(57)【要約】  フェーズドアレイアンテナ信号をハンドオフするための方法を提供する。フェーズドアレイ多重アンテナシステムは、１つの受信機を用いて信号を受信かつ復調する。フェーズドアレイアンテナはアンテナコントローラによって電子的に制御される。アンテナコントローラにおけるアンテナスイッチマトリックスは、ハンドオフアンテナおよびハンドツーアンテナからの信号の間で選択をする。位相比較器は２つの信号を比較し、２つの信号の位相角間における差に比例した位相エラー信号を生成する。ハンドツーアンテナ信号上で位相ロックの損失をもたらさずにアンテナハンドオフが発生し得る僅かな位相エラーの差は予め定められている。アンテナコントローラがハンドオフを信号で伝え、位相エラーが僅かな位相エラーの差に等しいとき、高速スイッチがハンドオフを実行する。電力消費がまた、一度にアンテナを１つ電源「投入」するだけで制御される。
2005513858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対のフェーズドアレイアンテナ間で信号をハンドオフするための方法であって、
各々がハンドオフアンテナおよびハンドツーアンテナのうちの１つと示される、少なくとも２つのフェーズドアレイアンテナを備えるステップと、
フェーズドアレイアンテナを受信機に接続するステップと、
ハンドオフアンテナ受信信号を受信機に伝達するステップと、
ハンドオフアンテナ受信信号をハンドツーアンテナ受信信号と比較して、比較された信号間における位相角シフトを識別するステップと、
僅かな位相角シフトを予め定めるステップと、
位相角シフトが僅かな位相角シフトに等しいときハンドツーアンテナ信号を受信機にハンドオフするステップとを含む、方法。
【請求項２】
ハンドオフアンテナ受信信号とハンドツーアンテナ受信信号とを位相比較器に電気的に伝達するステップと、
位相比較器において、ハンドオフアンテナ受信信号をハンドツーアンテナ受信信号と比較するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
位相角シフトがいつ制御論理回路において僅かな位相角シフトに等しくなるかを決定するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
高速スイッチを介して、ハンドツーアンテナ信号を受信機にハンドオフするステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ハンドツーアンテナ信号をハンドオフする前に高速スイッチを能動化するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
アンテナコントローラに高速スイッチ、位相比較器および制御論理回路を配置するステップと、
アンテナコントローラによってハンドオフ制御信号を生成するステップと、
アンテナハンドオフを示すハンドオフ制御信号が僅かな位相角シフトに一致するとき高速スイッチをトリガしてハンドツー信号をハンドオフするステップとをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記アンテナと前記高速スイッチとの間で電気通信するアンテナコントローラにアンテナスイッチマトリックスを配置するステップと、
アンテナスイッチマトリックスを用いて、ハンドオフアンテナとハンドツーアンテナとの各々の前記受信信号の間で選択するステップとをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ハンドオフアンテナを用いて目標信号を追跡するステップと、
ハンドオフアンテナ受信信号をハンドツーアンテナ受信信号と比較する前にハンドツーアンテナに電源を投入して、前記目標信号を追跡するよう両方の前記アンテナを能動化するステップと、
ハンドツーアンテナ信号を受信機にハンドオフした後にハンドオフアンテナの電源を切断するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記受信機において位相ロックループ（ＰＬＬ）を通してハンドオフアンテナ受信信号を経路付けるステップと、
