無線端末送受信性能測定方法および装置
【課題】広帯域信号を扱う無線端末の性能を、アンテナの不整合も含めて精度よく求めることができるようにする。
【解決手段】電波を反射させる金属壁で囲まれた楕円球状の空間を有し、その空間内の楕円長軸上の一方の焦点Ｆ１またはその近傍位置に無線端末の供試器１０を保持し、他方の焦点Ｆ２またはその近傍位置に試験アンテナ１１を保持する結合器２０、結合器２０の内部に保持された試験アンテナ１１に接続され、試験アンテナ１１を介して供試器１０に対する電波の送受信を行い、供試器１０の性能評価に必要な情報を取得するスペクトルアナライザ（測定部）５０とを備えるとともに、試験アンテナ１１は、その試験アンテナ１１が配置されている領域に集約されて金属壁へ放射される電波を減衰させるための電波吸収体ブロック３０で覆われている。
【解決手段】電波を反射させる金属壁で囲まれた楕円球状の空間を有し、その空間内の楕円長軸上の一方の焦点Ｆ１またはその近傍位置に無線端末の供試器１０を保持し、他方の焦点Ｆ２またはその近傍位置に試験アンテナ１１を保持する結合器２０、結合器２０の内部に保持された試験アンテナ１１に接続され、試験アンテナ１１を介して供試器１０に対する電波の送受信を行い、供試器１０の性能評価に必要な情報を取得するスペクトルアナライザ（測定部）５０とを備えるとともに、試験アンテナ１１は、その試験アンテナ１１が配置されている領域に集約されて金属壁へ放射される電波を減衰させるための電波吸収体ブロック３０で覆われている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域信号を扱う無線端末の送受信性能を、アンテナの不整合も含めて精度よく求めるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユビキタス社会の到来で、近年、高機能携帯電話を筆頭に無線タグ、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）やＢＡＮ(Body
Area Network)デバイスなどの小形無線端末が急激に増大している。これらの無線端末は、小形化や低コスト化などの理由から従来の無線機のような測定端子を有しないものが多い。また最近では、ＭＩＭＯ（Multi
In Multi out）通信に代表されるように実使用状態で携帯機の性能を測定する必要が強まってきた。
【０００３】
これらの無線端末に対しては、実際に電波を飛ばして空間で全放射電力（ＴＲＰ）や全放射感度（ＴＲＳ）などの送受信性能を測定する、所謂ＯＴＡ(Over The Air)測定が求められる。
【０００４】
ＯＴＡ測定には電波無反射室を用いるのが一般的であるが、設備コストが高く、測定時間も長い。そのほか、ランダムフィールド法に基づく電波反射箱を用いる方法もあるが、レーリーフェージング環境の実現が容易でなく、また多量の統計データを取得するため測定時間もかかる。さらに時間変化する信号のリアルタイム測定ができないという問題もある。
【０００５】
この問題を解決するために本願出願者等は、電波を反射する金属壁で覆われた楕円球空間を内部に有し、その楕円の一方の焦点近傍から放射された電波を他方の焦点位置に集中させることができる楕円球型の結合器を用いて、全放射電力等を測定する技術を提案している（特許文献１、２）。
【０００６】
この楕円球型の結合器を用いた場合、一方の焦点位置近傍から送信された電波が他方の焦点位置に近傍に集まって受信されるが、その電波が受信側で全て吸収されるわけではなく、再び金属壁で反射して送信側の焦点位置に戻りさらに金属壁で反射してそ受信側に入力されるという動作が繰り返される現象（多重反射現象）が生じる。
【０００７】
この多重反射によって間隔を開けて受信側に入力される電波同士が干渉し、その位相が合わないと送信電波が正しく受信されなくなって測定困難になるが、送信側と受信側の距離を調整して受信電力を最大とすることで、結果的に受信側の多重反射波の位相合わせを行い、測定可能な状態にしていた。
【０００８】
つまり、楕円球型の結合器を用いた測定方式では、多重反射を前提とし、結合器内の送信側機器と受信側機器との間で最大の結合度が得られるように間隔を調整する方法（変位法と呼ぶ）を用いて、端末の全放射電力等を高感度に測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００９／０４１５１３
【００１０】
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００９／１３６６３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、この多重反射を前提とし、変位法を用いて送受信間の結合度を得る測定モード（多重反射利用モード）の場合、以下の２つの問題が生じる。
【００１２】
１つは送信アンテナから受信アンテナへの伝送特性（ＳパラメータでＳ２１に相当）の周波数特性には、多重反射波相互の干渉により大きなリップルが生じることである。
【００１３】
このリップルの周期は、結合器が大きい程、また周波数が高い程短くなる。そのため、広帯域信号を扱う無線機の放射電力や感度の測定を行う場合、信号の周波数スペクトルに落ち込みが生じ、測定の精度が劣化する。
【００１４】
他の一つは、多重反射利用モードの場合に変位法で求めた最大結合位置では、結合器によって供試器も含めて整合がとられてしまうため、供試器が本来有している不整合が補償されてしまうことが最近の研究で明らかになってきた。
【００１５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、楕円球型の結合器内における多重反射を効果的に抑圧することにより、広帯域信号を扱う無線端末の性能を、アンテナの不整合も含めて精度よく求めることができる無線端末送受信性能測定方法および装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の無線端末送受信性能測定方法は、
電波を反射させる金属壁で囲まれた楕円球状の空間内の前記楕円長軸上の一方の焦点またはその近傍位置に測定対象の無線端末（１０、１０′）を配置し、他方の焦点またはその近傍位置に試験アンテナ（１１）を保持する段階と、
前記試験アンテナを介して前記無線端末に対する電波の送受信を行い、該無線端末の性能評価に必要な情報を取得する段階とを有する無線端末送受信性能測定方法であって、
前記試験アンテナを電波吸収体ブロック（３０）で覆い、該試験アンテナが配置されている領域に集約されて前記金属壁へ放射される電波を減衰させることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項２の無線端末送受信性能測定方法は、請求項１記載の無線端末送受信性能測定方法において、
前記無線端末を損失既知の基準アンテナ（１５）に代え、該基準アンテナに既知電力の信号を供給して前記試験アンテナの受信電力を測定し、システムの校正に必要な校正情報を求める段階と、
前記基準アンテナの代わりに前記無線端末が配置されたときの測定を前記校正情報を用いて行う段階とを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項３の無線端末送受信性能測定方法は、請求項１または請求項２記載の無線端末送受信性能測定方法において、
前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナの位置と前記試験アンテナの位置とを前記楕円長軸に沿って楕円中心に対して対称に移動させて、前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナと前記試験アンテナとの間の電波の透過率が最大となる位置を有効測定位置として求める段階を含み、
該有効測定位置において前記校正情報の取得または該校正情報を用いた無線端末の性能測定を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項４の無線端末送受信性能測定装置は、
電波を反射させる金属壁で囲まれた楕円球状の空間を有し、該空間内の前記楕円長軸上の一方の焦点またはその近傍位置に測定対象の無線端末（１０、１０′）を保持し、他方の焦点またはその近傍位置に試験アンテナ（１１）を保持する結合器（２０）と、
前記結合器の内部に保持された前記試験アンテナに接続され、該試験アンテナを介して前記無線端末に対する電波の送受信を行い、該無線端末の性能評価に必要な情報を取得する測定部（５０、６０）とを備えるとともに、
