(57)【要約】  位相振幅検波回路は、伝送線路２，３を用いて、基準信号の位相を０°変化させて出力する第１の状態、基準信号の位相を９０°変化させて出力する第２の状態、および、基準信号の通過を遮断する第３の状態の３つの状態を順に切り替えて動作するスイッチ１，５と、第１の状態または第２の状態の場合に基準信号と被測定信号とを混合させるとともに、第３の状態の場合に被測定信号の振幅を検波するミクサ７と、ミクサ７から出力される信号から直流成分を抽出するＬＰＦ８と、ＬＰＦ８から出力される直流成分の電圧値をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器９と、第１の状態及び第２の状態の場合にＡ／Ｄ変換器９から出力される２つのディジタル信号に基づいて基準信号と被測定信号との位相差を算出するとともに、第３の状態の場合にＡ／Ｄ変換器９から出力されるディジタル信号に基づいて被測定信号の振幅を算出する信号処理回路１０とを備えている。
2018109871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準信号及び被測定信号が入力され、前記基準信号および前記被測定信号の位相を０°変化させて前記基準信号および前記被測定信号を出力する第１の状態、前記基準信号または前記被測定信号のいずれか一方の位相のみを９０°変化させて前記基準信号および前記被測定信号を出力する第２の状態、および、前記基準信号の通過を遮断して前記被測定信号のみを出力する第３の状態の３つの状態を順に切り替えて動作する信号切替部と、
前記信号切替部に接続され、前記信号切替部の状態が前記第１の状態または前記第２の状態の場合に前記基準信号と前記被測定信号とを混合させるとともに、前記信号切替部の状態が前記第３の状態の場合に前記被測定信号の振幅を検波する、ミクサと、
前記ミクサから出力される信号から直流成分を抽出する低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタから出力される前記直流成分の電圧をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記信号切替部が前記第１の状態及び前記第２の状態の場合に前記Ａ／Ｄ変換器から出力される２つの前記ディジタル信号に基づいて前記基準信号と前記被測定信号との位相差を算出するとともに、前記信号切替部が前記第３の状態の場合に前記Ａ／Ｄ変換器から出力される前記ディジタル信号に基づいて前記被測定信号の振幅を算出する信号処理回路と
を備えた、位相振幅検波回路。
【請求項２】
前記信号切替部は、
前記基準信号または前記被測定信号の位相を０°及び９０°変化させる移相部と、
前記基準信号を終端させる終端器と、
前記第１の状態および前記第２の状態の場合に前記移相部を選択し、前記第３の状態の場合に前記終端器を選択するスイッチと
を有する、
請求項１に記載の位相振幅検波回路。
【請求項３】
前記移相部は、電気長が互いに９０°異なる２つの伝送線路から構成されている、
請求項２に記載の位相振幅検波回路。
【請求項４】
前記移相部は、９０°，３ｄＢカップラから構成されている、
請求項２に記載の位相振幅検波回路。
【請求項５】
前記移相部は、移相器から構成されている、
請求項２に記載の位相振幅検波回路。
【請求項６】
外部から基準信号、位相制御信号、および、振幅制御信号が入力され、前記位相制御信号に応じて前記基準信号の位相を変化させるとともに、前記振幅制御信号に応じて前記基準信号の振幅を変化させる位相振幅切替部と、
前記位相振幅切替部から出力される信号の振幅を増幅する増幅器と、
前記位相振幅切替部に入力された前記基準信号と、前記増幅器の出力信号である被測定信号とが入力され、前記基準信号と前記被測定信号との位相差および前記被測定信号の振幅を算出する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の前記位相振幅検波回路と、
前記位相振幅検波回路で算出された前記位相差の値と外部から入力される位相の設定値とを比較し、それらの差に相当する位相の補正値に基づいて生成した前記位相制御信号を前記位相振幅切替部に出力するとともに、前記位相振幅検波回路で算出された前記振幅の値と外部から入力される振幅の設定値とを比較し、それらの差に相当する振幅の補正値に基づいて生成した前記振幅制御信号を前記位相振幅切替部に出力する補正部と
を備えた、
送信モジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の前記送信モジュールを複数個配置し、
各前記送信モジュールの前記増幅器から出力される信号を電波として放射する素子アンテナと、
各前記送信モジュールに対して同相の基準信号を入力する基準信号発生部と
を備えた、
アレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、位相振幅検波回路に関し、特に、送信信号の位相および振幅を検出する位相振幅検波回路、および、それを用いた送信モジュール及びアレーアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の素子アンテナを並べ、各素子アンテナを励振する信号の振幅および位相を制御することで、電波を放射する方向に指向性を持たせることのできるアンテナをアレーアンテナという。【０００３】
図８に、従来の送信用アレーアンテナの一例を示す。図８に示すように、従来の送信用アレーアンテナは、基準信号発生源１０１、同相分配器１０２、複数の送信モジュール１０３、および、複数の素子アンテナ１０４から構成されている。図８においては、複数の送信モジュール１０３として、送信モジュール１０３ａと送信モジュール１０３ｂとが示されている。送信モジュール１０３ａと送信モジュール１０３ｂとは同じ構成を有している。各送信モジュール１０３は、移相器１０５、可変減衰器１０６、および、増幅器１０７から構成される。また、図８においては、複数の素子アンテナ１０４として、素子アンテナ１０４ａと素子アンテナ１０４ｂとが示されている。素子アンテナ１０４ａは送信モジュール１０３ａに接続され、素子アンテナ１０４ｂは送信モジュール１０３ｂに接続されている。素子アンテナ１０４ａと素子アンテナ１０４ｂとは同じ構成を有している。【０００４】
なお、図８においては、複数個ずつ設けられている構成要素については、それらを区別できるように、符号の末尾に、「ａ」，「ｂ」というアルファベットを付している。しかしながら、送信モジュール１０３ａと送信モジュール１０３ｂとは同じ構成を有し、素子アンテナ１０４ａと素子アンテナ１０４ｂとは同じ構成を有しているため、以下の説明においては、送信モジュール１０３ａと送信モジュール１０３ｂとを区別せずに、単に「送信モジュール１０３」と呼び、同様に、素子アンテナ１０４ａと素子アンテナ１０４ｂとを区別せずに、単に「素子アンテナ１０４」と呼ぶこととする。【０００５】
次に、図８に示す従来の送信用アレーアンテナの動作について説明する。
基準信号発生源１０１は、基準信号を出力する。当該基準信号は、同相分配器１０２に入力される。同相分配器１０２は、当該基準信号を各送信モジュール１０３に対して同相で分配する。【０００６】
各送信モジュール１０３においては、同相分配器１０２から入力された信号が、移相器１０５に入力される。また、移相器１０５には外部から位相制御信号が入力される。移相器１０５は、当該信号の位相を、外部から入力された位相制御信号に応じた移相量だけ変化させる。移相器１０５から出力される信号は、可変減衰器１０６に入力される。可変減衰器１０６には外部から振幅制御信号が入力される。可変減衰器１０６は、移相器１０５から出力された信号の振幅を、外部から入力された振幅制御信号に応じた減衰量だけ変化させる。可変減衰器１０６から出力された信号は、増幅器１０７に入力される。増幅器１０７は、可変減衰器１０６から出力された信号の振幅を増幅する。増幅器１０７から出力された信号は、素子アンテナ１０４に入力される。素子アンテナ１０４は、当該信号を電波として放射する。【０００７】
