JP6684323B2 - 平面アンテナ装置、それを備えた無線端末測定装置、及び無線端末測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、平面アンテナ装置、それを備えた無線端末測定装置、及び無線端末測定方法に関する。

近年、マルチメディアの進展に伴い、セルラ、無線ＬＡＮ等の無線通信用のアンテナが実装された無線端末（スマートフォン等）が盛んに生産されるようになっている。今後は、特に、ミリ波帯の広帯域な信号を使用するＩＥＥＥ８０２．１１ａｄや５Ｇセルラ等に対応した無線信号を送受信する無線端末が求められている。

無線端末の製造工場においては、例えばＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）方式を採用した無線端末が備えている複数のアンテナに対して、通信規格ごとに定められた送信電波の出力レベルや受信感度の測定や、ビームフォーミング測定が行われ、それらの測定結果が所定の基準を満たすか否かを判定する性能試験が行われる。ここで、ビームフォーミングとは、複数のアンテナが送受する無線信号の振幅、位相を制御することによって、無線信号のビームの形状及び方向を変更できる技術である。

従来は、上記の性能試験を行う際には、被試験対象（Device Under Test：ＤＵＴ）としての無線端末を１台ずつシールドボックスや電波暗室内に入れて、ＤＵＴの制御端子やアンテナ端子を同軸ケーブルにより測定器に接続するという作業が行われていた。１日に何万台ものＤＵＴの検査が要求されうる現状においては、１台にかけられる検査時間は非常に限られており、短時間での効率的な測定が必要となっている。

しかしながら、測定器による測定時間を短縮することは、測定器に内蔵されるＣＰＵの高速化や並列化により可能であるが、ＤＵＴと測定器との同軸ケーブルによる接続時間については、同軸ケーブルがユーザによって物理的に接続されるものであるため、大幅に時間短縮することは難しい。

また、ＤＵＴのアンテナがＫ及びＫａバンド帯（１８ＧＨｚ〜４０ＧＨｚ）の無線信号を放射するものである場合には、ＤＵＴのアンテナ端子と測定器とを同軸ケーブルで接続する構成では、アンテナからの信号が同軸ケーブルで伝送される際の損失が大きく、精度の良い測定が行えないという問題があった。

そこで、ＤＵＴとの無線信号の送受によりＤＵＴの性能試験を実行し、ＤＵＴと測定器との同軸ケーブル接続を不要とする測定器が提案されている。このような測定器においては、ＤＵＴの偏波が分からない場合は、円偏波アンテナや直交２偏波が受信できる測定用アンテナが使用される。一方、ＤＵＴの偏波が直線偏波で既知である場合は、測定用アンテナも同様に直線偏波アンテナを用いることができる。また、測定設備は小型であることが望ましい。このため測定用アンテナとしては、ホーンアンテナのような立体的なアンテナでなく、プリント基板等で製作される平面アンテナの仕様が想定される。

測定用アンテナを用いてＤＵＴのアンテナと無線信号の送受を行う構成においては、測定用アンテナの放射面と、ＤＵＴのアンテナの放射面とが平行に配置される。しかしながら、平行に配置された２つのアンテナ間で逆位相の信号成分同士が打ち消し合うような多重反射が発生すると、２つのアンテナによる伝送特性Ｓ_２１の使用周波数付近に、理想的な平坦な特性と比較して数ｄＢ程度の凹み（振幅誤差）が現れる場合がある。

近年、スマートフォンなどの無線端末では、消費電力を抑えてバッテリの持ち時間を長くするために、内部の増幅器を非線形領域で高効率に動作させる制御が行われるようになってきている。このような増幅器の非線形性により入力信号に歪を与えるＤＵＴに対して、測定用アンテナとＤＵＴのアンテナとの伝送特性Ｓ_２１に振幅誤差がある状態で性能試験を行った場合、送受信特性測定やビームフォーミング測定の測定精度が著しく悪化してしまう。

このため、ＤＵＴのアンテナと測定用アンテナの間で発生する多重反射を低減する必要があり、例えば特許文献１のような方法が提案されている。

特開２０１６−２０１６０８号公報

特許文献１に示されたように、アンテナの表面全てを電波吸収体で覆うことで、反射波の強度を低下させ、多重反射を低減することが可能である。しかしながら、アンテナ素子の上部に電波吸収体が存在するため、本来の放射したい電波自体も電波吸収体に吸収されてしまうという問題がある。このようなアンテナを用いてＤＵＴを測定する場合、測定の感度が低下し、スプリアス測定のような高ダイナミックレンジが必要な測定が困難になる可能性がある。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、無線端末のアンテナとの間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を抑制することができる平面アンテナ装置、それを備えた無線端末測定装置、及び無線端末測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る平面アンテナ装置は、誘電体基板を含むアンテナ基板と、前記アンテナ基板の第１の面に形成されたアンテナ素子とを有する平面アンテナと、前記アンテナ基板の第１の面において前記アンテナ素子の所望の放射方向以外を取り囲む電波吸収体と、を備え、前記アンテナ基板の第１の面に近接して対向する無線端末のアンテナと前記平面アンテナとが空間的に結合され、前記平面アンテナと前記アンテナが放射遠方界領域ではない近距離で向かい合わせに設置され、前記アンテナ素子と前記電波吸収体は前記アンテナ基板の第１の面に配置されている構成である。

この構成により、本発明に係る平面アンテナ装置は、無線端末のアンテナとの間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を抑制することができる。

また、本発明に係る平面アンテナ装置においては、前記平面アンテナは、所定の偏波の回転方向を有する円偏波型の前記アンテナ素子と、前記誘電体基板の第１の面の反対面である第２の面側に重合される地板導体と、それぞれの一端側が前記地板導体に接続され、前記誘電体基板をその厚さ方向に沿って貫通し、かつそれぞれの他端側が前記誘電体基板の第１の面まで延びて、前記アンテナ素子を囲むように所定間隔で設けられることにより、キャビティを構成する複数の金属ポストと、前記誘電体基板の第１の面側に、前記複数の金属ポストの各他端側をその並び方向に沿って短絡し、かつ前記アンテナ素子方向に所定幅を有するリムが設けられている枠状導体と、を具備し、前記キャビティ及び前記枠状導体とで共振器を構成し、前記共振器と前記アンテナ素子との構造パラメータを調整して、前記共振器の共振周波数を所望の値に設定し、前記構造パラメータは、前記キャビティの内寸Ｌｗ、前記枠状導体の前記リム幅Ｌ_Ｒ、前記アンテナ素子の巻数、前記アンテナ素子の基本長ａ０、前記アンテナ素子の素子幅Ｗの少なくとも一つを含み、かつ、前記枠状導体の前記リム幅Ｌ_Ｒは、前記誘電体基板の表面に沿って伝播する表面波の波長の略１／４の幅であってもよい。

この構成により、本発明に係る平面アンテナ装置は、表面波の発生を抑制でき、アンテナの放射特性を所望の特性にすることができる。

また、本発明に係る平面アンテナ装置においては、前記アンテナ素子は、スパイラルの中心側端部を有する方形スパイラル型又は円形スパイラル型に形成され、前記方形スパイラル型又は円形スパイラル型に形成された前記アンテナ素子の前記スパイラルの中心側端部に一端側が接続されて前記誘電体基板及び前記地板導体を貫通して設けられる給電ピンを更に具備する構成であってもよい。

また、本発明に係る無線端末測定装置は、上記のいずれかに記載の複数の平面アンテナ装置と、ビーム方向を制御可能な前記無線端末の前記アンテナから送信される被測定信号のビームの方向を制御するビーム方向制御部と、前記ビーム方向制御部により制御された前記被測定信号を前記複数の平面アンテナ装置により受信する信号受信部と、前記信号受信部により受信された前記被測定信号に対して解析処理を行う解析処理部と、を備え、前記解析処理部は、各前記平面アンテナ装置により前記信号受信部で受信された前記被測定信号の電力を測定する電力測定部と、前記電力測定部により測定された前記電力に基づいて、前記アンテナから送信された前記被測定信号のビームの方向を推定するビーム方向推定部と、前記ビーム方向推定部により推定された前記被測定信号のビームの方向が、前記ビーム方向制御部により制御された前記ビームの方向に一致しているか否かを判定するビーム方向判定部と、を含む構成である。

この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、無線端末と複数の平面アンテナ装置との位置関係を固定した状態で、無線端末に対するビームフォーミング測定を含む測定を行うことができる。

また、この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、無線端末のアンテナと平面アンテナ装置との間における被測定信号の多重反射を低減することができる。すなわち、本発明に係る無線端末測定装置は、無線端末のアンテナと平面アンテナ装置との間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を抑制して、測定感度を低下させることなく無線端末に対する測定を行うことができる。

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、前記無線端末において前記アンテナが設置された一面と、各前記平面アンテナの前記アンテナ基板の第１の面が平行でない構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、平面アンテナと無線端末のアンテナとの間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を更に抑制することができる。

