(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定モードの軌道角運動量を有するＲＦ信号を送信するＮ（Ｎ≧２）個の送信アンテナと、
前記Ｎ個の送信アンテナとそれぞれ対をなすＮ個の受信アンテナであって、対応する送信アンテナが送信するＲＦ信号と同一モードの軌道角運動量を有するＲＦ信号を受信するＮ個の受信アンテナと
を含み、
前記Ｎ個の受信アンテナは、対応する送信アンテナの光軸と一致する光軸を有する、アンテナ装置。
【請求項２】
前記Ｎ個の対をなす前記Ｎ個の送信アンテナと前記Ｎ個の受信アンテナは、互いの間に干渉を有する２組の前記対を含む、請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記Ｎ個の対をなす前記Ｎ個の送信アンテナと前記Ｎ個の受信アンテナは、一方の対は他方の対に対して干渉を有さず、前記他方の対は前記一方の対に対して干渉を有する２組の前記対を含む、請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記Ｎ個の対をなす前記Ｎ個の送信アンテナと前記Ｎ個の受信アンテナは、互いに干渉を有しない２組の前記対を含む、請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは、それぞれ、前記ＲＦ信号の螺旋の１周期に対応する螺旋形状に形成される表面を有する、パラボラアンテナである、請求項１乃至４のいずれか一項記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記送信アンテナは、ＲＦ信号を出力する出力部と、前記出力部から出力されるＲＦ信号に遅延を与えることによって前記ＲＦ信号の螺旋の１周期に対応する螺旋形状を実現する第１透過フィルタとを有し、
前記受信アンテナは、前記ＲＦ信号の螺旋の１周期の位相を反転させた螺旋形状を実現する第２透過フィルタと、前記第２透過フィルタを透過したＲＦ信号を受信する受信部とを有する、請求項１乃至５のいずれか一項記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記送信アンテナは、ＲＦ信号を出力する出力部と、前記出力部から出力されるＲＦ信号を透過する第１透過フィルタと、前記第１透過フィルタを透過したＲＦ信号を反射するパラボラ状の第１反射器とを有し、前記第１透過フィルタが前記ＲＦ信号に与える遅延と、前記第１反射器が前記ＲＦ信号に与える遅延との合計の遅延は、平面波を前記所定モードの軌道角運動量を有するＲＦ信号に変換するモード変換を実現する遅延であり、
前記受信アンテナは、前記送信アンテナから送信される前記所定モードの軌道角運動量を有するＲＦ信号を反射するパラボラ状の第２反射器と、前記第２反射器から出力されるＲＦ信号に遅延を与える第２透過フィルタと、前記第２透過フィルタを透過したＲＦ信号を受信する受信部とを有し、前記第２反射器が前記ＲＦ信号に与える遅延と、前記第２透過フィルタがＲＦ信号に与える遅延との合計の遅延は、前記所定モードの軌道角運動量を有するＲＦ信号を平面波に逆変換する逆変換を実現する遅延である、請求項１乃至６のいずれか一項記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記所定モードは、１周期において生じる位相遅延をｌ倍にするモードであり、ｌは偶数である、請求項１乃至７のいずれか一項記載のアンテナ装置。
【請求項９】
ある軸を軌道角運動量の軸として有し、その軸を１周する角度を比例係数で整数倍して得る位相遅延の分布をもつ軌道角運動量を持った信号を送信する送信アンテナと、
ある軸を軌道角運動量の軸として有し、前記信号を受信する受信アンテナと
を含む、信号伝送システムであって、
前記送信アンテナの軌道角運動量の軸と、前記受信アンテナの軌道角運動量の軸とがそれぞれ同一の直線上にあり、
前記送信アンテナと前記受信アンテナの組が複数あって、それぞれの軌道角運動量の軸を複数の異なる直線によって構成し、それぞれの軌道角運動量を持った信号が同じ周波数帯域・同じ時間帯に伝送する、信号伝送システム。
【請求項１０】
前記複数組の前記送信アンテナ及び前記受信アンテナにおいて、それぞれの組の前記送信アンテナと前記受信アンテナとが同じ符号の組み合わせの比例係数を有することにより、前記複数の軌道角運動量の伝送システムが構成される、請求項９記載の信号伝送システム。
【請求項１１】
前記複数組の前記送信アンテナ及び前記受信アンテナにおいて、ある組の前記比例係数の絶対値は、他の組の比例係数の絶対値の２倍以下である、請求項１０記載の信号伝送システム。
【請求項１２】
前記比例係数は偶数の値を持つ、請求項１１記載の信号伝送システム。
【請求項１３】
前記組をなす前記送信アンテナと前記受信アンテナとは、それぞれ同じ軌道角運動量を持つ、請求項９記載の信号伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置、及び、信号伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基地局を対応する基地局コントローラに接続するためにマイクロ波バックホールが用いられている（例えば、非特許文献１参照）。【０００３】
しかしながら、現在、ワイヤレスネットワークは、音声のみのサポートから音声及び高速データ通信をサポートするまで発展している。従って、基地局とマイクロ波バックホールの帯域幅容量に対する要求は増大すると考えられる。【０００４】
また、帯域幅容量の大きいマイクロ波バックホールの候補として、LoS(Line-of-Sight) MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output)を用いたシステムがある（例えば、非特許文献２参照）。このようなシステムでは、マルチパス散乱が生じないため、空間分割多重伝送を実現するアンテナの分離は、通信距離に依存することになる。【０００５】
例えば、図１に示すLoSMIMOを用いたシステムにおいて、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２と受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２とで２×２形式の通信を行う場合について考える。送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２を分離するための距離ｄは、次式（１）に示すように、通信距離Ｌに依存する。【０００６】
【数１】
0006037008.tif 000002
ここで、λは波長である。Ｌが４００ｍである場合に、通信周波数が２．４ＧＨｚの場合はｄが約５ｍであり、６０ＧＨｚの場合はｄが約１ｍとなる。このように、アンテナの分離に必要な距離ｄは比較的大きく、小型装置への適用可能性は低い。さらに、アンテナの分離が低下すると、チャンネル容量は急激に低下する。
近年、光学分野において、容量の大きい光通信のための軌道角運動量（ＯＡＭ：orbital angular momentum）の研究が非常に盛んである（例えば、非特許文献３参照）。ＯＡＭは、分極（スピン角運動量（ＳＡＭ：spin angular momentum））と同様に、電磁波の基本的な特性である。【０００７】
図２に示すように、ＯＡＭを有する電磁波は、螺旋状の波面を有し、方位角による線形的な位相遅延を示す。ここで、ＯＡＭモードｌ（ｌ＝±１、±２、・・・）は、物理的な１周期に２ｌπの位相遅延があることを意味する。位相遅延は電気角で表される。【０００８】
図３に示す光学的な構成では、光学結合器を用いることにより、ＯＡＭ信号は同一の（一つの）光軸に対して重畳することができる（例えば、非特許文献３参照）。【０００９】
異なるＯＡＭモードを有する電磁波は、互いに直交しており、複数の直交チャンネルによって高い容量が達成される。【００１０】
しかしながら、高周波（ＲＦ：Radio Frequency）信号の通信では、一つの光軸に対してＯＡＭを重畳することは困難であり、高周波（ＲＦ）信号の多重化を行うこと自体が困難である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Mobile Backhaul:Fiber vs. Microwave, Case Study Analyzing Various Backhaul Technology Strategies, Tzvika Naveh.[2013年1月29日検索]インターネット（http://www.ceragon.com/files/ceragon_mobile_backhau_fiber_microwave_white_paper.pdf）
【非特許文献２】C. Sheldon, E. Torkildson, M. Seo, C. P. Yue, U. Madhow, and M. Rodwell, "A 60 GHz line-of-sight 2×2 MIMO link operating at 1.2 Gbps," in Proc. IEEE Antennas Propag. Soc. Int. Symp. (AP-S 2008), Jul. 2008.
