JP2002271278A - 相互変調歪測定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属材料間の接触部分で発生される相互変調歪
を、少ない労力で、短時間に、低コストで、しかも正確
に測定できる相互変調歪測定システムを提供する。 【解決手段】それぞれ平坦な誘電体基板の表面に、被測
定対象となる金属材料で形成した接触導体部を有する導
体パターンを設けた平面コンタクト素子を準備し、第１
の平面コンタクト素子を第１の非接触コネクタを介して
相互変調歪測定回路に接続し、第２の平面コンタクト素
子を、その接触導体部が前記第１の平面コンタクト素子
の接触導体部と接触するように第１の平面コンタクト素
子と重ね合わせると共に、第２の平面コンタクト素子を
第２の非接触コネクタを介してダミーロードに接続し
て、第１および第２の平面コンタクト素子の導体パター
ンの接触導体部の接触に基づく相互変調歪を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属材料間の接触個所
において発生する相互変調歪を、簡単かつ正確に測定す
る技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種通信システムにおいては、周波数の
異なる２つの信号の干渉による相互変調歪の問題があ
る。例えば移動体通信の基地局で利用されているアンテ
ナは送信と受信に兼用されており、送信周波数と受信周
波数とは相違しているので、これらの間での相互変調歪
が問題となり、相互変調歪によるノイズが受信帯域を干
渉し、通信不能となる場合もある。従来、このような移
動体通信システムにおいては、増幅器などの能動回路に
おける相互変調歪の抑止については種々の研究がなされ
ており、相当の成果が上げられている。しかしながら、
受動回路部分において発生する相互変調歪については有
効な対策が採られていない。この受動回路部分として
は、金属材料同士の接触面、例えばコネクタ、アンテ
ナ、アンテナ取付金具などのアンテナ周辺部材などが考
えられる。

【０００３】 図１は、移動体通信システムの基地局に
おけるアンテナ周辺の相互変調歪の発生箇所を示すもの
である。基地局のタワー１１には送信アンテナ１２と受
信アンテナ１３とが設置されており、これらのアンテナ
の内部には、多数のアンテナ素子を配列したアンテナ素
子列１４が設けられ、これらのアンテナ素子は、ビーム
を所定の方向に指向させるためのビーム制御装置１５を
介してアンテナ入出力端子１６に接続されている。図２
は、アンテナ素子列１４の素子としてプリントダイポー
ルアンテナを用いた場合の例であり、プリント基板１７
のアンテナ素子１８が所定のパターンにしたがって形成
され、プリント基板１７とほぼ直交するように２つの反
射板１９が設けられ、これらのプリント基板１７および
反射板１９は円筒状のカバー２０の内部に配置されてい
る。このような構成においては、アンテナ素子列１４の
給電回路とビーム制御装置１５との接続箇所、ビーム制
御装置１５の内部における導体接続箇所、アンテナ入出
力端子１６と同軸ケーブル１７との接続箇所、アンテナ
１２、１３をタワー１１に取り付ける金具、２つの反射
板１９の接触箇所などにおいて相互変調歪が発生する。

【０００４】 上述した移動体通信システムの基地局に
おけるアンテナ周辺での相互変調歪の発生箇所を調べる
と、金属材料と金属材料との接触界面が存在しているこ
とが分かる。従来、このような金属の接触界面における
相互変調歪は余り問題とはならなかったが、周波数の高
周波化、信号電界の微弱化などが進むにつれて金属の接
触界面の非線形特性による相互変調歪ノイズの影響が問
題となってきている。

【０００５】 特に携帯電話の基地局では、送受信にア
ンテナを共通に使用しており、さらにこれらのアンテナ
が隣接して複数設置されることもあるので、上述した金
属材料同士の接触面で発生する相互変調歪ノイズが重要
な問題となってきている。特に携帯電話の基地局では、
送信電力に比べて受信電力は小さくなっており、受信信
号電界がきわめて微弱となり、相互変調歪ノイズの影響
が相対的に大きくなり、受信帯域に相互変調歪ノイズが
入ると受信不能となる恐れがある。

