(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定アンテナと走査面の第１の距離において測定された振幅分布、及び初期値の位相分布を、前記被測定アンテナと走査面の第２の距離にフィールド変換する第１のステップと、
前記第２の距離にフィールド変換された振幅分布及び位相分布から、振幅分布のみを前記第２の距離で測定された振幅分布におきかえ、前記第２の距離で測定された振幅分布、及び前記第２の距離にフィールド変換された位相分布を、前記第１の距離にフィールド変換する第２のステップと、
前記第１の距離にフィールド変換された振幅分布及び位相分布から、振幅分布のみを前記第１の距離で測定された振幅分布におきかえ、前記第１の距離で測定された振幅分布、及び前記第１の距離にフィールド変換された位相分布を、前記被測定アンテナと走査面の距離が０となる開口分布にフィールド変換する第３のステップと、
前記距離が０となる開口分布にフィールド変換された振幅分布及び位相分布から、その位相分布において前記被測定アンテナの開口の中央部に相当する部分の位相分布を用いて収差解析を行なう第４のステップと、
前記第４のステップにおいて収差解析された位相分布を用いて、前記被測定アンテナの開口の中央部以外のデータを外挿して補正された位相分布を得る第５のステップと、
前記第３のステップで得られた前記距離が０となる開口分布にフィールド変換された振幅分布、及び前記第５のステップで得られた補正された位相分布を、前記第１の距離にフィールド変換する第６のステップと、
前記第１の距離にフィールド変換された振幅分布と実際に測定された振幅分布の差が小さい場合は終了し、それ以外の場合には前記第２のステップに戻る第７のステップと
を含むことを特徴とするアンテナの測定方法。
【請求項２】
前記補正された位相分布の代わりに、前記被測定アンテナの開口の中央部は前記距離が０となる開口分布にフィールド変換された位相分布とし、それ以外の領域を収差解析によって得られた位相で外挿したものを第２の補正された位相分布として用いる
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナの測定方法。
【請求項３】
前記収差解析を行なう開口位相分布の範囲を、前記被測定アンテナの開口半径の０．８倍とする
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナの測定方法。
【請求項４】
前記初期値の位相分布に計算値を用いた
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナの測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば高周波数帯で使用される反射鏡アンテナ等のアンテナの測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
サブミリ波などの高周波数で用いられるアンテナは、放射特性等のアンテナ特性を測定するには、遠方界測定においては、その使用される波長が短いために、十分なダイナミックレンジが確保できないという問題がある。
【０００３】
その問題を解決するために、電波暗室内において、アンテナの開口の近傍の電界の振幅、位相分布を測定することにより、そのアンテナの開口分布を測定し、その開口分布を用いて演算により放射特性を得る「近傍界測定法」がある。
【０００４】
しかしながら、この近傍界測定法は、位相を測定することが必要であり、サブミリ波の場合、測定器の誤差、ケーブルの温度変化、設置アライメント誤差により、その位相分布を測定することが困難であった。
【０００５】
この問題を解決するために、異なる２面の振幅分布を測定し、それらを用いて数値計算により位相分布を推定する「フェーズレトリーバル法」がある。
【０００６】
従来のアンテナ測定装置について図面を参照しながら説明する。図５は、例えば『O．M．Bucci et．Al．”Far-field pattern determination from the near-field amplitude on two surfaces”,IEEE Trans．on Antennas and propagat．Vol．38,No.11．Nov．1990』に示された従来のアンテナ測定装置の概略構成を示す図である。
【０００７】
図５において、１は反射鏡アンテナなどの被測定アンテナ、２はプローブ、３はｘｙスキャナ、４は受信器、５は演算処理器、６は回転台、７はＺ軸レール、８は送信器である。
【０００８】
つぎに、従来のアンテナ測定装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図６は、従来のフェーズレトリーバルによる位相推定アルゴリズムを示すフローチャートである。また、図７は、実際に１０ｃｍ開口径の反射鏡アンテナの開口位相分布推定結果を示す図である。
