本發(fā)明涉及一種利用近場(chǎng)測(cè)量法測(cè)量用于massive-mimo的基站側(cè)的天線(xiàn)特性的技術(shù)，所述massive-mimo作為用于更有效進(jìn)行移動(dòng)電話(huà)或智能手機(jī)等移動(dòng)終端與基站之間的通信的技術(shù)而提出。
背景技術(shù)：
massive-mimo是利用許多天線(xiàn)元件，進(jìn)行多用戶(hù)mimo傳輸?shù)募夹g(shù)，并設(shè)計(jì)有控制這些許多天線(xiàn)元件來(lái)數(shù)字化作出天線(xiàn)的指向性的構(gòu)成和利用模擬的相位器來(lái)控制波束方向的構(gòu)成等多個(gè)構(gòu)成。
作為如用于該massive-mimo的天線(xiàn)，具有較強(qiáng)指向性的天線(xiàn)的測(cè)量法，已知有通過(guò)電磁場(chǎng)理論，從天線(xiàn)的近場(chǎng)電磁場(chǎng)計(jì)算遠(yuǎn)場(chǎng)指向性的近場(chǎng)測(cè)量法(nfm：nearfieldmeasurement)。
近場(chǎng)測(cè)量法在天線(xiàn)附近測(cè)量電磁場(chǎng)，因此具有如下優(yōu)點(diǎn)：因空間導(dǎo)致的電磁波的損失較小，除了指向性，還能通過(guò)天線(xiàn)的近場(chǎng)分布進(jìn)行天線(xiàn)的診斷。
通常，如圖8所示，從天線(xiàn)開(kāi)口面輻射的電磁場(chǎng)的區(qū)域中，接近天線(xiàn)開(kāi)口的區(qū)域是對(duì)輻射沒(méi)有幫助的電磁場(chǎng)成分為主的無(wú)功近場(chǎng)區(qū)域(極近)，指向性不因離天線(xiàn)開(kāi)口的距離而變化的區(qū)域稱(chēng)為輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域(遠(yuǎn)場(chǎng))。一般表示的天線(xiàn)指向性是在該輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域測(cè)量的指向性。
遠(yuǎn)場(chǎng)規(guī)定為，相對(duì)于天線(xiàn)的最大徑d(開(kāi)口尺寸)，遠(yuǎn)離滿(mǎn)足
r＞2d2/λ……(1)
的距離r以上的位置。其中，λ是自由空間波長(zhǎng)。并且，將發(fā)射天線(xiàn)的增益設(shè)為gt，將接收天線(xiàn)的增益設(shè)為gr，將發(fā)射電力設(shè)為wt時(shí)，在自由空間接收天線(xiàn)可接收的最大電力wa為，
wa＝(λ/4πr)2·gt·gr·wt……(2)。
因此，增益較高的開(kāi)口面較大的天線(xiàn)中距離r變大，而空間中的衰減變大。進(jìn)一步地，毫米波段中，自由空間波長(zhǎng)λ變小，因此存在減衰量進(jìn)一步增加，低電平的旁瓣的測(cè)量困難的問(wèn)題。
作為無(wú)功近場(chǎng)區(qū)域與輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域之間的區(qū)域的輻射近場(chǎng)區(qū)域(近場(chǎng))是指向性隨著距離變化的區(qū)域。所述的nfm在該輻射近場(chǎng)區(qū)域測(cè)量電磁場(chǎng)，通過(guò)計(jì)算求出遠(yuǎn)場(chǎng)的指向性。
具體而言，通過(guò)探針天線(xiàn)對(duì)供給規(guī)定信號(hào)的天線(xiàn)附近進(jìn)行掃描，由通過(guò)該探針天線(xiàn)接收到的信號(hào)求出每個(gè)掃描位置的振幅與相位的分布，由該分布通過(guò)數(shù)據(jù)處理能夠得到無(wú)限遠(yuǎn)處的指向性。由于是天線(xiàn)附近進(jìn)行的測(cè)量，因此空間的衰減量較小，與遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量相比可以進(jìn)行高精度的測(cè)量。
nfm根據(jù)對(duì)被測(cè)天線(xiàn)附近進(jìn)行掃描的范圍分成多個(gè)種類(lèi)，但廣泛應(yīng)用對(duì)增益較高的天線(xiàn)有利且數(shù)據(jù)處理容易的平面nfm。
圖9示出利用平面nfm求出被測(cè)天線(xiàn)1的指向性的測(cè)量裝置10的構(gòu)成。該測(cè)量裝置10具有：支撐體11，以該輻射面朝向規(guī)定方向的狀態(tài)支撐被測(cè)天線(xiàn)1；探針天線(xiàn)12，用于接收由被測(cè)天線(xiàn)1輸出的電磁波；以及探針掃描機(jī)構(gòu)13，使探針天線(xiàn)12在相對(duì)于被測(cè)天線(xiàn)1的輻射面的附近的測(cè)量平面內(nèi)在x、y方向上移動(dòng)。