ハンドオフ後に、ハンドツーアンテナ信号に対する、ＰＬＬに存在する位相ロックを識別するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
位相ロックを維持しつつ、対のフェーズドアレイアンテナ間で信号をハンドオフするための方法であって、
各々がハンドオフアンテナおよびハンドツーアンテナのうちの１つと示される、少なくとも２つのフェーズドアレイアンテナを備えるステップと、
フェーズドアレイアンテナを受信機に接続するステップと、
第１の位相角を有するハンドオフアンテナ受信信号を前記受信機に伝達するステップと、
第２の位相角を有するハンドツーアンテナ受信信号を受信するステップと、
位相比較器において両方のアンテナ受信信号を比較するステップと、
前記第１の位相角と前記第２の位相角との間の差に比例した位相エラー信号を生成するステップと、
制御論理回路における位相エラー信号を、予め定められた僅かな位相角と比較するステップと、
前記位相エラーが前記僅かな位相角に等しいときハンドツー受信信号を前記受信機にハンドオフするステップとを含む、方法。
【請求項１１】
アンテナコントローラ内のアンテナ選択スイッチマトリックスを動作して、ハンドオフアンテナおよびハンドツーアンテナの各々からの信号の間で選択するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
コントローラにおける位相ロックループを通してハンドオフアンテナ受信信号を経路付けるステップと、
位相ロックループにおいてハンドオフアンテナ受信信号上の位相ロックを維持するステップとをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
ＩＦ信号経路を通して、ハンドオフアンテナ受信信号およびハンドツーアンテナ受信信号を各々経路付けるステップと、
実時間遅延（ＴＴＤ）線を各アンテナの中間周波数（ＩＦ）信号経路に導入するステップとをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
アンテナ間隔における差およびヒステリシスの所望の量の各々からＴＴＤ範囲を決定するステップと、
搬送周波数に基づきＴＴＤ遅延ステップを展開するステップとをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ハンドオフアンテナのための第１のＴＴＤコントローラを、遅延をゼロにするようプログラミングするステップと、
ハンドオフアンテナおよびハンドツーアンテナの各々への各信号経路長における差と、ヒステリシスの所望の量とに等しい遅延に対して、ハンドツーアンテナのための第２のＴＴＤコントローラをプログラミングするステップと、
ヒステリシスの所望の量のハンドオフ角が第１のＴＴＤコントローラ遅延と第２のＴＴＤコントローラ遅延との間の等化された信号遅延に対応するとき、ハンドツー受信信号を信号受信機にハンドオフするステップとをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ＴＴＤ遅延ステップに等しく増分して反対方向に連続してハンドオフする前に、ハンドツーアンテナ信号経路における残りの遅延を除去するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
フェーズドアレイアンテナシステムであって、
各々がハンドオフアンテナおよびハンドツーアンテナのうちの１つと示される、少なくとも２つのフェーズドアレイアンテナと、
第１の位相角を有するハンドオフアンテナの受信信号と、
第２の位相角を有するハンドツーアンテナの受信信号と、
第１の位相角を第２の位相角と比較する位相比較器と、
位相比較器によって生成される位相エラー信号とを含み、前記信号は比較された位相角間の差に比例しており、前記フェーズドアレイアンテナシステムはさらに、
アンテナコントローラと、
ハンドオフアンテナ受信信号を最初に受信する受信機と、
両方のアンテナを受信機に接続可能に結合するスイッチとを含み、
前記スイッチは、アンテナ選択スイッチマトリックスを介して各アンテナ間で電気的に通信し、前記マトリックスは前記コントローラ内に設けられ、