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、各前記平面アンテナの前記アンテナ基板の第１の面の法線と、各前記平面アンテナの放射面の法線が平行であり、各前記平面アンテナの放射方向は各前記平面アンテナの放射面の法線方向であってもよい。

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、誘電体基板を含むアンテナ基板と、前記アンテナ基板の第１の面に形成されたアンテナ素子とを有する平面アンテナと、前記アンテナ基板の第１の面において前記アンテナ素子の所望の放射方向以外を取り囲む電波吸収体と、を備え、前記アンテナ基板の第１の面に近接して対向する無線端末のアンテナと前記平面アンテナとが空間的に結合される複数の平面アンテナ装置と、ビーム方向を制御可能な前記無線端末の前記アンテナから送信される被測定信号のビームの方向を制御するビーム方向制御部と、前記ビーム方向制御部により制御された前記被測定信号を前記複数の平面アンテナ装置により受信する信号受信部と、前記信号受信部により受信された前記被測定信号に対して解析処理を行う解析処理部と、を備え、前記解析処理部は、各前記平面アンテナ装置により前記信号受信部で受信された前記被測定信号の電力を測定する電力測定部と、前記電力測定部により測定された前記電力に基づいて、前記アンテナから送信された前記被測定信号のビームの方向を推定するビーム方向推定部と、前記ビーム方向推定部により推定された前記被測定信号のビームの方向が、前記ビーム方向制御部により制御された前記ビームの方向に一致しているか否かを判定するビーム方向判定部と、を含む無線端末測定装置であって、前記無線端末はさらに他面側に設置されたもう一つのアンテナを含む複数のアンテナを有し、前記複数の平面アンテナは、前記無線端末の一面に対向する位置に配置されて、前記無線端末の一面側に設置された前記アンテナに空間的に結合される第１円偏波アンテナと、前記無線端末の他面に対向する位置に配置されて、前記無線端末の他面側に設置された前記アンテナに空間的に結合される第２円偏波アンテナと、を含み、前記第１円偏波アンテナと前記第２円偏波アンテナとで前記所定の偏波の回転方向が異なる構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、無線端末を挟んで対向する互いに偏波の回転方向が異なる円偏波アンテナ間にシールド材などの信号を遮断する物体を設置することなく、対向する円偏波アンテナ間のアイソレーション性能を保つことができる。

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、前記無線端末の他面と、前記第２円偏波アンテナの前記アンテナ基板の第１の面が平行でない構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る無線端末測定装置は、第２円偏波アンテナと無線端末のアンテナとの間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を更に抑制することができる。

また、本発明に係る無線端末測定装置においては、前記アンテナの放射面の法線と、前記アンテナが設置された前記無線端末の一面又は他面の法線が平行であり、前記アンテナの放射方向は前記アンテナの放射面の法線方向であってもよい。

また、本発明に係る無線端末測定方法は、上記のいずれかの無線端末測定装置を用いる無線端末測定方法であって、ビーム方向を制御可能な前記無線端末の前記アンテナから送信される被測定信号のビームの方向を制御するビーム方向制御ステップと、前記ビーム方向制御ステップにより制御された前記被測定信号を前記複数の平面アンテナ装置により受信する信号受信ステップと、前記信号受信ステップにより受信された前記被測定信号に対して解析処理を行う解析処理ステップと、を含み、前記解析処理ステップは、各前記平面アンテナ装置により前記信号受信ステップで受信された前記被測定信号の電力を測定する電力測定ステップと、前記電力測定ステップにより測定された前記電力に基づいて、前記アンテナから送信された前記被測定信号のビームの方向を推定するビーム方向推定ステップと、前記ビーム方向推定ステップにより推定された前記被測定信号のビームの方向が、前記ビーム方向制御ステップにより制御された前記ビームの方向に一致しているか否かを判定するビーム方向判定ステップと、を含む構成である。

この構成により、本発明に係る無線端末測定方法は、無線端末と複数の平面アンテナ装置との位置関係を固定した状態で、無線端末に対するビームフォーミング測定を含む測定を行うことができる。

また、この構成により、本発明に係る無線端末測定方法は、無線端末のアンテナと平面アンテナ装置との間における被測定信号の多重反射を低減することができる。すなわち、本発明に係る無線端末測定装置は、無線端末のアンテナと平面アンテナ装置との間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を抑制して、無線端末に対する測定を行うことができる。

本発明は、無線端末のアンテナとの間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を抑制することができる平面アンテナ装置、それを備えた無線端末測定装置、及び無線端末測定方法を提供するものである。

本発明の実施形態に係る無線端末測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置とＤＵＴとの位置関係の一例を示す断面図（Ｅ面断面図）である。 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置に向かってＤＵＴのアンテナから電磁波が放射される様子を示す断面図（Ｅ面断面図）である。 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置で拡散反射された電磁波がＤＵＴに入射する様子を示す断面図（Ｅ面断面図）である。 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置の平面アンテナにＤＵＴで拡散反射された電磁波が入射する様子を示す断面図（Ｅ面断面図）である。 本発明の実施形態に係る無線端末測定装置が備える円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の実施形態における円偏波アンテナのＬＨＣＰの構成を示す正面図であり、（ｂ）は本発明の実施形態における円偏波アンテナのＲＨＣＰの構成の正面図である。 本発明の実施形態における円偏波アンテナの構成を示す背面図である。 （ａ）は図８（ａ）の４Ａ−４Ａ拡大断面図であり、（ｂ）は図８（ａ）の変形例における４Ｂ−４Ｂ線拡大断面図である。 図８（ａ）の５−５線拡大断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態における円偏波アンテナの要部の構成を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態における円偏波アンテナの要部の変形例の構成を示す拡大正面図である。 本発明の実施形態における円偏波アンテナの要部の他の変形例の構成を示す拡大正面図である。 本発明の実施形態における円偏波アンテナの要部の構成を除いたときの特性図である。 本発明の実施形態における円偏波アンテナの要部の構成を用いたときの特性図である。 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置とＤＵＴとのＳ_２１を測定するための実験系の構成を真上から見た断面図である。 本発明の実施形態に係る平面アンテナ装置とＤＵＴとのＳ_２１の測定結果を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る無線端末測定装置が備えるシールドボックスの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る無線端末測定装置が備えるシールドボックスの内部構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る無線端末測定装置が備えるアンテナ保持部の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る無線端末測定装置が備えるアンテナ保持部の移動を説明するための平面図である。 本発明の実施形態における円偏波アンテナとＤＵＴのアンテナとの位置関係の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る無線端末測定装置による無線端末測定方法の処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明に係る無線端末測定装置及び無線端末測定方法の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。

図１に示すように、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、ビーム方向を制御可能なアンテナ１１０を少なくとも１つ有するＤＵＴ１００に対して、送受信特性の測定やビームフォーミング測定などを行うものである。例えば、無線端末測定装置１は、複数の平面アンテナ装置１０が収容されたシールドボックス５０と、測定部５１と、表示部５２と、操作部５３と、を備えている。アンテナ１１０は、ビーム方向が制御可能であるフェイズドアレーアンテナを構成している。

ＤＵＴ１００は、例えば５Ｇ対応のミリ波通信を行うことができるスマートフォンなどの無線端末である。

アンテナ１１０は、垂直偏波や水平偏波などの直線偏波の電波を放射するようになっている。また、アンテナ１１０は、直線偏波の偏波方向を時間的に切り替えることが可能な構成であってもよい。

平面アンテナ装置１０は、図２及び図３に示すように、平面アンテナ１１と、電波吸収体１２と、を備える。平面アンテナ１１は、例えば、パッチアンテナや後述する円偏波アンテナであり、誘電体基板を含むアンテナ基板１３と、アンテナ基板１３の一面１３ａに形成されたアンテナ素子１４と、を有する。電波吸収体１２は、アンテナ基板１３の一面１３ａにおいてアンテナ素子１４の所望の放射方向以外を取り囲むように配置される。図３の符号１１３を付した領域は、アンテナ素子１４の所望の放射方向の範囲の一例を示している。

ＤＵＴ１００のＤＵＴ基板１１１の一面１１１ａには、複数のアンテナ素子１１２からなるアンテナ１１０が設置されている。ＤＵＴ基板１１１の一面１１１ａと平面アンテナ１１のアンテナ基板１３の一面１３ａとが近接して対向することにより、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０と平面アンテナ１１とが空間的に結合されるようになっている。

電波吸収体１２は、例えば、アンテナ素子１４を四方から囲む４つの壁部１５により構成される。各壁部１５の高さは、平面アンテナ１１の実効面積の領域から、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０の実効面積の領域に向かう任意の直線を遮らない高さである必要がある。なお、上記の所望の放射方向は、例えば、この任意の直線の方向に相当する。

ＤＵＴ１００のアンテナ１１０から放射される電磁界の領域のうち、アンテナ１１０に近接する領域は、放射に寄与しない電磁界成分が主となるリアクティブ近傍界領域と呼ばれ、アンテナ１１０の放射面からの距離によって指向性の変化がない領域は放射遠方界領域と呼ばれる。また、リアクティブ近傍界領域と放射遠方界領域の間の領域は放射近傍界領域と呼ばれる、距離に応じて指向性が変化する領域である。