并且，測(cè)量裝置10具有：信號(hào)發(fā)生器21，向被測(cè)天線(xiàn)1供給測(cè)量用信號(hào)；振幅相位檢測(cè)器22，由探針天線(xiàn)12的接收信號(hào)檢測(cè)振幅、相位的信息；測(cè)量控制部24，控制探針掃描機(jī)構(gòu)13，使探針天線(xiàn)12的位置在測(cè)量平面p內(nèi)以規(guī)定間距進(jìn)行掃描，且接收振幅相位檢測(cè)器22的輸出，由測(cè)量平面p內(nèi)的振幅相位的分布求出被測(cè)天線(xiàn)1的遠(yuǎn)場(chǎng)指向性；以及顯示部25，顯示得到的被測(cè)天線(xiàn)1的指向性。另外，作為信號(hào)發(fā)生器21和振幅相位檢測(cè)器22，能夠利用具有這些功能的網(wǎng)絡(luò)分析儀，作為測(cè)量控制部24，能夠使用個(gè)人電腦。
在此，利用nfm的情況下，探針天線(xiàn)12在從被測(cè)天線(xiàn)1遠(yuǎn)離測(cè)量信號(hào)的3波長(zhǎng)左右的附近的測(cè)量平面p內(nèi)進(jìn)行掃描，來(lái)檢測(cè)該電場(chǎng)的振幅和相位。
該測(cè)量平面p中的振幅與相位的分布呈由被測(cè)天線(xiàn)1的指向性和探針天線(xiàn)12的指向性定義的函數(shù)的傅立葉變換的形態(tài)，在測(cè)量控制部24中，通過(guò)逆傅立葉變換求出該函數(shù)之后，進(jìn)行去除探針天線(xiàn)的指向性的運(yùn)算處理(探針校正)，從而能夠求出被測(cè)天線(xiàn)1的指向性。測(cè)量控制部24能夠通過(guò)高速傅立葉變換(fft)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此能夠高速地計(jì)算被測(cè)天線(xiàn)1的遠(yuǎn)場(chǎng)指向性。
如上述，測(cè)量平面p中的振幅與相位的分布呈由被測(cè)天線(xiàn)的指向性和探針天線(xiàn)的指向性定義的函數(shù)的傅立葉變換的形狀，通過(guò)逆傅立葉變換求出該函數(shù)之后，進(jìn)行去除探針天線(xiàn)的指向性的運(yùn)算處理(探針校正)，由此能夠求出被測(cè)天線(xiàn)的指向性，關(guān)于這一點(diǎn)如非專(zhuān)利文獻(xiàn)1所公開(kāi)，通常被公知。
如此求出天線(xiàn)的指向性的nfm相對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量(ffm：farfieldmeasurement)，有如下優(yōu)點(diǎn)。
nfm是近距離測(cè)量，因此不使用電波暗室也可以進(jìn)行測(cè)量，不需要大規(guī)模的裝置。并且，毫米波段中裝置會(huì)變得比較緊湊，因此能夠使用設(shè)置在室內(nèi)的簡(jiǎn)易的電波暗箱進(jìn)行測(cè)量，能夠大幅縮減在電波暗室進(jìn)行的測(cè)量時(shí)成為問(wèn)題的測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建所需的時(shí)間。進(jìn)一步地，由于在自由空間損失較小的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，因此能夠得到精度優(yōu)異的測(cè)量結(jié)果。
進(jìn)一步地，通過(guò)nfm可以得到天線(xiàn)附近的振幅/相位分布,因此在未得到設(shè)計(jì)的指向性的情況下，可以診斷其原因。這對(duì)于如massive-mimo天線(xiàn)等相控陣天線(xiàn)成為較大的優(yōu)點(diǎn)。
非專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本ohmsha出版社平成20年7月25日發(fā)行天線(xiàn)工學(xué)手冊(cè)(第2版)電子信息通信學(xué)會(huì)著p730～p733
通過(guò)上述的平面nfm實(shí)際測(cè)量massive-mimo時(shí)，考慮以下的2個(gè)應(yīng)解決的問(wèn)題。
第1問(wèn)題為近場(chǎng)掃描范圍的增大。nfm的近場(chǎng)掃描范圍由被測(cè)天線(xiàn)的大小、測(cè)量頻率等對(duì)于被測(cè)天線(xiàn)的條件和測(cè)量結(jié)果所希望的指向性的角度范圍決定。
例如，如圖10所示，將離測(cè)量平面p的距離設(shè)為r，將被測(cè)天線(xiàn)1的開(kāi)口設(shè)為d，將所希望的指向性的測(cè)量范圍設(shè)為±θc時(shí)，掃描電磁場(chǎng)的范圍lx表示為，
lx＝d+2rtanθc……(2)。
其中，作為實(shí)際的例子，如圖11所示，關(guān)于24ghz及60ghz的天線(xiàn)aut1、aut2，示出所需要的掃描范圍。
