(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023009481
(43)【公開日】2023-01-20
(54)【発明の名称】無線端末のアンテナ指向特性の測定システムおよび測定方法
(51)【国際特許分類】
G01R 29/10 20060101AFI20230113BHJP
H01Q 21/24 20060101ALI20230113BHJP
H01Q 3/36 20060101ALI20230113BHJP
【ＦＩ】
G01R29/10 D
H01Q21/24
H01Q3/36
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021112821
(22)【出願日】2021-07-07
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．３ＧＰＰ
(71)【出願人】
【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】110003694
【氏名又は名称】弁理士法人有我国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】横堀 邦幸
(72)【発明者】
【氏名】鮫島 圭一郎
【テーマコード（参考）】
5J021
【Ｆターム（参考）】
5J021FA06
5J021JA05
5J021JA06
5J021JA10
(57)【要約】
【課題】必要な直交偏波間アイソレーションを確保可能な端末アンテナの指向特性を迅速に測定する。
【解決手段】
端末アンテナ３との間で電波の送信および受信を行う測定アンテナ２０と、測定アンテナを介して垂直偏波と水平偏波を含む偏波信号を試験信号として無線端末に送信し、端末アンテナで受信した試験信号の電力値を含む応答信号を受信するＲＦ送受信部４０と、応答信号から電力値を検出する検出部３１と、電波進行方向を軸に該軸回りに試験信号の偏波面を９０°回転させた直線偏波信号を試験信号として生成させて測定アンテナから送信し、検出部により検出された、端末アンテナが受信した直線偏波信号の電力値と偏波面を９０°回転させる前の元の試験信号を用いたとき検出部が検出した電力値との差が１２ｄＢ以上あるか否かを判定するアイソレーション判定部３３５とを備える。
【選択図】図８
【解決手段】
端末アンテナ３との間で電波の送信および受信を行う測定アンテナ２０と、測定アンテナを介して垂直偏波と水平偏波を含む偏波信号を試験信号として無線端末に送信し、端末アンテナで受信した試験信号の電力値を含む応答信号を受信するＲＦ送受信部４０と、応答信号から電力値を検出する検出部３１と、電波進行方向を軸に該軸回りに試験信号の偏波面を９０°回転させた直線偏波信号を試験信号として生成させて測定アンテナから送信し、検出部により検出された、端末アンテナが受信した直線偏波信号の電力値と偏波面を９０°回転させる前の元の試験信号を用いたとき検出部が検出した電力値との差が１２ｄＢ以上あるか否かを判定するアイソレーション判定部３３５とを備える。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
無線端末が備える端末アンテナの指向特性を測定するアンテナ指向特性測定システム（１）であって、
前記端末アンテナとの間で電波の送信および受信を行う測定アンテナ（２０）と、
前記測定アンテナを介して垂直偏波と水平偏波を含む偏波信号を試験信号として前記無線端末に送信し、前記無線端末が前記端末アンテナで受信した前記試験信号の電力値の情報を含んだ応答信号を、前記端末アンテナから前記測定アンテナを介して受信する送受信部（４０）と、
前記送受信部が受信した前記応答信号から前記試験信号の電力値を検出する検出部（３１）と、
電波進行方向を軸（Ｚ）に該軸回りに前記試験信号の偏波面を９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて前記測定アンテナから送信し、前記検出部により検出された、前記端末アンテナが受信した前記直線偏波信号の電力値と偏波面を９０°回転させる前の元の試験信号を用いたとき検出した電力値との差が所定の閾値以上あるか否かを判定するアイソレーション判定部（３３５）と、
を備える、アンテナ指向特性測定システム。
前記端末アンテナとの間で電波の送信および受信を行う測定アンテナ（２０）と、
前記測定アンテナを介して垂直偏波と水平偏波を含む偏波信号を試験信号として前記無線端末に送信し、前記無線端末が前記端末アンテナで受信した前記試験信号の電力値の情報を含んだ応答信号を、前記端末アンテナから前記測定アンテナを介して受信する送受信部（４０）と、
前記送受信部が受信した前記応答信号から前記試験信号の電力値を検出する検出部（３１）と、
電波進行方向を軸（Ｚ）に該軸回りに前記試験信号の偏波面を９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて前記測定アンテナから送信し、前記検出部により検出された、前記端末アンテナが受信した前記直線偏波信号の電力値と偏波面を９０°回転させる前の元の試験信号を用いたとき検出した電力値との差が所定の閾値以上あるか否かを判定するアイソレーション判定部（３３５）と、
を備える、アンテナ指向特性測定システム。
【請求項2】
前記無線端末を保持し回転させ該無線端末の位置を変える端末回転機構（１０）と、
前記検出された電力値を前記無線端末の位置と関連付けて記憶する記憶部（３２）と、
前記記憶部に記憶された前記無線端末のいずれかの位置に電力値の極大が存在するか否かを判定する極大判定部（３３２）と、をさらに備え、
前記アイソレーション判定部は、前記電力値の極大が存在する場合、該極大での電力極大値を取得したとき用いられた試験信号の偏波面を、前記電波進行方向を軸に該軸回りに９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて前記測定アンテナから送信し、前記検出部により検出された、前記端末アンテナが受信した前記直線偏波信号の電力値と、前記電力極大値との差が所定の閾値以上あるか否かを判定する、請求項１に記載のアンテナ指向特性測定システム。
前記検出された電力値を前記無線端末の位置と関連付けて記憶する記憶部（３２）と、
前記記憶部に記憶された前記無線端末のいずれかの位置に電力値の極大が存在するか否かを判定する極大判定部（３３２）と、をさらに備え、
前記アイソレーション判定部は、前記電力値の極大が存在する場合、該極大での電力極大値を取得したとき用いられた試験信号の偏波面を、前記電波進行方向を軸に該軸回りに９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて前記測定アンテナから送信し、前記検出部により検出された、前記端末アンテナが受信した前記直線偏波信号の電力値と、前記電力極大値との差が所定の閾値以上あるか否かを判定する、請求項１に記載のアンテナ指向特性測定システム。
【請求項3】
前記応答信号は、前記無線端末が前記端末アンテナで受信した前記試験信号の第１方向の偏波成分の電力値と前記第１方向に直交する第２方向の偏波成分の電力値の情報を含み、
前記検出部は、前記送受信部が受信した前記応答信号から前記第１方向および前記第２方向の偏波成分の電力値を検出し、
前記アイソレーション判定部は、前記第１方向および前記第２方向ごとに検出した電力値の差がそれぞれ所定の閾値以上あるか否かを判定する、請求項１または２に記載のアンテナ指向特性測定システム。
前記検出部は、前記送受信部が受信した前記応答信号から前記第１方向および前記第２方向の偏波成分の電力値を検出し、
前記アイソレーション判定部は、前記第１方向および前記第２方向ごとに検出した電力値の差がそれぞれ所定の閾値以上あるか否かを判定する、請求項１または２に記載のアンテナ指向特性測定システム。
【請求項4】
前記送受信部は、前記垂直偏波を移相する第１移相器（４１）と、前記水平偏波を移相する第２移相器（４２）とを備え、前記アンテナ指向特性測定システムは、
前記極大判定部により電力値の極大が存在しないと判定された場合に、送信する試験信号を構成する垂直偏波信号と水平偏波信号のそれぞれの振幅（ＡＶ，ＡＨ）および位相差（δ）のうち少なくとも１つを変化させる電気的位相回転制御部（３３３）をさらに備える、請求項２または３に記載のアンテナ指向特性測定システム。
前記極大判定部により電力値の極大が存在しないと判定された場合に、送信する試験信号を構成する垂直偏波信号と水平偏波信号のそれぞれの振幅（ＡＶ，ＡＨ）および位相差（δ）のうち少なくとも１つを変化させる電気的位相回転制御部（３３３）をさらに備える、請求項２または３に記載のアンテナ指向特性測定システム。
【請求項5】