【非特許文献３】J. Wang, J.-Y. Yang, I. M. Fazal, N. Ahmed, Y. Yan, H. Huang, Y. Ren, Y. Yue, S. Dolinar, M. Tur, and A. E. Willner, "Terabit free-space data transmission employing orbital angular momentum multiplexing," Nature Photonics, vol. 6, pp. 488-496, Jun. 2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、高周波（ＲＦ）信号の多重化を行うことは困難である。【００１３】
そこで、高周波（ＲＦ）信号の多重化を容易に行うことのできるアンテナ装置、及び、信号伝送システム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】
【００１４】
本発明の実施の形態のアンテナ装置は、所定モードの軌道角運動量を有するＲＦ信号を送信するＮ（Ｎ≧２）個の送信アンテナと、前記Ｎ個の送信アンテナとそれぞれ対をなすＮ個の受信アンテナであって、対応する送信アンテナが送信するＲＦ信号と同一モードの軌道角運動量を有するＲＦ信号を受信するＮ個の受信アンテナとを含み、前記Ｎ個の受信アンテナは、対応する送信アンテナの光軸と一致する光軸を有する。
【発明の効果】
【００１５】
高周波（ＲＦ）信号の多重化を容易に行うことのできるアンテナ装置、及び、信号伝送システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】LoSMIMOを用いたシステムを示す図である。
【図２】ＯＡＭを有する電磁波の螺旋状の波面と、方位角による線形的な位相遅延を示す図である。
【図３】光学結合器でＯＡＭ信号を一つの光軸に重畳するシステムの構成を示す図である。
【図４】実施の形態のアンテナ装置１００の送信アンテナ及び受信アンテナの配置を示す図である。
【図５】実施の形態のアンテナ装置１００の送信アンテナ及び受信アンテナの配置を示す図である。
【図６】シングルモードにおけるＯＡＭを有するＲＦ信号の波面を示す図である。
【図７】マルチモードにおけるＯＡＭを有するＲＦ信号の波面を示す図である。
【図８】実施の形態のアンテナ装置１００における隣り合うアンテナの平面視での位置関係を示す図である。
【図９】実施の形態のアンテナ装置１００におけるチャンネル容量の高さを説明するためのシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】シグナルノイズ比（ＳＮＲ）を２０ｄＢに固定し、d=β(λＬ／２)1/2を満たす値βと、チャンネル容量との関係を示す図である。
【図１１】実施の形態のアンテナ装置１００のアンテナを示す図である。
【図１２】実施の形態のアンテナ装置１００のアンテナの変形例を示す図である。
【図１３】実施の形態の変形例のアンテナ装置１００Ａを示す図である。
【図１４】実施の形態の他の変形例のアンテナ装置１００Ｂを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明のアンテナ装置、及び、信号伝送システムを適用した実施の形態について説明する。
【００１８】
＜実施の形態＞
図４及び図５は、実施の形態のアンテナ装置１００の送信アンテナ及び受信アンテナの配置を示す図である。
【００１９】
実施の形態のアンテナ装置１００は、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、・・・ＴｘＮと、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、・・・ＲｘＮとを含む。なお、Ｎは２以上の整数であり、図４及び図５では、Ｎが５以上の整数である場合について説明する。
【００２０】
図４に示すように、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、・・・ＴｘＮと、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、・・・ＲｘＮとは、それぞれ、直線状に配置されていてもよい。送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、・・・ＴｘＮと、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、・・・ＲｘＮとは、それぞれ、光軸が一致するように配置されている。
【００２１】
送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、・・・ＴｘＮは、それぞれ、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、・・・ＲｘＮと通信を行う。すなわち、送信アンテナＴｘ１は、受信アンテナＲｘ１と通信を行う。同様に、送信アンテナＴｘ２は、受信アンテナＲｘ２と通信を行う。送信アンテナＴｘ３は、受信アンテナＲｘ３と通信を行う。また、送信アンテナＴｘＮは、受信アンテナＲｘＮと通信を行う。
【００２２】
これにより、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、・・・ＴｘＮと、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、・・・ＲｘＮとの間では、Ｎチャンネルの通信を行うことができる。
【００２３】
実施の形態のアンテナ装置１００では、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、・・・ＴｘＮは、軌道角運動量（ＯＡＭ）を有しない（平面波の）ＲＦ信号（電磁波）を所定のモードの軌道角運動量（ＯＡＭ）を有するＲＦ信号（電磁波）にモード変換して送信する。また、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、・・・ＲｘＮは、それぞれ、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、・・・ＴｘＮから送信されるＲＦ信号をＯＡＭを有しない（平面波の）ＲＦ信号に逆変換する。
【００２４】
ＯＡＭを有するＲＦ信号は、進行方向（伝搬方向）に伸延する光軸の周りに、位相を変化させながら螺旋状に進行する。すなわち、ＯＡＭを有するＲＦ信号は、光軸を中心軸とした螺旋状の波面を有する。
【００２５】
ここで、ＯＡＭを有するＲＦ信号のモードｌ（ｌ＝±１、±２、・・・）は、物理的な１周期（３６０度）に２ｌπの位相遅延が含まれることを意味する。モード１（ｌ＝１）は、物理的な１周期（３６０度）に２πの位相遅延が含まれることを意味する。
【００２６】
すなわち、モード１（ｌ＝１）のＯＡＭを有するＲＦ信号は、螺旋状に１周期（３６０度）進むうちに、位相が２π変化する波面を有する。また、モード２（ｌ＝２）のＯＡＭを有するＲＦ信号は、螺旋状に１周期（３６０度）進むうちに、位相が４π（２π×２）変化する波面を有する。従って、モードｌのＯＡＭを有するＲＦ信号は、螺旋状に１周期（３６０度）進むうちに、位相が２ｌπ変化する波面を有する。
【００２７】
また、モードｌの値の正負は、ＯＡＭを有するＲＦ信号が光軸の周りに、反時計回りの螺旋状で伝搬する場合を正とし、時計回りの螺旋状で伝搬する場合を負とする。
