(57)【要約】【課題】アナログおよびディジタルの２段階のビーム形成を用いた場合でも、広帯域通信が可能なアンテナ装置を得る。【解決手段】ＩＭＵＸ６−１〜６−Ｌにより最小周波数分割単位で分割した後に、Ａ／Ｄ変換器７−１−１〜７−Ｌ−Ｍによりディジタル信号に変換し、受信ＤＢＦネットワーク８−１〜８−ＭによりＤＢＦを実施している。  よって、アナログおよびディジタルの２段階のビーム形成を用いた場合でも、本アンテナ装置で処理可能な最大の周波数帯域幅は、Ａ／Ｄ変換器７−１−１〜７−Ｌ−Ｍの性能によって制限されることなく、広帯域通信を実現することができる。【選択図】図１
2014131164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子アンテナと、
前記複数の素子アンテナによる信号を無線周波数帯で合成して複数の第一ビーム信号を形成するアナログビーム形成回路と、
前記複数の第一ビーム信号をそれぞれ無線周波数帯の最小周波数分割単位で分割して複数の最小単位周波数分割信号を生成する複数のフィルタバンクと、
前記複数の最小単位周波数分割信号をディジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、
前記ディジタル信号に変換された同一周波数分割単位の最小単位周波数分割信号をディジタル信号処理により合成して複数の第二ビーム信号を形成するＤＢＦネットワークと、
前記複数の第二ビーム信号をディジタル信号で中継するディジタル中継器とを備えたアンテナ装置。
【請求項２】
複数の素子アンテナと、
前記複数の素子アンテナによる信号を無線周波数帯で合成して複数の第一ビーム信号を形成するアナログビーム形成回路と、
前記複数の第一ビーム信号をそれぞれ２分配する複数の分配器と、
前記複数の分配器により分配された一方の複数の第一ビーム信号をアナログ信号で中継するアナログ中継器と、
前記複数の分配器により分配された他方の複数の第一ビーム信号をそれぞれ無線周波数帯の最小周波数分割単位で分割して複数の最小単位周波数分割信号を生成する複数のフィルタバンクと、
前記複数の最小単位周波数分割信号をディジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、
前記ディジタル信号に変換された同一周波数分割単位の最小単位周波数分割信号をディジタル信号処理により合成して複数の第二ビーム信号を形成するＤＢＦネットワークと、
前記複数の第二ビーム信号をディジタル信号で中継するディジタル中継器とを備えたアンテナ装置。
【請求項３】
複数の第一ビーム信号をアナログ信号で中継するアナログ中継器と、
複数の第二ビーム信号をディジタル信号で中継するディジタル中継器と、
前記複数の第二ビーム信号をそれぞれコピーしてディジタル信号処理により複数のＤＢＦ送信信号を形成するＤＢＦネットワークと、
前記複数のＤＢＦ送信信号をアナログ信号に変換する複数のＤ／Ａ変換器と、
前記複数のＤ／Ａ変換器により変換された無線周波数帯の最小周波数分割単位で分割されているアナログ信号を合波して複数のアナログ合波信号を生成する複数のフィルタバンクと、
前記複数のアナログ合波信号と前記アナログ中継器による複数のアナログ中継信号をそれぞれ合成して複数の送信アナログビーム信号を出力する複数の合成器と、
前記複数の送信アナログビーム信号を無線周波数帯で処理して複数の送信アナログ信号を形成するアナログビーム形成回路と、
前記複数の送信アナログ信号を送信する複数の素子アンテナとを備えたアンテナ装置。
【請求項４】
複数の受信素子アンテナと、
前記複数の受信素子アンテナによる信号を無線周波数帯で合成して複数の第一ビーム信号を形成する受信アナログビーム形成回路と、
前記複数の第一ビーム信号をそれぞれ２分配する複数の分配器と、
前記複数の分配器により分配された一方の複数の第一ビーム信号をアナログ信号で中継するアナログ中継器と、
