(57)【要約】    【課題】      人体への影響を含む複雑なアンテナ放射特性と電波伝搬特性とを考慮して、高速かつ高精度なアンテナ特性評価を行えるアンテナ特性評価システムを提供する。    【解決手段】  アンテナ特性評価システム１は、アンテナ指向性解析部１１が、電磁界計算法であるＦＤＴＤ法やＭＯＭＥＮＴ法などによってアンテナ指向性の解析を行うと、記憶装置１３が、アンテナ指向性解析部１１の解析結果によって得られた振幅や位相などのアンテナ複素指向性１２を記憶する。さらに、幾何光学的電波伝搬特性解析部１４が、記憶装置１３に記憶されているアンテナ複素指向性１２を取得して送受信点における指向性係数として用いる。このとき、幾何光学的電波伝搬特性解析部１４は、指向性係数が小さい方向の光線を計算から除外する。  【選択図】        図１
2005333451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線局から送信された電波の伝搬特性を計算してアンテナ特性の評価を行うアンテナ特性評価システムであって、
第１アンテナ及び第２アンテナの離散的角度方位に対する複素指向性係数列を算出するアンテナ指向性解析手段と、
送信点より複数の光線を放射し、その光線が受信点に到達するまでの軌跡を追跡することで所定の電波伝搬モデルにおける送受信点間の電波の伝搬特性を算出する幾何光学的電波伝搬特性解析手段とを備え、
前記幾何光学的電波伝搬特性解析手段が、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの前記複素指向性係数列を前記送受信点におけるアンテナの指向性係数として用いることにより、前記アンテナ指向性解析手段と前記幾何光学的電波伝搬特性解析手段とを統合することを特徴とするアンテナ特性評価システム。
【請求項２】
さらに、前記送信点におけるアンテナの前記複素指向性係数列の中で、離散的角度方位に対する振幅が所定の閾値を越えるか否かを判定する振幅判定手段を備え、
前記振幅判定手段の判定結果に応じて、前記送信点から光線を放射するか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ特性評価システム。
【請求項３】
前記アンテナ指向性解析手段は有限差分時間領域法を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ特性評価システム。
【請求項４】
さらに、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの離散的角度方位に対する前記複素指向性係数列を測定するアンテナ指向性測定手段を備え、
前記幾何光学的電波伝搬特性解析手段が、前記アンテナ指向性測定手段によって得られた前記複素指向性係数列を送受信点におけるアンテナの指向性係数として用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ特性評価システム。
【請求項５】
前記幾何光学的電波伝搬特性解析手段が保有する複数の電波伝搬モデルを記憶する記憶手段と、
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの前記複素指向性係数列を用いて、あらかじめ指定した前記複数の電波伝搬モデルに対して幾何光学的電波伝搬特性解析を実行する実行手段と、
を備え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特性評価システム。
【請求項６】
前記幾何光学的電波伝搬特性解析手段は、
前記記憶手段にあらかじめ記憶された前記電波伝搬モデルに対して幾何光学的電波伝搬特性の解析計算を実行し、
前記アンテナ指向性解析手段又は前記アンテナ指向性測定手段によって得られたアンテナの前記複素指向性係数列を用いて位相合成の計算を行うことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ特性評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線局から送信された電波の伝搬特性を計算し、計算結果のデータに基づいてアンテナ特性の評価を行うアンテナ特性評価システムに関し、特に、無線局から送信された複数の光線を探索する幾何光学的解析手法を用いてアンテナ特性の評価を行うアンテナ特性評価システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年広く利用されている携帯電話機は、さまざまな使用状態や電波伝搬環境に適応して指向性や偏波を制御できるようになっている。このような制御に対応できる携帯電話機用のアンテナの開発を行うには、人体への影響やアンテナの微細構造を考慮して計算されたアンテナの全立体角複素指向性と多重波伝搬パラメータとを統合して、実際の多重波伝搬環境における実効的なアンテナ性能を評価できる系（つまり、手段）が必要となる。
