JP2008224506A - アンテナ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電波吸収体に照射される電力密度を制御することができるアンテナ測定装置を得る。
【解決手段】電波暗室内においてアクティブフェーズドアレーアンテナのアンテナパターンを測定するアンテナ測定装置であって、移相器を含む被計測アンテナ６を搭載して回転する回転台４と、前記回転台４を制御する回転台制御部３と、ビームを形成するように前記被計測アンテナ６の移相器を設定するビーム走査処理機２と、前記被計測アンテナ６からパルスＲＦ信号を送受信する試験用送受信機５と、前記回転台制御部３、前記ビーム走査処理機２、及び前記試験用送受信機５を制御して、前記回転台４が計測角度の範囲を回転する間の計測ステップ角度毎に、前記被計測アンテナ６のアンテナパターンを複数個の方向へビーム走査させ、前記被計測アンテナ６のアンテナパターンを測定する制御部１とを設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、電波暗室内において、電波吸収体に照射される電力密度を制御しながらアクティブフェーズドアレーアンテナのアンテナパターンを測定するアンテナ測定装置に関するものである。

従来、電波暗室内でのアンテナ測定装置は、多くの計測メーカーのカタログ等に取り上げられており、その構成に関しては様々である。このような構成の一例として、被計測アンテナを回転台に搭載し、回転台の任意の角度毎に試験用送受信機によりアンテナパターンを測定する構成をしている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２２９９４２号公報

近年、電波吸収体で覆われた電波暗室内でのアンテナパターン測定を目的とした、アンテナ測定が増加する一方、被計測アンテナの出力電力が高出力化する傾向にあって、電波吸収体の許容耐電力を超える電波が電波吸収体に照射されるという可能性がある。

これを防ぐためには、許容耐電力の高い電波暗室を建設することが考えられるが電波吸収特性を考慮して材料を選定するのは困難である。また、被計測アンテナのアクティブフェーズドアレーアンテナが例えばパルス動作の場合、運用状態よりも低いデューティーサイクルでアンテナ測定を実施することが考えられるが、デューティーサイクルの変化が発生し、送受信モジュールの温度変化が発生する。これに伴い透過位相が変化し、運用状態からアンテナパターンの変化が発生するため難しい。このため、運用状態で被計測アンテナを測定する場合であっても、電波吸収体に照射される電波の電力密度を制御できるアンテナ計測装置が必要である。しかしながら、電波吸収体に照射される電力密度を制御可能なアンテナ計測装置は、今までのところ実現化されていない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、電波吸収体に照射される電力密度を制御することができるアンテナ測定装置を得るものである。

この発明に係るアンテナ測定装置は、電波暗室内においてアクティブフェーズドアレーアンテナのアンテナパターンを測定するアンテナ測定装置であって、移相器を含む被計測アンテナを搭載して回転する回転台と、前記回転台を制御する回転台制御部と、ビームを形成するように前記被計測アンテナの移相器を設定するビーム走査処理機と、前記被計測アンテナからパルスＲＦ信号を送受信する試験用送受信機と、前記回転台制御部、前記ビーム走査処理機、及び前記試験用送受信機を制御して、前記回転台が計測角度の範囲を回転する間の計測ステップ角度毎に、前記被計測アンテナのアンテナパターンを複数個の方向へビーム走査させ、前記被計測アンテナのアンテナパターンを測定する制御部とを設けたものである。

この発明に係るアンテナ測定装置は、電波吸収体に照射される電力密度を制御することができるという効果を奏する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアンテナ測定装置について図１から図３までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ測定装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態１では、パルス動作のアクティブフェーズドアレーアンテナの送信を例として示す。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１において、この発明の実施の形態１に係るアンテナ測定装置は、パソコン（ＰＣ）などの制御部１と、ビーム走査処理機２と、回転台制御部３と、アクティブフェーズドアレーアンテナなどの移相器を含む被計測アンテナ６を搭載する回転台４と、受信ＩＦフィルター５ａを含む試験用送受信機５と、受信アンテナ７とが設けられている。

制御部１は、ビーム走査処理機２と、回転台制御部３と、受信ＩＦフィルター５ａの帯域幅を任意に設定できる試験用送受信機５とに接続されている。また、ビーム走査処理機２は、制御部１以外に、回転台制御部３と、試験用送受信機５と、被計測アンテナ６とに接続されている。また、回転台制御部３は、制御部１及びビーム走査処理機２以外に、回転台４に接続されている。また、試験用送受信機５は、制御部１及びビーム走査処理機２以外に、被計測アンテナ６と、受信アンテナ７とに接続されている。

つぎに、この実施の形態１に係る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。図２は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ測定装置の動作を示すシーケンス図である。また、図３は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ測定装置の動作を示すタイミングチャートである。

図１に示すように、被計測アンテナ６から放射されたＲＦ信号は、受信アンテナ７に入射され、試験用送受信機５に入力される。この被計測アンテナ６は、アクティブフェーズドアレーアンテナであり、側面が図示されている。

