JP4944834B2 - Far-field measurement system, far-field measurement method - Google Patents
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Description
本発明は、長尺アンテナの遠方界指向性を測定する遠方界測定システム、遠方界測定方法に関する。 The present invention relates to a far field measurement system and a far field measurement method for measuring the far field directivity of a long antenna.
携帯電話基地局アンテナは、直径が波長オーダであるのに対して長手方向は１０波長を越えることが多い。このように波長に比べて大形の開口長を有するため、測定において垂直面内パターンを得ることは容易ではない。一般にアンテナの遠方界を測定するためには測定距離が２Ｄ２／λ（Ｄはアンテナ開口長）必要になる。２ＧＨｚ帯で２ｍの開口長の場合６０ｍを超える距離となるため、電波暗室では十分な測定距離を確保することが難しい場合が多い。このようなアンテナを測定する場合は、屋外サイト、コンパクトレンジ、近傍界測定などが用いられる。これらの測定法は一長一短があるものの測定の容易性・経済性から、一般的な電波暗室での測定に劣る。なお、従来技術の具体例は、非特許文献１などに示されている。 Cell phone base station antennas have a diameter on the order of wavelengths, whereas the longitudinal direction often exceeds 10 wavelengths. Since the aperture length is larger than the wavelength in this way, it is not easy to obtain a vertical in-plane pattern in measurement. In general, in order to measure the far field of an antenna, a measurement distance of 2D 2 / λ (D is the antenna aperture length) is required. When the opening length is 2 m in the 2 GHz band, the distance exceeds 60 m, and it is often difficult to ensure a sufficient measurement distance in an anechoic chamber. When measuring such an antenna, an outdoor site, a compact range, a near field measurement, or the like is used. Although these measurement methods have their merits and demerits, they are inferior to measurements in a general anechoic chamber because of their ease of measurement and economy. A specific example of the prior art is shown in Non-Patent Document 1 and the like.
屋外の鉄塔を用いたサイト等での測定となり大掛かりな装置系を要する。一方、アンテナ近傍放射界を測定して遠方放射界に変換する方法もあるが、プローブの影響を除去するなどの複雑な計算と高精度のプローブ駆動装置系が必要になる。また、被測定アンテナ領域で平面波を生成させるコンパクトレンジも考えられるが、２ｍクラスの平面波領域を確保するためには、８ｍを超える径の反射鏡が必要となる。このように、長尺アンテナの遠方放射界パターンを測定することは容易ではない。
いくつかの従来の擬似平面波の生成方法を示す。図１は、コンパクトレンジによる擬似平面波の生成方法を示す図である。ホーンアンテナ９１０などの１次放射器から放射された球面波はパラボラ型反射鏡９２０で反射され、長尺アンテナ９００の周りで擬似的な平面波９３０となる。長尺アンテナ９００はアジマス軸に回転自在な回転部８００に設置されており、擬似的な平面波９３０を受信する。反射鏡の大きさは、必要な平面波領域の約３〜４倍程度が必要とされている。実際に製造するには、反射鏡エッジからの不要な散乱を抑圧する構造が必要であり高度な技術を要する。 Several conventional methods of generating pseudo-plane waves are shown. FIG. 1 is a diagram illustrating a method of generating a pseudo plane wave using a compact range. The spherical wave radiated from the primary radiator such as the horn antenna 910 is reflected by the parabolic reflector 920 and becomes a pseudo plane wave 930 around the long antenna 900. The long antenna 900 is installed in a rotating unit 800 that is rotatable about an azimuth axis, and receives a pseudo plane wave 930. The size of the reflecting mirror is required to be about 3 to 4 times the necessary plane wave region. In actual manufacturing, a structure that suppresses unnecessary scattering from the reflector edge is required, and a high level of technology is required.
図２は、直線状合成開口波源による擬似平面波の生成方法を示す図である。長尺アンテナ９００をアジマス軸方向に回転させるごとに、直線状に配置された波源９６０１，…，９６０Ｎを１回走査させ、長尺アンテナ９００で受信する。そして、それらの受信結果をオフライン合成する。このような処理によって、仮想的な平面波９７０が生成される。したがって，この方法は近傍界測定と同様に２軸の走査（あるいは回転）が必要であるが、相互結合はないため比較的良好な擬似平面波が得られる。 FIG. 2 is a diagram illustrating a method of generating a pseudo plane wave by a linear synthetic aperture wave source. Each time the long antenna 900 is rotated in the azimuth axis direction, the linearly arranged wave sources 960 1 ,..., 960 N are scanned once and received by the long antenna 900. Then, these reception results are synthesized off-line. By such processing, a virtual plane wave 970 is generated. Therefore, this method requires biaxial scanning (or rotation) as in the case of near-field measurement, but since there is no mutual coupling, a relatively good pseudo-plane wave can be obtained.
本発明は、十分な測定距離が確保できない場合でも、従来の電波暗室の機器（回転部、ネットワークアナライザ、波源またはプローブなど）を用いて，長尺アンテナの主ビーム方向の遠方界指向性を精度良く測定するシステムと方法を提供することを目的とする。 Even when a sufficient measurement distance cannot be ensured, the present invention uses a conventional anechoic chamber device (such as a rotating unit, network analyzer, wave source, or probe) to accurately measure the far field directivity in the main beam direction of a long antenna. The object is to provide a system and method for measuring well.