前記試験アンテナは、該試験アンテナが配置されている領域に集約されて前記金属壁へ放射される電波を減衰させるための電波吸収体ブロック（３０）で覆われていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項５の無線端末送受信性能測定装置は、請求項４記載の無線端末送受信性能測定装置において、
前記測定部は、前記無線端末を損失既知の基準アンテナ（１５）に代え、該基準アンテナに既知電力の信号を供給して前記試験アンテナの受信電力を測定したときに得られる情報を校正情報として予め記憶し、前記基準アンテナの代わりに前記無線端末が配置されたときの測定を前記校正情報を用いて行うことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項６の無線端末送受信性能測定装置は、請求項４または請求項５記載の無線端末送受信性能測定装置において、
前記結合器は、前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナの位置と前記試験アンテナの位置とを前記楕円長軸に沿って楕円中心に対して対称に移動させる機構を有しており、
前記測定部は、前記結合器内で移動される前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナと前記試験アンテナとの間の電波の透過率が最大となる位置を有効測定位置とし、該有効測定位置において前記校正情報の取得または該校正情報を用いた無線端末の性能測定を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項７の無線端末送受信性能測定装置は、請求項４〜６のいずれかに記載の無線端末送受信性能測定装置において、
前記測定対象の無線端末が携帯電話（１０′）であり、
前記測定部は、前記試験アンテナを介して前記携帯電話機に対するダウンリンク信号を発射し、該携帯電話機から発射されるアップリンクの応答信号を前記試験アンテナを介して受信する基地局シミュレータ（６０）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
このように本発明では、電波を反射する金属壁で囲まれた楕円球状の空間の一方の焦点またはその近傍位置に測定対象の無線端末を保持し、他方の焦点またはその近傍位置に試験アンテナを保持し、試験アンテナを介して無線端末と電波の送受信を行うことで無線端末の測定を行うものにおいて、試験アンテナを電波吸収体ブロックで覆い、試験アンテナが配置されている領域に集約されて金属壁へ放射される電波を減衰させている。
【００２４】
このため、楕円球空間内の電波の多重反射成分を減衰させることができ、広帯域信号を扱う無線端末の性能を、アンテナの不整合も含めて精度よく求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】楕円球型の結合器のモデルを示す図
【図２】結合器内に発生する多重反射波を示す図
【図３】多重反射成分が大きいときの送受信アンテナ間の透過率の周波数特性図
【図４】多重反射成分が無い場合の送受信アンテナ間の透過率の周波数特性図
【図５】本発明の実施形態のシステム構成図
【図６】校正系を示す図
【図７】アンテナ損失を測定するための系を示す図
【図８】実施形態の測定系で、異なる吸収体を用いたときの透過率の周波数特性図
【図９】供試器と試験アンテナの位置を変化させたときの透過率の変化を示す図
【図１０】供試器と試験アンテナの位置を変化させたときの供試器の全放射電力の変化図
【図１１】供試器として携帯電話、測定部として基地局シミュレータを用いたシステム図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
本発明は、楕円球型の結合器を用いて無線端末のＯＴＡ測定によりその送受信性能を測定するものにおいて、結合器内で生じる多重反射波を効果的に抑圧することで、広帯域信号を扱う無線端末の性能を、アンテナの不整合も含めて精度よく求めようとするものである。
【００２７】
ここで、先に多重反射を抑圧する方法を述べる前に、まずそれを実現した場合の効果を示したシミュレーションについて説明する。
【００２８】
図１はシミュレーションに用いたモデルで、長軸（２ａ）が８００ｍｍ、短軸（２ｂ）が７６４ｍｍ、離心率０．３の楕円を長軸に沿って回転して得られる楕円球空間を、電気伝導率（導電率）σ＝２０００００Ｓ／ｍ（楕円球内壁に塗布した導電性塗料の導電率））の金属壁で囲んで形成した結合器２０を用い、送信アンテナ２１と受信アンテナ２２としてダイポールアンテナを用い、楕円長軸上の２つの焦点位置にそれぞれのアンテナの中心を一致させ、且つそれらのアンテナの長さ方向が長軸（ｚ軸）に沿った、所謂コリニア配置させたものである。使用周波数は３ＧＨｚである。
【００２９】
先ず、この結合器２０のインパルス応答を調べる。
図２は、時刻ｔ＝０に送信アンテナ２１にインパルス電圧を印加したとき、受信アンテナ２２に流れる電流の時間変化、即ち、インパルス応答である。
【００３０】
電波発射後、２．７ｎ（ナノ）秒後に最初の強い電流（一次波）が観測され、続いて５．３ｎ秒毎に二次波、三次波の電流が流れている。ここで、２．７ｎ秒は、送信アンテナ２１の位置（一方の焦点位置）から結合器２０の内壁面で反射し受信アンテナ２２の位置（他方の焦点位置）に到達する通路長（８００ｍｍ）を光速で割った時間に相当している。
【００３１】
また、二次波、三次波は、受信アンテナ２２に到達した波の一部は負荷に吸収されるが残りは再放射し、壁面反射を介して送信アンテナ２１に到達した後、再び受信アンテナ２２に戻ってくる１往復の通路長に対応した時間になっている。
【００３２】
これらの結果から３ＧＨｚの電波と言えども、結合器２０の中では幾何光学的近似がほぼ成立していると考えることができる。
【００３３】
図３は、十分な時間が経過した後の定常状態における透過特性（Ｓ２１）の周波数特性であり、周期的に変動する多数のリップルが生じていることが分かる。
【００３４】
このシミュレーションの例ではリップルの周期が約１５０ＭＨｚであるので、周波数スペクトルの振幅偏差を１ｄＢに抑えるためには、信号帯域幅は４５ＭＨｚ以下でないといけないことが計算から求められる。さらに結合器（楕円球空間）が大きくなった場合や周波数が高い場合には信号帯域幅はさらに狭くなければならない。
【００３５】
次に、図２で二次波以降の高次波を何らかの手段で抑圧し、これらの影響が無視できるとした場合の透過特性を考える。図２の受信電流のインパルス応答から一次波のみを抽出し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）して透過係数の周波数特性を求める。
【００３６】
このとき、送信アンテナ２１として整合特性の異なる２つのアンテナを考える。一つは自由空間中で整合がとれたアンテナ（ＶＳＷＲ＝１）、他方は不整合のあるアンテナ（ＶＳＥＲ＝３）である。ＶＳＷＲ＝３の場合の反射損失は１．３ｄＢである。これらのアンテナについて上記の透過係数Ｓ２１を求めたグラフが図４である。
【００３７】
この図４のグラフから、高次反射波の電力が失われた分、全体のレベルは低下しているが、図３に比べて周波数特性変化が極めて緩やかなこと、およびＶＳＷＲ＝３のアンテナンの透過係数は整合アンテナに比べ、約１．３ｄＢ低下していることが分かる。
【００３８】
したがって、二次波以降の高次反射波を抑圧することができれば、信号周波数帯域に制限がなく、且つ自由空間での不整合の効果も含めた無線端末の送受信性能、例えば放射電力や受信感度の測定を行うことが出来る。
【００３９】
次に、上記の多重反射波の抑圧を実現する方法について説明する。
前述のように楕円球型の結合器２０の中では、電波が壁面反射を介して送受信アンテナ間を往復伝搬している。受信アンテナ２２に到達する毎に電波は一定割合ずつアンテナの負荷（受信機等）に取り出されるので、減衰しながらの往復伝搬となる。
【００４０】
もし仮に、図５に示すように、焦点位置Ｆ１に配置された試験対象の無線端末としての供試器１０に対して、焦点位置Ｆ２に配置された測定用の試験アンテナ１１を電波吸収体ブロック３０で覆うと、一次波も電波吸収体ブロック３０により吸収され減衰するが、二次波は試験アンテナ１１と供試器１０の間を１往復するので電波吸収体ブロック３０を２回通過することになり、ｄＢ値で一次波の２倍減衰する。同様に、三次波はさらにｄＢ値で二次波の２倍減衰する。
【００４１】
したがって、電波吸収体ブロック３０の寸法と材料の吸収率を適当に選べば二次波以降の高次波は無視できるようにすることができる。なお、供試器１０の感度測定のように、試験アンテナ１１から電波を送信する測定の場合で、供試器１０に供給する一次波のレベルが所定以上必要な場合には、電波吸収体ブロック３０による減衰分を見込んで試験アンテナ１１への供給電力を増加させればよい。