この図２は、電波暗室内の電波吸収体に照射されるＲＦ信号の電力密度を制御するために、ビームを走査させながらアンテナパターン測定を行う手順を示している。図２を参照して、上記のように構成されたアンテナ測定装置の動作について説明する。

まず、制御部１は、ビーム走査処理機２に対してビーム走査リスト設定のコマンドを送り、計測中にビーム走査を行う方向を示すビーム走査リストを設定する。ここで、ビーム走査リストの中のビーム数Ｎについては、後述する制御部１の処理で説明する。

次に、制御部１は、試験用送受信機５に対してＲＦ信号ＯＮのコマンドを送り、試験用送受信機５内の受信ＩＦフィルター５ａの帯域幅ＢＷ［Ｈｚ］の設定と、任意のパルスＲＦ信号の送信を開始させる。ここで、受信ＩＦフィルター５ａの帯域幅ＢＷ［Ｈｚ］の選定については後述する制御部１の処理で説明する。

次に、制御部１は、回転台制御部３に対して計測角度諸元設定のコマンドを送り、計測角度諸元（計測開始角度（被計測アンテナ６から正面に受信アンテナ７を見た角度を０度とすると、例えば、マイナス９０度）、計測終了角度（例えば、プラス９０度）、計測ステップ角度（例えば、０．１度）、回転速度）を設定後に、回転開始を指示するコマンドを送る。ここで、回転速度については、後述する制御部１の処理で説明する。

次に、回転台制御部３は、回転開始のコマンドをデコードし、被計測アンテナ６を搭載した回転台４を開始させる。

次に、回転台制御部３は、回転台４の角度が、計測開始角度（例えば、マイナス９０度）から計測ステップ角度（例えば、０．１度）毎に、計測角度に到達したことを検知すると、ビーム走査処理機２に計測角度トリガを出力する。

次に、ビーム走査処理機２は、回転台制御部３から計測角度トリガを入力すると、被計測アンテナ６に対して、ビーム走査リストの先頭にあるビームを設定する。

次に、ビーム走査処理機２は、試験用送受信機５に、計測トリガを出力する。

次に、試験用送受信機５は、ビーム走査処理機２から計測トリガを入力すると、被計測アンテナ６から放射されたＲＦ信号を、受信アンテナ７を介して受信することによって、アンテナパターン測定を実施する。測定が完了したら、試験用送受信機５はビーム走査処理機２に計測完了トリガを出力する。

次に、ビーム走査処理機２は、試験用送受信機５から計測完了トリガを入力すると、ビーム走査リストにある全ビームの走査が完了していない場合は、ビーム走査リストの先頭の次にあるビームを設定する。また、試験用送受信機５に計測トリガを出力する。このようにして、ビーム走査リストにある分だけ、被計測アンテナ６のビーム走査設定から試験用送受信機５における測定を繰り返す。

ビーム走査処理機２において、ビーム走査リストにある全ビームの走査が完了した場合は、試験用送受信機５から制御部１に計測データを転送する。計測終了角度（例えば、プラス９０度）に到達していない場合は、上記の動作を計測ステップ角度（例えば、０．１度）毎に行う。計測終了角度に到達した場合は、回転台制御部３から制御部１に終了角度に到達したという制御信号を送信後、制御部１から回転台制御部３に回転停止を指示するコマンドを送る。

次に、回転台制御部３は、回転停止のコマンドをデコードし、回転台４を停止させる。

そして、制御部１は、試験用送受信機５に対してＲＦ信号ＯＦＦのコマンドを送りＲＦ信号の送信を停止させる。

上記のように回転台４が回転する間に、被計測アンテナ６のアンテナパターンをビーム走査リストにあるＮ個の方向へビーム走査することにより、ビーム走査方向を１つとする場合に比べ、電波吸収体に照射されるＲＦ信号の電力密度は、１／Ｎとなり、ビーム数Ｎを変化することにより電力密度を制御することが可能となる。

一方、被計測アンテナ６内の送受信モジュールの移相器のみが変化しているため、デューティーサイクル変化による透過位相変化は発生しない。

ここで、この実施の形態１における、計測角度トリガ周期内の動作について図３を参照しながら説明する。

ビーム走査処理機２は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転台制御部３から周期Ｔ１［ｓｅｃ］の計測角度トリガにより、ビーム＃１を形成するように被計測アンテナ６内の移相器をビーム形成時間Ｔ２［ｓｅｃ］で設定する。

試験用送受信機５は、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ビーム走査処理機２からの計測トリガにより、計測時間Ｔ３［ｓｅｃ］で計測角度トリガの角度におけるビーム＃１のアンテナパターン測定を行う。このビーム走査処理機２から試験用送受信機５の流れをビーム＃２〜ビーム＃Ｎまで実施する。

ビーム＃Ｎの計測終了後は、図３（ｄ）に示すように、試験用送受信機５から制御部１へ計測データをデータ転送時間Ｔ４［ｓｅｃ］で転送する。ここで、ＲＦ信号のパルス幅は、図３（ｅ）に示すように、Ｔ５［ｓｅｃ］である。