本発明の遠方界測定システムは、長尺アンテナの遠方界指向性を測定するシステムである。本発明の１つめの遠方界測定システムは、２Ｎ＋１（ただし、Ｎは正の整数）個の波源と、回転部と、ネットワークアナライザと、計算部とを備える。波源は、長尺アンテナを中心とする半径Ｒの円弧上に、あらかじめ定めた円弧上の点を基準として中心からみた角度がｎφ（ただし、ｎは−ＮからＮの整数）となるように配置されている。回転部は、長尺アンテナを、あらかじめ定めた向きを基準としてｍθ（ただし、ｍは−ＭからＭの整数、Ｍは正の整数）の向きに回転させる。ネットワークアナライザは、長尺アンテナを受信側、波源を送信側とし、波源を１つずつ励振させながら、電界強度Ｅｎｅａｒ（ｍθ＋ｎφ）を測定する。計算部は、遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）を、 The far field measurement system of the present invention is a system for measuring the far field directivity of a long antenna. The first far-field measurement system of the present invention includes 2N + 1 (where N is a positive integer) wave sources, a rotation unit, a network analyzer, and a calculation unit. The wave source is arranged on an arc of radius R centered on the long antenna so that the angle viewed from the center with respect to a predetermined point on the arc is nφ (where n is an integer from −N to N). Has been. The rotating unit rotates the long antenna in a direction of mθ (where m is an integer from −M to M, and M is a positive integer) with a predetermined direction as a reference. The network analyzer measures the electric field strength E near (mθ + nφ) while exciting the wave sources one by one with the long antenna as the receiving side and the wave source as the transmitting side. The calculation unit calculates the far field E far (mθ),
のように求める。ただし、測定対象の電波の波数をｋ、各波源の振幅をｗｎ、ｊをｊ２＝−１となる虚数とする。なお、波源の代わりにプローブを用い、ネットワークアナライザが、長尺アンテナを送信側、プローブを受信側とし、プローブを１つずつ選択して、電界強度Ｅｎｅａｒ（ｍθ＋ｎφ）を測定してもよい。また、ｍ’θ＋ｎ’φ＝ｍθ＋ｎφとなる角度ｍ’θとｎ’φの組み合わせの測定を省略してもよい。特に、θ＝φとすればよい。 Seek like. However, the wave number of the radio wave to be measured is k, the amplitude of each wave source is w n , and j is an imaginary number such that j 2 = −1. Alternatively, a probe may be used instead of the wave source, and the network analyzer may measure the electric field intensity E near (mθ + nφ) by selecting the long antenna as the transmission side and the probe as the reception side and selecting the probes one by one. Further, the measurement of the combination of angles m′θ and n′φ where m′θ + n′φ = mθ + nφ may be omitted. In particular, θ = φ may be set.
本発明の２つめの遠方界測定システムは、１個の波源と、回転部と、ネットワークアナライザと、計算部とを備える。波源は、長尺アンテナから距離Ｒ離れた位置に配置される。回転部は、長尺アンテナを、あらかじめ定めた向きを基準として角度が−（Ｍ＋Ｎ）θから（Ｍ＋Ｎ）θ（ただし、ＭとＮは正の整数）の向きに回転させる。ネットワークアナライザは、長尺アンテナを受信側、波源を送信側とし、前記長尺アンテナの向きｉθ（ただし、ｉは−Ｍ−ＮからＭ＋Ｎの整数）ごとに電界強度Ｅｎｅａｒ（ｉθ）を測定する。計算部は、遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）を、 The second far-field measurement system of the present invention includes one wave source, a rotating unit, a network analyzer, and a calculating unit. The wave source is arranged at a distance R from the long antenna. The rotating unit rotates the long antenna from an angle of − (M + N) θ to (M + N) θ (where M and N are positive integers) with reference to a predetermined direction. The network analyzer measures the electric field strength E near (iθ) for each direction iθ of the long antenna (where i is an integer from −MN to M + N) with the long antenna as the receiving side and the wave source as the transmitting side. . The calculation unit calculates the far field E far (mθ),
のように求める。なお、この遠方界測定システムでも、波源の代わりにプローブを用い、ネットワークアナライザが、長尺アンテナを送信側、プローブを受信側として、電界強度Ｅｎｅａｒ（ｉθ）を測定してもよい。 Seek like. In this far field measurement system, a probe may be used instead of the wave source, and the network analyzer may measure the electric field strength E near (iθ) with the long antenna as the transmission side and the probe as the reception side.
本発明の遠方界測定システムによれば、コンパクトレンジや近傍界測定システムを用いることなく、一般に用いられているネットワークアナライザなどをそのまま用いることができる。また、十分な測定距離が確保できない有限距離の場合でも容易に遠方界指向特性が得られる。 According to the far field measurement system of the present invention, a generally used network analyzer or the like can be used as it is without using a compact range or a near field measurement system. Further, the far-field directivity can be easily obtained even in the case of a finite distance where a sufficient measurement distance cannot be secured.
本発明の１つめの遠方界測定システムの場合には、すべての波源またはプローブが中心からＲの距離にある。そして、波源またはプローブごとの平面（直線）とのずれＲ（１−ｃｏｓｎφ）を考慮した位相の補正を遠方界の計算中で行っている。このことによって、測定時には位相差を考慮せずに測定できる。したがって、（ｍ’，ｎ’）と（ｍ，ｎ）が異なり、ｍ’θ＋ｎ’φ＝ｍθ＋ｎφとなる場合に、どちらか一方の組み合わせを測定すれば、他方の測定を省略できる。また、θ＝φとした場合には、省略できる場合が多くなる。 In the case of the first far-field measurement system of the present invention, all wave sources or probes are at a distance R from the center. Then, the phase correction considering the deviation R (1-cosnφ) from the plane (straight line) for each wave source or probe is performed during calculation of the far field. As a result, the measurement can be performed without considering the phase difference. Therefore, when (m ′, n ′) and (m, n) are different and m′θ + n′φ = mθ + nφ, if one of the combinations is measured, the other measurement can be omitted. Further, when θ = φ, there are many cases where it can be omitted.
本発明の２つめの遠方界測定システムの場合には、長尺アンテナの回転ごとに１回の測定を行えばよいので、１つめの遠方界測定システムよりもさらに測定回数を少なくできる。 In the case of the second far-field measurement system of the present invention, the number of times of measurement can be further reduced as compared with the first far-field measurement system because one measurement is performed for each rotation of the long antenna.