【００１０】
図７において、横軸は反射鏡アンテナの開口径（ｍｍ）であり、太線間が開口部、縦軸は位相（ｄｅｇ．）を示す。また、折れ線グラフの実線は、推定された位相分布、破線は実際の位相分布をそれぞれ表す。
【００１１】
振幅分布のみの測定は、位相分布に比べ高精度な測定を必要としない。図５に示すように、被測定アンテナ（反射鏡アンテナ等）１の開口上に電波の放射される方向をｚ軸とするＯ−ｘｙｚ座標系を定義し、異なるｚ＝Ｒ１、Ｒ２の面上の振幅分布のみを測定する。これらの振幅分布を用いて、図６に示すアルゴリズムによって位相を推定する。
【００１２】
ステップ２０１〜２０２において、初期値としてｚ＝Ｒ１において測定された振幅分布と適当な位相分布を用いて、ｚ＝Ｒ２にフィールド変換する。
【００１３】
次に、ステップ２０３〜２０６において、ｚ＝Ｒ２にフィールド変換された振幅、位相分布から、振幅分布のみをｚ＝Ｒ２で測定された振幅分布におきかえ、ｚ＝Ｒ１にフィールド変換を行う。
【００１４】
次に、ステップ２０７〜２１０において、ｚ＝Ｒ１にフィールド変換された振幅、位相分布から、振幅分布のみをｚ＝Ｒ１で測定された振幅分布におきかえ、再びｚ＝Ｒ２にフィールド変換を行う。
【００１５】
そして、ステップ２１１において、ｚ＝Ｒ２においてフィールド変換された振幅分布と、実際に測定された振幅分布の差が十分小さい場合（収束の場合）には終了、それ以外の場合はステップ２０３に戻る。
【００１６】
上記の繰り返し演算を行い、終了時のそれぞれｚ＝Ｒ１、ｚ＝Ｒ２における位相分布が推定された位相分布となる。なお、ある面での電界の振幅、位相分布が存在する場合には、それを任意の位置にフィールド変換できることは言うまでもない。よって、推定された位相分布ならびに測定値の振幅分布を用いて、被測定アンテナ１の開口分布、ならびに放射パターン等の諸特性を計算することができる。
【００１７】
なお、被測定アンテナ１の振幅分布の近傍界測定には、異なる２面の振幅分布を測定できる場合には、例えば、プローブ２をｘｙ平面走査可能なｘｙスキャナ３を用いた平面走査近傍界測定装置、もしくは上下に走査可能なプローブ２と１軸回転可能な回転台６を用いた円筒走査近傍界測定装置、もしくは２軸回転可能な回転台を用いた球面近傍界測定装置を用いて測定することができる。
【００１８】
一例として、図７に示すように、１０ｃｍ開口径の反射鏡アンテナの振幅分布を測定し、その振幅分布を用いて上記のフェーズレトリーバル法を適用した結果を示す。測定周波数は９０ＧＨｚである。同図より、アンテナ開口の中心部分の位相分布はよく推定できているが、開口端部では誤差が大きいことがわかる。
【００１９】
この原因として、開口端部ではその振幅分布が急激に変化し、その不連続によって上記推定アルゴリズムの集束特性が劣化するためである。
【００２０】
一方、開口の位相分布を解析するために収差解析を行なうことがある。従来、このような「収差解析法」として、例えば『宮原、出口、蛭子井、石田、“Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式による可動ビームアンテナの放射特性解析法”、信学全大Ｂ−１００、１９８９』に示されたものがある。図８は、この文献に示されたアンテナ開口面（ｚ軸方向）及び座標系である。
【００２１】
あるアンテナの開口の位相分布をＰ(ｔ，φ)とする。ここで規格化された半径をｔ＝ｒ／Ｒと表し、φは周方向の角度を表す。このとき、開口位相分布を以下のようにＺｅｒｎｉｋｅ多項式を用いて展開する。
【００２２】
【数１】
0004849426.tif 000002
ここで、上記Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式において、ｍ、ｎは、それぞれ周方向及び半径方向の変化を示す値である。また、δmn、φmn、Ｒmn(ｔ)は、それぞれモードｍ、ｎに対するモード係数、リファレンス角、および半径方向の変化を表す。開口位相分布は、モード係数δmnを求めることにより、上記の数式で一意に決定することができる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来のアンテナの測定方法では、図７に示すように、開口端部での振幅分布の不連続により、開口端部での位相分布の収束が劣化する場合があるという問題点があった。