放射近傍界領域は、アンテナ１１０の開口長Ｄに対し、アンテナ１１０の放射面から下記の式（１）を満たす距離Ｒ離れた位置として規定される。ここで、λは自由空間波長である。

以下、平面アンテナ装置１０とＤＵＴ１００との間で多重反射が抑制できる原理について説明する。ここでは、平面アンテナ１１とアンテナ１１０が放射遠方界領域ではない近距離で向かい合わせに設置されていることを想定する。

電波吸収体１２が平面アンテナ１１に取り付けられていない場合、アンテナ１１０から放射された電磁波は、図４（ａ）に矢印で示すように、全方向に拡散しながら平面アンテナ１１に入射する。このうち、平面アンテナ１１の実効面積の領域に入射した電磁波は、平面アンテナ１１によって受信される。それ以外の電磁波はアンテナ基板１３等により拡散反射される。なお、図４（ａ）では、アンテナ１１０を構成する複数のアンテナ素子１４のうちの１つから放射される電磁波の放射方向のみを示している。

平面アンテナ１１で受信されずに反射された電磁波は、図５（ａ）に矢印で示すように、平面アンテナ１１のアンテナ基板１３等で拡散反射されてＤＵＴ１００に入射する。このうち、アンテナ１１０の実効面積の領域に入射した電磁波は、アンテナ１１０によって受信される。それ以外の電磁波はＤＵＴ１００のＤＵＴ基板１１１等により拡散反射される。なお、図５（ａ）では、図４（ａ）においてアンテナ１１０から放射された電磁波のうちの一部に関する反射波のみを図示している。

さらに、アンテナ１１０で受信されずに反射された電磁波の一部は、図６（ａ）に矢印で示すように、再び平面アンテナ１１に入射して受信される。つまり、図４（ａ）、図５（ａ）、及び図６（ａ）に示したように、平面アンテナ装置１０とＤＵＴ１００との間で電磁波の反射が複数回繰り返されることになる。このとき、平面アンテナ１１は、最初にアンテナ１１０から直接放射された電磁波と、平面アンテナ１１とＤＵＴ１００の間で反射されて２回目以降に受信される電磁波との合成波を受信することになる。

最初に平面アンテナ１１に受信されて得られる信号と、２回目以降に平面アンテナ１１に受信されて得られる信号の位相関係は、平面アンテナ１１とＤＵＴ１００の設置距離によって定まるため、この設置距離が変化した場合、平面アンテナ１１とアンテナ１１０との伝送特性Ｓ_２１は波打つこととなる。

一方、図２に示したように、電波吸収体１２が平面アンテナ１１に取り付けられている場合、アンテナ１１０から放射された電磁波が平面アンテナ１１に入射するところまではほぼ同様であるが（図４（ｂ））、平面アンテナ１１で拡散反射された電磁波のほとんどが電波吸収体１２により吸収され強度が低下する（図５（ｂ））。なお、図４（ｂ）及び図５（ｂ）の矢印における破線部分は、電波吸収体１２により妨げられて強度が低下した電磁波を表している。

さらに、ＤＵＴ１００で拡散反射された電磁波は、平面アンテナ１１に入射する途中でも電波吸収体１２によって吸収されるため、更に強度が低下する（図６（ｂ））。このように、平面アンテナ１１で２回目以降に受信される電磁波が電波吸収体１２により大きく低下するため、平面アンテナ１１に受信されて得られる信号は最初に受信された信号が主となる。このため、平面アンテナ１１とＤＵＴ１００の設置距離を変化させた場合の伝送特性Ｓ_２１の波打ちを低減することができる。

以下、平面アンテナ１１の一例として円偏波アンテナの構成について説明する。図７から図１１は、円偏波アンテナの基本構造を示している。

すなわち、図７は、円偏波アンテナ２０の構成を説明するために示す斜視図である。また、図８（ａ），（ｂ）は、円偏波アンテナ２０の構成を説明するために示す正面図である。また、図９は、円偏波アンテナ２０の構成を説明するために示す背面図である。また、図１０（ａ）は、図８（ａ）の４Ａ−４Ａ線拡大断面図である。また、図１０（ｂ）は、図８（ａ）の変形例における４Ｂ−４Ｂ線拡大断面図である。また、図１１は、図８（ａ）の５−５線拡大断面図である。

本実施形態における円偏波アンテナ２０は、基本的には、図７から図１１に示すように、誘電体基板２１と、誘電体基板２１の一面２１ａ側に重合される地板導体２２と、誘電体基板２１の反対面２１ｂに形成され、所定の偏波の回転方向を有する円偏波型のアンテナ素子２３と、を有している。アンテナ素子２３は、既に述べたアンテナ素子１４の一例である。また、既に述べたアンテナ基板１３は、アンテナ素子２３を除く円偏波アンテナ２０の全ての構成を含むものとする。また、アンテナ基板１３の一面１３ａは、誘電体基板２１の反対面２１ｂに相当する。なお、反対面２１ｂを第１の面とも称し、一面２１ａを第２の面とも称する。

さらに、地板導体２２を挟んだ誘電体基板２１の反対側には、アンテナ素子２３に励振信号を給電するための給電部２６が形成されている。給電部２６は、給電用誘電体基板２７と、給電用誘電体基板２７の地板導体２２と反対側の表面に形成され、地板導体２２をアースとするマイクロストリップ線路の給電ライン２８と、を有する。

上記の誘電体基板２１及び給電用誘電体基板２７としては、準ミリ波帯で低損失のＲＯ４００３（Ｒｏｇｅｒｓ社）などの材料を用いることができる。

この誘電体基板２１及び給電用誘電体基板２７の材質としては、低損失で誘電率が２〜５程度の材料であれば使用可能であり、例えば、ガラスクロステフロン基板や各種熱硬化樹脂基板が候補となる。例えば、図１０（ａ）に示す構成では、誘電体基板２１及び給電用誘電体基板２７の誘電率をいずれも３．６２とし、誘電体基板２１の高さｈ_１を１．１ｍｍ、給電用誘電体基板２７の高さｈ_２を０．３ｍｍなどとすることができる。

アンテナ素子２３は、誘電体基板２１の反対面２１ｂ側に、例えば、パターン印刷技術によって形成された右巻き矩形スパイラル（図８（ａ）参照）又は左巻き矩形スパイラル（図８（ｂ）参照）の不平衡型のアンテナである。

また、円偏波アンテナ２０は、アンテナ素子２３のスパイラル中心側の側端部（給電点）に一端が接続され、誘電体基板２１をその厚さ方向に貫通して地板導体２２の穴２２ａを非導通に通過し、更に給電部２６を構成する給電用誘電体基板２７を貫通してその表面に他端側を突出させる給電ピン（ｆｅｅｄ ｐｉｎ）２５を有している。

なお、給電部２６は、上記のマイクロストリップ線路の構成に限定されず、不平衡型の給電線、例えば、同軸ケーブルや、地板導体２２をアースとするコプレーナ線路あるいはマイクロストリップ線路等により給電ピン２５の他端側から給電される構成であればよい。図８（ａ）に示した構成の円偏波アンテナ２０は、給電ピン２５から給電されることにより、アンテナ素子２３から主偏波の回転方向が左回りの円偏波（ｌｅｆｔ ｈａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＬＨＣＰ）の電波を放射することができる。一方、図８（ｂ）に示した構成の円偏波アンテナ２０は、給電ピン２５から給電されることにより、アンテナ素子２３から主偏波の回転方向が右回りの円偏波（ｒｉｇｈｔ ｈａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＲＨＣＰ）の電波を放射することができる。なお、図９以降の図面では、特に断りのない限り主偏波がＬＨＣＰの構成のみを示す。

ただし、これだけの構造のみによる円偏波アンテナでは、誘電体基板２１の表面に沿った表面波が励振されるため、その表面波の影響によって円偏波アンテナとして所望の特性が得られない。

そこで、本実施形態の円偏波アンテナ２０では、誘電体基板２１の表面に沿った表面波の励振を抑制するための構造として、上記構造に加えて、図１０（ａ）、図１１に示しているように、複数の金属ポスト３０によって構成されるキャビティ構造を採用している。

具体的には、例えば円柱状の複数の金属ポスト３０は、それぞれの一端側が地板導体２２に接続され、誘電体基板２１をその厚さ方向に沿って貫通し、かつそれぞれの他端側が誘電体基板２１の反対面２１ｂまで延びて、アンテナ素子２３を囲むように所定間隔で設けられることにより、キャビティを構成する。

さらに、本実施形態の円偏波アンテナ２０は、上記キャビティ構造に加えて、誘電体基板２１の反対面２１ｂ側に、複数の金属ポスト３０の各他端側をその並び方向に沿って順次短絡し、かつ各金属ポスト３０との接続位置からアンテナ素子２３方向に所定距離延びて設けられる枠状導体３２を備えている。