アンテナコントローラは、位相エラー信号を予め定められた僅かな位相エラーと比較し、位相エラー信号が僅かな位相エラー信号に等しいときハンドツーアンテナの受信信号が受信機に切換えられる、フェーズドアレイアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は概してフェーズドアレイアンテナシステムに関する。より特定的には、この発明は、フェーズドアレイアンテナシステムの個々のアンテナ間における信号ハンドオフのための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
電子通信システムは、一般的に、信号を送受信するためにアンテナを用いる。歴史的には、アンテナは、信号を伝送または受信するための広範囲の受信可能領域を提供するよう機械的に動かされた。フェーズドアレイアンテナは、現在では、アンテナの位置を機械的に変えなくてもアンテナを迅速に多くの様々な方向に電子的に向けることができるので、通信システムにおいて有利である。向きの異なる多重フェーズドアレイアンテナは、１つのアンテナだけで提供できる領域よりも広い受信可能領域に対して用いることができる。フェーズドアレイアンテナからの信号は通信受信機に供給される。単一の通信受信機のみを多重フェーズドアレイアンテナとともに用いる場合、多重フェーズドアレイアンテナと受信機との間で信号を電子的に切換えるかまたはハンドオフする手段が提供されなければならない。
【０００３】
フェーズドアレイ送受信アンテナは、最大約１２０°までの立体角によって囲まれる極めて広範囲のステアリング角にわたって有効に動作する。いくつかの適用例においては、特にアンテナが航空機などの移動プラットホーム上に搭載される場合、受信アンテナは信号源に対して移動している。信号源は、衛星、別の航空機または地上にある送受信局であり得る。フェーズドアレイアンテナをアクティブとインアクティブの間で切換える不完全な方法は、単にアンテナを切換えるだけであったろう。電力要件を最小限にするために、典型的には、所与のときにアンテナが１つだけアクティブであるかまたは電源投入されることとなる。アクティブアンテナビームがその極角の方に向けられるとき、第２のアンテナまたは隣接するアンテナは、入力信号を受信するよう電子的に予め位置決めされることとなる。その時点で電源が切断される第２の（またはインアクティブ）アンテナは、電源が投入されかつもとのアンテナまたはアクティブアンテナがその後電源を切られた直後に、その受信可能領域内の目標信号を追跡するよう準備されることとなる。
【０００４】
２つのアンテナ間でのハンドオフの際に、「メイク・ビフォア・ブレーク」シーケンスが、通常、次のように行なわれることとなる。１）インアクティブアンテナが電源投入され、２）高速スイッチがインアクティブアンテナを接続し、アクティブアンテナを切断し、３）アクティブアンテナが電源を切断される。この不完全な方法により、ハンドツー（handed-to）（第２の）アンテナ信号がハンドオフ（handing-off）アンテナ信号と「同相」ではないときにデータ損失がもたらされ、これにより、受信機が、切換えられたアンテナ信号上で一時的に位相ロックを失うこととなる。
【０００５】
フェーズドアレイアンテナシステムを用いる前に、信号をハンドオフするためのアンテナ間隔、搬送波信号の周波数および所望のビーム角（またはこれらのうちいくつか）を選択しなければならない。これらを選択するならば、アンテナ信号間での約１５°以下のしきい値位相角シフトまたは差は、通常、その範囲内で位相ロックを維持し得ると想定されるだろう。しきい値未満の位相角が異なる信号は、わずかな位相エラー領域内、すなわちわずかな位相角シフト領域内にある。
【０００６】
共通の受信機を共有する多重フェーズドアレイアンテナを備えた通信システムにおいてアンテナ間で切換える際に、アンテナ間の信号位相または信号振幅の不整合により、受信機位相ロックループ（ＰＬＬ）が位相ロックを失うおそれがある。この不整合期間に発生するアンテナハンドオフは信号に位相不連続性をもたらし、これにより、少なくとも位相ロックの一時的な損失がもたらされる。アンテナ信号に含まれる情報は、受信機が位相ロックを再設定できるまで失われる。位相ロック損失の可能性を最小限するために、アンテナを切換える前の振幅と位相との整合がより厳密であればあるほど、切換を行なう際に受信機のロックを維持する見込みが高くなる。既存のシステムにおける問題は、２つのアンテナビームが、位相ロック損失を防ぐために切換える前に、厳密に整合されたビームステアリング同期と遅延（飛行時間）補償とを維持し得ないことである。したがって、ハンドオフに備え、かつハンドオフを開始する際に、著しい位相差とその後の信号のデータ損失とを防ぐ方法が必要とされる。