【００２８】
実施の形態のアンテナ装置１００はＯＡＭを有するＲＦ信号を用いるため、受信アンテナＲｘ１〜ＲｘＮは、それぞれ、送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＮから送信されるＯＡＭを有するＲＦ信号を受信できる位置に配置されることが必要である。
【００２９】
ここで、ＯＡＭを有するＲＦ信号は、伝搬方向に伸延する光軸の周りで螺旋状に位相を変化させながら、螺旋状に進行する。すなわち、ＯＡＭを有するＲＦ信号は、光軸の周りで放射に拡がりながら螺旋状に進行する。ＯＡＭを有するＲＦ信号の位相は、螺旋状の波面の方位角によって決まる。
【００３０】
このため、ＯＡＭを有するＲＦ信号の１周期分をすべて受信するには、受信アンテナＲｘ１〜ＲｘＮの光軸と、送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＮの光軸とが一致していることが必要である。
【００３１】
このようなＯＡＭを有するＲＦ信号を送信する送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＮと、ＯＡＭを有するＲＦ信号を受信する受信アンテナＲｘ１〜ＲｘＮとは、それぞれ、モード変換と逆変換を実現するための所定の構成を有する。
【００３２】
しかしながら、送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＮと受信アンテナＲｘ１〜ＲｘＮとの具体的な構成については後述することとし、図４及び図５では、送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＮと、受信アンテナＲｘ１〜ＲｘＮとの位置関係について説明する。
【００３３】
従って、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、・・・ＴｘＮと、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、・・・ＲｘＮとは、図４に示すように、それぞれ、互いの光軸が一致するように、直線状に配置されていてもよい。
【００３４】
また、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、・・・ＴｘＮと、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、・・・ＲｘＮとは、それぞれ、互いの光軸が一致していれば、図５に示すように、ランダムに配列されていてもよい。
【００３５】
なお、図４及び図５には、送信アンテナＴｘ１と受信アンテナＲｘ１がモード１のＯＡＭを有するＲＦ信号の通信を行い、送信アンテナＴｘ２と受信アンテナＲｘ２がモード２のＯＡＭを有するＲＦ信号の通信を行う場合を示す。
【００３６】
また、図４及び図５には、送信アンテナＴｘ３と受信アンテナＲｘ３がモード３のＯＡＭを有するＲＦ信号の通信を行い、送信アンテナＴｘＮと受信アンテナＲｘＮがモードＮのＯＡＭを有するＲＦ信号の通信を行う場合を示す。
【００３７】
しかしながら、これらのモードｌの割り当ては一例である。送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＮと、受信アンテナＲｘ１〜ＲｘＮとは、それぞれの対で、同一のモードｌのＯＡＭを有するＲＦ信号を通信する構成であればよい。送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＮと、受信アンテナＲｘ１〜ＲｘＮとは、それぞれ、異なるモードのＯＡＭを有するＲＦ信号を通信することはできない。
【００３８】
従って、送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＮと、受信アンテナＲｘ１〜ＲｘＮとは、すべて同一のモードｌのＯＡＭを有するＲＦ信号を通信する構成であってもよい。
【００３９】
次に、図６及び図７を用いて、シングルモードとマルチモードについて説明する。
【００４０】
図６は、シングルモードにおけるＯＡＭを有するＲＦ信号の波面を示す図であり、図７は、マルチモードにおけるＯＡＭを有するＲＦ信号の波面を示す図である。なお、図６及び図７には、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２と受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２とで２チャンネルの通信を行う場合を示す。
【００４１】
シングルモードとは、複数のチャンネルで用いるモードｌが１種類であることをいう。また、マルチモードとは、複数のチャンネルで用いるモードｌが２種類以上であることをいう。図６及び図７には、２チャンネルの通信を行う場合を示すので、図６には２つのチャンネルが同一のモードｌのＯＡＭを有するＲＦ信号を用いて通信を行う場合を示す。
【００４２】
図６に示すＯＡＭを有するＲＦ信号は、それぞれ、光軸Ａ１、Ａ２の周りを螺旋状に伝搬する。
【００４３】
また、図７には、２チャンネルの通信において、互いにモードｌが異なる２つのＯＡＭを有するＲＦ信号を用いて通信を行う場合を示す。図７に示すＯＡＭを有するＲＦ信号は、それぞれ、光軸Ａ１、Ａ２の周りを螺旋状に伝搬する。
【００４４】
なお、図６及び図７には、ＯＡＭを有するＲＦ信号の波形を概略的に示す。
【００４５】
次に、図８を用いて、隣り合う受信アンテナの一例として受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２を用いて、２チャンネルの場合の干渉の低さについて説明する。
【００４６】
図８は、実施の形態のアンテナ装置１００における隣り合うアンテナの平面視での位置関係を示す図である。
【００４７】
図８には、ＯＡＭを有するＲＦ信号の到来方向（伝搬方向）から見た、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２の中心点Ｏ１、Ｏ２及び輪郭Ｃ１、Ｃ２を示す。受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２は、図７に示すように、互いに隣接して配置されており、２チャンネルでのシングルモード又はマルチモードでの通信を行うこととする。
【００４８】
受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２の輪郭Ｃ１、Ｃ２は、それぞれ、中心点Ｏ１、Ｏ２を有する半径Ｒの円であるとする。中心点Ｏ１とＯ２との間の距離はｄである。受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２は、互いに離間して配設されているため、２Ｒ＜ｄである。
【００４９】
なお、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２の光軸は、それぞれ、中心点Ｏ１、Ｏ２において、輪郭Ｃ１、Ｃ２で表される円を垂直に貫く方向に伸延している。
【００５０】