そして、本実施形態の円偏波アンテナ２０では、このキャビティ構造と、枠状導体３２との相乗効果によって、表面波を抑圧することができるようにしている。つまり、本実施形態の円偏波アンテナ２０は、上記のキャビティ構造と枠状導体３２とを備えることにより、従来の一般的な平面アンテナと比較して、アンテナ側面からの電波の漏れを大幅に抑制することができる。

なお、複数の金属ポスト３０は、図１０（ｂ）に示すように、誘電体基板２１を貫通する複数の穴３０１を形成し、この複数の穴３０１の内壁にメッキ加工（スルーホールメッキ）することによって複数の中空状の金属ポスト３０′として実現することもできる。

この場合、スルーホールメッキによる複数の中空状の金属ポスト３０′の下端部は、誘電体基板２１の一面２１ａ側にパターン印刷技術によって形成されるランド３０２を介して地板導体２２に接続されるようになされている。

以下、上記のキャビティ構造と枠状導体３２とによる表面波抑圧の効果を説明するために、各部の構造パラメータと、当該構造パラメータを変えて得られた円偏波アンテナ２０の特性についてのシミュレーション結果について説明する。

まず、各部の構造パラメータとなり得る要素について説明する。

この円偏波アンテナ２０の使用周波数はＫ及びＫａバンド帯の１８〜４０ＧＨｚであり、アンテナ素子２３の方形スパイラルは、基本長をａ０とし、該ａ０並びにその任意倍数の長さの線路を９０度の角度ごとに配置して構成する。

このような方形スパイラルの典型的な例を図１２（ａ）に示す。すなわち、この例では、素子幅Ｗを０．２５ｍｍ、基本長ａ０を０．４５ｍｍとし、以下、９０度の角度ごとに２ａ０、２ａ０、３ａ０、３ａ０、４ａ０、４ａ０の線路長とし、最終線路長を３ａ０とし、全体で９巻き（ｎｉｎｅ−ｔｕｒｎ ｓｐｉｒａｌ）の方形スパイラルとしている。

また、図１２（ｂ）に示す方形スパイラルは、図１２（ａ）における基本長ａ０よりも長くした基本長ａ０′とし、巻数を減らした場合である。

この例では、素子幅Ｗを０．２５ｍｍ、基本長ａ０′を０．７ｍｍとし、以下、９０度の角度ごとに２ａ０′、２ａ０′、３ａ０′、３ａ０′、４ａ０′の線路長とし、最終線路長を約１．５ａ０′とし、全体で８巻き（ｅｉｇｈｔ−ｔｕｒｎ ｓｐｉｒａｌ）の方形スパイラルとしている。

この場合、最終線路長は、円偏波の軸比（ａｘｉａｌ ｒａｔｉｏ）や反射特性を最適化するように約１．５ａ０′に選んである。

なお、以下の説明及び実施形態では、円偏波アンテナ２０に採用すべきアンテナ素子２３として方形スパイラルの例を示している。

しかるに、図１３に示すように、円偏波アンテナ２０に採用すべきアンテナ素子２３としては、方形スパイラルに代えて、円形スパイラルのアンテナ素子２３を用いることもできる。

この図１３に示す円形スパイラルのアンテナ素子２３は、例えば、基準点からの半径初期値ＳＲ＝０．２ｍｍ、素子幅Ｗ＝０．３５ｍｍ、スパイラル間隔ｄ＝０．２ｍｍ、巻き数２．１２５の円形スパイラルによるアンテナ素子２３の場合であり、このような円形スパイラルによるアンテナ素子２３を円偏波アンテナ２０に用いた場合でも、上述した方形スパイラルのアンテナ素子２３を用いた場合とほぼ同等の結果が得られている。

また、誘電体基板２１の外形はアンテナ素子２３のスパイラル中心を中心とする正方形で、図８（ａ），（ｂ）に示すように、その一辺の長さをＬ（以下、外形長と記す）とし、キャビティの外形もこれと同心の正方形としている。

また、キャビティは、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、その内寸をＬｗとしている。さらに、枠状導体３２には、キャビティ内壁から内側へ延びる所定幅（以下、リム幅と記す）Ｌ_Ｒを有するリムが設けられている。

また、キャビティを形成する複数の金属ポスト３０の直径は、それぞれ、０．３ｍｍであり、各金属ポスト３０の間隔は０．９ｍｍである。

図１４は、複数の金属ポスト３０によるキャビティ及び枠状導体３２を設けない場合における垂直面（図７、図８でｙｚ面）の放射特性についてのシミュレーション結果を示している。

図１４において、Ｆ１、Ｆ１′は、外形長Ｌ＝１８ｍｍのときの主偏波（左回り円偏波：ＬＨＣＰ）と交差偏波（右回り円偏波：ＲＨＣＰ）の特性であり、Ｆ２、Ｆ２′は、外形長Ｌ＝２４ｍｍのときの主偏波と交差偏波の特性である。

ここで、円偏波アンテナとして要求される放射特性は、主偏波については０°方向を中心として対称でブロードな単峰特性であり、交差偏波（完全な円偏波であればゼロである）については、広い角度範囲において主偏波より十分低い放射強度となる必要がある。

これに対し、図１４の主偏波の特性Ｆ１、Ｆ２は、共に非対称で利得に大きな暴れがあり、また、交差偏波についてみれば、−６０°、−４０°の近傍で主偏波と同等又はそれに近い放射レベルになっていることが分かる。

このような放射特性の乱れは、前記した表面波の影響によって発生している。

図１５は、複数の金属ポスト３０によって内寸Ｌｗ＝９ｍｍのキャビティを設け、更にリム幅Ｌ_Ｒ＝１．２ｍｍの枠状導体３２を設けたときの、外形長Ｌ＝１８ｍｍ及びＬ＝２４ｍｍにした場合の主偏波の特性Ｆ３、Ｆ４と交差偏波の特性Ｆ３′、Ｆ４′についてのシミュレーション結果を示している。

この図１５から明らかなように、主偏波の特性Ｆ３、Ｆ４は、０°方向を中心として対称でブロードな単峰特性となり、交差偏波の特性Ｆ３′、Ｆ４′についても、広い角度範囲において主偏波Ｆ３、Ｆ４より十分低い放射強度で緩慢な変化となっており、前記した円偏波アンテナとして要求される所望の特性が得られていることが分かる。

また、各部の構造パラメータを変えて行った前記と同様の幾つかの各種の放射特性についてのシミュレーションの結果、枠状導体３２が無い場合の放射特性は、誘電体基板２１の外形長Ｌとキャビティ内寸Ｌｗに対する依存性を示し、概略的な傾向を言えば、外形長Ｌが大きい（Ｌ＝２４，１８ｍｍ）場合、キャビティ内寸Ｌｗが３〜１０ｍｍまで大きくなるにつれて主偏波特性は３峰形から単峰形に近づくことが判明している。

また、誘電体基板２１の外形長Ｌが比較的小さい（Ｌ＝１２ｍｍ）場合、キャビティ内寸Ｌｗが３〜１０ｍｍまで間で大きくなるにつれて主偏波特性は双峰形から単峰形に近づくことが判明している。

しかし、いずれの場合でも、交差偏波の暴れが大きく使用角度範囲内いずれかにおいて主偏波成分との差が小さくなり、偏波選択性が低く、上記図１５のような所望の特性には至らないことが判明している。

なお、リム幅Ｌ_Ｒの１．２ｍｍは、誘電体基板２１の表面に沿って伝播する表面波の波長のほぼ１／４に相当している。つまり、このリム幅Ｌ_Ｒ＝１．２ｍｍの部分は、その先端側からポスト壁側を見たとき、表面波に対してインピーダンスが無限大となるλｇ／４（λｇは管内波長）の長さの伝送路を形成する。

したがって、誘電体基板２１の表面に沿った電流が流れないことになり、この電流阻止作用によって表面波の励振が抑圧され、放射特性の暴れを防いでいることになる。

よって、円偏波アンテナ２０を上記した以外の他の周波数帯に適用する場合には、その周波数に応じてリム幅Ｌ_Ｒを変更設定すればよい。

ところで、本実施形態の円偏波アンテナ２０は、誘電体基板２１に、複数の金属ポスト３０によるキャビティと枠状導体３２を設けることによって共振器を構成し、この共振器をアンテナ素子２３で励振していると考えることができる。

本実施形態の円偏波アンテナ２０は、共振器を構成しているので、共振周波数が存在し、その共振周波数では円偏波アンテナ２０の入力インピーダンスが非常に大きくなり、放射をしなくなる。

この場合、共振器の共振周波数は、共振器と円偏波のアンテナ素子２３との構造パラメータで決まる。

この構造パラメータは、前述したように、キャビティの内寸Ｌｗ、リム幅Ｌ_Ｒのほか、アンテナ素子２３の巻数、アンテナ素子２３の基本長ａ０、アンテナ素子２３の素子幅Ｗなどである。

したがって、アンテナ利得の周波数特性は、前記共振周波数付近で急激に深い落ち込み（ノッチ）が生じることになる。この共振周波数は、上記の構造パラメータを調整することにより、所望の値に設定することが可能である。

