(57)【要約】【課題】実装容易な簡易な構成によって、送信ブランチ間の送信信号の位相誤差及び振幅誤差を補正可能にする。【解決手段】複数の送信ブランチ１０１、１０２の送信出力を送信出力検出部１６１、１６２によって抜き出し、ブランチ間誤差検出部１１０にて各送信ブランチ間の送信出力の合成信号レベルを検出し、誤差検出信号を得る。補正制御部１３０により、各送信ブランチ１０１、１０２の出力動作をオンオフさせて得られる誤差検出信号に基づいて送信ブランチ間の振幅誤差を算出し、各送信ブランチ１０１、１０２の位相を変化させて得られる誤差検出信号に基づいて送信ブランチ間の位相誤差を算出し、位相制御部１８０及び振幅制御部１９０によって振幅誤差及び位相誤差を補正する。ブランチ間誤差検出部１１０は、検波部による小型かつ低電力に実装可能な簡易な回路にて構成可能である。【選択図】図１
2014179785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数の送信信号を送信する送信部と、
前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、
前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、
前記送信部の出力の一部を取り出す送信出力検出部と、
を有する、第一の送信ブランチ及び第二の送信ブランチを備え、
前記第一の送信ブランチ及び前記第二の送信ブランチのそれぞれの前記送信出力検出部からの出力を合成する信号合成部と、前記信号合成部からの出力レベルを検波する検波部と、前記検波部からのアナログ電圧をディジタル値に変換するＡＤ変換部とを含むブランチ間誤差検出部と、
前記ブランチ間誤差検出部からの出力によって前記第一の送信ブランチと前記第二の送信ブランチの位相及び振幅を検出する補正制御部と、
前記補正制御部の位相検出結果に基づいて前記位相調整部を制御する位相制御部と、
前記補正制御部の振幅検出結果に基づいて前記振幅調整部を制御する振幅制御部と、
を備えるフェーズドアレイ送信装置。
【請求項２】
請求項１に記載のフェーズドアレイ送信装置であって、
前記補正制御部は、前記位相制御部によって前記第一の送信ブランチと前記第二の送信ブランチの少なくとも一方の位相調整部を変化させて２つの送信ブランチ間の位相を３６０度変化させ、前記ブランチ間誤差検出部の出力があらかじめ設定した参照値となる２つの位相値を検出し、前記２つの位相値の中央値が、前記第一及び第二の送信ブランチ間の位相差が同相条件及び逆相条件となる位相値として位相誤差を算出し、
前記位相制御部は、前記補正制御部が算出した位相誤差に基づいて、前記第一及び第二の送信ブランチの位相調整部を調整して２つの送信ブランチ間の位相誤差を補正する、
フェーズドアレイ送信装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のフェーズドアレイ送信装置であって、
前記送信部の動作を制御する送信部制御部を備え、
前記補正制御部は、前記送信部制御部によって前記第一及び第二の送信ブランチの一方を動作させて前記第一の送信ブランチと前記第二の送信ブランチのそれぞれの送信出力レベルを前記ブランチ間誤差検出部の出力によって検出し、前記第一及び第二の送信ブランチ間の振幅誤差を算出し、
前記振幅制御部は、前記補正制御部が算出した振幅誤差に基づいて、前記第一及び第二の送信ブランチの振幅調整部を調整して２つの送信ブランチ間の振幅誤差を補正する、
フェーズドアレイ送信装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のフェーズドアレイ送信装置であって、
前記補正制御部による位相及び振幅の検出結果に関する情報を記憶する補正記憶部を備え、
前記補正記憶部は、
前記第一及び第二の送信ブランチの各送信ブランチにおける位相誤差を補正するための補正値または位相制御量を有する位相補正テーブルと、
前記第一及び第二の送信ブランチの各送信ブランチにおける振幅誤差を調整するための補正値または振幅制御量を有する振幅補正テーブルと、を保持し、
前記補正制御部は、前記位相補正テーブル及び前記振幅補正テーブルを作成または更新し、前記位相補正テーブルの補正値または位相制御量によって前記位相調整部を調整し、前記振幅補正テーブルの補正値または振幅制御量によって前記振幅調整部を調整する、
フェーズドアレイ送信装置。
【請求項５】
請求項１に記載のフェーズドアレイ送信装置であって、
前記第一及び第二の送信ブランチを含む３つ以上の送信ブランチを備え、
前記３つ以上の送信ブランチのうちの２つを前記第一及び第二の送信ブランチとして、前記第一及び第二の送信ブランチ間に前記信号合成部、前記検波部及び前記ＡＤ変換部を含むブランチ間誤差検出部を備え、
前記補正制御部は、複数の前記ブランチ間誤差検出部の検出特性が同じとなるように調整する、
フェーズドアレイ送信装置。
【請求項６】
請求項５に記載のフェーズドアレイ送信装置であって、
前記第一及び第二の送信ブランチを含むＮ個の送信ブランチと、
前記Ｎ個の送信ブランチ間にそれぞれ接続された（Ｎ−１）個の前記ブランチ間誤差検出部と、
を備えるフェーズドアレイ送信装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載のフェーズドアレイ送信装置であって、
前記送信部の動作を制御する送信部制御部と、
前記検波部の検波特性を調整する検波部制御部と、
を備え、
前記補正制御部は、複数の前記ブランチ間誤差検出部の検出特性を調整する場合、前記送信部制御部によって前記調整対象の複数のブランチ間誤差検出部の双方と接続される送信ブランチを動作させるように制御し、前記検波部制御部によって前記複数のブランチ間誤差検出部の出力が同じとなるように、前記複数のブランチ間誤差検出部における検波部の検波特性を調整する、
フェーズドアレイ送信装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のフェーズドアレイ送信装置を備え、
前記第一の送信ブランチと前記第二の送信ブランチとの間に、前記信号合成部、前記検波部及び前記ＡＤ変換部を含むブランチ間誤差検出部が配置される、
集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、フェーズドアレイアンテナにより無線信号を送信するフェーズドアレイ送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイアンテナ技術は、無線通信及びレーダの分野において広範に用いられている技術であり、送信装置に本技術を適用することによって、ビーム指向性の形成とビームの電子的走査とが可能となる。例えば、無線通信分野においては、ビームを形成してアンテナ利得を向上させ、かつこれを走査することによって結果として通信エリアのレンジを拡張する、あるいは、基地局において収容ユーザ数に応じてカバーエリアを動的に制御することが可能となる。また、レーダへの応用では、フェーズドアレイアンテナによって形成した指向性の鋭いビームを、送信装置から検知対象物に放射させることによって、非検知対象物からの反射（クラッタ反射）を抑制でき、対象物の位置に関する検知精度を向上させる効果がある。
【０００３】
