(57)【要約】【課題】アンテナ部を含む線路の経年変化による位相ズレを調整すること。【解決手段】第１のアンテナ１３、第２のアンテナ１４、及び第３のアンテナ１５と、第１のアンテナ１３から送信される第１の信号２１と、第２のアンテナ１４から送信される第２の信号２２との間の位相差ｄＱを変化させ、第１の信号２１と第２の信号２２との合成信号を第３のアンテナ１５で受信した場合の受信電力パターンを測定し、測定した受信電力パターンと、計算で得られる受信電力パターンとの差に基づいて、第１のアンテナ１３又は第２のアンテナ１４から送信される信号の位相ズレを調整する演算部１２とを有する、無線通信装置１０が提供される。【選択図】図１
2018032892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナ、第２のアンテナ、及び第３のアンテナと、
前記第１のアンテナから送信される第１の信号と、前記第２のアンテナから送信される第２の信号との間の位相差を変化させ、前記第１の信号と前記第２の信号との合成信号を前記第３のアンテナで受信した場合の受信電力パターンを測定し、測定した前記受信電力パターンと、計算で得られる前記受信電力パターンとの差に基づいて、前記第１のアンテナ又は前記第２のアンテナから送信される信号の位相ズレを調整する演算部と
を有する、無線通信装置。
【請求項２】
前記第１のアンテナ、前記第２のアンテナ、及び前記第３のアンテナはそれぞれ同一基板上にある平面アンテナであり、
前記第３のアンテナは、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの少なくとも一方に隣接する
請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記第３のアンテナは、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナに隣接する
請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記第１の信号と前記第２の信号とが前記第３のアンテナの位置で逆位相になる前記位相差の計算値と、前記合成信号の受信電力が最小になる前記位相差の実測値との差を前記位相ズレとする
請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記第１の信号と前記第２の信号とが前記第３のアンテナの位置で同位相になる前記位相差の計算値と、前記合成信号の受信電力が最大になる前記位相差の実測値との差を前記位相ズレとする
請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記演算部は、前記合成信号の受信電力が所定値になる一対の前記位相差を特定し、特定した一対の前記位相差の中間値を前記位相差の実測値とする
請求項４又は５に記載の無線通信装置。
【請求項７】
第１のアンテナ、第２のアンテナ、及び第３のアンテナを有する無線通信装置が、
前記第１のアンテナから送信される第１の信号と、前記第２のアンテナから送信される第２の信号との間の位相差を変化させ、前記第１の信号と前記第２の信号との合成信号を前記第３のアンテナで受信した場合の受信電力パターンを測定し、測定した前記受信電力パターンと、計算で得られる前記受信電力パターンとの差に基づいて、前記第１のアンテナ又は前記第２のアンテナから送信される信号の位相ズレを調整する
位相調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置、及び位相調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ミリ波など、高周波数（数ＧＨｚから数百ＧＨｚ）の電磁波を利用する無線通信技術が注目されている。高周波数の電磁波は、特定の方向にある障害物や接近車両などを検知する車載用のレーダ装置などで利用されている。ミリ波は、狭い範囲をカバーする基地局から個々のユーザ端末にビームを向けて無線通信する無線通信システムなどでの利用が検討されている。こうした装置やシステムでは、ビームの指向性を精度良く制御することが、検知精度や通信品質の向上に寄与する。