【００４２】
また、結合器２０内で高次反射波を抑える別の方法として、例えば楕円球の水平断面に電波吸収体のシートを敷く方法や、内壁面全体に電波吸収体材料を貼付ける方法も考えられるが、このような方法では、多量の電波吸収体を必要とし、コスト高になるばかりでなく、結合器内で使用できる空間が大幅に狭くなり、供試器１０の大きさや試験アンテナ１１の配置に大きな制限が生じてしまう。
【００４３】
これに対し、図５の測定システムのように、試験アンテナ１１を電波吸収体ブロック３０で覆い、試験アンテナ１１が配置されている領域に集約されて金属壁へ放射される電波を減衰させる構造にすれば、試験アンテナ１１が配置されている焦点Ｆ２付近の電波のエネルギー密度が高いので、体積が小さい電波吸収体ブロック３０で効率的に電波吸収がなされ、その結果、低コストで、使用空間の広い結合器２０を実現できる。
【００４４】
換言すれば、この構造の結合器２０は、送信アンテナから放射される拡散球面波を受信アンテナに到来する収束球面波に変換する電波無反射室であると言える。
【００４５】
上記構造の結合器２０は、供試器１０の全放射電力（ＴＲＰ）測定や、全放射感度（ＴＲＳ）測定のいずれにも用いることができるが、以下、全放射電力（ＴＲＰ）測定を例にとって説明する。
【００４６】
（ＴＲＰ測定方法）
図５に示した測定システムで、供試器１０の全放射電力ＴＲＰを求めるため、先ず、測定系の校正を行う必要がある。
【００４７】
図６は、その校正系を示し、結合器２０の中に、供試器１０に代わる基準アンテナ１５と、電波吸収体ブロック３０で覆った試験アンテナ１１とを、それらの中心がほぼ楕円長軸上の各焦点Ｆ１、Ｆ２にそれぞれ一致するように配置する。
【００４８】
簡単のため、基準アンテナ１５は試験アンテナ１１と同一アンテナを用い、両アンテナの長さ方向を楕円長軸に一致させたコリニア配置とし、送受信のアンテナ間の直接結合を抑える。ただし、両アンテナが互いに平行で楕円長軸に直交する、いわゆる対向配置でもよい。電波吸収体ブロック３０の形状はここでは直方体とするが、これに限らず任意でよい。
【００４９】
また、基準アンテナ１５には、信号発生器４０から電力ＰO[dBm]の信号を供給し、試験アンテナ１１は、損失ＬC[dB]のケーブルを介して測定部としてのスペクトルアナライザ５０に接続する。試験アンテナ１１および基準アンテナ１５の損失をＬA[dB]、電波吸収体ブロック３０の損失をＬABS[dB]とする。ここでは、信号電力測定用の測定部としてスペクトルアナライザ（スペクトラムアナライザ）５０を用いているが、使用周波数の信号の電力を測定できるものであればよく、スペクトルアナライザに限らない。
【００５０】
なお、本システムに要求される測定部は、結合器２０の内部に保持された試験アンテナ１１に接続され、試験アンテナ１１を介して無線端末に対する電波の送信あるいは受信を行い、無線端末の性能評価に必要な情報を取得するものであればよく、ここでは受信信号電力を測定するためのスペクトルアナライザ５０を用いているが、測定対象の無線端末に応じたものを用いればよい。
【００５１】
次いで、基準アンテナ１５と試験アンテナ１１とを、焦点Ｆ１、Ｆ２の位置を基準にして楕円長軸に沿って対称（楕円中心からみて同一量、同一方向）に変位させ、受信電力が最大となる位置を見出す（変位法）。このときの最大受信電力をＰRA[dBm]とすると、次の関係が成立する。
【００５２】
Ｐ0[dBm]＝ＰRA[dBm]＋２ＬA[dB]＋Ｌc[dB]＋ＬABS[dB] ……（１）
【００５３】
次に、前述の図５のように、基準アンテナ１５に代えて供試器１０を配置する。このとき、供試器１０の主偏波が楕円長軸に一致する、いわゆるコリニア配置にする。
【００５４】
そして、基準アンテナ１５の測定の場合と同様に、変位法により最大受信電力ＰRE[dBm]を測定する。
【００５５】
供試器１０の全放射電力ＴＲＰをＰEUT[dBm]とすると、
ＰEUT[dBm]＝ＰRE[dBm]＋ＬA[dB]＋Ｌc[dB]＋ＬABS[dB] ……（２）
が得られる。
【００５６】
式（２）−式（１）から、供試器１０の全放射電力ＴＲＰは、
ＰEUT[dBm]＝ＰRE[dBm]＋Ｐ0[dBm]−ＰRA[dBm]−ＬA[dB] ……（３）
となり、両測定システムで共通の損失（Ｌc[dB]＋ＬABS[dB]）を除去した式で表される。
【００５７】
式（３）からわかるように、供試器１０の全放射電力ＴＲＰを求めるには、基準アンテナ１５の損失ＬA[dB]を知る必要がある。
【００５８】
損失ＬA[dB]を測定するためには、図７に示すように、前記した多重反射利用モード（Ａモードと呼ぶ）を用いる。即ち、基準アンテナ１５と試験アンテナ１１とをコリニア配置し、変位法で最大受信点を見出す。
【００５９】
信号発生器４０からの送信電力をＰ0[dBm]、受信電力をＰR0[dBm]とすると、前記したように２つのアンテナは同一であるからそれらの損失は等しく、また、結合器２０の壁面損失は一般に十分小さいので、
ＬA[dB]＝｛Ｐ0[dBm]−ＰR0[dBm]−Ｌc[dB]｝／２ ……（４）
となる。なお、ケーブル損失Ｌc[dB]は、別途測定しておく必要がある。
【００６０】
上記の測定方法をまとめると、始めに、電波を反射させる金属壁で囲まれた楕円球状の空間内の楕円長軸上の一方の焦点またはその近傍位置に測定対象の無線端末を配置し、他方の焦点またはその近傍位置に試験アンテナ１１を保持する。そして、試験アンテナ１１を介して無線端末に対する電波の送受信を行い、無線端末の性能評価に必要な情報を取得する無線端末送受信性能測定方法であって、試験アンテナ１１を電波吸収体ブロック３０で覆い、試験アンテナ１１が配置されている領域に集約されて金属壁へ放射される電波を減衰させることを特徴としている。
【００６１】
また、より具体的に言えば、無線端末を損失既知の基準アンテナ１５に代えて既知電力の信号を供給して試験アンテナ１１の受信電力を測定し、システムの校正に必要な校正情報を求め、基準アンテナ１５の代わりに無線端末が配置されたときの測定を校正情報を用いて行う。
【００６２】
さらに、変位法を併用し、無線端末や基準アンテナ１５の位置と試験アンテナ１１の位置とを楕円長軸に沿って楕円中心に対して対称に移動させて、無線端末や基準アンテナ１５と試験アンテナ１１との間の電波の透過率が最大となる位置を有効測定位置として求め、その有効測定位置において校正情報の取得あるいは校正情報を用いた無線端末の性能測定を行う。
【００６３】
また、本測定システムにおける測定部は、単に受信信号電力を測定する機能だけでなく、システムの校正に必要な情報を記憶し、無線端末の実際に求めたい性能（全放射電力や全方位感度等）を算出する演算機能も含まれるものとする。即ち、前記校正系のように、無線端末を損失既知の基準アンテナ１５に代えて既知電力の信号を供給して試験アンテナ１１の受信電力を測定したときに得られる情報（前記式（１）に用いられる情報）を校正情報として予め記憶し、基準アンテナ１５の代わりに無線端末が配置されたときの測定および前記演算処理（式（２）、（３）等）を校正情報を用いて行う。その際には、結合器２０内で移動される無線端末や基準アンテナ１５と試験アンテナ１１との間の電波の透過率が最大となる位置を有効測定位置とし、その有効測定位置において校正情報の取得や正情報を用いた無線端末の性能測定を行うものである。
【００６４】
（測定例）
以下、前記方法に基づく測定実験の例を述べる。
結合器２０は長軸径７６０ｍｍ、短軸径７２５ｍｍ、離心率０．３で、試験アンテナ１１と基準アンテナ１５はともに中心周波数１．４７ＧＨｚの半波長スリーブアンテナとする。
【００６５】
また、試験アンテナ１１を覆う電波吸収体ブロック３０としては、吸収率の異なる２種類の材料を用いた。これらを電波吸収体Ａ、電波吸収体Ｂと呼ぶことにする。いずれも発泡ウレタンにカーボンを含浸させた電波吸収体で、寸法は１８０ｍｍ×１２０ｍｍ×１２０ｍｍの直方体である。
【００６６】
供試器１０としては、無線端末を模擬するものとして、１．４７ＧＨｚの連続波発振器を内蔵した１４０ｍｍ×４６ｍｍ×４０ｍｍの金属筺体の外部に１．４７ＧＨｚでほぼ整合するモノポールアンテナを取り付けた無線機と、同じ金属筺体にＶＳＷ＝３のモノポールアンテナを取り付けたものの２種類について測定した。
【００６７】
次の表１に２種類の電波吸収体に対する各測定値をまとめている。
【００６８】
【表１】
【００６９】
図８は、送受信のスリーブアンテナの中心をそれぞれ焦点位置に一致させ、コリニア配置したときの透過係数Ｓ２１の周波数特性である。
【００７０】
Ａモード（多重反射利用モード）では、透過係数Ｓ２１は大きいがいくつかの周波数で鋭い落ち込みが見られる。これに対し、試験アンテナ１１を電波吸収体ブロック３０で覆ったＢモード（多重反射抑圧モード）では、変化がかなり緩やかになっていることが分かる。