まず、長尺アンテナの放射特性について分析する。図３は、長尺アンテナからの距離によって指向性が変化する様子を示す図である。０°方向がブロードサイド方向である。長尺アンテナに近い距離Ｄ／２では、遠方界パターンの原形も見えない。距離５Ｄ程度までくると、主ビーム以外のパターンは概ね一致してくることが分かる。有限距離での指向性の測定では、ブロードサイド方向において誤差を生じやすい。一方で、エンドファイア方向では比較的良く一致している。これは、波源またはプローブから見込む長尺アンテナの開口長がブロードサイド方向で最大となるためである。 First, the radiation characteristics of the long antenna are analyzed. FIG. 3 is a diagram showing how the directivity changes depending on the distance from the long antenna. The 0 ° direction is the broadside direction. At the distance D / 2 close to the long antenna, the original far-field pattern cannot be seen. When the distance reaches about 5D, it can be seen that the patterns other than the main beam substantially coincide. In directivity measurement at a finite distance, errors are likely to occur in the broadside direction. On the other hand, it matches relatively well in the endfire direction. This is because the opening length of the long antenna seen from the wave source or the probe is maximized in the broadside direction.
図４に、開口長（横軸）に応じて必要となる送受信間距離（縦軸）を示す。パラメータは代表的な携帯電話周波数を用いた。例えば、２ＧＨｚ帯で開口長２ｍの基地局アンテナの垂直面内指向性を測定する際は、約５９ｍの送受信間距離が必要になる。一般的なアンテナの遠方界を測定するために必要な測定距離は２Ｄ２／λで示されるので、同じ物理寸法のアンテナの場合には、周波数が低いほど必要となる送受信間距離は短くなる（例えば、０．８ＧＨｚの場合は約２３ｍ）。本検討では、２ｍ程度の長尺アンテナを回転させるために、測定距離１０ｍ程度の通常の電波暗室内で測定することを前提とする。送受信距離１０ｍの暗室の場合、アンテナ開口長を２ｍとすると、遠方とみなせる距離の約１／６しか確保できないため、従来の測定では前述のようにブロードサイド方向において、訛った指向性パターンしか得られない。 FIG. 4 shows the distance between transmission and reception (vertical axis) required according to the opening length (horizontal axis). As a parameter, a typical mobile phone frequency was used. For example, when measuring the directivity in the vertical plane of a base station antenna having an aperture length of 2 m in the 2 GHz band, a distance between transmission and reception of about 59 m is required. Since the measurement distance necessary for measuring the far field of a general antenna is represented by 2D 2 / λ, in the case of an antenna having the same physical dimensions, the required distance between transmission and reception becomes shorter as the frequency is lower ( For example, in the case of 0.8 GHz, it is about 23 m). In this study, it is assumed that the measurement is performed in a normal anechoic chamber having a measurement distance of about 10 m in order to rotate a long antenna of about 2 m. In a dark room with a transmission / reception distance of 10 m, if the antenna opening length is 2 m, only about 1/6 of the distance that can be regarded as far away can be secured, so that in the conventional measurement, only a sharp directivity pattern is obtained in the broadside direction as described above. I can't.
次に実施例１の遠方界測定システムと遠方界測定方法を示す。図５に、実施例１の遠方界測定システムの構成例を示す。実施例１の遠方界測定システムは、長尺アンテナの遠方界指向性を測定するシステムである。遠方界測定システム１００は、２Ｎ＋１（ただし、Ｎは正の整数）個の波源１１０ｎ（ただし、ｎは−ＮからＮの正の整数）と、回転部８００と、ネットワークアナライザ１２０と、計算部１３０とを備える。波源１１０ｎは、長尺アンテナ９００を中心とする半径Ｒの円弧上に、あらかじめ定めた円弧上の点を基準として中心からみた角度がｎφとなるように配置されている。回転部８００は、長尺アンテナ９００を、アジマス軸方向であって、あらかじめ定めた向きを基準としてｍθ（ただし、ｍは−ＭからＭの整数、Ｍは正の整数）の向きに回転させる。ネットワークアナライザ１２０は、長尺アンテナ９００を受信側、波源１１０ｎを送信側とし、波源１１０ｎを１つずつ励振させながら、電界強度Ｅｎｅａｒ（ｍθ＋ｎφ）を測定する。計算部１３０は、遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）を、 Next, a far-field measurement system and a far-field measurement method according to the first embodiment will be described. FIG. 5 shows a configuration example of the far-field measurement system according to the first embodiment. The far-field measurement system of Example 1 is a system that measures the far-field directivity of a long antenna. The far-field measurement system 100 includes 2N + 1 (where N is a positive integer) wave sources 110 n (where n is a positive integer from −N to N), a rotation unit 800, a network analyzer 120, and a calculation unit. 130. The wave source 110 n is arranged on an arc of radius R centering on the long antenna 900 so that the angle viewed from the center with respect to a predetermined point on the arc is nφ. The rotating unit 800 rotates the long antenna 900 in the direction of mθ (where m is an integer from −M to M, and M is a positive integer) in the azimuth axial direction and based on a predetermined direction. The network analyzer 120 measures the electric field intensity E near (mθ + nφ) while exciting the wave source 110 n one by one with the long antenna 900 as the reception side and the wave source 110 n as the transmission side. The calculation unit 130 calculates the far field E far (mθ),
のように求める。ただし、測定対象の電波の波数をｋ、各波源の振幅をｗｎ（ただし、各波源を同じように励振させるのであれば、ｗｎ＝１でよい）、ｊはｊ２＝−１となる虚数である。なお、ｋＲ（１−ｃｏｓｎφ）は、波源１１０ｎを円弧上に配置したことに伴って生じる波源１１０ｎごと位相差の補正である。このような補正によって、長尺アンテナ９００の近傍に仮想的な平面波１５０を生成できる（平面波１５０が生成された場合と同じ遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）を求めることができる）。 Seek like. However, the wave number of the radio wave to be measured is k, the amplitude of each wave source is w n (however, if each wave source is excited in the same way, w n = 1 is acceptable), and j is j 2 = −1. It is an imaginary number. Incidentally, kR (1-cosnφ) is a correction of the wave source per 110 n phase difference caused by the fact that disposed wave source 110 n on an arc. By such correction, a virtual plane wave 150 can be generated in the vicinity of the long antenna 900 (the same far field E far (mθ) as that when the plane wave 150 is generated can be obtained).