図８に示した構成要素１０１〜１０７の中で、特に、増幅器１０７が、個体間での特性のばらつきが大きく、かつ、その特性は、温度により大きく変動する。そのため、増幅器１０７の特性の不安定さに起因して、各素子アンテナ１０４に供給される信号の振幅および位相が、位相制御信号及び振幅制御信号に基づいて移相器１０５および可変減衰器１０６に設定された値から変動してしまい、各素子アンテナ１０４において所望の指向性が得られない可能性がある。そこで、各素子アンテナ１０４に供給される信号の振幅および位相を検出し、校正する必要がある。【０００８】
従来の校正方法として、例えば、特許文献１に記載の方法がある。【０００９】
特許文献１では、隣接する送信モジュールの出力端子間をケーブルで接続し、それらの送信モジュールの送信信号の振幅差および位相差を検出する。そうして、検出した振幅差および位相差が無くなるように、一方の送信モジュールの送信信号の振幅および位相を校正する。しかしながら、この構成は、２つの送信モジュールの出力端子間をケーブルで接続する必要があるため、それらの送信モジュールの配置の自由度が低くなるという問題がある。【００１０】
一般的に、素子アンテナ１０４の配列は、アレーアンテナとして実現したい機能に応じて決定される。一方、送信モジュール１０３の設置場所は、素子アンテナ１０４の配列に依存するだけでなく、送信モジュール１０３自身のサイズ、重量、並びに、図８に示されていない他の構成要素のサイズ、重量などにも依存する。そのため、送信モジュール１０３の設置に関しては、なるべく自由度があることが望ましい。【００１１】
そのため、複数の送信モジュールをケーブルで接続せずに、１つの送信モジュールごとに送信信号の位相が検出できることが望ましい。【００１２】
従来の送信用アレーアンテナでは、図８に示すように、同相分配器１０２を用いて、各送信モジュール１０３に、基準信号を分配している。また、各送信モジュール１０３に分配される基準信号は同相である。そのため、各送信モジュール１０３において、送信モジュールによって送信される送信信号と基準信号との間の位相差を検出すれば、各素子アンテナ１０４に供給する送信信号の位相を校正することが可能である。【００１３】
そのことを利用した位相検波回路が、例えば特許文献２に記載されている。特許文献２に記載の位相検波回路では、送信信号と基準信号との間の位相差を検出することで、送信信号の位相を検出している。特許文献２に記載の位相検波回路においては、基準信号の位相を０°あるいは９０°変化させる移相手段を有し、０°あるいは９０°移相した基準信号と送信信号とを単一のミクサで混合する。【００１４】
特許文献２では、基準信号が０°に移相された状態の場合にミクサから出力される電圧（Ｉ成分）と、基準信号が９０°に移相された状態の場合にミクサから出力される電圧（Ｑ成分）とを、時分割でそれぞれ取得する。そうして、それら２つの電圧に基づいて基準信号と送信信号との位相差を検出する。また、検出した位相差に基づいて、送信モジュールごとに、送信信号の位相を検出する。そうして、検出した位相と所望の位相との差を算出することにより、各送信モジュールの送信信号の位相の校正を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１６−１２２８９５号公報
【特許文献２】特開昭６４−０６８１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述のように、特許文献１においては、送信信号の位相と振幅の検出において２つの送信モジュールが必要であり、単一の送信モジュールだけでは、送信信号の位相と振幅とを検出することができないという問題点があった。【００１７】
また、特許文献２に示された位相検波回路では、送信信号の位相を検出することはできるが、送信信号の振幅を検出することはできないという問題点があった。また、もし、特許文献２において、送信信号の振幅を検出しようとした場合には、振幅を検出するための別の回路を追加する必要がある。そのため、回路規模の増大につながるという問題点があった。【００１８】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、送信信号の位相と振幅とを１つの回路で検出することを可能にした、位相振幅検波回路、および、それを用いた送信モジュール及びアレーアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明は、基準信号及び被測定信号が入力され、前記基準信号および前記被測定信号の位相を０°変化させて前記基準信号および前記被測定信号を出力する第１の状態、前記基準信号または前記被測定信号のいずれか一方の位相のみを９０°変化させて前記基準信号および前記被測定信号を出力する第２の状態、および、前記基準信号の通過を遮断して前記被測定信号のみを出力する第３の状態の３つの状態を順に切り替えて動作する信号切替部と、前記信号切替部に接続され、前記信号切替部の状態が前記第１の状態または前記第２の状態の場合に前記基準信号と前記被測定信号とを混合させるとともに、前記信号切替部の状態が前記第３の状態の場合に前記被測定信号の振幅を検波する、ミクサと、前記ミクサから出力される信号から直流成分を抽出する低域通過フィルタと、前記低域通過フィルタから出力される前記直流成分の電圧をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記信号切替部が前記第１の状態及び前記第２の状態の場合に前記Ａ／Ｄ変換器から出力される２つの前記ディジタル信号に基づいて前記基準信号と前記被測定信号との位相差を算出するとともに、前記信号切替部が前記第３の状態の場合に前記Ａ／Ｄ変換器から出力される前記ディジタル信号に基づいて前記被測定信号の振幅を算出する信号処理回路とを備えた、位相振幅検波回路である。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に係る位相振幅検波回路によれば、信号切替部によって第１の状態、第２の状態、および、第３の状態を順に切り替えて、３つの状態におけるディジタル信号をＡ／Ｄ変換器から得て、当該ディジタル信号に基づいて信号処理回路が被測定信号の位相と振幅とを算出するようにしたので、被測定信号の位相の検出と振幅の検出とを１つの回路で行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る位相振幅検波回路の構成を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る位相振幅検波回路の変形例の構成を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る位相振幅検波回路の変形例の構成を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る位相振幅検波回路の構成を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る位相振幅検波回路の変形例の構成を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る送信モジュール及びアレーアンテナの構成を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係るアレーアンテナを構成する位相振幅検波回路の構成を示す構成図である。
