特許 6774982 キャリブレーションシステム及びキャリブレーション方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6774982

(24)【登録日】2020年10月7日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】キャリブレーションシステム及びキャリブレーション方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/06 20060101AFI20201019BHJP

   G01R 29/10 20060101ALI20201019BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20201019BHJP

   H01Q 3/24 20060101ALI20201019BHJP

   H04B 7/0413 20170101ALI20201019BHJP

【ＦＩ】

   H04B7/06 982

   G01R29/10 B

   H01Q21/06

   H01Q3/24

   G01R29/10 D

   H04B7/0413 300

【請求項の数】8

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2018-87274(P2018-87274)

(22)【出願日】2018年4月27日

(65)【公開番号】特開2019-193221(P2019-193221A)

(43)【公開日】2019年10月31日

【審査請求日】2019年7月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000572

【氏名又は名称】アンリツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100072604

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 軍一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100140501

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 栄一郎

(72)【発明者】

【氏名】河村 尚志

(72)【発明者】

【氏名】布施 匡章

【審査官】 大野 友輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２４３７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／０１１５０６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−１８７４０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／０６

Ｇ０１Ｒ ２９／１０

Ｈ０１Ｑ ３／２４

Ｈ０１Ｑ ２１／０６

Ｈ０４Ｂ ７／０４１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定アンテナ（１００）が備える複数のアンテナ素子（Ｔ１〜ＴＮ）の中から、互いに所定間隔以上離れた一部のアンテナ素子を順次切り替えて選択し、選択した前記一部のアンテナ素子を励振させるアンテナ制御部（１６）と、
前記アンテナ制御部により選択される前記一部のアンテナ素子が切り替わるごとに、前記被測定アンテナの近傍界領域の所定の測定平面内に設定された複数の測定位置において、前記一部のアンテナ素子から送信された無線信号を受信するプローブアンテナ（１２，２６）と、
前記プローブアンテナにより受信された無線信号の振幅及び位相を測定する振幅位相測定部（１７）と、
前記振幅位相測定部により測定された振幅及び位相に基づいて、前記被測定アンテナの電磁波放射面（１００ａ）における前記一部のアンテナ素子から送信された無線信号の振幅分布及び位相分布を算出するバックプロジェクション処理部（１８）と、
前記バックプロジェクション処理部により算出された振幅分布及び位相分布から、前記電磁波放射面における各前記一部のアンテナ素子の位置に対応する振幅及び位相の値を抽出する振幅位相抽出部（１９）と、
前記振幅位相抽出部により抽出された位相の値から、前記電磁波放射面における前記複数のアンテナ素子のそれぞれの位置に対応する位相を算出する第１位相算出部（２０）と、を備えるキャリブレーションシステム。

【請求項2】

前記プローブアンテナは、第１プローブと、前記測定平面内の水平方向に前記第１プローブを挟んで配置される第２プローブ及び第３プローブと、第４プローブと、前記測定平面内の垂直方向に前記第４プローブを挟んで配置される第５プローブ及び第６プローブと、を含む複数のプローブからなり、
前記振幅位相測定部は、
前記複数のプローブにより受信された無線信号間の位相差を測定するとともに、前記複数のプローブにより受信された無線信号の振幅を測定する振幅位相差測定部（１７ａ）と、
前記振幅位相差測定部により測定された位相差から、隣接する２つの前記測定位置における前記無線信号間の位相差を算出する隣接位相差算出部（１７ｂ）と、
前記隣接位相差算出部により算出された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出する第２位相算出部（１７ｃ）と、を備え、
前記測定平面における前記第１プローブと前記第２プローブの中心間の距離が、前記測定平面における前記第１プローブと前記第３プローブの中心間の距離に比べて、水平方向に隣接する２つの前記測定位置の間隔ｄ_１だけ長く、
前記測定平面における前記第４プローブと前記第５プローブの中心間の距離が、前記測定平面における前記第４プローブと前記第６プローブの中心間の距離に比べて、垂直方向に隣接する２つの前記測定位置の間隔ｄ_２だけ長いことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーションシステム。

【請求項3】

前記第１プローブ、前記第２プローブ、及び前記第３プローブのうちのいずれか１つが、前記第４プローブ、前記第５プローブ、及び前記第６プローブのうちのいずれか１つを兼ねることを特徴とする請求項２に記載のキャリブレーションシステム。

【請求項4】

前記被測定アンテナは、各前記アンテナ素子から送信される無線信号の前記被測定アンテナの前記電磁波放射面における振幅及び位相を調整する振幅位相調整手段（１０３−１〜１０３−Ｎ，１０４−１〜１０４−Ｎ）を備え、
前記アンテナ制御部は、
前記振幅位相抽出部により抽出された振幅と、あらかじめ定められた振幅の所望値との差に応じて、前記振幅位相調整手段による振幅の調整量を制御する振幅制御部（１６ｃ）と、
前記第１位相算出部により算出された位相と、あらかじめ定められた位相の所望値との差に応じて、前記振幅位相調整手段による位相の調整量を制御する位相制御部（１６ｂ）を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のキャリブレーションシステム。

【請求項5】

前記アンテナ制御部により選択される前記一部のアンテナ素子の放射源間の間隔が、各前記アンテナ素子から送信される無線信号の半波長以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のキャリブレーションシステム。

【請求項6】

前記アンテナ制御部により選択される前記一部のアンテナ素子の間に、以降に切り替えて選択される一部のアンテナ素子のいずれかが存在することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のキャリブレーションシステム。

【請求項7】

前記複数のアンテナ素子が正方格子状、又は矩形格子状に配列されている場合に、前記アンテナ制御部が、千鳥格子状に配列された前記一部のアンテナ素子を選択することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のキャリブレーションシステム。

【請求項8】

被測定アンテナ（１００）が備える複数のアンテナ素子（Ｔ１〜ＴＮ）の中から、互いに所定間隔以上離れた一部のアンテナ素子を順次切り替えて選択し、選択した前記一部のアンテナ素子を励振させるアンテナ制御ステップ（Ｓ２，Ｓ２２）と、
前記アンテナ制御ステップにより選択される前記一部のアンテナ素子が切り替わるごとに、前記被測定アンテナの近傍界領域の所定の測定平面内に設定された複数の測定位置において、前記一部のアンテナ素子から送信された無線信号をプローブアンテナ（１２，２６）により受信する受信ステップ（Ｓ４，Ｓ２４）と、
前記受信ステップにより受信された無線信号の振幅及び位相を測定する振幅位相測定ステップ（Ｓ５，Ｓ２５，Ｓ２７〜Ｓ２９）と、
前記振幅位相測定ステップにより測定された振幅及び位相に基づいて、前記被測定アンテナの電磁波放射面（１００ａ）における前記一部のアンテナ素子から送信された無線信号の振幅分布及び位相分布を算出するバックプロジェクション処理ステップ（Ｓ７，Ｓ３０）と、
前記バックプロジェクション処理ステップにより算出された振幅分布及び位相分布から、前記電磁波放射面における各前記一部のアンテナ素子の位置に対応する振幅及び位相の値を抽出する振幅位相抽出ステップ（Ｓ８，Ｓ３１）と、
前記振幅位相抽出ステップにより抽出された位相の値から、前記電磁波放射面における前記複数のアンテナ素子のそれぞれの位置に対応する位相を算出する第１位相算出ステップ（Ｓ１０，Ｓ３３）と、を含むキャリブレーション方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、キャリブレーションシステム及びキャリブレーション方法に関し、特に、近傍界測定法による測定結果に基づいてフェイズドアレーアンテナのキャリブレーションを実行するキャリブレーションシステム及びキャリブレーション方法に関する。

