(57)【要約】  ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部にＤｅｌａｙ  Ｌｉｎｅやスイッチを設ける場合、アレイ数（アンテナ数）が増加するほどアンテナの寄生容量が増加し、スイッチの挿入損失が大きくなってしまう。また、今後利用が想定される高周波では、さらに挿入損失が増加する。本発明のアレイアンテナ装置は、信号を受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナ各々に接続され、前記受信した信号をダウンコンバートする複数のダウンコンバータと、前記ダウンコンバートされた複数の信号のうち少なくとも１つの信号を選択し、Ａ／Ｄ変換器へ送信するスイッチと、を備える。
2016174853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナ各々に接続され、前記受信した信号をダウンコンバートする複数のダウンコンバータと、
前記ダウンコンバートされた複数の信号のうち少なくとも１つの信号を選択し、Ａ／Ｄ変換器へ送信するスイッチと、を備えることを特徴とするアレイアンテナ装置。
【請求項２】
前記ダウンコンバートされた複数の信号を遅延させて前記スイッチへ送信する複数の遅延器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項３】
前記遅延器の遅延量を制御するための制御信号を生成する第１の制御手段をさらに備え、
前記複数の遅延器は、前記制御信号に基づいて各々の遅延量を変化させることを特徴とする請求項２に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項４】
前記ダウンコンバートされた複数の信号を同時にサンプリングし、前記サンプリングされた信号をホールドして前記スイッチへ送信する複数のサンプル＆ホールド回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項５】
前記サンプル＆ホールド回路のホールド時間を制御するための制御信号を生成する第２の制御手段をさらに備え、
前記複数のサンプル＆ホールド回路は、前記制御信号に基づいて各々のホールド時間を変化させることを特徴とする請求項４に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項６】
前記複数のダウンコンバータは、前記ダウンコンバートした信号を同時にサンプリングするサンプリングミキサであることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項７】
前記ダウンコンバートされた複数の信号各々の所定の帯域を前記スイッチへ送信する複数の可変フィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項８】
前記所定の帯域を制御するための制御信号を生成する第３の制御手段をさらに備え、
前記複数の可変フィルタは、前記制御信号に基づいて各々の信号通過帯域を変化させることを特徴とする請求項７に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項９】
複数のアンテナのそれぞれに接続されたダウンコンバータにて、前記アンテナから受信した信号をそれぞれダウンコンバートし、
前記ダウンコンバートされた複数の信号を順次選択してＡ／Ｄ変換器へ送信する、受信信号の処理方法。
【請求項１０】
信号を受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナ各々に接続され、前記受信した信号をダウンコンバートする複数のダウンコンバータと、
前記ダウンコンバートされた複数の信号のうち少なくとも１つの信号を選択し、Ａ／Ｄ変換器へ送信するスイッチと、を備えることを特徴とする受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイアンテナ装置に関し、特に信号の受信に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信の急激な普及に伴い、無線通信帯域の不足が問題になっている。周波数の逼迫を解消するためにコグニティブ無線のように時間的・場所的に周波数を共用するシステムが提案されている。しかし、増大する無線通信のトラフィックを考慮すると、このシステムが十分普及しているとは言えない。【０００３】
そこで、空間的に電波（周波数）の利用効率を向上させる技術としてビームフォーミングの需要が高まっている。ビームフォーミングは、放射する電波に指向性を与え、通信相手がいる特定の方向にのみ電波を放射する技術である。これにより、信号品質を向上させるとともに、他の無線装置やシステムへの不要な放射を抑えることができる。つまり、ビームフォーミングを用いることで、空間的により細分化して電波を利用することができる。【０００４】
ビームフォーミングの代表的な方法として、フェーズドアレイアンテナが挙げられる。フェーズドアレイアンテナは、規則的に配列された複数のアンテナ素子に給電される無線信号の位相を変化させる。これによって、フェーズドアレイアンテナは、各アンテナ素子から放射される電波を空間合成し、合成された電波を所望の方向へ放射する。フェーズドアレイアンテナは、電気的な位相及び振幅を調整することによって電波を所望の方向へ放射する。したがって、フェーズドアレイアンテナは、高指向性のアンテナを機械的に動かすよりも耐久性に優れている。しかしながら、ビームフォーミングの前提条件として、通信相手のいる方向を把握することが必要である。通信相手の方向を特定する最も簡易な方法として、自装置が放射する電波を走査するビームフォーマ法が挙げられる。また、より高精度な到来方向推定手法として、Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ（ＭＭＳＥ）法やＭｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＭＵＳＩＣ）法が挙げられる。ＭＭＳＥ法は、信号に含まれるプリアンブルなどの既知信号を利用してアレイアンテナの位相及び振幅の重みづけを変化させることによって、放射する電波に所望の指向性を持たせる方法である。ＭＵＳＩＣ法は、受信信号の相関値の固有値及び固有ベクトルに基づいて複数信号の分離と到来方向とを算出する方法である。これによって、受信信号が未知の信号であっても到来方向を推定することができる。なお、ＭＭＳＥ法は、厳密には到来方向を推定するものではなく、アダプティブアレイと呼ばれる各アンテナ素子の位相及び振幅の重みづけを最適化する方法である。しかし、ＭＭＳＥ法及びＭＵＳＩＣ法は、いずれもデジタル信号処理による高精度な演算を必要とするため、各アンテナ素子で受信した信号をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器にてデジタル信号に変換する必要がある。つまり、アンテナ素子数が増加するほどＡ／Ｄ変換器の数も比例して増加するため、消費電力、コスト共に増加する。【０００５】
このようなＡ／Ｄ変換器の増加に対して、特許文献１は、アンテナ素子ごとに遅延量の異なるＤｅｌａｙ  Ｌｉｎｅとスイッチとを用いて、単一の回路に順番に信号を入力することができる、一種のパラレル−シリアル変換を行う技術を開示している。また、特許文献２は、Ｄｅｌａｙ  Ｌｉｎｅを用いずにスイッチのみを用いて時分割多重を行い、接続されるアナログ回路数を削減することができる時分割フェーズドアレイの技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２１４３１８号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４３６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び２に記載の技術を用いてＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部にＤｅｌａｙ  Ｌｉｎｅやスイッチを設ける場合、アレイ数（アンテナ数）が増加するほどスイッチの挿入損失が大きくなるという問題がある。また、今後利用が想定される高周波では、さらに挿入損失が増加する。【０００８】