【図８】従来の送信用アレーアンテナの一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る位相振幅検波回路の構成を示す構成図である。位相振幅検波回路は、基準信号と被測定信号とが入力されて、基準信号と被測定信号との位相差と被測定信号の振幅とを検出するための回路である。図１に示すように、位相振幅検波回路は、スイッチ１、伝送線路２、伝送線路３、終端器４、スイッチ５、終端器６、ミクサ７、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）８、Ａ／Ｄ変換器９、信号処理回路１０とから構成される。
【００２３】
また、説明の便宜上、図１に示すように、各端子に符号１１〜２１を割り振る。すなわち、基準信号の入力端子を１１、被測定信号の入力端子を１２、信号処理回路１０の出力端子を１３、スイッチ１の入力端子を１４、スイッチ１の３つの出力端子をそれぞれ１５，１６，１７、スイッチ５の３つの入力端子をそれぞれ１８，１９，２０、スイッチ５の出力端子を２１とする。
【００２４】
位相振幅検波回路の入力端子１１には、基準信号が入力される。入力端子１１には、例えば、基準信号発生源が接続されている。ここでは、基準信号として、例えば、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）信号を用いる。
【００２５】
位相振幅検波回路の入力端子１２には、測定対象の被測定信号が入力される。ここでは、被測定信号の例として、例えば、送信モジュールから送信される送信信号が挙げられる。
【００２６】
スイッチ１は、１つの入力端子１４と３つの出力端子１５，１６，１７を有している。スイッチ１の入力端子１４は、位相振幅検波回路の入力端子１１に接続され、入力端子１１から基準信号が入力される。スイッチ１の接続先は、３つの出力端子１５，１６，１７の中から１つが選択される。スイッチ１は、接続先の状態に応じて、入力端子１４に入力される基準信号を、出力端子１５，１６，１７のいずれか１つから出力する。なお、スイッチ１の接続先の切り替えは、予め設定された周期で、例えば出力端子１５，１６，１７の順で、順次行われる。あるいは、外部からの制御信号に基づいてスイッチ１の接続先の切り替えを行うようにしてもよい。
【００２７】
伝送線路２は、スイッチ１の出力端子１５とスイッチ５の入力端子１８との間に接続されている。伝送線路２は、スイッチ１の出力端子１５から基準信号が入力され、当該基準信号をスイッチ５の入力端子１８に出力する。
【００２８】
伝送線路３は、スイッチ１の出力端子１６とスイッチ５の入力端子１９との間に接続されている。伝送線路３は、スイッチ１の出力端子１６から基準信号が入力され、当該基準信号をスイッチ５の入力端子１９に出力する。
【００２９】
ここで、伝送線路２と伝送線路３とは電気長が互いに９０°異なるように構成されている。図１の例においては、伝送線路２は基準信号の位相を０°変化させて出力し、すなわち、伝送線路２は基準信号をそのまま出力し、伝送線路３は基準信号の位相を９０°変化させて出力する。
【００３０】
終端器４は、スイッチ１の出力端子１７に接続されている。終端器４は、スイッチ１の出力端子１７に入力される基準信号を終端し、当該基準信号のスイッチ５への出力を遮断する。
【００３１】
スイッチ５は、３つの入力端子１８，１９，２０と１つの出力端子２１とを有している。スイッチ５の出力端子２１はミクサ７に接続されている。スイッチ５の接続先は、３つの入力端子１８，１９，２０の中から１つが選択される。スイッチ５は、接続先の状態に応じて、入力端子１８，１９のいずれか１つに入力された基準信号を、出力端子２１からミクサ７に出力する。なお、スイッチ５の接続先の切り替えは、スイッチ１の接続先の切り替えと同期して行われる。
【００３２】
終端器６は、スイッチ５の入力端子２０に接続されている。終端器６は、スイッチ５の接続先が入力端子２０の場合に、入力端子２０に入力される信号を終端し、当該信号のミクサ７への出力を遮断する。
【００３３】
ミクサ７は、位相振幅検波回路の入力端子１２に接続され、入力端子１２から被測定信号が入力される。また、ミクサ７は、スイッチ５の出力端子２１に接続されている。ミクサ７は、スイッチ５の出力端子２１から入力される基準信号と、入力端子１２から入力される被測定信号とを混合し、基準信号と被測定信号との和周波数成分、差周波数成分、および、高次の混合波成分の３つの成分を含む混合波をＬＰＦ８に出力する。ここで、基準信号と被測定信号とは周波数が同一であるため、２つの信号の差周波数成分は直流成分、すなわち、一定値となる。当該直流成分は、基準信号と被測定信号との位相差に対応した電圧値を有する。一方、基準信号が終端器４により終端された場合には、ミクサ７には、被測定信号のみが入力される。その場合には、ミクサ７は、被測定信号を検波して、被測定信号の振幅に応じた直流成分を含む混合波をＬＰＦ８に出力する。当該直流成分は、被測定信号の振幅に対応した電圧値を有する。
【００３４】
ＬＰＦ８は、ミクサ７から出力される混合波に含まれる複数の成分のうち、直流成分のみを抽出してＡ／Ｄ変換器９に出力する。ＬＰＦ８は、当該混合波に含まれる他の成分については遮断して出力しない。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換器９は、ＬＰＦ８から出力される直流成分の電圧値を量子化して、ディジタル信号に変換する。当該ディジタル信号には、基準信号と被測定信号との位相差に対応した電圧値の情報と被測定信号の振幅に対応した電圧値の情報とが含まれている。当該ディジタル信号は、信号処理回路１０に入力される。
【００３６】
信号処理回路１０は、Ａ／Ｄ変換器９から出力されるディジタル信号に基づいて、基準信号に対する被測定信号の相対位相と被測定信号の振幅とを算出する。
【００３７】
位相振幅検波回路の出力端子１３は、信号処理回路１０で算出された相対位相と振幅とを外部に出力する。
【００３８】
図１においては、スイッチ１、伝送線路２、伝送線路３、終端器４、および、スイッチ５が、基準信号と被測定信号の出力を切り替える「信号切替部」を構成している。信号切替部は、以下の（１）〜（３）の３つの状態を有しており、それらの状態のうちの１つを選択して動作する。信号切替部の３つの状態は、スイッチ１及びスイッチ５の接続先の切り替えによって、切り替えられる。
（１）基準信号および被測定信号の位相を０°変化させて基準信号および被測定信号を出力する第１の状態、
（２）基準信号または被測定信号のいずれか一方の位相のみを９０°変化させて基準信号および被測定信号を出力する第２の状態、
（３）基準信号の通過を遮断して被測定信号のみを出力する第３の状態。
【００３９】
本実施の形態においては、信号処理回路１０が、信号切替部が第１の状態及び第２の状態のときにＡ／Ｄ変換器９から出力される２つのディジタル信号を用いて、基準信号と被測定信号の位相差を算出し、信号切替部が第３の状態のときにＡ／Ｄ変換器９から出力される１つのディジタル信号を用いて、被測定信号の振幅を算出する。信号処理回路１０の動作については、後述する。
【００４０】
ここで、実施の形態１に係る位相振幅検波回路のハードウェア構成について説明する。位相振幅検波回路における入力部は入力端子１１，１２であり、出力部は出力端子１３である。スイッチ１，５は、ＦＥＴまたはＰＩＮダイオードなどのスイッチング素子から構成される。伝送線路２，３は、例えば、同軸線路、ストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレーナー線路などから構成される。ミクサ７は、ＦＥＴまたはショットキーダイオードなどの非線形素子から構成される。ＬＰＦ８は、抵抗、コンデンサ、インダクタなどを組み合わせて構成される。Ａ／Ｄ変換器９、および、信号処理回路１０の各機能は、処理回路により実現される。すなわち、位相振幅検波回路は、信号のＡ／Ｄ変換を行い、種々の演算を行うための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサー、ＤＳＰともいう）であってもよい。