前記複数の分配器により分配された他方の複数の第一ビーム信号をそれぞれ無線周波数帯の最小周波数分割単位で分割して複数の最小単位周波数分割信号を生成する複数の第一フィルタバンクと、
前記複数の最小単位周波数分割信号をディジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、
前記ディジタル信号に変換された同一周波数分割単位の最小単位周波数分割信号をディジタル信号処理により合成して複数の第二ビーム信号を形成する受信ＤＢＦネットワークと、
前記複数の第二ビーム信号をディジタル信号で中継するディジタル中継器と、
前記ディジタル中継器により中継された複数の第二ビーム信号をそれぞれコピーしてディジタル信号処理により複数のＤＢＦ送信信号を形成する送信ＤＢＦネットワークと、
前記複数のＤＢＦ送信信号をアナログ信号に変換する複数のＤ／Ａ変換器と、
前記複数のＤ／Ａ変換器により変換された無線周波数帯の最小周波数分割単位で分割されているアナログ信号を合波して複数のアナログ合波信号を生成する複数の第二フィルタバンクと、
前記複数のアナログ合波信号と前記アナログ中継器による複数のアナログ中継信号をそれぞれ合成し、複数の送信アナログビーム信号を出力する複数の合成器と、
前記複数の送信アナログビーム信号を無線周波数帯で処理して複数の送信アナログ信号を形成する送信アナログビーム形成回路と、
前記複数の送信アナログ信号を送信する複数の送信素子アンテナとを備えたアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログおよびディジタルの２段階のビーム形成を行うアンテナ装置において、広帯域通信を実現し、かつ冗長性を有するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、衛星通信において、広帯域かつ大容量通信への需要が高まっている。
また、衛星打ち上げ後でも、地上の通信需要の変化に応じて、衛星の通信機能（例えば、ビーム形状など）を柔軟に変更可能なアンテナ装置が望まれている。
【０００３】
このような柔軟なビームを形成するための振幅位相の制御方法として、ディジタルビームフォーミング（以降、ＤＢＦと言う）がある。
ＤＢＦでは、各アンテナ素子の受信信号をアナログディジタル変換器（以降、Ａ／Ｄ変換器と言う）によりディジタル信号に変換した後に、ディジタル信号処理により振幅位相を調整するものである。
そのため、高精度な振幅位相制御が可能となる。
しかしながら、各アンテナ素子にＡ／Ｄ変換器が必要であり、ディジタル信号処理部での計算量も多くなることから、ＤＢＦを適用することにより消費電力が増大するという課題がある。
【０００４】
そこで、ＤＢＦの処理数を減らすために、各アンテナ素子をサブアレー化し、アナログ信号でビーム形成処理して複数のサブアレー信号を出力し、その後、各サブアレー信号をＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換し、周波数デマルチプレクサにより信号帯域を分けた後にＤＢＦを行うという、アナログおよびディジタルの２段階のビーム形成方法を用いたアンテナシステムが提案されている（例えば、下記特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５３６００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、前記特許文献１記載のアンテナシステムでは、サブアレー信号をＡ／Ｄ変換し、周波数デマルチプレクサにより信号帯域を分けた後にＤＢＦを実施している。
このため、本アンテナシステムで処理可能な最大の周波数帯域幅は、Ａ／Ｄ変換器の性能によって制限されてしまう。