本発明の目的は、スイッチの挿入損失を低減したアレイアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様におけるアレイアンテナ装置は、信号を受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナ各々に接続され、前記受信した信号をダウンコンバートする複数のダウンコンバータと、前記ダウンコンバートされた複数の信号のうち少なくとも１つの信号を選択し、Ａ／Ｄ変換器へ送信するスイッチと、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明における効果は、アレイアンテナ装置及び受信機において、スイッチの挿入損失を低減できる点である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態におけるスイッチ１４に入力される受信波形を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１を用いた到来方向推定シミュレーション結果である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態におけるアレイアンテナ装置４の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施の形態におけるアレイアンテナ装置５の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施の形態における遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎの構成を示す回路図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施の形態における遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎの構成を示す回路図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施の形態におけるアレイアンテナ装置８の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の第５の実施の形態におけるアレイアンテナ装置９の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明の第６の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１０の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の第７の実施の形態における無線通信装置１１００の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面及び明細書記載の各実施の形態において、同様の機能を備える構成要素には同様の符号が与えられている。
【００１３】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１の構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１は、アンテナ（アンテナ素子）１１１、１１２、…、１１Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、ダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎと、スイッチ１４と、Ａ／Ｄ変換器１１と、デジタル信号処理部１２と、制御部１３と、を備える。これによって、アレイアンテナ装置１は、デジタル信号処理による高度な受信信号の到来方向推定を行うことができる。このとき、アレイアンテナ装置１は、Ａ／Ｄ変換器１１の数を抑えることによって、消費電力及びコストを抑えることができる。
【００１５】
以下、第１の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１が備える各構成要素について説明する。
【００１６】
ここで、ダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎ以前の構成（アンテナ１１１、１１２、…、１１Ｎとダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎと）は、高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を扱うＲＦ部と呼ばれる。一方、ダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎより後ろの構成（スイッチ１４と、Ａ／Ｄ変換器１１と、デジタル信号処理部１２と）は、ダウンコンバート後のベースバンド（ＢＢ：Ｂａｓｅ  Ｂａｎｄ）信号を扱うＢＢ部と呼ばれる。ＢＢ部の中で、特に、Ａ／Ｄ変換器１１より前の構成（スイッチ１４）はアナログ−ＢＢ部、Ａ／Ｄ変換器１１以降の構成（Ａ／Ｄ変換器１１とデジタル信号処理部１２と）はデジタル−ＢＢ部と呼ばれる。
【００１７】
アンテナ１１１、１１２、…、１１Ｎは、他の機器から信号を受信する。アンテナ１１１、１１２、…、１１Ｎは、受信した信号をダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎへ送信する。アンテナ１１１、１１２、…、１１Ｎとダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎとは、それぞれ１対１で直列接続されている。
【００１８】
ダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎは、アンテナ１１１、１１２、…、１１Ｎから受信した信号をダウンコンバートする。ダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎは、局部発振器（ＬＯ：Ｌｏｃａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）（図示しない）が送信するＬＯ信号によって駆動する。ダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎ各々は、ダウンコンバートした信号をスイッチ１４を介してＡ／Ｄ変換器４１へ送信する。
【００１９】
スイッチ１４は、ダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎ各々とＡ／Ｄ変換器１１とを導通する。スイッチ１４は、ダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎ各々から信号を受信し、制御部１３が送信する第１の制御信号に基づいて、受信した複数の信号のうち１つの信号を選択して、該信号をＡ／Ｄ変換器１１へ送信する。すなわち、スイッチ１４は、第１の制御信号に基づいてＡ／Ｄ変換器１１へ送信する信号を切り替える。ここで、本実施の形態におけるスイッチ１４は、多入力１出力のスイッチである。しかし、スイッチ１４の構成はこれに限らない。例えば、１入力１出力のスイッチをＮ個備える構成であってもよい。また、Ａ／Ｄ変換器１１がＭ個（Ｍは２≦Ｍ≦Ｎの整数）ある場合、スイッチ１４は、多入力多出力のスイッチとしてもよい。この場合、スイッチ１４は、複数の信号のうちＭ個の信号を選択し、Ｍ個のＡ／Ｄ変換器１１へ一つずつ送信する。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換器１１は、スイッチ１４から信号を受信する。Ａ／Ｄ変換器１１は、受信信号のサンプリングとアナログ−デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）とを行う。Ａ／Ｄ変換器１１は、変換後の信号（デジタル信号）をデジタル信号処理部１２へ送信する。本実施の形態において、Ａ／Ｄ変換器１１は１つとした。しかし、Ａ／Ｄ変換器１１は複数備えられてもよい。Ａ／Ｄ変換器１１の数がアンテナ数（アレイ数）Ｎより少ない場合、アレイアンテナ装置４は、消費電力やコストを低減することができる。一方、Ａ／Ｄ変換器１１は、Ａ／Ｄ変換器１１の個数分だけ自身のサンプリング周波数を低く設定することができる。例えば、非アレイ時のサンプリング周波数（オーバーサンプリング）をＦＯ、アレイ数をＮ、Ａ／Ｄ変換器１１の個数をＭ（Ｍは１≦Ｍ≦Ｎの整数）とすると、必要なサンプリング周波数ＦＳは、元の周波数ＦＯの（Ｎ／Ｍ）倍となる。
【００２１】