【００７１】
図９は、中心周波数１．４７ＧＨｚで変位法を行った時の透過特性で、どちらのモードでも変位位置Δｚ＝２８．６ｍｍで透過係数がそれぞれ最大になることが分かる（Δｚ＝０ｍｍが焦点位置）。
【００７２】
図１０は、整合アンテナと不整合アンテナを有する供試器の全放射電力ＴＲＰを比較したグラフで、（ａ）が電波吸収体Ａ、（ｂ）が電波吸収体Ｂを用いた時の結果である。供試器は金属筺体とモノポールアンテナの付け根を焦点に一致させた時をΔｚ＝０ｍｍとしている。
【００７３】
この結果をみると、図９で透過が最大となる位置Δｚ＝２８．６ｍｍに供試器１０と試験アンテナ１１を配置して測定することで整合アンテナはもちろん、不整合アンテナを持つ供試器１０でも不整合を含めた全放射電力ＴＲＰを求めることができる。整合と不整合の差は、自由空間での反射損失の差１．３ｄＢに概略近い値になっている。
【００７４】
（携帯電話の性能測定法）
実際の携帯電話は、基地局との通信を行うように設計されているため、その送受信性能である全放射電力ＴＲＰや全方位感度ＴＲＳをＯＴＡ測定するシステムの場合には、測定部として基地局シミュレータを用いる必要がある。図１１に、前記結合器２０を用いてこれらの性能を測定するシステムを示す。以下、その動作を説明する。
【００７５】
先ず、ＴＲＰ測定の場合、基地局シミュレータ６０から供試器としての携帯電話１０′に最大の電波を発射する命令をダウンリンクの周波数で送る。
【００７６】
携帯電話１０′はこれを受信し、アップリンクの周波数で最大電力の電波を発射し、その電波が試験アンテナ１１を介して基地局シミュレータ６０で受信される。
【００７７】
この状態を維持しながら、前記した変位法により、携帯電話１０′と試験アンテナ１１とを楕円長軸に沿ってその中点を中心に対称に移動させ、受信電力が最大となる位置を見つけ、そのときの最大受信電力ＰRE[dBm]と、前記校正時の供給電力Ｐ0[dBm]、受信電力ＰRA[dBm]、試験アンテナ損失ＬA[dB]に基づいて、前記式（３）から、携帯電話１０′の全放射電力ＴＲＰを求める。
【００７８】
次に、全方位感度ＴＲＳを測定する方法を述べる。先ず基地局シミュレータ６０から適当なレベルでＰＮ信号（擬似雑音信号）を送信し、試験アンテナ１１を介してダウンリンクで携帯電話１０′に送る。
【００７９】
携帯電話１０′では、受信したレベルと受信したＰＮ信号をアップリンクに乗せて送り返す。基地局シミュレータ６０では、試験アンテナ１１を介してこの信号を受けてビット誤り率ＢＥＲを算出する。
【００８０】
この状態を維持しながら、前記変位法により前記受信レベルが最大または前記ビット誤り率ＢＥＲが最低となる携帯電話１０′と試験アンテナ１１の位置を見出し、その位置に固定する。
【００８１】
次に、基地局シミュレータ６０が送信するＰＮ信号の送信レベルを徐々に低下させていき、ビット誤り率ＢＥＲが１％を超える送信レベルを見出す。これが求める全方位感度ＴＲＳとなる。
【００８２】
なお、結合器２０の基本構造は、上記したように楕円をその長軸を中心に回転して得られる楕円球状の空間を、電波を反射させる金属壁（金属板、金属網あるいは導電性塗料膜等）で囲む構造で、且つ楕円長軸上の焦点位置あるいはその近傍位置に、試験アンテナや無線端末を保持できる構造であれば、任意でよい。
【００８３】
ただし、実際には、アンテナや無線端末などを取り替えたり、その保持位置を調整する必要がある。そのためのに必要な最大の開口面が得られるように、楕円球空間を形成する金属による隔壁体を、楕円長軸に沿った平面で上下あるいは前後に切断して２分し、半楕円球状の一方の隔壁体を他方の隔壁体に被せる構造が現実的となる。
【００８４】
また、図示していないが、結合器内でアンテナや無線端末を保持するための保持体は、電波を通過させやすい材質（低損失材）で形成し、その一部を楕円長軸に沿って結合器の外側に突出させておき、その外部に突出した部分を保持しつつ楕円長軸に沿ってスライドさせる機構（手動、電動のいずれ手もよい）を設けることで前記した変位法に対応できる。その保持体や移動機構の具体的な構造については任意である。
【００８５】
なお、上記実施形態では、測定対象の無線端末が携帯電話１０′で、試験アンテナ１１に接続される測定部が基地局シミュレータの場合について説明したが、本発明は、携帯電話以外の無線端末、例えば、無線タグ、ＵＷＢやＢＡＮデバイスなどの小形無線端末に対しても適用でき、その場合には、図５に示したシステムのように、測定部としてスペクトルアナライザ５０あるいは無線端末の測定に最適な測定部を用いればよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０……供試器、１０′……携帯電話、１１……試験アンテナ、１５……基準アンテナ、２０……結合器、３０……電波吸収体ブロック、４０……信号発生器、５０……スペクトルアナライザ、６０……基地局シミュレータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域信号を扱う無線端末の送受信性能を、アンテナの不整合も含めて精度よく求めるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユビキタス社会の到来で、近年、高機能携帯電話を筆頭に無線タグ、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）やＢＡＮ(Body
Area Network)デバイスなどの小形無線端末が急激に増大している。これらの無線端末は、小形化や低コスト化などの理由から従来の無線機のような測定端子を有しないものが多い。また最近では、ＭＩＭＯ（Multi
In Multi out）通信に代表されるように実使用状態で携帯機の性能を測定する必要が強まってきた。
【０００３】
これらの無線端末に対しては、実際に電波を飛ばして空間で全放射電力（ＴＲＰ）や全放射感度（ＴＲＳ）などの送受信性能を測定する、所謂ＯＴＡ(Over The Air)測定が求められる。
【０００４】
ＯＴＡ測定には電波無反射室を用いるのが一般的であるが、設備コストが高く、測定時間も長い。そのほか、ランダムフィールド法に基づく電波反射箱を用いる方法もあるが、レーリーフェージング環境の実現が容易でなく、また多量の統計データを取得するため測定時間もかかる。さらに時間変化する信号のリアルタイム測定ができないという問題もある。
【０００５】
この問題を解決するために本願出願者等は、電波を反射する金属壁で覆われた楕円球空間を内部に有し、その楕円の一方の焦点近傍から放射された電波を他方の焦点位置に集中させることができる楕円球型の結合器を用いて、全放射電力等を測定する技術を提案している（特許文献１、２）。
【０００６】
この楕円球型の結合器を用いた場合、一方の焦点位置近傍から送信された電波が他方の焦点位置に近傍に集まって受信されるが、その電波が受信側で全て吸収されるわけではなく、再び金属壁で反射して送信側の焦点位置に戻りさらに金属壁で反射してそ受信側に入力されるという動作が繰り返される現象（多重反射現象）が生じる。
【０００７】
この多重反射によって間隔を開けて受信側に入力される電波同士が干渉し、その位相が合わないと送信電波が正しく受信されなくなって測定困難になるが、送信側と受信側の距離を調整して受信電力を最大とすることで、結果的に受信側の多重反射波の位相合わせを行い、測定可能な状態にしていた。
【０００８】
つまり、楕円球型の結合器を用いた測定方式では、多重反射を前提とし、結合器内の送信側機器と受信側機器との間で最大の結合度が得られるように間隔を調整する方法（変位法と呼ぶ）を用いて、端末の全放射電力等を高感度に測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００９／０４１５１３
【００１０】
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００９／１３６６３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、この多重反射を前提とし、変位法を用いて送受信間の結合度を得る測定モード（多重反射利用モード）の場合、以下の２つの問題が生じる。
【００１２】
１つは送信アンテナから受信アンテナへの伝送特性（ＳパラメータでＳ２１に相当）の周波数特性には、多重反射波相互の干渉により大きなリップルが生じることである。
【００１３】
このリップルの周期は、結合器が大きい程、また周波数が高い程短くなる。そのため、広帯域信号を扱う無線機の放射電力や感度の測定を行う場合、信号の周波数スペクトルに落ち込みが生じ、測定の精度が劣化する。