したがって、本アンテナシステムを適用する場合、広帯域通信を実現するのが困難という課題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、アナログおよびディジタルの２段階のビーム形成を用いた場合でも、広帯域通信が可能なアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のアンテナ装置は、複数の素子アンテナと、複数の素子アンテナによる信号を無線周波数帯で合成して複数の第一ビーム信号を形成するアナログビーム形成回路と、複数の第一ビーム信号をそれぞれ無線周波数帯の最小周波数分割単位で分割して複数の最小単位周波数分割信号を生成する複数のフィルタバンクと、複数の最小単位周波数分割信号をディジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、ディジタル信号に変換された同一周波数分割単位の最小単位周波数分割信号をディジタル信号処理により合成して複数の第二ビーム信号を形成するＤＢＦネットワークと、複数の第二ビーム信号をディジタル信号で中継するディジタル中継器とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フィルタバンクにより最小周波数分割単位で分割した後に、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換し、ＤＢＦネットワークによりＤＢＦを実施している。
よって、アナログおよびディジタルの２段階のビーム形成を用いた場合でも、本アンテナ装置で処理可能な最大の周波数帯域幅は、Ａ／Ｄ変換器の性能によって制限されることなく、広帯域通信を実現する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２による他のアンテナ装置を示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
なお、図１のアンテナ装置は、受信側のアンテナ装置を示している。
図１に示すように、本実施の形態１のアンテナ装置は、Ｋ（Ｋは任意の自然数）個の受信素子アンテナ１−１〜１−Ｋと、受信素子アンテナ１−１〜１−Ｋに各々接続される低雑音増幅器（以降、ＬＮＡと言う）２−１〜２〜Ｋと、各ＬＮＡ２−１〜２〜Ｋに接続され、信号を無線周波数帯で合成してＬ（Ｌは任意の自然数）本の第一ビーム信号を形成する受信アナログビーム形成回路３とを備える。
【００１２】
また、受信アナログビーム形成回路３に接続され、Ｌ本の第一ビーム信号を２分配して第一分配信号および第二分配信号を生成するＬ個の分配器４−１〜４−Ｌと、各分配器４−１〜４−Ｌに接続され、Ｌ本の第一分配信号をアナログ信号のまま中継するアナログ中継器５と、各分配器４−１〜４−Ｌに接続され、Ｌ本の第二分配信号をそれぞれＭ（Ｍは任意の自然数）個の無線周波数帯の最小周波数分割単位で分割してＬ×Ｍ個の最小単位周波数分割信号を生成するＬ個の周波数デマルチプレクサ（以降、ＩＭＵＸと言う：フィルタバンク）６−１〜６−Ｌとを備える。
【００１３】
さらに、各ＩＭＵＸ６−１〜６−Ｌに接続され、アナログ信号であるＬ×Ｍ個の各最小単位周波数分割信号をディジタル信号に変換するＬ×Ｍ個のＡ／Ｄ変換器７−１−１〜７−Ｌ−Ｍと、ｊ番目（１≦ｊ≦Ｍ）の最小単位周波数分割信号の各ディジタル信号（７−１−ｊ、７−２−ｊ、・・・、および７−Ｌ−ｊ）をディジタル信号処理により合成してＭ本の第二ビーム信号を形成するＭ個の受信ＤＢＦネットワーク８−１〜８−Ｍと、各受信ＤＢＦネットワーク８−１〜８−Ｍに接続され、Ｍ本の第二ビーム信号をディジタル信号で中継するディジタル中継器９とを備える。
【００１４】
次に動作について説明する。
まず、各受信素子アンテナ１−１〜１−Ｋで受信された信号は、ＬＮＡ２−１〜２−Ｋで増幅される。
なお、受信信号は反射鏡を介して各受信素子アンテナ１−１〜１−Ｋに入力されてもよい。