【０００３】
このようなアンテナ性能の評価系としては従来、ランダムフィールド法などの実験的手法が用いられているが、この方法では大規模な実験装置や多大な労力が必要となるなどの課題がある。そこで、このような課題に対応するためには計算機によるアンテナ特性評価方法が広く利用されている。このようなアンテナ特性評価方法は、一般的には、無線局から送信された電磁波の電界強度分布を求めるための手段として、電磁界解析手法あるいは幾何光学的計算手法を用いたものがある。例えば、電磁波の電界強度分布を求める手段として、下記の非特許文献１に記載されているＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain：有限差分時間領域）法を用いた室内伝搬解析法や、複数の擬似光線の軌跡を探索する幾何光学的計算手法のレイラウンチング法などがある。レイラウンチング法においては、下記の特許文献１に開示されているような、送信点から送信される全光線を計算する前処理と、受信点に到達する光線を探索して受信強度を求める後処理との２つの処理に分けて計算処理を行い、電磁波の電界強度分布を計算する方法が知られている。あるいは、下記の特許文献２に開示されているような、送信点から送信される光線を任意の空間で分割して、複数のコンピュータで電磁波の電界強度分布を計算する方法などが知られている。
【特許文献１】特開２００１−１３６１３１号公報
【特許文献２】特開２００２−２３２３４８号公報
【非特許文献１】IEICE TRANS COMMUN VOL.E86-B, NO.6 JUNE 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＦＤＴＤ法を用いた電波伝搬解析方法では、一般的に、電波の周波数が高い、又は電界強度分布の解析領域が大きいと演算量が多くなり、屋外伝搬モデルなどの大規模解析領域において電波の伝搬解析を行うことが困難となる。また、幾何光学的計算手法を用いた電波伝搬特性の解析では、送受信点におけるアンテナは人体への影響を含んだアンテナ特性についての考慮がなされておらず、携帯電話機用アンテナの開発で重要な人体への影響を含んだ電波伝搬特性の解析を行うことが不可能である。さらに、電磁波の電界強度分布を計算するために複数の計算機を用いた計算高速化の手法では、設備投資に多大なコストがかかる等の課題がある。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、計算機によって人体などへの影響を含んだアンテナ放射特性と多重波伝搬環境とを統合して高速かつ高精度にアンテナ特性の評価を行うことが可能なアンテナ特性評価システム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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明のアンテナ特性評価システムは、無線局から送信された電波の伝搬特性を計算してアンテナ特性の評価を行うアンテナ特性評価システムであって、第１アンテナ及び第２アンテナの離散的角度方位に対する複素指向性係数列を算出するアンテナ指向性解析手段と、送信点より複数の光線を放射し、その光線が受信点に到達するまでの軌跡を追跡することで所定の電波伝搬モデルにおける送受信点間の電波の伝搬特性を算出する幾何光学的電波伝搬特性解析手段とを備え、幾何光学的電波伝搬特性解析手段が、第１アンテナ及び第２アンテナの複素指向性係数列を送受信点におけるアンテナの指向性係数として用いることにより、アンテナ指向性解析手段と幾何光学的電波伝搬特性解析手段とを統合するように構成したことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のアンテナ特性評価システムは、さらに、送信点におけるアンテナの複素指向性係数列の中で、離散的角度方位に対する振幅が所定の閾値を越えるか否かを判定する振幅判定手段を備え、振幅判定手段の判定結果に応じて、送信点から光線を放射するか否かを決定するように構成したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のアンテナ特性評価システムにおいては、アンテナ指向性解析手段は有限差分時間領域法を用いた構成としたことを特徴とする。