【００１４】
他の一つは、多重反射利用モードの場合に変位法で求めた最大結合位置では、結合器によって供試器も含めて整合がとられてしまうため、供試器が本来有している不整合が補償されてしまうことが最近の研究で明らかになってきた。
【００１５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、楕円球型の結合器内における多重反射を効果的に抑圧することにより、広帯域信号を扱う無線端末の性能を、アンテナの不整合も含めて精度よく求めることができる無線端末送受信性能測定方法および装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の無線端末送受信性能測定方法は、
電波を反射させる金属壁で囲まれた楕円球状の空間内の前記楕円長軸上の一方の焦点またはその近傍位置に測定対象の無線端末（１０、１０′）を配置し、他方の焦点またはその近傍位置に試験アンテナ（１１）を保持する段階と、
前記試験アンテナを介して前記無線端末に対する電波の送受信を行い、該無線端末の性能評価に必要な情報を取得する段階とを有する無線端末送受信性能測定方法であって、
前記試験アンテナを電波吸収体ブロック（３０）で覆い、該試験アンテナが配置されている領域に集約されて前記金属壁へ放射される電波を減衰させることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項２の無線端末送受信性能測定方法は、請求項１記載の無線端末送受信性能測定方法において、
前記無線端末を損失既知の基準アンテナ（１５）に代え、該基準アンテナに既知電力の信号を供給して前記試験アンテナの受信電力を測定し、システムの校正に必要な校正情報を求める段階と、
前記基準アンテナの代わりに前記無線端末が配置されたときの測定を前記校正情報を用いて行う段階とを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項３の無線端末送受信性能測定方法は、請求項１または請求項２記載の無線端末送受信性能測定方法において、
前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナの位置と前記試験アンテナの位置とを前記楕円長軸に沿って楕円中心に対して対称に移動させて、前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナと前記試験アンテナとの間の電波の透過率が最大となる位置を有効測定位置として求める段階を含み、
該有効測定位置において前記校正情報の取得または該校正情報を用いた無線端末の性能測定を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項４の無線端末送受信性能測定装置は、
電波を反射させる金属壁で囲まれた楕円球状の空間を有し、該空間内の前記楕円長軸上の一方の焦点またはその近傍位置に測定対象の無線端末（１０、１０′）を保持し、他方の焦点またはその近傍位置に試験アンテナ（１１）を保持する結合器（２０）と、
前記結合器の内部に保持された前記試験アンテナに接続され、該試験アンテナを介して前記無線端末に対する電波の送受信を行い、該無線端末の性能評価に必要な情報を取得する測定部（５０、６０）とを備えるとともに、
前記試験アンテナは、該試験アンテナが配置されている領域に集約されて前記金属壁へ放射される電波を減衰させるための電波吸収体ブロック（３０）で覆われていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項５の無線端末送受信性能測定装置は、請求項４記載の無線端末送受信性能測定装置において、
前記測定部は、前記無線端末を損失既知の基準アンテナ（１５）に代え、該基準アンテナに既知電力の信号を供給して前記試験アンテナの受信電力を測定したときに得られる情報を校正情報として予め記憶し、前記基準アンテナの代わりに前記無線端末が配置されたときの測定を前記校正情報を用いて行うことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項６の無線端末送受信性能測定装置は、請求項４または請求項５記載の無線端末送受信性能測定装置において、
前記結合器は、前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナの位置と前記試験アンテナの位置とを前記楕円長軸に沿って楕円中心に対して対称に移動させる機構を有しており、
前記測定部は、前記結合器内で移動される前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナと前記試験アンテナとの間の電波の透過率が最大となる位置を有効測定位置とし、該有効測定位置において前記校正情報の取得または該校正情報を用いた無線端末の性能測定を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項７の無線端末送受信性能測定装置は、請求項４〜６のいずれかに記載の無線端末送受信性能測定装置において、
前記測定対象の無線端末が携帯電話（１０′）であり、
前記測定部は、前記試験アンテナを介して前記携帯電話機に対するダウンリンク信号を発射し、該携帯電話機から発射されるアップリンクの応答信号を前記試験アンテナを介して受信する基地局シミュレータ（６０）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
このように本発明では、電波を反射する金属壁で囲まれた楕円球状の空間の一方の焦点またはその近傍位置に測定対象の無線端末を保持し、他方の焦点またはその近傍位置に試験アンテナを保持し、試験アンテナを介して無線端末と電波の送受信を行うことで無線端末の測定を行うものにおいて、試験アンテナを電波吸収体ブロックで覆い、試験アンテナが配置されている領域に集約されて金属壁へ放射される電波を減衰させている。
【００２４】
このため、楕円球空間内の電波の多重反射成分を減衰させることができ、広帯域信号を扱う無線端末の性能を、アンテナの不整合も含めて精度よく求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】楕円球型の結合器のモデルを示す図
【図２】結合器内に発生する多重反射波を示す図
【図３】多重反射成分が大きいときの送受信アンテナ間の透過率の周波数特性図
【図４】多重反射成分が無い場合の送受信アンテナ間の透過率の周波数特性図
【図５】本発明の実施形態のシステム構成図
【図６】校正系を示す図
【図７】アンテナ損失を測定するための系を示す図
【図８】実施形態の測定系で、異なる吸収体を用いたときの透過率の周波数特性図
【図９】供試器と試験アンテナの位置を変化させたときの透過率の変化を示す図
【図１０】供試器と試験アンテナの位置を変化させたときの供試器の全放射電力の変化図
【図１１】供試器として携帯電話、測定部として基地局シミュレータを用いたシステム図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
本発明は、楕円球型の結合器を用いて無線端末のＯＴＡ測定によりその送受信性能を測定するものにおいて、結合器内で生じる多重反射波を効果的に抑圧することで、広帯域信号を扱う無線端末の性能を、アンテナの不整合も含めて精度よく求めようとするものである。
【００２７】
ここで、先に多重反射を抑圧する方法を述べる前に、まずそれを実現した場合の効果を示したシミュレーションについて説明する。
【００２８】
図１はシミュレーションに用いたモデルで、長軸（２ａ）が８００ｍｍ、短軸（２ｂ）が７６４ｍｍ、離心率０．３の楕円を長軸に沿って回転して得られる楕円球空間を、電気伝導率（導電率）σ＝２０００００Ｓ／ｍ（楕円球内壁に塗布した導電性塗料の導電率））の金属壁で囲んで形成した結合器２０を用い、送信アンテナ２１と受信アンテナ２２としてダイポールアンテナを用い、楕円長軸上の２つの焦点位置にそれぞれのアンテナの中心を一致させ、且つそれらのアンテナの長さ方向が長軸（ｚ軸）に沿った、所謂コリニア配置させたものである。使用周波数は３ＧＨｚである。
【００２９】
先ず、この結合器２０のインパルス応答を調べる。
図２は、時刻ｔ＝０に送信アンテナ２１にインパルス電圧を印加したとき、受信アンテナ２２に流れる電流の時間変化、即ち、インパルス応答である。
【００３０】
電波発射後、２．７ｎ（ナノ）秒後に最初の強い電流（一次波）が観測され、続いて５．３ｎ秒毎に二次波、三次波の電流が流れている。ここで、２．７ｎ秒は、送信アンテナ２１の位置（一方の焦点位置）から結合器２０の内壁面で反射し受信アンテナ２２の位置（他方の焦点位置）に到達する通路長（８００ｍｍ）を光速で割った時間に相当している。
