JP2000002732A - 電波可視化方法及び装置 - Google Patents

電波可視化方法及び装置

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JP2000002732A
JP2000002732A JP10677599A JP10677599A JP2000002732A JP 2000002732 A JP2000002732 A JP 2000002732A JP 10677599 A JP10677599 A JP 10677599A JP 10677599 A JP10677599 A JP 10677599A JP 2000002732 A JP2000002732 A JP 2000002732A
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dimensional
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Hitoshi Kitayoshi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的広い指向性を有するアンテナやアンテ
ナ一体型通信機からの放射指向性を正確に推定できる電
磁波測定装置及びそれらの電磁波放射指向性の評価測定
方法を提供する。 【解決手段】 所定のステップを最小移動単位とする移
動により、立体的な形状を測定するセンサによって観測
対象であるアンテナ一体型通信機の物体形状分布を測定
し記録し及び電磁波の面分布を測定する走査プローブア
ンテナによって検出された信号と被測定物に対して相対
的な位置が変化しない固定プローブアンテナによって検
出された信号との干渉複素データの走査分布を2次元電
界分布または2次元磁界分布として測定し記録する。指
定された線領域及び面領域の複素電流分布を、物体形状
分布と2次元電界分布または2次元磁界分布とから求め
る。物体形状分布と線領域または面領域の複素電流分布
とから指向性を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電磁波測定装置及び
その電磁波放射指向性の評価測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にアンテナから放射される電磁波や
装置自体から放射される電磁波のエネルギーや指向性
は、評価対象となる機器を大型の電波暗室内において、
かつ、充分に離れた位置で電磁波を受信観測する手法を
とっていた。電波暗室を用いるのは外部からの電磁波の
進入を防ぐためと、反射波が測定に与える影響を阻止す
るためである。充分に離れた位置で測定するのは、放射
された電磁波が遠方界になることと、評価対象が受信ア
ンテナに影響して感度が変化する誤差を少なくするため
である。
【0003】しかし、この方法では評価設備が非常に大
型(例えば10m×10m×10m)となるために、ア
ンテナの評価方法として近傍界測定法(手代木扶:「ア
ンテナの近傍界測定」、信学誌、vol.62、no.
10、pp.1145−1153、Oct.1979)
が開発された。近傍界測定法には、(a)平面走査、
(b)円筒面走査、(c)球面走査がある。(b)及び
(c)の方法では、評価対象となる機器の全周を精密に
測定することが極めて難しく、かつ、プローブアンテナ
の補正や近傍界から遠方界の変換に要する演算量が多い
ためにあまり実用になっていない。そこで一般には
(a)の方法が用いられていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来の
(a)平面走査の方法では、開口面アンテナのような比
較的指向性の狭いアンテナにしか適応できない欠点があ
った。その原因は電磁波源を面状に仮定して近傍界から
遠方界の変換を行なうためであった。
【0005】本発明の目的は、比較的広い指向性を有す
るアンテナやアンテナ一体型通信機からの放射指向性を
正確に推定できる電磁波測定装置及びそれらの電磁波放
射指向性の評価測定方法を提供することにある。
【0006】
【発明を解決するための手段】本発明の電磁波測定装置
は、x方向とy方向とz方向と回転方向とに可動なプロ
ーブスキャナと、被測定物に対して相対的な位置が変化
しない固定プローブアンテナと、制御・記録および演算
・表示装置と、干渉測定器と、レベル検出器とから構成