増幅された信号は、受信アナログビーム形成回路３に入力され、Ｌ本の第一ビーム信号が形成される。
ここで、受信アナログビーム形成回路３は、給電回路で構成され、第一ビーム信号のみで通信可能なように設計される。
第一ビームは、典型的にはスポットビームを形成するが、これに限定されるものではない。
【００１５】
次に、受信アナログビーム形成回路３に分配器４−ｉ（１≦ｉ≦Ｌ）が接続され、分配器４−ｉにおいて、第一ビーム信号は２分配され、第一分配信号および第二分配信号が出力される。
分配器４−ｉから出力される合計Ｌ本の第一分配信号は、アナログ中継器５に入力され、アナログ信号のまま送信アンテナ装置（図示せず）へと中継される。
また、Ｌ本の第二分配信号は、ＩＭＵＸ６−ｉにそれぞれ入力され、各第二分配信号はＭ個の最小周波数分割単位に分割される。
したがって、Ｌ個のＩＭＵＸ６−１〜６−Ｌにより、合計Ｌ×Ｍ個のアナログの最小単位周波数分割信号が出力される。
【００１６】
次に、Ｌ×Ｍ個のアナログの最小単位周波数分割信号をそれぞれＡ／Ｄ変換器７−ｉ−ｊ（１≦ｉ≦Ｌ、１≦ｊ≦Ｍ）によりディジタルの最小単位周波数分割信号に変換し、ｊ番目のディジタルの最小単位周波数分割信号、すなわち、Ａ／Ｄ変換器７−１−ｊ、７−２−ｊ、・・・、および７−ｉ−ｊからの出力をｊ番目の受信ＤＢＦネットワーク８−ｊに入力する。
【００１７】
受信ＤＢＦネットワーク８−ｊ（１≦ｊ≦Ｍ）においては、ディジタルの各最小単位周波数分割信号に受信複素重みを乗積して振幅制御および位相制御を行った後に加算し、第二ビーム信号を形成する。
Ｍ個の受信ＤＢＦネットワーク８−１〜８−Ｍで同様の処理を行い、Ｍ本の第二ビーム信号を出力する。
ここで、第二ビーム信号は、ある特定のカバレッジエリアを照射するために最適化された成形ビームであることが好ましいが、これに限定されるものではない。
また、受信複素重みを変更することにより、通信需要の変化に応じて第二ビーム信号のカバレッジエリアを再設定することも可能である。
したがって、本実施の形態１では、受信アナログビーム形成回路３により形成された第一ビーム信号をディジタル信号へ変換し、ビーム単位で合成するビームスペース型のＤＢＦを行う。
【００１８】
受信ＤＢＦネットワーク８−１〜８−Ｍにおいて形成されたＭ本の第二ビーム信号は、ディジタル中継器９に入力され、ディジタル信号のまま送信アンテナ装置（図示せず）へと中継される。
ディジタル中継器９においては、信号を中継するだけでも良いし、ルーティングを行って経路変更するなどしてもよい。
【００１９】
以上のように、本実施の形態１によれば、ＩＭＵＸ６−１〜６−Ｌにより最小周波数分割単位で分割した後に、Ａ／Ｄ変換器７−１−１〜７−Ｌ−Ｍによりディジタル信号に変換し、受信ＤＢＦネットワーク８−１〜８−ＭによりＤＢＦを実施している。
よって、アナログおよびディジタルの２段階のビーム形成を用いた場合でも、本アンテナ装置で処理可能な最大の周波数帯域幅は、Ａ／Ｄ変換器７−１−１〜７−Ｌ−Ｍの性能によって制限されることなく、広帯域通信を実現することができる。
また、分配器４−１〜４−Ｌにより第一ビーム信号をそれぞれ２分配し、アナログ中継器５により分配された一方のＬ本の第一ビーム信号をアナログ信号で中継している。
よって、アナログおよびディジタルの２段階のビーム形成を用いた場合でも、広帯域通信を実現しつつ、かつ受信ＤＢＦネットワーク８−１〜８−Ｍおよびディジタル中継器９などのディジタル信号処理部分が故障した場合でも、冗長系として常時使用することが可能となる。
【００２０】
また、本実施の形態１では、分配器４−１〜４−Ｌにより信号を分ける場合を示したが、分配器４−１〜４−Ｌの代わりにスイッチを用いて構成してもよい。
この場合、スイッチに接続されるアナログ中継器５およびディジタル中継器９が時分割で変更されるため、広帯域通信および冗長構成を常時実現することはできないが、指定されたタイミングにおいて広帯域通信および冗長構成を実現することが可能である。
