宮田克正・伊藤桂一・山崎博之・鎌田

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12GHz帯コンパクトレンジアンテナの近傍界特性評価

宮田克正・伊藤桂一・山崎博之・鎌田 悟＊

EvaluationofNear‑FieldCharacteristicsof al2GHz‑BandCompact‑RangeAntenna

KatsumasaMIYATA,KeiichilToH,HiroyukiYAMAzAKIandSatoruKAMATA*

(2006年1月4日受理）

Two‑dimensionalnear‑fieldmeasurementofal.8mdoffsetparabolicreflectorantenna forcompact‑rangeapplicationwasconductedatf=12GHz. Ascannerwasinstalledatthe positionl.8mapartfromtheaperture,andphase/amplitudemeasurementwasconductedover theaperture.

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Thesizeofantennasscheduledtobemountedontheantennapositionerforpatternmeasure‑

mentorgainevaluationis500mmx500mm,andsometrialtoenhancetheplane‑waveregion wasconductedexperimentally.

いる電波暗室で行った。

緒言

1

電波暗室とは，実験室内側全面を金属板でシール ドし， その内側に電波を吸収する電波吸収体を全面 に貼り付けたもので，暗室内部から放射された電波 は壁面で吸収されるため，電波的には無限自由空間 と見なすことの出来る環境を言う｡(2)電波暗室内の 試験電波が，外部に漏れないと同時に，外部からの 不要電波も暗室内には到達しないため，電波的に独 立した空間でもある。

アンテナの遠方界放射特性を測定するためには，

試験（受信）アンテナに平面波を照射ことが必要で あり， そのためにアンテナの送受信間距離を十分に 確保することが重要となる。一般に，送信アンテナ の開口直径をD,受信アンテナの開口直径をD!と すると， 自由空間におけるアンテナの送受信間距離 rは, r≧2(D+D')2/スであるとされており， その 距離は使用波長とアンテナの開口直径により，数十 メートルから数百メートルにもおよぶことがある。

また，屋外での測定のため，周辺地域への電波障害 を与える可能性がある一方，天候に影響されやすく，

試験電波が地面や建物に反射して測定誤差が生じる 可能性もある。この問題を解決するために考案され た環境をコンパクトレンジと言い，屋内でアンテナ 特性などの測定を行うことが出来る｡（1）

本研究では電波暗室に設置された直径1800[mm]

の平面波発生用アンテナ（オフセットパラボラアン テナ）の近傍界測定を行い，平面波領域の範囲を実 験的に確かめ， コンパクトレンジ応用の可能性を探 ると共に， その特性の改善を試みた結果について報 告する。実験は，本校電気情報工学科に設置されて

2． 近傍界の測定

2.1 測定系

実験で使用した測定系を図1に示す。発振器から 12[GHz]の信号を出し，一部を方向性結合器によっ て取り出している。測定した値から, Spectrum Analyzerによって振幅を求め,VectorVoltmeter によって測定値と基準値の相対値から位相を求めて いる。

なお， アンテナの特性を調べるためには，送信 電波の偏波を垂直偏波，及び水平偏波に切り替えて 出す必要がある。しかし， その度に回路をつなぎ替 えていては非効率的であり，誤差を生じる可能性も あるため，本実験では同軸切替器を使って偏波制御 を行った。その外観を図2に示す。この同軸切替器

＊秋田県産業技術総合研究センター

平成18年2月

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12GHz帯コンパクトレンジアンテナの近傍界特性評価

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図4 コンパクトレンジの平面イメージ 図2同軸切替器

はオフセットアンテナの下部に設置してあり，電子 的に制御される。

2.2測定方法

平面波発生用のオフセットパラボラアンテナから 12[GHz]で，垂直偏波，及び水平偏波の電波を放 射し， アンテナより1500〜1900[mm]離れた地点に おいて， う°ローブを水平及び垂直方向に走査させて 平面波領域を測定した。う．ローブを水平方向に走査 させる場合には， アンテナの中心の点を0として

‑600〜+600[mm]の範囲で移動させ，垂直方向へ は‑320〜+780[mm]の範囲で移動させた。う．ロー ブ／スキャナーの外観を図3に， コンパクトレンジ のイメージを図4， 5に示す。