【背景技術】

【0002】

５Ｇに用いられることが予想されるＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯアンテナなどのフェイズドアレーアンテナは、複数のアンテナ素子を有しており、各アンテナ素子の振幅及び位相を制御することにより、出力する電磁波の放射方向及びビーム形状を制御できるという特徴を持つ。

【0003】

上記のようなフェイズドアレーアンテナから所望の放射方向及びビーム形状の電磁波を放射するためには、上記の複数のアンテナ素子の伝送特性は、互いに等しいことが望ましいが、一般的に伝送特性は各アンテナ素子の個体差などにより互いに異なっている。そこで、フェイズドアレーアンテナの使用前には、各アンテナ素子について振幅及び位相を既定の値（例えば、等位相・等振幅）になるように調整するキャリブレーションが重要になる。

【0004】

従来より、キャリブレーション方法として、アレーアンテナの各アンテナ素子の位相を１素子ごとに回転させながら、アレーアンテナにより発生する電界の振幅を遠方界で測定した結果に基づいて、各アンテナ素子の振幅と位相を決定する素子電界ベクトル回転法（ＲＥＶ法）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

【0005】

ここで、遠方界は、アンテナの最大径Ｄ（開口寸法）に対し、下記の式（１）を満たす距離Ｒ以上離れた位置として規定される。ここで、λは自由空間波長である。
Ｒ＞２Ｄ^２／λ ・・・（１）

【0006】

一般的に、図２３に示すように、アンテナ開口面から放射される電磁界の領域のうち、アンテナ開口に近接する領域は、放射に寄与しない電磁界成分が主となるリアクティブ近傍界領域（極近傍）であり、アンテナ開口からの距離によって指向性の変化がない領域は放射遠方界領域（遠方界）と呼ばれる。一般にアンテナの指向性と表現されるのは、この放射遠方界領域で測定された指向性である。

【0007】

リアクティブ近傍界領域と放射遠方界領域の間の領域である放射近傍界領域（近傍界）は、距離に応じて指向性が変化する領域である。Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯアンテナのような強い指向性を持つアンテナの特性の測定法として、この放射近傍界領域で電磁界を測定し、計算により遠方界での指向性を求める近傍界測定法が知られている。

【0008】

さて、ＲＥＶ法は、振幅の測定のみで各アンテナ素子の相対位相を決定できる有効な方法であるが、アンテナ素子ごとに測定を行う必要があるため、アンテナ素子数が多くなるとキャリブレーションに必要な時間も増加するという課題がある。特に、多素子のアレーアンテナを用いるＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯアンテナでは、測定時間の増加が膨大になる可能性がある。

【0009】

上記のＲＥＶ法の課題を解決する手段として、近傍界測定結果をバックプロジェクション処理することで、距離Ｒ＝０におけるアンテナの開口面分布を推定し、一度にアレーアンテナの各アンテナ素子の相対位相を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】真野清司、片木孝至、"フェイズドアレーアンテナの素子振幅位相測定法--素子電界ベクトル回転法--"電気通信学会論文誌，Vol.J65-B, No.5, pp.555-560, 1982年5月

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特許第３４９１０３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、アレーアンテナの各アンテナ素子の間隔が十分に大きくない場合には、各アンテナ素子から放射された電界を分離して識別することが困難であり、アンテナ素子の位相を一意に決めることができないという課題があった。

【0013】

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、被測定アンテナの複数のアンテナ素子から送信される無線信号の波長に対してアンテナ素子間の間隔が狭い場合であっても、被測定アンテナの電磁波放射面における無線信号の振幅及び位相を測定することができるキャリブレーションシステム及びキャリブレーション方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を解決するために、本発明に係るキャリブレーションシステムは、被測定アンテナが備える複数のアンテナ素子の中から、互いに所定間隔以上離れた一部のアンテナ素子を順次切り替えて選択し、選択した前記一部のアンテナ素子を励振させるアンテナ制御部と、前記アンテナ制御部により選択される前記一部のアンテナ素子が切り替わるごとに、前記被測定アンテナの近傍界領域の所定の測定平面内に設定された複数の測定位置において、前記一部のアンテナ素子から送信された無線信号を受信するプローブアンテナと、前記プローブアンテナにより受信された無線信号の振幅及び位相を測定する振幅位相測定部と、前記振幅位相測定部により測定された振幅及び位相に基づいて、前記被測定アンテナの電磁波放射面における前記一部のアンテナ素子から送信された無線信号の振幅分布及び位相分布を算出するバックプロジェクション処理部と、前記バックプロジェクション処理部により算出された振幅分布及び位相分布から、前記電磁波放射面における各前記一部のアンテナ素子の位置に対応する振幅及び位相の値を抽出する振幅位相抽出部と、前記振幅位相抽出部により抽出された位相の値から、前記電磁波放射面における前記複数のアンテナ素子のそれぞれの位置に対応する位相を算出する第１位相算出部と、を備える構成である。

【0015】

この構成により、本発明に係るキャリブレーションシステムは、被測定アンテナの複数のアンテナ素子から送信される無線信号の波長に対してアンテナ素子間の間隔が狭い場合であっても、被測定アンテナの電磁波放射面における無線信号の振幅及び位相を測定することができる。

【0016】

また、本発明に係るキャリブレーションシステムにおいては、前記プローブアンテナは、第１プローブと、前記測定平面内の水平方向に前記第１プローブを挟んで配置される第２プローブ及び第３プローブと、第４プローブと、前記測定平面内の垂直方向に前記第４プローブを挟んで配置される第５プローブ及び第６プローブと、を含む複数のプローブからなり、前記振幅位相測定部は、前記複数のプローブにより受信された無線信号間の位相差を測定するとともに、前記複数のプローブにより受信された無線信号の振幅を測定する振幅位相差測定部と、前記振幅位相差測定部により測定された位相差から、隣接する２つの前記測定位置における前記無線信号間の位相差を算出する隣接位相差算出部と、前記隣接位相差算出部により算出された位相差から、各前記測定位置における前記無線信号の位相を算出する第２位相算出部と、を備え、前記測定平面における前記第１プローブと前記第２プローブの中心間の距離が、前記測定平面における前記第１プローブと前記第３プローブの中心間の距離に比べて、水平方向に隣接する２つの前記測定位置の間隔ｄ_１だけ長く、前記測定平面における前記第４プローブと前記第５プローブの中心間の距離が、前記測定平面における前記第４プローブと前記第６プローブの中心間の距離に比べて、垂直方向に隣接する２つの前記測定位置の間隔ｄ_２だけ長い構成であってもよい。

【0017】

この構成により、本発明に係るキャリブレーションシステムは、ＲＦ回路と一体化した被測定アンテナから送信された無線信号に対して、被測定アンテナからの同期用信号の供給なしで、近傍界において位相と振幅を測定することができる。このため、本発明に係るキャリブレーションシステムは、被測定アンテナの複数のアンテナ素子から送信される無線信号の波長に対してアンテナ素子間の間隔が狭い場合であっても、被測定アンテナの電磁波放射面における無線信号の振幅及び位相を測定することができる。

【0018】

また、本発明に係るキャリブレーションシステムにおいては、前記第１プローブ、前記第２プローブ、及び前記第３プローブのうちのいずれか１つが、前記第４プローブ、前記第５プローブ、及び前記第６プローブのうちのいずれか１つを兼ねる構成であってもよい。

【0019】

また、本発明に係るキャリブレーションシステムにおいては、前記被測定アンテナは、各前記アンテナ素子から送信される無線信号の前記被測定アンテナの前記電磁波放射面における振幅及び位相を調整する振幅位相調整手段を備え、前記アンテナ制御部は、前記振幅位相抽出部により抽出された振幅と、あらかじめ定められた振幅の所望値との差に応じて、前記振幅位相調整手段による振幅の調整量を制御する振幅制御部と、前記第１位相算出部により算出された位相と、あらかじめ定められた位相の所望値との差に応じて、前記振幅位相調整手段による位相の調整量を制御する位相制御部を含む構成であってもよい。

