(57)【要約】【課題】既存の評価環境を利用してミリ波アンテナの能力を簡易に評価可能とする。【解決手段】送信部は、基本周波数信号を発生する第１発振器３と、第１発振器の出力信号を分配する分配器４と、分配された基本周波数信号を逓倍して局部発振信号を生成する第１逓倍器５と、第２周波数信号を発生する第２発振器７と、局部発振信号と第２周波数信号を混合する第１混合器６とを備え、第１混合器の出力信号に基づくＲＦ出力信号を、既知の特性を有する送信アンテナ１から放射させる。受信部は、分配された基本周波数信号を逓倍して局部発振信号を生成する第２逓倍器１２と、受信アンテナ２である被測定アンテナにより受信されたＲＦ受信信号と局部発振信号を混合する第２混合器１１と、第２混合器により低域に変換された第２周波数信号のレベルを検出するレベル検出器１４とを備える。レベル検出器による検出出力に基づいて被測定アンテナの特性を評価する。【選択図】図１Ａ
2012007997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知の利得特性を有するアンテナあるいは被測定アンテナを用いた送信アンテナに送信信号を供給して所定のミリ波帯の電磁波を放射させる送信部と、受信アンテナとして配置された被測定アンテナあるいは既知の利得特性を有するアンテナにより前記送信アンテナから放射された電磁波を受信した受信信号レベルを検出する受信部とを備え、前記受信信号レベルに基づいて前記被測定アンテナの特性を評価するように構成されたミリ波アンテナ評価装置において、
前記送信部は、第１周波数の基本周波数信号を発生する第１発振器と、前記第１発振器の出力信号を分配する分配器と、前記分配器の一方の分配信号である前記基本周波数信号を逓倍して送信用局部発振信号を生成する第１逓倍器と、第２周波数信号を発生する第２発振器と、前記送信用局部発振信号と前記第２周波数信号を混合する第１混合器とを備え、前記第１混合器の出力信号に基づくＲＦ出力信号を前記送信アンテナから放射させ、
前記受信部は、前記分配器の他方の分配信号である前記基本周波数信号を逓倍して受信用局部発振信号を生成する第２逓倍器と、前記受信アンテナにより受信されたＲＦ受信信号と前記受信用局部発振信号を混合する第２混合器と、前記第２混合器での混合により前記ＲＦ受信信号から低域に変換された前記第２周波数信号のレベルを検出するレベル検出器とを備え、
前記レベル検出器による検出出力に基づいて前記被測定アンテナの特性を評価することを特徴とするミリ波アンテナ評価装置。
【請求項２】
既知の利得特性を有するアンテナあるいは被測定アンテナを用いた送信アンテナに送信信号を供給して所定のミリ波帯の電磁波を放射させる送信部と、受信アンテナとして配置された被測定アンテナあるいは既知の利得特性を有するアンテナにより前記送信アンテナから放射された電磁波を受信した受信信号レベルを検出する受信部とを備え、前記受信信号レベルに基づいて前記被測定アンテナの特性を評価するように構成されたミリ波アンテナ評価装置において、
前記送信部は、第１周波数の基本周波数信号を発生する第１発振器と、前記基本周波数信号を逓倍して送信用局部発振信号を生成する第１逓倍器と、第２周波数信号を発生する第２発振器と、前記送信用局部発振信号と前記第２周波数信号を混合する第１混合器とを備え、前記第１混合器の出力信号に基づくＲＦ出力信号を前記送信アンテナから放射させ、
前記受信部は、前記第１発振器から供給される基準信号により駆動されて前記基本周波数信号を発生する第３発振器と、前記第３発振器が発生する前記基本周波数信号を逓倍して受信用局部発振信号を生成する第２逓倍器と、前記受信アンテナにより受信されたＲＦ受信信号と前記受信用局部発振信号を混合する第２混合器と、前記第２混合器での混合により前記ＲＦ受信信号から低域に変換された前記第２周波数信号のレベルを検出するレベル検出器とを備え、
前記レベル検出器による検出出力に基づいて前記被測定アンテナの特性を評価することを特徴とするミリ波アンテナ評価装置。
【請求項３】
前記第１逓倍器の逓倍次数は５以下である請求項１または２に記載のミリ波アンテナ評価装置。
【請求項４】
前記第２周波数は、前記第１周波数の５０％以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のミリ波アンテナ評価装置。