され、プローブスキャナには立体的な形状を測定するセ
ンサと電磁波の面分布を測定する走査プローブアンテナ
とが付属している。
【0007】本発明の電磁波測定装置の電磁波放射指向
性の評価測定方法は、所定のステップを最小移動単位と
する移動により、立体的な形状を測定するセンサによっ
て観測対象であるアンテナ一体型通信機の物体形状分布
を測定し記録し及び電磁波の面分布を測定する走査プロ
ーブアンテナによって検出された信号と被測定物に対し
て相対的な位置が変化しない固定プローブアンテナによ
って検出された信号との干渉複素データの走査分布を2
次元電界分布または2次元磁界分布として測定し記録す
る段階と、物体形状分布と2次元電界分布または2次元
磁界分布とを重ね合わせて画面に表示する段階と、表示
画面に対してアンテナ一体型通信機の線領域と面領域と
を指定する段階と、指定された線領域及び面領域の複素
電流分布を、物体形状分布と2次元電界分布または2次
元磁界分布とから求める段階と、物体形状分布と線領域
または面領域の複素電流分布とから指向性を求める段階
と、求めた指向性を表示する段階とを有する。
【0008】また、指定された線領域及び面領域の複素
電流分布を、物体形状分布と2次元電界分布または2次
元磁界分布とから求める段階において、指定された線領
域及び面領域に対する所定の重み付けを行なってもよ
い。
【0009】本発明の電磁波測定装置は、x方向とy方
向とz方向と回転方向とに可動なプローブスキャナと、
制御・記録および演算・表示装置と、ネットワークアナ
ライザとから構成され、プローブスキャナには立体的な
形状を測定するセンサと電磁波の面分布を測定する走査
プローブアンテナとが付属している。
【0010】本発明の電磁波測定装置の電磁波放射指向
性の評価測定方法は、所定のステップを最小移動単位と
する移動により、立体的な形状を測定するセンサによっ
て観測対象であるアンテナの物体形状分布を測定し記録
し及びネットワークアナライザのRF出力信号を観測対
象であるアンテナに加えそのアンテナから放射される電
磁波を電磁波の面分布を測定する走査プローブアンテナ
で受信してネットワークアナライザのRF入力とするこ
とによって2次元電界分布または2次元磁界分布である
複素伝達特性を測定し記録する段階と、物体形状分布と
複素伝達特性とを重ね合わせて画面に表示する段階と、
表示画面に対してアンテナの線領域を指定する段階と、
指定された線領域の複素電流分布を物体形状分布と複素
伝達特性とから求める段階と、物体形状分布と線領域の
複素電流分布とから指向性を求める段階と、求めた指向
性を表示する段階とを有する。
【0011】従って、本発明の電磁波測定装置又は電磁
波測定装置の電磁波放射指向性の評価測定方法を用い
て、平面走査の極近傍界測定と評価対象となる機器の外
形を正確に測定することによって、比較的広い指向性を
有するアンテナやアンテナ一体型通信機からの放射指向
性を正確に推定できる。
【0012】また、これまで電波暗室等の大型の測定設
備を用いなければ評価できなかった携帯電話機等のアン
テナ一体型通信機における電磁波状態を極めてコンパク
トな測定設備を用いて評価できる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。
【0014】(発明の第1の実施の形態)図1は、本発
明の第1の実施の形態である電磁波測定装置の模式的斜
視図である。本発明の第1の実施の形態の電磁波測定装
置は、x方向可動プローブ1aとy方向可動ステージ1
bとを有するプローブスキャナ1と、制御・記録および
演算・表示装置2と、干渉測定器3と、レベル検出器4
とから構成される。x方向可動プローブ1aにはレーザ
変位計等の立体的な形状を測定するセンサ1cとx方向
可動走査プローブアンテナ1dが付属している。x方向
可動走査プローブアンテナ1dは、φ方向に回転可能で
ある。干渉測定器3は、特開平9−133721号公報
に開示された装置である。
【0015】次に、本発明の第1の実施の形態である電
磁波測定装置の動作について説明する。
【0016】まず、観測対象となるアンテナ一体型通信
機、例えば、携帯電話機5を通話状態にしてy方向可動
ステージ1b上に置く。
【0017】次に、観測対象である携帯電話機5と相対
的な位置関係が変化しない位置(同一のy方向可動ステ
ージ1b上)に固定プローブアンテナ6を置く。