【0020】

この構成により、本発明に係るキャリブレーションシステムは、被測定アンテナの複数のアンテナ素子から送信される無線信号の波長に対してアンテナ素子間の間隔が狭い場合であっても、各アンテナ素子から送信される無線信号の振幅及び位相が既定の値になるように調整するキャリブレーションを実行することができる。

【0021】

また、本発明に係るキャリブレーションシステムにおいては、前記アンテナ制御部により選択される前記一部のアンテナ素子の放射源間の間隔が、各前記アンテナ素子から送信される無線信号の半波長以上である構成であってもよい。

【0022】

また、本発明に係るキャリブレーションシステムにおいては、前記アンテナ制御部により選択される前記一部のアンテナ素子の間に、以降に切り替えて選択される一部のアンテナ素子のいずれかが存在する構成であってもよい。

【0023】

また、本発明に係るキャリブレーションシステムにおいては、前記複数のアンテナ素子が正方格子状、又は矩形格子状に配列されている場合に、前記アンテナ制御部が、千鳥格子状に配列された前記一部のアンテナ素子を選択する構成であってもよい。

【0024】

また、本発明に係るキャリブレーション方法は、被測定アンテナが備える複数のアンテナ素子の中から、互いに所定間隔以上離れた一部のアンテナ素子を順次切り替えて選択し、選択した前記一部のアンテナ素子を励振させるアンテナ制御ステップと、前記アンテナ制御ステップにより選択される前記一部のアンテナ素子が切り替わるごとに、前記被測定アンテナの近傍界領域の所定の測定平面内に設定された複数の測定位置において、前記一部のアンテナ素子から送信された無線信号をプローブアンテナにより受信する受信ステップと、前記受信ステップにより受信された無線信号の振幅及び位相を測定する振幅位相測定ステップと、前記振幅位相測定ステップにより測定された振幅及び位相に基づいて、前記被測定アンテナの電磁波放射面における前記一部のアンテナ素子から送信された無線信号の振幅分布及び位相分布を算出するバックプロジェクション処理ステップと、前記バックプロジェクション処理ステップにより算出された振幅分布及び位相分布から、前記電磁波放射面における各前記一部のアンテナ素子の位置に対応する振幅及び位相の値を抽出する振幅位相抽出ステップと、前記振幅位相抽出ステップにより抽出された位相の値から、前記電磁波放射面における前記複数のアンテナ素子のそれぞれの位置に対応する位相を算出する第１位相算出ステップと、を含む構成である。

【0025】

この構成により、本発明に係るキャリブレーション方法は、被測定アンテナの複数のアンテナ素子から送信される無線信号の波長に対してアンテナ素子間の間隔が狭い場合であっても、被測定アンテナの電磁波放射面における無線信号の振幅及び位相を測定することができる。

【発明の効果】

【0026】

本発明は、被測定アンテナの複数のアンテナ素子から送信される無線信号の波長に対してアンテナ素子間の間隔が狭い場合であっても、被測定アンテナの電磁波放射面における無線信号の振幅及び位相を測定することができるキャリブレーションシステム及びキャリブレーション方法を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るキャリブレーションシステムによりキャリブレーションが実施される被測定アンテナの構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係るキャリブレーションシステムによりキャリブレーションが実施される被測定アンテナの他の構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係るキャリブレーションシステムの構成図である。

【図4】（ａ）はプローブアンテナとして用いられる方形導波管の断面図であり、（ｂ）はプローブアンテナとして用いられるダブルリッジ導波管の断面図である。

【図5】被測定アンテナが備える複数のアンテナ素子の配置例を示す図である。

【図6】複数のアンテナ素子の中から選択される一部のアンテナ素子の組合せを説明するための図である。

【図7】全てのアンテナ素子の振幅を一様、位相をランダムとした状態でバックプロジェクション処理を行った結果を示す図である。

【図8】アンテナ素子の組合せ１についてバックプロジェクション処理を行った結果を示す図である。

【図9】アンテナ素子の組合せ２についてバックプロジェクション処理を行った結果を示す図である。

【図10】アンテナ素子の組合せ３についてバックプロジェクション処理を行った結果を示す図である。

【図11】アンテナ素子の組合せ４についてバックプロジェクション処理を行った結果を示す図である。

【図12】アンテナ素子の組合せ５についてバックプロジェクション処理を行った結果を示す図である。

【図13】全てのアンテナ素子にキャリブレーションを実施した状態でバックプロジェクション処理を行った結果を示す図である。

【図14】全てのアンテナ素子の振幅を一様、位相をランダムとした状態で遠方界の指向性を算出した結果を示すグラフである。

【図15】全てのアンテナ素子にキャリブレーションを実施した状態で遠方界の指向性を算出した結果を示すグラフである。

【図16】本発明の第１の実施形態に係るキャリブレーションシステムを用いるキャリブレーション方法の処理を示すフローチャートである。

【図17】本発明の第２の実施形態に係るキャリブレーションシステムによりキャリブレーションが実施される被測定アンテナの構成を示すブロック図である。

【図18】本発明の第２の実施形態に係るキャリブレーションシステムの構成図である。

【図19】本発明の第２の実施形態に係るキャリブレーションシステムが備える複数のプローブの配置と測定位置を示す模式図である。

【図20】本発明の第２の実施形態に係るキャリブレーションシステムが備える複数のプローブの他の配置例を示す模式図である。

【図21】本発明の第２の実施形態に係るキャリブレーションシステムが備える振幅位相測定部の構成を示すブロック図である。

【図22】本発明の第２の実施形態に係るキャリブレーションシステムを用いるキャリブレーション方法の処理を示すフローチャートである。

【図23】アンテナの測定領域の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明に係るキャリブレーションシステム及びキャリブレーション方法の実施形態について、図面を用いて説明する。本発明に係るキャリブレーションシステムは、複数のアンテナ素子を含む被測定アンテナから送信される無線信号の振幅及び位相を近傍界で測定し、各アンテナ素子から送信される無線信号の振幅及び位相が既定の値になるように調整（キャリブレーションを実行）するものである。

【0029】

（第１の実施形態）
図１に示すように、被測定アンテナ１００は、例えばＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯアンテナなどのアレーアンテナであり、分配器１０１と、ＳＷ１０２−１〜１０２−Ｎと、可変移相器１０３−１〜１０３−Ｎと、可変増幅器１０４−１〜１０４−Ｎと、アンテナ素子Ｔ１〜ＴＮと、を備える。可変移相器１０３−１〜１０３−Ｎ及び可変増幅器１０４−１〜１０４−Ｎは、各アンテナ素子Ｔ１〜ＴＮから送信される無線信号の被測定アンテナ１００の電磁波放射面における振幅及び位相を調整する振幅位相調整手段を構成する。

【0030】

分配器１０１は、後述する信号発生器１５から出力された無線信号を、複数のＳＷ１０２−１〜１０２−Ｎを介して複数の可変移相器１０３−１〜１０３−Ｎに分配するようになっている。

【0031】

ＳＷ１０２−１〜１０２−Ｎは、複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮを個別に励振状態又は非励振状態に切り替えるためのものであり、後述する素子選択部１６ａからの制御信号に応じて、後段の可変移相器１０３−１〜１０３−Ｎに、分配器１０１により分配された無線信号を入力するか否かを切り替えるようになっている。