【００２４】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、開口端部での位相分布の推定精度を改善することができるアンテナの測定方法を得ることを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るアンテナの測定方法は、被測定アンテナと走査面の第１の距離において測定された振幅分布、及び初期値の位相分布を、前記被測定アンテナと走査面の第２の距離にフィールド変換する第１のステップと、前記第２の距離にフィールド変換された振幅分布及び位相分布から、振幅分布のみを前記第２の距離で測定された振幅分布におきかえ、前記第２の距離で測定された振幅分布、及び前記第２の距離にフィールド変換された位相分布を、前記第１の距離にフィールド変換する第２のステップと、前記第１の距離にフィールド変換された振幅分布及び位相分布から、振幅分布のみを前記第１の距離で測定された振幅分布におきかえ、前記第１の距離で測定された振幅分布、及び前記第１の距離にフィールド変換された位相分布を、前記被測定アンテナと走査面の距離が０となる開口分布にフィールド変換する第３のステップと、前記距離が０となる開口分布にフィールド変換された振幅分布及び位相分布から、その位相分布において前記被測定アンテナの開口の中央部に相当する部分の位相分布を用いて収差解析を行なう第４のステップと、前記第４のステップにおいて収差解析された位相分布を用いて、前記被測定アンテナの開口の中央部以外のデータを外挿して補正された位相分布を得る第５のステップと、前記第３のステップで得られた前記距離が０となる開口分布にフィールド変換された振幅分布、及び前記第５のステップで得られた補正された位相分布を、前記第１の距離にフィールド変換する第６のステップと、前記第１の距離にフィールド変換された振幅分布と実際に測定された振幅分布の差が小さい場合は終了し、それ以外の場合には前記第２のステップに戻る第７のステップとを含むものである。
【００２７】
この発明の請求項２に係るアンテナの測定方法は、前記補正された位相分布の代わりに、前記被測定アンテナの開口の中央部は前記距離が０となる開口分布にフィールド変換された位相分布とし、それ以外の領域を収差解析によって得られた位相で外挿したものを第２の補正された位相分布として用いるものである。
【００２８】
この発明の請求項３に係るアンテナの測定方法は、前記収差解析を行なう開口位相分布の範囲を、前記被測定アンテナの開口半径の０．８倍とするものである。
【００２９】
この発明の請求項４に係るアンテナの測定方法は、前記初期値の位相分布に計算値を用いたものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアンテナの測定方法について図面を参照しながら説明する。なお、測定装置は、図５に示すものと同様である。
【００３１】
図１は、この発明の実施の形態１に係るアンテナの測定方法である、位相推定アルゴリズムを示すフローチャートである。また、図２は、この発明の実施の形態１に係るアンテナの測定方法において位相の補正を行なう場合の概念を示す図である。さらに、図３は、この発明の実施の形態１に係るアンテナの測定方法を適用した結果を表す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３２】
図２（ａ）において、横軸は開口径（ｔ＝ｒ／Ｒ）、縦軸は位相（ｄｅｇ）を各々示す。また、破線のグラフは、実際の位相分布、実線のグラフは、推定された位相分布をそれぞれ表す。
【００３３】
図２（ｂ）において、横軸は開口径（ｔ＝ｒ／Ｒ）、縦軸は位相（ｄｅｇ）を各々示す。また、破線のグラフは、推定された位相分布、実線のグラフは、開口中央部の推定値を用いて収差解析を行った位相分布をそれぞれ表す。
【００３４】
図３において、横軸は反射鏡アンテナの開口径（ｍｍ）であり、太線間が開口部、縦軸は位相（ｄｅｇ．）を示す。また、折れ線グラフの実線は、推定された位相分布、破線は実際の位相分布をそれぞれ表す。
【００３５】
つぎに、この実施の形態１に係るアンテナの測定方法の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
まず、従来例と同様に、図５に示すような、被測定アンテナ１の開口上に電波の放射される方向をｚ軸とするＯ−ｘｙｚ座標系を定義し、異なるｚ＝ｚ１、ｚ２の面上の振幅分布のみを測定する。
【００３７】
上記の測定された２つの状態の振幅分布を用いて、演算処理器５により、図１に示すように、以下に述べるアルゴリズムで被測定アンテナ１の開口上での位相分布を求める。
【００３８】
最初に、ステップ１０１〜１０２において、ある被測定アンテナ１と走査面の距離ｚ＝ｚ１において測定された振幅分布（Ａ１）と、適当な位相分布（Ｐ０）を用いて、もうひとつの被測定アンテナ１と走査面の距離ｚ＝ｚ２にフィールド変換する。
【００３９】
次に、ステップ１０３〜１０７において、ｚ＝ｚ２にフィールド変換された振幅（Ａ２’）、位相分布（Ｐ２）から、振幅分布のみをｚ＝ｚ２で測定された振幅分布（Ａ２）におきかえ、ｚ＝ｚ１にフィールド変換を行う。
【００４０】
次に、ステップ１０８〜１１２において、ｚ＝ｚ１にフィールド変換された振幅（Ａ１’）、位相分布（Ｐ１）から、振幅分布のみをｚ＝ｚ１で測定された振幅分布（Ａ１）におきかえ、被測定アンテナ１と走査面の距離が０となる開口分布ｚ＝０にフィールド変換を行う。