デジタル信号処理部１２は、Ａ／Ｄ変換器１１から信号（デジタル信号）を受信してデジタル信号処理を行う。デジタル信号処理部１２は、スイッチ１４がダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３ＮとＡ／Ｄ変換器１１との導通を切り替えるタイミングに合わせて、受信した信号を並べ替える。デジタル信号処理部１２は、信号をＡ／Ｄ変換器１１のサンプリングのタイミング（図２参照）ごとに受信するため、受信信号をＮ個のバッファに別々に格納する等の処理を必要とする。本実施の形態のアレイアンテナ装置１を受信機として用いて到来方向推定を行う場合、デジタル信号処理部１２は、ＭＭＳＥ法やＭＵＳＩＣ法などのデジタル信号処理を行う。しかし、これは本発明の主たる内容ではないため詳細な説明を省略する。
【００２２】
制御部１３は、スイッチ１４の動作を制御する。制御部１３は、スイッチ１４に複数の信号のうちＡ／Ｄ変換器１１へ送信する信号を選択させるための第１の制御信号を生成し、生成した第１の制御信号をスイッチ１４へ送信する。また、制御部１３は、Ａ／Ｄ変換器１１のサンプリングのタイミングとスイッチ１４がダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎ各々とＡ／Ｄ変換器１１とを導通するタイミングとを同期している。ここで、第１の制御信号には、スイッチ１４が複数の信号をＡ／Ｄ変換器１１へ送信する順番に関する情報が含まれる。例えば、第１の制御信号には、スイッチ１４にダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎから受信した信号をこの順（ダウンコンバータ１３１→１３２→…→１３Ｎ）にＡ／Ｄ変換器１１へ送信すること示す情報が含まれる。この情報に基づいて、スイッチ１４は、Ａ／Ｄ変換器１１へ複数の信号を順に送信する。ただし、第１の制御信号に含まれる情報は上記の例に限らない。例えば、第１の制御信号は、上記のようにスイッチ１４に複数の信号の送信順を示す情報ではなく、サンプリングタイミングごとに送信すべき信号を１つ指定する情報を含んでいてもよい。この場合、制御部１３は、Ａ／Ｄ変換器１１のサンプリングタイミングごとにスイッチ１４へ最新の第１の制御信号を送信する。
【００２３】
本実施の形態の動作について、図２を用いて説明する。
【００２４】
グラフ２０１、２０２、…、２０Ｎは、それぞれスイッチ１４に入力される受信波形を示している。簡単化のために、グラフ２０１、２０２、…、２０Ｎは同一の波形としている。しかし、実際のフェーズドアレイのようにスイッチ１４が位相の異なる信号を複数受信する場合、グラフ２０１、２０２、…、２０Ｎは互いに異なる波形となる。
【００２５】
グラフ２１０は、Ａ／Ｄ変換器１１のサンプリングのタイミングを示している。制御部１３は、このタイミングに合わせてスイッチ１４が選択した信号を順にＡ／Ｄ変換器１１へ送信するように制御する。標本化定理により、Ａ／Ｄ変換器１１のサンプリング周波数を信号周波数（図２の周期Ｔの逆数）のＮ倍以上にした場合、サンプリングされた信号（サンプリング信号）２１、２２、…、２Ｎは、元の信号のスペクトルと一致する（元の信号に復元することができる）。ここで、サンプリング信号２１、２２、…、２Ｎは、サンプリングされたタイミングが順番に１クロックずつ遅延する。そのため、本実施の形態のアレイアンテナ装置１を到来方向推定に用いる場合には、１クロックずつの遅延量が到来方向推定結果に影響しない程度にサンプリング周波数を高く設定する必要がある。
【００２６】
アレイアンテナ装置１を用いた到来方向推定シミュレーション結果について、図３に示す。横軸は信号の到来角度、縦軸は相関値を示している。相関値が高いほど、信号の到来可能性が高いことを示す。図３は、０度及び２５度から独立した信号が到来した場合にＭＵＳＩＣ法を用いて到来方向を推定した結果を示している。結果３０１は、従来のアレイアンテナ装置の構成（図示しない）を用いたシミュレーション結果を示している。結果３０２は、本実施の形態のアレイアンテナ装置１の構成を用いて、Ａ／Ｄ変換器１１のサンプリング周波数ＦＳをアレイ数Ｎ（本シミュレーションではＮ＝３）×４倍した場合のシミュレーション結果を示している。結果３０１及び結果３０２より、サンプリング周波数を高く設定した場合、本発明の第１の実施の形態のアレイアンテナ装置１は、従来のアレイアンテナ装置を用いた到来方向推定と同様の結果を得られることがわかる。なお、本シミュレーションでは、到来方向推定にＭＵＳＩＣ法を用いた。しかし、本実施の形態のアレイアンテナ装置１を用いた到来方向推定は、この方法に限定されることはなく、他の方法を適用しても実現可能である。
【００２７】
第１の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１は、ダウンコンバート後のＢＢ信号を扱うＢＢ部にスイッチ１４を備える。これによって、アレイアンテナ装置１は、スイッチ１４において生じる挿入損失を低減させることができる。また、高周波で利用した場合においても、スイッチ１４の挿入損失を低減させることができる。これらの効果は、以降の実施の形態においても共有に得ることができるため、これ以降の記載を省略する。
【００２８】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態におけるアレイアンテナ装置４の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図４を参照すると、本発明の第２の実施の形態におけるアレイアンテナ装置４は、受信部４０１、４０２、…、４０Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、スイッチ４４と、Ａ／Ｄ変換器４１と、デジタル信号処理部４２と、制御部４３と、を備える。アレイアンテナ装置４と、スイッチ４４と、Ａ／Ｄ変換器４１と、デジタル信号処理部４２とは、第１の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１と、スイッチ１４と、Ａ／Ｄ変換器１１と、デジタル信号処理部１２と同様の機能を有するため詳細な説明を省略する。本実施の形態におけるアレイアンテナ装置４は、第１の実施の形態のアレイアンテナ装置４にさらに低雑音増幅器４２１、４２２、…、４２Ｎと、フィルタ４４１、４４２、…、４４Ｎと、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎと、を有する点で相違する。
【００３０】
以下、第２の実施の形態におけるアレイアンテナ装置４が備える構成要素について説明する。
【００３１】
受信部４０１、４０２、…、４０Ｎ各々は、アンテナ（アンテナ素子）４１１、４１２、…、４１Ｎと、低雑音増幅器４２１、４２２、…、４２Ｎと、ダウンコンバータ４３１、４３２、…、４３Ｎと、フィルタ４４１、４４２、…、４４Ｎと、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎと、をそれぞれ一つずつ備える。アンテナ４１１、４１２、…、４１Ｎ及びダウンコンバータ４３１、４３２、…、４３Ｎは、第１の実施の形態におけるアンテナ１１１、１１２、…、１１Ｎ及びダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎと同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。受信部４０１、４０２、…、４０Ｎ各々は、他の機器から信号を受信し、受信信号をスイッチ４４を介してＡ／Ｄ変換器４１へ送信する。
【００３２】
ここで、ダウンコンバータ４３１、４３２、…、４３Ｎ以前の構成（アンテナ４１１、４１２、…、４１Ｎと、低雑音増幅器４２１、４２２、…、４２Ｎと、ダウンコンバータ４３１、４３２、…、４３Ｎと）は、高周波信号を扱うＲＦ部と呼ばれる。一方、ダウンコンバータ４３１、４３２、…、４３Ｎより後ろの構成（フィルタ４４１、４４２、…、４４Ｎと、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎと、スイッチ４４と、Ａ／Ｄ変換器４１と、デジタル信号処理部４２と）は、ダウンコンバート後のＢＢ信号を扱うＢＢ部と呼ばれる。ＢＢ部の中で、特に、Ａ／Ｄ変換器４１より前の構成（フィルタ４４１、４４２、…、４４Ｎと、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎと、スイッチ４４と）はアナログ−ＢＢ部、Ａ／Ｄ変換器４１以降の構成（Ａ／Ｄ変換器４１とデジタル信号処理部４２と）はデジタル−ＢＢ部と呼ばれる。
【００３３】
