JPH0694763A

JPH0694763A - 電波源可視化装置

Info

Publication number: JPH0694763A
Application number: JP24676392A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kitayoshi; 均北吉
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1992-09-16
Publication date: 1994-04-08
Anticipated expiration: 2017-05-27
Also published as: JP3286970B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】電波源と観測面の距離ｚや観測電波波長が電
波源間隔１よりも大きい場合でもたやすく電波源像を分
離することができることを可能とする。【構成】観測面１３のｘ，ｙ座標の各点（ｘ，ｙ）に
ついて水平偏波受信アンテナ２２、垂直偏波受信アンテ
ナ２３を移動させながら受信出力を求め、これら出力を
それぞれ離散的フーリエ変換器３８，３９で離散的フー
リエ変換し、また観測面１３の近くに設けた固定アンテ
ナ２１の出力を離散的フーリエ変換し、その固定アンテ
ナ出力のフーリエ変換に対する水平アンテナ出力のフー
リエ変換、垂直アンテナ出力のフーリエ変換の各離散的
フーリエの比を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばＥＭＣ（エレ
クトロマグネティックコンパティビリティ）の測定
や、電波センシング、即ち反射、屈折、吸収などのパタ
ーン解析に利用され、電波源の位置の可視化を行う電波
源可視化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に従来の電波源可視化装置を示す。
密着させて測定することができない電波発生源を含む被
測定体１１に対し、これより距離ｚだけ離れ、その被測
定体１１と平行に、サーチコイル１２により線状走査、
あるいは二次元走査を手動または自動的に行い、そのサ
ーチコイル１２の出力をデジタル信号にＡＤ変換器１５
により変換してパーソナルコンピュータよりなる制御表
示器１４に取り込んで受信電波強度の分布図を作ってい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】つまり従来においては
電波強度計やサーチコイルとスペクトラムアナライザの
組み合わせにより前記観測面を走査して受信電波強度分
布を得ている。しかし電波源から電界強度計に入射する
電波は直接波のみならず天井や床などからの反射波があ
り特に反射波の存在を知ることができない。

【０００４】また複数の電波源が存在する場合、その複
数の電波間で干渉が生じるため電波源の間隔ｌが電波源
の電波の波長λより大きくても、被測定体１１、つまり
電波源と観測面１３との間隔ｚが電波波長λより大きい
場合は電波源の像を得ることができない。さらに複数の
電波波面が合成されるため電波源の間隔ｌが電波波長λ
より小さい場合や距離ｚが電波波長より小さい場合にお
いても電波源の間隔ｌが距離ｚより小さい場合は電波源
の像の分離ができない。

【０００５】また電波強度計を走査中に電波源より発生
する電波強度が変動すると、得られる電波像が歪んでし
まうなどの欠点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、観測面近くに固定アンテナが設けられ、また観測面
を垂直偏波受信アンテナと水平偏波受信アンテナとを組
みにして移動させられ、その垂直偏波受信アンテナ及び
水平偏波受信アンテナの固定アンテナに対する各出力比
が取られる。これらの比について各受信点についての空
間伝搬関数との畳込み積分を行って受動ホログラム像の
再生演算を行う。これにより観測像から電波源像つまり
電波源分布が得られる。

【０００７】請求項２の発明によれば、垂直偏波受信ア
ンテナ及び水平偏波受信アンテナを組みとして観測面が
走査され、その両アンテナの各測定受信位置における出
力振幅の比のアークタンジェントを求めて合成電波入射
角を演算し、この合成電波入射角のラプラシアン、つま
り空間二階微分をおこない、これを像として電波源分布
を得る。

【０００８】さらに請求項１または２の発明において各
測定点における垂直偏波受信アンテナ、水平偏波受信ア
ンテナの各出力の位相角を演算し、その位相角の差の状
況分布を求め、これにより直接波と反射波とのそんざい
割合の分布を求める。また請求項１または２の発明にお
いて、さらに受動ホログラム像を周波数を変えて二つ作
り、その二つの像の同一点（位置）における位相差を垂
直偏波成分、水平偏波成分について求め、これにより反
射波の直接波に対する遅れ時間が求まる。