前記電気的位相回転制御部は、前記アイソレーション判定部により電力値の差が所定の閾値より小さいと判定された場合に、送信する試験信号を構成する垂直偏波信号と水平偏波信号のそれぞれの振幅（ＡＶ，ＡＨ）および位相差（δ）のうち少なくとも１つをさらに変化させる、請求項４に記載のアンテナ指向特性測定システム。
【請求項6】
前記極大判定部により電力値の極大が存在しないと判定された場合に、前記端末回転機構により前記無線端末の位置を変化させる機械的回転制御部（３３４）をさらに備える、請求項２～５のいずれか一項に記載のアンテナ指向特性測定システム。
【請求項7】
前記機械的回転制御部は、前記アイソレーション判定部により電力値の差が所定の閾値より小さいと判定された場合に、前記端末回転機構により前記無線端末の位置をさらに変化させる、請求項６に記載のアンテナ指向特性測定システム。
【請求項8】
前記極大判定部により前記端末アンテナが受信した試験信号の電力の極大値が存在すると判定され、かつ、前記アイソレーション判定部により偏波面の９０°回転前後で検出された試験信号の電力値の差が所定の閾値以上あると判定された場合に、前記無線端末の位置を試験の候補位置として表示する表示部（３６）をさらに備える、請求項２に記載のアンテナ指向特性測定システム。
【請求項9】
無線端末が備える端末アンテナの指向特性を測定するアンテナ指向特性測定方法であって、
前記無線端末を保持し回転させ該無線端末の位置を変える端末回転工程と、
垂直偏波と水平偏波とを含む偏波信号を試験信号として測定アンテナから前記無線端末に送信する送信工程と、
前記無線端末が前記端末アンテナで受信した前記試験信号の第１方向の偏波成分の電力値と前記第１方向に直交する第２方向の偏波成分の電力値の情報を含んだ応答信号を、前記端末アンテナから前記測定アンテナを介して受信する受信工程と、
前記受信した前記応答信号から前記第１方向および前記第２方向の偏波成分の電力値をそれぞれ検出する検出工程と、
前記検出された電力値を前記無線端末の位置と関連付けて記憶する記憶工程と、
前記記憶された前記無線端末のいずれかの位置に電力値の極大が存在するか否かを判定する極大判定工程と、
前記電力値の極大が存在する場合、該極大での電力極大値を取得したとき用いられた試験信号の偏波面を、電波進行方向を軸に該軸回りに９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて前記測定アンテナから送信し、前記検出工程で検出した、前記端末アンテナが受信した前記直線偏波信号の電力値と、前記電力極大値との差が所定の閾値以上あるか否かを前記第１方向および前記第２方向ごとに判定するアイソレーション判定工程と、
を含む、アンテナ指向特性測定方法。
前記無線端末を保持し回転させ該無線端末の位置を変える端末回転工程と、
垂直偏波と水平偏波とを含む偏波信号を試験信号として測定アンテナから前記無線端末に送信する送信工程と、
前記無線端末が前記端末アンテナで受信した前記試験信号の第１方向の偏波成分の電力値と前記第１方向に直交する第２方向の偏波成分の電力値の情報を含んだ応答信号を、前記端末アンテナから前記測定アンテナを介して受信する受信工程と、
前記受信した前記応答信号から前記第１方向および前記第２方向の偏波成分の電力値をそれぞれ検出する検出工程と、
前記検出された電力値を前記無線端末の位置と関連付けて記憶する記憶工程と、
前記記憶された前記無線端末のいずれかの位置に電力値の極大が存在するか否かを判定する極大判定工程と、
前記電力値の極大が存在する場合、該極大での電力極大値を取得したとき用いられた試験信号の偏波面を、電波進行方向を軸に該軸回りに９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて前記測定アンテナから送信し、前記検出工程で検出した、前記端末アンテナが受信した前記直線偏波信号の電力値と、前記電力極大値との差が所定の閾値以上あるか否かを前記第１方向および前記第２方向ごとに判定するアイソレーション判定工程と、
を含む、アンテナ指向特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、無線ルータ等の無線端末のアンテナの指向特性を測定するための技術に関する。
【背景技術】
【0002】
携帯電話やデータ通信端末等の無線端末を開発した場合、開発した無線端末が正常に通信を行なえるか否かを試験する必要がある。このため、実際の基地局の機能を擬似する擬似基地局として動作する試験装置に試験対象の無線端末を接続し、試験装置と無線端末との間で通信を行ない、通信の内容を確認する試験を行なっている。
【0003】
このような試験として、５Ｇ ＮＲ（New Radio）に対応した無線端末が３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）の規格に準じているかを確認するコンフォーマンス試験がある。コンフォーマンス試験の方法もまた、３ＧＰＰにより詳細に規定されており、規定された要件を満たした測定を行う必要がある。
【0004】
例えば、ＦＲ２（Frequency Range 2）に関するコンフォーマンス試験では、ＯＴＡ（Over The Air）試験環境において、姿勢制御可能なポジショナに試験対象の無線端末を設置し、無線端末の姿勢を変えつつ無線端末の送受信特性を測定する（例えば特許文献１参照）。試験対象の無線端末が備える端末アンテナは、指向性を有する例えばアレイアンテナが用いられており、測定された送受信特性は姿勢（向きあるいは方向）に依存したものとなる。そのため、コンフォーマンス試験においても端末アンテナの指向性に関する条件が規定されている。
【0005】
具体的には、３ＧＰＰの技術仕様に従ったコンフォーマンス試験では、同技術仕様に記載の条件を満たす無線端末または端末アンテナの配置方向を探す必要がある（例えば、非特許文献１参照）。例えば、２つのＴＥ偏波ブランチごとに１２ｄＢ以上のアイソレーションがあることや、無線端末が報告するランク（rank）が試験で規定された所定のランクと同等以上であること等の条件を満たすことが要求されている。このコンフォーマンス試験においては、規定されたこれらの条件を満たすように端末アンテナを測定アンテナに対して正対して配置した後、具体的な試験の内容を実施していく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１８－１８９６０１号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】3GPP TS 38.521-4 annex H.0およびH.1の"Procedure for finding UE direction"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上述したように、３ＧＰＰにより規定されたコンフォーマンス試験のアンテナセットアップでは、測定アンテナと端末アンテナが正対し、端末アンテナの水平および垂直偏波間のアイソレーションが十分に確保されていることが要求されている。実際には、ポジショナに配置された端末アンテナが備える垂直偏波アンテナは鉛直方向とは異なる第１方向を向き、水平偏波アンテナは水平方向とは異なる第２方向を向いている可能性がある。このため、端末アンテナの水平および垂直偏波間のアイソレーションを直交偏波間アイソレーション（または極間アイソレーション）と称することとする。
【0009】
しかしながら、特許文献１に記載のような従来の測定システムでは、直交偏波間アイソレーションが所望の値以上あることを確認するためには、無線端末の端末アンテナを電波進行方向に垂直な平面内で機械的に９０°回転させ、受信電力が最小（受信電力の差が１２ｄＢ以上）になることを確認する必要がある。
【0010】
端末アンテナの直交偏波間アイソレーションを測定するために無線端末を機械的に回転させると、それに要する時間が取られ、試験のセットアップに掛かる時間が長くなってしまうという問題があった。
【0011】
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、必要な直交偏波間アイソレーションを確保可能な無線端末のアンテナの指向特性を迅速に測定することができるアンテナ指向特性測定システムおよび測定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】
【0012】
本発明のアンテナ指向特性測定システムは、無線端末が備える端末アンテナの指向特性を測定するアンテナ指向特性測定システム（１）であって、前記端末アンテナとの間で電波の送信および受信を行う測定アンテナ（２０）と、前記測定アンテナを介して垂直偏波と水平偏波を含む偏波信号を試験信号として前記無線端末に送信し、前記無線端末が前記端末アンテナで受信した前記試験信号の電力値の情報を含んだ応答信号を、前記端末アンテナから前記測定アンテナを介して受信する送受信部（４０）と、前記送受信部が受信した前記応答信号から前記試験信号の電力値を検出する検出部（３１）と、電波進行方向を軸（Ｚ）に該軸回りに前記試験信号の偏波面を９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて前記測定アンテナから送信し、前記検出部により検出された、前記端末アンテナが受信した前記直線偏波信号の電力値と偏波面を９０°回転させる前の元の試験信号を用いたとき検出した電力値との差が所定の閾値以上あるか否かを判定するアイソレーション判定部（３３５）と、を備えることを特徴とする。