【００４１】
処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサー、並列プログラム化したプロセッサー、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。Ａ／Ｄ変換器９、および、信号処理回路１０の各部の機能それぞれを処理回路で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路で実現してもよい。
【００４２】
処理回路がＣＰＵの場合、Ａ／Ｄ変換器９、および、信号処理回路１０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。処理回路は、メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、信号のＡ／Ｄ変換を行うステップ、種々の信号処理を行うステップが、結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを備える。また、これらのプログラムは、Ａ／Ｄ変換器９、および、信号処理回路１０の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリとは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等が該当する。
【００４３】
なお、Ａ／Ｄ変換器９、および、信号処理回路１０の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、Ａ／Ｄ変換器９については、専用のハードウェアとしての処理回路でその機能を実現し、信号処理回路１０については、処理回路がメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現するようにしてもよい。
【００４４】
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
【００４５】
次に、図１に示す位相振幅検波回路の動作を説明する。
【００４６】
まずはじめに、位相振幅検波回路の被測定信号の位相を算出するための動作について説明する。ここでは、被測定信号の位相として、基準信号に対する被測定信号の相対位相θ、すなわち、基準信号と被測定信号との位相差を算出する。
【００４７】
外部から入力端子１１に入力された基準信号は、スイッチ１の入力端子１４に入力され、スイッチ１の接続先の状態に応じて、出力端子１５，１６，１７のいずれか１つから出力される。
【００４８】
スイッチ１の接続先を出力端子１５に選択した場合、スイッチ５の接続先は入力端子１８に切り替わる。この状態が、上述した第１の状態である。このとき、スイッチ１の入力端子１４に入力された基準信号はスイッチ１の出力端子１５から出力され、伝送線路２を介して、スイッチ５の入力端子１８に入力される。スイッチ５の入力端子１８に入力された基準信号は、スイッチ５の出力端子２１から出力され、ミクサ７に入力される。
【００４９】
また、入力端子１２に入力された被測定信号が、ミクサ７に入力される。ミクサ７は、出力端子２１から入力された基準信号と、入力端子１２から入力された被測定信号とを混合する。こうして、ミクサ７において、被測定信号と基準信号との和周波数成分、差周波数成分、および、高次の混合波成分を含む混合波が生成され、当該混合波はＬＰＦ８に入力される。ＬＰＦ８は、これらの混合波の複数の成分のうち、差周波数成分である直流成分のみを出力し、他の成分の通過を遮断する。直流成分の電圧値には、被測定信号と基準信号との位相差の情報が含まれている。
【００５０】
ＬＰＦ８から出力された直流成分はＡ／Ｄ変換器９に入力される。Ａ／Ｄ変換器９は、直流成分の電圧値を量子化し、ディジタル信号へ変換する。Ａ／Ｄ変換器９から出力されたディジタル信号は、信号処理回路１０に入力される。信号処理回路１０は、当該ディジタル信号を、図示しないメモリに記憶する。
【００５１】
一方、スイッチ１の接続先を出力端子１６に選択した場合は、スイッチ５の接続先は入力端子１９に切り替わる。この状態が、上述した第２の状態である。このとき、スイッチ１の入力端子１４に入力された基準信号は、スイッチ１の出力端子１６から出力され、伝送線路３を介して、スイッチ５の入力端子１９に入力される。このとき、伝送線路３により、基準信号の位相は、９０°移相されている。こうして、入力端子１９に入力された基準信号は、スイッチ５の出力端子２１から出力され、ミクサ７に入力される。
【００５２】
これ以降の動作は、スイッチ１の接続先を出力端子１５に選択した場合と同様である。すなわち、ミクサ７で基準信号と被測定信号とが混合されて生成された混合波のうち、直流成分の電圧値がＡ／Ｄ変換器９で量子化され、信号処理回路１０に入力され、メモリに記憶される。ここで得られる直流成分の電圧値には、基準信号と被測定信号との位相差の情報が含まれる。
【００５３】
このとき、スイッチ１の接続先を出力端子１５に選択した場合のメモリに記憶されたディジタル信号を、Ｉ成分とする。また、スイッチ１の接続先を出力端子１６に選択した場合のメモリに記憶されたディジタル信号を、Ｑ成分とする。信号処理回路１０は、メモリに記憶されたＩ成分及びＱ成分に基づいて、基準信号に対する被測定信号の相対位相を算出する。以下に、当該算出の方法について説明する。Ｉ成分の電圧をＶＩ、Ｑ成分の電圧をＶＱ、基準信号に対する被測定信号の相対位相をθとすると、θは、下式（１）で求めることができる。従って、信号処理回路１０は、下式（１）を用いて、基準信号に対する被測定信号の相対位相θを算出する。
【００５４】
θ＝ａｒｃｔａｎ（ＶＱ／ＶＩ）  ・・・（１）
【００５５】
信号処理回路１０は、こうして得られた相対位相θを、被測定信号の位相データとしてメモリに記憶する。
【００５６】
次に、位相振幅検波回路の被測定信号の振幅を算出するための動作について説明する。スイッチ１の接続先を出力端子１７に選択する。この場合、スイッチ５の接続先は、入力端子２０に切り替わる。この状態が、上述した第３の状態である。
【００５７】
従って、入力端子１１に入力された基準信号は、スイッチ１の出力端子１７から出力され、終端器４に入力される。終端器４は、当該基準信号を終端させる。そのため、当該基準信号は、ミクサ７には入力されない。
【００５８】
ミクサ７には、被測定信号のみが入力される。入力端子１２からミクサ７に入力された被測定信号は、ミクサ７により検波され、被測定信号の振幅に対応する直流成分が出力される。つまり、このとき、ミクサ７が検波器として機能する。
【００５９】
ミクサ７からは、上記直流成分の他に、被測定信号の漏洩成分、被測定信号の高調波成分が出力される。
【００６０】
ＬＰＦ８は、ミクサ７から出力される複数の成分のうち、直流成分のみを通過させ、他の成分の通過を遮断する。直流成分の電圧には、被測定信号の振幅の情報が含まれる。
【００６１】
ＬＰＦ８から出力される直流成分の電圧はＡ／Ｄ変換器９で量子化され、ディジタル信号に変換される。当該ディジタル信号は、信号処理回路１０に入力される。信号処理回路１０は、当該ディジタル信号を被測定信号の振幅データとしてメモリに記憶する。
【００６２】