【００２１】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。
なお、図２のアンテナ装置は、送信側のアンテナ装置を示している。
図２に示すように、本実施の形態２のアンテナ装置は、Ｌ本の第一ビーム信号をアナログ信号で中継するアナログ中継器５と、Ｍ本の第二ビーム信号をディジタル信号で中継するディジタル中継器９と、ディジタル中継器９に接続され、中継されたＭ本の各第二ビーム信号をそれぞれＬ個にコピーしてディジタル信号処理によりＬ×Ｍ個のＤＢＦ送信信号を形成するＭ個の送信ＤＢＦネットワーク１０−１〜１０−Ｍと、Ｌ×Ｍ個のＤＢＦ送信信号をアナログ信号に変換するＬ×Ｍ個のディジタルアナログ変換器（以降、Ｄ／Ａ変換器と言う）１１−１−１〜１１−Ｌ−Ｍとを備える。
【００２２】
また、Ｄ／Ａ変換器１１−１−１〜１１−Ｌ−Ｍに接続され、Ｌ×Ｍ個のＤ／Ａ変換器１１−１−１〜１１−Ｌ−Ｍにより変換されたＭ個の無線周波数帯の最小周波数分割単位で分割されているアナログ信号を合波してＬ個のアナログ合波信号を生成するＬ個の周波数マルチプレクサ（以降、ＯＭＵＸと言う：フィルタバンク）１２−１〜１２−Ｌと、ＯＭＵＸ１２−１〜１２−Ｌおよびアナログ中継器５に接続され、Ｌ個のアナログ合波信号およびＬ本のアナログ中継信号を合成してＬ個の送信アナログビーム信号を生成するＬ個の合成器１３−１〜１３−Ｌとを備える。
【００２３】
さらに、各合成器１３−１〜１３−Ｌに接続され、Ｌ本の送信アナログビーム信号を無線周波数帯で処理してＫ個の送信アナログ信号を形成する送信アナログビーム形成回路１４と、送信アナログビーム形成回路１４に接続され、各送信アナログ信号を増幅するＫ個の高出力増幅器（以降、ＨＰＡと言う）１５−１〜１５〜Ｋと、各ＨＰＡ１５−１〜１５〜Ｋに接続され、増幅された各送信アナログ信号を送信するＫ個の送信素子アンテナ１６−１〜１６−Ｋとを備える。
【００２４】
次に動作について説明する。
まず、アナログ中継器５には、高周波のアナログ中継信号、ディジタル中継器９には、ディジタル信号が入力される。
ディジタル中継器９に入力されたディジタル信号は、ディジタル信号のまま送信ＤＢＦネットワーク１０−ｊ（１≦ｊ≦Ｍ）にそれぞれ入力される。
ディジタル中継器９においては、ディジタル信号を中継するだけでも良いし、ルーティングを行って経路変更するなどしてもよい。
【００２５】
送信ＤＢＦネットワーク１０−ｊ（１≦ｊ≦Ｍ）は、入力される第二ビーム信号をＬ個にコピーし、それぞれに送信複素重みを乗積して振幅制御および位相制御を行い、Ｌ個のＤＢＦ送信信号を出力する。
Ｍ個の送信ＤＢＦネットワークで同様の処理を行い、合計Ｌ×Ｍ個のＤＢＦ送信信号が形成される。
Ｌ×Ｍ個のＤＢＦ送信信号は、それぞれＤ／Ａ変換器１１−ｉ−ｊ（１≦ｉ≦Ｌ、１≦ｊ≦Ｍ）によりディジタル信号からアナログ信号へと変換され、Ｌ×Ｍ個のアナログ送信信号が出力される。
【００２６】
ＯＭＵＸ１２−ｉ（１≦ｉ≦Ｌ）は、Ｄ／Ａ変換器１１―ｉ−ｊ（１≦ｉ≦Ｌ、１≦ｊ≦Ｍ）の合計Ｍ個の最小周波数分割単位に分割されているアナログ送信信号、すなわちＤ／Ａ変換器１１−ｉ−１〜１１−ｉ−Ｍのアナログ送信信号を合波し、Ｌ個のアナログ合波信号を出力する。
合成器１３−ｉは、ＯＭＵＸ１２−ｉ（１≦ｉ≦Ｌ）からのアナログ合波信号と、アナログ中継器５の出力であるｉ番目のアナログ中継信号を合成し、送信アナログビーム信号を出力する。
本処理を合成器Ｌ個分実施し、合計Ｌ本の送信アナログビーム信号が出力される。
【００２７】
送信アナログビーム形成回路１４は、給電回路で構成され、Ｌ本の送信アナログビーム信号から、各送信素子アンテナの送信アナログ信号を形成する。