【請求項５】
前記第１混合器はイメージ抑圧型混合器構成を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のミリ波アンテナ評価装置。
【請求項６】
前記第２混合器の出力信号から前記第２周波数信号を抽出するためのフィルタが、前記第２混合器と前記レベル検出器の間に設置された請求項１〜５のいずれか１項に記載のミリ波アンテナ評価装置。
【請求項７】
前記第１逓倍器の後段に、所定の逓倍信号以外の信号を除去するためフィルタが設置された請求項１〜６のいずれか１項に記載のミリ波アンテナ評価装置。
【請求項８】
既知の特性を有する送信アンテナに送信信号を供給して所定のミリ波帯の電磁波を放射させ、受信アンテナとして配置された被測定アンテナにより前記送信アンテナから放射された電磁波を受信した受信信号レベルを検出し、前記受信信号レベルに基づいて前記被測定アンテナの特性を評価するミリ波アンテナ評価方法において、
第１周波数の基本周波数信号を発生し、前記基本周波数信号を逓倍して送信用局部発振信号を生成するとともに、第２周波数信号を発生し、前記送信用局部発振信号と前記第２周波数信号を混合することによりＲＦ出力信号を生成して前記送信アンテナから放射させ、
前記基本周波数信号を逓倍して受信用局部発振信号を生成するとともに、前記受信アンテナにより受信されたＲＦ受信信号と前記受信用局部発振信号を混合することにより前記ＲＦ受信信号から低域に変換された前記第２周波数信号のレベルを検出し、
検出された前記第２周波数信号のレベルに基づいて前記被測定アンテナの特性を評価することを特徴とするミリ波アンテナ評価方法。
【請求項９】
前記送信用局部発振信号を生成するための逓倍次数を５以下に設定する請求項８に記載のミリ波アンテナ評価方法。
【請求項１０】
前記第２周波数を、前記第１周波数の５０％以下とする請求項８に記載のミリ波アンテナ評価方法。
【請求項１１】
アンテナ評価のための測定を行う前に、既知のアンテナ特性を有するアンテナを受信部の被測定アンテナとして配置して測定を行い、得られた測定値を用いてアンテナ測定系の校正を行う請求項８に記載のアンテナ評価方法。
【請求項１２】
前記校正を、前記第１周波数を変化させながら実施する請求項１１に記載のアンテナ評価方法。
【請求項１３】
前記校正を、前記第２周波数を変化させながら実施する請求項８に記載のアンテナ評価方法。
【請求項１４】
前記受信アンテナである被測定アンテナの向きを変えながら送受信を行い、前記被測定アンテナの指向性利得を評価する請求項８に記載のアンテナ評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安価な構成によりミリ波アンテナの特性を評価可能なミリ波アンテナ評価装置、及びミリ波アンテナ評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波は、大容量伝送ができる電磁波として、国際的な割り当てが決められている。大気中における吸収が大きいため、近距離通信あるいは室内通信を主とする応用検討がなされている。ミリ波は業務用に開発されてきた経緯があるが、民生用途としても、高画質テレビ信号伝送が具体的に進められている。ミリ波アンテナは、そのようなミリ波通信の基幹要素の一つであり、民生用途に適した製品開発への期待は大きい。
【０００３】
ミリ波は業務用に開発されてきたため、従来の周辺部品は、アンテナも含め高価である。民生用途として工業的に安価に提供するため、ミリ波アンテナについても、その製造方法に成形手法を用いる等、種々の提案がなされている。一方、作製されたミリ波アンテナを評価する必要があり、適切に評価ができなければ、部品としてのミリ波アンテナの商品化はできない。このような、ミリ波アンテナの特性を測定・評価する技術を確立することが求められている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ミリ波アンテナを評価するために、２次元電界の振幅分布及び位相分布を不要波の仮想的な波源位置にフィールド変換して、その２次元電界の振幅分布及び位相分布に含まれる不要波成分を計算し、その２次元電界の振幅分布及び位相分布から不要波成分を除去する方法が開示されている。これにより、測定距離を可変する駆動装置を設けることなく、短時間に高精度な測定を行うことができる、とされている。