【０００３】
レーダ装置や基地局でビームを送受信する無線通信装置は、電磁波を出力するアンテナ部と、アンテナ部による出力を制御する制御回路とを有する。また、ビームの指向性を切り替え可能にするため、アンテナ部には、複数のアンテナを有するアンテナアレイが用いられる。ビームの指向性は、各アンテナに供給される信号の振幅及び位相を制御することで切り替えることができる。
【０００４】
アンテナアレイの各アンテナと制御回路とはフィードライン（例えば、金属ワイヤなどの配線）で接続される。フィードラインの長さは、そのフィードラインに接続されたアンテナから送信される信号の位相に影響する。制御回路は、各アンテナに接続されるフィードラインの長さを考慮して、ビームが特定の方向を向くように信号の位相を調整する。
【０００５】
位相の調整量は、例えば、外部アンテナを利用してアンテナアレイから送信される信号を受信し、受信した信号の電力分布などから計算することができる。フィードラインの長さが同じ場合に外部アンテナの位置で逆位相になる信号を２つのアンテナから送信すれば、外部アンテナで受信される信号が打ち消しあうと予想される。但し、フィードラインの長さに違いがあれば信号間に位相ズレが生じるため、外部アンテナで受信される信号の電力は予想値より大きくなる。
【０００６】
上記のように、外部アンテナを利用すればフィードラインの長さに起因する位相ズレを検出でき、その位相ズレを制御回路に調整させることができる。但し、外部アンテナを利用する位相ズレの調整は、無線通信装置の出荷前に行う通信試験の際など、実施できる機会が限られている。そのため、フィードラインの経年変化により更なる位相ズレが生じると、指向性の制御に誤差が生じて上記の検知精度や通信品質が劣化するリスクがある。
【０００７】
位相ズレの調整に関し、例えば、２つのフィードラインを流れる信号間の位相差などを検知するブランチ間誤差検出部をフィードライン間に設置し、その位相差などに基づいて位相ズレを調整する方法が提案されている。また、２つのアンテナから送信される信号の合成信号を受信する合成信号検知線路をアンテナ間に設置し、その合成信号の電力に基づいて位相ズレを調整する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2004-343468号公報
【特許文献２】特開2014-179785号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のブランチ間誤差検出部を利用する方法では、ブランチ間誤差検出部から先のアンテナ部を含む線路における位相ズレが調整されない。また、上記の合成信号検知線路を利用する方法では、複数のアンテナの近傍にそれぞれ導電体を配置することになるため、導電体によりアンテナ特性が変化し、アンテナ部を含む線路における位相ズレが正しく検知されないリスクがある。
【００１０】
１つの側面によれば、本開示の目的は、アンテナ部を含む線路の経年変化による位相ズレを調整できる無線通信装置、及び位相調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一態様によれば、第１のアンテナ、第２のアンテナ、及び第３のアンテナと、第１のアンテナから送信される第１の信号と、第２のアンテナから送信される第２の信号との間の位相差を変化させ、第１の信号と第２の信号との合成信号を第３のアンテナで受信した場合の受信電力パターンを測定し、測定した受信電力パターンと、計算で得られる受信電力パターンとの差に基づいて、第１のアンテナ又は第２のアンテナから送信される信号の位相ズレを調整する演算部とを有する、無線通信装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
アンテナ部を含む線路の経年変化による位相ズレを調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る無線通信装置の一例を示した図である。
【図２】第２実施形態に係る無線通信システムの一例を示した図である。