これらの送信アナログ信号は、それぞれＨＰＡ１５−１〜１５−Ｋにより増幅され、送信素子アンテナ１６−１〜１６−Ｋから出力される。
なお、送信アナログ信号は、反射鏡を介して送信されても良い。
【００２８】
以上のように、本実施の形態２によれば、第一ビーム信号をアナログ中継器５によりアナログ信号で中継すると共に、第二ビーム信号をディジタル中継器９によりディジタル信号で中継し、合成器１３−１〜１３−Ｌにより合成している。
よって、アナログおよびディジタルの２段階のビーム形成を用いた場合でも、広帯域通信を実現しつつ、かつディジタル中継器９および送信ＤＢＦネットワーク１０−１〜１０−Ｍなどのディジタル信号処理部分が故障した場合でも、冗長系として常時使用することが可能となる効果がある。
また、比較的狭帯域な信号をＤ／Ａ変換するため、Ｄ／Ａ変換器１１−１−１〜１１−Ｌ−Ｍの処理能力を低くすることも可能である。
【００２９】
なお、本実施の形態２では、合成器１３−１〜１３−Ｌにより信号を合成する場合を示したが、合成器の代わりにスイッチを用いて構成してもよい。
この場合、スイッチによって接続されるアナログ中継器５およびディジタル中継器９が時分割で変更になるため、広帯域通信および冗長構成を常時実現することはできないが、指定されたタイミングにおいて広帯域通信および冗長構成を実現することが可能である。
【００３０】
また、本実施の形態２の他、図３のように構成してもよい。
図３は図２のアンテナ装置における送信アナログビーム形成回路とＨＰＡとの順序を入れ替えたものである。
順序を入れ替えることにより、ＨＰＡの個数はＫ個（すなわち送信素子アンテナ数個）からＬ個（第一ビーム数個）に変化する。
一般的に、Ｋ＞Ｌであるため、図３のように構成することで、ＨＰＡの個数を減らすことができ、消費電力の低減が可能となる。
【００３１】
実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。
図１では、受信アンテナ装置への適用、図２および図３では、送信アンテナ装置への適用を示したが、図４のアンテナ装置は、受信アンテナ装置および送信アンテナ装置を組み合わせた送受信アンテナ装置を示している。
図４に示すように、本実施の形態４のアンテナ装置は、Ｋ個の受信素子アンテナ１−１〜１−Ｋと、受信素子アンテナ１−１〜１−Ｋに各々接続されるＬＮＡ２−１〜２〜Ｋと、各ＬＮＡ２−１〜２〜Ｋに接続され、信号を無線周波数帯で合成してＬ本の第一ビーム信号を形成する受信アナログビーム形成回路３とを備える。
【００３２】
また、受信アナログビーム形成回路３に接続され、Ｌ本の第一ビーム信号を２分配して第一分配信号および第二分配信号を生成するＬ個の分配器４−１〜４−Ｌと、各分配器４−１〜４−Ｌに接続され、Ｌ本の第一分配信号をアナログ信号のまま中継するアナログ中継器５と、各分配器４−１〜４−Ｌに接続され、Ｌ本の第二分配信号をそれぞれＭ個の無線周波数帯の最小周波数分割単位で分割してＬ×Ｍ個の最小単位周波数分割信号を生成するＬ個のＩＭＵＸ６−１〜６−Ｌとを備える。
【００３３】
さらに、各ＩＭＵＸ６−１〜６−Ｌに接続され、アナログ信号であるＬ×Ｍ個の各最小単位周波数分割信号をディジタル信号に変換するＬ×Ｍ個のＡ／Ｄ変換器７−１−１〜７−Ｌ−Ｍと、ｊ番目（１≦ｊ≦Ｍ）の最小単位周波数分割信号の各ディジタル信号（７−１−ｊ、７−２−ｊ、・・・、および７−Ｌ−ｊ）をディジタル信号処理により合成してＭ本の第二ビーム信号を形成するＭ個の受信ＤＢＦネットワーク８−１〜８−Ｍと、各受信ＤＢＦネットワーク８−１〜８−Ｍに接続され、Ｍ本の第二ビーム信号をディジタル信号で中継するディジタル中継器９とを備える。
【００３４】
さらに、ディジタル中継器９に接続され、中継されたＭ本の各第二ビーム信号をそれぞれＬ個にコピーしてディジタル信号処理によりＬ×Ｍ個のＤＢＦ送信信号を形成するＭ個の送信ＤＢＦネットワーク１０−１〜１０−Ｍと、Ｌ×Ｍ個のＤＢＦ送信信号をアナログ信号に変換するＬ×Ｍ個のＤ／Ａ変換器１１−１−１〜１１−Ｌ−Ｍとを備える。