つづいて、上記に示した制御部１の処理について説明する。

制御部１には、ビーム形成時間Ｔ２［ｓｅｃ］、試験用送受信機５内の受信ＩＦフィルター５ａの帯域幅ＢＷ［Ｈｚ］、計測時間Ｔ３［ｓｅｃ］の対応した計測時間リスト、及びデータ転送時間Ｔ４［ｓｅｃ］が予めパラメータとして保持されている。

また、制御部１は、被計測アンテナ６の運用条件としてＲＦ信号のパルス幅Ｔ５［ｓｅｃ］、パルスＲＦ信号のデューティーサイクルＤ［％］、さらには被計測アンテナ６のピーク出力電力から求まる電波吸収体に照射される最大の電力密度Ｐｏ［Ｗ／ｃｍ^２］、制御により設定させる電力密度、つまり電波暗室内の電波吸収体の電力密度Ｐｃ［Ｗ／ｃｍ^２］をそれぞれパラメータとして入力する。

最初に、上記のパラメータからビーム数Ｎ、試験用送受信機５内の受信ＩＦフィルター５ａの帯域幅ＢＷ［Ｈｚ］を選定するための計測時間Ｔ３［ｓｅｃ］、回転台４の回転速度を求めるための計測角度トリガＴ１［ｓｅｃ］の計算を示す。

制御により設定させる電力密度Ｐｃ［Ｗ／ｃｍ^２］とするためのビーム数Ｎの計算は、次の式（１）のようになる。

次に、パルス幅Ｔ５［ｓｅｃ］に対して、ビーム形成時間Ｔ２［ｓｅｃ］、計測時間Ｔ３［ｓｅｃ］、データ転送時間Ｔ４［ｓｅｃ］、ビーム数Ｎは、次の式（２）の関係が成立する必要がある。

この式（２）から計測時間Ｔ３［ｓｅｃ］の計算は、次の式（３）のようになる。

この式（３）の計測時間Ｔ３［ｓｅｃ］により、制御部１内に保持されている計測時間リストから試験用送受信機５内の受信ＩＦフィルター５ａの帯域幅ＢＷ［Ｈｚ］の範囲が決定される。

ここで、受信ＩＦフィルター５ａの帯域幅ＢＷ［Ｈｚ］は、上記の範囲からアンテナ測定の精度と必要なダイナミックレンジにより、計算もしくは実験により最適値を選定する。

次に、回転台４の回転速度は、次の式（４）の計測角度トリガの周期Ｔ１［ｓｅｃ］とパルス幅Ｔ５［ｓｅｃ］の関係が成立するように設定する。

上記により、決定したアンテナ測定を行うための設定諸元によって、電波吸収体に照射される電力密度を制御したアンテナ測定の場合の電波吸収体に照射される電力密度Ｐ［Ｗ／ｃｍ^２］は、次の式（５）のようになる。

従来であれば電波暗室内の電波吸収体の許容耐電力内になるように被計測アンテナ６を運用状態とは異なる状態でアンテナ測定を実施しなければならない場合があったが、本実施の形態１に係るアンテナ測定装置によれば、被計測アンテナ６を運用状態で動作させた場合においても電波吸収体へ照射されるＲＦ信号の電力密度を制御することが可能になり、結果として電波暗室内で被計測アンテナ６を運用状態で動作させながらアンテナ測定を実施することができる効果がある。また、結果として、回転台４の１回の回転により、同時にビーム数Ｎのアンテナ測定が可能となり、アンテナ測定の時間を従来よりも短縮することができる効果がある。

この発明の実施の形態１に係るアンテナ測定装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るアンテナ測定装置の動作を示すシーケンス図である。 この発明の実施の形態１に係るアンテナ測定装置の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 制御部、２ ビーム走査処理機、３ 回転台制御部、４ 回転台、５ 試験用送受信機、６ 被計測アンテナ、７ 受信アンテナ。

Claims (2)

1. 電波暗室内においてアクティブフェーズドアレーアンテナのアンテナパターンを測定するアンテナ測定装置であって、
   移相器を含む被計測アンテナを搭載して回転する回転台と、
   前記回転台を制御する回転台制御部と、
   ビームを形成するように前記被計測アンテナの移相器を設定するビーム走査処理機と、
   前記被計測アンテナからパルスＲＦ信号を送受信する試験用送受信機と、
   前記回転台制御部、前記ビーム走査処理機、及び前記試験用送受信機を制御して、前記回転台が計測角度の範囲を回転する間の計測ステップ角度毎に、前記被計測アンテナのアンテナパターンを複数個の方向へビーム走査させ、前記被計測アンテナのアンテナパターンを測定する制御部と
   を備えたことを特徴とするアンテナ測定装置。
2. パルスＲＦ信号のデューティーサイクルをＤ［％］、前記被計測アンテナのピーク出力電力から求まる電波暗室内の電波吸収体に照射される最大の電力密度をＰｏ［Ｗ／ｃｍ^２］、電波暗室内の電波吸収体の電力密度をＰｃ［Ｗ／ｃｍ^２］とすると、
   ビーム数Ｎ＞（Ｐｏ×Ｄ）／（１００×Ｐｃ）の関係がある
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ測定装置。

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