ここで、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２に対応する送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２は、図７に示すように、それぞれ、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２に対向して配置されており、それぞれ、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２と同一の構成を有するものとする。送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２の光軸は、それぞれ、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２の光軸と一致している。
【００５１】
すなわち、送信アンテナＴｘ１と受信アンテナＲｘ１は、同一の構成を有し、同一の構成の一対のアンテナが、光軸を一致させた状態で、互いに対向するように配置されている。同様に、送信アンテナＴｘ２と受信アンテナＲｘ２は、同一の構成を有し、同一の構成の一対のアンテナが、光軸を一致させた状態で、互いに対向するように配置されている。
【００５２】
このため、送信アンテナＴｘ１の中心点と送信アンテナＴｘ２の中心点との間の距離もｄである。
【００５３】
また、送信アンテナＴｘ１と受信アンテナＲｘ１は、モードｍのＯＡＭを有するＲＦ信号を用いて通信し、送信アンテナＴｘ２と受信アンテナＲｘ２とは、モードｎのＯＡＭを有するＲＦ信号を用いて通信することとする。ｍ、ｎは、上述したモードｌのうちの任意の値であり、同一の値であってもよいし、互いに異なる値であってもよい。
【００５４】
ここで、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２の干渉の低さを説明するために、受信アンテナＲｘ２の表面の点Ｐにおける、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２から送信されたＯＡＭを有するＲＦ信号の受信状況について検討する。
【００５５】
また、点Ｐは、受信アンテナＲｘ２の中心点Ｏ２から距離ｒ（ｒ＜Ｒ）で、線分Ｏ１Ｏ２と線分Ｏ２Ｐが角度θをなす点であることとする。また、線分Ｏ１Ｐは線分Ｏ１Ｏ２と角度αをなすこととする。
【００５６】
図８に示す受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２は、２チャンネルでの通信を行うものであり、それぞれの光軸が異なるため、点Ｐにおける電界Ｅは、次式（２）で表すことができる。
【００５７】
【数２】
0006037008.tif 000003
ここで、Ｅ０は、電界Ｅの振幅である。
【００５８】
また、受信アンテナＲｘ２が送信アンテナＴｘ１から受信するＯＡＭを有するＲＦ信号の電力Ｐｉｍ，ｎは次式（３）で表すことができる。式（３）で求まる電力Ｐｉｍ，ｎは、受信アンテナＲｘ２が送信アンテナＴｘ１から受ける干渉（あるいは混信（interference））による電力を表す。
【００５９】
【数３】
0006037008.tif 000004
ここで、Ｚは、自由空間においてＯＡＭを有するＲＦ信号が有するインピーダンスである。
【００６０】
また、線分Ｏ１Ｐが線分Ｏ１Ｏ２となす角度αは、次式（４）で表すことができる。
【００６１】
【数４】
0006037008.tif 000005
また、（３）式と同様に、受信アンテナＲｘ２が送信アンテナＴｘ２から受信するＯＡＭを有するＲＦ信号の電力Ｐｓｎは次式（５）で表すことができる。
【００６２】
【数５】
0006037008.tif 000006
従って、式（３）と式（５）に基づいて、電力Ｐｉｍ，ｎと電力Ｐｓｎの比を求めれば、次式（６）が与えられる。
【００６３】
【数６】
0006037008.tif 000007
式（６）に含まれる積分成分Ｉ｜ｒは、次式（７）の通りである。
【００６４】
【数７】
0006037008.tif 000008
式（７）は、ｍ、ｎが次式（８）を満たせば零になる。
m>0 n>0で m が偶数の場合は n>=m/2+1、m<0 n<0でm が偶数の場合は-n>=-m/2+1      ・・・（８）
従って、（６）式の計算結果は零になる。このため、電力Ｐｉｍ，ｎと電力Ｐｓｎの比は零になり、送信アンテナＴｘ１及び受信アンテナＲｘ１から、送信アンテナＴｘ２及び受信アンテナＲｘ２への干渉は抑制される。また、送信アンテナＴｘ２及び受信アンテナＲｘ２から、送信アンテナＴｘ１及び受信アンテナＲｘ１への干渉は抑制される。このとき、ｍ、ｎは、次式（９）の条件を満たす必要がある。
m>0 n>0であり、 nが偶数であればm>=n/2+1、m<0 n<0であり -n が偶数であれば -m>=-n/2+1      ・・・（９）
ここで、ｍとｎが（８）式と（９）式を満たせば、２つのチャンネルは直交している。
【００６５】
ＯＡＭモードは、ｌ周期で１サイクル分回転する螺旋状の波面を示す。ここでｌは整数である。（８）式と（９）式がともに成立するとき、２つ送信アンテナの螺旋状の波面は同一方向に回転する。そして、２つの送信アンテナの各々の螺旋状の波面は、ｌ周期で１サイクル回転する。ここで、ｌは偶数である。
【００６６】
実際、図４及び５において、Ｎチャネルシステムでは、任意の２つのチャネルが直交することが最善の条件である。これは、すべての送信アンテナのすべての螺旋状の波面が同一方向に回転し、各送信アンテナの各螺旋状の波面が他のアンテナの２倍未満の速さで回転し、かつ、各送信アンテナの螺旋状の波面がｌ周期で１サイクル回転する（ｌは整数）ことを意味する。
【００６７】
ＯＡＭモード（ｍ、Ｎ）が｛２｝，｛−２｝，｛４，６｝，｛−４，−６｝は、直交するチャンネルのグループの例である。
【００６８】
｛２｝については、２は最初の偶数であり、２は明らかに２の２倍の値未満である。｛２｝は、ＯＡＭモード２がＮチャンネルのすべてについて適用されることを意味する。
【００６９】
｛４，６｝において、４と６はともに偶数であり、６は４の２倍の値未満である。｛４，６｝は、ＯＡＭモード４がＮチャネルのすべてに適用されること、あるいは、ＯＡＭモード６がＮチャネルのすべてに適用されること、又は、ＯＡＭモード４がＮチャネルのうちの幾つかに適用されるとともにＯＡＭモード６が残りのチャネルに適用されることを意味する。
【００７０】
｛−２｝と｛−４，−６｝についての設定は、｛２｝，｛４，６｝と同様であり、唯一の相違点は、回転方向である。
【００７１】
これらの直交チャンネル以外であっても、干渉が低いチャンネルを実現することができる。２つのチャンネル（モードm,モードn）について、干渉が低いチャンネルは式で与えられる。
【００７２】
m>0, n>0であれば、m>=n/2かつn>=m/2
m<0, n<0であれば、-m>=-n/2かつ-n>=m/2    ・・・
これは、２つの送信アンテナの螺旋状の波面が同一方向に回転し、各送信アンテナの螺旋状の波面が他のアンテナの螺旋状の波面の２倍未満の速さで回転することを意味する。直交チャンネルがこの条件を満足することは明らかである。
従って、図４及び５において、Ｎチャンネルのシステムでは、任意の２つのチャンネルは干渉が低いことが期待される。これは、すべての送信アンテナのすべての螺旋状の波面が同一方向に回転し、かつ、各送信アンテナの螺旋状の波面が他のアンテナの螺旋状の波面の２倍未満の速さで回転することを意味する。｛１，２｝，｛−１，−２｝，｛２，３，４｝，｛−２，−３，−４｝は、上述のように干渉が低いチャンネルのグループの例である。
【００７３】