【図３】第２実施形態に係る無線通信装置の一例を示した図である。
【図４】第２実施形態に係るアンテナ部の一例（平面アンテナ）を示した図である。
【図５】第２実施形態に係る位相調整に用いるアンテナの配置及び合成信号の一例（１つの送信アンテナが受信アンテナに隣接する場合の例）を示した図である。
【図６】合成信号の受信電力と位相差との関係を示した図である。
【図７】第２実施形態に係る位相調整に用いるアンテナの配置及び合成信号の一例（２つの送信アンテナが受信アンテナに隣接する場合の例）を示した図である。
【図８】第２実施形態に係る無線通信装置の機能の一例を示した図である。
【図９】第２実施形態に係る変換情報の一例を示した図である。
【図１０】第２実施形態に係る位相情報の一例を示した図である。
【図１１】特定の条件（条件＃１）におけるシミュレーションの結果を示した図である。
【図１２】特定の条件（条件＃２）におけるシミュレーションの結果を示した図である。
【図１３】特定の条件（条件＃３）におけるシミュレーションの結果を示した図である。
【図１４】位相差πにおける平面アンテナ上の電磁界強度分布を示した図である。
【図１５】位相差π／２における平面アンテナ上の電磁界強度分布を示した図である。
【図１６】第２実施形態に係る位相ズレ計算の流れを示したフロー図である。
【図１７】第２実施形態に係る位相ズレ計算のうち、送信アンテナの組及び受信アンテナを決定する処理の流れを示したフロー図である。
【図１８】第２実施形態の一変形例（変形例＃１）に係る位相ズレの検出方法を示した図である。
【図１９】第２実施形態の一変形例（変形例＃２）に係る位相ズレの検出方法を示した図である。
【図２０】第２実施形態の一変形例（変形例＃３）に係るアンテナの配置及び位相ズレの調整方法を示した図である。
【図２１】第２実施形態の一変形例（変形例＃４）に係る無線通信装置の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において実質的に同一の機能を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。
【００１５】
＜１．第１実施形態＞
図１を参照しながら、第１実施形態について説明する。第１実施形態は、複数のアンテナを利用して信号を送信する無線通信装置において、アンテナを含む線路で位相調整後の信号に生じる位相ズレを測定し、その位相ズレを抑制するように信号の位相を調整する方法に関する。図１は、第１実施形態に係る無線通信装置の一例を示した図である。
【００１６】
図１に示すように、無線通信装置１０は、記憶部１１、演算部１２、第１のアンテナ１３、第２のアンテナ１４、及び第３のアンテナ１５を有する。
記憶部１１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性記憶装置、或いは、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの不揮発性記憶装置である。演算部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプロセッサである。
【００１７】
記憶部１１は、第１のアンテナ１３から送信される第１の信号２１及び第２のアンテナ１４から送信される第２の信号２２の波長λ（波数Ｋ＝２π／λ）に関する情報を記憶する。また、記憶部１１は、第１のアンテナ１３と第３のアンテナ１５との間の距離Ｄ１３、及び第２のアンテナ１４と第３のアンテナ１５との間の距離Ｄ２３を記憶する。また、記憶部１１は、第１の信号２１の振幅Ａ１、及び第２の信号２２の振幅Ａ２を記憶する。
【００１８】
なお、波長λ、距離Ｄ１３、Ｄ２３、振幅Ａ１、Ａ２は予め設定されている。図１の例では、距離Ｄ１３、Ｄ２３がいずれも半波長（λ／２）に設定されている。また、振幅Ａ１、Ａ２は同じ値Ａに設定されている。
【００１９】