【０００７】
アンテナハンドオフ中に（位相ロック損失による）データ損失を防ぐための現在の一方策は、複数の受信機を用い、これらの受信機の出力において復調された信号データ上でハンドオフを行なうことである。この方策のために少なくとも２つの通信受信機が必要とされ、その上、各受信機からの復調されたデータ出力の履歴を保存しかつ相関付けるために付加的な電子機器が必要とされる。この方策は、付加的な通信受信機のために、高額で、重量が大きく、電力費用が高くなる。したがって、量を減らし、これによりこの信号ハンドオフをもたらすのに必要な機器の費用を削減する、アンテナ信号ハンドオフを提供する方法が必要とされる。
【０００８】
アンテナハンドオフの際に、ハンドオフ（アクティブ）アンテナからの信号の接続が断たれ、ハンドツー（インアクティブ）アンテナからの信号が接続されなければならない。新旧の信号は、上述のように、ビーム経路、ビーム角およびアンテナ特性における差のために、異なる振幅および位相角を有することとなる。スイッチ動作自体も、わずかな遮断または過渡現象を加えることとなる。この遮断または不連続性がわずか（すなわち、受信機における位相ロックループを中断しないほどにわずか）である場合、データ損失の起きるおそれは小さくなるだろう。したがって、スイッチは、受信機要件と一致する速度を有する利用可能なスイッチ設計から選択される。すなわち、スイッチの速度によって位相ロックの損失が引起こされてはならない。受信機位相ロックループ（ＰＬＬ）は、通常、スイッチ遮断による信号の乱れよりも受信信号の位相変化の影響をより受けやすい。したがって、信号動作自体が信号損失の可能性を減じるのに十分な速さで実行される、アンテナ間の信号ハンドオフを提供する方法が必要とされる。
【０００９】
通信受信機設計はまた、データ損失が少ないかまたは全く無いアンテナハンドオフを達成するのに重要な要素である。受信機設計は、通常、データドロップアウトが最小限であるかまたは全く無い信号の乱れの３つの原因（振幅の変化、位相の変化および切換の過渡現象）に対処する。したがって、アンテナと受信機とを含む統合されたシステムは、信号ロックを損失しないこと、データの欠落なしに信号ロックの損失から回復すること、または、結果として生じるデータの損失が利用される特定の順方向誤り訂正方式によって訂正されるような態様で回復することにより、信号障害に適切な応答を与えるはずである。したがって、フェーズドアレイアンテナハンドオフに対処する方法は、受信機設計への影響を最小限にすること、および信号ロックを損失しないような基準を満たすことが必要とされる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の概要
上述の欠点および問題は、この発明のフェーズドアレイアンテナ信号をハンドオフする
方法によって対処される。この発明に従って、１つの受信機を備えた多重フェーズドアレイアンテナを用いて通信信号を受信かつ復調するフェーズドアレイ通信システムが提供される。通信信号は、アンテナコントローラによって電子的に制御されるフェーズドアレイ受信アンテナよって受信される。アンテナ信号は、アクティブハンドオフアンテナおよびインアクティブハンドツーアンテナからの選択された信号を識別する、アンテナコントローラにおけるアンテナ選択スイッチマトリックスを通過する。
【００１１】