遠方界測定システム１００（遠方界測定方法）はこのような構成と手順なので、一般に用いられているネットワークアナライザなどをそのまま用いることができる。また、十分な測定距離が確保できない有限距離の場合でも容易に遠方界指向特性が得られる。 Since the far-field measurement system 100 (far-field measurement method) has such a configuration and procedure, a commonly used network analyzer or the like can be used as it is. Further, the far-field directivity can be easily obtained even in the case of a finite distance where a sufficient measurement distance cannot be secured.
また、すべての波源またはプローブが中心からＲの距離にある。そして、波源またはプローブごとの平面（直線）とのずれＲ（１−ｃｏｓｎφ）を考慮した位相の補正を遠方界の計算中で行っている。このことによって、測定時には位相差を考慮せずに測定できる。したがって、（ｍ’，ｎ’）と（ｍ，ｎ）が異なり、ｍ’θ＋ｎ’φ＝ｍθ＋ｎφとなる場合に、どちらか一方の組み合わせを測定すれば、他方の測定を省略できる。したがって、少ない測定回数で遠方界指向性を求めることができる。 Also, all wave sources or probes are at a distance R from the center. Then, the phase correction considering the deviation R (1-cosnφ) from the plane (straight line) for each wave source or probe is performed during calculation of the far field. As a result, the measurement can be performed without considering the phase difference. Therefore, when (m ′, n ′) and (m, n) are different and m′θ + n′φ = mθ + nφ, if one of the combinations is measured, the other measurement can be omitted. Accordingly, the far field directivity can be obtained with a small number of measurements.
特に、θ＝φの場合は、回転部８００は長尺アンテナを（２Ｎ＋１）θごとに回転させ、波源１１０ｎごとの電界強度Ｅｎｅａｒ（（ｍ＋ｎ）θ）を測定すれば、計算部１３０の計算に必要な電界強度Ｅｎｅａｒ（（ｍ＋ｎ）θ）を測定できる。したがって、さらに少ない測定回数で遠方界指向性を求めることができる。 In particular, when θ = φ, the rotating unit 800 rotates the long antenna every (2N + 1) θ and measures the electric field intensity E near ((m + n) θ) for each wave source 110 n . The electric field intensity E near ((m + n) θ) necessary for the calculation can be measured. Therefore, the far-field directivity can be obtained with a smaller number of measurements.
［変形例］
変形例では、波源の代わりにプローブを用い、ネットワークアナライザが、長尺アンテナを送信側、プローブを受信側とし、プローブを１つずつ選択して、電界強度Ｅｎｅａｒ（ｍθ＋ｎφ）を測定する。図５に、実施例１変形例の遠方界測定システムの構成例を示す。遠方界測定システム２００は、２Ｎ＋１個のプローブ２１０ｎ（ただし、ｎは−ＮからＮの正の整数）と、回転部８００と、ネットワークアナライザ２２０と、計算部２３０とを備える。
[Modification]
In the modified example, a probe is used instead of the wave source, and the network analyzer selects the long antenna as the transmission side and the probe as the reception side, selects one probe at a time, and measures the electric field strength E near (mθ + nφ). FIG. 5 shows a configuration example of a far field measurement system according to a modification of the first embodiment. The far-field measurement system 200 includes 2N + 1 probes 210 n (where n is a positive integer from −N to N), a rotation unit 800, a network analyzer 220, and a calculation unit 230.
プローブ２１０ｎは、長尺アンテナ９００を中心とする半径Ｒの円弧上に、あらかじめ定めた円弧上の点を基準として中心からみた角度がｎφ（ただし、ｎは−ＮからＮの整数、Ｎは正の整数）となるように配置されている。回転部８００は、長尺アンテナ９００を、アジマス軸方向であって、あらかじめ定めた向きを基準としてｍθ（ただし、ｍは−ＭからＭの整数、Ｍは正の整数）の向きに回転させる。ネットワークアナライザ２２０は、長尺アンテナ９００を送信側、プローブ２１０ｎを受信側とし、プローブ２１０ｎを１つずつ選択して、電界強度Ｅｎｅａｒ（ｍθ＋ｎφ）を測定する。計算部２３０は、遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）を、 The probe 210 n has an angle nφ (where n is an integer from −N to N, where N is an integer from −N to N) on a circular arc with a radius R centered on the long antenna 900 and a predetermined point on the circular arc as a reference. (A positive integer). The rotating unit 800 rotates the long antenna 900 in the direction of mθ (where m is an integer from −M to M, and M is a positive integer) in the azimuth axial direction and based on a predetermined direction. The network analyzer 220 selects the long antenna 900 as the transmission side and the probe 210 n as the reception side, selects the probes 210 n one by one, and measures the electric field strength E near (mθ + nφ). The calculation unit 230 calculates the far field E far (mθ) as
のように求める。ただし、測定対象の電波の波数をｋ、プローブの重みをｗｎ（ただし、各プローブの重みを同一にするのであれば、ｗｎ＝１でよい）、ｊをｊ２＝−１となる虚数とする。
遠方界測定システム２００（遠方界測定方法）はこのような構成と手順なので、実施例１と同じ効果が得られる。
Seek like. However, the radio wave number of measured k, the weight of the probe w n (However, if the weight of each probe of being the same, or a w n = 1), consisting of j and j 2 = -1 imaginary And
Since the far-field measurement system 200 (far-field measurement method) has such a configuration and procedure, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