【００３１】
また、二次波、三次波は、受信アンテナ２２に到達した波の一部は負荷に吸収されるが残りは再放射し、壁面反射を介して送信アンテナ２１に到達した後、再び受信アンテナ２２に戻ってくる１往復の通路長に対応した時間になっている。
【００３２】
これらの結果から３ＧＨｚの電波と言えども、結合器２０の中では幾何光学的近似がほぼ成立していると考えることができる。
【００３３】
図３は、十分な時間が経過した後の定常状態における透過特性（Ｓ２１）の周波数特性であり、周期的に変動する多数のリップルが生じていることが分かる。
【００３４】
このシミュレーションの例ではリップルの周期が約１５０ＭＨｚであるので、周波数スペクトルの振幅偏差を１ｄＢに抑えるためには、信号帯域幅は４５ＭＨｚ以下でないといけないことが計算から求められる。さらに結合器（楕円球空間）が大きくなった場合や周波数が高い場合には信号帯域幅はさらに狭くなければならない。
【００３５】
次に、図２で二次波以降の高次波を何らかの手段で抑圧し、これらの影響が無視できるとした場合の透過特性を考える。図２の受信電流のインパルス応答から一次波のみを抽出し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）して透過係数の周波数特性を求める。
【００３６】
このとき、送信アンテナ２１として整合特性の異なる２つのアンテナを考える。一つは自由空間中で整合がとれたアンテナ（ＶＳＷＲ＝１）、他方は不整合のあるアンテナ（ＶＳＥＲ＝３）である。ＶＳＷＲ＝３の場合の反射損失は１．３ｄＢである。これらのアンテナについて上記の透過係数Ｓ２１を求めたグラフが図４である。
【００３７】
この図４のグラフから、高次反射波の電力が失われた分、全体のレベルは低下しているが、図３に比べて周波数特性変化が極めて緩やかなこと、およびＶＳＷＲ＝３のアンテナンの透過係数は整合アンテナに比べ、約１．３ｄＢ低下していることが分かる。
【００３８】
したがって、二次波以降の高次反射波を抑圧することができれば、信号周波数帯域に制限がなく、且つ自由空間での不整合の効果も含めた無線端末の送受信性能、例えば放射電力や受信感度の測定を行うことが出来る。
【００３９】
次に、上記の多重反射波の抑圧を実現する方法について説明する。
前述のように楕円球型の結合器２０の中では、電波が壁面反射を介して送受信アンテナ間を往復伝搬している。受信アンテナ２２に到達する毎に電波は一定割合ずつアンテナの負荷（受信機等）に取り出されるので、減衰しながらの往復伝搬となる。
【００４０】
もし仮に、図５に示すように、焦点位置Ｆ１に配置された試験対象の無線端末としての供試器１０に対して、焦点位置Ｆ２に配置された測定用の試験アンテナ１１を電波吸収体ブロック３０で覆うと、一次波も電波吸収体ブロック３０により吸収され減衰するが、二次波は試験アンテナ１１と供試器１０の間を１往復するので電波吸収体ブロック３０を２回通過することになり、ｄＢ値で一次波の２倍減衰する。同様に、三次波はさらにｄＢ値で二次波の２倍減衰する。
【００４１】
したがって、電波吸収体ブロック３０の寸法と材料の吸収率を適当に選べば二次波以降の高次波は無視できるようにすることができる。なお、供試器１０の感度測定のように、試験アンテナ１１から電波を送信する測定の場合で、供試器１０に供給する一次波のレベルが所定以上必要な場合には、電波吸収体ブロック３０による減衰分を見込んで試験アンテナ１１への供給電力を増加させればよい。
【００４２】
また、結合器２０内で高次反射波を抑える別の方法として、例えば楕円球の水平断面に電波吸収体のシートを敷く方法や、内壁面全体に電波吸収体材料を貼付ける方法も考えられるが、このような方法では、多量の電波吸収体を必要とし、コスト高になるばかりでなく、結合器内で使用できる空間が大幅に狭くなり、供試器１０の大きさや試験アンテナ１１の配置に大きな制限が生じてしまう。
【００４３】
これに対し、図５の測定システムのように、試験アンテナ１１を電波吸収体ブロック３０で覆い、試験アンテナ１１が配置されている領域に集約されて金属壁へ放射される電波を減衰させる構造にすれば、試験アンテナ１１が配置されている焦点Ｆ２付近の電波のエネルギー密度が高いので、体積が小さい電波吸収体ブロック３０で効率的に電波吸収がなされ、その結果、低コストで、使用空間の広い結合器２０を実現できる。
【００４４】
換言すれば、この構造の結合器２０は、送信アンテナから放射される拡散球面波を受信アンテナに到来する収束球面波に変換する電波無反射室であると言える。
【００４５】
上記構造の結合器２０は、供試器１０の全放射電力（ＴＲＰ）測定や、全放射感度（ＴＲＳ）測定のいずれにも用いることができるが、以下、全放射電力（ＴＲＰ）測定を例にとって説明する。
【００４６】
（ＴＲＰ測定方法）
図５に示した測定システムで、供試器１０の全放射電力ＴＲＰを求めるため、先ず、測定系の校正を行う必要がある。
【００４７】
図６は、その校正系を示し、結合器２０の中に、供試器１０に代わる基準アンテナ１５と、電波吸収体ブロック３０で覆った試験アンテナ１１とを、それらの中心がほぼ楕円長軸上の各焦点Ｆ１、Ｆ２にそれぞれ一致するように配置する。
【００４８】
簡単のため、基準アンテナ１５は試験アンテナ１１と同一アンテナを用い、両アンテナの長さ方向を楕円長軸に一致させたコリニア配置とし、送受信のアンテナ間の直接結合を抑える。ただし、両アンテナが互いに平行で楕円長軸に直交する、いわゆる対向配置でもよい。電波吸収体ブロック３０の形状はここでは直方体とするが、これに限らず任意でよい。
【００４９】
また、基準アンテナ１５には、信号発生器４０から電力ＰO[dBm]の信号を供給し、試験アンテナ１１は、損失ＬC[dB]のケーブルを介して測定部としてのスペクトルアナライザ５０に接続する。試験アンテナ１１および基準アンテナ１５の損失をＬA[dB]、電波吸収体ブロック３０の損失をＬABS[dB]とする。ここでは、信号電力測定用の測定部としてスペクトルアナライザ（スペクトラムアナライザ）５０を用いているが、使用周波数の信号の電力を測定できるものであればよく、スペクトルアナライザに限らない。
【００５０】
なお、本システムに要求される測定部は、結合器２０の内部に保持された試験アンテナ１１に接続され、試験アンテナ１１を介して無線端末に対する電波の送信あるいは受信を行い、無線端末の性能評価に必要な情報を取得するものであればよく、ここでは受信信号電力を測定するためのスペクトルアナライザ５０を用いているが、測定対象の無線端末に応じたものを用いればよい。
【００５１】
次いで、基準アンテナ１５と試験アンテナ１１とを、焦点Ｆ１、Ｆ２の位置を基準にして楕円長軸に沿って対称（楕円中心からみて同一量、同一方向）に変位させ、受信電力が最大となる位置を見出す（変位法）。このときの最大受信電力をＰRA[dBm]とすると、次の関係が成立する。
【００５２】
Ｐ0[dBm]＝ＰRA[dBm]＋２ＬA[dB]＋Ｌc[dB]＋ＬABS[dB] ……（１）
【００５３】
次に、前述の図５のように、基準アンテナ１５に代えて供試器１０を配置する。このとき、供試器１０の主偏波が楕円長軸に一致する、いわゆるコリニア配置にする。
【００５４】
そして、基準アンテナ１５の測定の場合と同様に、変位法により最大受信電力ＰRE[dBm]を測定する。
【００５５】
供試器１０の全放射電力ＴＲＰをＰEUT[dBm]とすると、
ＰEUT[dBm]＝ＰRE[dBm]＋ＬA[dB]＋Ｌc[dB]＋ＬABS[dB] ……（２）
が得られる。
【００５６】
式（２）−式（１）から、供試器１０の全放射電力ＴＲＰは、
ＰEUT[dBm]＝ＰRE[dBm]＋Ｐ0[dBm]−ＰRA[dBm]−ＬA[dB] ……（３）
となり、両測定システムで共通の損失（Ｌc[dB]＋ＬABS[dB]）を除去した式で表される。
【００５７】
式（３）からわかるように、供試器１０の全放射電力ＴＲＰを求めるには、基準アンテナ１５の損失ＬA[dB]を知る必要がある。
【００５８】
損失ＬA[dB]を測定するためには、図７に示すように、前記した多重反射利用モード（Ａモードと呼ぶ）を用いる。即ち、基準アンテナ１５と試験アンテナ１１とをコリニア配置し、変位法で最大受信点を見出す。
【００５９】
信号発生器４０からの送信電力をＰ0[dBm]、受信電力をＰR0[dBm]とすると、前記したように２つのアンテナは同一であるからそれらの損失は等しく、また、結合器２０の壁面損失は一般に十分小さいので、
ＬA[dB]＝｛Ｐ0[dBm]−ＰR0[dBm]−Ｌc[dB]｝／２ ……（４）
となる。なお、ケーブル損失Ｌc[dB]は、別途測定しておく必要がある。
【００６０】
