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NEAR-FIELD MEASURING DEVICE AND NEAR-FIELD MEASURING METHOD

Patent code P200016828
File No. 6255
Posted date May 11, 2020
Application number P2018-105113
Publication number P2019-211245A
Date of filing May 31, 2018
Date of publication of application Dec 12, 2019
Inventor
  • (In Japanese)布施 匡章
  • (In Japanese)野田 華子
  • (In Japanese)原田 博司
  • (In Japanese)水谷 圭一
  • (In Japanese)横山 梨一
Applicant
  • (In Japanese)アンリツ株式会社
  • (In Japanese)国立大学法人京都大学
Title NEAR-FIELD MEASURING DEVICE AND NEAR-FIELD MEASURING METHOD
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a near-field measuring device and a near-field measuring method with which it is possible to acquire an amplitude distribution and phase distribution over a wide range in the near field of an antenna to be measured without switching a measurement signal.
SOLUTION: The near-field measuring device comprises: a probe antenna 12 for receiving a multi-carrier signal transmitted from an antenna 100 to be measured; a receive unit 15 for converting, for each scan line, the multi-carrier signal received by the probe antenna 12 into a digital complex baseband signal; a storage unit 16 for storing the complex baseband signal in association with the position of the probe antenna 12 on a measurement plane P when the multi-carrier signal is received by the probe antenna 12; an extraction unit 17 for extracting an RS included in a plurality of sub-carriers from the complex baseband signal stored in the storage unit 16; and an amplitude phase change amount calculation unit 18 for calculating an amplitude fluctuation amount and a phase fluctuation amount of the RS extracted by the extraction unit 17.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

アンテナの指向性を算出するため、アンテナの電界強度分布を近傍界領域で近傍界測定法(Near Field Measurement:NFM)により測定する装置として、図8に示すように、被測定アンテナ200の近傍で測定用アンテナ31を走査し、2次元の測定平面P内の近傍の電界を測定する近傍界測定装置10が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。

NFMは、アンテナ近傍における電磁界の位相及び振幅を測定し、電磁界理論に基づいた計算処理(2次元逆フーリエ変換処理)を行うことで、被測定アンテナの遠方界での指向性を算出する手法である。

従来、NFMでは、位相及び振幅を同時に測定可能なVNA(Vector Network Analyzer)32が用いられていたため、基本的には単一周波数の信号(CW信号)を用いて測定することが一般的であった。

しかしながら、従来のNFMではVNA32を被測定アンテナ200に接続して測定を行うため、アンテナと一体化した基地局に対しては指向性の測定が困難であった。また、Massive MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)と呼ばれるアレーアンテナは、多数のアンテナ素子から構成されているため、実装面積やコストの点から、VNA32を接続可能なアンテナコネクタを設けず、アンテナが一体化した基地局設計が主流となると考えられる。

そのため、VNA32などの測定器をアンテナに接続する測定ではなく、アンテナから単一周波数のCW(Continuous Wave)信号を送信し、それをSA(Spectrum Analyzer)などの測定器を用いて受信することで、指向性算出に必要な近傍界の位相・振幅情報を得る手法が研究されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、近傍界測定装置及び近傍界測定方法に関し、特に、アンテナの特性を近傍界測定法を用いて測定する近傍界測定装置及び近傍界測定方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
サブフレームが時系列に複数並んで1フレームが構成され、前記サブフレームが複数のサブキャリアに既知の基準信号を含むマルチキャリア信号を送信する被測定アンテナ(100)に対して近傍界測定を行う近傍界測定装置(1)であって、
前記マルチキャリア信号を受信するプローブアンテナ(12)と、
前記プローブアンテナを近傍界の測定平面上で移動させるプローブ走査機構(13)と、
前記プローブ走査機構により前記プローブアンテナが連続的に移動されている状態で、前記プローブアンテナで受信されたマルチキャリア信号をディジタルの複素ベースバンド信号に変換する受信部(15)と、
前記マルチキャリア信号が前記プローブアンテナにより受信された際の前記測定平面上における前記プローブアンテナの位置と、時系列に並んだ各前記サブフレームとを対応付けて前記複素ベースバンド信号を記憶する記憶部(16)と、
前記記憶部に記憶された前記複素ベースバンド信号から、各前記サブフレームの前記複数のサブキャリアに含まれる前記基準信号を抽出する抽出部(17)と、
前記抽出部により抽出された前記基準信号の振幅変動量及び位相変動量を算出する振幅位相変動量算出部(18)と、
前記振幅位相変動量算出部により算出された前記振幅変動量と、前記位相変動量に基づいて、前記マルチキャリア信号の前記測定平面における振幅及び位相を算出する振幅位相算出部(20)と、を備えることを特徴とする近傍界測定装置。