図６に、実施例２の遠方界測定システムの構成例を示す。遠方界測定システム３００は、波源３１０と、回転部８００と、ネットワークアナライザ３２０と、計算部３３０とを備える。波源３１０は、長尺アンテナ９００から距離Ｒ離れた位置に配置される。回転部８００は、長尺アンテナ９００を、アジマス軸方向であって、あらかじめ定めた向きを基準とした角度が−（Ｍ＋Ｎ）θから（Ｍ＋Ｎ）θ（ただし、ＭとＮは正の整数）の向きに回転させる。ネットワークアナライザ３２０は、長尺アンテナ９００を受信側、波源３１０を送信側とし、長尺アンテナ９００の向きｉθ（ただし、ｉは−Ｍ−ＮからＭ＋Ｎの整数）ごとに電界強度Ｅｎｅａｒ（ｉθ）を測定する。計算部３３０は、遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）を、 FIG. 6 shows a configuration example of the far-field measurement system according to the second embodiment. The far-field measurement system 300 includes a wave source 310, a rotation unit 800, a network analyzer 320, and a calculation unit 330. The wave source 310 is arranged at a distance R from the long antenna 900. The rotating unit 800 has the long antenna 900 in the azimuth axis direction, and an angle with respect to a predetermined direction as a reference is from − (M + N) θ to (M + N) θ (where M and N are positive integers). Rotate in the direction. The network analyzer 320 has the long antenna 900 as the reception side and the wave source 310 as the transmission side, and the electric field strength E near (iθ) for each orientation iθ of the long antenna 900 (where i is an integer from −MN to M + N). Measure. The calculation unit 330 calculates the far field E far (mθ),
のように求める。ただし、測定対象の電波の波数をｋ、各波源の振幅をｗｎ（ただし、各波源を同じように励振させるのであれば、ｗｎ＝１でよい）、ｊはｊ２＝−１となる虚数である。なお、ｋＲ（１−ｃｏｓｎφ）は、波源１１０ｎを円弧上に配置したことに伴って生じる波源１１０ｎごと位相差の補正である。
遠方界測定システム３００（遠方界測定方法）はこのような構成と手順なので、一般に用いられているネットワークアナライザなどをそのまま用いることができる。また、十分な測定距離が確保できない有限距離の場合でも容易に遠方界指向特性が得られる。
Seek like. However, the wave number of the radio wave to be measured is k, the amplitude of each wave source is w n (however, if each wave source is excited in the same way, w n = 1 is acceptable), and j is j 2 = −1. It is an imaginary number. Incidentally, kR (1-cosnφ) is a correction of the wave source per 110 n phase difference caused by the fact that disposed wave source 110 n on an arc.
Since the far-field measurement system 300 (far-field measurement method) has such a configuration and procedure, a commonly used network analyzer or the like can be used as it is. Further, the far-field directivity can be easily obtained even in the case of a finite distance where a sufficient measurement distance cannot be secured.
さらに、波源またはプローブごとの平面（直線）とのずれＲ（１−ｃｏｓｎφ）を考慮した位相の補正を遠方界の計算中で行っている。このことによって、測定時には位相差を考慮せずに測定できる。したがって、長尺アンテナの回転ごとに１回の測定を行えばよいので、波源の数を少なくでき、かつ、ない測定回数で遠方界指向性を求めることができる。 Further, the phase correction considering the deviation R (1-cosnφ) from the plane (straight line) for each wave source or probe is performed during calculation of the far field. As a result, the measurement can be performed without considering the phase difference. Therefore, since it is only necessary to perform one measurement for each rotation of the long antenna, the number of wave sources can be reduced, and the far-field directivity can be obtained with no number of measurements.
［変形例］
変形例では、波源の代わりにプローブを用い、ネットワークアナライザが、長尺アンテナを送信側、プローブを受信側として、電界強度Ｅｎｅａｒ（ｉθ）を測定する。図６に、実施例２変形例の遠方界測定システムの構成例を示す。遠方界測定システム４００は、プローブ４１０と、回転部８００と、ネットワークアナライザ４２０と、計算部４３０とを備える。
[Modification]
In the modification, a probe is used instead of the wave source, and the network analyzer measures the electric field intensity E near (iθ) with the long antenna as the transmission side and the probe as the reception side. In FIG. 6, the structural example of the far-field measurement system of Example 2 modification is shown. The far-field measurement system 400 includes a probe 410, a rotation unit 800, a network analyzer 420, and a calculation unit 430.
プローブ４１０は、長尺アンテナ９００から距離Ｒ離れた位置に配置される。回転部８００は、長尺アンテナ９００を、アジマス軸方向であって、あらかじめ定めた向きを基準として角度が−（Ｍ＋Ｎ）θから（Ｍ＋Ｎ）θ（ただし、ＭとＮは正の整数）の向きに回転させる。ネットワークアナライザ４２０は、長尺アンテナ９００を送信側、プローブ４１０を受信側とし、長尺アンテナ９００の向きｉθ（ただし、ｉは−Ｍ−ＮからＭ＋Ｎの整数）ごとに電界強度Ｅｎｅａｒ（ｉθ）を測定する。計算部４３０は、ネットワークアナライザ４２０の測定結果から、遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）（ただし、ｍは−ＭからＭの整数）を、 The probe 410 is disposed at a distance R from the long antenna 900. The rotating unit 800 is configured to move the long antenna 900 in the azimuth axis direction, with an angle of − (M + N) θ to (M + N) θ (where M and N are positive integers) with reference to a predetermined direction. Rotate to The network analyzer 420 has the long antenna 900 as the transmission side and the probe 410 as the reception side, and the electric field strength E near (iθ) for each direction iθ of the long antenna 900 (where i is an integer from −MN to M + N). Measure. The calculation unit 430 calculates the far field E far (mθ) (where m is an integer from −M to M) from the measurement result of the network analyzer 420.
のように求める。ただし、測定対象の電波の波数をｋ、ｎを−ＮからＮの整数、プローブの重みをｗｎ（ただし、各プローブの重みを同一にするのであれば、ｗｎ＝１でよい）、ｊをｊ２＝−１となる虚数とする。
遠方界測定システム４００（遠方界測定方法）はこのような構成と手順なので、実施例２と同じ効果が得られる。
Seek like. However, the radio wave number of measured k, integer n from -N to N, the weight of the probe w n (However, if the weight of each probe of being the same, or a w n = 1), j Is an imaginary number such that j 2 = −1.