【０００９】

【実施例】図１に請求項１の発明の実施例を示す。観測
面１３の近くに固定アンテナ２１が設けられる。この観
測面１３の各点を移動走査することができるように水平
偏波受信アンテナ２２、垂直偏波受信アンテナ２３の組
が設けられる。つまりアンテナ２２，２３は移動アンテ
ナであり、この移動アンテナ２２，２３により観測面１
３を面走させて、その各点における受信電界強度を測定
する。これらアンテナ２１，２２，２３の受信出力はそ
れぞれ帯域通過フィルタ２４，２５，２６に通されて所
望帯域のみ取り出され、さらにそれぞれ増幅器２７，２
８，２９で増幅され、その増幅出力は局部発振器３０か
らの信号により混合器３１，３２，３３でそれぞれ周波
数変換され、それらの信号出力は低域通過ろ波器３４，
３５，３６に通され、そのろ波出力は離散的フーリエ変
換器３７，３８，３９によりそれぞれ離散的フーリエ変
換され、そのフーリエ変換された結果Ｓ_R，Ｓ_H，Ｓ_V
がそれぞれ制御演算表示部４１へ供給される。

【００１０】制御演算表示部４１は移動アンテナ２２，
２３をそれぞれ同時にその姿勢を保持した状態で観測面
１３の各点を順次移動させて観測面１３を走査し、その
各点においてそれぞれ得られた信号、つまり観測面１３
の座標位置（ｘ，ｙ）における離散的フーリエ変換の結
果Ｓ_R（ｘ，ｙ），Ｓ_H（ｘ，ｙ），Ｓ_V（ｘ，ｙ）に
ついて固定アンテナ出力フーリエ変換Ｓ_R（ｘ，ｙ）に
対する水平偏波受信アンテナ２２の出力フーリエ変換Ｓ
_H（ｘ，ｙ）の比ｈ_H（ｘ，ｙ）と垂直偏波受信アンテ
ナ２３の出力フーリエ変換Ｓ_V（ｘ，ｙ）の比ｈ
_V（ｘ，ｙ）を演算する。

【００１１】ｈ_V（ｘ，ｙ）＝Ｓ_V（ｘ，ｙ）／Ｓ_R（ｘ，ｙ）ｈ_H（ｘ，ｙ）＝Ｓ_H（ｘ，ｙ）／Ｓ_R（ｘ，ｙ） …（１）この受信出力比の測定面１３における状態は受動ホログ
ラム、つまり固定アンテナの出力に対する空間的な位相
分布、言い替えれば固定アンテナ出力と移動アンテナ出
力とを干渉させた相関スペクトルを表す。

【００１２】また各点におけるこの固定アンテナ出力に
対する比ｈ_H（ｘ，ｙ）の位相角とｈ_V（ｘ，ｙ）の位
相角の差θ_H-V（ｘ，ｙ）をそれぞれ各測定点（ｘ，
ｙ）について演算する。 θ_H-V（ｘ，ｙ）＝∠ｈ_H（ｘ，ｙ）−∠ｈ_V（ｘ，ｙ） …（２）この位相角度の差θ_H-V（ｘ，ｙ）は観測面１３におけ
る直接波と反射波の存在の割合の分布を示すことにな
る。つまり反射波の有無を知ることができ、またどこの
部分が反射波が多いかを知ることができる。

【００１３】さらに各点（ｘ，ｙ）の固定アンテナ出力
に対する移動アンテナ出力の振幅の比のアークタンジェ
ントを求めることによって合成電波の入射角θ
_H/V（ｘ，ｙ）の状態を得る。 θ_H/V（ｘ，ｙ）＝ｔａｎ^-1（‖ｈ_H（ｘ，ｙ）‖／‖ｈ_V（ｘ，ｙ）‖） …（３）また各点における固定アンテナに対する出力比の強度Ｍ
（ｘ，ｙ）を求める。

【００１４】Ｍ（ｘ，ｙ）＝√（‖ｈ_H（ｘ，ｙ）‖²＋‖ｈ_V（ｘ，ｙ）‖²） …（４）これにより各点（ｘ，ｙ）における電波強度が分かり、
観測面１３における電波強度分布を知ることができる。
さらに電波源像を求めるため各点の合成電波入射角θ
_H/V（ｘ，ｙ）のラプラシアン、つまり空間二階微分Δ
θ_H/V（ｘ，ｙ）を求める。この場合（４）式で得た電
波強度分布でその各ラプラシアン値に重み付けを行い、
受信電界強度が小さいところでの電波源像に対するθ
_H/V（ｘ，ｙ）のラプラシアン値を小さくすることによ
り雑音の影響を小さくすることが望ましい。

