JP5199822B2

JP5199822B2 - アンテナ検査装置

Info

Publication number: JP5199822B2
Application number: JP2008269548A
Authority: JP
Inventors: 清高熊木; 隆伸田端
Original assignee: Kojima Industries Corp
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2028-10-20
Also published as: JP2010096691A

Description

本発明は、アンテナ検査装置の構造に関する。

車両にはラジオ、電話、デジタルテレビ等多くの電波を送受信する機器が搭載されており、これらそれぞれに対応するアンテナが搭載されている。このようなアンテナの性能を測定、評価する方法としては、電波暗室にてアンテナの指向性利得を測定することが多く行われる（例えば、特許文献１参照）。しかし、電波暗室は概ね１０波長以上の測定スペースや、高価な電波吸収体を多数必要とするため、工場での製品の出荷検査などでは、電波暗室で特性を測定することは困難であった。そこで、簡易的な電波暗箱を用いて受信性能を測定したり、ネットワークアナライザ用いてアンテナの反射特性を測定したりすることで電波暗室での測定に比べて省スペース、短時間に出荷検査を行う場合が多い。

ネットワークアナライザは、アンプの性能を測定、評価する場合にも使用される。この場合、アンプとネットワークアナライザ間をコネクタや同軸ケーブルによって接続し、アンプの入出力特性を測定する。しかし、製品によっては、ネットワークアナライザに接続するコネクタや同軸ケーブルを持たない場合もあり、プローブピン等をアンプの回路基板に接触させてアンプの性能の測定を行う場合もある。更に、工場での出荷検査においては、アンプが消費する電流を測定することでアンプ内の増幅素子が正常に動作しているかどうか簡易的に確認することが出来るので、ネットワークアナライザを用いずに消費電流の測定によって出荷検査を行っている場合もある。

また、近年、携帯電話において、それぞれ同一の周波数で動作する複数のアンテナエレメントを一体的に形成したアンテナ装置が設けられる場合があり、各アンテナで受信したレベルの高い方の受信信号を選択的に用いたり、各アンテナの受信信号を合成して受信信号としたりする方法が用いられている。このような携帯電話は、複数のアンテナを含んでいるため、工場などで各アンテナの測定、評価を行おうとすると測定するアンテナの数が多くなり、その評価に時間を要することがあった。そこで、２つのアンテナエレメントで形成されたアンテナ装置の一方のアンテナに高周波を入力し、他方のアンテナに伝達される透過特性を測定し、この透過特性に基づいて各アンテナエレメントの評価を同時に行う方法が提案されている。この方法では、アンテナ装置は非導通性の固定部に取り付けられ、各アンテナエレメントは各アンテナエレメントに接続された同軸コネクタによってネットワークアナライザに接続され、ネットワークアナライザによって一方のアンテナから他方のアンテナへの高周波の伝達される割合を測定することによってアンテナエレメント間の透過特性を測定することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−１２８６７号公報特開２００６−１７６１１号公報

一方、車載用のアンテナは車両の外部に搭載されたアンテナエレメントで受信した信号をアンプで増幅してから車両内部のケーブルでラジオやデジタルテレビに接続する場合が多い。多くの場合、アンプは防水機能を有していないので、防水されている車室内側に設置され、アンテナとアンプとの間はケーブルで接続されている場合が多い。アンテナの受信特性をよくするためには、アンプとアンテナエレメントとを近くに配置することが望ましいが、車両には多くのアンテナエレメントとアンプとが搭載されているため、必ずしもアンプをアンテナの近くに配置することが出来ない場合があった。このため、近年、アンテナエレメントとアンプとを一体とし、アンプとアンテナエレメントとを一体の防水モールドでモールドしたアンプ一体型アンテナが用いられるようになって来ている。このようにアンプ一体型アンテナでは、特許文献２に記載された従来技術のように、ネットワークアナライザからアンテナエレメントに向かって高周波などの電気信号を入力しようとしても、アンプの逆方向伝達特性が非常に小さいため、アンテナエレメント間の透過特性を測定することが出来ないという問題があった。また、特許文献２に記載された従来技術では、アンテナの特性とアンプの特性とを通した通過特性を測定することが出来ないという問題があった。

この場合、特許文献１に記載されているような電波暗室や電波暗箱を用いてアンテナの特性を測定することは可能であるが、大きなスペースとコストが掛かってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、アンプ一体型アンテナにおいて、簡便な方法で通過特性の測定を行うことを目的とする。