Since the far-field measurement system 400 (far-field measurement method) has such a configuration and procedure, the same effects as those of the second embodiment can be obtained.
［シミュレーション例］
実施例２の有効性を検証するため、モーメント法により有限距離での実験に相当するシミュレーションを行った。周波数は２．０ＧＨｚ、長尺アンテナは長さ２１００ｍｍの２９素子アレーアンテナ、波源の数は３７７、測定する角度の単位（回転部の回転する単位）は０．４°である。そして、長尺アンテナと波源との距離を１０ｍとして電界分布を計算した。図７に、従来の方法で求められる遠方界指向性を実線で示す。なお、点線は、長尺アンテナと波源とを十分に離した場合の遠方界指向性を示している。ブロードサイド方向において、特に主ビーム付近の不一致が見られた。これは、いわゆる放射近傍界領域での値であるために生じているものである。一方で、ブロードサイド方向以外では、一致している。これは、それらの角度を測定する際に、対向アンテナから見込む長尺アンテナの角度が狭くなることに起因しているものと考えられる。
[Example of simulation]
In order to verify the effectiveness of Example 2, a simulation corresponding to an experiment at a finite distance was performed by the moment method. The frequency is 2.0 GHz, the long antenna is a 29-element array antenna having a length of 2100 mm, the number of wave sources is 377, and the unit of angle to be measured (unit of rotation of the rotating unit) is 0.4 °. The electric field distribution was calculated by setting the distance between the long antenna and the wave source to 10 m. In FIG. 7, the far field directivity required by the conventional method is indicated by a solid line. The dotted line shows the far-field directivity when the long antenna and the wave source are sufficiently separated. In the broadside direction, inconsistencies were observed especially near the main beam. This occurs because it is a value in the so-called radiation near-field region. On the other hand, they are consistent except in the broadside direction. This is considered to be due to the fact that the angle of the long antenna viewed from the opposing antenna becomes narrow when measuring these angles.
図８に、実施例２の方法で求められる遠方界指向性を実線で示す。点線は、長尺アンテナと波源とを十分に離した場合の遠方界指向性を示している。エンドファイア方向の値にやや誤差が見られるが、ブロードサイド方向の主ビームの形状はよく一致している。このように本発明の方が、従来の測定方法での有限距離（十分遠方ではない距離）での測定より、遠方界指向性が再現できることが分かる。 In FIG. 8, the far field directivity required by the method of the second embodiment is shown by a solid line. The dotted line indicates the far-field directivity when the long antenna and the wave source are sufficiently separated. Although there are some errors in the values in the endfire direction, the shapes of the main beams in the broadside direction are in good agreement. Thus, it can be understood that the far field directivity can be reproduced by the present invention compared to the measurement at a finite distance (distance that is not sufficiently far) by the conventional measurement method.
１００、２００、３００、４００ 遠方界測定システム
１１０、３１０、９６０ 波源
１２０、２２０、３２０、４２０ ネットワークアナライザ
１３０、２３０、３３０、４３０ 計算部
１５０、９３０、９７０ 平面波
２１０、４１０ プローブ
８００ 回転部
９００ 長尺アンテナ
９１０ ホーンアンテナ
９２０ パラボラ型反射鏡
100, 200, 300, 400 Far-field measurement system 110, 310, 960 Wave source 120, 220, 320, 420 Network analyzer 130, 230, 330, 430 Calculation unit 150, 930, 970 Plane wave 210, 410 Probe 800 Rotation unit 900 Length Measure antenna 910 Horn antenna 920 Parabolic reflector
Claims (10)
測定対象の電波の波数をｋ、各波源の振幅をｗｎ、ｊをｊ２＝−１となる虚数とするときに、
前記長尺アンテナを中心とする半径Ｒの円弧上に、あらかじめ定めた前記円弧上の点を基準として前記中心からみた角度がｎφ（ただし、ｎは−ＮからＮの整数、Ｎは正の整数）となるように配置された２Ｎ＋１個の波源と、
前記長尺アンテナを、あらかじめ定めた向きを基準としてｍθ（ただし、ｍは−ＭからＭの整数、Ｍは正の整数）の向きに回転させる回転部と、
前記長尺アンテナを受信側、前記波源を送信側とし、前記波源を１つずつ励振させながら、電界強度Ｅｎｅａｒ（ｍθ＋ｎφ）を測定するネットワークアナライザと、
遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）を、
のように求める計算部と
を備える遠方界測定システム。 A far field measurement system for measuring the far field directivity of a long antenna,
When the wave number of the radio wave to be measured is k, the amplitude of each wave source is w n , and j is an imaginary number such that j 2 = −1,
On an arc of radius R centered on the long antenna, an angle viewed from the center with respect to a predetermined point on the arc is nφ (where n is an integer from −N to N, and N is a positive integer) 2N + 1 wave sources arranged so that
A rotating unit that rotates the long antenna in a direction of mθ (where m is an integer from −M to M and M is a positive integer) with a predetermined direction as a reference;
A network analyzer that measures the electric field intensity E near (mθ + nφ) while exciting the wave sources one by one with the long antenna as the receiving side and the wave source as the transmitting side;
Far field E far (mθ)
A far-field measurement system comprising:
測定対象の電波の波数をｋ、各プローブの重みをｗｎ、ｊをｊ２＝−１となる虚数とするときに、
前記長尺アンテナを中心とする半径Ｒの円弧上に、あらかじめ定めた前記円弧上の点を基準として前記中心からみた角度がｎφ（ただし、ｎは−ＮからＮの整数、Ｎは正の整数）となるように配置された２Ｎ＋１個のプローブと、
前記長尺アンテナを、あらかじめ定めた向きを基準としてｍθ（ただし、ｍは−ＭからＭの整数、Ｍは正の整数）の向きに回転させる回転部と、
前記長尺アンテナを送信側、前記プローブを受信側とし、前記プローブを１つずつ選択して、電界強度Ｅｎｅａｒ（ｍθ＋ｎφ）を測定するネットワークアナライザと、
遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）を、
のように求める計算部と
を備える遠方界測定システム。 A far field measurement system for measuring the far field directivity of a long antenna,
When the wave number of the radio wave to be measured is k, the weight of each probe is w n , and j is an imaginary number such that j 2 = −1,
On an arc of radius R centered on the long antenna, an angle viewed from the center with respect to a predetermined point on the arc is nφ (where n is an integer from −N to N, and N is a positive integer) 2N + 1 probes arranged so that
A rotating unit that rotates the long antenna in a direction of mθ (where m is an integer from −M to M and M is a positive integer) with a predetermined direction as a reference;
A network analyzer that measures the electric field strength E near (mθ + nφ) by selecting the long antenna as a transmission side, the probe as a reception side, and selecting the probes one by one;
Far field E far (mθ)
A far-field measurement system comprising:
θ＝φである
ことを特徴とする遠方界測定システム。 The far-field measurement system according to claim 1 or 2,
A far-field measurement system characterized by θ = φ.