低雑音増幅器４２１、４２２、…、４２Ｎは、アンテナ４１１、４１２、…、４１Ｎが受信した信号を増幅して、ダウンコンバータ４３１、４３２、…、４３Ｎへ送信する。アンテナ４１１、４１２、…、４１Ｎと低雑音増幅器４２１、４２２、…、４２Ｎとダウンコンバータ４３１、４３２、…、４３Ｎとは、この順にそれぞれ１対１対１で直列接続されている。
【００３４】
フィルタ４４１、４４２、…、４４Ｎは、ダウンコンバータ４３１、４３２、…、４３Ｎが送信した信号の所定の（周波数）帯域のみを通過させ、該信号を可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎへ送信する。ダウンコンバータ４３１、４３２、…、４３Ｎとフィルタ４４１、４４２、…、４４Ｎと可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎとは、この順にそれぞれ１対１対１で直列接続されている。
【００３５】
可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎは、フィルタ４４１、４４２、…、４４Ｎが送信した信号を増幅し、スイッチ４４へ送信する。フィルタ４４１、４４２、…、４４Ｎと可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎとは、この順にそれぞれ１対１で直列接続されている。可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎ各々は、制御部４３が送信する第２の制御信号に基づいて自身の利得を変化させる。可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎの利得は、互いに常に同じ値である。したがって、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎが利得を変化させる場合、該利得の変化量はすべての可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎにおいて同一となる。受信信号が小さい場合、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎは、第２の制御信号に基づいて自身の利得を上げる処理を行う。これによって、アレイアンテナ装置４は、該受信信号各々を正常にＡ／Ｄ変換することができる。逆に、受信信号が大きい場合、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎは、利得を下げる処理を行う。これによって、アレイアンテナ装置４は、消費電力を低減することができる。本実施の形態では、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎ各々の利得は可変としたが、利得は可変でなくてもよい。また、本実施の形態において、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎは省略されてもよい。
【００３６】
制御部４３は、第１の実施の形態の制御部１３が有する機能に加えて以下の機能を有する。制御部４３は、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎの増幅率を変化させるための第２の制御信号を生成し、生成した第２の制御信号を可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎ各々へ送信する。第２の制御信号には、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎ各々が受信する信号の大きさに合わせて信号の増幅率を変化させる情報が含まれている。なお、制御部４３は、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎの増幅率が一定である場合には第２の制御信号を生成しなくてよい。
【００３７】
以上の説明では、第１及び第２の制御信号は、同一の制御部４３に生成されるものとした。しかし、これら第１及び第２の制御信号は、それぞれ異なる制御部（図示しない）によって生成されても良い。
【００３８】
本実施の形態のアレイアンテナ装置４は、アレイアンテナ装置４を一般的な受信機として機能させる場合の構成を示したものであり、受信部４０１、４０２、…、４０Ｎの内部構成やスイッチ４４の位置などは、適宜変更することができる。ただし、スイッチ４４は、ＢＢ部内で位置変更が可能である。
【００３９】
第２の実施の形態におけるアレイアンテナ装置４は、受信部４０１、４０２、…、４０Ｎ各々に低雑音増幅器４２１、４２２、…、４２Ｎ、フィルタ４４１、４４２、…、４４Ｎ、及び可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎを一つずつ備えている。これによって、受信信号が小さい場合や受信信号のノイズが大きい場合においても、正常にＡＤ変換を行うことができる。
【００４０】
［第３の実施の形態］
図５は、本発明の第３の実施の形態におけるアレイアンテナ装置５の構成を示すブロック図である。
【００４１】
図５を参照すると、本発明の第３の実施の形態におけるアレイアンテナ装置５は、受信部５０１、５０２、…、５０Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、スイッチ５４と、Ａ／Ｄ変換器５１と、デジタル信号処理部５２と、制御部５３と、を備える。アレイアンテナ装置５と、スイッチ５４と、Ａ／Ｄ変換器５１と、デジタル信号処理部５２とは、第１の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１と、スイッチ１４と、Ａ／Ｄ変換器１１と、デジタル信号処理部１２と同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。ただし、Ａ／Ｄ変換器５１のサンプリング周波数ＦＳは、非アレイ時のサンプリング周波数（オーバーサンプリング）をＦＯとすると、ＦＯとなる。つまり、本実施の形態のＡ／Ｄ変換器５１は、第１及び第２の実施の形態のように、非アレイ時より高い周波数でオーバーサンプリングしなくてよい。受信部５０１、５０２、…、５０Ｎと制御部５３とは、第２の実施の形態の受信部４０１、４０２、…、４０Ｎと制御部４３と同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。本実施の形態におけるアレイアンテナ装置５は、第２の実施の形態の受信部４０１、４０２、…、４０Ｎにさらに遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎを有する点で相違する。
【００４２】
以下、第３の実施の形態におけるアレイアンテナ装置５が備える構成要素について説明する。
【００４３】
受信部５０１、５０２、…、５０Ｎ各々は、アンテナ（アンテナ素子）５１１、５１２、…、５１Ｎと、低雑音増幅器５２１、５２２、…、５２Ｎと、ダウンコンバータ５３１、５３２、…、５３Ｎと、フィルタ５４１、５４２、…、５４Ｎと、可変利得増幅器５５１、５５２、…、５５Ｎと、遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎと、をそれぞれ一つずつ備える。アンテナ５１１、５１２、…、５１Ｎとダウンコンバータ５３１、５３２、…、５３Ｎとは、第１の実施の形態のアンテナ１１１、１１２、…、１１Ｎとダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎと同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。低雑音増幅器５２１、５２２、…、５２Ｎと、フィルタ５４１、５４２、…、５４Ｎと、可変利得増幅器５５１、５５２、…、５５Ｎとは、第２の実施の形態における低雑音増幅器４２１、４２２、…、４２Ｎと、フィルタ４４１、４４２、…、４４Ｎと、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎと同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。
【００４４】