また、本発明のアンテナ特性評価システムは、さらに、第１アンテナ及び第２アンテナの離散的角度方位に対する複素指向性係数列を測定するアンテナ指向性測定手段を備え、幾何光学的電波伝搬特性解析手段が、アンテナ指向性測定手段によって得られた複素指向性係数列を送受信点におけるアンテナの指向性係数として用いるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のアンテナ特性評価システムは、幾何光学的電波伝搬特性解析手段が保有する複数の電波伝搬モデルを記憶する記憶手段と、第１アンテナ及び第２アンテナの複素指向性係数列を用いて、あらかじめ指定した複数の電波伝搬モデルに対して幾何光学的電波伝搬特性解析を実行する実行手段とを備える構成としたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のアンテナ特性評価システムにおいては、幾何光学的電波伝搬特性解析手段は、記憶手段にあらかじめ記憶された電波伝搬モデルに対して幾何光学的電波伝搬特性の解析計算を実行し、アンテナ指向性解析手段又はアンテナ指向性測定手段によって得られたアンテナの複素指向性係数列を用いて位相合成の計算を行うように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のアンテナ特性評価システムによれば、アンテナ指向性解析手段と幾何光学的電波伝搬特性解析手段とを統合することにより、実際の多重波伝搬環境における高精度なアンテナ特性評価を比較的短時間で行うことができる。また、幾何光学的電波伝搬特性解析手段において送信点から送信される光線の本数を軽減することができるので、アンテナ特性の計算速度が一段と向上する。さらに、人体への影響を含んだアンテナ特性と実際の多重波伝搬環境における電波の伝搬特性とを考慮したアンテナ特性評価を行うことが可能となる。
【００１２】
また、本発明のアンテナ特性評価システムによれば、アンテナ指向性解析手段に有限差分時間領域法を用いているので、人体への影響を含んだアンテナ指向性解析を比較的高精度に計算機で行うことが可能となり、アンテナ指向性解析と幾何光学的電波伝搬特性解析を同時に考慮したアンテナ特性評価を比較的短時間に行うことができる。さらに、アンテナ指向性測定手段によって得られた複素指向性係数列も送受信点におけるアンテナの指向性係数として用いることが可能であるため、実際に測定したアンテナ特性を用いた電波伝搬計算が行うことができ、実際の多重波伝搬環境におけるアンテナ特性評価を行うことができる。
【００１３】
また、本発明のアンテナ特性評価システムによれば、あらかじめ指定した複数の電波伝搬モデルに対して幾何光学的電波伝搬特性の解析を行って振幅や位相差などのアンテナ特性を計算することにより、市街地モデルや郊外モデルなどのあらゆる伝搬モデルにおけるアンテナ特性を評価することができる。さらに、本発明のアンテナ特性評価システムによれば、幾何光学的電波伝搬特性の解析を行うときにアンテナの複素指向性係数列を用いて位相合成計算を行うので、オペレータが幾何光学的電波伝搬解析計算を改めて行う必要がなくなる。したがって、幾何光学的電波伝搬解析計算で得られた伝搬パラメータと複素指向性係数列を用いて、比較的短時間で実際の電波伝搬環境におけるアンテナ特性の評価を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明にかかるアンテナ特性評価システムの骨子は、アンテナ指向性解析部により得られたアンテナ複素指向性を幾何光学的電波伝搬特性解析部の送受信地点における指向性係数として用いたことにある。これにより、実際の多重波伝搬環境における高精度なアンテナ特性評価を比較的短時間で行うことができる。したがって、計算機による高精度なアンテナ特性評価システムとして有効に利用することが可能となる。
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明におけるアンテナ特性評価システムの実施の形態の幾つかを詳細に説明する。なお、以下の説明では、各図面において共通する構成要素は同一符号を付し、かつ重複する説明は省略する。
【００１６】
＜実施の形態１＞
本発明におけるアンテナ特性評価システムの実施の形態１について図１から図５を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１のアンテナ特性評価システムにおけるアンテナ指向性解析部と幾何光学的電波伝搬特性解析部の統合を示すブロック図である。図１において、アンテナ特性評価システム１は、アンテナ複素指向性１２の解析を行うアンテナ指向性解析部（アンテナ指向性解析手段）１１と、アンテナ指向性解析部１１が解析したアンテナ複素指向性１２を記憶する記憶装置（記憶手段）１３と、記憶装置１３に記憶されているアンテナ複素指向性１２を取得して指向性係数として用いる幾何光学的電波伝搬特性解析部（幾何光学的電波伝搬特性解析手段）１４とを備えた構成となっている。
【００１７】