測定対象の電波の波数をｋ、計算上の波源の数を２Ｎ＋１、計算上の各波源の振幅をｗｎ、ｎを−ＮからＮの整数、ｊをｊ２＝−１となる虚数とするときに、
前記長尺アンテナから距離Ｒ離れた位置に配置された測定用の波源と、
前記長尺アンテナを、あらかじめ定めた向きを基準として角度が−（Ｍ＋Ｎ）θから（Ｍ＋Ｎ）θ（ただし、ＭとＮは正の整数）の向きに回転させる回転部と、
前記長尺アンテナを受信側、前記測定用の波源を送信側とし、前記長尺アンテナの向きｉθ（ただし、ｉは−Ｍ−ＮからＭ＋Ｎの整数）ごとに電界強度Ｅｎｅａｒ（ｉθ）を測定するネットワークアナライザと、
遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）（ただし、ｍは−ＭからＭの整数）を
のように求める計算部と
を備える遠方界測定システム。 A far field measurement system for measuring the far field directivity of a long antenna,
The wave number of the radio wave to be measured is k, the number of calculated wave sources is 2N + 1, the amplitude of each calculated wave source is w n , n is an integer from −N to N, and j is an imaginary number such that j 2 = −1. sometimes,
A measuring wave source disposed at a distance R away from the long antenna;
A rotating unit that rotates the long antenna from an angle of − (M + N) θ to (M + N) θ (where M and N are positive integers) with reference to a predetermined direction;
Measuring the electric field strength E near (iθ) for each direction iθ of the long antenna (where i is an integer from −MN to M + N), with the long antenna as the receiving side and the wave source for measurement as the transmitting side. A network analyzer
Far field E far (mθ) (where m is an integer from −M to M)
A far-field measurement system comprising:
測定対象の電波の波数をｋ、計算上のプローブの数を２Ｎ＋１、計算上の各プローブの重みをｗｎ、ｎを−ＮからＮの整数、ｊをｊ２＝−１となる虚数とするときに、
前記長尺アンテナから距離Ｒ離れた位置に配置された測定用のプローブと、
前記長尺アンテナを、あらかじめ定めた向きを基準として角度が−（Ｍ＋Ｎ）θから（Ｍ＋Ｎ）θ（ただし、ＭとＮは正の整数）の向きに回転させる回転部と、
前記長尺アンテナを送信側、前記測定用のプローブを受信側とし、前記長尺アンテナの向きｉθ（ただし、ｉは−Ｍ−ＮからＭ＋Ｎの整数）ごとに電界強度Ｅｎｅａｒ（ｉθ）を測定するネットワークアナライザと、
遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）（ただし、ｍは−ＭからＭの整数）を
のように求める計算部と
を備える遠方界測定システム。 A far field measurement system for measuring the far field directivity of a long antenna,
The wave number of the radio wave to be measured is k, the number of calculated probes is 2N + 1, the weight of each calculated probe is w n , n is an integer from −N to N, and j is an imaginary number such that j 2 = −1. sometimes,
A measurement probe arranged at a distance R away from the long antenna;
A rotating unit that rotates the long antenna from an angle of − (M + N) θ to (M + N) θ (where M and N are positive integers) with reference to a predetermined direction;
Measuring the electric field strength E near (iθ) for each direction iθ of the long antenna (where i is an integer from −MN to M + N), with the long antenna as the transmitting side and the measurement probe as the receiving side. A network analyzer
Far field E far (mθ) (where m is an integer from −M to M)
A far-field measurement system comprising:
測定対象の電波の波数をｋ、各波源の振幅をｗｎ、ｊをｊ２＝−１となる虚数とするときに、
前記長尺アンテナを中心とする半径Ｒの円弧上に、あらかじめ定めた前記円弧上の点を基準として前記中心からみた角度がｎφ（ただし、ｎは−ＮからＮの整数、Ｎは正の整数）となるように２Ｎ＋１個の波源を配置し、
回転部で、前記長尺アンテナを、あらかじめ定めた向きを基準としてｍθ（ただし、ｍは−ＭからＭの整数、Ｍは正の整数）の向きに回転させ、
ネットワークアナライザで、前記長尺アンテナを受信側、前記波源を送信側とし、前記波源を１つずつ励振させながら、電界強度Ｅｎｅａｒ（ｍθ＋ｎφ）を測定し、
計算部で、遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）を
のように求める
ことを特徴とする遠方界測定方法。 A far field measurement method for measuring the far field directivity of a long antenna,
When the wave number of the radio wave to be measured is k, the amplitude of each wave source is w n , and j is an imaginary number such that j 2 = −1,
On an arc of radius R centered on the long antenna, an angle viewed from the center with respect to a predetermined point on the arc is nφ (where n is an integer from −N to N, and N is a positive integer) 2N + 1 wave sources so that
In the rotating unit, the long antenna is rotated in the direction of mθ (where m is an integer from −M to M and M is a positive integer) with reference to a predetermined direction,
Using a network analyzer, measure the electric field strength E near (mθ + nφ) while exciting the wave sources one by one with the long antenna as the receiving side and the wave source as the transmitting side,
In the calculation section, the far field E far (mθ) is
A far-field measurement method characterized by obtaining as follows.