【0013】
上述のように、本発明のアンテナ指向特性測定システムは、アイソレーション判定部が、電波進行方向を軸に該軸回りに試験信号の偏波面を９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて測定アンテナから送信し、検出部により検出された、端末アンテナが受信した直線偏波信号の電力値と偏波面を９０°回転させる前の元の試験信号を用いたとき検出部が検出した電力値との差が所定の閾値以上あるか否かを判定するようになっている。この構成により、無線端末を実際に機械的に９０°回転することなく、送信する試験信号の偏波面を９０°回転させて、端末アンテナで受信した試験信号の回転前後の電力値の差に基づいて端末アンテナでの直交偏波間アイソレーションを確認することができる。これにより、アイソレーションを確認するために無線端末を実際に回転させる必要がないので、無線端末の指向特性を測定する時間を大幅に短縮することができる。
【0014】
本発明のアンテナ指向特性測定システムは、前記無線端末を保持し回転させ該無線端末の位置を変える端末回転機構（１０）と、前記検出された電力値を前記無線端末の位置と関連付けて記憶する記憶部（３２）と、前記記憶部に記憶された前記無線端末のいずれかの位置に電力値の極大が存在するか否かを判定する極大判定部（３３２）と、をさらに備え、前記アイソレーション判定部は、前記電力値の極大が存在する場合、該極大での電力極大値を取得したとき用いられた試験信号の偏波面を、前記電波進行方向を軸に該軸回りに９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて前記測定アンテナから送信し、前記検出部により検出された、前記端末アンテナが受信した前記直線偏波信号の電力値と、前記電力極大値との差が所定の閾値以上あるか否かを判定する構成であってもよい。
【0015】
この構成により、本発明のアンテナ指向特性測定システムは、端末アンテナにおいて必要な直交偏波間アイソレーションが確保可能な無線端末の位置（θ，φ）を特定することができる。すなわち、測定アンテナと端末アンテナが正対状態となる無線端末の位置の正確な情報を得ることができる。
【0016】
本発明のアンテナ指向特性測定システムは、前記応答信号は、前記無線端末が前記端末アンテナで受信した前記試験信号の第１方向の偏波成分の電力値と前記第１方向に直交する第２方向の偏波成分の電力値の情報を含み、前記検出部は、前記送受信部が受信した前記応答信号から前記第１方向および前記第２方向の偏波成分の電力値を検出し、前記アイソレーション判定部は、前記第１方向および前記第２方向ごとに検出した電力値の差がそれぞれ所定の閾値以上あるか否かを判定する構成であってもよい。
【0017】
この構成により、本発明のアンテナ指向特性測定システムは、アイソレーション判定部が第１方向および第２方向ごとに判定しているので、端末アンテナの直交偏波間アイソレーションをより正確に判定することができる。
【0018】
本発明のアンテナ指向特性測定システムにおいて、前記送受信部は、前記垂直偏波を移相する第１移相器（４１）と、前記水平偏波を移相する第２移相器（４２）とを備え、前記アンテナ指向特性測定システムは、前記極大判定部により電力値の極大が存在しないと判定された場合に、送信する試験信号を構成する垂直偏波信号と水平偏波信号のそれぞれの振幅（ＡＶ，ＡＨ）および位相差（δ）のうち少なくとも１つを変化させる電気的位相回転制御部（３３３）をさらに備える構成であってもよい。
【0019】
この構成により、本発明のアンテナ指向特性測定システムは、電波進行方向（Ｚ軸）を軸とし該軸回りに端末アンテナが回転している場合だけでなく、該軸に直交する軸（例えばＹ軸）回りに端末アンテナが回転している場合であっても、端末アンテナでの受信電力値の極大の存在を正確に判定することができ、これにより端末アンテナの方向をより正確に特定することができる。
【0020】
本発明のアンテナ指向特性測定システムにおいて、前記電気的位相回転制御部は、前記アイソレーション判定部により電力値の差が所定の閾値より小さいと判定された場合に、送信する試験信号を構成する垂直偏波信号と水平偏波信号のそれぞれの振幅（ＡＶ，ＡＨ）および位相差（δ）のうち少なくとも１つをさらに変化させる構成であってもよい。
【0021】
この構成により、本発明のアンテナ指向特性測定システムは、電波進行方向（Ｚ軸）を軸とし該軸回りに端末アンテナが回転している場合だけでなく、該軸に直交する軸（例えばＹ軸）回りに端末アンテナが回転している場合であっても、端末アンテナの直交偏波間アイソレーションを正確に判定することができ、これにより端末アンテナの方向をより正確に特定することができる。
【0022】
本発明のアンテナ指向特性測定システムは、前記極大判定部により電力値の極大が存在しないと判定された場合に、前記端末回転機構により前記無線端末の位置を変化させる機械的回転制御部（３３４）をさらに備える構成であってもよい。
【0023】
この構成により、本発明のアンテナ指向特性測定システムは、端末アンテナでの受信電力値の極大の存在を正確に判定することができ、これにより、電気的回転可能な範囲を越えて、測定アンテナと端末アンテナが正対している候補位置を探すことができる。
【0024】
本発明のアンテナ指向特性測定システムは、前記機械的回転制御部は、前記アイソレーション判定部により電力値の差が所定の閾値より小さいと判定された場合に、前記端末回転機構により前記無線端末の位置をさらに変化させる構成であってもよい。
【0025】
この構成により、本発明のアンテナ指向特性測定システムは、端末アンテナの直交偏波間アイソレーションを正確に判定することができ、これにより、電気的回転可能な範囲を越えて、測定アンテナと端末アンテナが正対している候補位置を探すことができる。
【0026】
本発明のアンテナ指向特性測定システムは、前記極大判定部により前記端末アンテナが受信した試験信号の電力の極大値が存在すると判定され、かつ、前記アイソレーション判定部により偏波面の９０°回転前後で検出された試験信号の電力値の差が所定の閾値以上あると判定された場合に、前記無線端末の位置を試験の候補位置として表示する表示部（３６）をさらに備える構成であってもよい。
【0027】
この構成により、本発明のアンテナ指向特性測定システムは、ユーザが試験の候補位置を確認することができる。
【0028】
本発明のアンテナ指向特性測定方法は、無線端末が備える端末アンテナの指向特性を測定するアンテナ指向特性測定方法であって、前記無線端末を保持し回転させ該無線端末の位置を変える端末回転工程と、垂直偏波と水平偏波とを含む偏波信号を試験信号として測定アンテナから前記無線端末に送信する送信工程と、前記無線端末が前記端末アンテナで受信した前記試験信号の第１方向の偏波成分の電力値と前記第１方向に直交する第２方向の偏波成分の電力値の情報を含んだ応答信号を、前記端末アンテナから前記測定アンテナを介して受信する受信工程と、前記受信した前記応答信号から前記第１方向および前記第２方向の偏波成分の電力値をそれぞれ検出する検出工程と、前記検出された電力値を前記無線端末の位置と関連付けて記憶する記憶工程と、前記記憶された前記無線端末のいずれかの位置に電力値の極大が存在するか否かを判定する極大判定工程と、前記電力値の極大が存在する場合、該極大での電力極大値を取得したとき用いられた試験信号の偏波面を、電波進行方向を軸に該軸回りに９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて前記測定アンテナから送信し、前記検出工程で検出した、前記端末アンテナが受信した前記直線偏波信号の電力値と、前記電力極大値との差が所定の閾値以上あるか否かを前記第１方向および前記第２方向ごとに判定するアイソレーション判定工程と、を含むことを特徴とする。
【0029】