アンテナコントローラ内では、２つのアンテナ信号（ハンドオフおよびハンドツー）は、位相比較器に経路付けられ、この位相比較器が２つの信号を比較し、２つの信号間における位相差に対応する位相エラー信号を生成する。信号のハンドオフが所望される場合、高速スイッチが能動化され、アンテナコントローラからのハンドオフ制御信号は、アンテナハンドオフが起こるだろうことを示さなければならないが、このアンテナハンドオフは、位相エラー信号が予め定められたシステムのわずかな位相エラーに等しいかまたはこれより小さくなくてはならない必要がある。次いで、高速スイッチがハンドオフスイッチ動作を実行する。２つのアンテナ間にわずかな位相差があるときハンドオフが起こるので、切換えられた信号上の位相ロックが保持され、これにより、信号ハンドオフによるデータの損失が全く無いか、または最小限となる。
【００１２】
この発明の好ましい一バージョンでは、対のフェーズドアレイアンテナ間で信号をハンドオフするための方法が提供され、これは、各々がハンドオフアンテナおよびハンドツーアンテナのうちの１つと示される少なくとも２つのフェーズドアレイアンテナを備えるステップと、フェーズドアレイアンテナを受信機に接続するステップと、ハンドオフアンテナ受信信号を受信機に伝達するステップと、ハンドオフアンテナ受信信号をハンドツーアンテナ受信信号と比較して、比較された信号間の位相角シフトを識別するステップと、わずかな位相角シフトを予め定めるステップと、位相角シフトがわずかな位相角シフトに等しいときハンドツーアンテナ信号を受信機にハンドオフするステップとを含む。
【００１３】
この発明の別のバージョンでは、位相ロックを保持しつつ、対のフェーズドアレイアンテナ間で信号をハンドオフするための方法が提供され、これは、各々がハンドオフアンテナおよびハンドツーアンテナのうちの１つと示される少なくとも２つのフェーズドアレイアンテナを備えるステップと、フェーズドアレイアンテナを受信機に接続するステップと、第１の位相角を有するハンドオフアンテナ受信信号を上述の受信機に伝達するステップと、第２の位相角を有するハンドツーアンテナ受信信号を受信するステップと、位相比較器において両方のアンテナ受信信号を比較するステップと、上述の第１の位相角と上述の第２の位相角との間の差に比例した位相エラー信号を生成するステップと、制御論理回路における位相エラー信号を予め定められたわずかな位相角と比較するステップと、上述の位相エラーが上述のわずかな位相角に等しいときハンドツー受信信号を上述の受信機にハンドオフするステップとを含む。
【００１４】
この発明のさらに別のバージョンにおいては、フェーズドアレイアンテナシステムが提供され、これは、各々がハンドオフアンテナおよびハンドツーアンテナのうちの１つと示される少なくとも２つのフェーズドアレイアンテナと、第１の位相角を有するハンドオフアンテナの受信信号と、第２の位相角を有するハンドツーアンテナの受信信号と、第１の位相角を第２の位相角と比較する位相比較器と、位相比較器により生成され、比較された位相角間の差に比例する位相エラー信号と、アンテナコントローラと、ハンドオフアンテナ受信信号を最初に受信する受信機と、両方のアンテナを受信機に接続可能に結合するスイッチとを含み、上述のスイッチは、アンテナ選択スイッチマトリックスを介し各アンテナ間で電気的に通信を行ない、上述のマトリックスは上述のコントローラ内に備えられ、アンテナコントローラは位相エラー信号を予め定められたわずかな位相エラーと比較し、位相エラー信号がわずかな位相エラー信号に等しいときハンドツーアンテナの受信信号が
受信機に切換えられる。
【００１５】
この発明は、詳細な説明および添付の図面からより十分に理解されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
好ましい実施例の詳細な説明
好ましい実施例の以下の説明は、本質的に単に例示的なものであり、この発明、その適用例または用途を限定することを意図するものではない。
【００１７】
この発明の適用可能性のさらなる範囲は、後述の詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の例示はこの発明の好ましい実施例を示すが、例示のみを目的とするものであり、この発明の範囲を限定することを意図していない。
【００１８】