以上のように、本実施の形態に係る位相振幅検波回路においては、スイッチ１の接続先およびスイッチ５の接続先を順次切り替えて、Ｉ成分、Ｑ成分、振幅の３つのデータを順に取得し、それらのデータを用いて信号処理回路１０で演算を行うことにより、基準信号と被測定信号との位相差と被測定信号の振幅とを検出することができる。このように、本実施の形態１においては、単に、スイッチ１，５の接続先を切り替えるだけで、基準信号と被測定信号との位相差と被測定信号の振幅とを同一の回路で検出することができる。
【００６３】
以下、本実施の形態１に係る位相振幅検波回路の変形例について、図２及び図３を用いて説明する。
【００６４】
図１では、伝送線路２と伝送線路３とを用いて９０°の位相差を有する回路を構成することについて示したが、図２に示すように、伝送線路２及び伝送線路３の代わりに、９０°，３ｄＢカップラ２２を用いても同等の効果が得られる。なお、図２において、図１と同じ構成要素については、図１と同じ符号を付して示し、ここでは、その説明を省略する。
【００６５】
９０°，３ｄＢカップラ２２は、出力端子１５から入力された基準信号の位相を０°移相して、「０°」と書かれた端子から出力する。また、９０°，３ｄＢカップラ２２は、出力端子１６から入力された基準信号の位相を９０°移相して、「０°」と書かれた端子から出力する。いずれの場合も「０°」と書かれた端子から出力する。
【００６６】
図２においては、図１のスイッチ５の代わりに、スイッチ２３が設けられている。スイッチ２３は、２つの入力端子２５，２６と、１つの出力端子２７とを有している。出力端子２７は、ミクサ７に接続されている。スイッチ２３は、入力端子２５に入力される基準信号を、出力端子２７に出力する。終端器６は、入力端子２６に入力される信号を終端し、スイッチ２３の出力端子２７への出力を遮断する。また、９０°，３ｄＢカップラ２２の「９０°」と書かれた端子は、終端器２４により終端されている。
【００６７】
スイッチ１の接続先が、出力端子１５または出力端子１６に選択されている場合は、スイッチ２３の接続先が入力端子２５に切り替わる。
【００６８】
スイッチ１の接続先が出力端子１５に選択された場合は、基準信号が、出力端子１５から出力され、９０°，３ｄＢカップラ２２に入力される。９０°，３ｄＢカップラ２２は、基準信号の位相を０°移相させ、スイッチ２３の入力端子２５に入力する。この状態が、上記の第１の状態である。
【００６９】
一方、スイッチ１の接続先が出力端子１６に選択された場合は、基準信号が、出力端子１６から出力され、９０°，３ｄＢカップラ２２に入力される。９０°，３ｄＢカップラ２２は、基準信号の位相を９０°移相させ、スイッチ２３の入力端子２５に入力する。この状態が、上記の第２の状態である。
【００７０】
なお、図２において、スイッチ１の接続先が出力端子１７の場合は、図１と同様に、終端器４により基準信号は終端される。この状態が、上記の第３の状態である。
【００７１】
９０°，３ｄＢカップラ２２は、スイッチ１の接続先の状態に応じて、上記のように動作するため、図１に示した伝送線路２および伝送線路３の組合せと同等の動作を行う。その結果、図２の位相振幅検波回路は、図１の位相振幅検波回路と同等の動作を行う。
【００７２】
さらに、図３に示すように、図１の伝送線路２，３の代わりに、移相器５７を用いて、９０°の位相差をもたせるようにしてもよい。なお、図３において、図１と同じ構成要素については、図１と同じ符号を付して示し、ここでは、その説明を省略する。
【００７３】
図３に示すように、移相器５７は、スイッチ１の出力端子１５とスイッチ５の入力端子１８との間に接続されている。移相器５７は、スイッチ１の接続先が出力端子１５を選択された場合に、外部から入力される制御信号に応じて、出力端子１５から入力される基準信号の位相を０°移相させて出力するか、あるいは、基準信号の位相を９０°移相させて出力する。
【００７４】
移相器５７は、スイッチ１の接続先の状態および外部からの制御信号に応じて、上記のように動作するため、図１に示した伝送線路２および伝送線路３の組合せと同等の動作を行う。その結果、図３の位相振幅検波回路は、図１の位相振幅検波回路と同等の動作を行う。
【００７５】
なお、図３の構成の場合、図１に示したスイッチ１の出力端子１６とスイッチ５の入力端子１９とが不要となる。従って、スイッチ１およびスイッチ５の端子をそれぞれ１つずつ少なくすることができるため、スイッチ１，５が小型になるという効果が得られる。
【００７６】
なお、図３において、スイッチ１の接続先が出力端子１７の場合は、図１と同様に、終端器４により基準信号は終端される。
【００７７】
図２及び図３の他の構成および他の動作は、図１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
【００７８】
以上のように、本実施の形態１の位相振幅検波回路においては、基準信号の位相を０°移相させて出力する、基準信号の位相を９０°移相させて出力する、基準信号を終端させるという３つの動作を、順次、スイッチ１，５で切り替えることで、Ｉ成分、Ｑ成分、振幅の３つのデータを取得する。そうして、それらのデータを用いて信号処理回路１０で演算を行うことにより、基準信号に対する被測定信号の相対位相θと被測定信号の振幅とを検出することができる。このように、本実施の形態１においては、スイッチ１，５の接続先を単に切り替えることにより、基準信号に対する被測定信号の相対位相θと被測定信号の振幅とを、同一の回路で検出することができる。その結果、位相振幅検波回路の回路規模を小さくすることができる。そのため、本実施の形態１の位相振幅検波回路を送信モジュール及びアレーアンテナに搭載した場合、被測定信号である送信信号の相対位相と振幅とを送信モジュールごとに検出して、簡易な構成で送信信号の位相と振幅とを校正することが可能になる。また、本実施の形態１の位相振幅検波回路をアレーアンテナに適用した場合、特許文献１に記載のように２つの送信モジュールをケーブルで接続する必要もなく、１つの送信モジュールで、信号の位相と振幅とが検出可能であるため、アレーアンテナ内での送信モジュールの設置における自由度を確保することができる。
【００７９】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る位相振幅検波回路の構成図である。上記の実施の形態１では、第１の状態と第２の状態とにおいて基準信号に９０°の位相差を持たせたが、本実施の形態においては、第１の状態と第２の状態とにおいて被測定信号に９０°の位相差を持たせる。
【００８０】
図４に示すように、実施の形態２に係る位相振幅検波回路は、スイッチ２８、終端器４、スイッチ２９、伝送線路３０、伝送線路３１、スイッチ３２、ミクサ７、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）８、Ａ／Ｄ変換器９、信号処理回路１０とから構成される。
【００８１】
また、説明の便宜上、図４に示すように、各端子に番号を割り振る。すなわち、基準信号の入力端子を１１、被測定信号の入力端子を１２、信号処理回路１０の出力端子を１３、スイッチ２８の入力端子を３３、スイッチ２８の２つの出力端子をそれぞれ３４，３５、スイッチ２９の入力端子を３６、スイッチ２９の２つの出力端子をそれぞれ３７，３８、スイッチ３２の２つの入力端子をそれぞれ３９，４０、スイッチ３２の出力端子を４１とする。
【００８２】
以下、図１に示す実施の形態１の構成と同一の部分については、同一符号を付して示し、ここでは、その説明は省略する。
【００８３】
スイッチ２８は、１つの入力端子３３と、２つの出力端子３４，３５を有している。入力端子３３には入力端子１１が接続され、入力端子１１から基準信号が入力される。スイッチ２８は、入力端子３３に入力される基準信号を、出力端子３４，３５のいずれかに出力する。出力端子３４は、ミクサ７に接続されている。出力端子３５は、終端器４に接続されている。