【０００５】
また、特許文献２には、被測定アンテナから放射される放射電力の主ピークが検知される位置に受信プローブを設置して、被測定アンテナの開口面と平行な平面上で、被測定アンテナから放射される最大放射電力を測定又は推定する方法が開示されている。これにより、測定システムの小型化が実現でき、また、測定時間短縮が可能になる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５３９０６号公報
【特許文献２】特開２００６−２７５９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ミリ波領域は従来の電波応用に比べ高周波であるがために、ミリ波を評価する環境は非常に高価である。従来のアンテナ評価手段では、ミリ波アンテナであればミリ波を発生するネットワークアナライザと電波暗室が欠かせない。特に遠方界特性を評価しようとすると電波暗室も大きな空間が必要であり、大きな投資が必要であった。
【０００８】
しかし、特許文献１や特許文献２に記載されたミリ波アンテナの評価技術は、評価に用いる装置を安価に構成することに関連したものではない。すなわち、送信側あるいは受信側に配置された被測定ミリ波アンテナを介して受信されるミリ波受信信号レベルを検出するために、ミリ波信号のレベルが直接測定される。そのため、ミリ波領域での信号処理を伴う高価な測定装置が必要である。
【０００９】
そこで本発明は、既存の普及している評価環境を利用し比較的安価な構成によりミリ波アンテナの能力を評価可能なミリ波アンテナ評価装置、及びミリ波アンテナ評価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】
【００１０】
本発明のミリ波アンテナ評価装置は、基本構成として、既知の利得特性を有するアンテナあるいは被測定アンテナを用いた送信アンテナに送信信号を供給して所定のミリ波帯の電磁波を放射させる送信部と、受信アンテナとして配置された被測定アンテナあるいは既知の利得特性を有するアンテナにより前記送信アンテナから放射された電磁波を受信した受信信号レベルを検出する受信部とを備え、前記受信信号レベルに基づいて前記被測定アンテナの特性を評価するように構成される。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第１の構成のミリ波アンテナ評価装置では、前記送信部は、第１周波数の基本周波数信号を発生する第１発振器と、前記第１発振器の出力信号を分配する分配器と、前記分配器の一方の分配信号である前記基本周波数信号を逓倍して送信用局部発振信号を生成する第１逓倍器と、第２周波数信号を発生する第２発振器と、前記送信用局部発振信号と前記第２周波数信号を混合する第１混合器とを備え、前記第１混合器の出力信号に基づくＲＦ出力信号を前記送信アンテナから放射させ、前記受信部は、前記分配器の他方の分配信号である前記基本周波数信号を逓倍して受信用局部発振信号を生成する第２逓倍器と、前記受信アンテナにより受信されたＲＦ受信信号と前記受信用局部発振信号を混合する第２混合器と、前記第２混合器での混合により前記ＲＦ受信信号から低域に変換された前記第２周波数信号のレベルを検出するレベル検出器とを備え、前記レベル検出器による検出出力に基づいて前記被測定アンテナの特性を評価することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の第２の構成のミリ波アンテナ評価装置では、前記送信部は、第１周波数の基本周波数信号を発生する第１発振器と、前記基本周波数信号を逓倍して送信用局部発振信号を生成する第１逓倍器と、第２周波数信号を発生する第２発振器と、前記送信用局部発振信号と前記第２周波数信号を混合する第１混合器とを備え、前記第１混合器の出力信号に基づくＲＦ出力信号を前記送信アンテナから放射させ、前記受信部は、前記第１発振器から供給される基準信号により駆動されて前記基本周波数信号を発生する第３発振器と、前記第３発振器が発生する前記基本周波数信号を逓倍して受信用局部発振信号を生成する第２逓倍器と、前記受信アンテナにより受信されたＲＦ受信信号と前記受信用局部発振信号を混合する第２混合器と、前記第２混合器での混合により前記ＲＦ受信信号から低域に変換された前記第２周波数信号のレベルを検出するレベル検出器とを備え、前記レベル検出器による検出出力に基づいて前記被測定アンテナの特性を評価することを特徴とする。