ここで、ダウンコンバータ５３１、５３２、…、５３Ｎ以前の構成（アンテナ５１１、５１２、…、５１Ｎと、低雑音増幅器５２１、５２２、…、５２Ｎと、ダウンコンバータ５３１、５３２、…、５３Ｎと）は、高周波信号を扱うＲＦ部と呼ばれる。一方、ダウンコンバータ５３１、５３２、…、５３Ｎより後ろの構成（フィルタ５４１、５４２、…、５４Ｎと、可変利得増幅器５５１、５５２、…、５５Ｎと、遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎと、スイッチ５４と、Ａ／Ｄ変換器５１と、デジタル信号処理部５２と）は、ダウンコンバート後のＢＢ信号を扱うＢＢ部と呼ばれる。ＢＢ部の中で、特に、Ａ／Ｄ変換器５１より前の構成（フィルタ５４１、５４２、…、５４Ｎと、可変利得増幅器５５１、５５２、…、５５Ｎと、遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎと、スイッチ５４と）はアナログ−ＢＢ部、Ａ／Ｄ変換器５１以降の構成（Ａ／Ｄ変換器５１とデジタル信号処理部５２と）はデジタル−ＢＢ部と呼ばれる。
【００４５】
遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎは、可変利得増幅器５５１、５５２、…、５５Ｎ各々が送信した信号がスイッチ５４へ到達する時間を調整する。可変利得増幅器５５１、５５２、…、５５Ｎと遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎとは、この順にそれぞれ１対１で接続されている。遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎ各々は、制御部５３が送信する第１の制御信号に基づいて信号の遅延量（信号がスイッチ５４へ到達する時間）を変化させる。具体的には、遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎは、第１の制御信号に含まれるスイッチ５４が複数の信号を送信する順番に関する情報に基づいて、送信する信号の遅延量が該順番で増加するように遅延量を変化させる。すなわち、遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎ各々が送信する信号のうち、Ａ／Ｄ変換器５１への送信順が最も早い信号の遅延量を最も小さく、Ａ／Ｄ変換器５１への送信順が最も遅い信号の遅延量を最も大きく設定する。例えば、第１の制御信号に遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎの送信信号がこの順（遅延器５６１→５６２→…→５６Ｎ）でＡ／Ｄ変換器５１へ送信されるという情報が含まれている場合、遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎは、各々の信号の遅延量をこの順に１サンプリング時間ずつ増加させる。これよって、遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎにおける遅延とスイッチ５４におけるＡ／Ｄ変換器５１のサンプリング待ちによる遅延とは、受信信号ごとに一定となる。つまり、遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎは、スイッチ５４が複数の受信信号を順にＡ／Ｄ変換器５１へ送信している（同時に送信していない）にもかかわらず、各受信信号のサンプリングのタイミングを同一にすることができる。したがって、Ａ／Ｄ変換器５１は、サンプリング周波数を高く設定せずに済む。
【００４６】
図６は、本発明の第３の実施の形態における遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎを示す遅延器６の回路図である。
【００４７】
遅延器６は、インバータ６０１、６０２、…、６０Ｌ（Ｌは１以上の整数）を直列につないだインバータチェインである。遅延器６は、インバータ６０１、６０２、…、６０Ｌを通過する際の遅延を利用している。遅延器６は、ＭＯＳスイッチ６１、６２、…、６Ｌのいずれかを導通されることでインバータの通過数を決定できる。これによって、遅延器６は、遅延量を変化させることができる。なお、遅延量によって信号利得が変化することは好ましくないため、インバータ６０１、６０２、…、６０Ｌは、抵抗帰還構成にすることで利得を１にすることが望ましい。
【００４８】
図７は、本発明の第３の実施の形態における遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎを示す遅延器７の回路図である。
【００４９】
遅延器７は、演算増幅器７０１を用いたオールパスフィルタである。オールパスフィルタ７０１の負荷として可変抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と可変容量Ｃ１を用いたとき下式のようになる。
【００５０】
【数１】
2016174853.tif 000003
【００５１】
ただしｊは複素数を示す。ここで、Ｒ１＝Ｒ２とすると、下式のように整理できる。
【００５２】
【数２】
2016174853.tif 000004
【００５３】
これは伝達関数で表記すると下式になる。
【００５４】
【数３】
2016174853.tif 000005
【００５５】
上式の大きさは１である。また、位相θは下式になる。
【００５６】
【数４】
2016174853.tif 000006
【００５７】
ただし、ｔａｎ−１は、アークタンジェントを示す。式（２）及び（３）より、オールパスフィルタ７０１は、信号振幅に影響を与えず、位相のみを変化させる回路であることがわかる。したがって、可変抵抗Ｒ３や可変容量Ｃ１の値を変えることで、位相量すなわち遅延量を変化させることができる。また、式（４）より、オールパスフィルタ７０１は、１８０度までしか回転しないことがわかるが、１８０度以上が必要である場合、多段にすることで対応できる。
【００５８】
第３の実施の形態におけるアレイアンテナ装置５は、受信部５０１、５０２、…、５０Ｎ各々に遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎを一つずつ備えている。これよって、スイッチ５４が受信部５０１、５０２、…、５０Ｎ各々とＡ／Ｄ変換器５１とを導通させるタイミングが異なっても、各受信信号のサンプリングのタイミング（Ａ／Ｄ変換されるタイミング）を同一にすることができる。すなわち、アレイアンテナ装置５は、通常よりも低いサンプリングレートでＡ／Ｄ変換器処理を行うことができ、消費電力を低減できる。また、本実施の形態において、遅延器５６１、５６２、…、５６Ｎは、ダウンコンバート後の信号を扱うＢＢ部に配置されているため、受信信号はＲＦ周波数に依存しない。したがって、アレイアンテナ装置５は広帯域で使用することができる。
【００５９】
［第４の実施の形態］
図８は、本発明の第４の実施の形態におけるアレイアンテナ装置８の構成を示すブロック図である。
【００６０】
図８を参照すると、本発明の第４の実施の形態におけるアレイアンテナ装置８は、受信部８０１、８０２、…、８０Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、スイッチ８４と、Ａ／Ｄ変換器８１と、デジタル信号処理部８２と、制御部８３と、を備える。アレイアンテナ装置８と、スイッチ８４と、デジタル信号処理部８２とは、第１の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１と、スイッチ１４と、デジタル信号処理部１２と同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。受信部８０１、８０２、…、８０Ｎと制御部５３とは、第２の実施の形態の受信部４０１、４０２、…、４０Ｎと制御部４３と同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。本実施の形態におけるアレイアンテナ装置８は、第２の実施の形態の受信部４０１、４０２、…、４０Ｎ各々にさらにサンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎを有する点で相違する。
【００６１】
以下、第４の実施の形態におけるアレイアンテナ装置８が備える構成要素について説明する。
【００６２】
Ａ／Ｄ変換器８１は、受信信号のサンプリング機能以外、第１の実施の形態におけるＡ／Ｄ変換器１１と同様の機能を有する（すなわち、Ａ／Ｄ変換器８１は、信号のサンプリングを行わない）。したがって、詳細な説明は省略する。ただし、Ａ／Ｄ変換器８１のサンプリング周波数ＦＳは、第３の実施の形態と同様に非アレイ時のサンプリング周波数（オーバーサンプリング）をＦＯとすると、ＦＯとなる。つまり、本実施の形態のＡ／Ｄ変換器８１は、第１及び第２の実施の形態のようにオーバーサンプリングしなくてよい。