フェーズドアレイアンテナ技術を用いた送信装置は、複数のアンテナ素子をアレイ状に配置して、各アンテナ素子に給電する複数の並列送信系統（以下「送信ブランチ」という）の各位相と振幅を適切に制御することによって、アンテナとして所望の指向性利得を得る。なお、各送信ブランチの位相と振幅とは高精度な制御が必要であり、位相または振幅に誤差が生じると、例えば、ビームの形状が崩れるため、主ビームのアンテナ利得の劣化、あるいは、不要方向への強い放射ビームが生じ、システム特性が劣化する。
【０００４】
フェーズドアレイアンテナによる無線送信においては、送信ブランチ間の振幅と位相との制御に誤差が生じる場合には、誤差を補正する技術が求められる。誤差を生じる原因には、例えば、回路実装上の使用部品の性能バラツキ、集積回路上のプロセスバラツキ、使用環境（例えば、温度）による変化、各送信ブランチに使用する電源の性能バラツキ、といった様々な要因が考えられる。
【０００５】
フェーズドアレイアンテナによる無線送信において、位相誤差及び振幅誤差を補正する技術としては、例えば特許文献１〜３に示された従来例がある。
【０００６】
特許文献１のアレーアンテナ送信装置及び受信装置は、複数のアンテナに各々給電するＲＦ送信部（無線送信部）を備えてビームを形成する構成である。各送信ブランチの振幅位相誤差を検出するためのキャリブレーション用ＲＦ受信部（キャリブレーション用無線受信部）、高速フーリエ変換部、キャリブレーション値測定部を別途設けている。誤差補正を実現するために、切り替えスイッチによって抜き出した各送信ブランチの送信信号を順次受信処理することにより、誤差検出と補正のためのキャリブレーション値を算出する。そして、算出されたキャリブレーション値に基づいて、各送信ブランチへのフィードバックすることにより、位相誤差及び振幅誤差を補正する。
【０００７】
また、特許文献２の通信装置は、特許文献１と同様に動作し、各送信ブランチの振幅位相誤差を検出するためのキャリブレーション部に、ＲＦ・ＩＦ部（無線周波数ベースバンド周波数変換部）、検波部、キャリブレーションウエイト算出部を別途設けている。カプラによって抜き出した各送信ブランチの送信信号を順次受信処理し、誤差検出と補正のためのキャリブレーション値を算出して誤差を補正する。
【０００８】
また、特許文献３に示されたフェーズドアレーアンテナ装置では、補正位相情報を保存した補正位相記憶装置と、各実時間遅延移相器の遅延時間に関する情報を取得し、各実時間遅延移相器の遅延時間に応じた補正位相を指示する補正位相指示回路とを備えて、各送信ブランチ間の位相誤差を移相器と遅延器とによって補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３４８２３６号公報
【特許文献２】特開２００６−２７９９０１号公報
【特許文献３】特開２００２−７６７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のフェーズドアレイ送信装置では、各送信ブランチの位相誤差及び振幅誤差を各々検出するためのキャリブレーション用受信系を設けることにより、回路規模及び消費電力が大きくなる課題があった。また、キャリブレーション用受信系の回路実装時の配線において、振幅及び位相の検出誤差が生じることがあった。
【００１１】
本開示の目的は、フェーズドアレイアンテナによる無線送信において、回路の増大または消費電力の増加を抑制し、実装容易な簡易な構成によって、送信ブランチ間の送信信号の位相誤差及び振幅誤差を補正可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示のフェーズドアレイ送信装置は、無線周波数の送信信号を送信する送信部と、前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、前記送信部の出力の一部を取り出す送信出力検出部と、を有する、第一の送信ブランチ及び第二の送信ブランチを備え、前記第一の送信ブランチ及び前記第二の送信ブランチのそれぞれの前記送信出力検出部からの出力を合成する信号合成部と、前記信号合成部からの出力レベルを検波する検波部と、前記検波部からのアナログ電圧をディジタル値に変換するＡＤ変換部とを含むブランチ間誤差検出部と、前記ブランチ間誤差検出部からの出力によって前記第一の送信ブランチと前記第二の送信ブランチの位相及び振幅を検出する補正制御部と、前記補正制御部の位相検出結果に基づいて前記位相調整部を制御する位相制御部と、前記補正制御部の振幅検出結果に基づいて前記振幅調整部を制御する振幅制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本開示によれば、フェーズドアレイアンテナによる無線送信において、回路の増大または消費電力の増加を抑制し、実装容易な簡易な構成によって、送信ブランチ間の送信信号の位相誤差及び振幅誤差を補正できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の第１の実施形態に係るフェーズドアレイ送信装置の構成を示すブロック図
【図２】ブランチ間誤差検出部の構成を示すブロック図
【図３】２つの送信ブランチの送信出力信号の位相差に対するブランチ間誤差検出部からの出力を示す特性図
【図４】本開示の第２の実施形態に係るフェーズドアレイ送信装置の構成を示すブロック図
【図５】本開示の第３の実施形態に係るフェーズドアレイ送信装置を含む集積回路の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜本開示の各実施形態の内容に至る経緯＞
先ず、本開示に係るフェーズドアレイ送信装置の実施形態を説明する前に、フェーズドアレイアンテナにおける位相誤差及び振幅誤差の補正技術における課題について説明する。
【００１６】
前述した特許文献１及び特許文献２の従来例では、キャリブレーション用受信系として、各送信ブランチのループバック信号をダウンコンバート処理し、ディジタル信号処理によって位相誤差及び振幅誤差を各々検出する回路を別途設けている。キャリブレーション用受信系は、信号受信系の回路と同様に、送信ＲＦ信号（送信無線信号）の受信処理を行う回路であり、回路規模及び消費電力が大きくなる課題がある。
【００１７】
また、各送信ブランチのループバック信号をキャリブレーション用受信系に入力する配線において、配線長または付加される寄生素子（他の回路との電気的結合）に違いが生じると、振幅及び位相の検出結果に誤差が生じる要因となる。特に、ＲＦ信号（無線信号）がマイクロ波またはミリ波といった高周波信号では、キャリブレーション用受信系の配線による誤差要因が大きくなる。例えば、ループバック信号の配線を等長とする、あるいはシールドを設ける対策を施す必要があり、回路の実装が困難となる課題がある。
【００１８】
また、前述した特許文献３の従来例は、実際に各アンテナより送信される送信信号の振幅と位相を検出する手段が設けられていない。温度を含む様々な要因により送信信号の振幅及び位相の誤差が、時間変化する場合、振幅及び位相を高精度に補正することが困難である。
【００１９】
上述した電流出力の高速立ち上げにおける課題を鑑み、本開示では、実装容易な簡易な構成によって実現可能であり、位相誤差及び振幅誤差を高精度に補正可能なフェーズドアレイ送信装置を提供する。
【００２０】
＜本開示の実施形態＞