【０００６】

【発明が解決すべき課題】上述したような金属材料間の
接触界面において発生する相互変調歪を抑止する方法と
しては、先ず第１に接触界面をなくすことが考えられ
る。しかし、実際に携帯電話の基地局を建設する際に、
金属材料間の接触をなくすには限界があり、実際的では
ない。また、同種金属材料間でも接触部分の表面状態の
差によって相互変調歪が発生するので、導体部分を同じ
金属材料で形成しても相互変調歪をなくすことはできな
い。

【０００７】 次の解決策としては、接触面積を大きく
すると共に接触圧力を高くして電流密度を低減すること
が考えられる。しかしながら、基地局自体の小形、軽量
化が求められているので、金属材料間の接触面積を広く
するにも限界があり、実用的な解決策とはならない。例
えば同軸ケーブルとの接続には同軸コネクタが使用され
ているが、この同軸コネクタとしては相互変調歪の発生
が少ないDINコネクタが一般に使用されているが、サイ
ズが大きく、小形化が要求されている。

【０００８】 第３の解決手段として、金属材料間の接
触部分の表面状態を改良して相互変調歪の発生を抑える
ことが考えられる。例えば、下地金属、メッキ材料、表
面の粗さなどを最適化することによって、接触面積や接
触圧力を過度に大きくしなくとも相互変調歪の発生を有
効の抑制することができると予想される。

【０００９】 しかしながら、このように金属材料間の
接触部分の表面状態を改良するには、下地金属の種類、
メッキ材料の種類、膜圧、表面の粗さなどの幾つものパ
ラメータを種々に変えて多数の同軸コネクタを試作し、
それらを用いて相互変調歪を測定しなければならず、試
作のために多大の労力、時間およびコストがかかってい
る。また、同軸コネクタの加工精度のばらつきや脱着に
よる特性劣化などの不確定要素が多く、相互変調歪の正
確な測定が困難となる問題がある。

【００１０】 さらに同軸コネクタを用いる場合には、
コネクタと同軸ケーブルとの間をハンダ付けする必要が
あり、その作業も面倒であると共に、個々の同軸コネク
タのハンダ付けの状態は一様とはならないので、この接
触部分での相互変調歪の発生状況が測定に大きく影響
し、コネクタ同士での接触箇所で発生する本来測定した
い相互変調歪のみを正確に測定できないという問題もあ
る。

【００１１】 したがって本発明の目的は、金属材料間
の接触部分で発生される相互変調歪を、少ない労力で、
短時間に、低コストで、しかも正確に測定することがで
きる相互変調歪測定システムを提供しようとするもので
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による相互変調歪
測定システムは、それぞれ平坦な誘電体基板の一方の表
面に金属材料より成る接触導体部、接続導体部およびこ
れら接触導体部と接続導体部との間を連結する中継導体
部を有する導体パターンを形成し、他方の表面に地板を
形成した複数の平面コンタクト素子を準備し、第１の平
面コンタクト素子の接続導体部を第１の非接触コネクタ
を介して相互変調歪測定回路に接続し、第２の平面コン
タクト素子を、その接触導体部が前記第１の平面コンタ
クト素子の導体パターンの接触導体部と接触するように
第１の平面コンタクト素子と重ね合わせると共に、第２
の平面コンタクト素子の導体パターンの接続導体部を第
２の非接触コネクタを介してダミーロードに接続して、
第１および第２の平面コンタクト素子の導体パターンの
接触導体部の接触に基づく相互変調歪を測定することを
特徴とするものである。