【００６３】
受信部８０１、８０２、…、８０Ｎ各々は、アンテナ（アンテナ素子）８１１、８１２、…、８１Ｎと、低雑音増幅器８２１、８２２、…、８２Ｎと、ダウンコンバータ８３１、８３２、…、８３Ｎと、フィルタ８４１、８４２、…、８４Ｎと、可変利得増幅器８５１、８５２、…、８５Ｎと、サンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎと、をそれぞれ一つずつ備える。アンテナ８１１、８１２、…、８１Ｎとダウンコンバータ８３１、８３２、…、８３Ｎとは、第１の実施の形態のアンテナ１１１、１１２、…、１１Ｎとダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎと同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。低雑音増幅器８２１、８２２、…、８２Ｎと、フィルタ８４１、８４２、…、８４Ｎと、可変利得増幅器８５１、８５２、…、８５Ｎとは、第２の実施の形態における低雑音増幅器４２１、４２２、…、４２Ｎと、フィルタ４４１、４４２、…、４４Ｎと、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎと同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。
【００６４】
ここで、ダウンコンバータ８３１、８３２、…、８３Ｎ以前の構成（アンテナ８１１、８１２、…、８１Ｎと、低雑音増幅器８２１、８２２、…、８２Ｎと、ダウンコンバータ８３１、８３２、…、８３Ｎと）は、高周波信号を扱うＲＦ部と呼ばれる。一方、ダウンコンバータ８３１、８３２、…、８３Ｎより後ろの構成（フィルタ８４１、８４２、…、８４Ｎと、可変利得増幅器８５１、８５２、…、８５Ｎと、サンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎと、スイッチ８４と、Ａ／Ｄ変換器８１と、デジタル信号処理部８２と）は、ダウンコンバート後のＢＢ信号を扱うＢＢ部と呼ばれる。ＢＢ部の中で、特に、Ａ／Ｄ変換器８１より前の構成（フィルタ８４１、８４２、…、８４Ｎと、可変利得増幅器８５１、８５２、…、８５Ｎと、サンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎと、スイッチ８４と）はアナログ−ＢＢ部、Ａ／Ｄ変換器８１以降の構成（Ａ／Ｄ変換器８１とデジタル信号処理部８２と）はデジタル−ＢＢ部と呼ばれる。
【００６５】
サンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎは、可変利得増幅器８５１、８５２、…、８５Ｎから受信した信号をサンプリングし、サンプリングした信号をホールドしてスイッチ８４へ送信する。可変利得増幅器８５１、８５２、…、８５Ｎとサンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎとは、この順にそれぞれ１対１で接続されている。サンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎは、制御部８３が送信する第３の制御信号に基づいて、各々のサンプリングのタイミングを同期する。また、サンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎは、制御部８３が送信する第１の制御信号に基づいて信号をホールドする。具体的には、サンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎは、第１の制御信号に含まれるスイッチ８４が複数の信号を送信する順番に関する情報に基づいて、該順番とサンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎ各々がスイッチ８４へ信号を送信する順番とが同じになるように、各々の信号のホールド時間を変化させる。すなわち、サンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎは、受信信号のうち、Ａ／Ｄ変換器８１への送信順が最も早い信号のホールド時間を最も短く、Ａ／Ｄ変換器８１への送信順が最も遅い信号のホールド時間を最も長く設定する。例えば、第１の制御信号に受信部８０１、８０２、…、８０Ｎの信号をこの順（受信部８０１→８０２→…→８０Ｎ）でＡ／Ｄ変換器８１に送信するという情報が含まれている場合、サンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎは、各々のホールド時間をこの順で増加させる。
【００６６】
制御部８３は、第２の実施の形態の制御部４３が有する機能に加えて以下の機能を有する。制御部８３は、サンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎ各々のサンプリングのタイミングを同期させるための第３の制御信号を生成し、生成した第３の制御信号をサンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎ各々へ送信する。第３の制御信号には、サンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎ各々が受信信号を同時にサンプリングするための情報が含まれている。
【００６７】
以上の説明では、第１乃至第３の制御信号は、同一の制御部８３によって生成されるものとした。しかし、これら第１乃至第３の制御信号は、複数の制御部（図示しない）によって生成されても良い。
【００６８】
第４の実施の形態におけるアレイアンテナ装置８は、受信部８０１、８０２、…、８０Ｎ各々にサンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎを一つずつ備える。これによって、アレイアンテナ装置８は、第１乃至第３の実施の形態においてＡ／Ｄ変換器が行っていたサンプリング機能を受信部８０１、８０２、…、８０Ｎに分離させることができ、Ａ／Ｄ変換器８１の処理及び消費電力を低減することができる。
【００６９】
［第５の実施の形態］
図９は、本発明の第５の実施の形態におけるアレイアンテナ装置９の構成を示すブロック図である。
【００７０】
図９を参照すると、本発明の第５の実施の形態におけるアレイアンテナ装置９は、受信部９０１、９０２、…、９０Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、スイッチ９４と、Ａ／Ｄ変換器９１と、デジタル信号処理部９２と、制御部９３と、を備える。アレイアンテナ装置９と、スイッチ９４と、デジタル信号処理部９２とは、第１の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１と、スイッチ１４と、デジタル信号処理部１２と同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。受信部９０１、９０２、…、９０Ｎは、第２の実施の形態の受信部４０１、４０２、…、４０Ｎと同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。Ａ／Ｄ変換器９１は、第４の実施の形態におけるＡ／Ｄ変換器８１と同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。本実施の形態におけるアレイアンテナ装置９は、第４の実施の形態におけるサンプル＆ホールド回路８６１、８６２、…、８６Ｎのサンプリング機能をダウンコンバータ８３１、８３２、…、８３Ｎが備える点、フィルタ８４１、８４２、…、８４Ｎ及び可変利得増幅器８５１、８５２、…、８５Ｎが省略されている点が第４の実施の形態と相違する。
【００７１】
以下、第５の実施の形態におけるアレイアンテナ装置９が備える構成要素について説明する。
【００７２】
受信部９０１、９０２、…、９０Ｎ各々は、アンテナ（アンテナ素子）９１１、９１２、…、９１Ｎと、低雑音増幅器９２１、９２２、…、９２Ｎと、サンプリングミキサ９３１、９３２、…、９３Ｎと、ホールド回路９４１、９４２、…、９４Ｎと、をそれぞれ一つずつ備える。アンテナ９１１、９１２、…、９１Ｎは、第１の実施の形態のアンテナ１１１、１１２、…、１１Ｎと同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。低雑音増幅器９２１、９２２、…、９２Ｎは、第２の実施の形態における低雑音増幅器４２１、４２２、…、４２Ｎと同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。