以下に本開示に係るフェーズドアレイ送信装置の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、同一の構成には同一の符号を付し、説明は重複するので省略する。ここでは、フェーズドアレイアンテナ技術を用いた無線送信装置（フェーズドアレイアンテナによる無線送信装置）を、「フェーズドアレイ送信装置」と記載する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は本開示の第１の実施形態に係るフェーズドアレイ送信装置の構成を示すブロック図である。第１の実施形態では、複数の並列送信系統として、２つの送信ブランチを有する構成例を示す。なお、送信ブランチを３つ以上有する構成においても適用は可能である。
【００２２】
第１の実施形態のフェーズドアレイ送信装置は、送信ブランチ１０１、１０２、ブランチ間誤差検出部１１０、送信信号発生部１２０、補正制御部１３０、ビーム角制御部１４０、補正記憶部１５０、送信部制御部１７０、位相制御部１８０、及び振幅制御部１９０を備える。
【００２３】
送信ブランチ１０１、１０２は、フェーズドアレイ送信装置において複数の各アンテナに各々送信信号を給電し、送信信号の無線周波数信号へのアップコンバージョンと位相及び振幅の制御の機能を有する。各送信ブランチ１０１、１０２は、同一の構成を有する。  すなわち、送信ブランチ１０１は、アンテナ部１１、送信出力検出部１６１、送信部１７１、位相調整部１８１、及び振幅調整部１９１を含み、送信ブランチ１０２は、アンテナ部１２、送信出力検出部１６２、送信部１７２、位相調整部１８２、及び振幅調整部１９２を含む。
【００２４】
アンテナ部１１、１２は、送信信号を空間に放射し、複数アンテナの配列によってアレイアンテナを構成する。フェーズドアレイアンテナでは、アンテナ単体の指向性、複数アンテナの配置間隔、各アンテナへ給電される送信信号のレベルと位相によって、送信ビームの形状が理論的に決定される。
【００２５】
送信出力検出部１６１、１６２は、各々アンテナ部１１、１２の手前のアンテナ端付近に設けられ、給電される送信信号の一部を抜き出す機能を有する。送信信号のレベル減少及び品質劣化、並びにアンテナ端出力インピーダンスへの影響を考慮して、抜き出す信号のレベルは、送信信号に対して５分の１程度またはそれ以下となるように設定される。送信出力検出部１６１、１６２の具体的な構成としては、例えば、送信信号の伝送路に対して、電界結合または磁界結合する分布結合線路またはトランス、あるいは、比較的容量値の小さい容量、またはインダクタンス値の大きなチョークインダクタといった受動回路を結合することによって実現できる。
【００２６】
送信部１７１、１７２は、電力増幅器１７１３、１７２３及びミキサ回路１７１１、１７２１といった高周波回路（ＲＦ回路）を含み、送信信号を無線周波数帯へアップコンバートし、送信に必要な出力レベルとなる増幅機能を有する。
【００２７】
位相調整部１８１、１８２は、各送信ブランチ１０１、１０２において送信信号の位相を調整する機能を有し、例えば移相器、遅延器といった回路によって実現される。フェーズドアレイ送信装置では、送信ビームの形状及び方向、サイドローブ抑圧量といった要求仕様から、各送信ブランチに必要となる位相が理論的に決定され、位相調整部１８１、１８２によって必要な移相量に調整される。
【００２８】
なお、送信信号の位相調整は、ベースバンド信号と無線周波数信号のどちらに対して行ってもよい。また、ベースバンド信号をアップコンバートする場合に使用する局部発振信号に対して位相調整してもよい。また、送信部が中間周波数を使用する場合に中間周波数に対して位相調整してもよい。
【００２９】
すなわち、位相調整部１８１、１８２は、図示例のようにベースバンド帯の回路に設けてもよいし、無線周波数帯の回路に設けてもよい。つまり、送信部１７１、１７２の内部に設けてもよいし、または、送信出力検出部１６１、１６２と送信部１７１、１７２との間に設けてもよいし、図示しない局部発振信号源と送信部１７１、１７２にあるアップコンバート用のミキサ回路１７１１、１７２１との間に設けてもよい。
【００３０】
振幅調整部１９１、１９２は、各送信ブランチ１０１、１０２において送信信号の振幅を調整する機能を有し、例えば可変利得増幅器、可変減衰器といった回路によって実現される。フェーズドアレイ送信装置では、送信ビームの形状及び方向、サイドローブ抑圧量といった要求仕様から、各送信ブランチに必要となる振幅が理論的に決定され、振幅調整部１９１、１９２によって必要な信号レベル（振幅）に調整される。
【００３１】
なお、送信信号の振幅調整は、ベースバンド信号と無線周波数信号のどちらに対して行ってもよい。また、ベースバンド信号をアップコンバートする場合に使用する局部発振信号に対して振幅調整することで送信信号の振幅を調整してもよい。
【００３２】
すなわち、振幅調整部１９１、１９２は、位相調整部１８１、１８２と同様に、図示例のようにベースバンド帯の回路に設けてもよいし、あるいは、無線周波数帯の回路に設けてもよい。つまり、送信部１７１、１７２の内部に設けてもよいし、または、送信出力検出部１６１、１６２と送信部１７１、１７２との間に設けてもよいし、図示しない局部発振信号源と送信部１７１、１７２にあるアップコンバート用のミキサ回路１７１１、１７２１との間に設けてもよい。また、送信部１７１、１７２の内部にある電力増幅器１７１３、１７２３のバイアスの制御によって利得を調整して実現してもよい。
【００３３】
また、送信部１７１、１７２、位相調整部１８１、１８２、及び振幅調整部１９１、１９２の配置順は、図示した順番に限らず、どの順番に並べて配置してもよい。
【００３４】
ブランチ間誤差検出部１１０は、送信出力検出部１６１及び１６２から入力される信号に基づいて、送信ブランチ１０１及び１０２の送信信号の各出力レベル（振幅）と２つの信号の位相差に関する情報を検出し、誤差検出信号として補正制御部１３０へ出力する。ブランチ間誤差検出部１１０は、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２との間に設けられ、これら送信ブランチ１０１、１０２の送信出力検出部１６１、１６２と接続される。ブランチ間誤差検出部１１０の構成及び動作の詳細については後述する。
【００３５】
送信信号発生部１２０は、送信しようとする変調されたベースバンド信号を発生し、各送信ブランチ１０１、１０２に同じ送信信号を同じタイミングにおいて供給する。
【００３６】
ビーム角制御部１４０は、送信信号の出力レベルと、送信信号を放射したい方向及び不要方向への放射量（指向性サイドローブ）の抑圧比といったビーム指向性の仕様情報に基づいて、各送信ブランチ１０１、１０２における送信信号の所要振幅量と所要移相量を算出する。
【００３７】
補正制御部１３０は、ブランチ間誤差検出部１１０から入力される送信ブランチ１０１及び１０２の誤差検出信号に基づいて、送信ブランチ間の振幅及び位相に関する誤差量を算出し、ビーム角制御部１４０から入力される各送信ブランチ１０１、１０２対する所要振幅量及び所要移相量の値を、誤差量によって補正した振幅制御量と移相制御量を算出する。
【００３８】