將各個(gè)天線(xiàn)假設(shè)為massive-mimo天線(xiàn)，并假設(shè)為以λ/2間隔縱8列橫8列排列天線(xiàn)元件。并且，開(kāi)口分布設(shè)為相同的分布，通過(guò)開(kāi)口尺寸，計(jì)算出的理想的增益與波束的電力半峰寬如圖11所示。
上述的2個(gè)天線(xiàn)atu1、atu2的理論指向性為如圖12所示，大致一致。測(cè)量距離r設(shè)為4λ。其中，若設(shè)為θc＝60°，則
aut1：lx＝57+2×50tan60＝230mm……(3)
aut2：lx＝23+2×20tan60＝92mm……(4)。
通過(guò)圖12可知，關(guān)于atu1、atu2，能夠評(píng)價(jià)至第3旁瓣。進(jìn)一步地，為了評(píng)價(jià)至下一個(gè)旁瓣，若設(shè)為θc＝80°，則
aut1：lx＝57+2×50tan80＝624mm……(3′)
aut2：lx＝23+2×20tan80＝250mm……(4′)，
可知會(huì)大大增加所需要的掃描范圍?？s小掃描范圍，只要縮小距離r即可，但根據(jù)探針天線(xiàn)的種類(lèi)，可能在被測(cè)天線(xiàn)之間產(chǎn)生多重反射，影響測(cè)量結(jié)果，根據(jù)從經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)選在3～5λ左右的距離測(cè)量。
上述考察中為如圖13(a)所示，假設(shè)為被測(cè)天線(xiàn)1的電磁波輻射面正對(duì)測(cè)量平面p，波束(主瓣)朝向測(cè)量平面p的中央的狀態(tài)，但如上述，在massive-mimo天線(xiàn)假設(shè)為，天線(xiàn)的方向固定不動(dòng)，利用對(duì)于多個(gè)天線(xiàn)元件的移相供電，將天線(xiàn)整體的波束方向變更為不同的方向來(lái)使用。
由此，例如，如圖13(b)所示，需要求出波束方向向下方傾斜的狀態(tài)下的天線(xiàn)的指向性，為此，如圖13(b)所示，必需大幅擴(kuò)大測(cè)量平面p的范圍。
并且，作為第2問(wèn)題，存在測(cè)量精度的降低。即、如上述，nfm中，由近場(chǎng)電場(chǎng)分布利用fft來(lái)計(jì)算指向性，但根據(jù)該計(jì)算的特性，計(jì)算被測(cè)天線(xiàn)的指向性的間隔具有如下性質(zhì)：在中心(e面0°、h面0°)附近最密，隨著角度變大，指向性的計(jì)算點(diǎn)的間隔變粗。因此，如上所述，在波束相對(duì)于輻射面傾斜而不輻射到測(cè)量平面的中央部，且波束寬度較窄的狀態(tài)下測(cè)量指向性的情況下，該測(cè)量精度有可能劣化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于，解決上述課題，提供一種能夠?qū)y(cè)量范圍抑制在最小限度，能夠防止測(cè)量精度劣化的massive-mimo天線(xiàn)測(cè)量裝置及其指向性測(cè)量方法。
為了達(dá)到所述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案1的massive-mimo天線(xiàn)測(cè)量裝置，其具備：
被測(cè)天線(xiàn)支撐部31，將massive-mimo天線(xiàn)作為被測(cè)天線(xiàn)，支撐該被測(cè)天線(xiàn)；
探針天線(xiàn)12，用于接收由所述被測(cè)天線(xiàn)輸出的電磁波；
探針掃描機(jī)構(gòu)13，用于使所述探針天線(xiàn)在所述被測(cè)天線(xiàn)的近場(chǎng)區(qū)域的規(guī)定測(cè)量平面內(nèi)移動(dòng)；
信號(hào)發(fā)生器21，向所述被測(cè)天線(xiàn)供給測(cè)量用信號(hào)；
振幅相位檢測(cè)器22，從所述探針天線(xiàn)的接收信號(hào)檢測(cè)振幅和相位；以及
測(cè)量控制部32，控制所述探針掃描機(jī)構(gòu)，使所述探針天線(xiàn)的位置在所述測(cè)量平面內(nèi)掃描且接收所述振幅相位檢測(cè)器的輸出，而求出所述被測(cè)天線(xiàn)的遠(yuǎn)場(chǎng)指向性，
所述massive-mimo天線(xiàn)測(cè)量裝置的特征在于，
以將所述被測(cè)天線(xiàn)的電磁波輻射面正對(duì)所述測(cè)量平面的方向設(shè)為基準(zhǔn)方向，能夠從所述基準(zhǔn)方向變更所述被測(cè)天線(xiàn)的方向的方式構(gòu)成所述被測(cè)天線(xiàn)支撐部，
所述massive-mimo天線(xiàn)測(cè)量裝置具備天線(xiàn)方向變更構(gòu)件34，所述天線(xiàn)方向變更構(gòu)件控制所述被測(cè)天線(xiàn)支撐部來(lái)變更所述被測(cè)天線(xiàn)的方向，以使所述被測(cè)天線(xiàn)輻射的波束的方向朝向所述測(cè)量平面的中央。
并且，根據(jù)技術(shù)方案1所述的massive-mimo天線(xiàn)測(cè)量裝置中，本發(fā)明的技術(shù)方案2的massive-mimo天線(xiàn)測(cè)量裝置的特征在于，