上記の測定方法をまとめると、始めに、電波を反射させる金属壁で囲まれた楕円球状の空間内の楕円長軸上の一方の焦点またはその近傍位置に測定対象の無線端末を配置し、他方の焦点またはその近傍位置に試験アンテナ１１を保持する。そして、試験アンテナ１１を介して無線端末に対する電波の送受信を行い、無線端末の性能評価に必要な情報を取得する無線端末送受信性能測定方法であって、試験アンテナ１１を電波吸収体ブロック３０で覆い、試験アンテナ１１が配置されている領域に集約されて金属壁へ放射される電波を減衰させることを特徴としている。
【００６１】
また、より具体的に言えば、無線端末を損失既知の基準アンテナ１５に代えて既知電力の信号を供給して試験アンテナ１１の受信電力を測定し、システムの校正に必要な校正情報を求め、基準アンテナ１５の代わりに無線端末が配置されたときの測定を校正情報を用いて行う。
【００６２】
さらに、変位法を併用し、無線端末や基準アンテナ１５の位置と試験アンテナ１１の位置とを楕円長軸に沿って楕円中心に対して対称に移動させて、無線端末や基準アンテナ１５と試験アンテナ１１との間の電波の透過率が最大となる位置を有効測定位置として求め、その有効測定位置において校正情報の取得あるいは校正情報を用いた無線端末の性能測定を行う。
【００６３】
また、本測定システムにおける測定部は、単に受信信号電力を測定する機能だけでなく、システムの校正に必要な情報を記憶し、無線端末の実際に求めたい性能（全放射電力や全方位感度等）を算出する演算機能も含まれるものとする。即ち、前記校正系のように、無線端末を損失既知の基準アンテナ１５に代えて既知電力の信号を供給して試験アンテナ１１の受信電力を測定したときに得られる情報（前記式（１）に用いられる情報）を校正情報として予め記憶し、基準アンテナ１５の代わりに無線端末が配置されたときの測定および前記演算処理（式（２）、（３）等）を校正情報を用いて行う。その際には、結合器２０内で移動される無線端末や基準アンテナ１５と試験アンテナ１１との間の電波の透過率が最大となる位置を有効測定位置とし、その有効測定位置において校正情報の取得や正情報を用いた無線端末の性能測定を行うものである。
【００６４】
（測定例）
以下、前記方法に基づく測定実験の例を述べる。
結合器２０は長軸径７６０ｍｍ、短軸径７２５ｍｍ、離心率０．３で、試験アンテナ１１と基準アンテナ１５はともに中心周波数１．４７ＧＨｚの半波長スリーブアンテナとする。
【００６５】
また、試験アンテナ１１を覆う電波吸収体ブロック３０としては、吸収率の異なる２種類の材料を用いた。これらを電波吸収体Ａ、電波吸収体Ｂと呼ぶことにする。いずれも発泡ウレタンにカーボンを含浸させた電波吸収体で、寸法は１８０ｍｍ×１２０ｍｍ×１２０ｍｍの直方体である。
【００６６】
供試器１０としては、無線端末を模擬するものとして、１．４７ＧＨｚの連続波発振器を内蔵した１４０ｍｍ×４６ｍｍ×４０ｍｍの金属筺体の外部に１．４７ＧＨｚでほぼ整合するモノポールアンテナを取り付けた無線機と、同じ金属筺体にＶＳＷ＝３のモノポールアンテナを取り付けたものの２種類について測定した。
【００６７】
次の表１に２種類の電波吸収体に対する各測定値をまとめている。
【００６８】
【表１】
【００６９】
図８は、送受信のスリーブアンテナの中心をそれぞれ焦点位置に一致させ、コリニア配置したときの透過係数Ｓ２１の周波数特性である。
【００７０】
Ａモード（多重反射利用モード）では、透過係数Ｓ２１は大きいがいくつかの周波数で鋭い落ち込みが見られる。これに対し、試験アンテナ１１を電波吸収体ブロック３０で覆ったＢモード（多重反射抑圧モード）では、変化がかなり緩やかになっていることが分かる。
【００７１】
図９は、中心周波数１．４７ＧＨｚで変位法を行った時の透過特性で、どちらのモードでも変位位置Δｚ＝２８．６ｍｍで透過係数がそれぞれ最大になることが分かる（Δｚ＝０ｍｍが焦点位置）。
【００７２】
図１０は、整合アンテナと不整合アンテナを有する供試器の全放射電力ＴＲＰを比較したグラフで、（ａ）が電波吸収体Ａ、（ｂ）が電波吸収体Ｂを用いた時の結果である。供試器は金属筺体とモノポールアンテナの付け根を焦点に一致させた時をΔｚ＝０ｍｍとしている。
【００７３】
この結果をみると、図９で透過が最大となる位置Δｚ＝２８．６ｍｍに供試器１０と試験アンテナ１１を配置して測定することで整合アンテナはもちろん、不整合アンテナを持つ供試器１０でも不整合を含めた全放射電力ＴＲＰを求めることができる。整合と不整合の差は、自由空間での反射損失の差１．３ｄＢに概略近い値になっている。
【００７４】
（携帯電話の性能測定法）
実際の携帯電話は、基地局との通信を行うように設計されているため、その送受信性能である全放射電力ＴＲＰや全方位感度ＴＲＳをＯＴＡ測定するシステムの場合には、測定部として基地局シミュレータを用いる必要がある。図１１に、前記結合器２０を用いてこれらの性能を測定するシステムを示す。以下、その動作を説明する。
【００７５】
先ず、ＴＲＰ測定の場合、基地局シミュレータ６０から供試器としての携帯電話１０′に最大の電波を発射する命令をダウンリンクの周波数で送る。
【００７６】
携帯電話１０′はこれを受信し、アップリンクの周波数で最大電力の電波を発射し、その電波が試験アンテナ１１を介して基地局シミュレータ６０で受信される。
【００７７】
この状態を維持しながら、前記した変位法により、携帯電話１０′と試験アンテナ１１とを楕円長軸に沿ってその中点を中心に対称に移動させ、受信電力が最大となる位置を見つけ、そのときの最大受信電力ＰRE[dBm]と、前記校正時の供給電力Ｐ0[dBm]、受信電力ＰRA[dBm]、試験アンテナ損失ＬA[dB]に基づいて、前記式（３）から、携帯電話１０′の全放射電力ＴＲＰを求める。
【００７８】
次に、全方位感度ＴＲＳを測定する方法を述べる。先ず基地局シミュレータ６０から適当なレベルでＰＮ信号（擬似雑音信号）を送信し、試験アンテナ１１を介してダウンリンクで携帯電話１０′に送る。
【００７９】
携帯電話１０′では、受信したレベルと受信したＰＮ信号をアップリンクに乗せて送り返す。基地局シミュレータ６０では、試験アンテナ１１を介してこの信号を受けてビット誤り率ＢＥＲを算出する。
【００８０】
この状態を維持しながら、前記変位法により前記受信レベルが最大または前記ビット誤り率ＢＥＲが最低となる携帯電話１０′と試験アンテナ１１の位置を見出し、その位置に固定する。
【００８１】
次に、基地局シミュレータ６０が送信するＰＮ信号の送信レベルを徐々に低下させていき、ビット誤り率ＢＥＲが１％を超える送信レベルを見出す。これが求める全方位感度ＴＲＳとなる。
【００８２】
なお、結合器２０の基本構造は、上記したように楕円をその長軸を中心に回転して得られる楕円球状の空間を、電波を反射させる金属壁（金属板、金属網あるいは導電性塗料膜等）で囲む構造で、且つ楕円長軸上の焦点位置あるいはその近傍位置に、試験アンテナや無線端末を保持できる構造であれば、任意でよい。
【００８３】
ただし、実際には、アンテナや無線端末などを取り替えたり、その保持位置を調整する必要がある。そのためのに必要な最大の開口面が得られるように、楕円球空間を形成する金属による隔壁体を、楕円長軸に沿った平面で上下あるいは前後に切断して２分し、半楕円球状の一方の隔壁体を他方の隔壁体に被せる構造が現実的となる。
【００８４】
また、図示していないが、結合器内でアンテナや無線端末を保持するための保持体は、電波を通過させやすい材質（低損失材）で形成し、その一部を楕円長軸に沿って結合器の外側に突出させておき、その外部に突出した部分を保持しつつ楕円長軸に沿ってスライドさせる機構（手動、電動のいずれ手もよい）を設けることで前記した変位法に対応できる。その保持体や移動機構の具体的な構造については任意である。
【００８５】
なお、上記実施形態では、測定対象の無線端末が携帯電話１０′で、試験アンテナ１１に接続される測定部が基地局シミュレータの場合について説明したが、本発明は、携帯電話以外の無線端末、例えば、無線タグ、ＵＷＢやＢＡＮデバイスなどの小形無線端末に対しても適用でき、その場合には、図５に示したシステムのように、測定部としてスペクトルアナライザ５０あるいは無線端末の測定に最適な測定部を用いればよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０……供試器、１０′……携帯電話、１１……試験アンテナ、１５……基準アンテナ、２０……結合器、３０……電波吸収体ブロック、４０……信号発生器、５０……スペクトルアナライザ、６０……基地局シミュレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を反射させる金属壁で囲まれた楕円球状の空間内の前記楕円長軸上の一方の焦点またはその近傍位置に測定対象の無線端末（１０、１０′）を配置し、他方の焦点またはその近傍位置に試験アンテナ（１１）を保持する段階と、