【００３５】
さらに、Ｄ／Ａ変換器１１−１−１〜１１−Ｌ−Ｍに接続され、Ｌ×Ｍ個のＤ／Ａ変換器１１−１−１〜１１−Ｌ−Ｍにより変換されたＭ個の無線周波数帯の最小周波数分割単位で分割されているアナログ信号を合波してＬ個のアナログ合波信号を生成するＬ個のＯＭＵＸ１２−１〜１２−Ｌと、ＯＭＵＸ１２−１〜１２−Ｌおよびアナログ中継器５に接続され、Ｌ個のアナログ合波信号およびＬ本のアナログ中継信号を合成してＬ個の送信アナログビーム信号を生成するＬ個の合成器１３−１〜１３−Ｌとを備える。
【００３６】
さらに、各合成器１３−１〜１３−Ｌに接続され、Ｌ本の送信アナログビーム信号を無線周波数帯で処理してＫ個の送信アナログ信号を形成する送信アナログビーム形成回路１４と、送信アナログビーム形成回路１４に接続され、各送信アナログ信号を増幅するＫ個のＨＰＡ１５−１〜１５〜Ｋと、各ＨＰＡ１５−１〜１５〜Ｋに接続され、増幅された各送信アナログ信号を送信するＫ個の送信素子アンテナ１６−１〜１６−Ｋとを備える。
【００３７】
次に動作について説明する。
まず、各受信素子アンテナ１−１〜１−Ｋで受信された信号は、ＬＮＡ２−１〜２−Ｋで増幅される。
増幅された信号は、受信アナログビーム形成回路３に入力され、Ｌ本の第一ビーム信号が形成される。
【００３８】
次に、受信アナログビーム形成回路３に分配器４−ｉ（１≦ｉ≦Ｌ）が接続され、分配器４−ｉにおいて、第一ビーム信号は２分配され、第一分配信号および第二分配信号が出力される。
分配器４−ｉから出力される合計Ｌ本の第一分配信号は、アナログ中継器５に入力され、アナログ信号のまま送信アンテナ装置（図示せず）へと中継される。
また、Ｌ本の第二分配信号は、ＩＭＵＸ６−ｉにそれぞれ入力され、各第二分配信号はＭ個の最小周波数分割単位に分割される。
したがって、Ｌ個のＩＭＵＸ６−１〜６−Ｌにより、合計Ｌ×Ｍ個のアナログの最小単位周波数分割信号が出力される。
【００３９】
次に、Ｌ×Ｍ個のアナログの最小単位周波数分割信号をそれぞれＡ／Ｄ変換器７−ｉ−ｊ（１≦ｉ≦Ｌ、１≦ｊ≦Ｍ）によりディジタルの最小単位周波数分割信号に変換し、ｊ番目のディジタルの最小単位周波数分割信号、すなわち、Ａ／Ｄ変換器７−１−ｊ、７−２−ｊ、・・・、および７−ｉ−ｊからの出力をｊ番目の受信ＤＢＦネットワーク８−ｊに入力する。
【００４０】
受信ＤＢＦネットワーク８−ｊ（１≦ｊ≦Ｍ）においては、ディジタルの各最小単位周波数分割信号に受信複素重みを乗積して振幅制御および位相制御を行った後に加算し、第二ビーム信号を形成する。
Ｍ個の受信ＤＢＦネットワーク８−１〜８−Ｍで同様の処理を行い、Ｍ本の第二ビーム信号を出力する。
【００４１】
受信ＤＢＦネットワーク８−１〜８−Ｍにおいて形成されたＭ本の第二ビーム信号は、ディジタル中継器９に入力される。
ディジタル中継器９に入力されたディジタル信号は、ディジタル信号のまま送信ＤＢＦネットワーク１０−ｊ（１≦ｊ≦Ｍ）にそれぞれ入力される。
【００４２】
送信ＤＢＦネットワーク１０−ｊ（１≦ｊ≦Ｍ）は、入力される第二ビーム信号をＬ個にコピーし、それぞれに送信複素重みを乗積して振幅制御および位相制御を行い、Ｌ個のＤＢＦ送信信号を出力する。
Ｍ個の送信ＤＢＦネットワークで同様の処理を行い、合計Ｌ×Ｍ個のＤＢＦ送信信号が形成される。
Ｌ×Ｍ個のＤＢＦ送信信号は、それぞれＤ／Ａ変換器１１−ｉ−ｊ（１≦ｉ≦Ｌ、１≦ｊ≦Ｍ）によりディジタル信号からアナログ信号へと変換され、Ｌ×Ｍ個のアナログ送信信号が出力される。
【００４３】
ＯＭＵＸ１２−ｉ（１≦ｉ≦Ｌ）は、Ｄ／Ａ変換器１１―ｉ−ｊ（１≦ｉ≦Ｌ、１≦ｊ≦Ｍ）の合計Ｍ個の最小周波数分割単位に分割されているアナログ送信信号、すなわちＤ／Ａ変換器１１−ｉ−１〜１１−ｉ−Ｍのアナログ送信信号を合波し、Ｌ個のアナログ合波信号を出力する。