【0032】

可変移相器１０３−１〜１０３−Ｎは、後述する位相制御部１６ｂからの制御信号に応じて、分配器１０１により分配された無線信号の位相を調整するようになっている。

【0033】

可変増幅器１０４−１〜１０４−Ｎは、可変移相器１０３−１〜１０３−Ｎから出力された位相調整後の無線信号の振幅を調整するものであり、後述する振幅制御部１６ｃからの制御信号に応じて無線信号の振幅を調整し、振幅を調整した無線信号をアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮに入力するようになっている。

【0034】

なお、図２に示すように、被測定アンテナ１００がＳＷ１０２−１〜１０２−Ｎを備えない場合もある。この場合には、後述する素子選択部１６ａからの制御信号に応じて、可変増幅器１０４−１〜１０４−Ｎの電源がオン／オフされることで、複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮが個別に励振状態又は非励振状態に切り替わる。

【0035】

図３に示すように、本実施形態のキャリブレーションシステム１は、アンテナ支持部１１と、プローブアンテナ１２と、プローブ走査機構１３と、走査制御部１４と、信号発生器１５と、アンテナ制御部１６と、振幅位相測定部１７と、バックプロジェクション処理部１８と、振幅位相抽出部１９と、第１位相算出部２０と、遠方界指向性算出部２１と、表示部２２と、操作部２３と、制御部２４と、を備える。

【0036】

図１及び図２に示すように、アンテナ制御部１６は、素子選択部１６ａと、位相制御部１６ｂと、振幅制御部１６ｃと、を含む。

【0037】

素子選択部１６ａは、被測定アンテナ１００が備える複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮの中から、互いに所定間隔以上離れた一部のアンテナ素子を順次切り替えて選択するための制御信号を被測定アンテナ１００に出力するものである。一部のアンテナ素子は、素子選択部１６ａに選択されることにより励振される。被測定アンテナ１００がＳＷ１０２−１〜１０２−Ｎを備えている場合には、素子選択部１６ａはＳＷ１０２−１〜１０２−Ｎに制御信号を出力するようになっている。一方、被測定アンテナ１００がＳＷ１０２−１〜１０２−Ｎを備えていない場合には、素子選択部１６ａは可変増幅器１０４−１〜１０４−Ｎにそれらの電源をオン／オフする制御信号を出力するようになっている。

【0038】

位相制御部１６ｂは、分配器１０１により分配された無線信号の位相を調整するための制御信号を、可変移相器１０３−１〜１０３−Ｎに出力するようになっている。

【0039】

また、振幅制御部１６ｃは、可変移相器１０３−１〜１０３−Ｎから出力された位相調整後の無線信号の振幅を調整するための制御信号を、可変増幅器１０４−１〜１０４−Ｎに出力するようになっている。

【0040】

信号発生器１５は、例えば無変調波信号や広帯域信号（例えばＯＦＤＭ信号）などの無線信号を発生させ、発生させた無線信号を被測定アンテナ１００に出力することにより、無線信号を被測定アンテナ１００から送信させる。また、信号発生器１５は、被測定アンテナ１００への無線信号の出力に同期した同期用信号を振幅位相測定部１７に出力するようになっている。

【0041】

図３に示すように、アンテナ支持部１１は、被測定アンテナ１００をその電磁波放射面１００ａが所定方向に向いた状態で支持するようになっている。

【0042】

プローブアンテナ１２は、アンテナ制御部１６により選択される一部のアンテナ素子が切り替わるごとに、被測定アンテナ１００の近傍界領域の所定の測定平面Ｐ内に設定された複数の測定位置において、一部のアンテナ素子から送信された無線信号の電磁波を受信するようになっている。なお、測定平面Ｐは、被測定アンテナ１００の電磁波放射面１００ａに対して、被測定アンテナ１００から送信される無線信号の３波長程度離れた距離で平行に設けられる。また、これら複数の測定位置は、被測定アンテナ１００から送信される無線信号の１／２波長（０．５λ）以下の間隔で測定平面Ｐ内の水平方向及び垂直方向に設定される。

【0043】

例えば、プローブアンテナ１２は、マイクロ波又はミリ波帯の所定周波数範囲の電磁波を伝搬させる導波路を有し、先端が開放された導波管である。このような導波管としては、導波路の断面形状が長方形の方形導波管や、導波路の断面形状が両側部の高さに対して中央部の高さが小となるダブルリッジ導波管を用いることができる。

【0044】

図４（ａ）は、プローブアンテナ１２として用いられる方形導波管の導波路３０の長手方向に垂直な断面を示す図である。方形導波管の外形ａ×ｂは、内径ｗ０×ｈ０より大きく、かつ構造物としての強度が得られる範囲で任意である。

【0045】

図４（ｂ）は、プローブアンテナ１２として用いられるダブルリッジ導波管の導波路３１の長手方向に垂直な断面を示す図である。ダブルリッジ導波管においては、上下の内壁中央から互いに近づく方向に突出する２つの突出部３２ａ，３２ｂが長手方向に連続して形成されている。すなわち、導波路３１の中央部３１ａの高さｈ１が、その両側部３１ｂ，３１ｃの高さｈ２に対して小に設定されている。

【0046】

このダブルリッジ導波管の場合、中央部３１ａの幅ｗ１及び高さｈ１、並びに、両側部３１ｂ，３１ｃの幅ｗ２及び高さｈ２を調整することで、標準の方形導波管の導波路の断面形状より小さい断面形状で、同等の周波数範囲の電磁波を伝搬できるという利点がある。また、ダブルリッジ導波管の幅と高さを同じ形状にすると、開口が広くなり受信感度が上がるという利点がある。

【0047】

プローブ走査機構１３は、プローブアンテナ１２を被測定アンテナ１００の電磁波放射面１００ａに対向する近傍の測定平面Ｐ内でＸ，Ｙ方向に移動させる。つまり、プローブ走査機構１３は、測定平面Ｐ内の複数の測定位置にプローブアンテナ１２を移動させるようになっている。

【0048】

走査制御部１４は、プローブ走査機構１３に対して、測定平面Ｐ内の全ての測定位置（格子点）にプローブアンテナ１２を所定順に移動させる制御を行うようになっている。また、走査制御部１４は、プローブアンテナ１２が存在する測定位置の位置情報を、バックプロジェクション処理部１８や遠方界指向性算出部２１に送出するようになっている。

【0049】

振幅位相測定部１７は、プローブアンテナ１２により受信された無線信号の振幅及び位相を、信号発生器１５から出力された同期用信号のタイミングを基準として測定するようになっている。例えば、振幅位相測定部１７は、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）、スペクトラムアナライザ、オシロスコープなどにより構成することが可能である。

【0050】

バックプロジェクション処理部１８は、特許文献１に開示されているバックプロジェクション法により、振幅位相測定部１７により測定された振幅及び位相の値と、走査制御部１４から送出された位置情報とに基づいて、アンテナ制御部１６の素子選択部１６ａにより選択された一部のアンテナ素子から送信された無線信号の、電磁波放射面１００ａにおける振幅分布及び位相分布を算出するようになっている。

【0051】

振幅位相抽出部１９は、バックプロジェクション処理部１８により算出された振幅分布及び位相分布から、電磁波放射面１００ａにおける各一部のアンテナ素子の位置に対応する振幅及び位相の値を抽出するものである。例えば、振幅位相抽出部１９は、各一部のアンテナ素子の一点に対応する振幅及び位相の値を抽出するようになっている。あるいは、振幅位相抽出部１９は、各一部のアンテナ素子の一点を囲む所定領域に対応する振幅及び位相の値の平均値を、各一部のアンテナ素子の位置に対応する振幅及び位相の値として抽出するものであってもよい。