本発明の検査装置は、アンテナエレメントと、アンテナエレメントに接続されるアンプとを含むアンプ一体型アンテナの通過特性を検査する検査装置であって、送信用アンテナエレメントを含む送信用アンテナと、誘電体の平板で、一方の面に送信用アンテナエレメントが密着して固定され、他方の面にアンテナエレメントが送信用アンテナエレメントと対向して密着される検査台と、送信用アンテナとアンプ一体型アンテナとに接続され、送信用アンテナへ出力する電気信号とアンプ一体型アンテナから入力された電気信号とを比較分析するアナライザと、を備えることを特徴とする。

本発明の検査装置において、アンテナエレメントと送信用アンテナエレメントとは略同一形状であり、アンテナエレメントは送信用アンテナエレメントとずれないように検査台に配置されること、としても好適である。

本発明は、アンプ一体型アンテナにおいて、簡便に通過特性の測定を行うことができるという効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の検査装置１０は、樹脂等の誘電体の平板である検査台１１と、検査台１１の下面に固定された送信用アンテナ３０とを含んでいる。検査台１１の上面には、検査対象となるアンプ一体型アンテナ２０の位置を規定するためのボス１３が設けられ、検査対象のアンプ一体型アンテナ２０の薄板状のアンテナエレメント２１は押さえ板１２によって検査台１１の上面に密着されるよう構成されている。また、検査台１１には地面から検査台１１を離隔するための脚１５が設けられている。送信用アンテナ３０とアンプ一体型アンテナ２０の各コネクタ２９，３９はそれぞれ図示しないネットワークアナライザに接続される。

検査対象のアンプ一体型アンテナ２０は、台形の金属薄板で、台形の長辺側の一端に給電点が設けられた２つの放射素子２２と、各放射素子２２に平行に設けられた薄い金属帯板状の共通の無給電素子２３と、各放射素子２２の各給電点が接続されている電気回路２６と、電気回路２６に作動用電力を供給する給電ケーブル２８と電気回路２６からの電気出力を出力する同軸ケーブル２７と同軸ケーブル２７が接続されるコネクタ２９とを含んでいる。２つの放射素子２２と共通の無給電素子２３とはダイポールアンテナを形成している。電気回路２６は、同軸ケーブル２７と放射素子２２との平衡−不平衡変換を行うためのバランと、放射素子２２の受信した電気信号を増幅して出力するアンプとを含んでいる。

送信用アンテナ３０は、アンプ一体型アンテナ２０と同一形状の２つの放射素子３２と無給電素子３３とを含んでいる。また、各放射素子３２と無給電素子３３との配置はアンプ一体型アンテナ２０と同一で、各放射素子３２と無給電素子３３とはアンプ一体型アンテナ２０と同様のダイポールアンテナを構成している。各放射素子３２の各一端はバラン３６に接続され、同軸ケーブル３７と各放射素子３２のインピーダンスの整合がとれるよう構成されている。

図２に示すように、アンプ一体型アンテナ２０の２つの放射素子２２と無給電素子２３とは防水フィルム２４でその表面が覆われ、一体のアンテナエレメント２１を構成している。また、電気回路２６はバランとアンプとが構成された基板を樹脂によって一体にモールディングしたものである。同軸ケーブル２７と給電ケーブル２８とはそれぞれ防水被覆を備えている。電気回路２６の外面をモールディングしている樹脂は、モールディングの際にアンテナエレメント２１の防水フィルムの表面と同軸ケーブル２７と給電ケーブル２８の防水被覆の上に覆いかぶさるようにモールドされるので、アンテナエレメント２１防水フィルム２４と電気回路２６の樹脂モールドと同軸ケーブル２７と給電ケーブル２８の各防水被覆とは隙間無く接続され、アンプ一体型アンテナ２０は、一体として防水構造となるよう構成されている。アンテナエレメント２１の防水フィルム２４のみの部分には、検査台１１に設けられたボス１３が貫通する孔２５が設けられている。

また、図２に示すように、送信用アンテナ３０の各放射素子３２と無給電素子３３とはアンプ一体型アンテナ２０のアンテナエレメント２１の防水フィルム２４と同様の防水フィルム３４によってその表面が覆われて、薄板状のアンテナエレメント３１が構成されている。