以下、本実施形態の平面アンテナ装置１０による多重反射の抑制について、図１６に示す実験系を用いて実験を行った結果を説明する。なお、図１６は実験系を真上から見た断面図である。ここでは、ＤＵＴとして４×４パッチアンテナアレー１００'を用い、４×４パッチアンテナアレー１００'をテフロン（登録商標）製の固定治具１０１に取り付けて固定した。この４×４パッチアンテナアレー１００'は、１６個のアンテナ素子１１２の各素子の給電を独立に入り切りすることが可能であり、一部の素子のみに給電することで、４×４よりも小型なアレーアンテナを模擬することも可能である。

また、平面アンテナ装置１０の平面アンテナ１１としては、図７等に示した円偏波アンテナ２０を用いた。実験は、平面アンテナ装置１０のアンテナ基板１３とＤＵＴ基板１１１の間隔ｄを変化させながら、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）１０２で伝達特性Ｓ_２１を測定することで行った。なお、測定周波数は２８ＧＨｚとした。

図１７は、４×４パッチアンテナアレー１００'の全てのアンテナ素子１１２に給電した場合の実験結果と、４×４パッチアンテナアレー１００'の中央２×２素子のみに給電した場合の実験結果を示している。また、図１７は、円偏波アンテナ２０に電波吸収体１２を取り付けた場合の結果を実線で、円偏波アンテナ２０に電波吸収体１２を取り付けていない場合の結果を破線で示している。図１７の結果より、アンテナ素子１１２の給電数に関わらず、円偏波アンテナ２０に電波吸収体１２を取り付けていない場合は間隔ｄの変化に応じて、Ｓ_２１のレベルが大きく波打っていることが分かる。一方、円偏波アンテナ２０に電波吸収体１２を取り付けた場合には、Ｓ_２１のレベルの波打ちは小さくなっていることが分かる。

以上の測定結果から、円偏波アンテナ２０に電波吸収体１２を取り付けることで、平面アンテナ装置１０とＤＵＴの間の多重反射に起因するＳ_２１の波打ちを抑制する効果が得られることを確認できた。

以下、シールドボックス５０の構成について説明する。図１８及び図１９に示すように、シールドボックス５０は、ＤＵＴ１００を周囲の電磁波からシールドするものであり、筐体１２０と、トレー１２１と、アンテナ保持部１２２と、を主に備えている。

筐体１２０のサイズは、例えば、幅が５６０ｍｍ、奥行きが６２０ｍｍ、高さが５６０ｍｍである。筐体１２０は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮やこれらの合金などの導電性の金属からなっており、外部に対して電磁波シールド機能を有する。筐体１２０は、これらの材質の金属の板に対して折り曲げなどの加工を行うことによって製造できるが、軽量化、省資源化のためにこれらの材質の板にパンチングによる穴あけを行なってもよい。あるいは、始めから板の代わりに網状の材料を採用してもよい。なお、穴や網目の大きさは、ＤＵＴ１００が出力する被測定信号の電波の波長よりも十分に小さければ（例えば１／１０波長以下）、シールドボックスとしての遮蔽性能を保つことができる。

なお、シールドボックス５０においては、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０又は平面アンテナ装置１０で発生する電磁波のシールドボックス５０内での反射を抑制するとともに、これらの電磁波がシールドボックス５０の外に漏洩するのを防止するための電波吸収体が、その内壁面に沿って設けられている。

トレー１２１は、ＤＵＴ１００を載置するための引き出し状の部材であり、少なくともＤＵＴ１００が載置される箇所の厚さ方向全体にわたって、比誘電率が比較的低く誘電損失の少ないポリエチレン、ポリアセタール（ＰＯＭ）やテフロン（登録商標）などの合成樹脂で形成されている。

トレー１２１は、筐体１２０の両側方に設置された２つのエアシリンダ１３０に取り付けられており、エアシリンダ１３０のＹ軸方向の往復運動によって、筐体１２０から引き出されて載置面１２１ａにＤＵＴ１００を載置可能な状態と、載置面１２１ａにＤＵＴ１００が載置された状態で筐体１２０の内部に収容される状態と、を取ることが可能になっている。載置面１２１ａに載置可能なＤＵＴ１００のサイズは、例えば、幅が３８ｍｍ〜２２１ｍｍ、高さが１２３ｍｍ〜３０６ｍｍ程度である。

図１９及び図２０に示すように、アンテナ保持部１２２は、例えば、Ｘ軸方向に延伸する２つのアンテナガイド１２３と、Ｙ軸方向に延伸する２つのアンテナガイド１２４と、からなり、シールドボックス５０内において複数の平面アンテナ装置１０を保持するようになっている。各アンテナガイド１２３，１２４は、比誘電率が比較的低く誘電損失の少ないポリエチレン、ポリアセタール（ＰＯＭ）やテフロン（登録商標）などの合成樹脂で形成されている。

アンテナ保持部１２２は、シールドボックス５０内において、例えばＤＵＴ１００の上方と下方に配置される。このアンテナ保持部１２２により、ＤＵＴ１００がシールドボックス５０内に収容された際に、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０と複数の平面アンテナ装置１０との位置関係が固定されるようになっている。

図２０は、ＤＵＴ１００とＤＵＴ１００の上方に配置されたアンテナ保持部１２２との位置関係を示している。図２０に示すように、Ｘ軸方向に延伸する２つのアンテナガイド１２３は、例えば、側方（Ｙ軸方向）から平面アンテナ装置１０を挿入可能な間隙１２３ａと、平面アンテナ装置１０の放射面を露出するための開口部１２３ｂを有している。同様に、Ｙ軸方向に延伸する２つのアンテナガイド１２４は、例えば、側方（Ｘ軸方向）から平面アンテナ装置１０を挿入可能な間隙１２４ａと、平面アンテナ装置１０の放射面を露出するための開口部１２４ｂを有している。平面アンテナ装置１０は、放射面側（すなわち、反対面２１ｂ側）がＤＵＴ１００の一面に対向するように配置されている。

アンテナ保持部１２２は、アンテナガイド１２３，１２４の任意の箇所に任意の個数の平面アンテナ装置１０を配置することが可能である。既に述べたように、円偏波アンテナ２０はアンテナ側面からの電波の漏れが非常に少ないため、平面アンテナ１１として円偏波アンテナ２０を採用する場合には、各アンテナガイド１２３，１２４において平面アンテナ装置１０を近接配置することも可能である。

なお、図２０に示した例においては、開口部１２３ｂ，１２４ｂが平面アンテナ装置１０の放射面と反対側の一面２１ａ側にも設けられているが、この一面２１ａ側の開口部を設けずに平面アンテナ装置１０の一面２１ａ側を全て覆うような構成としてもよい。

また、ＤＵＴ１００の下方に配置されたアンテナ保持部１２２も、ＤＵＴ１００の上方に配置されたアンテナ保持部１２２と同様の構成であり、平面アンテナ装置１０を放射面側（すなわち、反対面２１ｂ側）がＤＵＴ１００に対向するように保持する。

なお、図２０において、ＤＵＴ１００の各アンテナ１１０から平面アンテナ装置１０に向かう矢印は、ビームの方向の一例を示している。

なお、Ｘ軸方向に延伸する２つのアンテナガイド１２３は、Ｙ軸方向にそれぞれ平行移動させることが可能になっている。同様に、Ｙ軸方向に延伸する２つのアンテナガイド１２４は、Ｘ軸方向にそれぞれ平行移動させることが可能になっている。さらに、ＤＵＴ１００の上方及び下方に配置されたアンテナ保持部１２２全体をＺ軸方向にそれぞれ平行移動させることも可能になっている。

このため、ＤＵＴ１００をトレー１２１の載置面１２１ａに載置する際に厳密な位置決めを行わなくても、ＤＵＴ１００の載置位置やサイズに合わせて、アンテナガイド１２３，１２４の位置を移動させることにより、アンテナ保持部１２２に保持された複数の平面アンテナ装置１０をＤＵＴ１００の複数のアンテナ１１０に対して所望の位置に配置することが可能である。例えば、ＤＵＴ１００の各アンテナ１１０の真上に平面アンテナ装置１０を配置することなども可能である。

例えば、図２１（ａ）に示すようにＤＵＴ１００がトレー１２１の載置面１２１ａの中心に載置された状態、図２１（ｂ）に示すようにＤＵＴ１００がトレー１２１の載置面１２１ａの中心から外れた位置に載置された状態、図２１（ｃ）に示すようにサイズの大きなＤＵＴ１００がトレー１２１の載置面１２１ａに載置された状態のいずれの状態であっても、ＤＵＴ１００の載置位置に合わせてアンテナガイド１２３，１２４の位置を移動させることが可能である。

図１に示すように、測定部５１は、信号送信部６０と、信号受信部６１と、結合器６２と、ＳＷ６３と、ビーム方向制御部６４と、解析処理部６５と、記憶部６６と、測定制御部６７とを備えており、ＤＵＴ１００に対して送信電波の出力レベルや受信感度などに関する送受信特性の測定や、ビームフォーミング測定を行うようになっている。