【００４１】
次に、ステップ１１３〜１１４において、ｚ＝０にフィールド変換された振幅（Ａ０）、位相分布（Ｐ０）から、その位相分布において比較的収束がよく、真の位相分布と一致する被測定アンテナ１の開口の中央部に相当する部分の位相分布のデータを用いて収差解析を行ない、例えばＺｅｒｎｉｋｅ多項式で展開する。図２（ｂ）に示すように、この収差解析によって得られた位相分布（実線）は、開口中央部は推定値とほぼ一致するが、それ以外の領域では、推定値（破線）とは一般的には異なる。
【００４２】
次に、ステップ１１５において、上記ステップ１１３〜１１４で収差解析された位相分布を用いて、アンテナ開口中央部以外のデータを外挿し、補正された位相分布を得る。ｚ＝０にフィールド変換された振幅において、物理的にアンテナの存在する領域外はノイズであり、このステップでこれらのノイズを除去（低い値を代入）した分布を用いる。上記ステップ１１３〜１１４でも述べたが、収差解析による位相分布は、アンテナ開口中央部以外では推定値と一致しない。経験的に比較的よく推定することのできる開口中央部の位相の情報を用いて外挿を行なって補正していることになる。
【００４３】
次に、ステップ１１６において、上記ステップ１１３〜１１４で得られたｚ＝０にフィールド変換された振幅分布（Ａ０）と、上記ステップ１１５で得られた補正された位相分布（ＰＣ）を用いて、ｚ＝ｚ１にフィールド変換を行う。
【００４４】
そして、ステップ１１７において、ｚ＝ｚ１においてフィールド変換された振幅分布と実際に測定された振幅分布の差が十分小さい場合（収束の場合）には終了、それ以外の場合にはステップ１０２に戻る。
【００４５】
なお、ある面での振幅、位相分布が得られた場合には、それらの分布を用いて任意の位置、例えば開口分布にフィールド変換可能なことは言うまでもない。また、収束時の各ステップで得られている位相分布は、各状態での正しく推定された位相分布であることも言うまでもない。
【００４６】
この実施の形態１では、フェーズレトリーバル法が不得手とするアンテナ開口端部の位相推定を、比較的よく推定可能な開口中央部の位相の情報を用いて外挿することにより、収束特性の改善がなされるという効果を有する。
【００４７】
図３には、本実施の形態１を適用した結果の開口位相分布を示す。１０ｃｍ開口径の反射鏡アンテナの振幅分布を測定し、その振幅分布を用いて本実施の形態１を適用した結果である。収差解析を行なう領域を半径４０ｍｍ（規格化された半径でｔ＝０．８）までとしている。図７の従来例と比較すると、開口端部での位相推定精度が改善されていることがわかる。
【００４８】
なお、実際の位相分布が激しく振動しているような場合、収差解析では高次の項の寄与が大きくなる。この場合、外挿の精度は著しく劣化するが、振動する位相の遠方放射界への寄与は主に広角でのサイドローブ特性である。しかしながら、広角特性を、近傍界測定を用いて測定することは本質的に困難であり、激しく振動する位相分布を有するアンテナの測定は、想定しなくともよい。
【００４９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るアンテナの測定方法について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態２に係るアンテナの測定方法を適用した結果を表す図である。
【００５０】
図４（ａ）において、横軸は開口径（ｔ＝ｒ／Ｒ）、縦軸は位相（ｄｅｇ）を各々示す。また、破線のグラフは、実際の位相分布、実線のグラフは、推定された位相分布をそれぞれ表す。
【００５１】
図４（ｂ）において、横軸は開口径（ｔ＝ｒ／Ｒ）、縦軸は位相（ｄｅｇ）を各々示す。また、破線のグラフは、推定された位相分布、実線のグラフは、開口中央部の推定値を用いて収差解析を行った位相分布をそれぞれ表す。
【００５２】
上記の実施の形態１において記載されたアルゴリズムのステップ１１５において、補正された位相分布を、図４（ｂ）に示すように、アンテナ開口中央部は推定された位相分布（破線）を用い、その他の領域は収差解析によって得られた結果の位相分布（実線）を用いて構成する。
【００５３】
この実施の形態２では、上記実施の形態１と同様の効果を得る。また、収差解析の結果とその対象となっている推定された位相分布は収差のモードの打切りなどにより厳密には異なる。よって、アンテナ開口中央部では推定された位相分布を用いることにより、収束特性の改善を図ることができる。
【００５４】
実施の形態３．
上記の実施の形態１及び２において、収差解析の対象となるべきアンテナ開口中央部の領域の具体的な定義を行なっていない。実際には、個々のアンテナの特性に依存するため、個別に対応するべきであるが、反射鏡アンテナの場合には概ねｔ＝０．８程度で位相誤差が大きくなる傾向にある。
【００５５】
実施の形態４．