【0052】

第１位相算出部２０は、振幅位相抽出部１９により抽出された位相の値から、電磁波放射面１００ａにおける複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮ全てのそれぞれの位置に対応する位相を算出するようになっている。

【0053】

なお、アンテナ制御部１６の位相制御部１６ｂは、第１位相算出部２０によりアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮごとに算出された位相と、あらかじめアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮごとに定められた位相の所望値との差に応じて、可変移相器１０３−１〜１０３−Ｎによる位相の調整量を制御するようになっている。ここで、あらかじめ定められた位相の所望値とは、例えば、全てのアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮのそれぞれの位置に対応する位相が等位相となるような値である。

【0054】

また、アンテナ制御部１６の振幅制御部１６ｃは、振幅位相抽出部１９によりアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮごとに抽出された振幅と、あらかじめアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮごとに定められた振幅の所望値との差に応じて、可変増幅器１０４−１〜１０４−Ｎによる振幅の調整量を制御するようになっている。ここで、あらかじめ定められた振幅の所望値とは、例えば、全てのアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮのそれぞれの位置に対応する振幅が等振幅となるような値である。

【0055】

遠方界指向性算出部２１は、走査制御部１４から出力されたプローブアンテナ１２の位置情報と、振幅位相測定部１７により測定された振幅及び位相の値とを用いて、遠方界の指向性を算出するようになっている。ここでは、公知の近傍界／遠方界変換法の数値計算を行うことにより遠方界の電界強度分布を推定して、被測定アンテナ１００の遠方界での指向性を求めることができる。

【0056】

表示部２２は、例えばＬＣＤやＣＲＴなどの表示機器で構成され、制御部２４からの制御信号に応じて各種表示内容を表示するようになっている。この表示内容には、被測定アンテナ１００の電磁波放射面１００ａにおける振幅及び位相の測定結果や、被測定アンテナ１００の遠方界における指向性の算出結果などが含まれる。さらに、表示部２２は、測定条件などを設定するためのボタン、ソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象の表示を行うようになっている。

【0057】

操作部２３は、ユーザによる操作入力を行うためのものであり、例えば表示部２２の表示画面の表面に設けられたタッチパネルで構成される。あるいは、操作部２３は、キーボード又はマウスのような入力デバイスを含んで構成されてもよい。例えば、ユーザは、操作部２３を用いて各アンテナ素子の振幅及び位相の所望値を入力することができるようになっている。

【0058】

制御部２４は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどを含むマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータ等で構成され、キャリブレーションシステム１を構成する上記各部の動作を制御する。

【0059】

なお、振幅位相測定部１７、バックプロジェクション処理部１８、振幅位相抽出部１９、第１位相算出部２０、及び遠方界指向性算出部２１は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのディジタル回路で構成することや、制御部２４による所定のプログラムの実行によりソフトウェア的に構成することが可能である。あるいは、振幅位相測定部１７、バックプロジェクション処理部１８、振幅位相抽出部１９、第１位相算出部２０、及び遠方界指向性算出部２１は、ディジタル回路によるハードウェア処理と所定のプログラムによるソフトウェア処理とを適宜組み合わせて構成することも可能である。

【0060】

被測定アンテナ１００における複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮは、例えば、図５（ａ）に示すような正方格子の格子点、図５（ｂ）に示すような矩形格子の格子点、図５（ｃ）に示すような六角格子の格子点、図５（ｄ）に示すような斜方格子の格子点、図５（ｅ）に示すような平行体格子の格子点の位置に配置されている。

【0061】

複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮから送信された無線信号の振幅及び位相を個別に取得するためには、素子選択部１６ａにより選択される一部のアンテナ素子の放射源間の間隔は、各アンテナ素子から送信される無線信号の半波長（０．５λ）以上であることが望ましい。

【0062】

図６に示すように、被測定アンテナ１００は、例えば、０．５λ間隔で１６個のアンテナ素子Ｔ１〜Ｔ１６が正方格子状に配置されたアレーアンテナである。この場合、素子選択部１６ａによるアンテナ素子の選択の組合せは、例えば、アンテナ素子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ９，Ｔ１１（組合せ１）、アンテナ素子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ１０，Ｔ１２（組合せ２）、アンテナ素子Ｔ５，Ｔ７，Ｔ１３，Ｔ１５（組合せ３）、アンテナ素子Ｔ６，Ｔ８，Ｔ１４，Ｔ１６（組合せ４）などとすることができる。このように、アンテナ素子を一つ置きに選択する４つの組合せにより、全てのアンテナ素子をカバーすることができる。

【0063】

すなわち、素子選択部１６ａにより選択される一部のアンテナ素子（例えば組合せ１）の間に、以降に切り替えて選択される一部のアンテナ素子（例えば組合せ２〜４）のいずれかが存在する。このようにして、振幅位相抽出部１９にて、組合せ１〜４ごとにアンテナ素子の振幅及び位相が求まる。

【0064】

さらに、素子選択部１６ａは、例えばアンテナ素子Ｔ１，Ｔ４，Ｔ１３，Ｔ１６（組合せ５）などのように、組合せ１〜４からそれぞれ１つのアンテナ素子を選択する。第１位相算出部２０は、振幅位相抽出部１９により組合せ５で得られた位相から組合せ１〜４間の位相のずれ量を算出し、このずれ量で組合せ１〜４の位相を補正する。これにより、全てのアンテナ素子Ｔ１〜Ｔ１６について位相が求まる。

【0065】

これは、被測定アンテナ１００が備えるアンテナ素子の個数が１６個より多くても同様であり、上記のような５回の測定で全てのアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮに関する振幅及び位相を決定することができる。

【0066】

また、図６で例に挙げたアレーアンテナは、０．５λ間隔で各アンテナ素子が配置されているとしたが、例えばアンテナ素子の間隔が０．８λ程度あれば、素子選択部１６ａによるアンテナ素子の選択の組合せを、アンテナ素子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ６，Ｔ８，Ｔ９，Ｔ１１，Ｔ１４，Ｔ１６（組合せＡ）、アンテナ素子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ７，Ｔ１０，Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１５（組合せＢ）のように、千鳥格子状の組合せとすることができる。

【0067】

すなわち、複数のアンテナ素子Ｔ１〜Ｔ１６が、正方格子状、又は矩形格子状に配列されている場合に、アンテナ制御部１６の素子選択部１６ａは、千鳥格子状に配列された一部のアンテナ素子を選択してもよい。

【0068】

さらに、素子選択部１６ａは、例えばアンテナ素子Ｔ１，Ｔ１５（組合せＣ）などのように、組合せＡ，Ｂからそれぞれ１つのアンテナ素子を選択する。第１位相算出部２０は、振幅位相抽出部１９により組合せＣで得られた位相から組合せＡ，Ｂ間の位相のずれ量を算出し、このずれ量で組合せＡ，Ｂの位相を補正する。これにより、３回の測定で全てのアンテナ素子Ｔ１〜Ｔ１６について位相が求まる。

【0069】

以下、図６に示したアレーアンテナについて、バックプロジェクション処理部１８により得られた電磁波放射面１００ａにおける振幅分布及び位相分布のデータを図７〜図１３に示す。

【0070】

図７（ａ），（ｂ）は、初期値として、各アンテナ素子Ｔ１〜Ｔ１６の電磁波放射面１００ａにおける振幅を一様、位相をランダムとして、全てのアンテナ素子Ｔ１〜Ｔ１６を励振した状態でバックプロジェクション処理を行った結果を示している。図中の黒線の枠は、アンテナ基板と各アンテナ素子Ｔ１〜Ｔ１６の外形を示している。それぞれのアンテナ素子Ｔ１〜Ｔ１６からの放射波が合成されるため、アンテナ素子Ｔ１〜Ｔ１６ごとに振幅及び位相のデータを分離して求めることが困難であることが図７の例から分かる。