上述のように、本発明のアンテナ指向特性測定方法は、アイソレーション判定工程において、電波進行方向を軸に該軸回りに試験信号の偏波面を９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて測定アンテナから送信し、検出工程で検出した、端末アンテナが受信した直線偏波信号の電力値と偏波面を９０°回転させる前の元の試験信号を用いたとき検出工程で検出した電力値との差が所定の閾値以上あるか否かを判定するようになっている。この構成により、無線端末を実際に機械的に９０°回転することなく、送信する試験信号の偏波面を９０°回転させて、端末アンテナで受信した試験信号の回転前後の電力値の差に基づいて端末アンテナでの直交偏波間アイソレーションを確認することができる。これにより、アイソレーションを確認するために無線端末を実際に回転させる必要がないので、無線端末の指向特性を測定する時間を大幅に短縮することができる。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、必要な直交偏波間アイソレーションを確保可能な無線端末のアンテナの指向特性を迅速に測定することができるアンテナ指向特性測定システムおよび測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の実施形態に係るアンテナ指向特性測定システムの全体の概略構成を示す図である。
【図2】座標系を説明するための図である。
【図3】測定アンテナに対して端末アンテナが正対した状態を示す図である。
【図4】端末アンテナの角度ずれを説明するための図である。
【図5】Ｔｘ円偏波と等価なＲｘ投影面での結合例を示す図である。
【図6】垂直偏波と水平偏波の位相差と端末アンテナの角度ずれの関係を説明するための図である。
【図7】本発明の特徴を説明するための図である。
【図8】本発明の実施形態に係るアンテナ指向特性測定装置の全体の概略構成を示す図である。
【図9】制御部の機能の概略を示すブロック図である。
【図10】本実施形態に係るアンテナ指向特性測定方法の目的を説明するためのフローチャートである。
【図11】本実施形態に係るアンテナ指向特性測定方法の概略を示すフローチャートである。
【図12】電力測定処理の概略を示すフローチャートである。
【図13】結果表示処理の概略を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、本発明の実施形態に係るアンテナ指向特性測定システムおよび測定方法について、図面を参照して説明する。
【0033】
（アンテナ指向特性測定システム）
図１は、本発明の実施形態に係るアンテナ指向特性測定システム１の全体の概略構成を示す図である。図１に示すように、アンテナ指向特性測定システム１は、無線端末２が備える端末アンテナ３の指向特性を測定するシステムであり、端末回転機構としてのポジショナ１０と測定アンテナ２０とアンテナ指向特性測定装置３０とを備えている。
図１は、本発明の実施形態に係るアンテナ指向特性測定システム１の全体の概略構成を示す図である。図１に示すように、アンテナ指向特性測定システム１は、無線端末２が備える端末アンテナ３の指向特性を測定するシステムであり、端末回転機構としてのポジショナ１０と測定アンテナ２０とアンテナ指向特性測定装置３０とを備えている。
【0034】
測定アンテナ２０は、端末アンテナ３との間で電波の送受信を行うようになっている。具体的には、測定アンテナ２０は、垂直偏波信号と水平偏波信号とを含む試験信号を端末アンテナ３に送信し、端末アンテナ３から偏波信号である応答信号を受信するようになっている。測定アンテナ２０は、外部からの電波の進入および内部での電波の反射が抑制された例えば電波暗箱（図示せず）内の測定空間の所定位置に固定された指向特性既知のアンテナであり、端末アンテナ３は、同様に測定空間内でポジショナ１０に保持された指向特性未知のアンテナである。ミリ波帯での試験では、図１に示すようなホーンアンテナや、プリント基板上にアンテナ素子がパターン形成されたアンテナ（例えばテーパスロットアンテナ）等の種々のタイプのアンテナを測定アンテナ２０として用いることができる。
【0035】
測定対象としては、例えば、直交する２つのアンテナ素子を備えた直交二偏波アンテナを有する携帯電話、スマートフォン、タブレット、無線ルータ等の無線端末が挙げられる。本実施形態では、例として５Ｇ ＮＲに準拠した移動体端末を測定対象の無線端末２であるとし、無線端末２に対して３ＧＰＰ規定のＦＲ２コンフォーマンス試験を行う場合を例に説明する。
【0036】
ポジショナ１０は、測定空間内の基準点Ｏの近傍で測定対象の無線端末２を保持し、保持した無線端末２を、基準点Ｏを回転中心として回転させ、無線端末２の位置（θ，φ）（回転位置（θ，φ）ともいう）を変えるように構成されている。基準点Ｏは、測定アンテナ２０の位相中心Ｑからその指向特性の基準方向（通常は開口に直交する最大利得方向）に所定距離Ｒだけ離れた位置にある。測定アンテナ２０と無線端末２の距離Ｒは、公知の遠方界測定の距離条件を満たすように設定される。なお、アンテナの位相中心Ｑとは、電波の発射、入射において仮想的に電波の集中点と見なせる点である。
【0037】
本実施形態では、図１に示すように、基準点Ｏを原点とするＸＹＺ直交座標系を想定する。測定アンテナ２０の位相中心ＱはＺ軸上に位置し、Ｙ軸が鉛直方向、Ｘ軸がＹ軸およびＺ軸に直交する方向になっている。ポジショナ１０は、保持した無線端末２を、基準点Ｏを機械的回転中心とし、例えば、３つの直交軸ＸＹＺのうち、少なくともＹ軸回り（θ方向）とＺ軸回り（φ方向）に回転させる構造とする。ポジショナ１０により無線端末２をＹ軸回りに回転角θ、Ｚ軸回りに回転角φだけ回転させたとき、無線端末２の姿勢あるいは配置を示す（回転）位置を（θ，φ）の対によって表す。なお、ポジショナ１０は、Ｘ軸回りの回転も含めた３軸回転構造のポジショナとすることもできる。
【0038】
ポジショナ１０の具体的な構造は詳述しないが、例えば、図１に示すように、無線端末２を保持する保持台１１を、基準点Ｏを回転中心としてステッピングモータやサーボモータ等の回転装置１２、１３によりＹ軸回りおよびＺ軸回りに所定角度ステップで回転させる機構であれば任意の機構が採用できる。これらの回転角θ，φの制御は、例えば制御部３３の制御下でポジショナ制御部３４によって行なわれる。保持台１１の材質、形状は、その保持機構を含めて、無線端末２の端末アンテナ３の放射特性に影響を与えにくいものが採用される。
【0039】
図２は、図１の座標系において、３ＧＰＰに規定されたＦＲ２コンフォーマンス試験での測定アンテナ２０と端末アンテナ３の配置を示す図である。図２に示すように、Ｚ軸上において基準点Ｏから距離ｒの位置Ｐに「Ｔｘ」として表示された端末アンテナ３が配置され、Ｚ軸上に基準点Ｏから距離Ｒの位置に「Ｒｘ」として表示された測定アンテナ２０が配置される。基準点Ｏが機械的回転中心であり、端末アンテナ３の位置Ｐが、作用する電気的回転中心である。測定アンテナ２０は、垂直偏波アンテナ２０Ｖと水平偏波アンテナ２０Ｈを有しており（図８参照）、Ｘ軸に平行な方向が水平偏波方向Ｈであり、Ｙ軸に平行な方向が垂直偏波方向Ｖである。測定アンテナ２０は、メインローブがＺ軸に沿った方向に向くように設定されている。
【0040】
図１、図２に示すように、保持台１１上に保持された無線端末２が、Ｙ軸回りに回転角θだけ回転し、Ｚ軸回りに回転角φだけ回転したとき、端末アンテナ３の位置ｒ（θ，φ）は、直交座標系ＸＹＺにおける端末アンテナ３の位置を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、次式により表される。
【数1】
【0041】
図３は、Ｒｘとして表示された測定アンテナ２０に対して、Ｔｘとして表示された端末アンテナ３が回転角φ′のずれを有しほぼ正対した状態を示す図である。オフセットパラボラ型のリフレクタを使用するＩＦＦ（Indirect Far Field）方式の場合、クワイエットゾーン内のＴｘ点に配置されたパッチアンテナアレイ等の端末アンテナ３の指向性は容易に直接観測できる。一方、パッチアンテナアレイ等の端末アンテナ３から想定される２方向のＴＥ波に対するＲｘ点での指向性は、無線端末２のＺ軸回りの回転によって変わらないことから、垂直および水平偏波面との整合性を必要とはするが、３ＧＰＰ技術仕様（TS 38.521-4 annex H）ではビームピーク方向で正対できる点があると考え、直交偏波間（極間）のアイソレーションが１２ｄＢ以上あればアンテナ同士が正対していると認めることとしている。
【0042】
図４は、端末アンテナ３の角度ずれを説明するための図である。本実施形態では、直交する垂直偏波方向Ｖと水平偏波方向Ｈの２方向の観点で特定モードのＴＥ波への感度と、エネルギーとしての分布とを合わせて考慮する。図４において、ＬＲｘは、Ｒｘ（測定アンテナ２０）側での垂直偏波と垂直偏波の合成ローブを表し、ＬＴｘは、対となるＴｘ（端末アンテナ３）側の合成ローブを表す。ＳＳ－ＲＳＲＰＢ（SS-Reference Signal Received Power per Branch）を利用した電力測定では、Ｒｘ端を送信側として用いる。端末アンテナ３が正対に近い任意のＴｘ配置位置（θ′，φ′）にあり、図４（ａ）に示すようにＲｘ配置との角度ずれφ"が存在する場合、Ｔｘ側での信号強度または電力値ＴｘＨ，ＴｘＶとＲｘ側での信号強度または電力値ＲｘＨ，ＲｘＶの関係は次式で表される。