【0018】次に、x方向可動走査プローブアンテナ1
dを用いて観測対象である携帯電話機5の2次元界分布
(電界または磁界の分布)である干渉複素データ分布を
測定する。界分布は方向性を有するため、φ=0°及び
φ=90°の2方向に分離して、それぞれ測定する必要
がある。即ち、
【0019】
【数1】 である。界分布測定時に、例えば、送信電源がTDMA
モード等時間的にON/OFFを繰り返す場合は、レベ
ル検出器4を用いて測定のタイミングの同期をとる。ま
た、平均的なレベル変動を伴う場合は、干渉複素データ
の振幅をレベル検出器4の出力値で補正する。
【0020】上記、界分布測定と同時または別に、観測
対象である携帯電話機5の物体形状分布H(x、y)を
レーザ変位計等の立体的な形状を測定するセンサ1cを
用いて測定する。
【0021】次に、本発明の第1の実施の形態である電
磁波測定装置のデータ処理シーケンスについて図2を用
いて説明する。
【0022】まず、dxyステップを最小移動単位とす
るx方向可動プローブ1aとy方向可動ステージ1bと
の移動により、観測対象である携帯電話機5の物体形状
分布H(x、y)及び2次元界分布である干渉複素デー
タ分布
【0023】
【数2】 を測定し記録する(S1)。
【0024】次に、上記物体形状分布H(x、y)及び
干渉複素データ分布
【0025】
【数3】 を重ね合わせて表示する(S2)(図3及び図4)。図
3及び図4において、 最小移動単位:dxy=3.9mm 測定範囲:25cm×25cm 測定周波数:f=2GHz 観測電波の波長:λ=15cm x方向可動走査プローブアンテナの高さ:h=1.5c
m である。
【0026】次に、上記表示画面に対して線領域(例え
ば携帯電話機5の線状アンテナ部分5a)及び面領域
(例えば携帯電話機5のきょう体部分5b)を指定する
(S3)(図5〜図7)。
【0027】次に、上記指定された線領域及び面領域の
複素電流分布
【0028】
【数4】 を物体形状分布H(x、y)及び干渉複素データ分布
【0029】
【数5】 から求める(S4)。このときx方向可動走査プローブ
アンテナの高さをhとし、測定周波数でのプローブアン
テナ感度をg(f)としたとき、例えば、以下の演算を
行なう。
【0030】線領域では、
【0031】
【数6】 面領域では、
【0032】
【数7】 上記線領域及び面領域以外は、
【0033】
【数8】 とする。上記(1)式でdxy・(h−H(x、y))
2 は、線領域に対する重み付け、上記(2)式で(dx
y)2 ・(h−H(x、y))は、面領域に対する重み
付けを表わす。
【0034】次に、物体形状分布H(x、y)及び線領
域または面領域の複素電流分布
【0035】
【数9】 から指向性を求める(S5)。例えば、λを観測電波の
波長として、水平面内水平成分指向性:
【0036】
【数10】 水平面内垂直成分指向性:
【0037】
【数11】 垂直面内水平成分指向性:
【0038】
【数12】 垂直面内垂直成分指向性:
【0039】
【数13】 が求まる。
【0040】次に、上記求めた各成分の指向性
【0041】
【数14】 を表示する(S6)(図8〜図10)。
【0042】次に、S3に戻り(S7)、別の線や面の
組み合わせ、例えば、きょう体電流が無い場合等のシミ
ュレーションを行なう。
【0043】なお、S4の線領域及び面領域の複素電流
分布
【0044】
【数15】 を物体形状分布H(x、y)及び干渉複素データ分布
【0045】
【数16】 から求める式(1)及び(2)は近似式であって、以下
の方法で精度を上げることもできる。
【0046】任意の領域に仮定された電流分布
【0047】
【数17】 と電圧分布
【0048】
【数18】 の間には
【0049】
【数19】 が成立する。ここで
【0050】
【数20】 は分割された電流素片(プローブアンテナや観測対象)
間の相互インピーダンス及び自己インピーダンス行列で
ある。
【0051】
【数21】 は解析的又は数値積分によって求めることができる(モ
ーメント法:R.F.Harrington、”Fie
ld Computation by Moment
Methods”、IEEE Press、199
3)。従って、仮定した電流分布領域とプローブアンテ
ナ間の正確な複素比例係数を求めて、これを用いること
もできる。
【0052】また、S5では特定の指向性を求める場合
を示したが、任意の方向