｛１，２｝については、２は明らかに１の２倍の値未満である。｛１，２｝は、ＯＡＭモード１がＮチャンネルのすべてについて適用されること、ＯＡＭモード２がＮチャンネルのすべてについて適用されること、又は、ＯＡＭモード１がＮチャネルのうちの幾つかに適用されるとともにＯＡＭモード２が残りのチャネルに適用されることを意味する。
【００７４】
｛２，３，４｝については、４は明らかに２の２倍の値未満である。｛２，３，４｝は、ＯＡＭモード２がＮチャンネルのすべてについて適用されること、ＯＡＭモード３がＮチャンネルのすべてについて適用されること、ＯＡＭモード４がＮチャンネルのすべてについて適用されること、ＯＡＭモード２がＮチャネルのうちの幾つかに適用されるとともにＯＡＭモード３が残りのチャネルに適用されること、ＯＡＭモード２がＮチャネルのうちの幾つかに適用されるとともにＯＡＭモード４が残りのチャネルに適用されること、ＯＡＭモード３がＮチャネルのうちの幾つかに適用されるとともにＯＡＭモード４が残りのチャネルに適用されること、又は、ＯＡＭモード２がＮチャネルのうちの幾つかに適用され、ＯＡＭモード３がＮチャネルのうちの他の幾つかに適用されるとともにＯＡＭモード４が残りのチャネルに適用されることを意味する。
【００７５】
｛−１，−２｝と｛−２，−３，−４｝についての設定は、｛２｝，｛４，６｝と同様であり、唯一の相違点は、回転方向である。
【００７６】
式（６）に関して、m>0でn<0ある場合、又は、m<0でn>0ある場合は、干渉は比較的大きくなる。従って、図４及び５に示すように、Ｎチャンネルのシステムでは、少なくとも、すべての送信アンテナのすべての螺旋状の波面は、同一方向に回転するべきである。
【００７７】
次に、図９を用いて、実施の形態のアンテナ装置１００におけるチャンネル容量の高さについて説明する。
【００７８】
図９は、実施の形態のアンテナ装置１００におけるチャンネル容量の高さを説明するためのシミュレーション結果を示す図である。
【００７９】
図９には、実施の形態のアンテナ装置１００の送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２と受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２のチャンネル容量(2*2OAM)に加えて、比較用に、ＳＩＳＯ（Single Input Single Output）による送信アンテナと受信アンテナを用いた場合のチャンネル容量（SISO）を示す。さらに、比較用に、ＬｏｓＭＩＭＯによる送信アンテナと受信アンテナを２チャンネル（２組）並べて、送信アンテナと受信アンテナとの中心間距離ｄを変えた場合の３種類のチャンネル容量（2*2LosMIMO(d=(λＬ／２)1/2,2*2LosMIMO(d=(1/2*λＬ／２)1/2,2*2LosMIMO(d=(1/4*λＬ／２)1/2）を示す。
【００８０】
３種類の２チャンネルのＬＯＳＭＩＭＯのチャンネル容量（2*2LosMIMO(d=(λＬ／２)1/2,2*2LosMIMO(d=(1/2*λＬ／２)1/2,2*2LosMIMO(d=(1/4*λＬ／２)1/2）は、それぞれ、送信アンテナと受信アンテナの間の距離ｄ（図８参照）が、λＬ／２)1/2、1/2*λＬ／２)1/2、1/4*λＬ／２)1/2である場合のＬｏｓＭＩＭＯによるチャンネル容量を示す。
【００８１】
ここで、Ｌは、送信アンテナＴｘ１と受信アンテナＲｘ１との間の長さであり、これは、送信アンテナＴｘ２と受信アンテナＲｘ２との間の長さと同一である。
【００８２】
なお、図９において、横軸はシグナルノイズ比（ＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)）を示し、縦軸はチャンネル容量（bps/Hz）を示す。
【００８３】
図９に示すように、2*2LosMIMO(d=(λＬ／２)1/2は、実施の形態のアンテナ装置１００の送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２と受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２のチャンネル容量(2*2OAM)よりも僅かに高く、最も高い値を示した。
【００８４】
しかしながら、これは、３つのＬｏｓＭＩＭＯのチャンネル容量のうち、距離ｄが最も長い場合に得られる値である。
【００８５】
また、３つのＬｏｓＭＩＭＯのチャンネル容量を比べると分かるように、ＬｏｓＭＩＭＯのチャンネル容量は、距離ｄが短縮されて分離性が低下すると、急激に低下することが分かる。
【００８６】
このようにＬｏｓＭＩＭＯのチャンネル容量が距離ｄの短縮に伴って大幅に低下することに比べると、実施の形態によるチャンネル容量(2*2OAM)は、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２と受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２との中心間距離ｄが小さくても、非常に高いチャンネル容量が得られることが分かる。アンテナ装置１００における距離ｄは、（1/4*λＬ／２)1/2よりも非常に短く、２Ｒ（図８参照）に近い長さである。
【００８７】
なお、ＳＩＳＯは、チャンネル容量が最も低い。ＳＩＳＯの場合は、シグナルノイズ比（ＳＮＲ）が高くなれば、チャンネル容量は上昇するが、実施の形態のアンテナ装置１００の送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２と受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２のチャンネル容量(2*2OAM)とＬｏｓＭＩＭＯよりも低い値になる。
【００８８】
次に、図１０を用いて、シグナルノイズ比（ＳＮＲ）を２０ｄＢに固定し、d=β(λＬ／２)1/2を満たす値βと、チャンネル容量との関係について説明する。
【００８９】
図１０は、シグナルノイズ比（ＳＮＲ）を２０ｄＢに固定し、d=β(λＬ／２)1/2を満たす値βと、チャンネル容量との関係を示す図である。
【００９０】
図１０には、実施の形態のアンテナ装置１００の送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２と受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２のチャンネル容量(2*2OAM)と、比較用にＬｏｓＭＩＭＯによる送信アンテナと受信アンテナを２チャンネル（２組）並べた場合のチャンネル容量（2*2LosMIMO)とを示す。
【００９１】
図１０の横軸は、d=β(λＬ／２)1/2を満たす値βを表すため、図１０中において、横軸が左側に行くほど、中心間距離ｄが長いことになる。すなわち、横軸が左側に行くほど、２つのチャンネルのアンテナ同士が遠いことになる。
【００９２】
また、横軸が右側に行くほど、中心間距離ｄが短いことになる。すなわち、横軸が右側に行くほど、２つのチャンネルのアンテナ同士が近くなることになる。
【００９３】
図１０に示すように、実施の形態のアンテナ装置１００の送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２と受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２のチャンネル容量(2*2OAM)は、横軸の値によらず一定値を示した。これは、中心間距離ｄによらずに、高いチャンネル容量が得られていることから導き出された結果であると考えることができる。