補正記憶部１５０は、補正制御部１３０によって算出された各送信ブランチの位相及び振幅の誤差量、もしくは補正した振幅制御量と移相制御量に関する情報を記憶する。また、補正制御部１３０が新たに誤差量を算出した場合には、記憶している誤差量もしくは補正した振幅制御量と移相制御量に関する情報を更新する。なお、補正記憶部１５０において振幅及び位相の誤差量と振幅制御量及び移相制御量の双方を記憶してもよい。
【００３９】
送信部制御部１７０は、補正制御部１３０の指示に従い、各送信ブランチ１０１、１０２の送信信号の出力を個別にオンまたはオフとする。図示例では、送信部制御部１７０が送信部１７１、１７２を制御する例を示したが、例えば送信部制御部１７０が送信信号発生部１２０を制御することによって、各送信ブランチ１０１、１０２の出力の有無を制御してもよい。
【００４０】
位相制御部１８０は、補正制御部１３０によって算出した移相制御量を用いて、送信ブランチ１０１の位相調整部１８１と送信ブランチ１０２の位相調整部１８２を制御する。例えば位相調整部１８１、１８２がアナログ電圧値またはディジタル値によって移相量を変化させる場合、位相制御部１８０は、補正制御部１３０から要求される移相制御量を実現するために、位相調整部１８１、１８２に与えるアナログ電圧値またはディジタル値による移相制御信号に変換する機能を有する。
【００４１】
振幅制御部１９０は、補正制御部１３０によって算出した振幅制御量を用いて、送信ブランチ１０１の振幅調整部１９１と送信ブランチ１０２の振幅調整部１９２を制御する。例えば振幅調整部１９１、１９２がアナログ電圧値またはディジタル値によって振幅量を変化させる場合、振幅制御部１９０は、補正制御部１３０から要求される振幅制御量を実現するために、振幅調整部１９１、１９２に与えるアナログ電圧値またはディジタル値による振幅制御信号に変換する機能を有する。
【００４２】
補正制御部１３０及び補正記憶部１５０、並びに、送信部制御部１７０、位相制御部１８０、振幅制御部１９０、ビーム角制御部１４０は、プロセッサ、メモリを含む情報処理回路によるディジタル信号処理によって実現可能であり、プロセッサにおいてソフトウェアプログラムを動作させて所定の処理を実行することによって、各機能を実現できる。
【００４３】
図２は、図１におけるブランチ間誤差検出部１１０の構成を示すブロック図である。ブランチ間誤差検出部１１０は、信号合成部２１０、検波部２２０、及びＡＤ変換部２３０を備える。
【００４４】
信号合成部２１０は、図１の送信出力検出部１６１、１６２から入力されるブランチＡ信号（送信ブランチ１０１）とブランチＢ信号（送信ブランチ１０２）の２つの信号を加算する機能を有する。信号合成部２１０は、例えば２つの信号を電力合成するウイルキンソン型電力合成器といった受動回路により実現され、接続される２つの送信ブランチ間の分離を確保することが可能である。信号合成部２１０の出力は、２つの入力信号が同位相の条件において加算出力が振幅最大となる。一方で、２つの入力信号が逆位相、すなわち１８０度位相差となる条件において加算出力が振幅最小となる。
【００４５】
検波部２２０は、信号合成部２１０の出力端と接続され、検波部制御信号に従って信号合成部２１０の出力レベルを検波して出力（測定）する機能を有する。検波部２２０は、例えばダイオードまたはＦＥＴによる二乗検波器といった簡単かつ小型であり、更に低消費電力な回路により実現可能である。また、検波部２２０は、必要に応じて増幅器と検波器を組み合わせ、検波性能の向上ができる。
【００４６】
ＡＤ変換部２３０は、検波部２２０の出力端と接続され、検波部２２０の出力する検波信号のアナログ電圧を補正制御部１３０が処理できるディジタル値の誤差検出信号に変換する機能を有する。ＡＤ変換部２３０は、検波部２２０が２乗検波または包絡線検波動作によって出力する直流の検波電圧値をディジタル値に変換する直流用の回路であり、低速動作の回路を利用できる。すなわち、ＡＤ変換部２３０では、送信信号の復調用途に使用されるような変調速度相当、またはそれ以上に高速なサンプリング動作を行う回路は不要である。よってＡＤ変換部２３０は、簡単かつ小型であり、更に低消費電力な回路により実現可能である。
【００４７】
本実施形態における、各送信ブランチ間の位相誤差及び振幅誤差に関する誤差補正の手順を説明する。
【００４８】
第一の手順として、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の送信出力レベルを各々検出する。まず、補正制御部１３０は、送信部制御部１７０に送信ブランチ１０１を送信させ、ブランチ間誤差検出部１１０に送信ブランチ１０１の送信信号を検出させる。次に、補正制御部１３０は、送信部制御部１７０に送信ブランチ１０２を送信させ、ブランチ間誤差検出部１１０に送信ブランチ１０２の送信信号を検出させる。以上により、補正制御部１３０は、各送信ブランチに対して振幅制御部１９０への振幅制御量に対する実際の送信出力レベルを把握する。
【００４９】
第二の手順として、補正制御部１３０は、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の両方を動作させて、送信ブランチ間の位相誤差量を検出する。図３を用いて説明する。図３は、２つの送信ブランチ１０１、１０２の送信出力信号の位相差に対するブランチ間誤差検出部１１０からの出力を示す特性図である。図３において、横軸は送信ブランチ間の位相差、縦軸はブランチ間誤差検出部１１０の出力を示す。ブランチ間誤差検出部１１０から実際に出力される値は、ＡＤ変換部２３０によるＡＤ変換後のディジタル値となるが、図３では理解し易いように、検波部２２０が出力するアナログ電圧値として図示する。
【００５０】
図３では、ブランチ間位相差を０度から３６０度まで変化させて誤差検出信号を観測すると、位相差が同相となる条件において最大値を示し、位相差が逆相の１８０度となる条件において最小値を示す。また、誤差検出信号の参照値として、例えば参照電圧値０．３Ｖの設定では、誤差検出信号が参照値となる位相値（位相差の値）が２つ存在する。
【００５１】
図３では、ブランチ間位相差が同相及び逆相となる移相制御量は、誤差検出信号が最大値及び最小値を示す移相制御量によって得られることが分かる。しかし、例えば逆相条件では誤差検出信号がゼロの電圧値またはゼロに近い値の電圧値となるため、ＡＤ変換部２３０によって微小となる誤差検出信号を高精度に検出してディジタル値に変換することが困難である。また、例えば位相差が１８０度から１度ずれた場合の出力の変化は数ミリボルト程度と小さく、微小な電圧差を検出するためには多くのビット数を有するＡＤ変換回路が必要となり、回路が大きくなるという課題がある。
【００５２】
よって本実施形態では、誤差検出信号に対して検出の困難な微小の電圧値を検出する代わりに、精度確保が容易な参照電圧値を設定し、誤差検出信号の出力が参照電圧値となる位相値の移相制御量から同相及び逆相の移相制御量を得る。すなわち、位相差に対する誤差検出信号の対称性を利用し、参照電圧値に対応する同値となる２点を検出し、検出した２点の中央値を求め、同相条件及び逆相条件に相当する移相制御量を得る。参照電圧値は、例えば、誤差検出信号の出力レベル範囲の中間付近の値として、位相変化に対する誤差検出信号の出力レベル変化が大きくなるように設定する。
【００５３】