【００８４】
スイッチ２９は、１つの入力端子３６と、２つの出力端子３７，３８とを有している。入力端子３６には入力端子１２が接続され、入力端子１２から被測定信号が入力される。スイッチ２９は、入力端子３６に入力される被測定信号を、出力端子３７，３８のいずれかに出力する。出力端子３７は、伝送線路３０に接続されている。出力端子３８は、伝送線路３１に接続されている。
【００８５】
伝送線路３０は、スイッチ２９の出力端子３７とスイッチ３２の入力端子３９との間に接続されている。伝送線路３０は、スイッチ２９の出力端子３７から入力される被測定信号の位相を０°移相させて、スイッチ３２の入力端子３９に出力する。
【００８６】
伝送線路３１は、スイッチ２９の出力端子３８とスイッチ３２の入力端子４０との間に接続されている。伝送線路３０と伝送線路３１とは電気長が９０°異なるように構成されている。伝送線路３１は、スイッチ２９の出力端子３８から入力される被測定信号の位相を９０°移相させて、スイッチ３２の入力端子４０に出力する。
【００８７】
スイッチ３２は、２つの入力端子３９，４０と、１つの出力端子４１とを有している。スイッチ３２は、入力端子３９，４０のいずれか１つに入力された被測定信号を、出力端子４１からミクサ７に出力する。
【００８８】
図４における他の構成要素については、図１と同じであるため、ここでは、説明を省略する。また、図４における位相振幅検波回路のハードウェア構成については、実施の形態１の位相振幅検波回路と同様で良いため、ここでは、説明を省略する。
【００８９】
ここで、図４においては、スイッチ２８，２９，３２、伝送線路３０，３１、及び、終端器４が、上記の第１の状態、上記の第２の状態、および、上記の第３の状態のうちのいずれか１つの状態を選択して動作する信号切替部を構成している。
【００９０】
次に、図４に示す位相振幅検波回路の動作について説明する。
【００９１】
まずはじめに、被測定信号の位相を算出するための動作について説明する。ここでは、被測定信号の位相として、基準信号に対する被測定信号の相対位相θ、すなわち、基準信号と被測定信号との位相差を求める。
【００９２】
まず、上記の第１の状態の場合について説明する。スイッチ２８の接続先は、出力端子３４に選択される。入力端子１１に入力された基準信号は、スイッチ２８の入力端子３３に入力され、スイッチ２８の出力端子３４からミクサ７に出力される。
【００９３】
一方、スイッチ２９の接続先は、出力端子３７に選択される。
【００９４】
ここで、スイッチ２９の接続先が、出力端子３７に選択されると、スイッチ３２の接続先は、入力端子３９に選択される。
【００９５】
そのため、入力端子３６に入力された被測定信号は、スイッチ２９の出力端子３７から出力され、伝送線路３０を介して、スイッチ３２の入力端子３９に入力される。その後、被測定信号は、スイッチ３２の出力端子４１から出力され、ミクサ７に入力される。
【００９６】
これ以降の動作は、実施の形態１と同様である。すなわち、ミクサ７で基準信号と被測定信号とが混合され、その結果出力される混合波に含まれる直流成分の電圧がＡ／Ｄ変換器９で量子化され、信号処理回路１０に入力され、メモリに記憶される。ここで得られる直流成分の電圧（Ｉ成分）には、基準信号と被測定信号との信号の位相差の情報が含まれる。
【００９７】
次に、上記の第２の状態の場合について説明する。スイッチ２８の接続先は、出力端子３４に選択される。入力端子１１に入力された基準信号は、スイッチ２８の入力端子３３に入力され、スイッチ２８の出力端子３４からミクサ７に出力される。
【００９８】
このとき、スイッチ２９の接続先が、出力端子３８に選択されたとすると、スイッチ３２の接続先は、入力端子４０に選択される。入力端子１２に入力された被測定信号は、スイッチ２９の入力端子３６に入力され、スイッチ２９の出力端子３８から伝送線路３１へ出力される。伝送線路３１は、被測定信号の位相を９０°移相して、スイッチ３２の入力端子４０に出力する。スイッチ３２の入力端子４０に入力された被測定信号は、スイッチ３２の出力端子４１から出力され、ミクサ７に入力される。
【００９９】
これ以降の動作は、スイッチ２９の接続先を出力端子３７に選択した場合と同様である。すなわち、ミクサ７で基準信号と被測定信号とが混合され、その結果出力される混合波に含まれる直流成分の電圧がＡ／Ｄ変換器９で量子化され、信号処理回路１０に入力され、メモリに記憶される。ここで得られる直流成分の電圧（Ｑ成分）には、基準信号と被測定信号との位相差の情報が含まれる。
【０１００】
そして、信号処理回路１０において、Ｉ成分の電圧をＶＩ、Ｑ成分の電圧をＶＱ、基準信号に対する被測定信号の相対位相をθとして、θを、上述した式（１）で求める。
【０１０１】
次に、被測定信号の振幅を算出するための動作について説明する。スイッチ２８の接続先を、出力端子３５に選択する。このとき、スイッチ２８の入力端子３３に入力された基準信号は、出力端子３５から終端器４に入力され、ミクサ７には入力されない。この状態が、上記の第３の状態である。
【０１０２】
スイッチ２９の接続先は、出力端子３７，３８のいずれを選択しても良く、同様に、スイッチ３２の接続先は、入力端子３９，４０のいずれを選択しても良い。但し、スイッチ２９の接続先を出力端子３７に選択した場合は、スイッチ３２の接続先を入力端子３９とし、スイッチ２９の接続先を出力端子３８に選択した場合は、スイッチ３２の接続先を入力端子４０とする。
【０１０３】
これにより、ミクサ７には、被測定信号のみが入力される。ミクサ７に入力された被測定信号は、ミクサ７により検波され、被測定信号の振幅に応じた直流成分が出力される。つまり、ミクサ７が検波器として動作する。
【０１０４】
ミクサ７からは、上記直流成分の他に、被測定信号の漏洩成分、被測定信号の高調波成分が出力される。
【０１０５】
ＬＰＦ８は、上記直流成分を通過し、他の成分の通過を遮断する。ＬＰＦ８から出力される直流成分の電圧はＡ／Ｄ変換器９で量子化され、ディジタル信号に変換される。当該ディジタル信号は、信号処理回路１０に入力される。信号処理回路１０は、当該ディジタル信号を被測定信号の振幅データとしてメモリに記憶する。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態においては、スイッチ２８、スイッチ２９、スイッチ３２を順次切り替え、Ｉ成分、Ｑ成分、振幅の３つのデータを取得し、信号処理回路１０で演算を行うことにより、基準信号に対する被測定信号の相対位相θと被測定信号の振幅とを同じ回路で検出することができる効果がある。
【０１０７】
なお、図４では、伝送線路３０と伝送線路３１を用いて９０°の位相差を有する回路について示したが、伝送線路３０，３１の代わりに、９０°，３ｄＢカップラを用いても同等の効果が得られる。９０°，３ｄＢカップラの構成及び動作については、上述の実施の形態１において図２を用いて説明した９０°，３ｄＢカップラ２２と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
【０１０８】
また、図５に示すように、伝送線路３０，３１の代わりに、移相器５７を用いて９０°の位相差をもたせることもできる。この場合、スイッチ２９およびスイッチ３２を削除することができるため、位相振幅検波回路が小型になる効果がある。
【０１０９】
なお、本実施の形態においては、スイッチ２８，２９，３２の接続先の切り替えは、予め設定された周期で、例えば、第１の状態、第２の状態、第３の状態の順になるように、順次行われる。あるいは、外部からの制御信号に基づいてスイッチ２８，２９，３２の接続先の切り替えを行うようにしてもよい。