【００１５】さらに電波源間隔ｌが電波波長λよりも大
きい場合や電波源と観測面との間の距離ｚが電波波長λ
より大きい場合、電波干渉像となるため固定アンテナ出
力に対する移動アンテナ出力の比する比ｈ_V（ｘ，ｙ）
及びｈ_H（ｘ，ｙ）に対してホログラム再生演算を行い
Ｉ_V（ｘ，ｙ）、Ｉ_H（ｘ，ｙ）を得る。Ｉ（Ｘ′，Ｙ′）＝∬〔ｈ（ｘ，ｙ）×｛ｅｘｐ（−ｊ２πＲ／λ）｝／Ｒ〕ｄｘｄｙＲ＝√｛ｚ²＋（ｘ−ｘ′）²＋（ｙ−ｙ′）²｝このようにホログラム再生演算を行った結果のＩ
_v（ｘ，ｙ）とＩ_H（ｘ，ｙ）を（２）式、（３）式、
（４）式におけるｈ_V（ｘ，ｙ）、ｈ_H（ｘ，ｙ）の代
わりに用いてそれぞれ位相角差や合成入射角及び強度な
どを求める。

【００１６】また上述において、測定されたｈ_V（ｘ，
ｙ）、ｈ_H（ｘ，ｙ）や演算されたΔθ_H/V（ｘ，ｙ）
に雑音が多く含まれるような場合には、それぞれに対し
て二次元空間低域通過フィルタを演算処理により作用さ
せるとよい。つまりｆ（ｘ，ｙ）に対する二次元空間低
域通過フィルタ作用は次式で表される。Ｆ（ｘ，ｙ）＝∬ｆ｛（ｘ，ｙ）×ｓｉｎ（λ^-1×Ｒ）λ^-1・Ｒ｝ｄ_x，ｄ_y Ｒ＝（√｛（ｘ−ｘ′）²＋（ｙ−ｙ′）²｝）×２π λは光速を空間遮断周波数で割った値ここでΔθ_H/V（ｘ，ｙ）の各点における値を求め、そ
の測定観測面上における状態を見ると、電波源像がｚ＞
ｌでも得られることについて述べると、観測面で一点に
入射する電波の方向及び強さは複数の電波源から放射さ
れた電波のベクトル和である。従って電波源の間隔ｌに
対して観測面と電波源との距離ｚが大きくなればなるほ
ど合成電波の波面が滑らかに変化し、電波源の分離が難
しくなる。しかし観測面に対して電波源の方向が垂直に
なる位置、つまり電波源より観測面に対して垂線を降ろ
した位置ではこの両者間の距離ｚに関係なく合成電波の
入射角度が変曲し、即ちその角度の見る方向が逆とな
る。従って合成電波の入射角のアンテナ移動方向におけ
る二階微分Δθ_H/V（ｘ，ｙ）のピークは観測面から垂
直に見た電波源の位置を与えることになる。

【００１７】この関係を図２及び図３に電波源間距離を
３．３メートルとし、移動アンテナ２２，２３を観測面
１３に沿って１０メートル移動させた場合における受信
アンテナの出力の合成振幅を曲線４２として合成電波の
入射角を曲線４３でそのラプラシアンを曲線４４で示
す。図２Ａは電波源と観測面との間の距離ｚが１メート
ル、図２Ｂはｚが３メートル、図３Ａはｚが６メート
ル、図３Ｂはｚが１２メートルの場合である。これら曲
線からｚが電波源間隔ｌより小さければ図２Ａに示すよ
うに強度分布４２、入射角分布４３さらにそのラプラシ
アンの分布４４においてもそれぞれ電波源位置において
大きなピークとなり、その電波源像を容易に求めること
ができる。しかし図２Ｂに示すようにｚとｌとがほぼ近
くなると強度分布４２による電波源像を得ることは困難
であるが入射角分布４３及びそのラプラシアン分布４４
はまだ十分電波源像を得ることができる。図３Ａに示す
ようにｚが電波源間隔より倍程度大きくなると入射角の
分布４３によっても像を知ることは困難であるが、その
ラプラシアン分布４４においては明瞭なピークで電波源
を知ることができる。さらに図３Ｂに示すように電波源
間隔に対して距離ｚが相当大きくなっても入射角のラプ
ラシアン分布４４のそのピーク値は小さくなるが、その
ピークは明らかに検出され、電波源の位置を知ることが
できる。

【００１８】上述したように、ホログラムを再生しその
強度分布あるいは入射角のラプラシアン分布を求めても
これらが直接波により得られているのか、反射波により
得られているのかを分離することは困難である。これが
直接波か反射波によりその電波源が得られているかを知
るには（２）式で求めた位相角差の分布状態を求めれば
これにより区別することができる。

【００１９】発振器３０の発振周波数ｆ₀を変えてそれ
ぞれについて受動ホログラム像、つまり式（１）のｈ_V
（ｘ，ｙ）、ｈ_H（ｘ，ｙ）の分布状態をその二つの再
生像の位相差を求めることによって反射波の直接波に対
する遅れ時間を求めることができる。即ち周波数ｆ₁に
より求めたＩ_Vｆ₁（ｘ，ｙ）と周波数ｆ₂により求め
たＩ_Vｆ₂（ｘ，ｙ）との位相差を求め、また同様にＩ
_Hｆ₁（ｘ，ｙ）とＩ _Hｆ₂（ｘ，ｙ）の位相差を求め
る。このようにすることによって水平偏波成分における
反射と垂直偏波成分における反射の仕方が異なり、直接
波に対する反射波の遅れを知ることができる。