【0053】
【数22】 に対する指向性を求めることもできる。
【0054】任意の領域V内に流れる電流分布を
【0055】
【数23】 として、その電流による指向性は単位方向ベクトル
【0056】
【数24】 に対して、ベクトル実効長
【0057】
【数25】 を用いて
【0058】
【数26】 で求められる。ただし、k=2π/λ、Z0 =120
π、r=(x2+y2+z21/2
【0059】
【数27】 である。
【0060】図11は、x方向可動走査プローブアンテ
ナの高さ:h=1.5cmで測定した界分布から求めた
再生高さ:z=60cmにおける電界水平成分の面分布
である。
【0061】図12は、x方向可動走査プローブアンテ
ナの高さ:h=1.5cmで測定した界分布から求めた
再生高さ:z=60cmにおける電界垂直成分の面分布
である。
【0062】なお、本発明の第1の実施の形態において
は、x方向可動プローブ1aとy方向可動ステージ1b
とを有するプローブスキャナ1を用いたが、x方向とy
方向とz方向と回転方向とに可動なプローブスキャナで
あれば本発明を実施することができる。
【0063】(発明の第2の実施の形態)図13は、本
発明の第2の実施の形態である電磁波測定装置の模式的
斜視図である。本発明の第2の実施の形態の電磁波測定
装置は、x方向可動プローブ1aとy方向可動ステージ
1bとを有するプローブスキャナ1と、制御・記録およ
び演算・表示装置2と、ネットワークアナライザ7とか
ら構成される。x方向可動プローブ1aにはレーザ変位
計等の立体的な形状を測定するセンサ1cとx方向可動
走査プローブアンテナ1dが付属している。
【0064】もしも、観測対象が外部入力で動作するよ
うな場合、例えば図13のアンテナの様に、複素伝達特
【0065】
【数28】 の測定にネットワークアナライザ7等を用いてもよい。
【0066】なお、本発明の第2の実施の形態において
は、x方向可動プローブ1aとy方向可動ステージ1b
とを有するプローブスキャナ1を用いたが、x方向とy
方向とz方向と回転方向とに可動なプローブスキャナで
あれば本発明を実施することができる。
【0067】
【発明の効果】以上説明したように本発明には、以下の
効果がある。
【0068】第1の効果は、本発明の電磁波測定装置又
は電磁波測定装置の電磁波放射指向性の評価測定方法を
用いて、平面走査の極近傍界測定と評価対象となる機器
の外形を正確に測定することによって、比較的広い指向
性を有するアンテナやアンテナ一体型通信機からの放射
指向性を正確に推定できることである。
【0069】第2の効果は、これまで電波暗室等の大型
の測定設備を用いなければ評価できなかった携帯電話機
等のアンテナ一体型通信機における電磁波状態を極めて
コンパクトな測定設備を用いて評価できることである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態である電磁波測定装
置の模式的斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態である電磁波測定装
置のデータ処理シーケンスを示す図である。
【図3】携帯電話機の物体形状分布及び2次元界分布で
ある干渉複素データ分布を重ね合わせて表示した図であ
る。
【図4】携帯電話機の物体形状分布及び2次元界分布で
ある干渉複素データ分布を重ね合わせて表示した図であ
る。
【図5】表示画面に対して線領域(例えば携帯電話機の
線状アンテナ部分)及び面領域(例えば携帯電話機のき
ょう体部分)を指定する図である。
【図6】表示画面に対して線領域(例えば携帯電話機の
線状アンテナ部分)のみを指定する図である。
【図7】表示画面に対して面領域(例えば携帯電話機の
きょう体部分)のみを指定する図である。
【図8】表示画面に対して線領域(例えば携帯電話機の
線状アンテナ部分)及び面領域(例えば携帯電話機のき
ょう体部分)を指定した場合の放射指向性レーダチャー
トを示す図である。
【図9】表示画面に対して線領域(例えば携帯電話機の
線状アンテナ部分)のみを指定した場合の放射指向性レ
ーダチャートを示す図である。
【図10】表示画面に対して面領域(例えば携帯電話機
のきょう体部分)のみを指定した場合の放射指向性レー
ダチャートを示す図である。
【図11】x方向可動走査プローブアンテナの高さ:h
=1.5cmで測定した界分布から求めた再生高さ:z