演算部１２は、記憶部１１の情報に基づいて第１の信号２１及び第２の信号２２を生成し、第１の信号２１を第１のアンテナ１３から送信させ、第２の信号２２を第２のアンテナ１４から送信させる。例えば、演算部１２は、波長λ、振幅Ａを有する搬送波の位相をＱ１だけシフトさせて第１の信号２１を生成する。また、演算部１２は、その搬送波の位相をＱ２だけシフトさせて第２の信号２２を生成する。
【００２０】
なお、シフトさせる位相の大きさＱ１、Ｑ２に関する情報は、記憶部１１に予め格納されていてもよい。例えば、記憶部１１は、予め設定されたＱ１の値（０など）と、Ｑ１とＱ２との差である位相差ｄＱ（ｄＱ＝Ｑ２−Ｑ１；０＜ｄＱ＜２π）の値とを記憶する。
【００２１】
演算部１２は、記憶部１１の情報に基づいて、第１の信号２１と第２の信号２２との間の位相差ｄＱを変化させる。第１のアンテナ１３から送信された第１の信号２１と、第２のアンテナ１４から送信された第２の信号２２は第３のアンテナ１５で受信される。
【００２２】
例えば、第１の信号２１がＳ１（下記の式（１）参照）、第２の信号２２がＳ２（下記の式（２）参照）である場合、第３のアンテナ１５におけるＳ１、Ｓ２の合成信号Ｓ３は、下記の式（３）で与えられる。
【００２３】
Ｓ１（Ｘ）＝Ａ１・ｓｉｎ（Ｋ・Ｘ−Ｑ１）
…（１）
Ｓ２（Ｘ）＝Ａ２・ｓｉｎ（Ｋ・Ｘ−Ｑ２）
…（２）
Ｓ３＝Ｓ１（Ｄ１３）＋Ｓ２（Ｓ２３）
…（３）
ここで、Ａ１＝Ａ２＝Ａ、Ｄ１３＝Ｄ２３＝λ／２、Ｑ１＝Ｑとすると、合成信号Ｓ３は、下記の式（４）のようになる。但し、Ｒは減衰係数である。この場合、ｄＱが０のときＳ３が最大になる。言い換えると、ｄＱが０のとき、第１の信号２１と第２の信号２２とは第３のアンテナ１５において同位相になり、強め合う。また、ｄＱがπのときＳ３が最小になる。つまり、ｄＱがπのとき、第１の信号２１と第２の信号２２とは第３のアンテナ１５において逆位相になり、打ち消し合う。
【００２４】
Ｓ３＝Ｒ・Ａ・｛ｓｉｎ（Ｋ・λ／２−Ｑ）＋ｓｉｎ（Ｋ・λ／２−（ｄＱ＋Ｑ））｝
＝Ｒ・Ａ・｛ｓｉｎ（π−Ｑ）＋ｓｉｎ（π−Ｑ−ｄＱ）｝
…（４）
演算部１２は、第１の信号２１と第２の信号２２との合成信号を第３のアンテナ１５で受信した場合の受信電力パターンを測定する。そして、演算部１２は、測定した受信電力パターン（ｄＱ−受信電力グラフの破線）と、計算で得られる受信電力パターン（ｄＱ−受信電力グラフの実線）との差に基づいて位相ズレの量を計算する。
【００２５】
上記のように、第１の信号２１及び第２の信号２２の位相は演算部１２により調整されている。しかし、第１の信号２１が第１のアンテナ１３を介して出力されるまでの経路に経年変化が生じている場合、出力される第１の信号２１の位相にズレ（位相ズレ）が生じうる。第２の信号２２においても同様の位相ズレが生じうる。
【００２６】
第１の信号２１、第２の信号２２の少なくとも一方に上記の位相ズレが生じている場合、第１の信号２１と第２の信号２２とが干渉して得られる合成信号Ｓ３は、位相ズレがない場合とは異なる波形となる。そのため、合成信号Ｓ３の実測値と計算値とを比較し、その差を分析することによって位相ズレの量を計算することができる。受信電力パターンの比較は、位相ズレの量を計算する方法の一つである。
【００２７】
上記の例では、上記の式（４）から、計算上、ｄＱがπのときにＳ３が最小になる。一方、第１の信号２１、第２の信号２２の少なくとも一方に位相ズレが生じていると、Ｓ３の実測値から得られる受信電力のパターンは、Ｓ３が最小になる位相差ｄＱがπからずれたものとなる。この位相差ｄＱの差分が、第１のアンテナ１３から送信される信号と、第２のアンテナ１４から送信される信号との間で本来予定されている位相差と、実際に生じている位相差との間の差となる。
【００２８】
演算部１２は、上記位相差ｄＱの差分を相殺するように、第１のアンテナ１３から送信される信号又は第２のアンテナ１４から送信される信号の位相を調整する。この調整により、上述した経路の経年変化に起因して生じる位相ズレを抑制することが可能になる。
【００２９】
上記のように、合成信号の受信電力パターンについて計算値と実測値とを比較することで、位相ズレの量を計算することができる。上記の例ではＳ３が最小になる点でｄＱを比較する方法を示したが、Ｓ３が最大になる点でｄＱを比較してもよい。