【数2】
【0043】
上記の式に基づき、Ｒｘ配置との角度ずれφ"を、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように垂直偏波方向Ｖおよび水平偏波方向Ｈとで個別に以前の相対配置との信号強度または電力値の差異によってそれぞれ推測する。例えば、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）等を用いて推定される角度ずれφ"を垂直および水平偏波双方の信号強度または電力値で検出するようにしてもよい。
【0044】
図５は、Ｔｘ円偏波と等価なＲｘ投影面での結合例を示す図である。Ｒｘ配置に対する物理的な角度ずれθ"，φ"について、角度ずれがφ"のみ（θ"＝０°）であれば、垂直および水平偏波の位相差なし（δ＝０°）とすることで、垂直および水平偏波の強度差または電力差によって角度φ方向毎に直線偏波を与え、任意のＴｘ配置の一方向偏波と結合できる、等価なφ回転を行うことができる。
【0045】
ｚ軸方向の角度ずれがあるθ"≠０°場合は、Ｔｘ配置の円偏波と結合することで、垂直および水平偏波の位相差がある（δ≠０°）楕円偏波と等価にでき、特に円偏波（δ＝９０°）に対して、等価となるθ回転位置では、どの角度φに対しても、垂直および水平偏波で作る信号強度と等価にできる。よって、位相差δの制御により、この２観点での信号強度または電力値の増減を測定することで、正対する物理角度と、極間アイソレーションが推定できる。
【0046】
図６は、垂直偏波と水平偏波の位相差δと角度ずれφ"の関係を説明するための図である。垂直偏波方向と水平偏波方向の２方向の特定モードのＴＥ波が作る合成波（図中の合成ＴＥ）は、垂直偏波励振ＲＦ部４３と水平偏波励振ＲＦ部４４のそれぞれの位相または位相差δを制御することにより可変となる。合成ＴＥの傾斜角度が角度ずれφ"に対応している。２方向のＴＥ波を任意の振幅と角度で合成することにより、機械的回転では数秒かかる回転をミリ秒以下で電気的に実現することができる。
【0047】
図７は、本実施形態の測定法を説明するための図である。まず、測定対象の無線端末２をＺ軸回りおよびＹ軸回りに機械的に回転させて、アンテナ指向特性測定装置３０により測定された、端末アンテナ３の受信電力値が最大となる位置を探す。次いで、従来は、図７の上図に示すように、無線端末２をＺ軸回りに機械的に９０度回転させて、アンテナ指向特性測定装置３０により測定された、端末アンテナ３の受信電力値が最小（電力差が１２ｄＢ以上）となることを確認していた。
【0048】
本実施形態では、無線端末２を機械的に９０度回転させると時間がかかるので、アンテナ指向特性測定システム１の測定アンテナ２０を電気的位相回転により９０度回転した状態にすることで時間を短縮することができる。電気的位相回転では、ＸＹ平面内の回転だけでなく、Ｚ軸方向への回転を加えることもでき、これにより、無線端末２と測定アンテナ２０の位置関係の微調整も可能となる。
【0049】
（アンテナ指向特性測定装置）
図８は、本実施形態に係るアンテナ指向特性測定装置３０の全体の概略構成を示す図である。図８に示すように、アンテナ指向特性測定装置３０は、検出部３１、記憶部３２、制御部３３、ポジショナ制御部３４、操作部３５、表示部３６、ＲＦ送受信部４０、ベースバンド（ＢＢ）受信部５０、ベースバンド（ＢＢ）送信部６０、および発振部７０を備えている。以下、各構成要素について説明する。
図８は、本実施形態に係るアンテナ指向特性測定装置３０の全体の概略構成を示す図である。図８に示すように、アンテナ指向特性測定装置３０は、検出部３１、記憶部３２、制御部３３、ポジショナ制御部３４、操作部３５、表示部３６、ＲＦ送受信部４０、ベースバンド（ＢＢ）受信部５０、ベースバンド（ＢＢ）送信部６０、および発振部７０を備えている。以下、各構成要素について説明する。
【0050】
ＲＦ送受信部４０は、垂直偏波と水平偏波を含む偏波信号を試験信号として生成し、測定アンテナ２０を介して無線端末２に送信するようになっている。また、ＲＦ送受信部４０は、無線端末２が端末アンテナ３で受信した試験信号の電力値の情報を含んだ応答信号を、端末アンテナ３から測定アンテナ２０を介して受信するようになっている。なお、本実施形態のＲＦ送受信部４０は、本発明の送受信部に対応する。
【0051】
検出部３１は、ＲＦ送受信部４０が受信した応答信号から試験信号の電力値を検出するようになっている。具体的には、検出部３１は、無線端末２からの応答信号に含まれるＳＳ－ＲＳＲＰＢが示す電力値（ＲＳＲＰＢ値、ＲＳＲＰＢ報告値ともいう）をブランチ（第１方向および第２方向）ごとに取得する。
【0052】
制御部３３は、アンテナ指向特性測定システム１の全体を対象とする統括的な制御を行うとともに、端末アンテナ３が受信した試験信号の電力値の情報に基づいて試験信号パラメータを設定するようになっている（試験信号パラメータ設定部３３１）。試験信号パラメータとしては、測定アンテナ２０から送信する垂直偏波信号の振幅ＡＶ、水平偏波信号の振幅ＡＨ、垂直偏波信号の遅延位相δＶ、水平偏波信号の遅延位相δＨが挙げられる。垂直偏波信号と水平偏波信号の位相差δは遅延位相の差δＶ－δＨにより表される。
【0053】
ポジショナ制御部３４は、制御部３３による制御下でポジショナ１０の回転装置１２、１３の駆動を制御して無線端末２を２軸回りに回転させ、無線端末２の回転位置（θ，φ）を変えることができるようになっている。無線端末２の回転位置（θ，φ）は、無線端末２の位置、姿勢、配置方向、方向、または向きを示す。
【0054】
操作部３５は、ユーザによる操作入力を受け付けるためのものであり、例えば表示部３６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ていてもよい。あるいは、操作部３５は、キーボードまた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。また、操作部３５は、リモートコマンドなどによる遠隔制御を行う外部制御装置で構成されてもよい。操作部３５への操作入力は、制御部３３により検知されるようになっている。例えば、操作部３５により、通信方式、試験の種別、各種閾値、試験信号パラメータの初期値等をユーザが任意に指定するようにしてもよい。
【0055】
表示部３６は、各種情報の入力画面や測定結果等を表示するようになっており、例えば、無線端末２の各回転位置（θ，φ）での無線端末２からの報告情報（電力値、ランク）や、所定の閾値以上のアイソレーションが得られる試験候補位置を表示するようになっている。
【0056】
記憶部３２は、端末アンテナ３が受信した試験信号のブランチ１（第１方向）およびブランチ２（第２方向）の偏波成分の電力値を無線端末２の回転位置（θ，φ）と関連付けて記憶するようになっている。また、記憶部３２は、直交偏波間アイソレーションの情報、測定アンテナ２０から送信した垂直偏波信号および水平偏波信号の各振幅、位相差等の情報、端末アンテナ３から報告されたランク情報等を無線端末２の回転位置（θ，φ）と関連付けて記憶するようになっている。
【0057】
発振部７０は、試験信号を構成する垂直偏波信号と水平偏波信号を同期させるために共通の基準信号を生成する基準信号生成部７１を備えている。
【0058】
ベースバンド（ＢＢ）受信部５０は、基準信号生成部７１により生成された基準信号を参照して、ＲＦ送受信部４０が測定アンテナ２０を介して受信したアップリンク（ＵＬ）信号を復調しベースバンド信号を取得するアップリンク（ＵＬ）復調部５１を備えている。
【0059】
ベースバンド（ＢＢ）送信部６０は、基準信号生成部７１により生成された基準信号を参照して、測定アンテナ２０を介して送信するダウンリンク（ＤＬ）信号をＲＦ送受信部４０にて生成させるために、ベースバンドの変調信号を生成するダウンリンク（ＤＬ）変調部６１を備えている。
【0060】
（ＲＦ送受信部）
ＲＦ送受信部４０は、第１移相器４１、第２移相器４２、垂直偏波励振ＲＦ部４３、水平偏波励振ＲＦ部４４、およびアンカー励振ＲＦ部４５を備えている。
ＲＦ送受信部４０は、第１移相器４１、第２移相器４２、垂直偏波励振ＲＦ部４３、水平偏波励振ＲＦ部４４、およびアンカー励振ＲＦ部４５を備えている。
【0061】
第１移相器４１は、制御部３３の試験信号パラメータ設定部３３１により与えられた移相量δＶに基づいて、垂直偏波信号を移相させ、第２移相器４２は、試験信号パラメータ設定部３３１により与えられた移相量δＨに基づいて、水平偏波信号を移相させるようになっている。第１および第２移相器４１、４２により移相操作を受けた垂直偏波信号と水平偏波信号は、位相差δ（＝δＶ－δＨ）を有することになる。
【0062】
垂直偏波励振ＲＦ部４３は、制御部３３の試験信号パラメータ設定部３３１から与えられた振幅Ａｖの情報を基に、ＤＬ変調部６１により生成されたベースバンドのＤＬ変調信号をアップコンバートするとともに、第１移相器４１により位相を制御して垂直偏波信号を生成し、垂直偏波アンテナ２０Ｖを励振するようになっている。