【００９４】
また、比較用にＬｏｓＭＩＭＯによる送信アンテナと受信アンテナを２チャンネル（２組）並べた場合のチャンネル容量（2*2LosMIMO)は、横軸において右側に行くほど低い値を示した。
【００９５】
これは、中心間距離ｄが短くなるほど、チャンネル容量が急激に低下することを示している。
【００９６】
以上より、実施の形態によるチャンネル容量(2*2OAM)は、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２と受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２との中心間距離ｄによらずに、非常に高いチャンネル容量が得られることが分かる。
【００９７】
また、中心間距離ｄが短くなるほど、比較用のＬｏｓＭＩＭＯによる２チャンネルのチャンネル容量（2*2LosMIMO)に比べて、実施の形態のアンテナ装置１００による２チャンネルのチャンネル容量(2*2OAM)の優位性が際だつことが分かる。
【００９８】
このため、実施の形態のアンテナ装置１００は、隣接するアンテナ同士の分離性が低い場合ほど有利であり、小型化に適していることが分かる。
【００９９】
次に、図１１乃至図１４を用いて、実施の形態のアンテナ装置１００の送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２と受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２の構成について説明する。
【０１００】
また、以下では、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２を特に区別しない場合には、送信アンテナＴｘと称す。また、受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２を特に区別しない場合には、受信アンテナＲｘと称す。
【０１０１】
また、送信アンテナＴｘと受信アンテナＲｘは、同一の構成を有するため、送信アンテナＴｘを受信アンテナＲｘとして用いることができ、受信アンテナＲｘを送信アンテナＴｘとして用いることができる。
【０１０２】
このため、送信アンテナＴｘと受信アンテナＲｘを区別しない場合には、アンテナ１０又はアンテナ２０と称す。
【０１０３】
図１１は、実施の形態のアンテナ装置１００のアンテナを示す図である。図１１の（Ａ１）、（Ａ２）には、モード１のＯＡＭを有するＲＦ信号を送受信するアンテナ１０を示し、図１１の（Ｂ１）、（Ｂ２）には、モード２のＯＡＭを有するＲＦ信号を送受信するアンテナ２０を示す。
【０１０４】
なお、図１１の（Ａ１）、（Ａ２）、（Ｂ１）、（Ｂ２）では図示するように、直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。なお、Ｚ軸は、アンテナ１０、２０の光軸と平行な軸である。
【０１０５】
図１１の（Ａ１）、（Ａ２）に示すように、モード１用のアンテナ１０は、輻射器１１（Ａ２参照）と、反射器１２とを含む。アンテナ１０は、パラボラアンテナを変形したアンテナである。なお、図１１の（Ａ１）では輻射器１１を省略する。
【０１０６】
輻射器１１は、ＲＦ信号の送受信を行う部分である。輻射器１１は、図示しないステー等により、反射器１２に対して固定されている。輻射器１１は、ＲＦ信号を送信する際は、反射器１２に向けて、Ｚ軸負方向にＲＦ信号を放射する。輻射器１１は、ＲＦ信号を受信する際は、反射器１２で反射されてＺ軸正方向に伝搬するＲＦ信号を受信する。
【０１０７】
反射器１２は、Ｚ軸を含む平面で切った断面が放物線を描く凹状で、平面視で円形（Ａ１参照）の形状を有する。反射器１２の光軸は、中心Ｏを通り、Ｚ軸に平行な軸である。
【０１０８】
反射器１２は、切り欠き部１２Ａを有する。切り欠き部１２Ａは、中心ＯからＸ軸正方向側において反射器１２が切り欠かれた部分である。切り欠き部１２Ａを挟んだ一方側１２Ｂと他方側１２Ｃとの間は、Ｚ軸方向において、アンテナ装置１００の通信周波数における１／２波長（λ／２）のギャップが中心Ｏに形成されている。このギャップは、Ｚ軸方向に形成される。ギャップは１波長分の経路長の差を生み出すために用いられる。
【０１０９】
このような反射器１２において、一方側１２Ｂと他方側１２Ｃとの間の１／２波長（λ／２）のギャップによるＺ軸方向の変位は、一方側１２Ｂから他方側１２Ｃにかけて、Ｚ軸正方向から見て中心Ｏの周りの反時計方向の３６０度にわたって均等かつ線形的に配分されている。これは、一方側１２Ｂから他方側１２Ｃにかけて、中心Ｏの周りの反時計方向の３６０度にわたって、Ｚ軸正方向から見て中心Ｏの周りの反時計方向に連続的に反射器１２の反射面の位相がλ／２（π）進むように設定されていることを表す。
【０１１０】
このため、輻射器１１から反射器１２にＯＡＭを有しないＲＦ信号を（Ｚ軸負方向に）放射すると、輻射器１１から放射されたＲＦ信号（電磁波）は、反射器１２でモード１のＯＡＭを有するＲＦ信号にモード変換され、Ｚ軸正方向に向かって螺旋状に伝搬する。
【０１１１】
反射器１２で反射されるとともにモード変換されたモード１のＯＡＭを有するＲＦ信号は、Ｚ軸に平行で中心Ｏを通る光軸を中心軸として螺旋状に伝搬する。反射器１２でモード変換されたＲＦ信号は、アンテナ１０と同一のモード１のＯＡＭを有する。
【０１１２】
また、アンテナ１０と同一のモード１のＯＡＭを有するＲＦ信号が、Ｚ軸に平行で中心Ｏを通る光軸を中心軸として反射器１２に向かって螺旋状に伝搬すると、モード１のＯＡＭを有するＲＦ信号は、反射器１２で逆変換されて平面波になり、Ｚ軸正方向に反射されて輻射器１１で受信される。
【０１１３】
このように、アンテナ１０は、モード１のＯＡＭを有するＲＦ信号の螺旋の１周期に対応する螺旋形状に形成される反射面を有するパラボラアンテナである。
【０１１４】
また、図１１の（Ｂ１）、（Ｂ２）に示すモード２用のアンテナ２０は、輻射器２１（Ｂ２参照）と、パラボラアンテナを変形した反射器２２とを含む。なお、図１１の（Ｂ１）では輻射器２１を省略する。
【０１１５】
輻射器２１は、ＲＦ信号の送受信を行う部分である。輻射器２１は、図示しないステー等により、反射器２２に対して固定されている。輻射器２１は、ＲＦ信号を送信する際は、反射器２２に向けて、Ｚ軸負方向にＲＦ信号を放射する。輻射器２１は、ＲＦ信号を受信する際は、反射器２２で反射されてＺ軸正方向に伝搬するＲＦ信号を受信する。輻射器２１は、輻射器１１と同様である。
【０１１６】
反射器２２は、Ｚ軸を含む平面に沿って得られる断面が放物線を描く凹状で、平面視で円形（Ｂ１参照）の形状を有する。反射器２２の光軸は、中心Ｏを通り、Ｚ軸に平行な軸である。
【０１１７】
反射器２２は、境界部２２Ａを有する。境界部２２Ａは、中心Ｏを通るＸＺ平面で反射器２２をＹ軸正方向側の反射部２２１と、Ｙ軸負方向側の反射部２２２とに分離する境界である。反射器２２は、境界部２２Ａによって２つの反射部２２１、２２２に分離されている。
【０１１８】
反射部２２１、２２２は、１つのパラボラアンテナを中心点を通る線に沿って二等分することによって得られる部分である。
【０１１９】
反射部２２１、２２２は、中心Ｏに対して、それぞれ、原点を通るＹ軸に平行な軸に沿って、互いに逆方向に回転移動させた位置関係にある。
【０１２０】
