測定部９によりＡＺ面に関して角度ηごとに測定された放射電界の測定値をｅＡＺ（η）とし、ＥＬ面に関して角ξごとに測定された放射電界の測定値をｅＥＬ（ξ）とする。
【００３６】
放射電界パターン生成部１２では、ＡＺ面及び平面１４の交線方向に対する放射電界ｅＡＺ（η）と、ＡＺ面及びＥＬ面の交線（ｚ軸）方向に対する放射電界ｅＡＺ（０）との比に基づいて、ＥＬ面に関する放射電界ｅＥＬ（ξ）に対して重みづけを行うことにより、平面１４に関する放射電界ｅ（η，ξ）を近似している。
【００３７】
ここで、送信アンテナ２は、その指向方向に放射電界のピークが存在するものとし、予めｅＡＺ（０）＝ｅＥＬ（０）＝１となるように規格化されているものとする。また、式（２）の総放射電力Ｐｔは、立体角（η，ξ）を用いて次式（５）により表される。
【数５】
2004264263.tif 000007
【００３８】
このとき、平面１４に関する放射電界ｅ（η，ξ）は、次式（６）により近似される。
【数６】
2004264263.tif 000008
【００３９】
また、指向方向が放射電界のピークとなるため、積分を近似することにより、式（５）及び（６）から次式（７）が得られる。
【数７】
2004264263.tif 000009
【００４０】
指向性利得算出部１３では、式（７）に基づいて、指向方向に対する指向性利得Ｇ（η，ξ）が、次式（８）から算出される。
【数８】
2004264263.tif 000010
【００４１】
本実施の形態によっても、式（８）において指向性利得Ｇ（０，０）が一重積分で表され、指向性利得算出のための演算量を低減することができる。また、指向方向に放射電界のピークが存在する送信アンテナ２に対して、指向性利得を検出する場合に効果的である。
【００４２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によるアンテナ装置及び指向性利得検出方法によれば、直交する２つの平面に関して放射電界を測定することにより、覆域内の放射電界パターンを生成することができる。すなわち、２つの平面に関して走査するだけで、覆域内の全ての放射電界を生成することができる。従って、放射電界の測定に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるアンテナ装置の一例を示した外観斜視図である。
【図２】図１のアンテナ装置における構成例を示したブロック図である。
【図３】図１のアンテナ装置においてＡＺ面及びＥＬ面に関して測定された放射電界と座標軸との関係の一例を示した説明図である。
【図４】図１のアンテナ装置における放射電界の近似の一例を示した説明図である。
【図５】図１のアンテナ装置における指向性利得の検出動作の一例を示したフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２によるアンテナ装置における放射電界の近似の一例を示した説明図である。
【図７】従来のアンテナ装置の一例を示した外観斜視図である。
【符号の説明】
１  アンテナ装置、２  送信アンテナ、３  回転台、４  アンテナ素子、
５  受信アンテナ、６  コリメーションタワー、７  送信機、８  受信機、
９  受信強度測定部、１０  駆動制御部、１１  送信アンテナ駆動部、
１２  放射電界パターン生成部、１３  指向性利得算出部
【図１】
2004264263.tif 000011
【図２】
2004264263.tif 000012
【図３】
2004264263.tif 000013
【図４】
2004264263.tif 000014
【図５】
2004264263.tif 000015
【図６】
2004264263.tif 000016
【図７】
2004264263.tif 000017