本発明のアルゴリズムは、その根底の理論が最適法に基づくものであり初期値に依存する。
【００５６】
上記実施の形態１〜３では、その推定アルゴリズムにおいて初期位相分布は適当な分布としているが、計算値を用いることにより、局所解に陥ることを防ぐことができ、収束が早くなるという効果を有する。
【００５８】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係るアンテナの測定方法は、以上説明したとおり、被測定アンテナと走査面の第１の距離において測定された振幅分布、及び初期値の位相分布を、前記被測定アンテナと走査面の第２の距離にフィールド変換する第１のステップと、前記第２の距離にフィールド変換された振幅分布及び位相分布から、振幅分布のみを前記第２の距離で測定された振幅分布におきかえ、前記第２の距離で測定された振幅分布、及び前記第２の距離にフィールド変換された位相分布を、前記第１の距離にフィールド変換する第２のステップと、前記第１の距離にフィールド変換された振幅分布及び位相分布から、振幅分布のみを前記第１の距離で測定された振幅分布におきかえ、前記第１の距離で測定された振幅分布、及び前記第１の距離にフィールド変換された位相分布を、前記被測定アンテナと走査面の距離が０となる開口分布にフィールド変換する第３のステップと、前記距離が０となる開口分布にフィールド変換された振幅分布及び位相分布から、その位相分布において前記被測定アンテナの開口の中央部に相当する部分の位相分布を用いて収差解析を行なう第４のステップと、前記第４のステップにおいて収差解析された位相分布を用いて、前記被測定アンテナの開口の中央部以外のデータを外挿して補正された位相分布を得る第５のステップと、前記第３のステップで得られた前記距離が０となる開口分布にフィールド変換された振幅分布、及び前記第５のステップで得られた補正された位相分布を、前記第１の距離にフィールド変換する第６のステップと、前記第１の距離にフィールド変換された振幅分布と実際に測定された振幅分布の差が小さい場合は終了し、それ以外の場合には前記第２のステップに戻る第７のステップとを含むので、開口端部での位相分布の推定精度を改善することができるという効果を奏する。
【００５９】
この発明の請求項２に係るアンテナの測定方法は、以上説明したとおり、前記補正された位相分布の代わりに、前記被測定アンテナの開口の中央部は前記距離が０となる開口分布にフィールド変換された位相分布とし、それ以外の領域を収差解析によって得られた位相で外挿したものを第２の補正された位相分布として用いるので、収束特性の改善を図ることができるという効果を奏する。
【００６０】
この発明の請求項３に係るアンテナの測定方法は、以上説明したとおり、前記収差解析を行なう開口位相分布の範囲を、前記被測定アンテナの開口半径の０．８倍とするので、開口端部での位相分布の推定精度を改善することができるという効果を奏する。
【００６１】
この発明の請求項４に係るアンテナの測定方法は、以上説明したとおり、前記初期値の位相分布に計算値を用いたので、局所解に陥ることを防ぐことができ、収束が早くなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係るアンテナの測定方法である、位相推定アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図２】  この発明の実施の形態１に係るアンテナの測定方法において位相の補正を行なう場合の概念を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態１に係るアンテナの測定方法を適用した結果を表す図である。
【図４】  この発明の実施の形態２に係るアンテナの測定方法を適用した結果を表す図である。
【図５】  従来のアンテナ測定装置の概略構成を示す図である。
【図６】  従来のフェーズレトリーバルによる位相推定アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図７】  従来方法による、１０ｃｍ開口径の反射鏡アンテナの開口位相分布推定結果を示す図である。
【図８】  従来及びこの発明のアンテナ開口面（ｚ軸方向）及び座標系を示す図である。
【符号の説明】
１  被測定アンテナ、２  プローブ、３  ｘｙスキャナ、４  受信器、５  演算処理器、６  回転台、７  Ｚ軸レール、８  送信器。
【図１】
0004849426.tif 000003
【図２】
0004849426.tif 000004
【図３】
0004849426.tif 000005
【図４】
0004849426.tif 000006
【図５】
0004849426.tif 000007
【図６】
0004849426.tif 000008
【図７】
0004849426.tif 000009
【図８】
0004849426.tif 000010