【００１３】 このような本発明による相互変調歪測定
システムにおいては、平坦な誘電体基板の表面に、被測
定対象となる金属材料で導体パターンを形成した平面コ
ンタクト素子を用いるが、この平面コンタクト素子は、
例えばプリント配線基板を利用して製作することがで
き、したがって、サンプル製作に要する労力、時間、コ
ストが著しく低減されることになると共に、加工精度の
ばらつきが少なくなると共に、着脱による特性劣化も生
じないので相互変調歪測定精度が向上する。さらに、こ
の平面コンタクト素子を相互変調歪測定回路およびダミ
ーロードに接続する際には非接触コネクタを用いるの
で、従来のようなハンダ付け作業が不要になると共に、
ハンダ付けの状態の変動による測定誤差が混入すること
がなくなり、相互変調歪をきわめて正確に測定すること
ができる。

【００１４】 このような本発明による相互変調歪測定
システムを実施するに際しては、前記第１および第２の
非接触コンタクトは、インピーダンス５０Ωの同軸ケー
ブルを介して相互変調歪測定回路およびダミーロードに
それぞれ接続されるが、前記平面コンタクト素子の接触
導体部をこの５０Ωの抵抗と整合させるように形成する
と、その幅が数ミリ以下と狭くなるが、測定精度を考慮
するとこの幅は５ミリ以上とするのが好ましい。しかし
ながら、このように形成すると、接触導体部のインピー
ダンスは小さくなり、５０Ωの同軸インピーダンスと整
合しなくなってしまう。そこで本発明による平面コンタ
クト素子の好適実施例においては、接触導体部の幅を広
くし、接触導体部と接続導体部とを連結する中継導体部
に、幅を広くした接触導体部のインピーダンスと接続導
体部のインピーダンスとを整合させるためのインピーダ
ンス変成部を形成する。

【００１５】 さらに、本発明による相互変調歪測定シ
ステムを実施する際には、前記非接触コネクタを、前記
平面コンタクト素子の厚さにほぼ等しい空間をおいて互
いに平行に配置した第１および第２の平坦な誘電体基板
と、これら第１および第２の誘電体基板によって挟まれ
た第３の誘電体基板と、前記第１の誘電体基板の外側表
面に、平面コンタクト素子を第１および第２の誘電体基
板の間の空間に、その先端が前記第３の誘電体基板の先
端から所定の距離だけ離間するように挿入されるとき
に、その接続導体部の延在方向と整列して延在するよう
に形成された導体ストリップと、前記第２の誘電体基板
の外側表面全体に形成された導体膜と、前記第３の誘電
体基板の、前記第１の誘電体基板と対向する表面に、第
１の誘電体基板の外側表面に形成された導体ストリップ
の延在方向と整列して延在するように形成された導体ス
トリップと、第３の誘電体基板の反対側表面全体に形成
された導電膜とを以て構成するのが好適である。

【００１６】

【発明の実施の形態】図３は本発明による相互変調歪測
定システム全体の構成を示すブロック図である。相互変
調歪を測定すべき金属材料間の接触部を構成する第１お
よび第２平面コンタクト素子を含む測定ユニット２１
を、第１の非接触コネクタ２２を経てデュープレクサ２
３に接続すると共に第２の非接触コネクタ２４を介して
ダミーロード２５に接続する。本例では、このダミーロ
ード２５としては長さ５０ｍのセミリジッド同軸ケーブ
ルを用いている。

【００１７】 デュープレクサ２３を電力結合器２６に
接続し、この電力結合器を第１および第２波源２７およ
び２８に接続する。これら第１および第２波源２７およ
び２８は、それぞれｆ_１、ｆ_２の周波数の標準信号発生
器２９、３０および電力増幅器３１、３２で構成する。
さらに、デュープレクサ２３を、相互変調歪成分を取り
出す帯域通過フィルタ３３、ローノイズアンプ３４およ
びスペクトラムアナライザ３５を有する相互変調歪測定
回路３６に接続する。