図２に示すように、送信用アンテナ３０の薄板状のアンテナエレメント３１は防水フィルム３４を介して検査台１１の下面に全面が密着するように固定されている。また、検査の際には、検査対象となるアンプ一体型アンテナ２０のアンテナエレメント２１の防水フィルム２４に設けられた孔２５は検査台１１のボス１３に嵌まり込み、検査台１１に固定された送信用アンテナ３０のアンテナエレメント３１と検査対象のアンプ一体型アンテナ２０のアンテナエレメント２１とを同一の位置にずれないように規定する。これにより、検査対象のアンプ一体型アンテナ２０が検査台に取り付けられた際には、各放射素子２２，３２と各無給電素子２３，３３とは互いに対向して完全に重なりあう。そして、アンプ一体型アンテナ２０のアンテナエレメント２１は押さえ板１２によって防水フィルム２４を介して検査台１１の上面に密着するよう押さえ込まれる。

図３に示すように、検査装置１０の検査台１１の上面に検査対象のアンプ一体型アンテナ２０が密着して取り付けられ、アンプ一体型アンテナ２０のコネクタ２９と送信用アンテナ３０のコネクタ３９との間にネットワークアナライザ５１を接続し、ネットワークアナライザ５１の高周波信号を送信用アンテナ３０のコネクタ３９に入力すると、その高周波信号はバラン３６を通ってアンテナエレメント３１に流れ、アンテナエレメント３１に高周波電流が流れる。アンテナエレメント３１に流れた高周波電流は誘電体である検査台１１を介してアンプ一体型アンテナ２０のアンテナエレメント２１に流れ、その高周波電流はバラン２６ａを通ってアンプ２６ｂで増幅され、コネクタ２９から高周波信号として出力される。アンプ一体型アンテナ２０出力された高周波信号はネットワークアナライザ５１に入力される。

このことから、図４に示すように、図３に示した検査装置１０の回路では各アンテナエレメント２１，３１は検査台１１を中間に挟んだ等価コンデンサ６１として扱うことができる。図５に示すように、等価コンデンサ６１では、アンテナエレメント２１，３１はそれぞれ等価コンデンサの各電極６２，６３とみなされ、検査台１１は各電極６２，６３の間に挟まっている誘電体６４とみなされる。等価コンデンサ６１の容量Ｃは、空気の誘電率をε₀、誘電体の比誘電率をε_r、各電極の面積をＳ、誘電体の厚さをｄとして、次の式で計算される。
Ｃ＝ε₀×ε_r×Ｓ／ｄ ------------- （式１）
検査台１１にアンプ一体型アンテナ２０を密着固定した状態では、各アンテナエレメント２１，３１の放射素子２２，３２，無給電素子２３，３３の相当面積が等価コンデンサ６１の各電極６２，６３の面積に相当し、検査台１１と各アンテナエレメント２１，３１を覆う各防水フィルム２４，３４の合成比誘電率が比誘電率ε_rに相当し、検査台１１の厚さと各防水フィルム２４，３４の合計厚さが誘電体の厚さｄに相当する。このことから、検査対象のアンプ一体型アンテナ２０を検査台１１に密着固定した場合の図４の回路に示す等価コンデンサ６１の容量Ｃはあらかじめ計算しておくことができる。

以上説明したように構成された検査装置１０に検査対象となるアンプ一体型アンテナ２０をセットしてアンプ一体型アンテナ２０の通過特性の検査について説明する。先に説明したように、アンプ一体型アンテナ２０が取り付けられた検査装置１０は図４に示すような回路となる。また、アンプ一体型アンテナ２０の給電ケーブル２８を通じてアンプ２６ｂに電源を供給し、アンプ２６ｂを動作状態としておく。この状態で、ネットワークアナライザ５１から高周波信号を送信用アンテナ３０のコネクタ３９に入力すると、高周波信号はバラン３６を通り、等価コンデンサ６１を通り、アンプ一体型アンテナ２０のバラン２６ａとアンプ２６ｂとを通り、アンプ一体型アンテナ２０のコネクタ２９から出力され、ネットワークアナライザ５１に戻ってくる。ネットワークアナライザ５１は、出力した高周波信号と入力された高周波信号とを比較分析してアンプ一体型アンテナ２０の通過特性の検査を行う。