【００２０】上述において、離散的フーリエ変換器３
７，３８，３９の代わりに高速フーリエ変換器を用いて
もよい。さらに移動アンテナとしては垂直偏波成分、水
平偏波成分の２方向成分ではなく３方向成分をそれぞれ
各別に検出する３つのアンテナを用いてもよい。また一
つの電波源像を得る為に電波源に対する観測面の角度を
変えて２回測定して、電波像を立体的に得ることもでき
る。移動アンテナ２２，２３の出力を切り替えて一つの
スペクトル解析部に供給するようにしてもよい。

【００２１】請求項２の発明においては、固定アンテナ
２１を省略して移動アンテナ２２，２３の出力のフーリ
エ変換Ｓ_V（ｘ，ｙ），Ｓ_H（ｘ，ｙ）をそれぞれ
（２）式、（３）式、（４）式におけるｈ_V（ｘ，
ｙ），ｈ_H（ｘ，ｙ）の代わりに用いて上述したことを
実行するものである。次に測定データを示す。電波源間
隔ｌ＝１０ｃｍにおいて、測定周波数を２００ＭＨｚと
し、観測面積を２０ｃｍ×１８ｃｍにおいて、（４）式
で得た強度分布と入射角のラプラシアンとの状況を、ｚ
を５、１０、１５、２０、２５、３０、３５センチにそ
れぞれ変えたばあいについてその大きさの値の分布状態
を観測面状に対応して図４に示した。この場合において
も合成振幅から分離不可能であった二つの電波源が入射
角のラプラシアンによって二つ斜線領域に明確に分離で
きるが、特にｚが１より大においても斜線領域が二つあ
り、分離できることが分かる。また合成振幅と入射角の
ラプラシアンはともに距離ｚが大きくなるにつれて左側
にパターンが移動しているが、これは観測平面と電波面
平面の平衡ずれのためと考えられる。また入射角ラプラ
シアン像においても床、天井からの反射波イメージが確
認できることが分かる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べた様に、この発明によれば電波
源間隔１が電波波長λよりも大きく、また観測面の距離
ｚが電波波長λより大きい場合やこれらが波長よりも小
さくても電波源間隔１よりも観測面間距離ｚが大きい場
合のいずれの場合においても入射角のラプラシアンを求
めることによって電波像を得ることができる。さらに各
垂直偏波受信アンテナと水平偏波受信アンテナとの出力
位相角の差の分布を求めることによって直接波と反射波
とを区別することができる。また電波源出力が変動して
も請求項１の発明では固定アンテナ出力で移動アンテナ
出力を基準化しているため影響を受けず電波像が歪む恐
れはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すブロック図。

【図２】強度分布、入射角分布、そのラプラシアン分布
を示す図。

【図３】強度分布、入射角分布、そのラプラシアン分布
を示す図。

【図４】電波源から観測面までの距離を各種の状態とし
た場合に置ける強度の二次元像及びラプラシアンの二次
元像を示す図。

【図５】従来の電波像観測装置を示す図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観測平面近くにおかれた固定アンテナ
と、上記観測平面を移動可能な垂直偏波受信アンテナ及び水
平偏波受信アンテナと、上記固定アンテナの出力に対する上記垂直偏波受信アン
テナの出力比及び上記水平偏波受信アンテナの出力比を
取る手段と、これら両比に対し受動ホログラム像の再生演算を行う手
段と、を具備する電波源可視化装置。
【請求項２】観測平面を移動可能に設けられた垂直偏
波受信アンテナ及び水平偏波受信アンテナと、上記観測平面内における各同一位置において、上記両ア
ンテナよりの出力の振幅比のアークタンジェントを計算
して合成電波の入射角を演算する手段と、その入射角のラプラシアンを演算して上記観測面上にお
けるラプラシアン像を得る手段と、を具備する電波源可視化装置。
【請求項３】同一地点における上記垂直偏波受信アン
テナ出力の位相角と上記水平偏波受信アンテナの出力の
位相角との分布を上記観測平面について演算する手段を
具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載
の電波源可視化装置。
【請求項４】複素受動ホログラム再生像を周波数を変
えて二つ作り、その二つの像の位相差を求めその位相差
像を得る手段を具備することを特徴とする請求項１また
は２記載の電波源可視化装置。