【００１８】 図４は、第１および第２の平面コンタク
ト素子を含む測定ユニット２１と、第１および第２の非
接触コネクタ２２、２４の詳細な構成を示す斜視図であ
る。第１および第２の平面コンタクト素子４１および４
２の構成はほぼ同じであるので、第１の非接触コネクタ
２２を介してデュープレクサ２３に接続される第１の平
面コンタクト素子４１について説明する。第１の平面コ
ンタクト素子４１はプリント基板により構成されてい
る。例えば、トリテトラフルオロエチレン（商品名：テ
フロン）や比誘電率が約2.6の誘電体材料で形成された
誘電体基板４３ａの平坦な表面の一方には、接触導体部
４４ａと、接続導体部４５ａと、これらの接触導体部お
よび接続導体部との間を連結する中継導体部４６ａとを
含む導体パターンが形成され、他方の表面全面には金属
膜より成る地板４７ａが形成されている。

【００１９】 第２の平面コンタクト素子４２も同様に
形成されており、対応する部分は同じ符号にｂを添えて
表してある。相互変調歪の測定に際してはこれら第１お
よび第２平面コンタクト素子４１および４２の接触導体
部４４aおよび４４ｂを互いに所定の圧力で接触させる
ように重ね合わせることによって、これらの接触導体部
の表面状態および接触圧力による相互変調歪の発生状況
を測定することができる。

【００２０】 本発明においては、相互変調歪を測定す
べき金属材料間の接触を、平坦なプリント基板より成る
第１および第２平面コンタクト素子４１および４２を接
触させることにより実現しているので、従来のように複
雑な同軸コネクタを試作して測定する必要はない。した
がって、測定サンプルを、簡単に短時間で安価に試作す
ることができる。また、測定サンプル製作の精度も向上
し、そのばらつきが相互変調歪の測定精度に与える影響
もきわめて小さくなり、正確な測定が可能となる。

【００２１】 さらに、本発明においては第１の平面コ
ンタクト素子４１をデュプレクサ２３を介して第１およ
び第２の波源２７および２８、相互変調歪測定回路３６
に接続し、第２の平面コンタクト素子４２をダミーロー
ド２５に接続するのに、第１および第２の非接触コネク
タ２２および２４を用い、測定サンプルを相互変調歪測
定回路やダミーロードに接続する作業を簡単とすると共
に、これらの接触箇所において相互変調歪が発生しない
ようにしている。

【００２２】 図５ａは、第１の非接触コネクタ２２の
詳細な構成を示す斜視図であり、図５ｂはその一部分を
拡大して示す断面図である。第２の非接触コネクタ２４
の構成もほぼ同様であるので、第１の非接触コネクタ２
２の構成について説明する。非接触コネクタ２２は、前
記平面コンタクト素子４１の厚さにほぼ等しい空間をお
いて互いに平行に配置した第１および第２の平坦な誘電
体基板５１aおよび５２ａと、これら第１および第２の
誘電体基板の間に挟持された第３の誘電体基板５３aと
を有している。この場合、第３の誘電体基板５３ａは、
その先端が第１および第２誘電体基板５１ａ、５２ａの
中間位置よりもやや手前まで挿入されている。これら第
１〜第３の誘電体基板５１a、５２ａおよび５３aは、例
えば比誘電率が2.0〜3.0の誘電体材料で形成することが
できる。

【００２３】 平面コンタクト素子４１は、非接触コネ
クタ２２の第１および第２の誘電体基板５１ａおよび５
２ａの間の空間に、その先端がこれらの誘電体基板の中
間位置のやや手前まで挿入されるように構成する。した
がって、平面コンタクト素子４１が挿入されたときは、
その先端は前記第３の誘電体基板５３ａの先端から所定
の距離ｄ_１だけ離間するようになる。この離間距離ｄ_１
は、例えば約１ｍｍとすることができる。また、第１お
よび第２の誘電体基板５１ａおよび５２ａの長さｄ
_２は、本例では156ｍｍである。