図5 コンパクトレンジの側面イメージ

23測定結果

周波数12[GHz]でア

周波数12[GHz]でア ンテナの開口中心から電波 の放射軸上, 1500[mm]〜1900[mm]の距離で，垂 直・水平の両偏波に対して，水平および垂直にプロー ブを走査して測定を行った。 ここでは, 1800[mm]

での測定結果を示す。 平面波 の基準は，振幅の リッフ．ルを±0.5[dB]以内の範囲，位相に関しては よく用いられる士11.25[｡]以内の範囲とした。

図6，図7に垂直偏波の場合の近傍界を， また図 8， 図9には水平偏波の場合の近傍界を示す。図よ り，垂直偏波を放射した場合，平面波領域は330x 320[mm]であり，一方水平偏波の場合は, 310×300 [mm]ことがわかった。位相に関しては600[mm]

程度の平面波領域を得ることができた。

秋田高専研究紀要第41号

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宮田克正・伊藤桂一・山崎博之・鎌田悟

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図7垂直偏波幸直スキャン 図9垂直偏波垂直スキャン

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3． 特性改善への試み

3.1 電波吸収体の装荷

本コンパクトレンジの近傍界分布を測定した結果，

アンテナの中心からの距離1800[mm]の点での平面 波領域は約300×300[mm]程度の結果となり， コン パクトレンジとして使用するには平面波領域が狭く，

特性改善する必要があることがわかった。位相に関 しては良好な結果が得られたが，振幅に関してはエッ ジ部分の振幅が低下しているため，平面波領域が狭 くなっていると判断し，次のような改善策を検討し た。すなわち，反射鏡のエッジテーパを上げること により，平面波領域を増加すること考え，副反射鏡 と主反射鏡の間の電波の通路を電波吸収体によって 狭めることを試みた。電波吸収体を装荷した電波の 通路を図10に示す。

図10電波吸収体装荷時のアンテナ給電部

3.2改善結果

アンテナの開口中心から電波の放射軸上， 1800 [mm]の点において，垂直偏波および水平偏波に対 して，水平および垂直にう．ローブを走査して測定を 行った結果を図11〜14に示す◎図より，平面波領域 は31()×410[mm] (垂直偏波）および410×420[mm]

(水平偏波） となり，平面波領域の拡大が得られる 見通しが得られた。

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12GHz帯コンパクトレンジアンテナの近傍界特性評価

4． 結言

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平面波発生用アンテナの中心からの距離1800[mm]

で，垂直偏波および水平偏波に対して垂直方向およ び水平方向に測定した結果，平面波領域は約300×

300[mm]程度の平面波領域が得られることがわかっ た。この平面波領域の拡大のため，一次放射部に電 波吸収体を装荷し，電波の通路を狭め反射鏡エッジ テーパを調整したところ，平面波領域の改善が得ら れることが実験的に示され，平面波領域が拡大出来 る見通しが得られた。

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図11 垂直偏波水平スキャン

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5． 今後の課題

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本研究室で測定対象とする小型平面アンテナの開 口寸法は約500×500[mm]であるため， さらなる改 善が必要である。今後検討している改善策として，

(1)副反射鏡からの電波の通路をさらに狭め， より 点波源に近づけること， （2）副反射鏡からの電波の 通路を狭める形状を楕円など種々の形状を試してみ ること， （3）副反射鏡を経由せずに点波源で直接主 反射鏡に電波を照射することなどを検討している。

また，今回は周波数12GHzのみでの測定であっ たが，周波数特性も重要であり， 引き続き実験を行

う予定である。

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図12垂直偏波垂直スキャン

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6． 謝辞

本研究の一部は，科学研究費補助金（課題番号 14550392)の援助により行われたことを付記する。

また，本校卒業生の金内洋平君，佐々木裕貴君の両 君には，卒業研究として本実験に携わって頂いた。

謝意を表する。

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図13水平偏波水平スキャン

7． 参考文献

位相催型

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(1)WalterD. Burnside, etal.,℃urvedEdge ModificationofCompactRangeReflector'', IEEETransactionsonAntennasandPropa‑

gation,vol.AP‑35,no.2,pp.176‑182,Feb.1987.

(2)日経技術図書株式会社， 電磁波の吸収と遮蔽，

p.190〜204 1989年1月

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図14水平偏波垂直スキャン

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秋田高専研究紀要第41号

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