【0063】
水平偏波励振ＲＦ部４４は、制御部３３の試験信号パラメータ設定部３３１から与えられた振幅ＡＨの情報を基に、ＤＬ変調部６１により生成されたベースバンドのＤＬ変調信号をアップコンバートするとともに、第２移相器４２により位相を制御して水平偏波信号を生成し、水平偏波アンテナ２０Ｈを励振するようになっている。
【0064】
アンカー励振ＲＦ部４５は、リンクアンテナ８０を励振するようになっている。リンクアンテナ８０は、無線端末２との間でリンク（呼）を確立または保持するためのアンテナであり、例えば、ノンスタンドアローンモード（Non-Standalone mode）で使用されるＬＴＥ用のリンクアンテナや、スタンドアローンモード（Standalone mode）で使用される５Ｇ用のリンクアンテナである。
【0065】
（制御部）
図９は、制御部３３の機能の概略を示すブロック図である。図９に示すように、制御部３３は、試験信号パラメータ設定部３３１、極大判定部３３２、電気的位相回転制御部３３３、機械的回転制御部３３４、アイソレーション判定部３３５、および指向性判定部３３６を備えている。
図９は、制御部３３の機能の概略を示すブロック図である。図９に示すように、制御部３３は、試験信号パラメータ設定部３３１、極大判定部３３２、電気的位相回転制御部３３３、機械的回転制御部３３４、アイソレーション判定部３３５、および指向性判定部３３６を備えている。
【0066】
試験信号パラメータ設定部３３１は、試験信号を規定するパラメータ（試験信号パラメータ）を設定するようになっており、試験信号パラメータとしては、試験信号を構成する垂直偏波信号および水平偏波信号の各振幅ＡＶ、ＡＨ、各移相量δＶ、δＨ、および位相差δが挙げられる。
【0067】
極大判定部３３２は、記憶部３２に記憶された無線端末２のいずれかの位置に電力値の極大が存在するか否かを判定するようになっている。極大が存在する場合には、そのとき送信された試験信号の振幅ＡＶ，ＡＨ、位相差δの情報、無線端末２の位置（θ、φ）の情報、端末アンテナ３が受信した電力値の情報を取得する。
【0068】
電気的位相回転制御部３３３は、極大判定部３３２により電力値の極大が存在しないと判定された場合に、送信する試験信号を構成する垂直偏波信号と水平偏波信号のそれぞれの振幅ＡＶ，ＡＨおよび位相差δのうち少なくとも１つを変化させるようになっている。また、電気的位相回転制御部３３３は、アイソレーション判定部３３５により電力値の差が所定の閾値より小さいと判定された場合に、送信する試験信号を構成する垂直偏波信号と水平偏波信号のそれぞれの振幅ＡＶ，ＡＨおよび位相差δのうち少なくとも１つをさらに変化させるようになっている。
【0069】
具体的には、電気的位相回転制御部３３３は、試験信号を構成する垂直偏波信号および水平偏波信号の各振幅ＡＶ，ＡＨと位相差δを制御することにより、電気的位相回転を行うものである。例えば、位相差δが０の場合には、試験信号は直線偏波となり、垂直偏波信号と水平偏波信号の振幅の比を変えることにより偏波面の傾きを変えることができ、偏波面を９０°回転させる前後での試験信号の電力値の差を測定することにより、直交偏波間アイソレーションを確認することができる。また、例えば、位相差δが０でない場合には、試験信号は楕円偏波となり、位相差δが９０°の場合には、試験信号は円偏波となる。例えば、位相差δを９０°の近傍で変化させて電気的位相回転を行うことにより、端末アンテナ３の電波進行方向（Ｚ軸方向）前後の回転（傾き）の情報を得ることができる。このため、電気的位相回転制御部３３３は、極大判定部３３２が電力値に極大が存在しないと判定した場合に、極大の存在の可能性が高くなるように垂直偏波信号と水平偏波信号の各振幅ＡＶ，ＡＨおよび位相差δを変えるようにする。
【0070】
機械的回転制御部３３４は、無線端末２の回転位置（姿勢）を変えるようポジショナ制御部３４を制御するようになっており、例えば、極大判定部３３２により電力値の極大が存在しないと判定された場合に、極大の存在の可能性が高くなるように、ポジショナ１０により無線端末２の回転位置（θ，φ）を変化させるようになっている。また、機械的回転制御部３３４は、アイソレーション判定部３３５により電力値の差が１２ｄＢより小さいと判定された場合に、電力値の差が大きくなるように、ポジショナ１０により無線端末２の回転位置（θ，φ）をさらに変化させるようになっている。
【0071】
機械的回転制御部３３４による無線端末２の回転操作と、電気的位相回転制御部３３３による電気的位相回転操作とは、併用してもよいし、どちらか一方を単独で行ってもよい。
【0072】
アイソレーション判定部３３５は、電波進行方向であるＺ軸回りに試験信号の偏波面を９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて測定アンテナ２０から送信し、検出部３１により検出された、端末アンテナ３が受信した直線偏波信号の電力値と偏波面を９０°回転させる前の元の試験信号を用いたとき検出した電力値との差が１２ｄＢ以上あるか否かを判定するようになっている。例えば、アイソレーション判定部３３５は、電力値の極大が存在する場合、該極大での電力極大値を取得したとき用いられた試験信号の偏波面を、電波進行方向であるＺ軸回りに９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて前記測定アンテナから送信し、検出部３１により検出された、端末アンテナ３が受信した直線偏波信号の電力値と、電力極大値との差が１２ｄＢ以上あるか否かを判定する。
【0073】
指向性判定部３３６は、極大判定部３３２により端末アンテナ３が受信した試験信号の電力の極大値が存在すると判定され、かつ、アイソレーション判定部３３５により偏波面の９０°回転前後で測定された試験信号の電力値の差が所定の閾値、例えば１２ｄＢ以上あると判定された場合に、測定アンテナ２０と端末アンテナ３が偏波面の整合性を含めて正対した状態にあると判定し、そのときの無線端末２の位置（θ，φ）をコンフォーマンス試験の候補位置として記憶部３２に格納するとともに表示部３６に表示させるようになっている。
【0074】
アンテナ指向特性測定装置３０の一部または全部は、例えば、コンピュータ装置によって構成される。このコンピュータ装置は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）部と、ＳＳＤ（Solid State Drive）やハードディスク装置等の不揮発性の記憶媒体と、各種入出力ポートとを有する。
【0075】
ＣＰＵは、アンテナ指向特性測定システム１を対象とする統括的な制御を行うようになっている。ＲＯＭは、ＣＰＵを立ち上げるためのＯＳ（Operating System）やその他のプログラムおよび制御用のパラメータ等を記憶するようになっている。ＲＡＭは、ＣＰＵが動作に用いるＯＳやアプリケーションの実行コードやデータ等を記憶するようになっている。外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）部は、所定の信号が入力される入力インタフェース機能と所定の信号を出力する出力インタフェース機能を有している。
【0076】
外部Ｉ／Ｆ部は、ネットワークを介してポジショナ１０に接続されている。入出力ポートには、操作部３５および表示部３６が接続されている。操作部３５は、コマンドなど各種情報を入力するための機能部であり、表示部３６は、上記各種情報の入力画面や測定結果等、各種情報を表示する機能部である。
【0077】
上述したコンピュータ装置は、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより検出部３１や制御部３３として機能する。制御部３３が備える試験信号パラメータ設定部３３１、極大判定部３３２、電気的位相回転制御部３３３、機械的回転制御部３３４、アイソレーション判定部３３５、および指向性判定部３３６も、ＣＰＵがＲＡＭの作業領域でＲＯＭに格納された所定のプログラムを実行することにより実現されるものである。
【0078】
（アンテナ指向特性測定方法）
次に、無線端末２が備える端末アンテナ３の指向特性を測定する方法を説明する。
次に、無線端末２が備える端末アンテナ３の指向特性を測定する方法を説明する。
【0079】
図１０～図１３は、本実施形態に係るアンテナ指向特性測定方法の概略を示すフローチャートである。以下では、３ＧＰＰにより規定されたＦＲ２コンフォーマンス試験（TS 38.521-4、TR 38.810参照）の準備段階で行われる場合を例に説明するが、これに限定されず、無線端末２が備える端末アンテナ３の正確な指向特性を、直交偏波間アイソレーションの情報を基に迅速に測定する方法として用いることができる。
【0080】
【0081】