=60cmにおける電界水平成分の面分布を示す図であ
る。
【図12】x方向可動走査プローブアンテナの高さ:h
=1.5cmで測定した界分布から求めた再生高さ:z
=60cmにおける電界垂直成分の面分布を示す図であ
る。
【図13】本発明の第2の実施の形態である電磁波測定
装置の模式的斜視図である。
【符号の説明】
1 プローブスキャナ 1a x方向可動プローブ 1b y方向可動ステージ 1c レーザ変位計等の立体的な形状を測定するセン
サ 1d x方向可動走査プローブアンテナ 2 制御・記録および演算・表示装置 3 干渉測定器 4 レベル検出器 5 携帯電話機 5a アンテナ部分 5b きょう体部分 6 固定プローブアンテナ 7 ネットワークアナライザ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 x方向とy方向とz方向と回転方向とに
    可動なプローブスキャナと、被測定物に対して相対的な
    位置が変化しない固定プローブアンテナと、制御・記録
    および演算・表示装置と、干渉測定器と、レベル検出器
    とから構成され、 前記プローブスキャナには立体的な形状を測定するセン
    サと電磁波の面分布を測定する走査プローブアンテナと
    が付属している電磁波測定装置。
  2. 【請求項2】 所定のステップを最小移動単位とする移
    動により、立体的な形状を測定するセンサによって観測
    対象であるアンテナ一体型通信機の物体形状分布を測定
    し記録し及び電磁波の面分布を測定する走査プローブア
    ンテナによって検出された信号と被測定物に対して相対
    的な位置が変化しない固定プローブアンテナによって検
    出された信号との干渉複素データの走査分布を2次元電
    界分布または2次元磁界分布として測定し記録する段階
    と、 前記物体形状分布と前記2次元電界分布または2次元磁
    界分布とを重ね合わせて画面に表示する段階と、 前記表示画面に対して前記アンテナ一体型通信機の線領
    域と面領域とを指定する段階と、 前記指定された線領域及び面領域の複素電流分布を、前
    記物体形状分布と前記2次元電界分布または2次元磁界
    分布とから求める段階と、 前記物体形状分布と前記線領域または面領域の複素電流
    分布とから指向性を求める段階と、 前記求めた指向性を表示する段階とを有する電磁波測定
    装置の電磁波放射指向性の評価測定方法。
  3. 【請求項3】 前記指定された線領域及び面領域の複素
    電流分布を、前記物体形状分布と2次元電界分布または
    2次元磁界分布とから求める段階において、 前記指定された線領域及び面領域に対する所定の重み付
    けを行なう請求項2に記載の電磁波測定装置の電磁波放
    射指向性の評価測定方法。
  4. 【請求項4】 x方向とy方向とz方向と回転方向とに
    可動なプローブスキャナと、制御・記録および演算・表
    示装置と、ネットワークアナライザとから構成され、 前記プローブスキャナには立体的な形状を測定するセン
    サと電磁波の面分布を測定する走査プローブアンテナと
    が付属している電磁波測定装置。
  5. 【請求項5】 所定のステップを最小移動単位とする移
    動により、立体的な形状を測定するセンサによって観測
    対象であるアンテナの物体形状分布を測定し記録し及び
    ネットワークアナライザのRF出力信号を観測対象であ
    るアンテナに加えそのアンテナから放射される電磁波を
    電磁波の面分布を測定する走査プローブアンテナで受信
    してネットワークアナライザのRF入力とすることによ
    って2次元電界分布または2次元磁界分布である複素伝
    達特性を測定し記録する段階と、 前記物体形状分布と前記複素伝達特性とを重ね合わせて
    画面に表示する段階と、 前記表示画面に対して前記アンテナの線領域を指定する
    段階と、 前記指定された線領域の複素電流分布を、前記物体形状
    分布と前記複素伝達特性とから求める段階と、 前記物体形状分布と前記線領域の複素電流分布とから指
    向性を求める段階と、 前記求めた指向性を表示する段階とを有する電磁波測定
    装置の電磁波放射指向性の評価測定方法。
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