図１を参照すると、この発明のフェーズドアレイアンテナハンドオフシステムを用いるアンテナシステム２のブロック図が開示される。信号源４を形成し、多重受信アンテナによって受信されている入力電磁（ＥＭ）信号が示される。ハンドオフ（アクティブ）アンテナ６ならびにハンドツー（インアクティブ）アンテナ８が示される。ハンドオフアンテナ受信信号およびハンドツーアンテナ受信信号は、それぞれ、第１および第２の無線周波数（ＲＦ）インターフェイス１０および１２を介して第１および第２のダウンコンバータ１４および１６に転送され、その後、中間周波数（ＩＦ）インターフェイス１８および２０を通してアンテナ選択スイッチマトリックス２２に転送される。信号は、アンテナ選択スイッチマトリックス２２から、第１および第２のスイッチＩＦインターフェイス２４および２６を介して高速スイッチ２８に渡される。この高速スイッチ２８は入力アンテナ信号間での切換を担う。アクティブアンテナの信号が、高速スイッチ２８から、通信受信機３０を通り、切換えられたアンテナ信号線３２を介して位相ロックループ３４および復調器３６に渡される。
【００１９】
ハンドオフアンテナ６とハンドツーアンテナ８との間での入力信号のハンドオフを開始する前に、高速スイッチ２８が能動化され、アンテナからの入力信号がともに、それぞれ、位相比較器フィードライン４０および位相比較器フィードライン４２を介して位相比較器３８に渡される。位相比較器３８が両方の入力信号の位相角を比較し、位相エラー信号が位相比較器出力線４４によって制御論理回路４６に送られる。僅かな位相角シフトが２つの信号間に示される場合、ハンドオフ（アクティブ）アンテナ６からハンドツー（インアクティブ）アンテナ８にシフトすべき位相比較器３８からの信号は、位相比較器信号線５０を介し、直接、能動化された高速スイッチ２８に送られる。
【００２０】
僅かな位相角シフトは、信号周波数、波長および所望のビームシフト角を含むシステムパラメータの機能である予め定められた値である。この発明については、受信信号間における約１５°以下のしきい値位相角シフトにより、位相ロックがその内部で維持されるべきウィンドウがもたらされる。しかしながら、適切に機器を選択すると、受信機において位相ロックを損失することなく、最大約３０°までの位相角シフトでの切換が達成可能であり得る。ハンドオフアンテナ信号とハンドツーアンテナ信号との間の位相差が予め定められた僅かな位相角シフトしきい値、すなわち約１５°に近付いているが、まだ達していないとき、位相比較器３８からの信号が比較器出力線４４を介して制御論理回路４６に送られる。次いで、制御論理回路４６が制御論理出力線４８を介して高速スイッチ２８に信号を供給して、ハンドオフアンテナ６の信号とハンドツーアンテナ８の信号との間で切換えをする。その後、「切換えられた」アンテナ信号が、切換えられたアンテナ信号線３２を介して通信受信機３０に伝達される。
【００２１】
図１には、この発明でも用いることのできる複数の受信アンテナが示される。アンテナ
選択スイッチマトリックス２２、高速スイッチ２８、位相比較器３８および制御論理回路４６はすべてアンテナコントローラ５２に配置される。アンテナコントローラ５２は、ハンドオフアンテナ６およびハンドツーアンテナ８をそれぞれ電子的に制御する制御信号線５４および５６を備える。
【００２２】
図２を参照すると、２つの重なった受信アンテナのアンテナビーム受信可能領域が示される。各アンテナに対する受信可能領域は、典型的には約１２０°である。仮想中心線「Ａ」は、２つのアンテナのビーム受信可能重なり領域を、各アンテナの位相中心を接続する線で二分する。中心線Ａの方向から受信される、衛星などからの遠距離電磁（ＥＭ）信号は、アンテナ位相中心の各々に等しい経路長を有するだろう。この場合、２つのアンテナ出力は同相であるだろう。アンテナ出力がこの時点で切換えられる場合、受信機に進む切換えられた出力信号には位相の不連続性はなく、受信機復調器位相ロックループ（ＰＬＬ）は位相ロックを損失しないだろう。
【００２３】
図３を参照すると、到達ＥＭ信号の方向が中心線Ａから軸を外れて移動するので、ＥＭ信号源から各アンテナの位相中心への信号経路長は次第に等しくなくなる。しかしながら、経路差が搬送波長λcの倍数に等しいときは常に、２つの信号の搬送波成分は同相であるだろう。これにより、図示のとおり、各ｎλcの経路長差と一致する特定の軸外の角度でアンテナ信号を切換える機会が与えられる。
【００２４】