次に、図１に示すアンテナ特性評価システム１の動作の概要を説明する。アンテナ特性評価システム１は、アンテナ指向性解析部１１が、電磁界計算法であるＦＤＴＤ法やＭＯＭＥＮＴ法などによってアンテナ指向性の解析を行うと、記憶装置１３が、アンテナ指向性解析部１１の解析結果によって得られた振幅や位相などのアンテナ複素指向性１２を記憶する。さらに、幾何光学的電波伝搬特性解析部１４が、記憶装置１３に記憶されているアンテナ複素指向性１２を取得して送受信点における指向性係数として用いる。このとき、幾何光学的電波伝搬特性解析部１４は指向性係数が小さい方向の光線を計算から除外する。これによって、短時間かつ簡単な計算処理によってアンテナ特性評価を行うことができる。
【００１８】
次に、フローチャートを用いて、図１に示すアンテナ特性評価システム１の動作を詳細説明する。図２は、図１に示す幾何光学的電波伝搬特性解析部が行う電波伝搬特性解析の前処理の流れを示すフローチャートである。また、図３は、図１に示す幾何光学的電波伝搬特性解析部が行う電波伝搬特性解析の後処理の流れを示すフローチャートである。つまり、図２及び図３は、図１のアンテナ特性評価システム１における幾何光学的電波伝搬特性解析部１４が行う処理のフローチャートを示しており、図２に示すような送信点から送信される全光線を計算する処理を前処理と定義し、図３に示すような受信点に到達する光線を探索して受信強度を求める処理を後処理と定義することにする。
【００１９】
また、図４は、図２のフローチャートで示される前処理によって記憶装置に記憶されるデータ構成を示す図である。図４に示すように、電波伝搬特性解析の前処理によって、記憶装置１３には、全光線の方程式４１、全光線の進行角度４２、全光線の偏波方程式４３、全光線の反射面番号４４、及び全光線の壁面番号４５が記憶される。
【００２０】
また、図５は、本発明の第１の実施の形態における電波伝搬特性解析の計算を行うためのコンピュータシステムの構成図である。つまり、電波の電磁界計算及び図２や図３に示すような電波伝搬特性の解析処理を行うためのハードウェア構成は、例えば、図５に示すような一般的なコンピュータシステムを用いて実現することができる。
【００２１】
図５に示すように、このコンピュータシステムは、電波伝搬特性の演算処理を行うパーソナルコンピュータ（以下、パソコンと云う）などの制御装置５１と、制御装置５１の情報を取得して表示を行うＣＲＴなどの表示装置５２と、制御装置５１の情報を取得して印刷を行うプリンタなどの印刷装置５３と、データの入力を行うキーボードやマウスなどの入力装置５４と、電波伝搬特性の解析結果を記憶するハードディスクなどの記憶装置１３とを備えた構成となっている。なお、制御装置５１は、請求項２に記載されている、送信点におけるアンテナの複素指向性係数列の中で離散的角度方位に対する振幅が所定の閾値を越えるか否かを判定する振幅判定手段と、請求項５に記載されている、アンテナの複素指向性係数列を用いてあらかじめ指定した複数の電波伝搬モデルに対して幾何光学的電波伝搬特性解析を実行する実行手段とを備えている。また、図５のコンピュータシステムは、脱着可能なＣＤやフロッピーディスク（登録商標）などの記憶媒体５５を使用することができる。さらに、記憶装置１３及び記憶媒体５５は、電磁界計算及び図２や図３に示す電波伝搬特性の解析処理を実行するためプログラムやパラメータなどを記憶することができる。
【００２２】
以下、図２及び図３のフローチャートを用いて、本発明の実施の形態１における電波伝搬特性解析の計算手順を説明する。なお、必要に応じて図１から図５の各図面を参照しながらフローチャートを説明する。
【００２３】
最初に、図２に示す電波伝搬特性解析の前処理の流れを説明する。まず、パラメータ入力の手順において、オペレータは、光線の最大反射回数Ｒmax、閾値、周波数、壁面材質、放射光線数、及び送信位置などの各種のパラメータを入力装置５４から入力する（ステップＳＴ１）。また、壁面方程式導出の手順において、制御装置５１は、入力されたパラメータに対応する壁面の形状に基づいて壁面方程式を導き出し、この壁面方程式を記憶装置１３に記憶させる（ステップＳＴ２）。さらに、制御装置５１は、複素指向性の各々の方位における振幅導出の手順において、ステップＳＴ１で入力されたパラメータの放射光線数Ｎにより求めたアンテナ複素指向性１２の各々の角度ごとに電波の振幅を求める（ステップＳＴ３）。
【００２４】
次に、制御装置５１は、電波の振幅が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ４）。ここで、制御装置５１は、電波の振幅が所定の閾値以上ならば（ステップＳＴ４でＹＥＳの場合）、放射光線方程式を導き出す（ステップＳＴ５）。一方、電波の振幅が所定の閾値未満ならば（ステップＳＴ４でＮＯの場合）、放射光線数Ｎの光線番号ｎを一つ加算してｎ＋１とし（ステップＳＴ６）、ステップＳＴ３に戻ってアンテナ複素指向性１２の各々の方位における振幅の導出を継続する。このようにして、入力された各方位のアンテナ複素指向性１２を用いて放射する光線を減少させることにより、電波伝搬特性解析の計算時間を短縮することができる。