所述測(cè)量控制部還具備波束方向檢測(cè)構(gòu)件33、臨時(shí)指向性計(jì)算構(gòu)件35以及指向性校正構(gòu)件36，
所述波束方向檢測(cè)構(gòu)件33在所述被測(cè)天線(xiàn)朝向所述基準(zhǔn)方向的狀態(tài)下，使所述探針天線(xiàn)以通過(guò)所述測(cè)量平面局部的方式進(jìn)行掃描，由通過(guò)該掃描得到的振幅、相位的信息求出所述被測(cè)天線(xiàn)輻射的波束的方向，
所述天線(xiàn)方向變更構(gòu)件34控制所述被測(cè)天線(xiàn)支撐部來(lái)變更所述被測(cè)天線(xiàn)的方向，以使通過(guò)所述波束方向檢測(cè)構(gòu)件檢測(cè)的波束方向朝向所述測(cè)量平面的中央，
所述臨時(shí)指向性計(jì)算構(gòu)件35在通過(guò)所述天線(xiàn)方向變更構(gòu)件以波束方向朝向所述測(cè)量平面的中央的方式變更所述被測(cè)天線(xiàn)方向的狀態(tài)下，使所述探針天線(xiàn)在所述測(cè)量平面上進(jìn)行掃描，求出所述被測(cè)天線(xiàn)的臨時(shí)指向性，
所述指向性校正構(gòu)件36對(duì)通過(guò)所述臨時(shí)指向性計(jì)算構(gòu)件得到的臨時(shí)指向性進(jìn)行相當(dāng)于所述天線(xiàn)方向變更構(gòu)件變更的角度量的校正，求出所述被測(cè)天線(xiàn)朝向所述基準(zhǔn)方向時(shí)的指向性。
并且，本發(fā)明的技術(shù)方案的massive-mimo天線(xiàn)測(cè)量裝置的指向性測(cè)量方法，其具有：
被測(cè)天線(xiàn)支撐部31，將massive-mimo天線(xiàn)作為被測(cè)天線(xiàn)，支撐該被測(cè)天線(xiàn)；
探針天線(xiàn)12，用于接收由所述被測(cè)天線(xiàn)輸出的電磁波；
探針掃描機(jī)構(gòu)13，用于使所述探針天線(xiàn)在所述被測(cè)天線(xiàn)的近場(chǎng)區(qū)域的規(guī)定測(cè)量平面內(nèi)移動(dòng)；
信號(hào)發(fā)生器21，向所述被測(cè)天線(xiàn)供給測(cè)量用信號(hào)；以及
振幅相位檢測(cè)器22，由所述探針天線(xiàn)的接收信號(hào)檢測(cè)振幅和相位，
且控制所述探針掃描機(jī)構(gòu)，使所述探針天線(xiàn)的位置在所述測(cè)量平面內(nèi)掃描且接收所述振幅相位檢測(cè)器的輸出，而求出所述被測(cè)天線(xiàn)的遠(yuǎn)場(chǎng)指向性，
該方法的特征在于，
以將所述被測(cè)天線(xiàn)的電磁波輻射面正對(duì)所述測(cè)量平面的方向設(shè)為基準(zhǔn)方向，能夠從所述基準(zhǔn)方向變更所述被測(cè)天線(xiàn)的方向方式構(gòu)成所述被測(cè)天線(xiàn)支撐部，
所述massive-mimo天線(xiàn)測(cè)量裝置的指向性測(cè)量方法具備以下步驟：控制所述被測(cè)天線(xiàn)支撐部來(lái)變更所述被測(cè)天線(xiàn)的方向，以使所述被測(cè)天線(xiàn)輻射的波束的方向朝向所述測(cè)量平面的中央。
發(fā)明效果
如此，本發(fā)明中，在被測(cè)天線(xiàn)朝向基準(zhǔn)方向的狀態(tài)下，使探針天線(xiàn)進(jìn)行掃描來(lái)檢測(cè)被測(cè)天線(xiàn)輻射的波束的方向，變更被測(cè)天線(xiàn)的方向，以使該被檢測(cè)的波束的方向朝向測(cè)量平面中央之后，使探針天線(xiàn)在測(cè)量平面上掃描，求出被測(cè)天線(xiàn)的臨時(shí)指向性，對(duì)該求出的臨時(shí)指向性進(jìn)行相當(dāng)于被測(cè)天線(xiàn)的方向的角度量的校正，求出被測(cè)天線(xiàn)朝向基準(zhǔn)方向時(shí)的指向性。
因此，即使朝向基準(zhǔn)方向的被測(cè)天線(xiàn)的波束方向偏離測(cè)量表面中央的情況下，也能夠通過(guò)最小限度大小的測(cè)量平面求出指向性。
并且，變更被測(cè)天線(xiàn)的方向，以便被測(cè)天線(xiàn)的波束朝向能夠高精度地得到指向性計(jì)算結(jié)果的測(cè)量平面，之后求出指向性，進(jìn)行相當(dāng)于該天線(xiàn)方向的變更量的校正，由此不管波束方向如何均能求出高精確度的指向性。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示本發(fā)明實(shí)施方式的主要部分的處理步驟的流程圖。
圖3是用于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式的動(dòng)作的圖。
圖4是用于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式的動(dòng)作的圖。
圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式的動(dòng)作的圖。
圖6是用于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式的動(dòng)作的圖。
圖7是用于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式的動(dòng)作的圖。
圖8是天線(xiàn)的測(cè)量區(qū)域的說(shuō)明圖。
圖9是以往裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是表示天線(xiàn)的指向性與測(cè)量范圍之間的關(guān)系的圖。
圖11是表示用于求出測(cè)量范圍的2個(gè)天線(xiàn)的參數(shù)的圖。
圖12是表示2個(gè)天線(xiàn)的指向性的圖。
圖13是表示天線(xiàn)的波束方向與測(cè)量范圍之間的關(guān)系的圖。
圖中：1-被測(cè)天線(xiàn)，13-探針掃描機(jī)構(gòu)，21-信號(hào)發(fā)生器、22-振幅相位檢測(cè)器，25-顯示部，30-測(cè)量裝置，31-被測(cè)天線(xiàn)支撐部，32……測(cè)量控制部、33-波束方向檢測(cè)構(gòu)件，34-天線(xiàn)方向變更構(gòu)件，35-臨時(shí)指向性計(jì)算構(gòu)件，36-指向性校正構(gòu)件。
具體實(shí)施方式
以下，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
圖1示出應(yīng)用本發(fā)明的massive-mimo天線(xiàn)測(cè)量裝置(以下，簡(jiǎn)稱(chēng)為測(cè)量裝置)30的結(jié)構(gòu)。
該測(cè)量裝置30除了記載于上述以往裝置10的探針天線(xiàn)12、探針掃描機(jī)構(gòu)13、信號(hào)發(fā)生器21、振幅相位檢測(cè)器22、顯示部25以外，具有被測(cè)天線(xiàn)支撐部31、測(cè)量控制部32。
該測(cè)量裝置30是測(cè)量用作massive-mimo天線(xiàn)的被測(cè)天線(xiàn)1的指向性的裝置，在此，將被測(cè)天線(xiàn)1設(shè)為多個(gè)天線(xiàn)元件縱橫排列的平面形陣列天線(xiàn)，并設(shè)為通過(guò)從外部輸入的波束方向控制信號(hào)控制相對(duì)于各天線(xiàn)元件的供電相位，變更作為天線(xiàn)整體輸出的波束的方向的天線(xiàn)。
被測(cè)天線(xiàn)支撐部31將該電磁波輻射面1a(作為天線(xiàn)的開(kāi)口面)正對(duì)測(cè)量平面p的方向作為基準(zhǔn)方向，以該電磁波輻射面1a從基準(zhǔn)方向相對(duì)于測(cè)量平面p傾斜的狀態(tài)變更的方式支撐被測(cè)天線(xiàn)1。另外，在此，基準(zhǔn)方向是指被測(cè)天線(xiàn)1的電磁波輻射面1a與測(cè)量平面p平行對(duì)置，并且在測(cè)量平面p的原點(diǎn)位置與x軸及y軸正交的z軸通過(guò)電磁波輻射面1a的中心位置c的狀態(tài)。
例如，如圖1所示，被測(cè)天線(xiàn)支撐部31具有：方位角變更機(jī)構(gòu)部31a，以與測(cè)量平面p的y軸平行且通過(guò)被測(cè)天線(xiàn)1的電磁波輻射面1a的中心位置c的y′軸為中心旋轉(zhuǎn)；以及仰角變更機(jī)構(gòu)部31b，固定于方位角變更機(jī)構(gòu)部31a上，在方位角變更機(jī)構(gòu)部31a的旋轉(zhuǎn)軸上支撐被測(cè)天線(xiàn)1，并且以與測(cè)量平面p的x軸平行且通過(guò)被測(cè)天線(xiàn)1的電磁波輻射面1a的中心位置c的x′軸為中心使被測(cè)天線(xiàn)1旋轉(zhuǎn)?；诜轿唤亲兏鼨C(jī)構(gòu)31a的被測(cè)天線(xiàn)1的方位角0°(基準(zhǔn)角)是與z軸平行的方向，以該方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，以y′軸為中心，能夠以任意角度α變更方位角。同樣地，基于仰角變更機(jī)構(gòu)31b的被測(cè)天線(xiàn)1的仰角0°(基準(zhǔn)角)也是與z軸平行的方向，以該方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，以x′軸為中心能夠以任意角度β變更仰角。
如上所述，探針天線(xiàn)12用于接收由被測(cè)天線(xiàn)1輸出的電磁波，在幾十ghz頻帶中使用方形波導(dǎo)管等。
關(guān)于進(jìn)行近場(chǎng)掃描的探針天線(xiàn)12，所要求的主要的特性為以下(a)～(c)這3個(gè)。