【０１１０】
以上のように、本実施の形態においても、上述の実施の形態１と同様に、スイッチ２８，２９，３２の接続先を単に切り替えることにより、基準信号に対する被測定信号の相対位相θと被測定信号の振幅とを、同一の回路で検出することができる。その結果、位相振幅検波回路の回路規模を小さくすることができる。そのため、本実施の形態２の位相振幅検波回路を送信モジュール及びアレーアンテナに適用した場合、簡易な構成で、信号の位相と振幅を検出して校正することが可能になる。また、本実施の形態２の位相振幅検波回路を送信モジュール及びアレーアンテナに適用した場合、特許文献１にように２つの送信モジュールをケーブルで接続する必要もなく、１つの送信モジュールで、信号の位相と振幅とが検出可能であるため、送信モジュールの設置における自由度を確保することができる。
【０１１１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３では、実施の形態１あるいは実施の形態２に示した位相振幅検波回路を用いた送信モジュール及びアレーアンテナについて説明する。図６は、この発明に係る実施の形態３による送信モジュール及びアレーアンテナの構成図である。
【０１１２】
図６に示すように、アレーアンテナは、基準信号発生源４２、同相分配器４３、複数の送信モジュール４４、複数の素子アンテナ４５、および、制御回路４６から構成される。図６においては、複数の送信モジュール４４として、送信モジュール４４ａと送信モジュール４４ｂとが示されている。送信モジュール４４ａと送信モジュール４４ｂとは同じ構成を有している。送信モジュール４４の個数は任意の個数でよい。また、図６においては、複数の素子アンテナ４５として、素子アンテナ４５ａと素子アンテナ４４ｂとが示されている。素子アンテナ４５ａは送信モジュール４４ａに接続され、素子アンテナ４５ｂは送信モジュール４４ｂに接続されている。このように、素子アンテナ４５は、１つの送信モジュール４４に対して、１つずつ設けられている。素子アンテナ４５ａと素子アンテナ４５ｂとは同じ構成を有している。
【０１１３】
なお、図６においては、複数個ずつ設けられている構成要素については、それらを区別できるように、符号の末尾に、「ａ」，「ｂ」というアルファベットを付している。しかしながら、送信モジュール４４ａと送信モジュール４４ｂとは同じ構成を有し、素子アンテナ４５ａと素子アンテナ４５ｂとは同じ構成を有しているため、以下の説明においては、送信モジュール４４ａと送信モジュール４４ｂとを区別せずに、単に「送信モジュール４４」と呼び、同様に、素子アンテナ４５ａと素子アンテナ４４ｂとを区別せずに、単に「素子アンテナ４４」と呼ぶこととする。また、送信モジュール４４内の各構成要素についても同様とする。
【０１１４】
図６に示すように、送信モジュール４４は、方向性結合器４７、移相器４８、可変減衰器４９、増幅器５０、方向性結合器５１、および、位相振幅検波回路５２から構成される。このように、本実施の形態においては、送信モジュール４４内に、位相振幅検波回路５２が搭載されている。位相振幅検波回路５２は、基本的に、上述した実施の形態１及び実施の形態２で説明した図１〜図５に示した位相振幅検波回路のいずれかと同じ構成及び機能を有している。但し、本実施の形態に係る位相振幅検波回路５２は、さらに、移相器４８に対する位相制御信号および可変減衰器４９に対する振幅制御信号を生成して出力する。この点が、実施の形態１及び実施の形態２と異なる。位相振幅検波回路５２の構成については、図７を用いて以下に説明する。
【０１１５】
位相振幅検波回路５２の構成例を図７に示す。位相振幅検波回路５２の構成は、図１に示した位相振幅検波回路の構成とほぼ同一であるが、図７においては、図１の信号処理回路１０の代わりに、信号処理回路５６が設けられている。信号処理回路５６と信号処理回路１０との違いは、信号処理回路５６が、移相器４８に対する位相制御信号および可変減衰器４９に対する振幅制御信号を生成して出力する点である。
【０１１６】
説明の便宜上、図６及び図７に示すように、端子に番号を割り振る。すなわち、基準信号の入力端子を１１、被測定信号の入力端子を１２、制御回路４６から位相振幅検波回路５２に入力する制御信号の入力端子を５３、位相振幅検波回路５２から移相器４８に出力する制御信号の出力端子を５４、位相振幅検波回路５２から可変減衰器４９に出力する制御信号の出力端子を５５とする。なお、ここで、入力端子１１及び入力端子１２は、図１〜図５に示したものと同じである。
【０１１７】
以下、図６及び図７を用いて、本実施の形態３に係るアレーアンテナおよび送信モジュールの各構成要素について説明する。
【０１１８】
図６において、制御回路４６は、素子アンテナ４５に供給する信号の位相および振幅を、素子アンテナ４５ごとに設定するための制御信号を、各送信モジュール４４の位相振幅検波回路５２に出力する。
【０１１９】
基準信号発生源４２は、基準信号を出力する。ここでは、基準信号として、例えば、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）信号を用いる。
【０１２０】
同相分配器４３は、基準信号発生源４２が出力した基準信号を、各送信モジュール４４に対して、同相で分配する。
【０１２１】
方向性結合器４７は、同相分配器４３から出力された基準信号の一部を、入力端子１１に出力し、残りを移相器４８に出力する。
【０１２２】
移相器４８には、位相振幅検波回路５２の出力端子５４から、位相制御信号が入力される。移相器４８は、方向性結合器４７から入力された基準信号の位相を、位相制御信号に従って変化させる。
【０１２３】
可変減衰器４９は、位相振幅検波回路５２の出力端子５５から振幅制御信号が入力される。可変減衰器４９は、移相器４８から出力される基準信号の振幅を、振幅制御信号に従って変化させる。
【０１２４】
増幅器５０は、可変減衰器４９から出力される基準信号の振幅を増幅する。増幅器５０から出力された基準信号は方向性結合器５１に入力される。
【０１２５】
方向性結合器５１は、増幅器５０から入力された基準信号の一部を入力端子１２に入力し、残りの信号は素子アンテナ４５に入力される。入力端子１２に入力された「基準信号の一部」は、被測定信号として、位相振幅検波回路５２に入力される。
【０１２６】
素子アンテナ４５は、方向性結合器５１から入力された信号を、電波として放射する。
【０１２７】
位相振幅検波回路５２には、入力端子１１から基準信号が入力され、入力端子１２から被測定信号が入力され、入力端子５３から制御信号が入力される。
【０１２８】
位相振幅検波回路５２は、実施の形態１および実施の形態２で説明した動作と同じ動作を行って、基準信号に対する被測定信号の相対位相θと被測定信号の振幅とを検出する。さらに、本実施の形態においては、位相振幅検波回路５２は、検出した相対位相θと制御回路４６から入力される制御信号によって設定される位相の設定値とを比較し、相対位相θと設定値との差に相当する位相の補正値を求めて、当該補正値を加味した移相量の値を位相制御信号として生成して移相器４８に出力する。また、同様に、位相振幅検波回路５２は、検出した被測定信号の振幅と制御回路４６から入力される制御信号によって設定される振幅の設定値とを比較し、検出した振幅と設定値との差に相当する振幅の補正値を求めて、当該補正値を加味した減衰量の値を振幅制御信号として生成して可変減衰器４９に出力する。このように、本実施の形態においては、位相振幅検波回路５２が、位相の補正値および振幅の補正値に基づいて位相制御信号および振幅制御信号を生成するための補正部を有している。
【０１２９】
次に、図６に示すアレーアンテナの動作について説明する。