【００２５】
なお、ステップＳＴ５における放射光線方程式の導出処理では、送信点を中心としてステップＳＴ１のパラメータ入力での放射光線数Ｎにより求めた所定の離散角度ごとに全方位に放射する光線の方程式を求めたが、光線番号ｎが光線数Ｎより小さければ、ステップＳＴ７の手順のように光線番号ｎを１つ加算して（つまり、光線番号をｎ＋１にして）、ステップＳＴ３の振幅導出手順に戻り、前述の各ステップを繰り返して放射光線方程式の導出処理を行う。
【００２６】
次に、ステップＳＴ５における放射光線方程式の導出ステップで求めた放射光線方程式に対して、振幅や位相などのアンテナ複素指向性１２を乗算する（ステップＳＴ８）。そして、反射光線方程式導出の手順において、ある特定の光線の反射壁面を決定し、その反射壁面によって所望の反射光線方程式を導き出す（ステップＳＴ９）。このような反射光線方程式の導出処理を行う度に反射回数Ｒを１ずつ加算して行き（つまり、反射光線方程式の導出処理を行うごとに反射回数をＲ＋１として行き）、最大反射回数Ｒmaxとなるまで反射光線方程式の導出処理を繰り返す（ステップＳＴ１０）。又は、全放射光線Ｎαにおける反射光線方程式を求めるまで光線番号ｎを１ずつ加算して行き（つまり、反射光線方程式の導出処理を行うごとに光線番号をｎ＋１として行き）、最大放射光線数Ｎmaxとなるまで導出処理を繰り返す（ステップＳＴ１１）。
【００２７】
図２に示すような電波伝搬特性解析の前処理によって、記憶装置１３には、ステップＳＴ１のパラメータ入力の手順において入力されたデータと、図４に示すような全光線の方程式４１、全光線の進行角度４２、全光線の偏波方程式４３、全光線の反射面番号４４、及び全光線の壁面番号４５が記憶される。なお、全放射光線数Ｎαは、ステップＳＴ１で送信点においてパラメータ入力された放射光線本数Ｎから、ステップＳＴ４で振幅が閾値より大きいときに除外された光線の本数を差し引いたものである。
【００２８】
次に、図３に示す電波伝搬特性解析の後処理の流れを説明する。まず、パラメータ入力の手順において、オペレータは、図２に示す前処理においてアンテナ解析により得られたアンテナ複素指向性１２と受信位置及び電波の周波数をパラメータとして入力装置５４から入力する（ステップＳＴ２１）。そして、制御装置５１は、受信球導出の手順において、記憶装置１３から読み込んだ光線番号ａの受信地点までの距離ｄを導き出し、送信角度間隔をφとしたとき、後処理における受信球の半径ｒを次の式（１）によって求める（ステップＳＴ２２）。
ｒ＝２１/２ｄ・sin（φ/２）                                        （１）
【００２９】
次に、制御装置５１は、反射光線方程式と受信点を中心とする半径ｒの球との交点を求めることにより到達光線の探索を行い、光線が受信点に到達したか否かを判定する（ステップＳＴ２３）。ここで、光線が受信点に到達した場合は（ステップＳＴ２３でＹＥＳの場合）、受信点に到達した光線に光線到来角度に対応したアンテナ複素指向性１２を乗算する（ステップＳＴ２４）。一方、光線番号ａの光線が受信点に到達していないときは（ステップＳＴ２３でＮＯの場合）、光線番号ａに１を加算してａ＋１にして（ステップＳＴ２５）、ステップＳＴ２２の受信球導出のステップに戻り、次の光線番号（ａ＋１）の受信球導出処理に移行する。
【００３０】
また、ステップＳＴ２４で、受信点に到達した光線に光線到来角度に対応したアンテナ複素指向性１２を乗算した場合は、受信点に到達する経路は光線ごとに異なるため、それぞれの光線には位相差や振幅差が生じる。したがって、これらの経路が異なる光線の振幅について位相差を考慮して加算し位相合成を行う（ステップＳＴ２６）。そして、全ての到来角度の光線について位相合成を行うまでステップＳＴ２６からステップＳＴ２５の帰還ループを辿り、ステップＳＴ２２からステップＳＴ２６までの処理を繰り返す。
【００３１】
次に、電界強度導出の手順において位相合成された光線の電界強度を求め、この電界強度を記憶装置１３に記憶させる（ステップＳＴ２７）。このようにして、ある受信地点において位相合成された光線の電界強度を求めたら、受信地点ｍを追尾しながら（つまり、受信地点をｍ＋１にして）、オペレータが設定したＰ個の受信地点を移動し（ステップＳ２８）、ステップＳＴ２２の受信球の導出処理に戻って前述と同様のステップで処理を繰り返す。そして、結果出力の手順において、各々の受信地点における受信電界強度を結果出力として記憶装置１３に記憶させる（ステップＳＴ２９）。
【００３２】