【００３０】
また、上記の例では、第１のアンテナ１３及び第２のアンテナ１４を送信アンテナとし、これら２つの送信アンテナに隣接する第３のアンテナ１５を受信アンテナとしているため、このアンテナ設定では隣り合うアンテナ間の位相調整ができない。そこで、送信アンテナ及び受信アンテナの設定を変更してもよい。例えば、第１のアンテナ１３及び第３のアンテナ１５を送信アンテナとし、第２のアンテナ１４を受信アンテナとしてもよい。この場合も上記と同様に位相ズレの量を計算することができる。
【００３１】
また、第１実施形態に係る技術は、パッチアンテナなどの平面アンテナを有する無線通信装置の他、ポールアンテナのアンテナアレイを有する無線通信装置にも適用可能である。さらに、上記の例では、説明の都合上、３本のアンテナを有する無線通信装置について説明したが、アンテナアレイに含まれるアンテナの本数は４以上であってもよい。
【００３２】
以上、第１実施形態について説明した。
＜２．第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、複数のアンテナを利用して信号を送信する無線通信装置において、アンテナを含む線路で位相調整後の信号に生じる位相ズレを測定し、その位相ズレを抑制するように信号の位相を調整する方法に関する。
【００３３】
［２−１．位相ズレ］
以下、図２に示すような複数のアンテナ（ＡＮＴ）を有する無線通信装置１００を例に説明を進める。図２は、第２実施形態に係る無線通信システムの一例を示した図である。
【００３４】
複数のアンテナを利用する無線技術としては、例えば、ＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）やＢＦ（BeamForming）などがある。いずれの技術も各アンテナから送信される信号の振幅及び位相を制御する精度が通信性能に大きく影響する。
【００３５】
例えば、ＢＦの場合、図２に示すように、無線通信装置１００は、各アンテナから送信される信号の振幅及び位相を制御してビームの方向を切替える。図２の例では、θ1の方向に端末＃１が存在し、θ2の方向に端末＃２が存在する。
【００３６】
端末＃１に信号を送信する場合、無線通信装置１００は、θ1の方向にビーム（ビーム＃１）を向け、θ2の方向にＮＵＬＬ（複数のアンテナから送信される信号が打ち消し合う部分）を向ける。一方、端末＃２に信号を送信する場合、無線通信装置１００は、θ2の方向にビーム（ビーム＃２）を向け、θ1の方向にＮＵＬＬを向ける。
【００３７】
このように、ＢＦを実施することで空間多重度を向上でき、結果として周波数利用効率の向上などの効果も期待できる。但し、各アンテナから送信される信号の位相が意図した位相の値からずれると、ビームの方向及びＮＵＬＬの方向がいずれも意図した方向からずれる。その結果、受信エラーの発生や干渉の増大などが生じうる。
【００３８】
各アンテナから送信される信号の位相が意図した位相の値からずれる原因としては、例えば、移相器からアンテナに至るフィードライン及びアンテナを含む信号線路の経年変化がある。通常、無線通信装置１００の出荷時に行われる検査工程などにおいて各移相器は適切に調整される。しかし、信号線路は時間経過に伴って長さが変化するため、その変化分だけ位相ズレが生じ、ビームの方向が意図した方向からずれる原因となる。
【００３９】
以下では、上記のような位相ズレを検出し、各アンテナから送信される信号の位相を調整して、検出した位相ズレが抑制されるようにする仕組みについて説明する。なお、説明の都合上、以下ではＢＦを行う無線通信システムを例に説明を進める。
【００４０】
［２−２．無線通信装置］
まず、図３を参照しながら、無線通信装置１００について、さらに説明する。図３は、第２実施形態に係る無線通信装置の一例を示した図である。
【００４１】
（主な要素）
図３に示すように、無線通信装置１００は、ＤＳＰ１０１と、無線部１０２と、アンテナ（ＡＮＴ）１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを有する。なお、ここでは説明の都合上、アンテナの本数を３としているが、４以上のアンテナを有していてもよい。