【００７３】
ここで、サンプリングミキサ９３１、９３２、…、９３Ｎ以前の構成（アンテナ９１１、９１２、…、９１Ｎと、低雑音増幅器９２１、９２２、…、９２Ｎと、サンプリングミキサ９３１、９３２、…、９３Ｎと）は、高周波信号を扱うＲＦ部と呼ばれる。一方、サンプリングミキサ９３１、９３２、…、９３Ｎより後ろの構成（ホールド回路９４１、９４２、…、９４Ｎと、スイッチ９４と、Ａ／Ｄ変換器９１と、デジタル信号処理部９２と）は、ダウンコンバート後のＢＢ信号を扱うＢＢ部と呼ばれる。ＢＢ部の中で、特に、Ａ／Ｄ変換器９１より前の構成（ホールド回路９４１、９４２、…、９４Ｎと、スイッチ９４と）はアナログ−ＢＢ部、Ａ／Ｄ変換器９１以降の構成（Ａ／Ｄ変換器９１とデジタル信号処理部９２と）はデジタル−ＢＢ部と呼ばれる。
【００７４】
サンプリングミキサ９３１、９３２、…、９３Ｎは、低雑音増幅器９２１、９２２、…、９２Ｎから受信した信号をダウンコンバート及びサンプリングしてホールド回路９４１、９４２、…、９４Ｎへ送信する。低雑音増幅器９２１、９２２、…、９２Ｎとサンプリングミキサ９３１、９３２、…、９３Ｎとホールド回路９４１、９４２、…、９４Ｎとは、この順にそれぞれ１対１対１で直列に接続されている。サンプリングミキサ９３１、９３２、…、９３Ｎは、制御部９３が送信する第３の制御信号に基づいて、各々のサンプリングのタイミングを同期する。
【００７５】
ホールド回路９４１、９４２、…、９４Ｎは、サンプリングミキサ９３１、９３２、…、９３Ｎ各々から受信した信号をそれぞれホールドして、スイッチ９４へ送信する。サンプリングミキサ９３１、９３２、…、９３Ｎとホールド回路９４１、９４２、…、９４Ｎとは、この順にそれぞれ１対１で接続されている。ホールド回路９４１、９４２、…、９４Ｎは、制御部９３が送信する第１の制御信号に基づいて信号をホールドする。具体的には、ホールド回路９４１、９４２、…、９４Ｎは、第１の制御信号に含まれるスイッチ９４が複数の信号を送信する順番に関する情報に基づいて、該順番とホールド回路９４１、９４２、…、９４Ｎ各々がスイッチ９４へ信号を送信する順番とが同じになるように、各々の信号のホールド時間を変化させる。すなわち、ホールド回路９４１、９４２、…、９４Ｎは、受信信号のうち、Ａ／Ｄ変換器９１への送信順が最も早い信号のホールド時間を最も短く、Ａ／Ｄ変換器９１への送信順が最も遅い信号のホールド時間を最も長く設定する。例えば、第１の制御信号に受信部９０１、９０２、…、９０Ｎの信号をこの順（受信部９０１→９０２→…→９０Ｎ）でＡ／Ｄ変換器９１に送信するという情報が含まれている場合、ホールド回路９４１、９４２、…、９４Ｎは、各々のホールド時間をこの順で増加させる。
【００７６】
以上の説明において、サンプリングミキサ９３１、９３２、…、９３Ｎとホールド回路９４１、９４２、…、９４Ｎとは、別々の構成要素として記載した。しかし、これらは一体化した回路であってもよい。
【００７７】
また、本実施の形態のアレイアンテナ装置９は、低雑音増幅器９２１、９２２、…、９２Ｎとサンプリングミキサ９３１、９３２、…、９３Ｎとの間にＲＦフィルタを備えてもよい。これによって、ダイレクトＲＦ構成を適用することができる。
【００７８】
第５の実施の形態におけるアレイアンテナ装置９は、受信部９０１、９０２、…、９０Ｎ各々にサンプリングミキサ９３１、９３２、…、９３Ｎを一つずつ備える。これによって、アレイアンテナ装置８は、第４の実施の形態と同様に、第１乃至第３の実施の形態においてＡ／Ｄ変換器が行っていたサンプリング機能を受信部９０１、９０２、…、９０Ｎに分離させることができ、Ａ／Ｄ変換器９１の処理及び消費電力を低減することができる。
【００７９】
［第６の実施の形態］
図１０は、本発明の第６の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１０の構成を示すブロック図である。
【００８０】
図１０を参照すると、本発明の第６の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１０は、受信部１００１、１００２、…、１００Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、スイッチ１０４０と、Ａ／Ｄ変換器１０１０と、デジタル信号処理部１０２０と、制御部１０３０と、を備える。アレイアンテナ装置１０と、スイッチ１０４０と、Ａ／Ｄ変換器１０１０と、デジタル信号処理部１０２０とは、第１の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１と、スイッチ１４と、Ａ／Ｄ変換器１１と、デジタル信号処理部１２と同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。受信部１００１、１００２、…、１００Ｎと制御部１０３０とは、第２の実施の形態の受信部４０１、４０２、…、４０Ｎと制御部４３と同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。本実施の形態におけるアレイアンテナ装置１０は、第２の実施の形態の受信部４０１、４０２、…、４０Ｎ各々においてフィルタ４４１、４４２、…、４４Ｎの代わりに可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎを有する点で相違する。
【００８１】
以下、第６の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１０が備える構成要素について説明する。
【００８２】
受信部１００１、１００２、…、１００Ｎ各々は、アンテナ（アンテナ素子）１０１１、１０１２、…、１０１Ｎと、低雑音増幅器１０２１、１０２２、…、１０２Ｎと、ダウンコンバータ１０３１、１０３２、…、１０３Ｎと、可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎと、可変利得増幅器１０５１、１０５２、…、１０５Ｎと、をそれぞれ一つずつ備える。アンテナ１０１１、１０１２、…、１０１Ｎとダウンコンバータ１０３１、１０３２、…、１０３Ｎとは、第１の実施の形態のアンテナ１１１、１１２、…、１１Ｎとダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎと同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。低雑音増幅器１０２１、１０２２、…、１０２Ｎと、可変利得増幅器１０５１、１０５２、…、１０５Ｎとは、第２の実施の形態における低雑音増幅器４２１、４２２、…、４２Ｎと、可変利得増幅器４５１、４５２、…、４５Ｎと同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。
【００８３】
ここで、ダウンコンバータ１０３１、１０３２、…、１０３Ｎ以前の構成（アンテナ１０１１、１０１２、…、１０１Ｎと、低雑音増幅器１０２１、１０２２、…、１０２Ｎと、ダウンコンバータ１０３１、１０３２、…、１０３Ｎと）は、高周波信号を扱うＲＦ部と呼ばれる。一方、ダウンコンバータ１０３１、１０３２、…、１０３Ｎより後ろの構成（可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎと、可変利得増幅器１０５１、１０５２、…、１０５Ｎと、スイッチ１０４０と、Ａ／Ｄ変換器１０１０と、デジタル信号処理部１０２０と）は、ダウンコンバート後のＢＢ信号を扱うＢＢ部と呼ばれる。ＢＢ部の中で、特に、Ａ／Ｄ変換器１０１０より前の構成（可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎと、可変利得増幅器１０５１、１０５２、…、１０５Ｎと、スイッチ１０４０と）はアナログ−ＢＢ部、Ａ／Ｄ変換器１０１０以降の構成（Ａ／Ｄ変換器１０１０と、デジタル信号処理部１０２０と）はデジタル−ＢＢ部と呼ばれる。
【００８４】