【0071】

図８〜図１２は、上述した組合せ１〜５ごとのバックプロジェクション処理の結果である。図８（ａ），（ｂ）の結果からは、アンテナ素子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ９，Ｔ１１に対応する領域において、振幅及び位相のデータがアンテナ素子ごとに分離可能であることが確認できる。また、図９（ａ），（ｂ）の結果からは、アンテナ素子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ１０，Ｔ１２に対応する領域において、振幅及び位相のデータがアンテナ素子ごとに分離可能であることが確認できる。また、図１０（ａ），（ｂ）の結果からは、アンテナ素子Ｔ５，Ｔ７，Ｔ１３，Ｔ１５に対応する領域において、振幅及び位相のデータがアンテナ素子ごとに分離可能であることが確認できる。

【0072】

また、図１１（ａ），（ｂ）の結果からは、アンテナ素子Ｔ６，Ｔ８，Ｔ１４，Ｔ１６に対応する領域において、振幅及び位相のデータがアンテナ素子ごとに分離可能であることが確認できる。さらに、図１２（ａ），（ｂ）の結果からは、アンテナ素子Ｔ１，Ｔ４，Ｔ１３，Ｔ１６に対応する領域において、振幅及び位相のデータがアンテナ素子ごとに分離可能であることが確認できる。

【0073】

図８〜図１２に示した振幅及び位相のデータに基づいて、アンテナ制御部１６の位相制御部１６ｂ及び振幅制御部１６ｃにより、全てのアンテナ素子Ｔ１〜Ｔ１６の電磁波放射面１００ａにおける振幅及び位相が等位相かつ等振幅になるように制御された結果を図１３に示す。図１３より、電磁波放射面１００ａにおける振幅分布及び位相分布において、アンテナ素子Ｔ１〜Ｔ１６に対応する領域全体（開口面）が等位相かつ等振幅になっていることが確認できる。

【0074】

図１４は、アンテナ素子Ｔ１〜Ｔ１６の電磁波放射面１００ａにおける振幅を一様、位相をランダムとした図７の振幅分布及び位相分布について、遠方界指向性算出部２１により遠方界の指向性を算出した結果を示している。図１４の結果からは、位相がランダムであることから、アレーアンテナの正面方向に無線信号の電波が放射されず、指向性が乱れていることが分かる。

【0075】

一方、図１５は、位相制御部１６ｂ及び振幅制御部１６ｃにより、全てのアンテナ素子Ｔ１〜Ｔ１６の電磁波放射面１００ａにおける振幅及び位相が等振幅及び等位相に制御された図１３の振幅分布及び位相分布について、遠方界指向性算出部２１により遠方界の指向性を算出した結果を示している。図１５の結果からは、アレーアンテナの正面方向において、電界面（Ｅ面）、磁界面（Ｈ面）ともにそろった指向性が確認できるため、キャリブレーションが正常に実施できていることが分かる。

【0076】

以下、本実施形態に係るキャリブレーションシステム１を用いるキャリブレーション方法について、図１６のフローチャートを参照しながら説明する。

【0077】

まず、信号発生器１５は、無線信号を被測定アンテナ１００に出力するとともに、被測定アンテナ１００への無線信号の出力に同期した同期用信号を振幅位相測定部１７に出力する（ステップＳ１）。

【0078】

次に、アンテナ制御部１６は、被測定アンテナ１００が備える複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮの中から、互いに所定間隔以上離れた一部のアンテナ素子を励振させる（アンテナ制御ステップＳ２）。

【0079】

次に、走査制御部１４は、プローブ走査機構１３によって、プローブアンテナ１２を測定平面Ｐ内の測定位置に移動させる（プローブ走査ステップＳ３）。

【0080】

次に、プローブアンテナ１２は、プローブ走査ステップＳ３で移動された測定位置において、アンテナ制御ステップＳ２で励振された一部のアンテナ素子から出力された無線信号を近傍界領域で受信する（受信ステップＳ４）。

【0081】

次に、振幅位相測定部１７は、受信ステップＳ４により受信された無線信号の振幅及び位相を測定する（振幅位相測定ステップＳ５）。

【0082】

次に、制御部２４は、測定平面Ｐ内の全ての測定位置に対して、振幅及び位相の値が得られたか否かを判断する（ステップＳ６）。否定判断の場合にはプローブ走査ステップＳ３に戻る。肯定判断の場合にはステップＳ７に進む。

【0083】

ステップＳ７においてバックプロジェクション処理部１８は、振幅位相測定ステップＳ５により測定された振幅及び位相に基づいて、被測定アンテナ１００の電磁波放射面１００ａにおける一部のアンテナ素子から送信された無線信号の振幅分布及び位相分布を算出する（バックプロジェクション処理ステップＳ７）。

【0084】

次に、振幅位相抽出部１９は、バックプロジェクション処理ステップＳ７により算出された振幅分布及び位相分布から、電磁波放射面１００ａにおける一部のアンテナ素子の位置に対応する振幅及び位相の値を抽出する（振幅位相抽出ステップＳ８）。

【0085】

次に、制御部２４は、例えば図８〜図１２に示すようなアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮの全ての組合せについて、振幅分布及び位相分布が得られたか否かを判断する（ステップＳ９）。否定判断の場合にはアンテナ制御ステップＳ２に戻る。肯定判断の場合にはステップＳ１０に進む。

【0086】

ステップＳ１０において第１位相算出部２０は、アンテナ素子Ｔ１〜ＴＮの全ての組合せについて振幅位相抽出ステップＳ８により抽出された位相の値から、電磁波放射面１００ａにおける複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮのそれぞれの位置に対応する位相を算出する（第１位相算出ステップＳ１０）。

【0087】

次に、位相制御部１６ｂは、第１位相算出ステップＳ１０によりアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮごとに算出された位相と、あらかじめアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮごとに定められた位相の所望値との差に応じて、可変移相器１０３−１〜１０３−Ｎによる位相の調整量を制御する。また、振幅制御部１６ｃは、振幅位相抽出ステップＳ８によりアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮごとに抽出された振幅と、あらかじめアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮごとに定められた振幅の所望値との差に応じて、可変増幅器１０４−１〜１０４−Ｎによる振幅の調整量を制御する（ステップＳ１１）。

【0088】

以上説明したように、本実施形態に係るキャリブレーションシステム１は、複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮの中から、互いに所定間隔以上離れた一部のアンテナ素子のみを順次切り替えて励振させることにより、被測定アンテナ１００の複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮから送信される無線信号の波長に対してアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮ間の間隔が狭い場合であっても、被測定アンテナ１００の電磁波放射面１００ａにおける無線信号の振幅及び位相を測定することができる。

【0089】

また、本実施形態に係るキャリブレーションシステム１は、被測定アンテナ１００の複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮから送信される無線信号の波長に対してアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮ間の間隔が狭い場合であっても、各アンテナ素子から送信される無線信号の振幅及び位相が既定の値になるように調整するキャリブレーションを実行することができる。

【0090】

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係るキャリブレーションシステム２について図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。また、第１の実施形態と同様の動作についても適宜説明を省略する。

【0091】

図１７に示すように、本実施形態における被測定アンテナ１００は、例えば、複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮにＲＦ機能（ＲＦ回路）を一体化してなるＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯアンテナなどのアレーアンテナであり、第１の実施形態の構成に加えてＲＦ回路１０５を備える。