以上説明したように、本発明の実施の形態１のアンテナ特性評価システムによれば、アンテナ指向性解析部１１により得られたアンテナ複素指向性１２を送信点及び受信点において指向性係数として使用し、送信点において振幅の小さい方位の光線を放射しない方法を用いることにより、人体などへの影響を含んだ複雑な特性を持つアンテナの実フィールドにおける高精度な電波伝搬特性の解析を行うことができる。さらに、本発明の実施の形態１のアンテナ特性評価システムによれば、送信点において用いたアンテナ複素指向性１２により放射光線数を減少させることが可能となる。例えば、八木アンテナ（登録商標）などの単一指向性のアンテナ特性を用いることにより、光線の放射数を４０％程度まで減少させることができる。
【００３３】
このようにして、アンテナ複素指向性を求めるアンテナ指向性解析部１１が電磁界計算法であるＦＤＴＤ法を用いることにより、人体などへの影響を含んだ複雑な特性を持つアンテナ複素指向性１２をより正確に計算することができる。なお、本発明におけるアンテナ特性評価システム１は、ＦＤＴＤ法やＭＯＭＥＮＴ法などのアンテナ指向性解析部１１と幾何光学的電波伝搬特性解析部１４とを同一のパソコンシステムに備える構成としたが、本発明はこのようなシステムに限定されるものではない。例えば、アンテナ指向性解析部１１と幾何光学的電波伝搬特性解析部１４がそれぞれ別のパソコンシステムにあって、アンテナ複素指向性１２を記憶装置１３や脱着可能な記憶媒体５５を媒介として受け渡す構成としても本発明のアンテナ特性評価システムを実現することができる。
【００３４】
＜実施の形態２＞
次に、図６から図１０を用いて、本発明の実施の形態２におけるアンテナ特性評価システムについて説明する。図６は、本発明の実施の形態２における電波伝搬特性解析の計算を行うためのコンピュータシステムの構成図である。つまり、この図は、本発明の実施の形態２におけるアンテナ特性解析装置と計算機の構成を示している。図６に示す実施の形態２のアンテナ特性評価システムにおけるコンピュータシステムの構成は、図５に示す実施の形態１の構成に対して、ネットワークアナライザなどのアンテナ特性測定装置６１と被測定アンテナ６２及び受信アンテナ（又は送信アンテナ）６３が追加させたものであり、一般的なパソコンシステムによって構成することができる。上記以外の構成要素である制御装置５１、表示装置５２、印刷装置５３、入力装置５４、記憶装置１３、及び記憶媒体５５は図５に示す実施の形態１と同様であるのでその説明は省略する。なお、記憶装置１３及び記憶媒体５５は、電磁界計算及び電波伝搬解析処理を実行するためプログラムやパラメータなどを記憶することができると共に、アンテナ特性測定装置６１で得られた振幅や位相などのアンテナ複素指向性１２を記憶することができる。
【００３５】
また、図７は、図６の記憶装置が行う電波伝搬特性の解析処理を機能的に示したブロック図である。つまり、この図は、本発明の実施の形態２においてアンテナ特性解析装置からの位相や振幅などの情報を電波伝搬特性の解析処理のために受け渡す状態を示す機能ブロック図である。図７に示す電波伝搬特性の解析処理の機能ブロックは、アンテナ複素指向性１２及び複数の電波伝搬モデル７１を記憶する記憶装置１３と、被測定アンテナ６２及び受信アンテナ（又は送信アンテナ）６３を備えるアンテナ特性測定装置（アンテナ指向性測定手段）６１と、電波伝搬特性解析の前処理３０及び後処理３１を実行する幾何光学的電波伝搬特性解析部１４とを備えた構成となっている。
【００３６】
次に、図６及び図７を用いて実施の形態２におけるアンテナ特性評価システムの動作を説明する。まず、制御装置５１は、ネットワークアナライザなどのアンテナ特性測定装置６１を用いて電波の振幅や位相などのアンテナ複素指向性１２を測定し、その測定情報（つまり、アンテナ複素指向性１２）を記憶装置１３に記憶させる。なお、記憶装置１３には、あらかじめ、実施の形態１で定義した幾何光学的解析法の前処理３０や後処理３１を行うプログラムや複数の電波伝搬モデル７１が記憶されている。そして、記憶装置１３は、アンテナ特性測定装置６１より取り込んで自己に記憶されたアンテナ複素指向性１２を入力パラメータとして、幾何光学的電波伝搬特性解析部１４の前処理３０及び後処理３１に渡す。つまり、記憶装置１３が媒体となって、アンテナ特性測定装置６１が測定したアンテナ複素指向性１２を、電波伝搬特性解析を行うための前処理３０及び後処理３１に渡す。その後、オペレータは、例えば市街地モデルや郊外モデルなどのあらかじめ記憶された複数の電波伝搬モデル７１の中から所望する１つの電波伝搬モデル７１を選択する。
【００３７】
このような本発明の実施の形態２のアンテナ特性評価システムによれば、ネットワークアナライザなどのアンテナ特性測定装置６１より得られた振幅や位相などのアンテナ複素指向性１２を、記憶装置１３（例えば、パソコンなど）を媒体として幾何光学的電波伝搬特性解析部１４の前処理３０や後処理３１の送受信地点に用いている。これにより、オペレータが電波伝搬モデル７１を選択することにより、電波伝搬モデル７１の詳細なパラメータをその都度入力することなく、比較的短時間で実際の多重波環境におけるアンテナ特性を計算することができる。