まず、補正制御部１３０は、振幅制御部１９０によって送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の送信出力レベルを同じとなるように調整する。なお、調整するレベルは、実施の装置においては、所定の範囲の誤差が含まれても良い。次に、補正制御部１３０は、位相制御部１８０によって位相調整部１８１の移相量を固定し、位相調整部１８２の移相量を制御し、送信ブランチ間の位相差が０度から３６０度に変化させる。
ブランチ間誤差検出部１１０からの誤差検出信号があらかじめ設定した参照電圧値となる第一及び第二の参照移相制御量（２つの参照移相制御量（１）及び（２））を取得する。最後に、位相調整部１８２に対する第一及び第二の参照移相制御量と、位相変化に対する誤差検出信号の出力レベル変化の関係から、送信ブランチ間が同相及び逆相となる移相制御量を各々算出する。
【００５４】
送信ブランチ間が同相及び逆相となる移相制御量は、以下のように算出できる。例えば図３では、あらかじめ設定する参照電圧値を０．３Ｖとして、位相制御部１８０に与える位相調整部１８２に対する移相制御量を変化させた場合、２つの参照移相制御量としてＡとＢを得る。
【００５５】
移相制御量をＡからＢへ変化させ、誤差検出信号の出力レベルが減少の後増加する場合には、これらの間に逆相条件における最小値が存在すると想定され、移相制御量ＡからＢへの間の中央値が送信ブランチ間位相差の逆相条件を得る移相制御量Ｃとなる。また、移相制御量ＢからＡへの間の中央値が送信ブランチ間位相差の同相条件を得る移相制御量Ｄとなる。
【００５６】
もし反対に、移相制御量をＡからＢへ変化させ、誤差検出信号の出力レベルが増加の後減少する場合には、これらの間に同相条件における最大値が存在すると想定され、移相制御量ＡからＢへの間の中央値が同相条件を得る移相制御量Ｄ、移相制御量ＢからＡへの間の中央値が逆相条件を得る移相制御量Ｃとなる。
【００５７】
上記第二の手順により、例えば各種バラツキの要因により送信部１７１と送信部１７２の位相特性が異なる場合であっても、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２を同相及び逆相とする位相制御部１８０への位相調整部１８２に対する移相制御量を取得できる。位相制御部１８０への位相調整部１８２に対する移相制御量と位相調整部１８１に対する移相制御量とを比較することによって、送信部１７１と送信部１７２の位相誤差量を把握できる。
【００５８】
求められる位相誤差量は、同相条件によって得たものと逆相条件によって得たものが基本的には同じ量となる。よって、一方の条件により得た位相誤差量をもって、他方の条件により得た位相誤差量の妥当性を評価できる。但し、例えば位相調整部の非線形性といった要因により、同相条件と逆相条件の位相誤差量が異なることも考えられる。同相条件と逆相条件の各々について位相誤差量を補正データとして導出し、０度と１８０度の間の位相設定に対しては、２つの補正データを基に内挿補間によって補正データを算出できる。
【００５９】
なお、第二の手順では、最初に送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の送信出力レベルを同じレベルに調整する動作を示したが、２つの出力レベルが同じとならなくても同じ手順により同相及び逆相となる移相制御量を得ることが可能である。よって、送信ブランチ間の振幅誤差が残留している場合、ビーム形成動作時において意図的に送信信号に振幅差を生じさせている場合でも、位相誤差及び移相制御量の検出は可能である。
【００６０】
また、第二の手順では、位相調整部１８２を調整して送信ブランチ間の位相差が０度から３６０度まで変化させる例を示したが、他方の位相調整部１８１を調整する、もしくは位相調整部１８１と１８２の両方を調整して、送信ブランチ間の位相差が０度から３６０度まで変化するよう動作させても構わない。
【００６１】
第三の手順として、補正制御部１３０は、振幅誤差の補正値と位相誤差の補正値を算出する。補正制御部１３０は、第一の手順によって各送信ブランチに対して行った振幅制御部１９０への振幅制御量に対する実際の送信出力レベルの比較結果より、各送信ブランチの振幅誤差の補正値を算出する。また、補正制御部１３０は、第二の手順によって求めた送信ブランチ間位相差の同相条件及び逆相条件の移相制御量より、各送信ブランチの位相誤差の補正値を算出する。そして、補正制御部１３０は、振幅誤差の補正値と位相誤差の補正値を補正記憶部１５０に記憶させる。
【００６２】
補正制御部１３０と接続される補正記憶部１５０は、振幅補正テーブル及び位相補正テーブルを保持する。振幅補正テーブルは、ビーム角制御部１４０より入力される所要振幅量に対して、振幅制御部１９０へ入力する各送信ブランチへの振幅制御量の情報を有する。例えば、所要振幅量としての所定の振幅値について、送信ブランチ毎に、各振幅値に対する補正値または振幅制御量を保持する。位相補正テーブルは、ビーム角制御部１４０より入力される所要移相量に対して、位相制御部１８０へ入力する各送信ブランチへの位相制御量の情報を有する。例えば、所要移相量としての所定の位相値について、送信ブランチごとに、各位相値に対する補正値または位相制御量を保持する。
【００６３】
補正制御部１３０は、補正記憶部１５０が保持する振幅補正テーブル及び位相補正テーブルに、算出した振幅補正値と位相補正値を加味して記憶し、第一の手順及び第二の手順によって振幅誤差及び位相誤差に関する補正値を得る度に、振幅補正テーブル及び位相補正テーブルを更新する。
【００６４】
以上の手順によって、補正制御部１３０は、各送信ブランチ間の位相誤差及び振幅誤差に関する補正値を取得し、記憶する。補正制御部１３０は、各送信ブランチ１０１、１０２に対して、位相補正テーブルと振幅補正テーブルの情報を基にして位相調整部１８１、１８２及び振幅調整部１９１、１９２を制御し、位相及び振幅の誤差を補正する。
【００６５】
これにより、誤差補正がなされた所要の振幅と位相を持つ送信信号を、各送信ブランチ１０１、１０２より出力可能である。よって、所望のビーム指向性を得るための位相及び振幅の調整において、送信ブランチ間の誤差が抑制された送信ビームを形成できる。
【００６６】
なお、実際の運用では、例えば、環境の変化によって送信ブランチ間の誤差の値が変化するため、上述した誤差補正の手順は定期的に行ってもよい。
【００６７】
なお、送信ブランチ１０１、１０２において、送信信号の出力レベルによって位相誤差が異なる場合は、例えば実使用時に必要となる振幅毎に位相誤差を求めて補正すればよい。また、位相調整部１８１、１８２の移相器における移相特性が非線形である場合は、例えば実使用時に必要となる移相量毎に位相誤差を求めて補正すればよい。
【００６８】
以上のように、第１の実施形態では、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の間にブランチ間誤差検出部１１０を設け、補正制御部１３０がブランチ間誤差検出部１１０の出力する誤差検出信号に基づいて複数の送信ブランチ間の位相誤差及び振幅誤差を算出し、位相制御部１８０及び振幅制御部１９０によって位相誤差及び振幅誤差を補正する。ブランチ間誤差検出部１１０は、小型かつ低電力に実装可能な信号合成部、検波部及びＡＤ変換部によって構成できる。このため、２つの送信ブランチ間の振幅特性及び位相特性の誤差を、簡単な構成を用いて、かつ簡単な手順によって検出し補正可能なフェーズドアレイ送信装置が実現できる。