合成器１３−ｉは、ＯＭＵＸ１２−ｉ（１≦ｉ≦Ｌ）からのアナログ合波信号と、アナログ中継器５の出力であるｉ番目のアナログ中継信号を合成し、送信アナログビーム信号を出力する。
本処理を合成器Ｌ個分実施し、合計Ｌ本の送信アナログビーム信号が出力される。
【００４４】
送信アナログビーム形成回路１４は、給電回路で構成され、Ｌ本の送信アナログビーム信号から、各送信素子アンテナの送信アナログ信号を形成する。
これらの送信アナログ信号は、それぞれＨＰＡ１５−１〜１５−Ｋにより増幅され、送信素子アンテナ１６−１〜１６−Ｋから出力される。
【００４５】
以上のように、本実施の形態３によれば、分配器４−１〜４−Ｌにより第一ビーム信号をそれぞれ２分配し、分配された一方の第一ビーム信号をアナログ中継器５によりアナログ信号で中継すると共に、分配された他方の第一ビーム信号をＤＢＦ処理し、ディジタル信号でディジタル中継器９により中継した後に、合成器１３−１〜１３−Ｌにより合成している。
よって、アナログおよびディジタルの２段階のビーム形成を用いた場合でも、広帯域通信を実現しつつ、かつ受信ＤＢＦネットワーク８−１〜８−Ｍ、ディジタル中継器９および送信ＤＢＦネットワーク１０−１〜１０−Ｍなどのディジタル信号処理部分が故障した場合でも、冗長系として常時使用することが可能となる。
また、ＩＭＵＸ６−１〜６−Ｌにより最小周波数分割単位で分割した後に、Ａ／Ｄ変換器７−１−１〜７−Ｌ−Ｍによりディジタル信号に変換し、受信ＤＢＦネットワーク８−１〜８−ＭによりＤＢＦを実施している。
よって、アナログおよびディジタルの２段階のビーム形成を用いた場合でも、本アンテナ装置で処理可能な最大の周波数帯域幅は、Ａ／Ｄ変換器７−１−１〜７−Ｌ−Ｍの性能によって制限されることなく、広帯域通信を実現することができる。
さらに、比較的狭帯域な信号をＤ／Ａ変換するため、Ｄ／Ａ変換器１１−１−１〜１１−Ｌ−Ｍの処理能力を低くすることも可能である。
【００４６】
なお、本実施の形態３では、分配器４−１〜４−Ｌおよび合成器１３−１〜１３−Ｌにより信号を分配および合成する場合を示したが、分配器および合成器の代わりにスイッチを用いて構成してもよい。
この場合、スイッチによって接続されるアナログ中継器５およびディジタル中継器９が時分割で変更になるため、広帯域通信および冗長構成を常時実現することはできないが、指定されたタイミングにおいて広帯域通信および冗長構成を実現することが可能である。
【００４７】
また、受信素子アンテナ１−１〜１−Ｋと送信素子アンテナ１６−１〜１６−Ｋが別のアンテナ素子を使用する形態を示したが、ダイプレクサを用いて送受信素子アンテナを共用するアンテナ装置としてもよい。
【００４８】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１−１〜１−Ｋ  受信素子アンテナ、２−１〜２〜Ｋ  低雑音増幅器、３  受信アナログビーム形成回路、４−１〜４−Ｌ  分配器、５  アナログ中継器、６−１〜６−Ｌ  周波数デマルチプレクサ（フィルタバンク）、７−１−１〜７−Ｌ−Ｍ  アナログディジタル変換器、８−１〜８−Ｍ  受信ディジタルビームフォーミングネットワーク、９  ディジタル中継器、１０−１〜１０−Ｍ  送信ディジタルビームフォーミングネットワーク、１１−１−１〜１１−Ｌ−Ｍ  ディジタルアナログ変換器、１２−１〜１２−Ｌ  周波数マルチプレクサ（フィルタバンク）、１３−１〜１３−Ｌ  合成器、１４  送信アナログビーム形成回路、１５−１〜１５〜Ｋ，１５−１〜１５〜Ｌ  高出力増幅器、１６−１〜１６−Ｋ  送信素子アンテナ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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