この検査は例えば次のように行う。先にも述べたように、アンプ一体型アンテナ２０を検査装置１０にセットした状態では、等価コンデンサ６１の容量Ｃは既知となっている。また、アンプ２６ｂの増幅率も既知となっている。このことから、検査対象のアンプ一体型アンテナ２０からネットワークアナライザ５１への入力電力は、図６の線ａに示すように、等価コンデンサ６１の容量Ｃなどで決まる周波数ｆ₁にピークを持ち、アンプ２６ｂの増幅率によって決まる利得を持つものとして予測することができる。そこで、検査対象のアンプ一体型アンテナ２０からネットワークアナライザ５１に入力される電力の周波数と利得とが予測された線ａに対して所定の誤差範囲内にある場合には、アンテナエレメント２１，アンプ２６ｂ共に正常に動作しているものと判断することが出来る。そして、例えば、アンプ一体型アンテナ２０のアンテナエレメント２１に断線などの不具合が発生している場合には、アンテナエレメント２１の面積が変化するので等価コンデンサ６１の容量Ｃが変化し、図６の線ｂに示すように、ピーク周波数が周波数ｆ₁からずれた周波数ｆ₂となる。また、アンプ２６ｂに不具合があった場合には、図６の線ｃに示すように、利得が非常に小さなものとなる。このことから、入力電力の周波数のピークが所定の周波数ｆ₁からずれたり、利得が所定の利得よりも小さくなったりする場合には、アンテナエレメント２１、或いはアンプ２６ｂに不具合があるものとして判断することが出来る。つまり、アンプ一体型アンテナ２０の周波数特性とアンプ２６ｂの動特性を含む通過特性の測定を行うことができる。

以上述べたように本実施形態は、検査対象のアンプ一体型アンテナ２０と同一の形状の送信用アンテナ３０とを検査台１１の各面に密着して重ね合わせ、各アンテナ２０，３０の各コネクタ２９，３９をネットワークアナライザ５１に接続するという簡便な方法によって、アンプ一体型アンテナ２０の周波数特性とアンプ２６ｂの動特性を含む通過特性の測定を行うことができるという効果を奏する。また、本実施形態は、電波暗室などの大きな設備を必要としないことから、少ないスペースでアンプ一体型アンテナ２０の検査を行うことができるという効果を奏する。

本実施形態では、アンテナはダイポールアンテナとして説明したが、モノポールアンテナやループアンテナやマイクロストリップアンテナであってもよい。また、検査対象のアンプ一体型アンテナ２０を検査台１１に密着固定するための押さえ板１２は別体として説明したがヒンジなどによって開閉できるようにしてもよいし、検査対象のアンプ一体型アンテナ２０を位置決めするためのボス１３を検査台１１に設けることとして説明したが、検査対象のアンプ一体型アンテナ２０の位置決めが出来ればボスに限らず、検査対象のアンテナの外形に合わせた影絵を設け、位置決めを行うようにしてもよい。なお、外来からのノイズが検査に影響を及ぼすような場合には検査装置１０をシールドケースで覆うこととしてもよい。

本発明の実施形態における検査装置を示す斜視図である。本発明の実施形態における検査装置を示す断面図である。本発明の実施形態における検査装置を示す回路図である。本発明の実施形態における検査装置を示す等価回路図である。等価コンデンサを示す斜視図である。本発明の実施形態における検査装置の計測結果を示す説明図である。

符号の説明

１０検査装置、１１検査台、１２押さえ板、１３ボス、１５脚、２０アンプ一体型アンテナ、２１，３１アンテナエレメント、２２，３２放射素子、２３，３３無給電素子、２４，３４防水フィルム、２５孔、２６電気回路、２６ａ，３６バラン、２６ｂアンプ、２７，３７同軸ケーブル、２８給電ケーブル、２９，３９コネクタ、３０送信用アンテナ、５１ネットワークアナライザ、６１等価コンデンサ、６２，６３電極、６４誘電体。

Claims

アンテナエレメントと、アンテナエレメントに接続されるアンプとを含むアンプ一体型アンテナの通過特性を検査する検査装置であって、
送信用アンテナエレメントを含む送信用アンテナと、
誘電体の平板で、一方の面に送信用アンテナエレメントが密着して固定され、他方の面にアンテナエレメントが送信用アンテナエレメントと対向して密着される検査台と、
送信用アンテナとアンプ一体型アンテナとに接続され、送信用アンテナへ出力する電気信号とアンプ一体型アンテナから入力された電気信号とを比較分析するアナライザと、
を備えることを特徴とする検査装置。
請求項１に記載の検査装置であって、
アンテナエレメントと送信用アンテナエレメントとは略同一形状であり、アンテナエレメントは送信用アンテナエレメントとずれないように検査台に配置されること、
を特徴とする検査装置。