【００１３】
本発明のミリ波アンテナ評価方法は、既知の特性を有する送信アンテナに送信信号を供給して所定のミリ波帯の電磁波を放射させ、受信アンテナとして配置された被測定アンテナにより前記送信アンテナから放射された電磁波を受信した受信信号レベルを検出し、前記受信信号レベルに基づいて前記被測定アンテナの特性を評価する方法であって、第１周波数の基本周波数信号を発生し、前記基本周波数信号を逓倍して送信用局部発振信号を生成するとともに、第２周波数信号を発生し、前記送信用局部発振信号と前記第２周波数信号を混合することによりＲＦ出力信号を生成して前記送信アンテナから放射させ、前記基本周波数信号を逓倍して受信用局部発振信号を生成するとともに、前記受信アンテナにより受信されたＲＦ受信信号と前記受信用局部発振信号を混合することにより前記ＲＦ受信信号から低域に変換された前記第２周波数信号のレベルを検出し、検出された前記第２周波数信号のレベルに基づいて前記被測定アンテナの特性を評価することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成によれば、ミリ波領域に比べると低周波域である第２周波数信号のレベルを検出すればよいので、ミリ波アンテナの特性を簡易に評価可能である。ミリ波を発生しなければミリ波アンテナの特性を測定することはできないが、受信信号の測定はミリ波の情報を含む信号を検出することで代替可能である。上記構成により、ノイズが少なくダイナミックレンジのある純度の良いミリ波信号を用いて、正確な検出を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明の一実施の形態におけるミリ波アンテナ評価装置の構成を示すブロック図
【図１Ｂ】同ミリ波アンテナ評価装置の一部を変更した構成例を示すブロック図
【図２】同ミリ波アンテナ評価装置における混入スプリアスの状況を説明する表
【図３】同ミリ波アンテナ評価装置における混入スプリアスの状況を説明する図
【図４】同ミリ波アンテナ評価装置の動作状態を説明する図
【図５】同ミリ波アンテナ評価装置の動作状態の要部を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上述の本発明の第１の構成のミリ波アンテナ評価装置は、分配器の一方の分配信号である基本周波数信号は送信部の第１逓倍器に供給され、分配器の他方の分配信号である基本周波数信号は受信部の第２逓倍器に供給される構成とすることにより、以下のような効果が得られる。すなわち、第２周波数信号には局部発振信号の情報も含まれている。そのため、局部発振信号が不定な状態は、雑音を増やすことになる。従って受信部では、送信部で使用した局部発振信号と同一の信号を用いることが望ましい。しかし局部発振信号はミリ波である。ミリ波を精密に扱うことは困難であるため、この構成のように、局部発振信号の源泉である逓倍前の基本周波数信号を送信部と受信部で共有することで、問題を解決できる。
【００１７】
また、第２の構成のミリ波アンテナ評価装置は、受信部が、第１発振器から供給される基準信号により駆動されて基本周波数信号を発生する第３発振器と、第３発振器が発生する基本周波数信号を逓倍して受信用局部発振信号を生成する第２逓倍器とを備えることにより、以下のような効果が得られる。すなわち、基本周波数信号の共有は、間接的なものでも効果があり、この構成のように、基本周波数信号の基準信号を共有してＰＬＬにより発生させた信号は、位相情報を含めた共有が可能である。
【００１８】
本発明のミリ波アンテナ評価装置は、上記構成を基本として、以下のような態様を採ることができる。
【００１９】
すなわち、前記第１逓倍器の逓倍次数は５以下であることが好ましい。ミリ波を純度良く発生させるために効果的である。逓倍次数が大き過ぎると、その高次逓倍周波数どうしの間隔が狭くなるため、測定対象周波数以外の周波数を取り除くことが困難になるが、逓倍前の基本周波数を、局部発振周波数の１／５以上（逓倍次数が５以下）に設定することにより、測定に不要なスプリアス成分を抑制することができる。