【００４２】
ＤＳＰ１０１は、デジタル領域でベースバンド信号の処理を実行するプロセッサである。無線部１０２は、ＤＳＰ１０１から出力されるデジタルのベースバンド信号をアナログのベースバンド信号に変換し、そのベースバンド信号を無線帯域のＲＦ信号に帯域変換する。また、無線部１０２は、形成するビームの向きに応じてＲＦ信号の振幅及び位相を調整し、アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃからＲＦ信号を送信する。なお、受信時は逆の動作となる。また、無線部１０２は、上述した位相ズレを検出する機能を有する。
【００４３】
無線部１０２は、ＲＦ処理部１２０、増幅器１２１、１２２、１２３、移相器１２４、１２５、１２６、及び検出器１２７、１２８、１２９を有する。
ＲＦ処理部１２０は、アナログのベースバンド信号とデジタルのベースバンド信号との間のＡＤ／ＤＡ（Analog to Digital / Digital to Analog）変換処理、及びアナログのベースバンド信号をＲＦ信号に周波数変換する処理を実行する。また、ＲＦ処理部１２０は、増幅器１２１、１２２、１２３に接続されている。
【００４４】
増幅器１２１及び移相器１２４は、ＲＦ処理部１２０とアンテナ１０３ａとを結ぶ信号線路上にある。なお、以下では、移相器１２４からアンテナ１０３ａに至る信号線路をフィードラインＦＬ＃ａと呼ぶ場合がある。フィードラインＦＬ＃ａには、検出器１２７が接続されている。増幅器１２１は、ＲＦ信号の振幅を調整する。移相器１２４は、ＲＦ信号の位相を調整する。なお、振幅及び位相の調整値は、ＤＳＰ１０１により制御される。
【００４５】
検出器１２７は、アンテナ１０３ａを介して受信される信号の電圧（検出電圧）を検出する。例えば、検出電圧は、検出器１２７からＤＳＰ１０１に通知される。ＤＳＰ１０１は、検出器１２７から通知される検出電圧に基づいて位相ズレを検出する。また、ＤＳＰ１０１は、検出した位相ズレを抑制するように位相を調整する。なお、検出電圧は、信号の受信電力に変換できる（つまり、検出電圧は、信号の受信電力に対応する）。
【００４６】
増幅器１２２及び移相器１２５は、ＲＦ処理部１２０とアンテナ１０３ｂとを結ぶ信号線路上にある。増幅器１２３及び移相器１２６は、ＲＦ処理部１２０とアンテナ１０３ｃとを結ぶ信号線路上にある。以下、移相器１２５からアンテナ１０３ｂに至る信号線路をフィードラインＦＬ＃ｂ、移相器１２６からアンテナ１０３ｃに至る信号線路をフィードラインＦＬ＃ｃと呼ぶ場合がある。
【００４７】
フィードラインＦＬ＃ｂには、検出器１２８が接続されている。フィードラインＦＬ＃ｃには、検出器１２９が接続されている。増幅器１２１と同様、増幅器１２２、１２３は、ＲＦ信号の振幅を調整する。移相器１２４と同様、移相器１２５、１２６は、ＲＦ信号の位相を調整する。検出器１２８は、アンテナ１０３ｂを介して受信される信号の電圧（検出電圧）を検出する。検出器１２９は、アンテナ１０３ｃを介して受信される信号の電圧（検出電圧）を検出する。
【００４８】
検出器１２７と同様、検出器１２８、１２９は、検出電圧をＤＳＰ１０１に通知する。ＤＳＰ１０１は、検出器１２７から通知される検出電圧に基づいて位相ズレを検出する。また、ＤＳＰ１０１は、検出した位相ズレを抑制するように位相を調整する（位相調整）。なお、位相調整の方法については後述する。
【００４９】
（アンテナの例）
ここで、図４を参照しながら、アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに平面アンテナ（パッチアンテナ）を用いる例について説明する。なお、アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの機能を実現する要素をアンテナ部と呼ぶ場合がある。
【００５０】
図４は、第２実施形態に係るアンテナ部の一例（平面アンテナ）を示した図である。図４の（Ａ）はアンテナ部の上面図であり、（Ｂ）はアンテナ部のＩ−Ｉ断面図である。