ここで図４および図５を参照すると、中心線Ａの左右への角度でハンドオフすることにより（図３）、ヒステリシスがハンドオフプロセスに組込まれて安定性が提供され得る。例示的な動作として、左右へのアンテナハンドオフのシナリオでは、図４はハンドオフ直前の状態を示し、図５はハンドオフ直後の状態を示す。受信信号Ｂの方向は、図４において左から右へ移動すると、図３における中心線の右側に示されるｎλcハンドオフ角のうち１つに一致する予め定められたハンドオフ角Ｃに近づく。信号Ｂの方向が、図５に図示のとおりハンドオフ角Ｃを通過するときハンドオフが起こり、次のハンドオフに対する新しい角度はここでは中心線の左側のＤであり、ヒステリシスがもたらされる。ハンドオフが発生するたびに、次のハンドオフポイントは中心線Ａの反対側へ自動的に反転する。所与のシステムについては、２（ｎλc）に一致するヒステリシス角は、アンテナコントローラハンドオフアルゴリズムにおける予め定められたパラメータであるだろう。
【００２５】
λcの倍数、たとえばｎλc（「ｎ」は乗数を表わす）を表わす角度でのハンドオフは、受信機に進む切換えられた信号の搬送波成分において位相の不連続性を生成しないが、増大するヒステリシス角により、信号の変調成分の位相シフトの増大がもたらされる。復調されたベースバンド信号は、別のＰＬＬを要するクロックリカバリプロセスを経なければならない。アンテナ信号の切換は、アンテナ経路長がｎλcによって等しくない場合、ベースバンド信号において、クロックリカバリＰＬＬを位相ロックから外し得る瞬間位相シフトを生じさせることとなる。この位相シフトは比率ｎλc／λbに比例することとなり、この場合λbはベースバンド記号である。ｎλcがλbよりはるかに小さい限り、すなわち約３％未満である限り、クロックリカバリＰＬＬは位相ロックを失うはずがない。
【００２６】
所与のアンテナ空間間隔、搬送周波数および変調帯域幅については、結果として生じるベースバンド位相シフトが僅かであり、かつアンテナ信号切換えの際にベースバンドクロックリカバリＰＬＬが位相ロックを損失するのを防ぐように、必要最小限のヒステリシスのみを導入すること、すなわちｎλcにおける「ｎ」を可能な限り小さく維持することが重要である。
【００２７】
先述の方法は、ナローバンドモードでアンテナハンドオフを制御するのに特に有効である。ワイドバンドモードについては、この発明の別のバージョンがこの明細書中に提供さ
れる。図６および図７を参照すると、実時間遅延線が中間周波数（ＩＦ）信号経路に導入される。このバージョンでは、ハンドオフ性能は、実時間遅延（ＴＴＤ）線の性能によって決定される。アンテナの間隔および所望のヒステリシスの量がＴＴＤ範囲を決定し、搬送周波数がＴＴＤ遅延ステップを決定する。図７は主として図１の機器および方法に基づいているので、図１との違いのみがさらに述べられるだろう。
【００２８】
動作においては、アンテナ信号方向が右側のハンドオフポイントＣに近づくとき、遅延制御線６０を介するハンドオフアンテナのためのＴＴＤモジュール５８は遅延をゼロにするようプログラミングされるだろう。遅延制御線６４を介するハンドツーアンテナのためのＴＴＤモジュール６２は、所要のヒステリシス角をなす２つのアンテナへの信号経路長の差に等しい遅延に対してプログラミングされるだろう。ハンドオフポイントＣでは、位相比較器３８がハンドオフスイッチ動作を信号で伝える。図６に図示のとおり、この動作は反対方向にも働き、ＴＴＤモジュール６２はハンドオフアンテナとしてプログラミングされ、ＴＴＤモジュール５８はハンドツーアンテナとしてプログラミングされ、ハンドオフはハンドオフポイントＤにおいて発生することとなる。
【００２９】
このバージョンでは、ハンドオフは位相シフトなしに起こる。というのも、両方のアンテナ信号経路における信号遅延が等しくされるからである。しかしながら、ハンドオフの直後にはハンドツーアンテナ信号経路に遅延があり、これは、反対方向への次のハンドオフに備えて取除かれなければならない。ＴＴＤはともに制御論理回路４６によって制御され、次のハンドオフが発生する前に、徐々に、しかし迅速に遅延を逓減してゼロに戻さなければならない。例示的な逓減は、段階ごとに数十ミリ秒で実行されるだろう。仮想ＩＦ周波数に対するＴＴＤ遅延段階のサイズは、受信機復調器ＰＬＬを位相ロックから外すこととなる位相シフトがもたらされるのを避けるために、約λIF／３０未満でなければならない。