【請求項2】
 
前記プローブ走査機構(13)は、前記プローブアンテナを第1の軸、又は、前記第1の軸に直交する第2の軸に沿って移動させる機構を有し、
前記受信部は、前記プローブ走査機構により前記プローブアンテナを前記第1の軸に沿って所定距離だけ連続的に移動させる走査を前記第2の軸の複数の箇所について繰り返す第1の走査と、前記プローブ走査機構により前記プローブアンテナを前記第2の軸に沿って所定距離だけ連続的に移動させる第2の走査と、のいずれかが実行されている状態で、前記マルチキャリア信号を前記複素ベースバンド信号に変換し、
前記第1の走査に関して前記振幅位相変動量算出部により算出された前記位相変動量を、前記第2の走査に関して前記振幅位相変動量算出部により算出された前記位相変動量に応じて補正する位相結合部(19)を更に備え、
前記振幅位相算出部は、前記振幅位相変動量算出部により算出された前記振幅変動量と、前記位相結合部により補正された前記位相変動量に基づいて、前記マルチキャリア信号の前記測定平面における振幅及び位相を算出することを特徴とする請求項1の近傍界測定装置。

【請求項3】
 
前記マルチキャリア信号がOFDM信号であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の近傍界測定装置。

【請求項4】
 
前記抽出部は、
前記第1の軸の方向又は前記第2の軸の方向への走査ラインごとに得られた前記複素ベースバンド信号の系列を前記記憶部から読み出し、読み出した前記複素ベースバンド信号の系列のOFDM変調のシンボルタイミングを推定することにより、各前記サブフレームの先頭位置を検出する先頭位置検出部(17a)と、
前記先頭位置検出部により検出された前記先頭位置に基づいて、前記サブフレームごとにOFDMシンボルを切り出し、切り出した前記OFDMシンボルに対してFFT処理を行うことにより、前記基準信号を抽出するFFT処理部(17b)と、を含むことを特徴とする請求項3に記載の近傍界測定装置。

【請求項5】
 
前記先頭位置検出部は、前記記憶部に記憶された前記複素ベースバンド信号の系列の中で、前記第1の軸の方向又は前記第2の軸の方向への走査ラインごとに最も振幅の大きいデータを含む所定範囲のデータに対して、OFDM変調のシンボルタイミングを推定することを特徴とする請求項4に記載の近傍界測定装置。

【請求項6】
 
前記振幅位相算出部により算出された振幅及び位相の値を用いて、遠方界の指向性を算出する遠方界指向性算出部(21)を更に備え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近傍界測定装置。

【請求項7】
 
サブフレームが時系列に複数並んで1フレームが構成され、前記サブフレームが複数のサブキャリアに既知の基準信号を含むマルチキャリア信号を送信する被測定アンテナ(100)に対して近傍界測定を行う近傍界測定方法であって、
前記マルチキャリア信号を受信するプローブアンテナ(12)を近傍界の測定平面上で移動させるプローブ走査ステップ(S2,S8,S9)と、
前記プローブ走査ステップにより前記プローブアンテナが連続的に移動されている状態で、前記プローブアンテナで受信されたマルチキャリア信号をディジタルの複素ベースバンド信号に変換する受信ステップ(S3,S10)と、
前記マルチキャリア信号が前記プローブアンテナにより受信された際の前記測定平面上における前記プローブアンテナの位置と、時系列に並んだ各前記サブフレームとを対応付けて前記複素ベースバンド信号を記憶する記憶ステップ(S4,S11)と、
前記記憶ステップにより記憶された前記複素ベースバンド信号から、各前記サブフレームの前記複数のサブキャリアに含まれる前記基準信号を抽出する抽出ステップ(S5,S12)と、
前記抽出ステップにより抽出された前記基準信号の振幅変動量及び位相変動量を算出する振幅位相変動量算出ステップ(S6,S13)と、
前記振幅位相変動量算出ステップにより算出された前記振幅変動量と、前記位相変動量に基づいて、前記マルチキャリア信号の前記測定平面における振幅及び位相を算出する振幅位相算出ステップ(S15)と、を含むことを特徴とする近傍界測定方法。

【請求項8】
 
前記プローブ走査ステップは、前記プローブアンテナを第1の軸、又は、前記第1の軸に直交する第2の軸に沿って移動させるステップであり、
前記受信ステップは、前記プローブアンテナを前記第1の軸に沿って所定距離だけ連続的に移動させる走査を前記第2の軸の複数の箇所について繰り返す第1の走査と、前記プローブアンテナを前記第2の軸に沿って所定距離だけ連続的に移動させる第2の走査と、のいずれかが実行されている状態で、前記マルチキャリア信号を前記複素ベースバンド信号に変換し、
前記第1の走査に関して前記振幅位相変動量算出ステップにより算出された前記位相変動量を、前記第2の走査に関して前記振幅位相変動量算出ステップにより算出された前記位相変動量に応じて補正する位相結合ステップ(S14)を更に含み、
前記振幅位相算出ステップは、前記振幅位相変動量算出ステップにより算出された前記振幅変動量と、前記位相結合ステップにより補正された前記位相変動量に基づいて、前記マルチキャリア信号の前記測定平面における振幅及び位相を算出することを特徴とする請求項7の近傍界測定方法。
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2018105113thum.jpg
State of application right Published
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