(a)盡可能具有較寬的波束寬度。等方性天線(xiàn)較理想，但實(shí)際存在的天線(xiàn)中存在指向性。因此，由于探針天線(xiàn)的指向性，需要對(duì)通過(guò)nfm計(jì)算的被測(cè)天線(xiàn)1的指向性進(jìn)行校正的探針校正。將波束寬度較窄的天線(xiàn)作為探針天線(xiàn)的情況下，指向性的動(dòng)態(tài)范圍變小，存在不能準(zhǔn)確地測(cè)量低電平旁瓣的可能性。
(b)交差極化小。天線(xiàn)的指向性需要按極化進(jìn)行評(píng)價(jià)。線(xiàn)性極化的天線(xiàn)通過(guò)垂直/水平極化，圓極化天線(xiàn)通過(guò)左旋極化/右旋極化進(jìn)行評(píng)價(jià)。nfm中的極化依賴(lài)于探針天線(xiàn)的極化，因此為了精度良好的測(cè)量，需要盡可能使用交差極化較小的探針天線(xiàn)。
(c)多重反射對(duì)于測(cè)量結(jié)果影響小。這能夠通過(guò)使天線(xiàn)小型化，以電波吸收體覆蓋周?chē)鷣?lái)實(shí)現(xiàn)。另外，為了減小反射帶來(lái)的影響，還可使用利用光電場(chǎng)轉(zhuǎn)換的光探針。
在此，作為在毫米波段滿(mǎn)足上述條件的探針天線(xiàn)，使用前端開(kāi)放的波導(dǎo)管。使用該波導(dǎo)管的探針天線(xiàn)12的天線(xiàn)開(kāi)口面較小，因此波束較寬，并且能夠?qū)⒔徊顦O化相對(duì)于主極化抑制到-20db左右。進(jìn)一步地，能夠簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)通過(guò)電波吸收體覆蓋周?chē)慕Y(jié)構(gòu)，容易進(jìn)行多重反射措施。
另外，雖然圖1中未示出，但實(shí)施方式的探針天線(xiàn)12上實(shí)施有上述多重反射措施，并且，探針天線(xiàn)12以外，在被測(cè)天線(xiàn)支撐部31、探針掃描機(jī)構(gòu)13的表面以及從被測(cè)天線(xiàn)1到探針天線(xiàn)12之間的空間覆蓋有電波吸收體(簡(jiǎn)易電波暗箱)，通過(guò)小規(guī)模的環(huán)境，防止內(nèi)部不必要的反射或來(lái)自外部的電磁波混入導(dǎo)致的影響。
探針掃描機(jī)構(gòu)13使探針天線(xiàn)12在測(cè)量平面p內(nèi)向x、y方向以規(guī)定間距移動(dòng)。該探針掃描機(jī)構(gòu)13和被測(cè)天線(xiàn)支撐部31由測(cè)量控制部32控制。
信號(hào)發(fā)生器21向被測(cè)天線(xiàn)1供給測(cè)量用信號(hào)，振幅相位檢測(cè)器22接收探針天線(xiàn)12的接收信號(hào)，檢測(cè)探針天線(xiàn)12每個(gè)位置的振幅、相位的信息，將該信息輸出至測(cè)量控制部32。另外，信號(hào)發(fā)生器21及振幅相位檢測(cè)器22有時(shí)由具有這些功能的網(wǎng)絡(luò)分析儀等構(gòu)成。
測(cè)量控制部32與所述的以往的測(cè)量裝置10相同地，由個(gè)人電腦等構(gòu)成，基本上進(jìn)行如下處理：控制探針掃描機(jī)構(gòu)13，在測(cè)量平面p內(nèi)以規(guī)定間距對(duì)探針天線(xiàn)12的位置進(jìn)行掃描，且接收振幅相位檢測(cè)器22的輸出，由測(cè)量平面內(nèi)的振幅相位的分布求出被測(cè)天線(xiàn)1的遠(yuǎn)場(chǎng)指向性，但在此，具有應(yīng)對(duì)如下構(gòu)成：通過(guò)相對(duì)于各天線(xiàn)元件的移相供電控制等，由此用作massive-mimo天線(xiàn)的被測(cè)天線(xiàn)1的波束方向不僅在電磁波輻射面正交的方向，還能在較廣角度范圍內(nèi)變更。
即、測(cè)量控制部32除了在功能上控制探針掃描機(jī)構(gòu)13及被測(cè)天線(xiàn)支撐部31，用于接收振幅相位檢測(cè)器22的輸出的界面(未圖示)以外，具有波束方向檢測(cè)構(gòu)件33、天線(xiàn)方向變更構(gòu)件34、臨時(shí)指向性計(jì)算構(gòu)件35、指向性校正構(gòu)件36，并根據(jù)圖2所述的流程圖進(jìn)行處理。以下，對(duì)測(cè)量控制部32的功能及處理步驟進(jìn)行具體說(shuō)明。
波束方向檢測(cè)構(gòu)件33在被測(cè)天線(xiàn)1的電磁波輻射面1a朝向基準(zhǔn)方向的狀態(tài)(s1)下使探針天線(xiàn)12以通過(guò)測(cè)量平面p的局部的方式進(jìn)行掃描(s2)，由通過(guò)該掃描得到的振幅、相位的信息求出被測(cè)天線(xiàn)1輻射的波束(主瓣)的方向(s3)。該波束方向檢測(cè)處理如通常的指向性計(jì)算處理一樣，通過(guò)逆傅立葉變換求出該函數(shù)來(lái)求出遠(yuǎn)場(chǎng)指向性，但不需要精確的指向性，因此能夠省略探針校正。