次いで、３ＧＰＰ技術仕様（TS 38.521-4 annex H.1の"Procedure for finding UE direction"）に従って同技術使用（同annex H.0）に記載の条件を満たす無線端末２の位置（θ，φ）を探す（ステップＳ２）。
【0082】
ステップＳ２では、３ＧＰＰ技術仕様（TS 38.521-4 annex H.1.1）に記載のＲｘ ｂｅａｍ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｓｅａｒｃｈを用いるステップＳ２－１か、３ＧＰＰ技術仕様（TS 38.521-4 annex H.1.2）に記載のＲＳＲＰＢ ｂａｓｅｄ ｓｃａｎを用いるステップＳ２－２か、本実施形態に係る処理法を用いるステップＳ２－３のいずれかを採用することができる。以下、本実施形態に係る処理法（ステップＳ２－３）を用いる場合について説明する。
【0083】
図１１に示すように、ステップＳ２－３では、まず、リンクアンテナ８０を用いて端末アンテナ３との間で呼接続を行い、アンテナ指向特性測定装置３０が無線端末２からＲＳＲＰＢなどの報告値を得続けられるようにする（ステップＳ１１）。
【0084】
次に、アンテナ指向特性測定装置３０は、試験信号の垂直および水平偏波により形成される楕円偏波（位相差δ≒９０°）を中心に、９０°位相差の近傍角度の試験信号を用いて、無線端末２からの報告値を取得する（ステップＳ１２）。
【0085】
具体的には、アンテナ指向特性測定装置３０は、試験信号を構成する垂直偏波信号と水平偏波信号を測定アンテナ２０の垂直偏波アンテナ２０Ｖおよび水平偏波アンテナ２０Ｈからそれぞれ送信し、検出部３１において端末アンテナ３での受信状態の報告値を取得する（電力測定処理）（ステップＳ１３）。報告値としては、端末アンテナ３が受信した試験信号の第１方向の偏波成分の電力値（Ｐ１）、第１方向と直交する第２方向の偏波成分の電力値（Ｐ２）、ランク情報等が挙げられる。検出部３１により検出した報告値は、無線端末２の位置（θ，φ）および垂直および水平偏波信号のパラメータ（ＡＶ，ＡＨ，δＶ，δＨ）に関連付けて記憶部３２に格納しておく。電力測定処理については後で説明する。
【0086】
制御部３３の極大判定部３３２は、記憶部３２に格納された報告値の情報を基に、機械的回転および電気的位相回転により走査した位置（θ，φ）の範囲において端末アンテナ３が受信した試験信号の電力値に十分な極大が存在しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。制御部３３の極大判定部３３２は、十分な極大が存在していると判定した場合は、極大点での位置（θ，φ）、垂直および水平偏波信号のパラメータ（ＡＶ，ＡＨ，δＶ，δＨ）、端末アンテナ３が受信した試験信号の電力値（受信電力値Ｐ１，Ｐ２）を取得し、ステップＳ１５に進む。
【0087】
制御部３３の機械的回転制御部３３４は、端末アンテナ３が受信した試験信号の電力値に十分な極大が存在していないと判定した場合（ステップＳ１４で否）、電気的位相回転で走査できる程度の受信電力値の余裕を確保できるように、機械的回転により無線端末２の端末アンテナ３の対向面が別面になるよう回転位置（θ，φ）を移動走査させる（ステップＳ２０）。具体的には、制御部３３の機械的回転制御部３３４が、ポジショナ制御部３４を制御してポジショナ１０の保持台１１に保持された無線端末２の回転位置（θ，φ）を規定する回転角度θおよびφのいずれか一方または両方を順次変えていく。回転角度θ，φの変更方法は、例えば、既に得られたデータを基に、より早く極大の存在が確かめられるように、または極大が存在する可能性が高くなるように、変更していく。ステップＳ２０で回転角度θ，φの設定値を変更すると、ステップＳ１２に戻る。
【0088】
ステップＳ２０では、機械的回転とともに、あるいは単独で電気的位相回転制御部３３３が、試験信号を構成する垂直および水平偏波信号のパラメータ（振幅ＡＶ，ＡＨ，位相差δ）を変えるよう制御し電気的位相回転を行なってもよい。
【0089】
一方、ステップＳ１５では、制御部３３は、無線端末２からの報告値を基に、Ｒａｎｋ２を取得できていたか否かを判定する（ステップＳ１５）。ここで、「Ｒａｎｋ２」とは、電磁テンソルの階数が２であることを示す。これは、無線端末２が複数のアンテナによって同一周波数の信号を受信したとき、固有の２波に分離できることを意味する。ランク情報は、ＲＳＲＰＢ報告とは別に、無線端末２からＲＩ（Rank Indicator）の値の報告により取得できる。
【0090】
ステップＳ１５でＲａｎｋ２が取得できていないと判定された場合（ステップＳ１５で否）、回転走査面（Ｚ軸に垂直な面）の方向を凡そ確定しＲａｎｋ２状態を確保するように、ＲＳＲＰＢにより得られた受信電力値における余裕の中で電気的位相回転を行なって回転位置（θ，φ）を移動走査させる（ステップＳ２１）。ステップＳ２１で回転角度θ，φの設定値を変更すると、ステップＳ１２に戻る。
【0091】
ステップＳ１５でＲａｎｋ２が取得できていると判定された場合（ステップＳ１５で是）、制御部３３のアイソレーション判定部３３５は、直線偏波を形成する同位相（位相差δ＝０°）の垂直偏波と水平偏波の振幅差を変えて偏波面を回転方向φに９０°回転させて、ＲＳＲＰＢから受信電力値を取得し、偏波面を９０°回転する前後の直線偏波信号の受信電力の差を端末アンテナ３の直交偏波間アイソレーションの指標として算出する（ステップＳ１６）。具体的には、制御部３３のアイソレーション判定部３３５は、極大点に対応する回転位置（θ，φ）、垂直および水平偏波信号のパラメータ（ＡＶ，ＡＨ）を基に、直線偏波の偏波面が回転方向φに９０°回転した場合の垂直および水平偏波信号の振幅（ＡＶ，ＡＨ）を決定し、ＲＦ送受信部４０により垂直および水平偏波信号を生成し、測定アンテナ２０を励振させて垂直および水平偏波信号（直線偏波）を試験信号として送信する。そして、検出部３１において端末アンテナ３からのＲＳＲＰＢが示す受信電力値（ＲＳＲＰＢ値またはＲＳＲＰＢ報告値ともいう）を取得し、受信電力差を算出し、記憶部３２に格納する（電力測定処理）（ステップＳ１７）
【0092】
次いで、制御部３３の指向性判定部３３６は、記憶部３２に格納されたＲＳＲＰＢ値の情報を基に、極大点に対応して取得されたＲＳＲＰＢ値と、電気的位相回転によりφ方向に９０°回転した場合のＲＳＲＰＢ値との差が１２ｄＢ以上あるか否かを判定する（ステップＳ１８）。ＲＳＲＰＢ値が１２ｄＢ以上あると判定された場合は、ステップＳ１９の結果表示処理を行なって処理を終了する。
【0093】
一方、ＲＳＲＰＢ値が１２ｄＢより小さいと判定された場合（ステップＳ１８で否）、３ＧＰＰ試験の準備が整うアイソレーションを確保するために、機械的回転を交えて無線端末２の端末アンテナ３の対向面が別面になるよう回転角度θ，φを移動走査させる（ステップＳ２０）。ステップＳ２０で回転角度θ，φの設定値を変更すると、ステップＳ１２に戻る。
【0094】
上述のように、図１１において、ステップＳ１２→Ｓ１３→Ｓ１４→Ｓ１５→Ｓ２１→Ｓ１２のループにおいて、ステップＳ１２→Ｓ１３→Ｓ１４→Ｓ１５では、楕円偏波を形成する垂直および水平偏波の位相差δを９０°近傍で振って無線端末２からＲＳＲＰＢ値の極大およびＲａｎｋ２が取得できたか判断している。
【0095】
電気的位相回転でθ方向に回転走査する場合は、位相差δによって円偏波－楕円偏波－直線偏波と変えて走査し（欠けたリンゴの切り口が見る方向で変わるのと同様）、φ方向に回転走査する場合は（θが合致していないとφ方向回転が共変成分を持って斜めに寄与しＲＳＲＰＢ報告値が極小方向に変位するため）、位相差δを固定したまま、合成する振幅ＡＶと振幅ＡＨを変えることによって角度を変えるようにする。ステップＳ１２ではこのステップＳ２１での二軸（θ，φ）合わせの回転範囲指定を受けてＲＳＰＲＢ測定をすべく位相差δをステップＳ１３で設定して、ステップＳ１３で垂直および水平偏波で概ね楕円偏波を生成、送信して無線端末２から報告値を取得している。
【0096】
（電力測定処理）
ここで、電力測定処理について図１２を参照して説明する。
ここで、電力測定処理について図１２を参照して説明する。
【0097】
制御部３３の試験信号パラメータ設定部３３１は、検出部３１により検出されたＲＳＲＰＢ報告値に基づいて、垂直および水平偏波信号のパラメータ（ＡＶ，ＡＨ，δＶ，δＨ）を設定する。ＲＦ送受信部４０は、制御部３３の試験信号パラメータ設定部３３１により設定されたパラメータを基に、指定された位相差δとなる移相量δＶと移相量δＨにより、垂直偏波励振ＲＦ部４３が垂直偏波信号を生成し、水平偏波励振ＲＦ部４４が水平偏波信号を生成する（ステップＳ３１）。
【0098】
次いで、垂直偏波アンテナ２０Ｖから垂直偏波信号を出力し、水平偏波アンテナ２０Ｈから水平偏波信号を出力する（ステップＳ３２）。
【0099】