【0092】

ＲＦ回路１０５は、入力されたＯＦＤＭ信号などのマルチキャリア信号のベースバンド信号を所望の周波数帯域の無線信号に変換して、分配器１０１に出力するようになっている。分配器１０１は、ＲＦ回路１０５から出力された無線信号を、複数のＳＷ１０２−１〜１０２−Ｎを介して複数の可変移相器１０３−１〜１０３−Ｎに分配するようになっている。また、本実施形態においても、第１の実施形態の図２に示したようなＳＷ１０２−１〜１０２−Ｎを省略した構成が可能である。

【0093】

図１８に示すように、本実施形態におけるプローブアンテナ２６は、第１プローブと、測定平面Ｐ内の水平方向（Ｘ方向）に第１プローブを挟んで配置される第２プローブ及び第３プローブと、第４プローブと、測定平面Ｐ内の垂直方向（Ｙ方向）に第４プローブを挟んで配置される第５プローブ及び第６プローブと、を含む複数のプローブがアンテナ保持部２７に収容されてなる。

【0094】

なお、第１プローブ、第２プローブ、及び第３プローブのうちのいずれか１つは、第４プローブ、第５プローブ、及び第６プローブのうちのいずれか１つを兼ねていてもよい。

【0095】

複数のプローブは、全て同じものであってもよいし、互いに異なるものであってもよい。なお、複数のプローブの開口形状を全て同一にした場合、各プローブの受信感度が同等となり、後述する振幅平均化部１７ｄにおいて振幅の平均化が容易になるという利点がある。

【0096】

例えば、複数のプローブのうちの少なくとも１つは、マイクロ波又はミリ波帯の所定周波数範囲の電磁波を伝搬させる導波路を有し、先端が開放された導波管であってもよい。このような導波管としては、導波路の断面形状が長方形の方形導波管を好適に用いることができる。また、方形導波管の代わりに、導波路の断面形状が両側部の高さに対して中央部の高さが小となるダブルリッジ導波管などの各種の導波管をプローブとして用いることも可能である。

【0097】

図１９は、測定平面Ｐ内における測定位置と複数のプローブの配置位置（図中の■印）の一例を示す模式図である。図１９に示すように、測定位置は、測定平面ＰをＸ方向にΔｘ＝ｄ_１、Ｙ方向にΔｙ＝ｄ_２で格子状に分割した領域の中心位置として表すことができる。ここでは、間隔ｄ_１及びｄ_２は無線信号の波長λの１／２以下の値であるとしている。なお、ｄ_１とｄ_２は互いに異なる値であっても等しい値であってもよい。

【0098】

図１９に示した例では、プローブアンテナ２６は、中央プローブ２６ｃ１，ｃ２と、左プローブ２６ｌと、右プローブ２６ｒと、上プローブ２６ｔと、下プローブ２６ｂとからなる。ここで、中央プローブ２６ｃ１は第１プローブ、左プローブ２６ｌは第２プローブ、右プローブ２６ｒは第３プローブに相当する。また、中央プローブ２６ｃ２は第４プローブ、上プローブ２６ｔは第５プローブ、下プローブ２６ｂは第６プローブに相当する。

【0099】

なお、測定平面Ｐにおける第１プローブと第２プローブの中心間の距離は、測定平面Ｐにおける第１プローブと第３プローブの中心間の距離に比べて、水平方向に隣接する２つの測定位置の間隔ｄ_１だけ長くなっている。

【0100】

また、測定平面Ｐにおける第４プローブと第５プローブの中心間の距離は、測定平面Ｐにおける第４プローブと第６プローブの中心間の距離に比べて、垂直方向に隣接する２つの測定位置の間隔ｄ_２だけ長くなっている。

【0101】

図２０に、測定平面Ｐ内における複数のプローブの他の配置例を示す。図２０（ａ）は、十字型の配置の一例であり、第１プローブ（中央プローブ２６ｃ１）が第４プローブ（中央プローブ２６ｃ２）を兼ねている。図２０（ｂ）は、Ｔ字型の配置の一例であり、第１プローブ（中央プローブ２６ｃ１）が第６プローブ（上プローブ２６ｔ）を兼ねている。図２０（ｃ）は、Ｌ字型の配置の一例であり、第２プローブ（左プローブ２６ｌ）が第５プローブ（下プローブ２６ｂ）を兼ねている。

【0102】

プローブ走査機構１３は、プローブアンテナ２６の複数のプローブを測定平面Ｐ内の測定位置に移動させるようになっている。

【0103】

走査制御部１４は、プローブ走査機構１３に対して、測定平面Ｐ内の全ての測定位置に各プローブを所定順に移動させる制御を行うようになっている。また、走査制御部１４は、各プローブが存在する測定位置の位置情報を、バックプロジェクション処理部１８や遠方界指向性算出部２１に送出するようになっている。

【0104】

また、本実施形態に係るキャリブレーションシステム２は、複数のプローブのうち、水平方向又は垂直方向に隣り合う２つのプローブで受信された無線信号を選択的に振幅位相測定部１７に入力するための切替スイッチ２８を備えている。また、切替スイッチ２８は、選択する２つのプローブの組み合わせを順次切り替え可能となっている。なお、振幅位相測定部１７を構成する測定器の入力ポートの個数が複数のプローブの個数以上である場合には、切替スイッチ２８を省略可能である。

【0105】

図２１に示すように、本実施形態においては、振幅位相測定部１７は、振幅位相差測定部１７ａと、隣接位相差算出部１７ｂと、第２位相算出部１７ｃと、振幅平均化部１７ｄと、を含む。

【0106】

振幅位相差測定部１７ａは、プローブ走査機構１３により各プローブが測定位置に走査されるごとに、複数のプローブにより受信された無線信号（以下、「受信信号」ともいう）間の位相差を測定するようになっている。

【0107】

すなわち、中央プローブ２６ｃ１及び左プローブ２６ｌからの受信信号と、中央プローブ２６ｃ１及び右プローブ２６ｒからの受信信号と、中央プローブ２６ｃ２及び上プローブ２６ｔからの受信信号と、中央プローブ２６ｃ２及び下プローブ２６ｂからの受信信号とが、振幅位相差測定部１７ａに入力されることになる。これらの受信信号は、切替スイッチ２８を使用することにより順次切り替えられて振幅位相差測定部１７ａに入力されてもよい。

【0108】

また、振幅位相差測定部１７ａは、複数のプローブにより受信された無線信号の振幅を測定するようになっている。

【0109】

隣接位相差算出部１７ｂは、振幅位相差測定部１７ａにより測定された位相差から、隣接する２つの測定位置における無線信号間の位相差を算出するようになっている。

【0110】

既に述べたように、中央プローブ２６ｃ１と左プローブ２６ｌとの距離が、中央プローブ２６ｃ１と右プローブ２６ｒとの距離に対して、水平方向に隣接する２つの測定位置の間隔ｄ_１だけ異なるため、各プローブを互いの相対的な位置関係を維持しながら間隔ｄ_１ずつ水平方向に移動させることにより、水平方向に隣接する２つの測定位置の全てにおいて位相差の測定が可能である。

【0111】

同様に、中央プローブ２６ｃ２と上プローブ２６ｔとの距離が、中央プローブ２６ｃ２と下プローブ２６ｂとの距離に対して、垂直方向に隣接する２つの測定位置の間隔ｄ_２だけ異なるため、各プローブを互いの相対的な位置関係を維持しながら間隔ｄ_２ずつ垂直方向に移動させることにより、垂直方向に隣接する２つの測定位置の全てにおいて位相差の測定が可能である。

【0112】

第２位相算出部１７ｃは、隣接位相差算出部１７ｂにより算出された位相差から、各測定位置における無線信号の位相を算出する。さらに、第２位相算出部１７ｃは、算出した各測定位置における位相の値をバックプロジェクション処理部１８に出力するようになっている。