信号送信部６０は、シールドボックス５０に収容されたＤＵＴ１００の各アンテナ１１０に向けて、各平面アンテナ装置１０から試験信号を出力するようになっている。

信号受信部６１は、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０から送信される被測定信号を、複数の平面アンテナ装置１０により受信するようになっている。

なお、上記の試験信号は、本実施形態の無線端末測定装置１に対してＤＵＴ１００を呼接続状態とするなどの、ＤＵＴ１００の通信規格に対応した各種制御を行うための制御信号を含むものとする。また、上記の被測定信号は、本実施形態の無線端末測定装置１から出力された試験信号に対するＤＵＴ１００からの応答信号や、後述するビーム方向制御部６４により振幅及び位相が制御された信号などである。

結合器６２は、信号送信部６０から出力される試験信号の出力周波数を通過させる広帯域の方向性結合器であり、例えばウィルキンソン型の分配器で構成される。結合器６２は、平面アンテナ装置１０と同軸ケーブルで接続されており、信号送信部６０から出力された試験信号を平面アンテナ装置１０に入力するとともに、各平面アンテナ装置１０で受信されたＤＵＴ１００からの被測定信号を信号受信部６１に入力することが可能となっている。

ＳＷ６３は、信号受信部６１の出力側を後述する送受信特性測定部６８に接続する状態、又は、信号受信部６１の出力側を後述するビームフォーミング測定部６９に接続する状態のいずれかの状態を取るように構成されている。

ビーム方向制御部６４は、シールドボックス５０の制御端子４０を介して、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０から送信される被測定信号のビームの形状及び方向を制御するための制御信号をＤＵＴ１００に出力するようになっている。例えば、ビーム方向制御部６４は、操作部５３により設定されたビームの形状及び方向を実現するように、被測定信号の振幅及び位相を制御することが可能になっている。ビーム方向制御部６４によりビーム方向が所望の方向に制御された被測定信号は、複数の平面アンテナ装置１０により信号受信部６１に受信される。

解析処理部６５は、信号受信部６１により受信された被測定信号に対して解析処理を行うようになっており、送受信特性測定部６８と、ビームフォーミング測定部６９と、を含む。

送受信特性測定部６８は、ＳＷ６３により信号受信部６１の出力側が接続された状態で、例えば、変調精度（ＥＶＭ）、送信パワーレベル、送信スペクトラムマスク、エラーベクトル振幅、隣接チャネル漏洩電力、スプリアス放射の測定などを行うようになっている。さらに、送受信特性測定部６８は、ＭＩＭＯの受信試験に関する解析処理として、最小入力感度、最大入力レベル、隣接チャネル除去、非隣接チャネル除去などを実行することができる。また、ビームフォーミング測定部６９は、電力測定部６９ａと、ビーム方向推定部６９ｂと、ビーム方向判定部６９ｃと、を含む。この送受信特性測定部６８による測定とビームフォーミング測定部６９による測定は、主に放射近傍界領域又はリアクティブ近傍界領域で行われる。

電力測定部６９ａは、ＳＷ６３により信号受信部６１の出力側が接続された状態で、各平面アンテナ装置１０により信号受信部６１で受信された被測定信号の電力を測定するようになっている。さらに、電力測定部６９ａは、平面アンテナ装置１０ごとに測定した電力を、その平面アンテナ装置１０の位置の関数として記憶部６６に記憶させるようになっている。

ビーム方向推定部６９ｂは、電力測定部６９ａにより平面アンテナ装置１０ごとに測定された電力に基づいて、アンテナ１１０から送信された被測定信号のビームの形状及び方向を推定するようになっている。この推定は、例えば、記憶部６６に記憶された平面アンテナ装置１０の位置の関数としての電力を任意の補間法で補間することにより行われる。

ビーム方向判定部６９ｃは、ビーム方向推定部６９ｂにより推定された被測定信号のビームの方向が、ビーム方向制御部６４により制御されたビームの方向に一致しているか否かを判定するようになっている。

測定制御部６７は、例えばＣＰＵ、記憶部６６を構成するＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどを含むマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータ等で構成され、測定部５１を構成する上記各部の動作を制御する。

なお、信号送信部６０、信号受信部６１、ＳＷ６３、ビーム方向制御部６４、及び解析処理部６５は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのディジタル回路で構成することや、あらかじめ記憶部６６に記憶された所定のプログラムが測定制御部６７により実行されることによりソフトウェア的に構成することが可能である。あるいは、信号送信部６０、信号受信部６１、ＳＷ６３、ビーム方向制御部６４、及び解析処理部６５は、ディジタル回路によるハードウェア処理と所定のプログラムによるソフトウェア処理とを適宜組み合わせて構成することも可能である。なお、測定制御部６７は、新たなプログラム、あるいはバージョンを変更したプログラムを外部から受けて、記憶部６６への追加又は更新を行うこともできる。

表示部５２は、例えばＬＣＤやＣＲＴなどの表示機器で構成され、測定制御部６７からの制御信号に基づいて、測定結果の表示や、測定条件などを設定するためのソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象の表示を行うようになっている。

操作部５３は、ユーザによる操作入力を行うためのものであり、例えば表示部５２の表示画面の表面に設けられたタッチパネルで構成される。あるいは、操作部５３は、キーボード又はマウスのような入力デバイスを含んで構成されてもよい。また、操作部５３は、リモートコマンドなどによる遠隔制御を行う外部制御装置で構成されてもよい。操作部５３による入力操作は、測定制御部６７により検知されるようになっている。ユーザは、操作部５３を用いて、複数の通信規格の中からＤＵＴ１００が対応している通信規格を選択したり、アンテナ保持部１２２における平面アンテナ装置１０の位置を入力したり、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０から送信される被測定信号のビームの形状及び方向を設定したりすることが可能になっている。

図２２（ａ），（ｂ）は、本実施形態の無線端末測定装置１における複数の円偏波アンテナ２０とＤＵＴ１００の複数のアンテナ１１０との位置関係の一例を示している。ここでは、アンテナ保持部１２２と電波吸収体１２の図示を省略している。なお、以下では、ＤＵＴ１００の一面１１１ａ側と他面１１１ｂ側にそれぞれアンテナ１１０が設置されている場合を例に挙げて説明するが、ＤＵＴ１００の一面１１１ａ側又は他面１１１ｂ側のみにアンテナ１１０が設置されている構成も本発明の範囲に含まれる。

複数の円偏波アンテナ２０は、ＤＵＴ１００の一面１１１ａに対向する位置に配置されて、ＤＵＴ１００の一面１１１ａ側に設置されたアンテナ１１０に空間的に結合される第１円偏波アンテナ２０ａと、ＤＵＴ１００の他面１１１ｂに対向する位置に配置されて、ＤＵＴ１００の他面１１１ｂ側に設置されたアンテナ１１０に空間的に結合される第２円偏波アンテナ２０ｂと、に分類される。なお、ＤＵＴ１００が一面１１１ａ側のみにアンテナ１１０を有するものである場合には、第２円偏波アンテナ２０ｂは省略可能である。同様に、ＤＵＴ１００が他面１１１ｂ側のみにアンテナ１１０を有するものである場合には、第１円偏波アンテナ２０ａは省略可能である。

すなわち、第１円偏波アンテナ２０ａは、その反対面２１ｂがＤＵＴ１００のアンテナ１１０の放射面１１０ａとＤＵＴ１００の一面１１１ａに対向する。また、第２円偏波アンテナ２０ｂは、その反対面２１ｂがＤＵＴ１００のアンテナ１１０の放射面１１０ａとＤＵＴ１００の他面１１１ｂに対向する。

また、各円偏波アンテナ２０の反対面２１ｂを、ＤＵＴ１００の各アンテナ１１０の放射面１１０ａに対して平行ではなく、傾斜角度θだけ傾けた配置とすることもできる。つまり、複数のアンテナ１１０が設置されたＤＵＴ１００の一面１１１ａ又は他面１１１ｂの法線と、各円偏波アンテナ２０の反対面２１ｂの法線は交差している。

ここで、各アンテナ１１０の放射面１１０ａの法線Ｎ２と、複数のアンテナ１１０が設置されたＤＵＴ１００の一面１１１ａ又は他面１１１ｂの法線とは平行である。また、各アンテナ１１０の放射方向は、各アンテナ１１０の放射面１１０ａの法線方向である。

また、各円偏波アンテナ２０の反対面２１ｂの法線Ｎ１と、各円偏波アンテナ２０の放射面の法線は平行である。また、各円偏波アンテナ２０の放射方向は、各円偏波アンテナ２０の放射面の法線方向である。

すなわち、図２２（ａ）に示すように、アンテナ１１０の放射面１１０ａから放射される被測定信号の放射方向は、円偏波アンテナ２０の反対面２１ｂの法線方向Ｎ１に対して平行ではない。このため、アンテナ１１０の放射面１１０ａから放射される被測定信号は、円偏波アンテナ２０とアンテナ１１０との間で反射されてシールドボックス５０の内壁面５０ａに向かい、内壁面５０ａで吸収される。このようにして、円偏波アンテナ２０とアンテナ１１０との間での被測定信号の多重反射が抑制される。