【００２０】
また、前記第２周波数は、前記第１周波数の５０％以下であることが好ましい。それにより、スプリアス周波数成分と変換後の出力周波数成分とを弁別し易くなる。
【００２１】
また、前記第１混合器はイメージ抑圧型混合器構成を有することが好ましい。それにより、必ずしも測定に必要ではないイメージ成分を抑圧することができる。
【００２２】
また、同様の理由で、前記第２混合器の出力信号から前記第２周波数信号を抽出するためのフィルタが、前記第２混合器と前記レベル検出器の間に設置されることが好ましい。
【００２３】
また、前記第１逓倍器の後段に、所定の逓倍信号以外の信号を除去するためフィルタが設置されることが好ましい。第１混合器の出力信号には、局部発振信号を作る際に逓倍した次数より一次数小さい次数の逓倍周波数と一次数大きい次数の逓倍周波数成分が漏れこむ。これらの漏れ込み信号を取り除くため、逓倍出力信号をフィルタに通すことが効果的である。
【００２４】
本発明のミリ波アンテナ評価方法は、上記構成を基本として、以下のような態様を採ることができる。
【００２５】
すなわち、前記送信用局部発振信号を生成するための逓倍次数を５以下に設定することが好ましい。
【００２６】
また、前記第２周波数を、前記第１周波数の５０％以下とすることが好ましい。
【００２７】
また、アンテナ評価のための測定を行う前に、既知のアンテナ特性を有するアンテナを受信部の被測定アンテナとして配置して測定を行い、得られた測定値を用いてアンテナ測定系の校正を行う構成とすることができる。
【００２８】
また、前記校正を、前記第１周波数を変化させながら実施する構成とすることができる。
【００２９】
また、前記校正を、前記第２周波数を変化させながら実施する構成とすることができる。
【００３０】
また、前記受信アンテナである被測定アンテナの向きを変えながら送受信を行い、前記被測定アンテナの指向性利得を評価する構成とすることができる。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態におけるミリ波アンテナ評価方法及びミリ波アンテナ評価装置について、図面を参照して説明する。
【００３２】
（実施の形態）
図１Ａは、本発明の一実施の形態におけるミリ波アンテナ評価装置のブロック図である。図の左側が送信部であり、送信アンテナ１として、特性が既知の標準アンテナ（例えばホーンアンテナ）が配置されている。図１Ａの右側が受信部であり、受信アンテナ２として、被評価アンテナが配置されている。
【００３３】
送信部は、第１周波数（ｆ１）の基本周波数信号を発生する第１シンセサイザ３を有する。その出力信号は分配器４で２分配され、一方で送信部の第１逓倍器５に供給される。第１逓倍器５で逓倍された信号は局部発振信号として第１混合器６に供給される。分配器４の他方の出力は、受信部の第２逓倍器１２に基本周波数信号として供給される。
【００３４】
送信部はまた、第２周波数（ｆ２）の第２周波数信号を発生する第２シンセサイザ７を有する。第２シンセサイザ７からの第２周波数信号は、評価系のレベル調整をするためのアッテネータ（ＡＴＴ）８を介して、第１混合器６に供給される。従って第１混合器６の出力としては、局部発振周波数と第２周波数信号の和信号および差信号が出力される。第１混合器６の出力信号は、増幅器９により増幅されて送信アンテナ１に供給される。第１混合器６の出力のレベルを高めるために増幅器９を使用するが、使用しなくても機能的に問題は無い。増幅すれば信号強度が高まるため、ＳＮ比を改善できる効果がある。
【００３５】
増幅されたミリ波信号は、送信アンテナ１（例えばホーンアンテナ）から放射される。ホーンアンテナは使用周波数範囲が広く動作する。各周波数のアンテナ利得は既知である。なお、第１逓倍器５と第１混合器６の間、第１混合器６と増幅器９の間、増幅器９と送信アンテナ１の間は、導波管１５により接続されている。
【００３６】
ここで第２周波数信号（ｆ２）と基本周波数信号（ｆ１）は、第１混合器６の出力のスプリアス関係を予め計算して、相互干渉を起こさない周波数関係に設定される。混合された信号としては、基本周波数信号（ｆ１）が逓倍された局部発振信号と第２周波数信号（ｆ２）の、和信号および差信号が出力されるので、できるだけ歪みを起こさないように処理しなければならない。
【００３７】