図４（Ａ）でハッチングを施した部分は導電体（金属材料など）である。この導電体は、図４（Ｂ）に示すように、誘電体基板１０４の上面に設置される。誘電体基板１０４の底面には、グランド（ＧＮＤ）として機能する導電体板が設置される。
【００５１】
誘電体基板１０４の上面に設置された導電体のうち、Ｘ方向の幅がＬX、Ｙ方向の幅がＬYの矩形部分がアンテナ（アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ）として機能する。アンテナ１０３ａ、１０３ｂの間隔はＤabに設定されている。アンテナ１０３ｂ、１０３ｃの間隔はＤbcに設定されている。
【００５２】
また、誘電体基板１０４の上面に設置された導電体のうち、上記の矩形部分からポート（Ｐｏｒｔ＃ａ、Ｐｏｒｔ＃ｂ、Ｐｏｒｔ＃ｃ）に伸びた部分は、フィードラインＦＬ＃ａ、ＦＬ＃ｂ、ＦＬ＃ｃの少なくとも一部となる。例えば、Ｐｏｒｔ＃ａには、移相器１２４に繋がる信号線路が接続され、その信号線路に検出器１２７が接続される。Ｐｏｒｔ＃ｂ、Ｐｏｒｔ＃ｃについても同様である。
【００５３】
以下、図４のアンテナ部を例に説明を進める。
（位相調整の方法）
ここで、図５を参照しながら、第２実施形態に係る位相調整の方法について説明する。図５は、第２実施形態に係る位相調整に用いるアンテナの配置及び合成信号の一例（１つの送信アンテナが受信アンテナに隣接する場合の例）を示した図である。
【００５４】
第２実施形態に係る位相調整では、アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃのうち、２つのアンテナが送信アンテナとして利用され、１つのアンテナが受信アンテナとして利用される。図５の例では、アンテナ１０３ａ、１０３ｂが送信アンテナ、アンテナ１０３ｃが受信アンテナに設定されている。
【００５５】
アンテナ１０３ａ、１０３ｂ間の距離Ｄab、及びアンテナ１０３ｂ、１０３ｃ間の距離Ｄbcは既知である。アンテナ１０３ａ、１０３ｂから送信される信号（Ｓｉｇa、Ｓｉｇb）の振幅Ａは増幅器１２１、１２２で制御できる。アンテナ１０３ａ、１０３ｂから送信される信号（Ｓｉｇa、Ｓｉｇb）の位相φa、φbは移相器１２４、１２５で制御できる。なお、説明の都合上、信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇbの振幅は同じ値Ａとする。
【００５６】
ＲＦ処理部１２０から出力されるＲＦ信号の波数をｋ（ｋ＝２π／λ；λは波長）とすると、アンテナ１０３ａから送信される信号Ｓｉｇaは、下記の式（５）のように表現できる。また、アンテナ１０３ｂから送信される信号Ｓｉｇbは、下記の式（６）のように表現できる。但し、Ｘはアンテナからの距離を表す。
【００５７】
Ｓｉｇa（Ｘ）＝Ａ・ｓｉｎ［ｋ・Ｘ＋φa］
…（５）
Ｓｉｇb（Ｘ）＝Ａ・ｓｉｎ［ｋ・Ｘ＋φb］
…（６）
アンテナ１０３ｃで受信される信号Ｓｉｇcは、アンテナ１０３ｃにおける信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇbの合成信号である。そのため、距離Ｄに依存する減衰係数Ｒ［Ｄ］を用いて、信号Ｓｉｇcは、下記の式（７）のように表現できる。
【００５８】
Ｓｉｇc＝Ｓｉｇa（Ｄab＋Ｄbc）＋Ｓｉｇb（Ｄbc）
＝Ａa・ｓｉｎ［ｋ・（Ｄab＋Ｄbc）＋φa］
＋Ａb・ｓｉｎ［ｋ・Ｄbc＋φb］
（但し、Ａa＝Ｒ［Ｄab＋Ｄbc］・Ａ、Ａb＝Ｒ［Ｄbc］・Ａ）
…（７）
Ｄab＝Ｄbc＝Ｄ、Ｒ［２Ｄ］＝２Ｒ［Ｄ］＝１、ｄφ＝φb−φaとし、Ｄ＝０．５λ、０．７５λ、１．０λの３条件で位相差ｄφの変化に応じたＳｉｇc（受信電力）の変化を計算すると、図６のようなグラフが得られる。図６は、合成信号の受信電力と位相差との関係を示した図である。なお、縦軸の単位は任意単位（ａ．ｕ．）であり、横軸の単位はラジアン（ｒａｄ．）である。
【００５９】
実線は、Ｄ＝１．０λの条件に対応する。この条件では、位相差ｄφが０のとき、受信電力が最大になる。つまり、位相差ｄφが０のときに、アンテナ１０３ｃの位置で信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇbが同位相になり、両者が強め合うことを示している。