同様に、図２２（ｂ）に示すように、円偏波アンテナ２０のアンテナ素子２３から放射される試験信号の放射方向は、アンテナ１１０の放射面１１０ａの法線方向Ｎ２に対して平行ではない。このため、円偏波アンテナ２０から放射される試験信号は、円偏波アンテナ２０とアンテナ１１０との間で反射されてシールドボックス５０の内壁面５０ａに向かい、内壁面５０ａで吸収される。このようにして、円偏波アンテナ２０とアンテナ１１０との間での試験信号の多重反射が抑制される。このように、円偏波アンテナ２０を傾けた配置とすることで、多重反射を更に抑制することができる。

円偏波アンテナ２０は、アンテナ１１０から送信される被測定信号の直線偏波の偏波方向がいかなる方向であっても、被測定信号を良好に受信することができるように構成されている。また、円偏波アンテナ２０は、自身と偏波の回転方向が異なる円偏波アンテナからの信号を受信しにくい特性がある。

本実施形態においては、第１円偏波アンテナ２０ａと第２円偏波アンテナ２０ｂとでは偏波の回転方向が異なっている。例えば、第１円偏波アンテナ２０ａの主偏波をＲＨＣＰ、第２円偏波アンテナ２０ｂの主偏波をＬＨＣＰとすることができる。あるいは、逆に、第１円偏波アンテナ２０ａの主偏波をＬＨＣＰ、第２円偏波アンテナ２０ｂの主偏波をＲＨＣＰとすることができる。

このように、第１円偏波アンテナ２０ａと第２円偏波アンテナ２０ｂとで偏波の回転方向を異ならせることにより、図２２（ｂ）に示すように、ある円偏波アンテナ２０から送信された試験信号がＤＵＴ１００を挟んで対向する他の円偏波アンテナ２０で受信されることを抑制することができる。

なお、シールドボックス５０内での円偏波アンテナ２０の配置箇所及び個数は、図１９、図２０、及び図２２に示した例に限定されない。

本実施形態の無線端末測定装置１においては、主偏波の回転方向が異なる第１円偏波アンテナ２０ａと第２円偏波アンテナ２０ｂがＤＵＴ１００を挟んで対向しているため、第１円偏波アンテナ２０ａと第２円偏波アンテナ２０ｂとの間で良好なアイソレーション性能を得ることができる。

以下、本実施形態に係る無線端末測定装置１を用いる無線端末測定方法について、図２３のフローチャートを参照しながらその処理の一例を説明する。なお、ここでは、ＳＷ６３により信号受信部６１の出力側がビームフォーミング測定部６９に接続されているとする。

まず、ユーザによりＤＵＴ１００がトレー１２１の載置面１２１ａに載置され、操作部５３の操作によりトレー１２１上に載置されたＤＵＴ１００がシールドボックス５０に収容される（ステップＳ１）。

次に、ユーザによる操作部５３の操作により、ＤＵＴ１００のビーム方向を制御可能なアンテナ１１０から送信される被測定信号のビームについて、所望の形状及び方向が入力される（ステップＳ２）。

次に、ビーム方向制御部６４は、ＤＵＴ１００のビーム方向を制御可能なアンテナ１１０から送信される被測定信号のビームの形状及び方向を、ステップＳ２により入力された状態に制御する（ビーム方向制御ステップＳ３）。

次に、信号受信部６１は、ステップＳ３により制御された被測定信号を複数の平面アンテナ装置１０により受信する（信号受信ステップＳ４）。

次に、ビームフォーミング測定部６９は、ステップＳ４により受信された被測定信号に対して、以下のステップＳ５〜Ｓ７の解析処理を行う（解析処理ステップ）。

まず、電力測定部６９ａは、各平面アンテナ装置１０によりステップＳ４で受信された被測定信号の電力を測定する（電力測定ステップＳ５）。

次に、ビーム方向推定部６９ｂは、ステップＳ５により測定された電力に基づいて、アンテナ１１０から送信された被測定信号のビームの形状及び方向を推定する（ビーム方向推定ステップＳ６）。

次に、ビーム方向判定部６９ｃは、ステップＳ６により推定された被測定信号のビームの方向が、ステップＳ３により制御されたビームの方向に一致しているか否かを判定する（ビーム方向判定ステップＳ７）。

次に、表示部５２は、ステップＳ７による判定結果を表示する（ステップＳ８）。

なお、ＤＵＴ１００にビーム方向を制御可能なアンテナ１１０が複数備えられている場合には、測定制御部６７は、全てのアンテナ１１０についてステップＳ７による判定処理が行われたか否かを判定する（ステップＳ９）。否定判定の場合にはステップＳ２からステップＳ８までの処理が繰り返され、各アンテナ１１０についてそれぞれ被測定信号のビームの形状及び方向が算出される。肯定判定の場合には処理が終了する。

以上説明したように、本実施形態に係る平面アンテナ装置１０は、アンテナ基板１３においてアンテナ素子１４の所望の放射方向以外を取り囲む電波吸収体１２を備えることにより、ＤＵＴ１００のアンテナ１１０との間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を抑制することができる。

また、本実施形態に係る平面アンテナ装置１０では、誘電体基板２１を貫通する金属ポスト３０を、アンテナ素子２３を囲むように並べてキャビティ構造とし、さらに、この金属ポスト３０の先端を並び方向に沿って短絡し、かつアンテナ素子２３方向に所定距離延びた枠状導体３２を設けている。これにより、平面アンテナ装置１０は、表面波の発生を抑制でき、アンテナの放射特性を所望の特性にすることができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、平面アンテナ装置１０の表面波の発生を抑制できるため、各平面アンテナ装置１０が他の平面アンテナ装置１０の影響を受けることなく、アンテナ１１０の放射特性を測定することができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、アンテナガイド１２３，１２４の任意の箇所に任意の個数の平面アンテナ装置１０を配置することが可能であるため、ＤＵＴ１００と複数の平面アンテナ装置１０との位置関係を固定した状態で、ＤＵＴ１００に対するビームフォーミング測定を含む測定を行うことができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、アンテナガイド１２３，１２４の高さを変化させることにより、放射近傍界領域又はリアクティブ近傍界領域での送受信特性の測定とビームフォーミング測定とを行うことができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、ＤＵＴ１００がトレー１２１の載置面１２１ａに載置された位置に合わせてアンテナ保持部１２２を移動させることができるため、載置面１２１ａにおけるＤＵＴ１００の位置決めを厳密に行う必要がなく、大きさや形状が異なる各種のＤＵＴ１００のセッティングを容易に行うことができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、ＤＵＴ１００においてアンテナ１１０が設置された一面１１１ａと、平面アンテナ１１のアンテナ基板１３の一面１３ａが平行でない配置も可能であり、平面アンテナ１１とＤＵＴ１００のアンテナ１１０との間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を更に抑制することができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、アンテナ１１０の放射面１１０ａから放射される被測定信号の放射方向が、平面アンテナ１１のアンテナ基板１３の一面１３ａの法線方向に対して平行ではない配置も可能である。この場合、アンテナ１１０と平面アンテナ１１との間における被測定信号の多重反射を更に低減することができる。すなわち、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、アンテナ１１０と平面アンテナ１１との間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を抑制して、ＤＵＴ１００に対する測定を行うことができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、平面アンテナ１１のアンテナ素子１４から放射される試験信号の放射方向が、アンテナ１１０の放射面の法線方向に対して平行ではない配置も可能であり、アンテナ１１０と平面アンテナ１１との間における試験信号の多重反射を更に低減することができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、ＤＵＴ１００を挟んで対向する第１円偏波アンテナ２０ａと第２円偏波アンテナ２０ｂとで偏波の回転方向が異なっているため、対向する円偏波アンテナ２０間にシールド材などの信号を遮断する物体を設置することなく、対向する円偏波アンテナ２０間のアイソレーション性能を保つことができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、ＤＵＴ１００においてアンテナ１１０が設置された他面１１１ｂと、第２円偏波アンテナ２０ｂのアンテナ基板１３の一面１３ａが平行でない配置も可能であり、第２円偏波アンテナ２０ｂとＤＵＴ１００のアンテナ１１０との間で発生する多重反射に起因した振幅誤差を更に抑制することができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、平面アンテナ１１として円偏波アンテナ２０を採用する場合には、アンテナ１１０から放射される被測定信号の直線偏波（例えば、垂直偏波や水平偏波）の向きに関わらず精度の良い測定が可能である。さらに、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、トレー１２１の載置面１２１ａに載置されたＤＵＴ１００の水平方向の設置角度に対する入出力パワーの変動を少なくすることができる。