該波束方向檢測(cè)用于對(duì)被測(cè)天線(xiàn)1實(shí)際輻射的波束的方向進(jìn)行大致的檢測(cè)，無(wú)需對(duì)測(cè)量平面整體進(jìn)行掃描，作為最小限度的掃描，在沿x軸的方向上進(jìn)行1次，在沿y軸的方向上進(jìn)行1次即可。
例如，如圖3所示，在波束b從正對(duì)測(cè)量平面p的被測(cè)天線(xiàn)1以某一角度輻射的狀態(tài)下，進(jìn)行上述運(yùn)算處理時(shí)，水平面(h面)的指向性如圖4(a)那樣，在方位角θ成為最大強(qiáng)度，垂直面(e面)的指向性如圖4(b)那樣，在仰角φ成為最大強(qiáng)度。另外，比起振幅最大的位置，指定該兩側(cè)的振幅極小的位置(主瓣與旁瓣的邊界)較容易時(shí)，也可以將最大的極大值位置兩側(cè)的2個(gè)極小值位置的中間值作為特定波束方向的角度來(lái)求出。
這樣，若波束方向通過(guò)較偏離測(cè)量平面p的中心的位置時(shí)，想求出包括3階左右的旁瓣的該指向性，則測(cè)量平面p的大小不足。并且，在該狀態(tài)下使探針天線(xiàn)12進(jìn)行精密掃描求出指向性，由于該fft的指向性計(jì)算性質(zhì)，主瓣附近的測(cè)量精度也會(huì)降低。因此，通過(guò)該測(cè)量裝置30，控制被測(cè)天線(xiàn)支撐部31來(lái)變更被測(cè)天線(xiàn)1的方向，以使該波束方向從如上述求出的波束方向成為在水平面及垂直面上均在0°附近(通過(guò)測(cè)量平面p的中央附近的狀態(tài))(s4)。另外，在此，還可以判定被檢測(cè)的波束方向是否在測(cè)量平面p的中央附近，在附近時(shí)，如以往，遍及測(cè)量平面整體使探針天線(xiàn)12進(jìn)行掃描來(lái)計(jì)算指向性，不在附近時(shí)，進(jìn)行以下的天線(xiàn)方向變更處理(s4)。
在此，對(duì)于被檢測(cè)的被測(cè)天線(xiàn)1的波束b的方位角θ、仰角φ，如圖5，若使被測(cè)天線(xiàn)1通過(guò)方位角變更機(jī)構(gòu)部31a以y′軸為中心從α＝0旋轉(zhuǎn)至α＝-θ，通過(guò)仰角變更機(jī)構(gòu)部31b以x′軸為中心從β＝0旋轉(zhuǎn)至β＝-φ，則能夠?qū)谋粶y(cè)天線(xiàn)1的電磁波輻射面1a輻射的波束b的遠(yuǎn)場(chǎng)中的方位角及仰角設(shè)為幾乎0°(通過(guò)測(cè)量平面p的中央附近的狀態(tài))。
如此，若波束方向以朝向測(cè)量平面p的中央的方式變更，則通過(guò)臨時(shí)指向性計(jì)算構(gòu)件35控制探針掃描機(jī)構(gòu)13，探針天線(xiàn)12以規(guī)定間距對(duì)測(cè)量平面整體進(jìn)行掃描，得到各掃描位置的電場(chǎng)的振幅和相位的信息，由該分布計(jì)算出被測(cè)天線(xiàn)1的遠(yuǎn)場(chǎng)的臨時(shí)指向性(s5、s6)。
該運(yùn)算記載于所述的非專(zhuān)利文獻(xiàn)1，在此不進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但如果簡(jiǎn)單地進(jìn)行說(shuō)明，探針天線(xiàn)12的接收輸出由成為被測(cè)天線(xiàn)1的向量發(fā)射函數(shù)與探針天線(xiàn)12的向量接收函數(shù)的內(nèi)積的結(jié)合積的傅立葉變換表示，因此測(cè)量測(cè)量平面p上的各掃描位置的探針接收輸出來(lái)求出振幅與相位的分布，將其進(jìn)行逆傅立葉變換來(lái)求出結(jié)合積。而且，對(duì)于該結(jié)合積，對(duì)由探針天線(xiàn)12的指向性(設(shè)為已知)得到的向量接收函數(shù)進(jìn)行除法運(yùn)算，去除探針天線(xiàn)12的指向性影響(探針校正)，求出被測(cè)天線(xiàn)1的向量發(fā)射函數(shù)，根據(jù)該向量發(fā)射函數(shù)通過(guò)規(guī)定運(yùn)算(例如非專(zhuān)利文獻(xiàn)1的式子11·70、11·71)計(jì)算指向性。
另外，已知近場(chǎng)掃描中的采樣間隔(探針天線(xiàn)12的移動(dòng)間隔)對(duì)轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)求出的角度范圍有影響，若擴(kuò)大采樣間隔，則求出的角度范圍變窄，若縮小，則角度范圍變寬。然而，由平面nfm進(jìn)行的指向性原理上只對(duì)±90°范圍的數(shù)據(jù)有意義，因此無(wú)需設(shè)為角度范圍成為±90°的采樣間隔＝λ/2以下。但是，由于數(shù)據(jù)處理的問(wèn)題，通常大多設(shè)為0.45λ左右的采樣間隔。并且，若只需測(cè)量正面方向的特定角度范圍為止，還能考慮通過(guò)擴(kuò)大采樣間隔(減少測(cè)量點(diǎn)數(shù))，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的高速化。