【００２４】 前記第１の誘電体基板５１ａの外側表面
には、平面コンタクト素子４１を挿入したときに、その
接続導体部４５ａの延在方向と整列して延在するように
導体ストリップ５４ａを形成する。また、前記第２の誘
電体基板５２ａの外側表面の全体には導体膜５５ａを形
成する。さらに、前記第３の誘電体基板５３ａの、前記
第１の誘電体基板５１ａと対向する表面には、第１の誘
電体基板の外側表面に形成された導体ストリップ５４ａ
の延在方向と整列して延在するように導体ストリップ５
６ａを形成し、裏面全体には導体膜５７ａを形成する。

【００２５】 また、第１の非接触コネクタ２２は、同
軸ケーブル６１を介してデュープレクサ２３に接続する
が、図５ｂに示すように、第３の誘電体基板５３ａの一
方の表面に形成した導電ストリップ５６ａを同軸ケーブ
ル６１の芯線６２にはんだ６４により接続し、他方の表
面に形成した導体膜５７ａを同軸ケーブルのシールド６
３にはんだ６５により接続する。このように非接触コネ
クタ２２と同軸ケーブル６１との間は直接接続されてい
るが、測定サンプルである平面コンタクト素子４１、４
２を交換する場合でもこの接続はそのままで良いので、
この接続状態による相互変調歪測定への影響はない。第
２の非接触コネクタ２４の構成も上述したところとほぼ
同様であり、図４においては、対応する部分には同じ符
号にｂを添えて示してある。ただし、第１の非接触コネ
クタ２２の第１の誘電体基板５１ａの一方の表面に形成
した導電ストリップ５４ａにはスタブが形成されていな
いが、第２の非接触コネクタ２４の第１の誘電体基板５
１ｂの一方の表面に形成した導電ストリップ５４ｂには
スタブ５４ｃ（図４参照）が形成されている点が相違し
ている。

【００２６】 図６は上述した非接触コネクタ２２の入
力特性を示すものであり、0.84GHz〜0.99GHzの比帯域17
％の広い周波数領域における反射損は-20dB以下であ
る。また、挿入損失も0.2dB以下と小さいものである。
したがって、例えば送信周波数を862MHzおよび887MHzと
し、937MHzに発生する５次の相互変調歪を測定する場合
にも有効に利用することができる。ここで、３次、７次
等の他の次数の相関変調歪も測定も可能であることは言
うまでもない。

【００２７】 本発明では、接触導体部の金属材料や表
面状態を種々に変えた平面コンタクト素子をプリント配
線基板を利用して製作しておき、これらの中から選択し
た２つの平面コンタクト素子４１、４２を図４に示すよ
うにそれらの接触導体部４４ａ、４４ｂが互いに接触す
るように重ね合わせ、さらにそのときの接触圧力を調整
可能とする。さらにこれらの平面コンタクト素子４１、
４２を、それぞれ非接触コネクタ２２および２４の第１
および第２の誘電体基板５１ａ、５２ａの間に挿入する
ことによって相互変調歪測定回路３６およびダミーロー
ド２５にそれぞれ接続して、相互変調歪の測定を行うこ
とができる。

【００２８】 この場合、平面コンタクト素子４１、４
２と測定回路およびダミーロード２５との間は従来のよ
うにハンダ付けにより接続する必要がないので、接続作
業はきわめて簡単になると共に、ハンダ付けの状態の変
動による測定誤差がなくなり、相互変調歪をきわめて正
確に測定することができる。

【００２９】 本発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、幾多の変更や変形が可能である。例えば、
上述した実施例では、平面コンタクト素子の接触導体部
の幅を広くすることによるインピーダンスの不整合をな
くすために中継導体部にインピーダンス変成部を設けた
が、接触導体部の幅を５０Ωとする場合には、このよう
なインピーダンス変成部を設ける必要はない。さらに、
非接触コネクタの構成も上述した実施例に限定されるも
のではなく、平板状の平面コンタクト素子を非接触で測
定回路やダミーロードへ着脱自在に接続できるものであ
ればどのような構成のものでもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】移動体通信の基地局における相互変調歪発生箇
所を示す線図である。