【００６９】
また、ブランチ間誤差検出部１１０が小型回路となることから、集積回路またはプリント基板上に回路実装する場合、送信ブランチ１０１と送信ブランチ１０２の回路レイアウトまたは回路実装パターンの間のスペースに、自由度を持って実装することが容易となる。したがって、送信出力検出部１６１、１６２からブランチ間誤差検出部１１０に接続する高周波の信号配線を、短く、かつ等長、対称となるように配線可能であり、実装性の高い構成となる。
結果として、送信信号を抜き出す配線によって起こり得る振幅及び位相の検出誤差を低減でき、精度の高い位相及び振幅の補正が実現できる。例えば、回路の製造プロセスによるバラツキ、使用環境（例えば、温度）のバラツキ、動作時の電源電圧のバラツキといった各種バラツキに対する耐性を有し、バラツキ対策も可能であり、精度良く振幅誤差及び位相誤差を検出できる。
【００７０】
また、本実施形態に示した送信出力検出部１６１、１６２によって各送信ブランチから送信信号の一部を抜き出す構成により、特許文献１に示すスイッチ切り替えによって送信信号を抜き出す構成にて課題となる、スイッチ切り替え時のインピーダンス変化によるアンテナ特性変化の問題を回避可能である。
【００７１】
また、各送信ブランチの振幅誤差及び位相誤差を検出するために、送信信号をベースバンド信号にダウンコンバートして受信処理するキャリブレーション用受信系の回路が不要であり、回路の増大、消費電力の増加、コスト増を抑制できる。
【００７２】
また、本実施形態のフェーズドアレイ送信装置は、各送信ブランチが個別に振幅を調整する手段として振幅調整部１９１、１９２を有するため、複数アンテナからの送信出力レベルを重みづけすることによって、送信出力レベルを一様とした場合と比較して送信ビームの指向性サイドローブをさらに抑圧可能である。
【００７３】
結果として、本実施形態のフェーズドアレイ送信装置では、送信ブランチ間の振幅位相調整をキャリブレーションすることにより、所望のビーム指向性が得られ、サイドローブ抑圧量の劣化を抑制できる。本実施形態の構成は、送信信号をミキサによってダウンコンバートする受信系を備える従来方式の構成と比較して、校正に必要な付加回路を小型、低コスト、低電力にて実装可能であり、回路の集積化またはプリント基板実装においても実装性の高い構成である。
【００７４】
（第２の実施形態）
図４は本開示の第２の実施形態に係るフェーズドアレイ送信装置の構成を示すブロック図である。第２の実施形態では、図１に示した第１の実施形態の構成を基本として、送信ブランチ数を３つとした構成例を示す。
【００７５】
第２の実施形態のフェーズドアレイ送信装置は、送信ブランチ１０１、１０２に加えて送信ブランチ１０３を設けた構成である。さらに、ブランチ間誤差検出部１１１と、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１と接続される検波部制御部４１０を設けた構成である。その他の構成は第１の実施形態と同様であり、図１と同じ番号を付したものは同じ機能を有するため、説明を省略する。
【００７６】
ブランチ間誤差検出部１１１は、送信ブランチ１０２と送信ブランチ１０３との間に設けられ、これら送信ブランチ１０２、１０３の送信出力検出部１６２、１６３と接続される。ブランチ間誤差検出部１１１は、送信出力検出部１６２及び１６３から入力される信号に基づいて、送信ブランチ１０２及び１０３の送信信号の各出力レベル（振幅）と２つの信号の位相差に関する情報を検出し、誤差検出信号として補正制御部１３０へ出力する。ブランチ間誤差検出部１１１の構成及び動作は、図２により説明したブランチ間誤差検出部１１０と同様である。
【００７７】
検波部制御部４１０は、補正制御部１３０によって算出した各ブランチ間誤差検出部の検出特性の誤差を補正するように、ブランチ間誤差検出部１１０及び１１１を制御する。検波部制御部４１０は、ブランチ間誤差検出部１１０とブランチ間誤差検出部１１１とが同じ検出特性を得るために、例えば、各ブランチ間誤差検出部の内部にある検波部の回路のバイアスを調整し、検波特性の誤差を補正する。
【００７８】
第２の実施形態における、各送信ブランチ間の位相誤差及び振幅誤差に関する誤差補正の手順を説明する。第２の実施形態の基本動作は第１の実施形態と同様であり、ここでは第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７９】
第２の実施形態では、３つの送信ブランチ間の位相誤差及び振幅誤差を補正するために、第１の実施形態に示した手順によって送信ブランチ１０１と１０２の間の位相誤差及び振幅誤差を検出して補正し、同じ手順によって送信ブランチ１０２と１０３の間の位相誤差及び振幅誤差を検出して補正する。３つ以上の送信ブランチを備える場合、隣り合う送信ブランチ間の相対誤差を検出、補正することで、全ての送信ブランチ１０１〜１０３間の相互の位相誤差及び振幅誤差が補正される。
【００８０】
ここで、精度の良い補正を実現するには、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１の誤差検出特性が同一であることが重要である。本実施形態では、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１の検波特性を同一にするために、以下の手順を行う。
【００８１】
第一の手順として、補正制御部１３０は、送信部制御部１７０によって送信ブランチ１０１、１０３をオフとして送信ブランチ１０２を送信動作させる。送信出力検出部１６２は、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１への２つの出力が等レベルとなるように設計され、送信ブランチ１０２の送信信号がブランチ間誤差検出部１１０、１１１の両方へ同じレベルで入力される。
【００８２】
第二の手順として、補正制御部１３０は、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１のそれぞれから入力される２つの誤差検出信号を比較して、両者が同じとなるように検波部制御部４１０に制御を指示する。検波部制御部４１０は、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１のそれぞれの内部にある検波部のどちらか一方または両方の検波特性を例えばバイアスによって調整し、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１のそれぞれが出力する２つの誤差検出信号が同じとなるように制御する。
【００８３】
なお、ブランチ間誤差検出部１１０、１１１の検波部の初期設定として、例えば、検波部制御部４１０が各検波部のバイアス電流をチェックして、これらが同じとなるように初期調整してもよい。これにより、検波部にある検波回路の検波特性、すなわち入力信号レベルに対する出力検波電圧値の関係をある程度揃えることができ、第一の手順の実行前に誤差を小さくしておくことが可能である。
【００８４】