【００３０】
この発明の記載は本質的に単に例示的なものであり、このため、この発明の要点から逸脱しない変形例はこの発明の範囲内にあることが意図される。このような変形例はこの発明の精神および範囲から逸脱しないものと考えられるべきである。
【００３１】
約１５°以下のしきい値位相角エラーは、通常、その範囲内で位相ロックが維持されるはずであると想定されるが、この値は、この発明の精神および範囲から逸脱することなく、当該技術における所与のさらなる多くの利点であり得る。
【００３２】
実際のマイクロ波スイッチは、約１ナノ秒（ｎｓｅｃ）までのスイッチング時間で利用可能である。スイッチ動作により、いくつかの適用例においてはスイッチ速度のために、位相ロックの損失と、その結果としてデータ損失とがもたらされる可能性がある。用いられるスイッチは、部分的に利用可能なスイッチ速度および利用可能な受信機の機能である。約１ｎｓｅｃ未満で動作可能なスイッチを用いることは、この発明の精神および範囲からは逸脱しない。
【００３３】
ハンドオフ中のデータの損失は、この発明とともにデータ伝送プロトコルを選択することにより回避することもできる。たとえば、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）などのネットワークプロトコルは、データ転送の検証（または「成功するまで再伝送」）に対する組込まれた要件のために、データドロップアウトを許容する。さらに、データブロック間またはメッセージ間に予め定められたまたは検出可能な「ギャップ」を有するデータ伝送フォーマットは、アンテナハンドオフをデータバースト間の「ギャップ」または境界と同期させることにより、ハンドオフ中のデータ損失を避ける別の機会を提供する。この種類のフォーマットの例は、かなり大きな垂直帰線消去期間を有するテレビ放送である。この発明の方法とともにデータ伝送プロトコルを用いることは、この発明の精神および範囲からは
逸脱しない。
【００３４】
この発明は、多重アンテナを用いるが、受信機を１つしか用いないフェーズドアレイアンテナシステムと、受信機位相ロックループにおける信号上で位相ロックを保持しつつ、多重フェーズドアレイアンテナ間で切換える方法と、受信機位相ロックを維持しつつ、１つの受信機を有する多重フェーズドアレイアンテナシステムにおいて実時間遅延線を用いてアクティブアンテナとインアクティブアンテナとを切換える方法と、一度に１つのアンテナのみの電源「投入」を要することによる電力消費制御との利点を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】アンテナ信号をハンドオフするために、この発明に従ったアンテナコントローラとともに用いられる位相比較器と、そこから得られるエラー信号とを示すブロック図である。
【図２】仮想アンテナ中心線を有する、重なり合う左右の典型的なフェーズドアレイアンテナ受信可能領域を示す平面図である。
【図３】両方のアンテナからの搬送波信号が同相であるハンドオフポイントを識別するために、図２の受信可能領域を修正した平面図である。
【図４】右側のアンテナへのハンドオフポイントでアクティブな左側のアンテナをさらに識別するために、図２および図３の平面図の修正において示されるアンテナ受信可能領域へのさらなる修正とともにシステム構成要素を示すブロック図である。
【図５】図４と、さらにビーム切換後のアクティブな右側のアンテナの識別とを示すブロック図である。
【図６】フェーズドアレイアンテナ間における切換経路において実時間遅延（ＴＴＤ）線を有する、この発明の別の好ましい実施例に対するアンテナ受信可能領域を示すブロック図である。
【図７】この発明のアンテナコントローラへの実時間遅延（ＴＴＤ）線の追加を示す、図１に類似のブロック図である。
【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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【国際調査報告】
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