受信部では、送信アンテナ１と相当の距離を隔てて受信アンテナ２を対向させる。一般的な遠方界評価が成立する条件に従い、一実施例においては、例えば、６０ＧＨｚ帯で１．５ｍ離して設置した。このときの被測定アンテナは６０φである。
【００３８】
受信アンテナ２からの受信信号は、ＳＮ比を稼ぐための増幅器１０を介して第２混合器１１に入力される。なお増幅器１０は必ずしも必要としないが、必要に応じて挿入することが望ましい。第２混合器１１に接続された第２逓倍器１２には、第１シンセサイザ３の出力を２分配した一方の基本周波数信号が入力されている。この信号に関しては送信部と同様である。受信したミリ波信号は、第２混合器１１で第２周波数信号に変換（ダウンコンバート）される。第２混合器１１から出力される第２周波数信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３を経由してレベル検出器（パワーセンサ）１４に供給されて、信号レベルが検出される。
【００３９】
以上の構成のミリ波アンテナ評価装置では、第２周波数信号は受信したミリ波信号の特性を維持しているので、この第２周波数信号を評価すれば、ミリ波信号を評価したことと等価である。アンテナ利得を測定するためには、ミリ波受信信号レベルを検出する必要がある。直接、ミリ波信号レベルを検出することが望ましいが、ミリ波信号レベルを直接測定できる測定装置は高価である。そのため上記構成のように、ミリ波受信信号からミリ波情報を含んだ第２周波数信号へと変換して測定する。このように、ミリ波を直接測定しなくても、ミリ波信号レベルを評価することは可能であり、第２周波数帯域の信号レベルを測定するための装置であれば、安価に構成可能である。
【００４０】
第１逓倍器５及び第２逓倍器１２に供給される信号は、共に同一の信号源（第１シンセサイザ３）から分配されるため、位相は揃っている。これと同等の位相が揃った効果をもたらす為には、分配器４を使用せず、位相同期したシンセサイザを２台使用することも可能である。
【００４１】
すなわち図１Ｂに示すように、図１Ａの構成から分配器４を削除し、位相同期を取るための基準信号を第１シンセサイザ３から供給する。受信側には第３シンセサイザ１６が設けられ、第１シンセサイザ３からの基準信号が供給される。第３シンセサイザ１６は基準信号で駆動されることにより、第１シンセサイザ３が発生する基本周波数信号と位相同期の取れた基本周波数信号を発生して第２逓倍器１２に供給する。
【００４２】
受信アンテナ２からのＲＦ受信信号から第２混合器１１で低域に変換された第２周波数信号には、前述した各種のスプリアス信号を含むため、第２周波数帯域を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３を経由してレベル検出器（パワーセンサ）１４に供給される。ここで、パワーセンサは広帯域で高周波信号レベルを検出するため、測定対象以外の周波数成分が混入すると誤った測定をしてしまうことに注意を要する。
【００４３】
また、検出すべき第２周波数は第２シンセサイザ７の周波数（ｆ２）と同じであり、第１シンセサイザ３の基本周波数信号（ｆ１）を変化させても変動しない。そのため、ミリ波の周波数特性を測定するために第１シンセサイザ３で周波数スキャンしても、検出側の第２周波数は変動することは無い。従ってフィルタのような周波数依存性のあるデバイスを用いても安定した測定ができる。
【００４４】
図２は、（ａ）に示す複数の第２周波数（ｆ２）の各々に関し、（ｂ）に示す特定のＲＦ出力周波数（５７．２４ＧＨｚ）を生成したときの混入スプリアスを計算して、ＲＦ出力周波数との周波数差を計算した結果を示す（ｈ）。この周波数差は、ダウンコンバートされたときの第２周波数（ｆ２）と混入スプリアスの周波数差に相当する。
【００４５】
図２において（ｃ）のＬｏｃａｌ逓倍数は、局部発振信号を生成するための第１逓倍器の逓倍次数である。（ｄ）の基本周波数は、第２周波数の各々に対する逓倍前の周波数値を示す。（ｅ）の＋１次逓倍次数は、Ｌｏｃａｌ逓倍数の一次高次の逓倍次数が５次であることを示す。（ｇ）の（５次逓倍周波数−ＩＦ）は、基本周波数を５倍した周波数から第２周波数を減じた周波数を示す。すなわち、５次逓倍の局部発振周波数に対するイメージ信号の周波数を示す。（ｈ）のＲＦ出力周波数との周波数差は、５次の局部発振周波数に対するイメージ信号と、第２周波数との差分周波数を求めたものである。