測定対象の電波の波数をｋ、各プローブの重みをｗｎ、ｊをｊ２＝−１となる虚数とするときに、
２Ｎ＋１個のプローブを、前記長尺アンテナを中心とする半径Ｒの円弧上に、あらかじめ定めた前記円弧上の点を基準として前記中心からみた角度がｎφ（ただし、ｎは−ＮからＮの整数、Ｎは正の整数）となるように配置し、
回転部で、前記長尺アンテナを、あらかじめ定めた向きを基準としてｍθ（ただし、ｍは−ＭからＭの整数、Ｍは正の整数）の向きに回転させ、
ネットワークアナライザで、前記長尺アンテナを送信側、前記プローブを受信側とし、前記プローブを１つずつ選択して、電界強度Ｅｎｅａｒ（ｍθ＋ｎφ）を測定し、
計算部で、遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）を、
のように求める
ことを特徴とする遠方界測定方法。 A far field measurement method for measuring the far field directivity of a long antenna,
When the wave number of the radio wave to be measured is k, the weight of each probe is w n , and j is an imaginary number such that j 2 = −1,
The angle when 2N + 1 probes are viewed from the center on a circular arc of radius R centered on the long antenna with respect to a predetermined point on the circular arc is nφ (where n is an integer from −N to N) , N is a positive integer)
In the rotating unit, the long antenna is rotated in the direction of mθ (where m is an integer from −M to M and M is a positive integer) with reference to a predetermined direction,
In the network analyzer, the long antenna is set as the transmitting side, the probe as the receiving side, the probes are selected one by one, and the electric field strength E near (mθ + nφ) is measured,
In the calculation section, the far field E far (mθ) is
A far-field measurement method characterized by obtaining as follows.
θ＝φである
ことを特徴とする遠方界測定方法。 The far-field measurement method according to claim 6 or 7,
A far-field measurement method, wherein θ = φ.
測定対象の電波の波数をｋ、計算上の波源の数を２Ｎ＋１、計算上の各波源の振幅をｗｎ、ｎを−ＮからＮの整数、ｊをｊ２＝−１となる虚数とするときに、
測定用の波源を、前記長尺アンテナから距離Ｒ離れた位置に配置し、
回転部で、前記長尺アンテナを、あらかじめ定めた向きを基準として角度が−（Ｍ＋Ｎ）θから（Ｍ＋Ｎ）θ（ただし、ＭとＮは正の整数）の向きに回転させ、
ネットワークアナライザで、前記長尺アンテナを受信側、前記測定用の波源を送信側とし、前記長尺アンテナの向きｉθ（ただし、ｉは−Ｍ−ＮからＭ＋Ｎの整数）ごとに電界強度Ｅｎｅａｒ（ｉθ）を測定し、
計算部で、遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）（ただし、ｍは−ＭからＭの整数）を
のように求める
ことを特徴とする遠方界測定方法。 A far field measurement method for measuring the far field directivity of a long antenna,
The wave number of the radio wave to be measured is k, the number of calculated wave sources is 2N + 1, the amplitude of each calculated wave source is w n , n is an integer from −N to N, and j is an imaginary number such that j 2 = −1. sometimes,
A wave source for measurement is arranged at a distance R from the long antenna,
In the rotation unit, the long antenna is rotated from − (M + N) θ to (M + N) θ (where M and N are positive integers) with respect to a predetermined direction as a reference,
In the network analyzer, the long antenna is the receiving side, the measurement wave source is the transmitting side, and the electric field strength E near (i is an integer from −MN to M + N) for each direction iθ of the long antenna. iθ),
In the calculation unit, the far field E far (mθ) (where m is an integer from −M to M)
A far-field measurement method characterized by obtaining as follows.
測定対象の電波の波数をｋ、計算上のプローブの数を２Ｎ＋１、計算上の各プローブの重みをｗｎ、ｎを−ＮからＮの整数、ｊをｊ２＝−１となる虚数とするときに、
測定用のプローブを、前記長尺アンテナから距離Ｒ離れた位置に配置し、
回転部で、前記長尺アンテナを、あらかじめ定めた向きを基準として角度が−（Ｍ＋Ｎ）θから（Ｍ＋Ｎ）θ（ただし、ＭとＮは正の整数）の向きに回転させ、
ネットワークアナライザで、前記長尺アンテナを送信側、前記測定用のプローブを受信側とし、前記長尺アンテナの向きｉθ（ただし、ｉは−Ｍ−ＮからＭ＋Ｎの整数）ごとに電界強度Ｅｎｅａｒ（ｉθ）を測定し、
計算部で、遠方界Ｅｆａｒ（ｍθ）（ただし、ｍは−ＭからＭの整数）を
のように求める
ことを特徴とする遠方界測定方法。 A far field measurement method for measuring the far field directivity of a long antenna,
The wave number of the radio wave to be measured is k, the number of calculated probes is 2N + 1, the weight of each calculated probe is w n , n is an integer from −N to N, and j is an imaginary number such that j 2 = −1. sometimes,
A probe for measurement is arranged at a distance R from the long antenna;
In the rotation unit, the long antenna is rotated from − (M + N) θ to (M + N) θ (where M and N are positive integers) with respect to a predetermined direction as a reference,
In the network analyzer, the long antenna is set as the transmitting side, the measurement probe is set as the receiving side, and the electric field strength E near (where i is an integer from −MN to M + N) for each direction iθ of the long antenna. iθ),
In the calculation unit, the far field E far (mθ) (where m is an integer from −M to M)
A far-field measurement method characterized by obtaining as follows.
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