【0113】

また、図２１に示すように、第２位相算出部１７ｃは、隣接する２つの測定位置について隣接位相差算出部１７ｂにより算出された複数の位相差を平均化する位相差平均化部１７ｅを有していてもよい。この場合、第２位相算出部１７ｃは、位相差平均化部１７ｅにより平均化された位相差から、各測定位置における無線信号の位相を算出することになる。

【0114】

振幅平均化部１７ｄは、振幅位相差測定部１７ａにより各測定位置において測定された複数の振幅を平均化した値を、バックプロジェクション処理部１８に出力するようになっている。振幅平均化部１７ｄは省略可能であるが、キャリブレーションシステム２は、この振幅平均化部１７ｄを備える場合には、更に精度良く振幅の値を算出することができる。

【0115】

遠方界指向性算出部２１は、走査制御部１４から出力された各プローブの位置情報と、振幅位相差測定部１７ａにより測定された振幅の値（あるいは、振幅平均化部１７ｄにより平均化された振幅の値）と、第２位相算出部１７ｃにより算出された位相の値とを用いて、遠方界の指向性を算出するようになっている。

【0116】

以下、本実施形態に係るキャリブレーションシステム２を用いるキャリブレーション方法について、図２２のフローチャートを参照しながら説明する。

【0117】

まず、被測定アンテナ１００は無線信号を送信する（ステップＳ２１）。

【0118】

次に、アンテナ制御部１６は、被測定アンテナ１００が備える複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮの中から、互いに所定間隔以上離れた一部のアンテナ素子を励振させる（アンテナ制御ステップＳ２２）。

【0119】

次に、走査制御部１４は、プローブ走査機構１３によって、プローブアンテナ２６の複数のプローブを測定平面Ｐ内の測定位置に移動させる（プローブ走査ステップＳ２３）。

【0120】

次に、プローブアンテナ２６の複数のプローブは、プローブ走査ステップＳ２３で移動された測定位置において、アンテナ制御ステップＳ２２で励振された一部のアンテナ素子から出力された無線信号を近傍界領域で受信する（受信ステップＳ２４）。

【0121】

次に、振幅位相差測定部１７ａは、プローブアンテナ２６の複数のプローブのうちの水平方向又は垂直方向に隣り合う２つにより受信された無線信号間の位相差を測定する。また、振幅位相差測定部１７ａは、プローブアンテナ２６の複数のプローブにより受信された無線信号の振幅を測定する（ステップＳ２５）。

【0122】

次に、制御部２４は、測定平面Ｐ内の全ての測定位置において、位相差及び振幅の値が得られたか否かを判断する（ステップＳ２６）。否定判断の場合にはプローブ走査ステップＳ２３に戻る。肯定判断の場合にはステップＳ２７に進む。

【0123】

ステップＳ２７において隣接位相差算出部１７ｂは、ステップＳ２５により測定された位相差から、隣接する２つの測定位置における無線信号間の位相差を算出する（ステップＳ２７）。

【0124】

次に、第２位相算出部１７ｃは、ステップＳ２７により算出された位相差から、各測定位置における無線信号の位相を算出する（ステップＳ２８）。

【0125】

なお、第２位相算出部１７ｃが位相差平均化部１７ｅを備える場合には、ステップＳ２８において第２位相算出部１７ｃは、ステップＳ２７により算出された隣接する２つの測定位置における複数の位相差を位相差平均化部１７ｅにより平均化する。なお、ステップＳ２８において、この位相差平均化部１７ｅによる平均化処理は省略可能である。

【0126】

次に、振幅位相測定部１７が振幅平均化部１７ｄを備える場合には、振幅平均化部１７ｄは、ステップＳ２５で各測定位置において測定された複数の振幅を平均化する（ステップＳ２９）。なお、振幅位相測定部１７が振幅平均化部１７ｄを備えていない場合には、振幅位相差測定部１７ａがステップＳ２５で測定した振幅を出力する。

【0127】

なお、ステップＳ２５，Ｓ２７〜Ｓ２９の処理は、振幅位相測定ステップを構成する。

【0128】

次に、バックプロジェクション処理部１８は、ステップＳ２８，Ｓ２９により測定された振幅及び位相に基づいて、被測定アンテナ１００の電磁波放射面１００ａにおける一部のアンテナ素子から送信された無線信号の振幅分布及び位相分布を算出する（バックプロジェクション処理ステップＳ３０）。

【0129】

次に、振幅位相抽出部１９は、バックプロジェクション処理ステップＳ３０により算出された振幅分布及び位相分布から、電磁波放射面１００ａにおける一部のアンテナ素子の位置に対応する振幅及び位相の値を抽出する（振幅位相抽出ステップＳ３１）。

【0130】

次に、制御部２４は、例えば図８〜図１２に示すようなアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮの全ての組合せについて、振幅分布及び位相分布が得られたか否かを判断する（ステップＳ３２）。否定判断の場合にはアンテナ制御ステップＳ２２に戻る。肯定判断の場合にはステップＳ３３に進む。

【0131】

ステップＳ３３において第１位相算出部２０は、アンテナ素子Ｔ１〜ＴＮの全ての組合せについて振幅位相抽出ステップＳ３１により抽出された位相の値から、電磁波放射面１００ａにおける複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮのそれぞれの位置に対応する位相を算出する（第１位相算出ステップＳ３３）。

【0132】

次に、位相制御部１６ｂは、第１位相算出ステップＳ３３によりアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮごとに算出された位相と、あらかじめアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮごとに定められた位相の所望値との差に応じて、可変移相器１０３−１〜１０３−Ｎによる位相の調整量を制御する。また、振幅制御部１６ｃは、振幅位相抽出ステップＳ３１によりアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮごとに抽出された振幅と、あらかじめアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮごとに定められた振幅の所望値との差に応じて、可変増幅器１０４−１〜１０４−Ｎによる振幅の調整量を制御する（ステップＳ３４）。

【0133】

以上説明したように、本実施形態に係るキャリブレーションシステム２は、ＲＦ回路と一体化した被測定アンテナ１００から送信された無線信号に対して、被測定アンテナ１００からの同期用信号の供給なしで、近傍界において位相と振幅を測定することができる。このため、本実施形態に係るキャリブレーションシステム２は、第１の実施形態と同様に、被測定アンテナ１００の複数のアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮから送信される無線信号の波長に対してアンテナ素子Ｔ１〜ＴＮ間の間隔が狭い場合であっても、被測定アンテナ１００の電磁波放射面１００ａにおける無線信号の振幅及び位相を測定することができる。

【符号の説明】

【0134】

１，２ キャリブレーションシステム
１１ アンテナ支持部
１２，２６ プローブアンテナ
１３ プローブ走査機構
１４ 走査制御部
１５ 信号発生器
１６ アンテナ制御部
１６ａ 素子選択部
１６ｂ 位相制御部
１６ｃ 振幅制御部
１７ 振幅位相測定部
１７ａ 振幅位相差測定部
１７ｂ 隣接位相差算出部
１７ｃ 第２位相算出部
１７ｄ 振幅平均化部
１７ｅ 位相差平均化部
１８ バックプロジェクション処理部
１９ 振幅位相抽出部
２０ 第１位相算出部
２６ｃ１，２６ｃ２，２６ｌ，２６ｒ，２６ｔ，２６ｂ プローブ
２７ アンテナ保持部
２８ 切替スイッチ
１００ 被測定アンテナ
１００ａ 電磁波放射面
１０１ 分配器
１０２−１〜１０２−Ｎ ＳＷ
１０３−１〜１０３−Ｎ 可変移相器
１０４−１〜１０４−Ｎ 可変増幅器
１０５ ＲＦ回路
Ｔ１〜ＴＮ アンテナ素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】