前記試験アンテナを介して前記無線端末に対する電波の送受信を行い、該無線端末の性能評価に必要な情報を取得する段階とを有する無線端末送受信性能測定方法であって、
前記試験アンテナを電波吸収体ブロック（３０）で覆い、該試験アンテナが配置されている領域に集約されて前記金属壁へ放射される電波を減衰させることを特徴とする無線端末送受信性能測定方法。
【請求項２】
前記無線端末を損失既知の基準アンテナ（１５）に代え、該基準アンテナに既知電力の信号を供給して前記試験アンテナの受信電力を測定し、システムの校正に必要な校正情報を求める段階と、
前記基準アンテナの代わりに前記無線端末が配置されたときの測定を前記校正情報を用いて行う段階とを含むことを特徴とする請求項１記載の無線端末送受信性能測定方法。
【請求項３】
前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナの位置と前記試験アンテナの位置とを前記楕円長軸に沿って楕円中心に対して対称に移動させて、前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナと前記試験アンテナとの間の電波の透過率が最大となる位置を有効測定位置として求める段階を含み、
該有効測定位置において前記校正情報の取得または該校正情報を用いた無線端末の性能測定を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線端末送受信性能測定方法。
【請求項４】
電波を反射させる金属壁で囲まれた楕円球状の空間を有し、該空間内の前記楕円長軸上の一方の焦点またはその近傍位置に測定対象の無線端末（１０、１０′）を保持し、他方の焦点またはその近傍位置に試験アンテナ（１１）を保持する結合器（２０）と、
前記結合器の内部に保持された前記試験アンテナに接続され、該試験アンテナを介して前記無線端末に対する電波の送受信を行い、該無線端末の性能評価に必要な情報を取得する測定部（５０、６０）とを備えるとともに、
前記試験アンテナは、該試験アンテナが配置されている領域に集約されて前記金属壁へ放射される電波を減衰させるための電波吸収体ブロック（３０）で覆われていることを特徴とする無線端末送受信性能測定装置。
【請求項５】
前記測定部は、前記無線端末を損失既知の基準アンテナ（１５）に代え、該基準アンテナに既知電力の信号を供給して前記試験アンテナの受信電力を測定したときに得られる情報を校正情報として予め記憶し、前記基準アンテナの代わりに前記無線端末が配置されたときの測定を前記校正情報を用いて行うことを特徴とする請求項４記載の無線端末送受信性能測定装置。
【請求項６】
前記結合器は、前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナの位置と前記試験アンテナの位置とを前記楕円長軸に沿って楕円中心に対して対称に移動させる機構を有しており、
前記測定部は、前記結合器内で移動される前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナと前記試験アンテナとの間の電波の透過率が最大となる位置を有効測定位置とし、該有効測定位置において前記校正情報の取得または該校正情報を用いた無線端末の性能測定を行うことを特徴とする請求項４または請求項５記載の無線端末送受信性能測定装置。
【請求項７】
前記測定対象の無線端末が携帯電話（１０′）であり、
前記測定部は、前記試験アンテナを介して前記携帯電話機に対するダウンリンク信号を発射し、該携帯電話機から発射されるアップリンクの応答信号を前記試験アンテナを介して受信する基地局シミュレータ（６０）であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の無線端末送受信性能測定装置。
【請求項１】
電波を反射させる金属壁で囲まれた楕円球状の空間内の前記楕円長軸上の一方の焦点またはその近傍位置に測定対象の無線端末（１０、１０′）を配置し、他方の焦点またはその近傍位置に試験アンテナ（１１）を保持する段階と、
前記試験アンテナを介して前記無線端末に対する電波の送受信を行い、該無線端末の性能評価に必要な情報を取得する段階とを有する無線端末送受信性能測定方法であって、
前記試験アンテナを電波吸収体ブロック（３０）で覆い、該試験アンテナが配置されている領域に集約されて前記金属壁へ放射される電波を減衰させることを特徴とする無線端末送受信性能測定方法。
【請求項２】
前記無線端末を損失既知の基準アンテナ（１５）に代え、該基準アンテナに既知電力の信号を供給して前記試験アンテナの受信電力を測定し、システムの校正に必要な校正情報を求める段階と、
前記基準アンテナの代わりに前記無線端末が配置されたときの測定を前記校正情報を用いて行う段階とを含むことを特徴とする請求項１記載の無線端末送受信性能測定方法。
【請求項３】
前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナの位置と前記試験アンテナの位置とを前記楕円長軸に沿って楕円中心に対して対称に移動させて、前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナと前記試験アンテナとの間の電波の透過率が最大となる位置を有効測定位置として求める段階を含み、
該有効測定位置において前記校正情報の取得または該校正情報を用いた無線端末の性能測定を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線端末送受信性能測定方法。
【請求項４】
電波を反射させる金属壁で囲まれた楕円球状の空間を有し、該空間内の前記楕円長軸上の一方の焦点またはその近傍位置に測定対象の無線端末（１０、１０′）を保持し、他方の焦点またはその近傍位置に試験アンテナ（１１）を保持する結合器（２０）と、
前記結合器の内部に保持された前記試験アンテナに接続され、該試験アンテナを介して前記無線端末に対する電波の送受信を行い、該無線端末の性能評価に必要な情報を取得する測定部（５０、６０）とを備えるとともに、
前記試験アンテナは、該試験アンテナが配置されている領域に集約されて前記金属壁へ放射される電波を減衰させるための電波吸収体ブロック（３０）で覆われていることを特徴とする無線端末送受信性能測定装置。
【請求項５】
前記測定部は、前記無線端末を損失既知の基準アンテナ（１５）に代え、該基準アンテナに既知電力の信号を供給して前記試験アンテナの受信電力を測定したときに得られる情報を校正情報として予め記憶し、前記基準アンテナの代わりに前記無線端末が配置されたときの測定を前記校正情報を用いて行うことを特徴とする請求項４記載の無線端末送受信性能測定装置。
【請求項６】
前記結合器は、前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナの位置と前記試験アンテナの位置とを前記楕円長軸に沿って楕円中心に対して対称に移動させる機構を有しており、
前記測定部は、前記結合器内で移動される前記無線端末またはそれに代わる基準アンテナと前記試験アンテナとの間の電波の透過率が最大となる位置を有効測定位置とし、該有効測定位置において前記校正情報の取得または該校正情報を用いた無線端末の性能測定を行うことを特徴とする請求項４または請求項５記載の無線端末送受信性能測定装置。
【請求項７】
前記測定対象の無線端末が携帯電話（１０′）であり、
前記測定部は、前記試験アンテナを介して前記携帯電話機に対するダウンリンク信号を発射し、該携帯電話機から発射されるアップリンクの応答信号を前記試験アンテナを介して受信する基地局シミュレータ（６０）であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の無線端末送受信性能測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１６３４４４（Ｐ２０１２−１６３４４４Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１４６（Ｐ２０１１−２４１４６）
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、総務省、電波資源拡大のための委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、総務省、電波資源拡大のための委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
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