【００４６】
ここで第２周波数が５ＧＨｚ程度以上に高くなると、５次逓倍の局部発振周波数に対するイメージ信号と第２周波数との差周波数は、極めて小さくなることが判る。第２周波数が６ＧＨｚを超えると、４次逓倍の局部発振周波数に対するプラス側変換周波数と、５次逓倍の局部発振周波数に対するマイナス側変換周波数が交差し、第２周波数帯域内での分離ができなくなる。これに対して、分離可能な範囲の第２周波数帯を検討して、動作可能な範囲として設定することができる。そのようなスペクトラムの発生状況を、図３に示す。
【００４７】
図３は、横軸が周波数を、縦軸が信号レベルを表す。第１逓倍器で発生した局部発振信号を第２周波数信号と混合した状態では、図に示すように、４次逓倍信号のプラス側とマイナス側に変換された混合信号と同様のスペクトラムが各逓倍信号（２Ｘ、３Ｘ、４Ｘ、５Ｘ、６Ｘ）のスペクトラムの前後に現れる。
【００４８】
必要なのは４次逓倍信号の混合信号に寄与する成分だけであるので、本来はそれ以外の周波数成分を取り除くことが必要であるが、バンドパスフィルタのような固定された周波数フィルタを用いると使用帯域を制限してしまう。イメージ成分もイメージ抑圧型混合器を用いれば比較的容易に分離・除去できるが、構成が複雑になり簡単には採用できない。そのため第２周波数としては、混合周波数の和と差周波数分の信号が同時に観測される。つまり特定の周波数での評価はできずに、２箇所の評価結果の平均という形での評価になる。すなわち、評価周波数の幅（第２周波数の２倍）の範囲での特性が評価されることになる。
【００４９】
第２周波数が高いと評価周波数の幅が広くなり、測定の周波数上の分解能が悪くなる。一方、第２周波数を小さくすると第２周波数の２倍の幅が小さくなり、測定周波数としての観測範囲が狭まることになる。混合器の動作可能な第２周波数範囲は決まっているので、安定した動作周波数範囲でできるだけ小さな周波数を選定することが望ましい。
【００５０】
図４は、図３の一部を詳細に示し、４次逓倍信号を中心として、両側の各次（３次及び５次）逓倍信号に対して第２周波数信号が混合された結果の信号を表したものである。ここで、隣接する逓倍次数の信号と混合されたＲＦ出力信号は、第２周波数の大きさによっては、評価に使用する周波数と隣接する逓倍次数の混合信号が近接し、分別できなくなる。すなわち、マイナス側の検出第２周波数と３次のプラス側変換信号との周波数差、プラス側の検出第２周波数と５次のマイナス側変換信号との周波数差が小さくなるため、４次逓倍信号の混合信号を検出することが困難になる。このような状態を回避して、検出信号と混入スプリアスの周波数差を確保するために、適切な第２周波数の設定が必要であり、少なくとも、第２周波数は、第１周波数の５０％以下であることが望ましい。
【００５１】
図５は、第２混合器１１でダウンコンバートされた第２周波数を検出したスペクトラムを示す。４次逓倍の局部発振周波数に対するプラス側変換周波数（ｆ２）と、５次逓倍の局部発振周波数に対するマイナス側変換周波数（ｆ１−ｆ２）が含まれる。図には、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）特性が重ねて示される。ＬＰＦ特性により、検出障害となる周波数成分を、周波数軸上で弁別し排除して、精度の高い測定結果が得られる。
【００５２】
ミリ波を純度良く発生させるためには、逓倍次数が大き過ぎると、問題がある。逓倍次数を大きくするということは逓倍前の基本周波数が小さいということであるが、その高次逓倍周波数間隔が狭くなるため、アンテナを評価するために特定の周波数のみをアンテナに入力したいとする要求にとって厳しい状態になる。すなわち、測定対象周波数以外の周波数を取り除けないため測定に誤差を生じる。このように、ミリ波を発生させる際に生じる高次高調波が問題になる場合が多い。そのためできるだけ逓倍前の基本周波数を高く設定することが望ましい。局部発振周波数スプリアスの影響を排除するには、逓倍前の基本周波数は、局部発振周波数の１／５以上（逓倍次数は５以下）に設定すること望ましい。
【００５３】