以上の手順によって、全てのブランチ間誤差検出部が同じ検波特性を有するように補正した後、補正制御部１３０は、第１の実施形態と同様にして、各送信ブランチの送信出力レベルを検出する。すなわち、補正制御部１３０は、送信部制御部１７０によって全ての送信ブランチ１０１〜１０３を順次動作させ、信号レベルを検知し、全ての送信ブランチの出力レベルを検出し、全送信ブランチの送信出力レベルを比較し、送信ブランチ間の振幅誤差を検出する。その後、振幅制御部１９０は、各送信ブランチ１０１〜１０３の振幅誤差の補正値を算出し、補正された振幅制御量によって送信ブランチ１０１〜１０３の振幅調整部１９１〜１９３を各々調整し、振幅特性を補正する。
【００８５】
また、位相誤差についても、第１の実施形態と同様に、送信ブランチ間の位相誤差量を検出し、位相誤差の補正値を算出し、補正された移相制御量によって送信ブランチ１０１〜１０３の位相調整部１８１〜１８３を各々調整し、位相特性を補正する。
【００８６】
以上のように、第２の実施形態によれば、３つ以上のアンテナを使用するフェーズドアレイ送信装置において、第１の実施形態と同様に全ての送信ブランチ間の振幅特性及び位相特性の誤差を検出でき、かつ簡単な手順によって、位相誤差及び振幅誤差を補正できる。これにより、多くのアンテナを制御することにより、より指向性の高いビームを形成する送信装置において、高精度のビーム形成が可能なフェーズドアレイ送信装置を実現できる。
【００８７】
なお、送信ブランチを４つ以上有する構成においても本実施形態において示した構成は適用可能である。例えば、Ｎ個の送信ブランチがある場合、送信ブランチ間に（Ｎ−１）個のブランチ間誤差検出部を設け、隣り合う送信ブランチ間の位相誤差及び振幅誤差を順次検出することによって、全ての送信ブランチ間の誤差を把握して、同様に補正できる。
【００８８】
本実施形態によれば、Ｎ個の送信ブランチを有するフェーズドアレイ送信系に対して、全ての組み合わせ（Ｎ×（Ｎ−１）／２）についてブランチ間誤差検出部を設ける必要が無く、より少数の（Ｎ−１）の回路を設ければよい。したがって、回路の増大または消費電力の増加を抑制し、小型であり実装容易な構成によってフェーズドアレイ送信系全体の誤差補正が可能となる。
【００８９】
なお、図４の構成では、送信出力検出部１６２がブランチ間誤差検出部１１０及び１１１へ２つの出力を有し、送信出力検出部１６１と１６３はそれぞれ１つのブランチ間誤差検出部１１０、１１１への出力を有した非対称な構成を示すが、これに限定されない。同じ送信信号レベルに対して、各送信出力検出部への出力に抜き出される信号レベルが全て同じとなるように設計されれば動作上問題はない。
また、例えば全てのブランチ間誤差検出部の出力が同じとなるように設計することが実装上難しく、理想的な動作をする回路としての設計が困難であり、検出誤差を生じる場合は、検出誤差を考慮して補正する構成としてもよい。回路の設計誤差は予め見込むことができるため、設計誤差を考慮して補正制御部１３０が位相誤差及び振幅誤差を補正する、もしくは検波部制御部４１０が誤差検出信号を補正するように制御すれば動作上問題はない。
【００９０】
（第３の実施形態）
図５は本開示の第３の実施形態に係るフェーズドアレイ送信装置を含む集積回路の構成を示す図である。第３の実施形態は、４つの送信ブランチを有するフェーズドアレイ送信系の回路を集積回路に実装した構成例を示す。
【００９１】
フェーズドアレイ送信装置を構成する集積回路２００には、４つの送信ブランチ１０１、１０２、１０３、１０４の回路が半導体チップ上にレイアウトされて実装される。送信ブランチ１０１〜１０４の端部には、それぞれパッド２０１、２０２、２０３、２０４が形成され、各パッド２０１〜２０４にアンテナ部１１、１２、１３、１４がそれぞれ接続可能に構成される。なお、図示例ではアンテナ部１１〜１４を外部に設けてパッド２０１〜２０４に接続する構成を示したが、パッド２０１〜２０４を設けずにアンテナ部１１〜１４を半導体チップ上に形成した構成であってもよい。
【００９２】
各送信ブランチ１０１〜１０４は、第１の実施形態と同様に、送信出力検出部１６１〜１６４、送信部１７１〜１７４、位相調整部１８１〜１８４、及び振幅調整部１９１〜１９４を有する。また、送信ブランチ１０１と１０２との間にブランチ間誤差検出部１１０、送信ブランチ１０２と１０３との間にブランチ間誤差検出部１１１、送信ブランチ１０３と１０４との間にブランチ間誤差検出部１１２が配置される。
【００９３】
また、集積回路２００には、送信信号発生部１２０、補正制御部１３０が配置される。なお、位相制御部１８０、振幅制御部１９０を含む回路も同様に集積回路２００に配置されるが、図示を省略する。
【００９４】
本実施形態のブランチ間誤差検出部１１０〜１１２は、受信信号の処理に用いる受信回路と比較して、簡単な回路により小型に構成でき、小さいスペースに実装可能である。ブランチ間誤差検出部を各送信ブランチの間にレイアウトすることによって、送信出力検出部１６１〜１６４からブランチ間誤差検出部１１０〜１１２までの配線２１１〜２１６を短くできる。
【００９５】
配線引き回しの回避によって、他の回路及び配線との間の寄生素子（電気的結合）を低減したレイアウト設計（配線）が可能である。また、各送信ブランチ１０１〜１０４からブランチ間誤差検出部１１０〜１１２までの配線２１１〜２１６の長さを等長にできる。結果として、寄生素子が少なく、信号の位相変化及び振幅変化は各配線において同じとなるので、配線引き回しによる振幅誤差、位相誤差を低減でき、高精度に補正できる。
【００９６】
集積回路において、配線に寄生素子が生じると、信号の位相及び振幅を変化させる要因となり、振幅及び位相の検出誤差を発生する。仮に、従来例のように１系統のキャリブレーション用受信系を設けて各送信ブランチの送信出力を受信検波する構成では、集積回路のどこか１か所に受信部を配置する。各送信ブランチの出力を１か所に設けた受信部の入力まで配線を引き回して接続するため、特に高周波信号に対して配線による位相振幅変化を同じ特性を得ることは困難である。よって、配線による誤差と送信ブランチに内在する誤差との区別が困難であり、精度良いキャリブレーションが困難となる課題が生じる。
【００９７】
これに対し、本実施形態では、送信ブランチ間のブランチ間誤差検出部への配線を短くかつ等長にできるため、回路の配線レイアウトによる誤差を最小限に抑えられる。なお、ブランチ間誤差検出部１１０〜１１２と補正制御部１３０との間を伝送される誤差検出信号は、検波レベルを示したディジタル信号であり、高周波信号ではないため、配線が長くても問題なく、等長配線の制約もない。
【００９８】
以上のように、本開示のフェーズドアレイ送信装置は、送信ブランチ間の位相誤差と振幅誤差を補正することにより、精度の高い送信ビームを形成可能となり、主ビーム方向の指向性利得を向上させ、不要方向の放射レベルを抑圧できる。例えば、振幅誤差及び位相誤差の目標精度としては、サイドローブ抑圧レベルの劣化許容量を３ｄＢとした場合、振幅誤差１ｄＢ以下、位相誤差５度以下の精度確保が必要となるが、本実施形態の構成を適用すれば十分に対応可能である。これにより、無線通信における通信エリアの制御、リンクバジェットの改善、あるいは、レーダにおける不要方向からのクラッタ反射またはマルチパスの抑圧による検知精度の向上に有効である。
【００９９】
また、本開示のフェーズドアレイ送信装置は、簡単な回路によって誤差を検出するブランチ間誤差検出部を実装できる。このため、回路の低消費電力化が実現でき、ミリ波帯といった高い周波数の送信信号に対しても特性確保が容易であり、高い周波数を利用するシステムへの適用が可能である。