【００３８】
なお、前処理３０において送信点におけるアンテナ複素指向性１２を所定のものに限定してあらかじめ前処理３０と後処理３１を実行しておき、その後、アンテナ特性測定装置６１を用いて得られた受信点におけるアンテナ複素指向性１２を到達光線に乗算して位相合成するように構成すれば、さらに短時間で実際の多重波環境におけるアンテナ特性を計算することができる。
【００３９】
次に、フローチャートを用いて本発明の実施の形態２におけるアンテナ特性評価システムの動作を説明する。図８は、本発明の実施の形態２における電波伝搬特性解析の後処理Ａの流れを示すフローチャートである。また、図９は、図８に示す電波伝搬特性解析の後処理Ａによって記憶装置に記憶されるデータ構成を示す図である。図９に示すように、記憶装置１３には、データ８０として、到達光線の方程式８１、到達光線の進行角度８２、到達光線の偏波方程式８３、及び到達光線の伝搬距離８４が記憶される。さらに、図１０は、本発明の実施の形態２における電波伝搬特性解析の後処理Ｂの流れを示すフローチャートである。したがって、図８、図９及び図１０を用いて実施の形態２における電波伝搬特性解析の後処理の流れを説明する。
【００４０】
最初に、図８の電波伝搬特性解析の後処理Ａについて説明する。まず、パラメータ入力の手順において、オペレータは、受信位置及び電波の周波数をパラメータとして入力装置５４から入力する（ステップＳＴ３１）。そして、制御装置５１は、受信球導出の手順において、記憶装置１３から読み込んだ光線番号ａの受信地点までの距離ｄを導き出し、送信角度間隔をφとしたとき、後処理Ａにおける受信球の半径ｒを前述の式（１）によって求める（ステップＳＴ３２）。
【００４１】
次に、制御装置５１は、反射光線方程式と受信点を中心とする半径ｒの球との交点を求めることにより到達光線の探索を行い、電波が受信点に到達したか否かを判定する（ステップＳＴ３３）。ここで、電波が受信点に到達した場合は（ステップＳＴ３３でＹＥＳの場合）、到達光線データ出力の手順に移行する（ステップＳＴ３４）。一方、光線番号ａの光線が受信点に到達していないときは（ステップＳＴ３３でＮＯの場合）、光線番号ａに１を加算してａ＋１にして（ステップＳＴ３５）、ステップＳＴ３２の受信球導出のステップに戻り、次の光線番号（ａ＋１）の受信球導出処理に移行する。
【００４２】
また、ステップＳＴ３４の到達光線データ出力の手順に移行した場合は、図９に示すように、到達光線の方程式８１、到達光線の進行角度８２、到達光線の偏波方程式８３、及び到達光線の伝搬距離８４からなるデータ８０を記憶装置１３に記憶させる（ステップＳＴ３４）。そして、放射光線数Ｎαが光線番号ａより小さくなったか否か（つまり、Ｎα＜ａか否か）を判定し（ステップＳＴ３６）、Ｎα＜ａでなければ（ステップＳＴ３６でＮＯの場合）、光線番号ａに１を加算してａ＋１にして（ステップＳＴ３５）、前述のステップＳＴ３２の受信球導出の手順に戻り、Ｎα＜ａとなるまでステップＳＴ３２からステップＳＴ３６の処理を繰り返す。
【００４３】
一方、放射光線数Ｎαが光線番号aより小さい場合、つまり、Ｎα＜ａの場合は（ステップＳＴ３６でＹＥＳの場合）、予め設定されたＰ個の受信地点を移動して前述の各ステップと同様の処理を行い、これから移動する受信地点の受信点数Ｐが受信地点ｍを下回ったか否か（つまり、Ｐ＜ｍか否か）を判定し（ステップＳＴ３７）、Ｐ＜ｍでなければ（ステップＳＴ３７でＮＯの場合）、受信地点ｍを追尾しながら（つまり、受信地点をｍ＋１にして）、オペレータが設定したＰ個の受信地点を移動し（ステップＳＴ３８）、ステップＳＴ３２の受信球の導出処理に戻って前述と同様のステップで処理を繰り返す。このようにして、これから移動する受信地点の受信点数Ｐが受信地点ｍを下回ったら、つまり、Ｐ＜ｍとなったら（ステップＳＴ３７でＹＥＳの場合）、処理を終了する。
【００４４】
次に、図１０の電波伝搬特性解析の後処理Ｂについて説明する。まず、オペレータは、アンテナ特性測定装置６１で得られたアンテナ複素指向性１２を入力装置５４から入力する（ステップＳＴ４１）。そして、制御装置５１は、図８の後処理Ａで記憶装置１３に記憶されたデータ８０（つまり、到達光線の方程式８１、到達光線の進行角度８２、到達光線の偏波方程式８３、及び到達光線の伝搬距離８４）の読み込みを行う（ステップＳＴ４２）。さらに、制御装置５１は、これらのデータ８０に対して到来する光線に対応した角度のアンテナ複素指向性１２を乗算する（ステップＳＴ４３）。
【００４５】
このようにして、データ８０を読み込むべき到来光線数Ｑが所定の到来光線番号ｑを下回ったか否か（つまり、Ｑ＜ｑか否か）を判定し（ステップＳＴ４４）、Ｑ＜ｑでなければ（ステップＳＴ４４でＮＯの場合）、到来光線番号ｑに１を加算してｑ＋１とし（ステップＳＴ４５）、ステップＳＴ４２に戻ってＱ＜ｑとなるまでステップＳＴ４２からステップＳＴ４４の処理を繰り返す。