上述の構成において、第１逓倍器５の後段に、所定の逓倍信号以外の信号を除去するためフィルタを設置すると効果的である。第１混合器６の出力としては、第２周波数と局部発振周波数との和信号周波数と差信号周波数が発生するが、更に、局部発振信号を作る際に逓倍した次数の一次低次周波数と一次高次周波数が漏れこむ。この漏れこみを無くすためには、逓倍後の信号をフィルタにより濾波することが効果的である。理想的にはバンドパスフィルタにより、目的とする逓倍次数の局部発振信号だけを取り出すことが望ましいが、充分な周波数間隔があれば省略することもできる。逓倍した次数の一次低次周波数と一次高次周波数に対する第２周波数の和及び差信号も出力される可能性があり、これらのスプリアス成分を避けて基本周波数の逓倍次数と第２周波数を決定する必要がある。
【００５４】
混合器は和及び差の周波数成分を発生させるが、２個の９０度位相器と０度分配器、２個の混合器を使えばイメージ成分を抑圧する混合器を作ることができる。フィルタを使用せずに目的とする混合信号が得られるため、比較的広帯域に動作する特徴を有する。このイメージ抑圧型混合器は、ミリ波帯で位相器を実現する必要があり、コスト的には厳しいがスプリアスに対する効果は大きい。特性を重視した評価装置には必要な機能となる。
【００５５】
アンテナ利得を検出するために第２周波数信号を利用する場合、イメージ抑圧混合器を使用しないと、第２周波数には局部発振信号周波数の第２周波数分低い周波数領域と高い周波数領域の情報が含まれる。つまり第２周波数の２倍の帯域で測定することになり、周波数領域での分解能が悪い。イメージ抑圧混合器を使えば一点の周波数領域での測定になるが、単なる混合器ではフィルタによる選別がない限り測定範囲は領域として評価することになる。この領域は周波数領域の分解能となるため、できるだけ狭いことが望ましい。つまり第２周波数を小さい値にすることが必要となる。混合器の特性的な問題があるが、周波数領域での分解能を高くするためには、検出できる範囲で低い第２周波数を設定する。
【００５６】
このとき同時に発生する高調波等のスプリアスは、ローパスフィルタやバンドパスフィルタで取り除くことで、純度の高い測定が期待できる。
【００５７】
また、逓倍前の基本周波数信号の周波数を変化させることで、第２周波数信号を変化させずにアンテナの周波数特性を評価できる利点が得られる。
【００５８】
上記構成のアンテナ評価装置を用いて測定を行う際には、測定を行う前に、アンテナ測定系の校正を行うことが望ましい。すなわち、既知のアンテナ特性を有するアンテナを受信部の被測定アンテナとして配置して測定を行い、得られた測定値を用いて校正を行えばよい。また、その際の校正は、基本周波数である第１周波数（ｆ１）あるいは第２周波数（ｆ２）の少なくとも変化させながら実施することができる。また、受信アンテナである被測定アンテナの向きを変えながら送受信を行い、被測定アンテナの指向性利得を評価することもできる。
【００５９】
測定環境として、被測定アンテナおよび送信アンテナの周辺には電波吸収体を設け、乱反射による雑音を避けて被アンテナの角度を振れば、被アンテナの指向性利得を良好な状態で測定することができる。
【００６０】
以上のように、本発明のミリ波アンテナ評価方法及び評価装置は、ミリ波アンテナのアンテナ利得の測定を、第２周波数を用いて実施することを可能とするものである。また、第２周波数をアップコンバータ及びダウンコンバータする際に発生するスプリアス成分の検出を安定化し、不安定な検出動作にならないようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、高価なミリ波測定器を用いなくても、安価な測定装置によりミリ波帯域のアンテナの特性を簡易に評価でき、ミリ波アンテナの量産性に貢献できる。
【符号の説明】
【００６２】
１  送信アンテナ
２  受信アンテナ
３  第１シンセサイザ
４  分配器
５  第１逓倍器
６  第１混合器
７  第２シンセサイザ
８  アッテネータ
９、１０  増幅器
１１  第２混合器
１２  第２逓倍器
１３  ローパスフィルタ
１４  レベル検出器
１５  導波管
１６  第３シンセサイザ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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