【０１００】
また、高周波数帯への適用では、ブランチ間誤差検出部及び送信出力検出部といった高周波信号を処理する回路部分は、集積化に親和性の高い回路を用いて実装でき、システム全体の小型実装も可能である。さらに、ブランチ間誤差検出部といった誤差検出用の回路にバラツキが生じて、補正誤差の要因となる場合にも、誤差検出用の回路自体を補正可能であり、システム全体として精度の高い振幅及び位相の誤差補正が実現できる。
【０１０１】
本開示に係る実施形態の種々の態様として、以下のものが含まれる。
【０１０２】
第１の開示に係るフェーズドアレイ送信装置は、無線周波数の送信信号を送信する送信部と、前記送信信号の位相を調整する位相調整部と、前記送信信号の振幅を調整する振幅調整部と、前記送信部の出力の一部を取り出す送信出力検出部と、を有する、第一の送信ブランチ及び第二の送信ブランチを備え、前記第一の送信ブランチ及び前記第二の送信ブランチのそれぞれの前記送信出力検出部からの出力を合成する信号合成部と、前記信号合成部からの出力レベルを検波する検波部と、前記検波部からのアナログ電圧をディジタル値に変換するＡＤ変換部とを含むブランチ間誤差検出部と、前記ブランチ間誤差検出部からの出力によって前記第一の送信ブランチと前記第二の送信ブランチの位相及び振幅を検出する補正制御部と、前記補正制御部の位相検出結果に基づいて前記位相調整部を制御する位相制御部と、前記補正制御部の振幅検出結果に基づいて前記振幅調整部を制御する振幅制御部と、を備える。
【０１０３】
この構成により、回路の増大または消費電力の増加を抑制し、バラツキ対策できる簡易な回路による実装性の高い構成によって、送信ブランチ間の送信信号の位相誤差及び振幅誤差を高い精度によって補正でき、フェーズドアレイアンテナにおいて精度の高い送信ビームを形成可能となる。
【０１０４】
第２の開示に係るフェーズドアレイ送信装置は、上記第１の開示のフェーズドアレイ送信装置において、前記補正制御部は、前記位相制御部によって前記第一の送信ブランチと前記第二の送信ブランチの少なくとも一方の位相調整部を変化させて２つの送信ブランチ間の位相を３６０度変化させ、前記ブランチ間誤差検出部の出力があらかじめ設定した参照値となる２つの位相値を検出し、前記２つの位相値の中央値が、前記第一及び第二の送信ブランチ間の位相差が同相条件及び逆相条件となる位相値として位相誤差を算出し、前記位相制御部は、前記補正制御部が算出した位相誤差に基づいて、前記第一及び第二の送信ブランチの位相調整部を調整して２つの送信ブランチ間の位相誤差を補正する。
【０１０５】
第３の開示に係るフェーズドアレイ送信装置は、上記第１または第２の開示のフェーズドアレイ送信装置において、前記送信部の動作を制御する送信部制御部を備え、前記補正制御部は、前記送信部制御部によって前記第一及び第二の送信ブランチの一方を動作させて前記第一の送信ブランチと前記第二の送信ブランチのそれぞれの送信出力レベルを前記ブランチ間誤差検出部の出力によって検出し、前記第一及び第二の送信ブランチ間の振幅誤差を算出し、前記振幅制御部は、前記補正制御部が算出した振幅誤差に基づいて、前記第一及び第二の送信ブランチの振幅調整部を調整して２つの送信ブランチ間の振幅誤差を補正する。
【０１０６】
第４の開示に係るフェーズドアレイ送信装置は、上記第１から第３のいずれかの開示のフェーズドアレイ送信装置において、前記補正制御部による位相及び振幅の検出結果に関する情報を記憶する補正記憶部を備え、前記補正記憶部は、前記第一及び第二の送信ブランチの各送信ブランチにおける位相誤差を補正するための補正値または位相制御量を有する位相補正テーブルと、前記第一及び第二の送信ブランチの各送信ブランチにおける振幅誤差を調整するための補正値または振幅制御量を有する振幅補正テーブルと、を保持し、前記補正制御部は、前記位相補正テーブル及び前記振幅補正テーブルを作成または更新し、前記位相補正テーブルの補正値または位相制御量によって前記位相調整部を調整し、前記振幅補正テーブルの補正値または振幅制御量によって前記振幅調整部を調整する。
【０１０７】
第５の開示に係るフェーズドアレイ送信装置は、上記第１の開示のフェーズドアレイ送信装置において、前記第一及び第二の送信ブランチを含む３つ以上の送信ブランチを備え、前記３つ以上の送信ブランチのうちの２つを前記第一及び第二の送信ブランチとして、前記第一及び第二の送信ブランチ間に前記信号合成部、前記検波部及び前記ＡＤ変換部を含むブランチ間誤差検出部を備え、前記補正制御部は、複数の前記ブランチ間誤差検出部の検出特性が同じとなるように調整する。
【０１０８】
第６の開示に係るフェーズドアレイ送信装置は、上記第５の開示のフェーズドアレイ送信装置において、前記第一及び第二の送信ブランチを含むＮ個の送信ブランチと、前記Ｎ個の送信ブランチ間にそれぞれ接続された（Ｎ−１）個の前記ブランチ間誤差検出部と、を備える。
【０１０９】
第７の開示に係るフェーズドアレイ送信装置は、上記第５または第６の開示のフェーズドアレイ送信装置において、前記送信部の動作を制御する送信部制御部と、前記検波部の検波特性を調整する検波部制御部と、を備え、前記補正制御部は、複数の前記ブランチ間誤差検出部の検出特性を調整する場合、前記送信部制御部によって前記調整対象の複数のブランチ間誤差検出部の双方と接続される送信ブランチを動作させるように制御し、前記検波部制御部によって前記複数のブランチ間誤差検出部の出力が同じとなるように、前記複数のブランチ間誤差検出部における検波部の検波特性を調整する。
【０１１０】
第８の開示に係る集積回路は、上記第１から第７のいずれかの開示のフェーズドアレイ送信装置を備え、前記第一の送信ブランチと前記第二の送信ブランチとの間に、前記信号合成部、前記検波部及び前記ＡＤ変換部を含むブランチ間誤差検出部が配置される。
【０１１１】
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本開示は、実装容易な簡易な構成によって、送信ブランチ間の送信信号の位相誤差及び振幅誤差を補正可能となる効果を有する。本開示に係るフェーズドアレイ送信装置は、サイドローブを抑圧した精度の高いビーム形成が従来よりも小型、低コスト、低消費電力に実現可能となり、ビーム形成が必要となる無線通信システムにおける送信装置（例えば、基地局）、ビーム形成によって検出精度を高めたレーダ装置、または、これらを実現する無線チップ等として有用である。
【符号の説明】
【０１１３】
１１、１２、１３、１４  アンテナ部
１０１、１０２、１０３、１０４  送信ブランチ
１１０、１１１、１１２  ブランチ間誤差検出部
１２０  送信信号発生部
１３０  補正制御部
１４０  ビーム角制御部
１５０  補正記憶部
１６１、１６２、１６３、１６４  送信出力検出部
１７０  送信部制御部
１７１、１７２、１７３、１７４  送信部
１８０  位相制御部
１８１、１８２、１８３、１８４  位相調整部
１９０  振幅制御部
１９１、１９２、１９３、１９４  振幅調整部
２１０  信号合成部
２２０  検波部
２３０  ＡＤ変換部
４１０  検波部制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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