無線端末２は、端末アンテナ３が受信した垂直および水平偏波信号からなる試験信号の第１方向の偏波成分（ＲＳＲＰＢ１成分）の電力値と第２方向の偏波成分（ＲＳＲＰＢ２成分）の電力値を取得する（ステップＳ３３）。
【0100】
無線端末２は、第１方向の偏波成分の電力値（ＲＳＲＰＢ１報告値）と第２方向の偏波成分の電力値（ＲＳＲＰＢ２報告値）を含む応答信号を送信する（ステップＳ３４）。
【0101】
次いで、アンテナ指向特性測定装置３０のＲＦ送受信部４０が、測定アンテナ２０を介して応答信号を受信する（ステップＳ３５）。受信した応答信号は、ダウンコンバートされ、アップリンク復調部５１に送られて復調される。ＥＮ－ＤＣ（E-UTRA-NR Dual Connectivity）接続時は、リンクアンテナ８０を経由して応答信号を受信する。
【0102】
検出部３１は、機械的回転や電気的位相回転により定まる回転位置（θ，φ）におけるＺ軸回りの回転方向（φ方向）周囲のＲＳＲＰＢ１報告値とＲＳＲＰＢ２報告値および極大判別のためのそのＲＳＲＰＢ差を個別に取得し、記憶部３２に保存し、記憶部３２から制御部３３にデータを渡すようにする（ステップＳ３６）。
【0103】
（結果表示処理）
図１３は、結果表示処理を示す。図１３に示すように、結果表示処理では、記憶部３２に保存された位置情報としての回転位置（θ，φ）に対応したＲＳＲＰＢ情報一覧と、１２ｄＢ以上のアイソレーションが得られる３ＧＰＰ試験候補位置とを表示部３６に表示する（ステップＳ４０）。
図１３は、結果表示処理を示す。図１３に示すように、結果表示処理では、記憶部３２に保存された位置情報としての回転位置（θ，φ）に対応したＲＳＲＰＢ情報一覧と、１２ｄＢ以上のアイソレーションが得られる３ＧＰＰ試験候補位置とを表示部３６に表示する（ステップＳ４０）。
【0104】
（作用・効果）
以上のように、本実施形態に係るアンテナ指向特性測定システム１は、アイソレーション判定部３３５が、電波進行方向であるＺ軸回りに試験信号の偏波面を９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて測定アンテナ２０から送信し、検出部３１により検出された、端末アンテナ３が受信した直線偏波信号の電力値と偏波面を９０°回転させる前の元の試験信号を用いたとき検出部３１が検出した電力値との差が所定の閾値以上あるか否かを判定するようになっている。この構成により、無線端末２を実際に機械的に９０°回転することなく、送信する試験信号の偏波面を９０°回転させて、端末アンテナ３で受信した試験信号の回転前後の電力値の差に基づいて端末アンテナ３での直交偏波間アイソレーションを確認することができる。これにより、アイソレーションを確認するために無線端末２を実際に回転させる必要がないので、無線端末２の指向特性を測定する時間を大幅に短縮することができる。
以上のように、本実施形態に係るアンテナ指向特性測定システム１は、アイソレーション判定部３３５が、電波進行方向であるＺ軸回りに試験信号の偏波面を９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて測定アンテナ２０から送信し、検出部３１により検出された、端末アンテナ３が受信した直線偏波信号の電力値と偏波面を９０°回転させる前の元の試験信号を用いたとき検出部３１が検出した電力値との差が所定の閾値以上あるか否かを判定するようになっている。この構成により、無線端末２を実際に機械的に９０°回転することなく、送信する試験信号の偏波面を９０°回転させて、端末アンテナ３で受信した試験信号の回転前後の電力値の差に基づいて端末アンテナ３での直交偏波間アイソレーションを確認することができる。これにより、アイソレーションを確認するために無線端末２を実際に回転させる必要がないので、無線端末２の指向特性を測定する時間を大幅に短縮することができる。
【0105】
また、本実施形態に係るアンテナ指向特性測定システム１は、制御部３３が、記憶部３２に記憶された無線端末２のいずれかの位置に電力値の極大が存在するか否かを判定する極大判定部３３２をさらに備え、アイソレーション判定部３３５は、電力値の極大が存在する場合、該極大での電力極大値を取得したとき用いられた試験信号の偏波面を、電波進行方向であるＺ軸回りに９０°回転させて得られる直線偏波信号を試験信号として生成させて測定アンテナ２０から送信し、検出部３１により検出された、端末アンテナ３が受信した直線偏波信号の電力値と、電力極大値との差が１２ｄＢ以上あるか否かを判定するようになっている。この構成により、端末アンテナ３において必要の直交偏波間アイソレーションが確保可能な無線端末２の位置（θ，φ）を特定することができる。すなわち、測定アンテナ２０と端末アンテナ３が正対状態となる無線端末２の位置の正確な情報を得ることができる。
【0106】
また、本実施形態に係るアンテナ指向特性測定システム１において、制御部３３は、極大判定部３３２により電力値の極大が存在しないと判定された場合や、アイソレーション判定部により電力値の差が所定の閾値より小さいと判定された場合に、送信する試験信号を構成する垂直偏波信号と水平偏波信号のそれぞれの振幅（ＡＶ，ＡＨ）および位相差（δ）のうち少なくとも１つを変化させる電気的位相回転制御部３３３を備えている。このために、ＲＦ送受信部４０は、位相差δに基づいて垂直偏波信号を移相する第１移相器４１と、水平偏波信号を移相する第２移相器４２とを備えている。この構成により、電波進行方向であるＺ軸回りに端末アンテナ３が回転している場合だけでなく、Ｚ軸に直交する例えばＹ軸回りに端末アンテナ３が回転している場合であっても、電力値の極大の存在を正確に判定することができ、または端末アンテナの直交偏波間アイソレーションを正確に判定することができ、これにより、端末アンテナ３の方向をより正確に特定することができる。
【0107】
また、本実施形態に係るアンテナ指向特性測定システム１において、制御部３３は、極大判定部３３２により電力値の極大が存在しないと判定された場合や、アイソレーション判定部３３５により電力値の差が所定の閾値より小さいと判定された場合に、ポジショナ１０により無線端末２の位置（θ，φ）を変化させる機械的回転制御部３３４をさらに備えている。この構成により、端末アンテナ３の受信電力値の極大の存在を正確に判定することができ、また、端末アンテナ３の直交偏波間アイソレーションを正確に判定することができ、これにより、電気的回転可能な範囲を越えて、測定アンテナ２０と端末アンテナ３が正対状態にあるコンフォーマンス試験の候補位置を探すことができる。
【産業上の利用可能性】
【0108】
以上説明したように、本発明は、必要な直交偏波間アイソレーションを確保可能な無線端末のアンテナの指向特性を迅速に測定することができるという効果を有し、無線端末のアンテナ指向特性測定システムおよび測定方法の全体に有用である。
【符号の説明】
【0109】
１ アンテナ指向特性測定システム
２ 無線端末
３ 端末アンテナ
１０ ポジショナ（端末回転機構）
１１ 保持台
１２、１３ 回転装置
２０ 測定アンテナ
２０Ｈ 水平偏波アンテナ
２０Ｖ 垂直偏波アンテナ
３０ アンテナ指向特性測定装置
３１ 検出部
３２ 記憶部
３３ 制御部
３４ ポジショナ制御部
３５ 操作部
３６ 表示部
４０ ＲＦ送受信部
４１ 第１移相器
４２ 第２移相器
４３ 垂直偏波励振ＲＦ部（Ｖ偏波励振ＲＦ部）
４４ 水平偏波励振ＲＦ部（Ｈ偏波励振ＲＦ部）
４５ アンカー励振ＲＦ部
５０ ベースバンド受信部（ＢＢ受信部）
５１ アップリンク復調部（ＵＬ復調部）
６０ ベースバンド送信部（ＢＢ送信部）
６１ ダウンリンク変調部（ＤＬ変調部）
７０ 発振部
７１ 基準信号生成器
８０ リンクアンテナ
３３１ 試験信号パラメータ設定部
３３２ 極大判定部
３３３ 電気的位相回転制御部
３３４ 機械的回転制御部
３３５ アイソレーション判定部
３３６ 指向性判定部
２ 無線端末
３ 端末アンテナ
１０ ポジショナ（端末回転機構）
１１ 保持台
１２、１３ 回転装置
２０ 測定アンテナ
２０Ｈ 水平偏波アンテナ
２０Ｖ 垂直偏波アンテナ
３０ アンテナ指向特性測定装置
３１ 検出部
３２ 記憶部
３３ 制御部
３４ ポジショナ制御部
３５ 操作部
３６ 表示部
４０ ＲＦ送受信部
４１ 第１移相器
４２ 第２移相器
４３ 垂直偏波励振ＲＦ部（Ｖ偏波励振ＲＦ部）
４４ 水平偏波励振ＲＦ部（Ｈ偏波励振ＲＦ部）
４５ アンカー励振ＲＦ部
５０ ベースバンド受信部（ＢＢ受信部）
５１ アップリンク復調部（ＵＬ復調部）
６０ ベースバンド送信部（ＢＢ送信部）
６１ ダウンリンク変調部（ＤＬ変調部）
７０ 発振部
７１ 基準信号生成器
８０ リンクアンテナ
３３１ 試験信号パラメータ設定部
３３２ 極大判定部
３３３ 電気的位相回転制御部
３３４ 機械的回転制御部
３３５ アイソレーション判定部
３３６ 指向性判定部
【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】