圖6(a)、圖6(b)示出通過(guò)上述運(yùn)算處理求出的水平面(h面)與垂直面(e面)的指向性的例子。在此，得到的指向性是以被測(cè)天線(xiàn)1的波束方向朝向測(cè)量平面的中央的方式變更天線(xiàn)的方向來(lái)測(cè)量的，因此沒(méi)有正確地表示被測(cè)天線(xiàn)1的方向正對(duì)測(cè)量平面時(shí)的指向性。
為了消除該問(wèn)題，指向性校正構(gòu)件36以相當(dāng)于通過(guò)天線(xiàn)方向變更構(gòu)件34變更的角度(-θ、-φ)的量對(duì)通過(guò)臨時(shí)指向性計(jì)算構(gòu)件35得到的臨時(shí)指向性的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，求出被測(cè)天線(xiàn)1的方向朝向基準(zhǔn)方向時(shí)的遠(yuǎn)場(chǎng)指向性(s7)。
圖7(a)、圖7(b)示出通過(guò)指向性校正構(gòu)件36校正的水平面(h面)與垂直面(e面)的指向性的例子，相對(duì)于圖6所示的指向性，水平面(h面)的指向性?xún)H位移θ，垂直面(e面)的指向性?xún)H位移φ。
通過(guò)顯示部25顯示這樣得到的指向性，從而即使利用有限大小的測(cè)量平面，也能夠掌握波束方向多樣變更的被測(cè)天線(xiàn)1的指向性(s8)。
并且，如上述，通過(guò)fft計(jì)算近場(chǎng)指向性時(shí)，計(jì)算被測(cè)天線(xiàn)1的指向性的間隔在測(cè)量平面的中央(e面0°、h面0°)附近最密，隨著角度變大，指向性的計(jì)算點(diǎn)的間隔變粗的特性，但在該測(cè)量裝置30中，將天線(xiàn)方向其自身以預(yù)計(jì)切換各種方向的被測(cè)天線(xiàn)1的波束方向朝向測(cè)量平面的中央的方式進(jìn)行變更之后，進(jìn)行上述指向性的計(jì)算，因此與以波速方向不朝向測(cè)量平面中央的狀態(tài)求出指向性時(shí)相比，能夠非常高精確度地求出主瓣周邊的指向性。
上述說(shuō)明假設(shè)在測(cè)量裝置30側(cè)朝向基準(zhǔn)方向的被測(cè)天線(xiàn)1的波束方向?yàn)槲粗那闆r，并在波束方向檢測(cè)構(gòu)件33中，使探針天線(xiàn)12在測(cè)量平面的x軸(y＝0的直線(xiàn))上進(jìn)行1次掃描，在y軸(x＝0的直線(xiàn))上進(jìn)行1次掃面，從而對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)中的波束方向進(jìn)行特定。這作為用于特定波束方向的最小限度的掃描能使測(cè)量效率化，但以通過(guò)x、y各自1次掃描得到的信息為基礎(chǔ)計(jì)算的遠(yuǎn)場(chǎng)波束的方位角及仰角較大偏離以0°為中心的規(guī)定角度范圍時(shí)，通過(guò)以通過(guò)該波束方向與測(cè)量平面交叉的坐標(biāo)附近的方式再次進(jìn)行x方向、y方向中至少一個(gè)方向的掃描，能夠更準(zhǔn)確地求出遠(yuǎn)場(chǎng)中的波束方向。
該情況下，通過(guò)第1次掃描得到的遠(yuǎn)場(chǎng)波束方向(θ、φ)的至少一個(gè)的大小(絕對(duì)值)超過(guò)規(guī)定閾值γ時(shí)，以通過(guò)超過(guò)該閾值γ的波束方向與測(cè)量平面交叉的坐標(biāo)方式追加至少1次掃描即可。
并且，朝向基準(zhǔn)方向的被測(cè)天線(xiàn)1的遠(yuǎn)場(chǎng)中的波束方向能夠通過(guò)測(cè)量裝置30側(cè)預(yù)測(cè)時(shí)，在波束方向檢測(cè)構(gòu)件33中，求出其被預(yù)測(cè)的波束方向與測(cè)量平面交叉的大概的坐標(biāo)(x，y)＝(a，b)，使探針天線(xiàn)12在與x軸平行的y＝b的直線(xiàn)上對(duì)測(cè)量平面進(jìn)行1次掃描，使探針天線(xiàn)12與y軸平行的x＝a的直線(xiàn)上對(duì)測(cè)量平面進(jìn)行1次掃描。這樣，通過(guò)使探針天線(xiàn)12以遠(yuǎn)場(chǎng)中的波束方向通過(guò)預(yù)計(jì)與測(cè)量平面交叉的坐標(biāo)的方式進(jìn)行掃描，振幅及相位的檢測(cè)精度變高，能夠更準(zhǔn)確地求出實(shí)際遠(yuǎn)場(chǎng)中的波束方向。
并且，若求出在波束方向檢測(cè)構(gòu)件33中求出的遠(yuǎn)場(chǎng)中的波束方向與預(yù)先預(yù)測(cè)的遠(yuǎn)場(chǎng)波束方向(例如由波束方向控制信號(hào)預(yù)測(cè)的波束方向)的差并進(jìn)行存儲(chǔ)，則能夠用于利用被測(cè)天線(xiàn)1的基站裝置等的移相控制用數(shù)據(jù)校正。