基準信号発生源４２から出力された基準信号は、同相分配器４３により、各送信モジュール４４に対して同相で分配される。各送信モジュール４４に入力された信号の一部は、方向性結合器４７によって、入力端子１１に出力される。残りの信号は移相器４８に入力される。移相器４８は、当該信号の位相を、位相振幅検波回路５２の出力端子５４から移相器４８に入力される位相制御信号に従った移相量だけ変化させる。移相器４８から出力される信号は、可変減衰器４９に入力される。可変減衰器４９は、当該信号の振幅を、位相振幅検波回路５２の出力端子５５から出力される振幅制御信号に従った減衰量だけ変化させる。可変減衰器４９から出力される信号は、増幅器５０に入力される。増幅器５０は、当該信号の振幅を増幅する。増幅器５０から出力された信号の一部は、方向性結合器５１により、入力端子１２に出力され、残りの信号は素子アンテナ４５から電波として放射される。
【０１３０】
次に、位相振幅検波回路５２の動作について説明する。
図７において、入力端子１１には、方向性結合器４７により、送信モジュール４４に入力された基準信号の一部が入力される。
【０１３１】
入力端子１２には、方向性結合器５１により、増幅器５０から出力された被測定信号の一部が入力される。
【０１３２】
入力端子５３には、制御回路４６より、素子アンテナ４５に供給する信号の位相および振幅を設定するための制御信号が入力される。
【０１３３】
入力端子１１に入力された基準信号と入力端子１２に入力された被測定信号から、基準信号に対する被測定信号の相対位相θと被測定信号の振幅との情報が含まれたディジタル信号をＡ／Ｄ変換器９が出力するまでの動作については、実施の形態１および実施の形態２に示した通りであるため、ここでは、その説明を省略する。
【０１３４】
Ａ／Ｄ変換器９から出力されたＩ成分、Ｑ成分、振幅の３つのディジタル信号は、信号処理回路５６に入力され、メモリに記憶される。信号処理回路５６は、Ｉ成分の電圧ＶＩ、Ｑ成分の電圧ＶＱから、基準信号に対する被測定信号の相対位相θを上述した式（１）で求める。また、信号処理回路５６は、式（１）で求めたθの値と、入力端子５３から入力された位相の設定値とを比較し、その差分に相当する位相の補正値を求め、当該補正値に基づいて新しい移相量を算出して、当該移相量を位相制御信号として出力端子５４から出力する。また、信号処理回路５６は、Ａ／Ｄ変換器９から入力されたディジタル信号から、被測定信号の振幅を算出する。そうして、信号処理回路５６は、算出した振幅の値と、入力端子５３から入力された振幅の設定値とを比較し、その差分に相当する振幅の補正値を求め、当該補正値に基づいて新しい減衰量を算出して、当該減衰量を振幅制御信号として出力端子５５から出力する。
【０１３５】
再び、図６の説明に戻り、位相振幅検波回路５２の出力端子５４から出力された位相制御信号は移相器４８に入力される。移相器４８においては、位相制御信号に基づく移相量の分だけ、基準信号の位相を現在の値から変化させる。
【０１３６】
位相振幅検波回路５２の出力端子５５から出力された振幅制御信号は可変減衰器４９に入力される。可変減衰器４９は、振幅制御信号に基づく減衰量の分だけ、基準信号の振幅を現在の値から変化させる。
【０１３７】
このようにして、増幅器５０の個体間の特性ばらつき、および、温度による位相特性及び振幅特性の変動を補正することにより、各素子アンテナ４５に供給する信号の位相および振幅を、制御回路４６により設定された位相及び振幅の設定値にそれぞれ近づけることができる。
【０１３８】
以上のように、本実施の形態における信号処理回路５６は、実施の形態１及び２で示した信号処理回路１０の機能に加えて、位相および振幅の補正値を加味した位相制御信号および振幅制御信号を生成する補正回路の機能を有している。
【０１３９】
図６に示したアレーアンテナは、被測定信号の位相の検出と振幅の検出を同じ回路で行っている。また、特許文献１のように隣接する送信モジュールの出力端子間をケーブルで接続する必要が無いため、送信モジュールの配置の柔軟性を高め、簡易な構成で信号の位相と振幅を校正できる効果がある。
【０１４０】
なお、位相振幅検波回路５２の構成例として図１の構成を基本とした図７の構成を示したが、図２〜図５の構成を利用しても良い。
【０１４１】
また、図６においては、送信モジュール４４が２個設けられている例を示しているが、その場合に限らず、送信モジュール４４は任意の個数だけ設けてよいものとする。また、その場合においても、同様の効果が得られる。
【０１４２】
以上のように、本実施の形態に係る送信モジュール４４は、外部から基準信号、位相制御信号、および、振幅制御信号が入力され、位相制御信号に応じて基準信号の位相を変化させるとともに、振幅制御信号に応じて基準信号の振幅を変化させる位相振幅切替部としての移相器４８及び可変減衰器４９と、位相振幅切替部から出力される信号の振幅を増幅する増幅器５０と、位相振幅切替部に入力された基準信号と、増幅器５０の出力信号である被測定信号とが入力され、基準信号と被測定信号との位相差および被測定信号の振幅を算出する位相振幅検波回路５２とを備えている。また、位相振幅検波回路５２が、算出した位相差の値と外部から入力される位相の設定値とを比較し、それらの差に相当する位相の補正値を加味した移相量の情報を含む位相制御信号を出力するとともに、算出した振幅の値と外部から入力される振幅の設定値とを比較し、それらの差に相当する振幅の補正値を加味した減衰量の情報を含む振幅制御信号を出力する補正部としての補正回路を有している。そのため、上述の実施の形態１および２と同様に、１つの位相振幅検波回路で、送信信号の位相と振幅を検出することが可能になる。また、上記の特許文献１に記載のように２つの送信モジュールをケーブルで接続する必要もなく、１つの送信モジュールで、送信信号の位相と振幅とが検出可能である。その結果、送信モジュールの設置における自由度を確保することができる。
【０１４３】
また、本実施の形態に係るアレーアンテナは、送信モジュール４４を複数個配置し、各送信モジュール４４の増幅器５０から出力される信号を電波として放射する素子アンテナ４５と、送信モジュールに対して同相の基準信号を入力する基準信号発生源４２及び同相分配器４３とを備えている。従って、アレーアンテナにおいて、各送信モジュールごとに、送信信号の位相と振幅とを検出して、簡易な構成で送信信号の位相と振幅を校正することが可能になる。そのため、アレーアンテナ内の送信モジュールの配置の自由度が確保され、アレーアンテナの設計作業が容易になるという効果がある。
【符号の説明】
【０１４４】
１  スイッチ、２  伝送線路、３  伝送線路、４  終端器、５  スイッチ、６  終端器、７  ミクサ、８  ＬＰＦ、９  Ａ／Ｄ変換器、１０  信号処理回路、１１，１２，１４，１８，１９，２０，２５，２６，３３，３６，３９，４０  入力端子、１３，１５，１６，１７，２１，２７，３４，３５，３７，３８，４１  出力端子、２２  ９０°，３ｄＢカップラ、２３  スイッチ、２４  終端器、２８  スイッチ、２９  スイッチ、３０  伝送線路、３１  伝送線路、３２  スイッチ、４２  基準信号発生源、４３  同相分配器、４４  送信モジュール、４５  素子アンテナ、４６  制御回路、４７  方向性結合器、４８  移相器、４９  可変減衰器、５０  増幅器、５１  方向性結合器、５２  位相振幅検波回路、５６  信号処理回路、５７  移相器、１０１  基準信号発生源、１０２  同相分配器、１０３  送信モジュール、１０４  素子アンテナ、１０５  移相器、１０６  可変減衰器、１０７  増幅器。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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