境界部２２Ａを挟んだ一方側２２Ｂ１と他方側２２Ｃ１との間は、Ｚ軸方向において、アンテナ装置１００の通信周波数における１／２波長（λ／２）のギャップが中心Ｏに形成されている。このギャップは、Ｚ軸方向に形成される。ギャップは１波長分の経路長の差を生み出すために用いられる。
【０１２１】
同様に、境界部２２Ａを挟んだ一方側２２Ｂ２と他方側２２Ｃ２との間は、Ｚ軸方向において、アンテナ装置１００の通信周波数における１／２波長（λ／２）のギャップが中心Ｏに形成されている。このギャップは、Ｚ軸方向に形成される。ギャップは１波長分の経路長の差を生み出すために用いられる。
【０１２２】
このような反射器２２において、一方側２２Ｂ１と一方側２２Ｂ２との間では、１波長（λ）のギャップによるＺ軸方向の変位が、一方側２２Ｂ１から反対側の一方側２２Ｂ２にかけて、中心Ｏの周りの反時計方向の１８０度にわたって均等に配分されている。これは、中心Ｏの周りの反時計方向の１８０度にわたって連続的に位相がλ（２π）進むように設定されていることを表す。
【０１２３】
同様に、他方側２２Ｃ１と他方側２２Ｃ２との間では、ギャップによるＺ軸方向の変位が、他方側２２Ｃ２から反対側の他方側２２Ｃ１にかけて、中心Ｏの周りの反時計方向の１８０度にわたって均等に配分されている。これは、中心Ｏの周りの反時計方向の１８０度にわたって連続的に位相がλ／２（π）進むように設定されていることを表す。
【０１２４】
このため、輻射器２１から反射器２２にＯＡＭを有しないＲＦ信号（電磁波）を（Ｚ軸負方向に）放射すると、輻射器２１から放射されたＯＡＭを有しないＲＦ信号（電磁波）は、反射器２２でモード２のＯＡＭを有するＲＦ信号にモード変換され、Ｚ軸正方向に向かって螺旋状に伝搬する。
【０１２５】
反射器２２で反射されるとともにモード変換されたモード２のＯＡＭを有するＲＦ信号は、Ｚ軸に平行で中心Ｏを通る光軸を中心軸として螺旋状に伝搬する。
【０１２６】
また、アンテナ２０と同一のモード２のＯＡＭを有するＲＦ信号が、Ｚ軸に平行で中心Ｏを通る光軸を中心軸として反射器２２に向かって螺旋状に伝搬すると、モード２のＯＡＭを有するＲＦ信号は、反射器２２で逆変換されて平面波になり、Ｚ軸正方向に反射されて輻射器２１で受信される。
【０１２７】
このように、アンテナ２０は、モード２のＯＡＭを有するＲＦ信号の螺旋の１周期に対応する螺旋形状に形成される表面を有するパラボラアンテナである。
【０１２８】
次に、図１２を用いて、実施の形態のアンテナ装置１００のアンテナの変形例について説明する。
【０１２９】
図１２は、実施の形態のアンテナ装置１００のアンテナの変形例を示す図である。
【０１３０】
図１２の（Ａ）には、変形例によるアンテナ３０を示す。アンテナ３０は、輻射器３１と透過フィルタ３２を含む。図１２の（Ｂ）には、モード１用の透過フィルタ３２を示し、図１２の（Ｃ）には、モード２用の透過フィルタ３２を示す。なお、図１２では、図１１と同様にＸＹＺ座標系を定義する。
【０１３１】
輻射器３１は、図１１の（Ａ２），（Ｂ２）にそれぞれ示す輻射器１１、２１と同様である。
【０１３２】
透過フィルタ３２は、ＲＦ信号が透過可能な誘電体製の円盤状の部材であり、輻射器３１の輻射面の前に配設される。
【０１３３】
図１２の（Ｂ）に示す透過フィルタ３２は、中心Ｏ１から放射状に８つの透過部３２Ａ１〜３２Ａ８に分けられている。透過部３２Ａ１〜３２Ａ８は、Ｚ軸正方向側から見ると、４５度の中心角を有する扇形の部分である。透過部３２Ａ１〜３２Ａ８は、Ｚ軸正方向側から見ると、この順番に反時計回りに配列されており、透過部３２Ａ１の隣に透過部３２Ａ８が位置する。
【０１３４】
透過部３２Ａ１〜３２Ａ８は、互いに厚さが異なり、透過部３２Ａ１の厚さが最も薄く、透過部３２Ａ８の厚さが最も厚い。このように透過部３２Ａ１〜３２Ａ８の厚さが異なるのは、各透過部３２Ａ１〜３２Ａ８をＲＦ信号が透過する所要時間を設定するためである。
【０１３５】
誘電体の内部では、大気中よりもＲＦ信号の伝搬速度は低下するため、各透過部３２Ａ１〜３２Ａ８の厚さを変えることにより、各透過部３２Ａ１〜３２Ａ８においてＲＦ信号に与える遅延時間（位相）を設定することができる。
【０１３６】
透過部３２Ａ１〜３２Ａ８がＲＦ信号に与える遅延時間は、最も薄い透過部３２Ａ１が最も短く、最も厚い透過部３２Ａ８が最も長くなる。透過部３２Ａ１がＲＦ信号に与える遅延時間と、透過部３２Ａ８がＲＦ信号に与える遅延時間との差は、輻射器３１から輻射されるＲＦ信号の１周期分の時間に設定されている。
【０１３７】
従って、透過部３２Ａ１〜３２Ａ８の厚さの差を均等に設定することにより、輻射器３１から透過フィルタ３２に入射されるＲＦ信号を、モード１のＯＡＭを有するＲＦ信号にモード変換することができる。
【０１３８】
また、透過フィルタ３２によってモード変換されたモード１のＯＡＭを有するＲＦ信号を逆変換するには、透過フィルタ３２とは逆位相の透過フィルタを用いればよい。
【０１３９】
すなわち、透過フィルタ３２のように反時計回りに厚さが厚くなる透過部３２Ａ１〜３２Ａ８によってモード変換されたＯＡＭを有するＲＦ信号を逆変換するには、透過部３２Ａ１〜３２Ａ８と同様の８つの透過部を時計回りに配列した透過フィルタを用いればよい。
【０１４０】
すなわち、図１２の（Ｂ）に示す透過フィルタ３２含むアンテナ３０を送信アンテナＴｘとして用いる場合は、対応する受信アンテナＲｘとしては、透過フィルタ３２とは逆位相の透過フィルタを含むアンテナを用いればよい。
【０１４１】
図１２の（Ｃ）は、モード２用の透過フィルタ３２を示す。モード２用の透過フィルタ３２は、中心Ｏ２から放射状に８つの透過部３２Ｂ１〜３２Ｂ８に分けられている。透過部３２Ｂ１〜３２Ｂ８は、Ｚ軸正方向側から見ると、４５度の中心角を有する扇形の部分である。透過部３２Ｂ１〜３２Ｂ８は、Ｚ軸正方向側から見ると、この順番に反時計回りに配列されており、透過部３２Ｂ１の隣に透過部３２Ｂ８が位置する。
【０１４２】
透過部３２Ｂ１〜３２Ｂ８は、互いに厚さが異なり、透過部３２Ｂ１と３２Ｂ５の厚さが最も薄く、透過部３２Ｂ４と３２Ｂ８の厚さが最も厚い。このように透過部３２Ｂ１〜３２Ｂ８の厚さが異なるのは、各透過部３２Ｂ１〜３２Ｂ４、３２Ｂ５〜３２Ｂ８をＲＦ信号が透過する所要時間を設定するためである。
【０１４３】
誘電体の内部では、大気中よりもＲＦ信号の伝搬速度は低下するため、各透過部３２Ｂ１〜３２Ｂ８の厚さを変えることにより、各透過部３２Ｂ１〜３２Ｂ８においてＲＦ信号に与える遅延時間（位相）を設定することができる。
【０１４４】
透過部３２Ｂ１〜３２Ｂ８がＲＦ信号に与える遅延時間は、最も薄い透過部３２Ｂ１と３２Ｂ５が最も短く、最も厚い透過部３２Ｂ４と３２Ｂ８が最も長くなる。
【０１４５】
透過部３２Ｂ１と３２Ｂ５がＲＦ信号に与える遅延時間と、透過部３２Ｂ４と３２Ｂ８がＲＦ信号に与える遅延時間との差は、それぞれ、輻射器３１から輻射されるＲＦ信号の１周期分の時間に設定されている。
【０１４６】
なお、透過部３２Ｂ１と３２Ｂ５の厚さは等しく、透過部３２Ｂ２と３２Ｂ６の厚さは等しく、透過部３２Ｂ３と３２Ｂ７の厚さは等しく、透過部３２Ｂ４と３２Ｂ８の厚さは等しい。
【０１４７】
従って、透過部３２Ｂ１〜３２Ｂ４と透過部３２Ｂ５〜３２Ｂ８の厚さの差を均等に設定することにより、輻射器３１から透過フィルタ３２に入射されるＲＦ信号を、モード２のＯＡＭを有するＲＦ信号にモード変換することができる。
【０１４８】
また、透過フィルタ３２によってモード変換されたモード２のＯＡＭを有するＲＦ信号を逆変換するには、モード２の透過フィルタ３２とは逆位相の透過フィルタを用いればよい。