可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎは、ダウンコンバータ１０３１、１０３２、…、１０３Ｎから受信した信号のうち、所定の（周波数）帯域の信号のみを可変利得増幅器１０５１、１０５２、…、１０５Ｎへ通過させる（以降、通過させる周波数帯域を通過帯域と呼ぶ）。ダウンコンバータ１０３１、１０３２、…、１０３Ｎと可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎと可変利得増幅器１０５１、１０５２、…、１０５Ｎとは、この順にそれぞれ１対１対１で直列接続されている。可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎは、制御部１０３０が送信する第４の制御信号に基づいて信号の通過帯域を変化させる。具体的には、可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎは、第４の制御信号に基づいて該通過帯域を狭める処理を行う。各可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎの通過帯域は、互いに常に同一である。したがって、可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎが該通過帯域を変化させる場合、帯域の変化量はすべての可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎにおいて同一となる。可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎは、信号の通過帯域を狭めることによってＡ／Ｄ変換器１０１０のサンプリング周波数を通常（第１乃至第第２の実施の形態のＡ／Ｄ変換器）よりも低くすることができる。例えば、アレイ数をＮ、非アレイ時のサンプリング周波数（オーバーサンプリング）をＦＯとして通過帯域の帯域幅を通常の帯域幅の１／Ｎに設定した場合、Ａ／Ｄ変換器１０１０のサンプリング周波数ＦＳは、ＦＯの（Ｎ／Ｎ）倍でＦＯとなる。つまり、本実施の形態のＡ／Ｄ変換器１０１０は、第１及び第２の実施の形態のようにオーバーサンプリングしなくてよい。
【００８５】
なお、可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎの受信信号に帯域が未知の信号が含まれる場合、例えば、前段のダウンコンバータ１０３１、１０３２、…、１０３Ｎ各々に送信するＬＯ信号周波数をずらして複数回上記の処理を行うことで対応できる。
【００８６】
制御部１０３０は、第２の実施の形態の制御部４３が有する機能に加えて以下の機能を有する。制御部１０３０は、可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎ各々の信号の通過帯域を変化させるための第４の制御信号を生成し、生成した第４の制御信号を可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎ各々へ送信する。第４の制御信号には、可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎ各々が該通過帯域を同量だけ狭くする情報が含まれている。
【００８７】
以上の説明では、第１、第２及び第４の制御信号は、同一の制御部９３によって生成されるものとした。しかし、これら第１、第２及び第４の制御信号は、複数の制御部（図示しない）によって生成されても良い。
【００８８】
第６の実施の形態におけるアレイアンテナ装置１０は、受信部１００１、１００２、…、１００Ｎ各々に可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎを一つずつ備える。これによって、可変フィルタ１０４１、１０４２、…、１０４Ｎは、Ａ／Ｄ変換器１０１０が処理する信号の帯域幅を狭めることができる。すなわち、アレイアンテナ装置１０は、通常よりも低いサンプリングレートでＡ／Ｄ変換器処理を行うことができ、消費電力を低減できる。
【００８９】
［第７の実施の形態］
第７の実施の形態にかかる無線通信装置１１００について説明する。図１１は、第７の実施の形態にかかる無線通信装置１１００の構成を模式的に示すブロック図である。
【００９０】
無線通信装置１１００は、アンテナ１１１０、ＢＢ部１１２０及びＲＦ部１１３０を有する。アンテナ１１１０は、第１の実施の形態におけるアンテナ１１１、１１２、…、１１Ｎに相当する。ＢＢ部１１２０は、第１の実施の形態におけるスイッチ１４、Ａ／Ｄ変換器１１及びデジタル信号処理部１２に相当する。ＲＦ部１１３０は、第１の実施の形態におけるダウンコンバータ１３１、１３２、…、１３Ｎに相当する。
【００９１】
ＢＢ部１１２０は、変調前のＢＢ信号Ｓ１１０１又は復調後の受信信号Ｓ１１０２を扱う。
【００９２】
ＲＦ部１１３０は、ＢＢ部１１２０からのＢＢ信号Ｓ１１０１を変調し、変調した送信信号Ｓ１１０２をアンテナ１１１０へ出力する。また、ＲＦ部１１３０は、アンテナ１１１０が受信した受信信号Ｓ１１０３を復調し、復調後の受信信号Ｓ１１０４をＢＢ部１１２０へ出力する。
【００９３】
アンテナ１１１０は、送信信号Ｓ１１０２を放射し、又は、外部のアンテナが放射した受信信号Ｓ１１０３を受信する。
【００９４】
以上、本構成によれば、第１の実施の形態にかかるアレイアンテナ装置１を用いて、外部と無線通信が可能な無線通信装置を具体的に構成できることが理解できる。
【００９５】
また、本構成によれば、アンテナ先端が接地されているので、先端が電気的に開放された従来のダイポールアンテナと異なり、落雷の電荷を接地導体に逃がすことができる。これにより、入力端子に接続される送受信機を落雷によるサージ電圧から守ることができる。
【００９６】
以上、各実施の形態および具体例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しえる様々な変更をすることができる。
【００９７】
また、本発明の各実施の形態における各構成要素は、その機能をハードウェア的に実現することはもちろん、コンピュータとプログラムとで実現することができる。プログラムは、磁気ディスクや半導体メモリなどのコンピュータ可読記録媒体に記録されて提供され、コンピュータの立ち上げ時などにコンピュータに読み取られる。この読み取られたプログラムは、そのコンピュータの動作を制御することにより、そのコンピュータを前述した各実施の形態における構成要素として機能させる。
【００９８】
以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
【００９９】
この出願は、２０１５年４月２７日に出願された日本出願特願２０１５−９０５８１号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明の活用例として、ＭＭＳＥ法やＭＵＳＩＣ法を用いた信号の到来方向推定を行う受信機などがある。
【符号の説明】
【０１０１】
１、４、５、８、９、１０    アレイアンテナ装置
１１、４１、５１、８１、９１、１０１０    Ａ／Ｄ変換器
１２、４２、５２、８２、９２、１０２０    デジタル信号処理部
１３、４３、５３、８３、９３、１０３０    制御部
１４、４４、５４、８４、９４、１０４０    スイッチ
１１１〜１１Ｎ、４１１〜４１Ｎ、５１１〜５１Ｎ、８１１〜８１Ｎ、９１１〜９１Ｎ、１０１１〜１０１Ｎ、１１１０    アンテナ
１３１〜１３Ｎ、４３１〜４３Ｎ、５３１〜５３Ｎ、８３１〜８３Ｎ、１０３１〜１０３Ｎ    ダウンコンバータ
２０１、２０２、…、２０Ｎ    受信波形
２１０    サンプリングタイミング
２１、２２、…、２Ｎ    サンプリング信号
３０１    従来のアレイアンテナ装置のシミュレーション結果
３０２    アレイアンテナ装置１のシミュレーション結果
４２１〜４２Ｎ、５２１〜５２Ｎ、８２１〜８２Ｎ、９２１〜９２Ｎ、１０２１〜１０２Ｎ    低雑音増幅器
４４１〜４４Ｎ、５４１〜５４Ｎ、８４１〜８４Ｎ    フィルタ
４５１〜４５Ｎ、５５１〜５５Ｎ、８５１〜８５Ｎ、１０５１〜１０５Ｎ    可変利得増幅器
５６１、５６２、…、５６Ｎ、６、７    遅延器
６０１、６０２、…、６０Ｌ    インバータ
６１、６２、…、６Ｌ    ＭＯＳスイッチ
７０１    演算増幅器
８６１、８６２、…、８６Ｎ    サンプル＆ホールド回路
９３１、９３２、…、９３Ｎ    サンプリングミキサ
９４１、９４２、…、９４Ｎ    ホールド回路
１０４１、１０４２、…、１０４Ｎ    可変フィルタ
１１００    無線通信装置
１１２０    ＢＢ部
１１３０    ＲＦ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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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