【図２】同じくそのアンテナでの相互変調歪発生箇所を
示す線図である。

【図３】本発明による相互変調歪測定システムの全体の
構成を示すブロック図である。

【図４】同じくその平面コンタクト素子の詳細な構成を
示す斜視図である。

【図５】ａおよびｂは、同じくその非接触コネクタの詳
細な構成を示す斜視図および断面図である。

【図６】非接触コネクタの入力特性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

２１ 測定ユニット、 ２２、２４ 非接触コネクタ、
２３ デュープレクサ、 ２５ ダミーロード、 ２
６ 電力結合器、 ２７、２８ 波源、２９、３０ 標
準信号発生器、 ３１、３２ 電力増幅器、 ３３ 帯
域通過フィルタ、３４ ローノイズアンプ、 ３５ ス
ペクトラムアナライザ、 ３６ 相互変調歪測定回路、
４１、４２ 第１、第２の平面コンタクト素子、 ４
３ａ，４３ｂ 誘電体基板、 ４４ａ，４４ｂ 接触導
体部、 ４５ａ、４５ｂ 接続導体部、 ４６ａ、４６
ｂ 中継導体部、 ４７ａ、４７ｂ 地板、 ５１ａ、
５２ａ、５３ａ 第１〜第３の誘電体基板、 ５４ａ、
５６ａ 導体ストリップ、５５ａ、５７ａ 導体膜、
６１ 同軸ケーブル

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J046 AA03 AB07 TA03 5K042 AA06 CA02 CA13 CA23 DA03 DA14

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ平坦な誘電体基板の一方の表面
   に金属材料より成る接触導体部、接続導体部およびこれ
   ら接触導体部と接続導体部との間を連結する中継導体部
   を有する導体パターンを形成し、他方の表面に地板を形
   成した複数の平面コンタクト素子を準備し、第１の平面
   コンタクト素子の接続導体部を第１の非接触コネクタを
   介して相互変調歪測定回路に接続し、第２の平面コンタ
   クト素子を、その接触導体部が前記第１の平面コンタク
   ト素子の導体パターンの接触導体部と接触するように第
   １の平面コンタクト素子と重ね合わせると共に、第２の
   平面コンタクト素子の導体パターンの接続導体部を第２
   の非接触コネクタを介してダミーロードに接続して、第
   １および第２の平面コンタクト素子の導体パターンの接
   触導体部の接触に基づく相互変調歪を測定することを特
   徴とする相互変調歪測定システム。
2. 【請求項２】 前記平面コンタクト素子をプリント配線
   基板を用いて製作することを特徴とする請求項１に記載
   の相互変調歪測定システム。
3. 【請求項３】 前記平面コンタクト素子の導体パターン
   の接触導体部の幅を広くし、接触導体部と接続導体部と
   を連結する中継導体部に、幅を広くした接触導体部のイ
   ンピーダンスと接続導体部のインピーダンスとを整合さ
   せるためのインピーダンス変成部を形成したことを特徴
   とする請求項１または２に記載の相互変調歪測定システ
   ム。
4. 【請求項４】 前記非接触コンタクトを、前記平面コン
   タクト素子の厚さにほぼ等しい空間をおいて互いに平行
   に配置した第１および第２の平坦な誘電体基板と、これ
   ら第１および第２の誘電体基板によって挟まれた第３の
   誘電体基板と、前記第１の誘電体基板の外側表面に、平
   面コンタクト素子を第１および第２の誘電体基板の間の
   空間に、その先端が前記第３の誘電体基板の先端から所
   定の距離だけ離間するように挿入されるときに、その接
   続導体部の延在方向と整列して延在するように形成され
   た導体ストリップと、前記第２の誘電体基板の外側表面
   全体に形成された導体膜と、前記第３の誘電体基板の、
   前記第１の誘電体基板と対向する表面に、第１の誘電体
   基板の外側表面に形成された導体ストリップの延在方向
   と整列して延在するように形成された導体ストリップ
   と、第３の誘電体基板の反対側表面全体に形成された導
   電膜とを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか
   に記載の相互変調歪測定システム。