【０１４９】
なお、図１２では、８つの透過部３２Ａ１〜３２Ａ８、３２Ｂ１〜３２Ｂ８に分割した透過フィルタについて説明したが、分割数は幾つであってもよい。分割数が多くなれば、透過フィルタ３２の分解能が高くなるため、図１１に示すアンテナ１０、２０により近いＯＡＭを有するＲＦ信号を得ることができる。
【０１５０】
次に、図１３及び図１４を用いて、実施の形態の変形例のアンテナ装置１００Ａ、１００Ｂについて説明する。アンテナ装置１００Ａ、１００Ｂは、図１１に示すアンテナ１０、２０と、図１２に示すアンテナ３０とを組み合わせた構成を有する。
【０１５１】
図１３は、実施の形態の変形例のアンテナ装置１００Ａを示す図であり、図１４は、実施の形態の他の変形例のアンテナ装置１００Ｂを示す図である。
【０１５２】
図１３に示すアンテナ装置１００Ａは、アンテナ１３０Ａ、１３０Ｂ、１４０Ａ、１４０Ｂ、及び反射器１５０Ａ、１５０Ｂを含む。
【０１５３】
アンテナ１３０Ａ、１３０Ｂ、１４０Ａ、１４０Ｂは、図１２に示すアンテナ３０に対応するものである。アンテナ１３０Ａ、１３０Ｂは、送信アンテナとして用いられ、アンテナ１４０Ａ、１４０Ｂは、受信アンテナとして用いられる。
【０１５４】
アンテナ１３０Ａ、１３０Ｂは、それぞれ、輻射器１３１Ａ及び透過フィルタ１３２Ａ、輻射器１３１Ｂ及び透過フィルタ１３２Ｂを含む。同様に、アンテナ１４０Ａ、１４０Ｂは、それぞれ、輻射器１４１Ａ及び透過フィルタ１４２Ａ、輻射器１４１Ｂ及び透過フィルタ１４２Ｂを含む。
【０１５５】
また、反射器１５０Ａ、１５０Ｂは、図１１に示す反射器１２と同様に、断面が放物線を描く凹状で、平面視で円形の形状を有する。反射器１５０Ａは実線で示す２つの光軸を有し、２つの光軸は実線で示すように、透過フィルタ１３２Ａ、１４２Ａの光軸と一致している。同様に、反射器１５０Ｂは実線で示す２つの光軸を有し、２つの光軸は実線で示すように、透過フィルタ１３２Ｂ、１４２Ｂの光軸と一致している。
【０１５６】
アンテナ１３０Ａは、反射器１５０Ａ、１５０Ｂを介して、アンテナ１３０Ｂと対をなしている。また、アンテナ１３０Ａと１３０Ｂは、反射器１５０Ａ、１５０Ｂを介して、図１３に実線で示す光軸が一致するように配置されている。
【０１５７】
ここで、アンテナ１３０Ａの透過フィルタ１３２ＡがＲＦ信号に与える遅延時間（位相）と、反射器１５０ＡがＲＦ信号に与える位相との合計の位相は、アンテナ１３０Ａとアンテナ１３０Ｂとの間の光軸上において、輻射器１３０Ａから輻射される平面波のＲＦ信号を、モード１のＯＡＭを有するＲＦ信号にモード変換する値に設定されている。すなわち、この合計の位相は、λ（２π）に対応する。
【０１５８】
一方、アンテナ１３０Ｂの透過フィルタ１３２ＢがＲＦ信号に与える遅延時間（位相）と、反射器１５０ＢがＲＦ信号に与える位相との合計の位相は、アンテナ１３０Ａとアンテナ１３０Ｂとの間の光軸上において、モード１のＯＡＭを有するＲＦ信号を平面波のＲＦ信号に逆変換して、輻射器１３１Ｂに入射させる値に設定されている。この合計の位相は、λ（２π）に対応する。
【０１５９】
同様に、アンテナ１４０Ａは、反射器１５０Ａ、１５０Ｂを介して、アンテナ１４０Ｂと対をなしている。また、アンテナ１４０Ａと１４０Ｂは、反射器１５０Ａ、１５０Ｂを介して、光軸が一致するように配置されている。
【０１６０】
ここで、アンテナ１４０Ａの透過フィルタ１４２ＡがＲＦ信号に与える遅延時間（位相）と、反射器１５０ＡがＲＦ信号に与える位相との合計の位相は、アンテナ１４０Ａとアンテナ１４０Ｂとの間の光軸上において、輻射器１４０Ａから輻射される平面波のＲＦ信号を、モード２のＯＡＭを有するＲＦ信号にモード変換する値に設定されている。
【０１６１】
一方、アンテナ１４０Ｂの透過フィルタ１４２ＢがＲＦ信号に与える遅延時間（位相）と、反射器１５０ＢがＲＦ信号に与える位相との合計の位相は、アンテナ１３０Ａとアンテナ１３０Ｂとの間の光軸上において、モード４のＯＡＭを有するＲＦ信号を平面波のＲＦ信号に逆変換して、輻射器１４１Ｂに入射させる値に設定されている。
【０１６２】
このような構成のアンテナ装置１００Ａでは、アンテナ１３０Ａと１３０Ｂとの間で、モード１のＯＡＭを有するＲＦ信号を用いて通信を行うことができ、アンテナ１４０Ａと１４０Ｂとの間で、モード２のＯＡＭを有するＲＦ信号を用いて通信を行うことができる。
【０１６３】
従って、２チャンネルの通信を行うことが可能なアンテナ装置１００Ａを提供することができる。なお、アンテナ装置１００の２つのチャンネルのモードｌは同一であっても良い。また、アンテナ装置１００Ａは、２つ以上のチャンネルを有する構成であってもよい。
【０１６４】
また、反射器１５０Ａ，１５０Ｂは、図１４に示すアンテナ装置１００Ｂのように、反射器１５１Ａ、１５１Ｂと、反射器１５２Ａ、１５２Ｂとにチャンネル毎に分けてもよい。この場合に、図１３に示す透過フィルタ１３２Ａ、１３２Ｂ、１４２Ａ、１４２Ｂを含まない構成にしてもよい。
【０１６５】
すなわち、反射器１５１Ａと輻射器１３１Ａとで図１１に示すアンテナ１０のようなモード１用のアンテナを構築し、同様に、反射器１５１Ｂと輻射器１３１Ｂとで図１１に示すアンテナ１０のようなモード１用のアンテナを構築すればよい。
【０１６６】
また、反射器１５２Ａと輻射器１４１Ａとで図１１に示すアンテナ２０のようなモード２用のアンテナを構築し、同様に、反射器１５２Ｂと輻射器１４１Ｂとで図１１に示すアンテナ２０のようなモード２用のアンテナを構築すればよい。
【０１６７】
この場合に、反射器１５１Ａ、１５１Ｂ、１５２Ａ、１５２Ｂにおける光軸は、パラボラアンテナの放物線状の断面形状の中心軸からオフセットしている。すなわち、反射器１５１Ａ、１５１Ｂ、１５２Ａ、１５２Ｂとしては、所謂オフセットパラボラ型の反射器を用いればよい。
【０１６８】
以上、実施の形態によれば、送信アンテナＴｘ１、Ｔｘ２と受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２との中心間距離ｄによらずに、非常に高いチャンネル容量を有するアンテナ装置１００、１００Ａ、１００Ｂを提供することができる。
【０１６９】
このため、高周波（ＲＦ）信号の多重化を容易に行うことのできるアンテナ装置１００、１００Ａ、１００Ｂを提供することができる。
【０１７０】
以上、本発明の例示的な実施の形態のアンテナ装置、及び、信号伝送システムについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１７１】
１００、１００Ａ、１００Ｂ  アンテナ装置
Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、ＴｘＮ  送信アンテナ
Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、ＲｘＮ  受信アンテナ
１０  アンテナ
１１  輻射器
１２  反射器
２０  アンテナ
２１  輻射器
２２  反射器
３０  アンテナ
３１  輻射器
３２  透過フィルタ
１３０Ａ、１３０Ｂ、１４０Ａ、１４０Ｂ  アンテナ
１５０Ａ、１５０Ｂ、１５１Ａ、１５１Ｂ、１５２Ａ、１５２Ｂ  反射器
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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