また、本実施形態に係る無線端末測定装置１は、近接での測定を行うものであるため、電波暗室（チャンバー）を使用しなくても精度の良い測定が可能である。

１ 無線端末測定装置
１０ 平面アンテナ装置
１１ 平面アンテナ
１２ 電波吸収体
１３ アンテナ基板
１３ａ，２１ｂ 第１の面
１４，２３ アンテナ素子
２０ 円偏波アンテナ
２０ａ 第１円偏波アンテナ
２０ｂ 第２円偏波アンテナ
２１ 誘電体基板
２１ａ 第２の面
２２ 地板導体
２５ 給電ピン
３０ 金属ポスト
３２ 枠状導体
６１ 信号受信部
６４ ビーム方向制御部
６５ 解析処理部
６９ａ 電力測定部
６９ｂ ビーム方向推定部
６９ｃ ビーム方向判定部
１００ ＤＵＴ
１１０ アンテナ
１１０ａ 放射面
１１１ ＤＵＴ基板
１１１ａ 一面
１１１ｂ 他面

Claims (10)

1. 誘電体基板（２１）を含むアンテナ基板（１３）と、前記アンテナ基板の第１の面（１３ａ，２１ｂ）に形成されたアンテナ素子（１４，２３）とを有する平面アンテナ（１１，２０）と、
   前記アンテナ基板の第１の面において前記アンテナ素子の所望の放射方向以外を取り囲む電波吸収体（１２）と、を備え、
   前記アンテナ基板の第１の面に近接して対向する無線端末（１００）のアンテナ（１１０）と前記平面アンテナとが空間的に結合され、前記平面アンテナと前記アンテナ（１１０）が放射遠方界領域ではない近距離で向かい合わせに設置され、前記アンテナ素子と前記電波吸収体は前記アンテナ基板の第１の面に配置されていることを特徴とする平面アンテナ装置。
2. 前記平面アンテナは、
   所定の偏波の回転方向を有する円偏波型の前記アンテナ素子と、
   前記誘電体基板の第１の面の反対面である第２の面（２１ａ）側に重合される地板導体（２２）と、
   それぞれの一端側が前記地板導体に接続され、前記誘電体基板をその厚さ方向に沿って貫通し、かつそれぞれの他端側が前記誘電体基板の第１の面まで延びて、前記アンテナ素子を囲むように所定間隔で設けられることにより、キャビティを構成する複数の金属ポスト（３０）と、
   前記誘電体基板の第１の面側に、前記複数の金属ポストの各他端側をその並び方向に沿って短絡し、かつ前記アンテナ素子方向に所定幅を有するリムが設けられている枠状導体（３２）と、を具備し、
   前記キャビティ及び前記枠状導体とで共振器を構成し、前記共振器と前記アンテナ素子との構造パラメータを調整して、前記共振器の共振周波数を所望の値に設定し、前記構造パラメータは、前記キャビティの内寸Ｌｗ、前記枠状導体の前記リム幅Ｌ_Ｒ、前記アンテナ素子の巻数、前記アンテナ素子の基本長ａ０、前記アンテナ素子の素子幅Ｗの少なくとも一つを含み、かつ、前記枠状導体の前記リム幅Ｌ_Ｒは、前記誘電体基板の表面に沿って伝播する表面波の波長の略１／４の幅であることを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ装置。
3. 前記アンテナ素子は、スパイラルの中心側端部を有する方形スパイラル型又は円形スパイラル型に形成され、
   前記方形スパイラル型又は円形スパイラル型に形成された前記アンテナ素子の前記スパイラルの中心側端部に一端側が接続されて前記誘電体基板及び前記地板導体を貫通して設けられる給電ピン（２５）を更に具備することを特徴とする請求項２に記載の平面アンテナ装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載の複数の平面アンテナ装置と、
   ビーム方向を制御可能な前記無線端末の前記アンテナ（１１０）から送信される被測定信号のビームの方向を制御するビーム方向制御部（６４）と、
   前記ビーム方向制御部により制御された前記被測定信号を前記複数の平面アンテナ装置により受信する信号受信部（６１）と、
   前記信号受信部により受信された前記被測定信号に対して解析処理を行う解析処理部（６５）と、を備え、
   前記解析処理部は、
   各前記平面アンテナ装置により前記信号受信部で受信された前記被測定信号の電力を測定する電力測定部（６９ａ）と、
   前記電力測定部により測定された前記電力に基づいて、前記アンテナ（１１０）から送信された前記被測定信号のビームの方向を推定するビーム方向推定部（６９ｂ）と、
   前記ビーム方向推定部により推定された前記被測定信号のビームの方向が、前記ビーム方向制御部により制御された前記ビームの方向に一致しているか否かを判定するビーム方向判定部（６９ｃ）と、を含むことを特徴とする無線端末測定装置。
5. 前記無線端末において前記アンテナ（１１０）が設置された一面（１１１ａ）と、各前記平面アンテナの前記アンテナ基板の第１の面が平行でないことを特徴とする請求項４に記載の無線端末測定装置。
6. 各前記平面アンテナの前記アンテナ基板の第１の面の法線と、各前記平面アンテナの放射面の法線が平行であり、各前記平面アンテナの放射方向は各前記平面アンテナの放射面の法線方向であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の無線端末測定装置。
7. 誘電体基板（２１）を含むアンテナ基板（１３）と、前記アンテナ基板の第１の面（１３ａ，２１ｂ）に形成されたアンテナ素子（１４，２３）とを有する平面アンテナ（１１，２０）と、前記アンテナ基板の第１の面において前記アンテナ素子の所望の放射方向以外を取り囲む電波吸収体（１２）と、を備え、前記アンテナ基板の第１の面に近接して対向する無線端末（１００）のアンテナ（１１０）と前記平面アンテナとが空間的に結合される複数の平面アンテナ装置と、
   ビーム方向を制御可能な前記無線端末の前記アンテナ（１１０）から送信される被測定信号のビームの方向を制御するビーム方向制御部（６４）と、
   前記ビーム方向制御部により制御された前記被測定信号を前記複数の平面アンテナ装置により受信する信号受信部（６１）と、
   前記信号受信部により受信された前記被測定信号に対して解析処理を行う解析処理部（６５）と、を備え、
   前記解析処理部は、
   各前記平面アンテナ装置により前記信号受信部で受信された前記被測定信号の電力を測定する電力測定部（６９ａ）と、
   前記電力測定部により測定された前記電力に基づいて、前記アンテナ（１１０）から送信された前記被測定信号のビームの方向を推定するビーム方向推定部（６９ｂ）と、
   前記ビーム方向推定部により推定された前記被測定信号のビームの方向が、前記ビーム方向制御部により制御された前記ビームの方向に一致しているか否かを判定するビーム方向判定部（６９ｃ）と、を含む無線端末測定装置であって、
   前記無線端末はさらに他面（１１１ｂ）側に設置されたもう一つのアンテナを含む複数のアンテナ（１１０）を有し、
   前記複数の平面アンテナは、前記無線端末の一面に対向する位置に配置されて、前記無線端末の一面側に設置された前記アンテナ（１１０）に空間的に結合される第１円偏波アンテナ（２０ａ）と、前記無線端末の他面に対向する位置に配置されて、前記無線端末の他面側に設置された前記アンテナ（１１０）に空間的に結合される第２円偏波アンテナ（２０ｂ）と、を含み、
   前記第１円偏波アンテナと前記第２円偏波アンテナとで前記所定の偏波の回転方向が異なることを特徴とする無線端末測定装置。
8. 前記無線端末の他面と、前記第２円偏波アンテナの前記アンテナ基板の第１の面が平行でないことを特徴とする請求項７に記載の無線端末測定装置。
9. 前記アンテナ（１１０）の放射面の法線と、前記アンテナ（１１０）が設置された前記無線端末の一面又は他面の法線が平行であり、
   前記アンテナ（１１０）の放射方向は前記アンテナ（１１０）の放射面の法線方向であることを特徴とする請求項４から請求項８のいずれかに記載の無線端末測定装置。
10. 請求項４から請求項９のいずれかに記載の無線端末測定装置を用いる無線端末測定方法であって、
    ビーム方向を制御可能な前記無線端末の前記アンテナ（１１０）から送信される被測定信号のビームの方向を制御するビーム方向制御ステップ（Ｓ３）と、
    前記ビーム方向制御ステップにより制御された前記被測定信号を前記複数の平面アンテナ装置により受信する信号受信ステップ（Ｓ４）と、
    前記信号受信ステップにより受信された前記被測定信号に対して解析処理を行う解析処理ステップ（Ｓ５〜Ｓ７）と、を含み、
    前記解析処理ステップは、
    各前記平面アンテナ装置により前記信号受信ステップで受信された前記被測定信号の電力を測定する電力測定ステップ（Ｓ５）と、
    前記電力測定ステップにより測定された前記電力に基づいて、前記アンテナ（１１０）から送信された前記被測定信号のビームの方向を推定するビーム方向推定ステップ（Ｓ６）と、
    前記ビーム方向推定ステップにより推定された前記被測定信号のビームの方向が、前記ビーム方向制御ステップにより制御された前記ビームの方向に一致しているか否かを判定するビーム方向判定ステップ（Ｓ７）と、を含むことを特徴とする無線端末測定方法。

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