【００４６】
このようにして前述の処理をＱ回繰り返し、データ８０を読み込むべき到来光線数Ｑが所定の到来光線番号ｑを下回ったら、つまり、Ｑ＜ｑとなったら（ステップＳＴ４４でＹＥＳの場合）、位相合成の手順においてＱ本の到来光線を位相合成し（ステップＳＴ４６）、さらに、電界強度導出の手順において受信点における電界強度を算出する（ステップＳＴ４７）。
【００４７】
次に、受信地点の受信点数Ｐが受信地点ｍを下回ったか否か（つまり、Ｐ＜ｍか否か）を判定し（ステップＳＴ４８）、Ｐ＜ｍでなければ（ステップＳＴ４８でＮＯの場合）、受信地点ｍを追尾しながら（つまり、受信地点をｍ＋１にして）、オペレータが設定したＰ個の受信地点を移動し（ステップＳＴ４９）、ステップＳＴ４２の到来光線のデータ読み込み処理に戻って前述と同様のステップで処理を繰り返す。以上の手順によって、これから移動する受信地点の受信点数Ｐが受信地点ｍを下回ったら、つまり、Ｐ＜ｍとなったら（ステップＳＴ４８でＹＥＳの場合）、処理を終了する。言い換えれば、あらかじめ設定されたＰ個の受信地点を移動して同様の処理を行う。
【００４８】
以上説明したように、図１０に示す後処理Ｂのみを計算することにより、あらかじめ定められた実際の多重波環境におけるアンテナ特性を比較的短時間で求めることができ、アンテナ特性の比較検討を容易に行うことができる。また、後処理Ｂで必要なデータ８０は受信点に到達する光線のみであるため、アンテナ特性を評価する際に計算機システムの記憶装置１３に記憶されるデータ量は数十メガバイト程度となる。このため、アンテナ特性の計算量も低減されるので、ノートパソコンなどの比較的計算性能が低い計算機システムにおいても、アンテナ特性の計算を行うことが可能となる。なお、以上述べた説明では、アンテナ特性測定装置６１としてネットワークアナライザで測定されたアンテナ複素指向性を用いたが、これに限ることなく、電磁界計算によって得られたアンテナ複素指向性を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明にかかるアンテナ特性評価システムは、アンテナ指向性解析部により得られたアンテナ複素指向性を幾何光学的電波伝搬特性解析部の送受信地点における指向性係数として用いることにより、実際の多重波伝搬環境における高精度なアンテナ特性評価を行うことができる。したがって、計算機による高精度なアンテナ特性評価システムとして有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１のアンテナ特性評価システムにおけるアンテナ指向性解析部と幾何光学的電波伝搬特性解析部の統合を示すブロック図
【図２】図１に示す幾何光学的電波伝搬特性解析部が行う電波伝搬特性解析の前処理の流れを示すフローチャート
【図３】図１に示す幾何光学的電波伝搬特性解析部が行う電波伝搬特性解析の後処理の流れを示すフローチャート
【図４】図２のフローチャートで示される前処理によって記憶装置に記憶されるデータ構成を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における電波伝搬特性解析の計算を行うためのコンピュータシステムの構成図
【図６】本発明の実施の形態２における電波伝搬特性解析の計算を行うためのコンピュータシステムの構成図
【図７】図６の記憶装置が行う電波伝搬特性の解析処理を機能的に示したブロック図
【図８】本発明の実施の形態２における電波伝搬特性解析の後処理Ａの流れを示すフローチャート
【図９】図８に示す電波伝搬特性解析の後処理Ａによって記憶装置に記憶されるデータ構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態２における電波伝搬特性解析の後処理Ｂの流れを示すフローチャート
【符号の説明】
【００５１】
１  アンテナ特性評価システム
１１  アンテナ指向性解析部
１２  アンテナ複素指向性
１３  記憶装置
１４  幾何光学的電波伝搬特性解析部
３０  前処理
３１  後処理
４１  全光線の方程式
４２  全光線の進行角度
４３  全光線の偏波方程式
４４  全光線の反射面番号
４５  全光線の壁面番号
５１  制御装置
５２  表示装置
５３  印刷装置
５４  入力装置
５５  記憶媒体
６１  アンテナ特性測定装置
６２  被測定アンテナ
６３  受信アンテナ（又は送信アンテナ）
７１  電波伝搬モデル
８０  データ
８１  到達光線の方程式
８２  到達光線の進行角度
８３  到達光線の偏波方程式
８４  到達光線の伝搬距離
【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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