【００６０】
一点鎖線は、Ｄ＝０．５λの条件に対応する。この条件では、位相差ｄφが０のとき、受信電力が最小になる。つまり、位相差ｄφが０のときに、アンテナ１０３ｃの位置で信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇbが逆位相になり、両者が打ち消し合うことを示している。Ｄ＝０．７５λの条件では鎖線のようなグラフとなる。
【００６１】
上記のように、既知の情報（アンテナ間隔Ｄや波長λ）に基づいて、受信電力が最大又は最小になる位相差ｄφを計算することができる。上述した位相ズレがなければ、受信電力が最大又は最小になる位相差ｄφの測定値は、上記の式（７）に基づいて計算される計算値と一致する。しかし、上述した位相ズレがある場合、測定値と計算値との間に差が生じる。この差が位相ズレの大きさである。
【００６２】
なお、アンテナ１０３ａ、１０３ｃを送信アンテナとして利用し、アンテナ１０３ｂを受信アンテナとして利用する場合（図７を参照）、アンテナ１０３ｂで受信される信号Ｓｉｇbは、下記の式（８）のように表現できる。図７は、第２実施形態に係る位相調整に用いるアンテナの配置及び合成信号の一例（２つの送信アンテナが受信アンテナに隣接する場合の例）を示した図である。但し、φcは、移相器１２６により制御される信号Ｓｉｇcの位相である。また、信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇcの振幅は同じ値Ａとする。
【００６３】
Ｓｉｇb＝Ｓｉｇa（Ｄab）＋Ｓｉｇb（Ｄbc）
＝Ａa・ｓｉｎ［ｋ・Ｄab＋φa］
＋Ａc・ｓｉｎ［ｋ・Ｄbc＋φc］
（但し、Ａa＝Ｒ［Ｄab］・Ａ、Ａc＝Ｒ［Ｄbc］・Ａ）
…（８）
図５の例ではＳｉｇcを検出器１２９が検出する。図７の例ではＳｉｇbを検出器１２８が検出する。Ｓｉｇcの検出結果から特定される位相ズレは、２つのフィードラインＦＬ＃ａ、ＦＬ＃ｂの少なくとも一方で生じたものである。そして、特定された位相ズレの分だけ移相器１２４、１２５が制御する位相を調整（シフト）すれば、位相ズレを抑制することができる。ここではアンテナ１０３ａから送信される信号の位相を基準とする。この場合、移相器１２５の位相が調整される。
【００６４】
同様に、Ｓｉｇbの検出結果から特定される位相ズレは、２つのフィードラインＦＬ＃ａ、ＦＬ＃ｃの少なくとも一方で生じたものである。そして、特定された位相ズレの分だけ移相器１２４、１２６のいずれかが制御する位相を調整（シフト）すれば、位相ズレを抑制することができる。アンテナ１０３ａから送信される信号の位相を基準とする場合、移相器１２６の位相が調整される。
【００６５】
上記のような方法で、移相器１２５、１２６の位相を調整することで、フィードラインＦＬ＃ａ、ＦＬ＃ｂ、ＦＬ＃ｃの経年変化に起因する位相ズレを抑制することができる。
（位相調整の機能）
ここで、図８を参照しながら、無線通信装置１００が有する機能について、さらに説明する。図８は、第２実施形態に係る無線通信装置の機能の一例を示した図である。
【００６６】
既に述べたように、無線通信装置１００は、アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを利用して位相ズレを検出し、信号の位相を調整して位相ズレを抑制する。このような位相調整の機能は、主にＤＳＰ１０１の制御に基づいて実現される。無線通信装置１００は、図８に示すように、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリなどのメモリ１０５をさらに有する。ＤＳＰ１０１は、メモリ１０５の内容を参照することができる。
【００６７】
メモリ１０５には、変換情報１０５ａ及び位相情報１０５ｂが格納される。
変換情報１０５ａは、図９に示すように、合成信号の受信時に検出器１２７、１２８、１２９で検出される電圧（検出電圧）を受信電力に変換する情報である。図９は、第２実施形態に係る変換情報の一例を示した図である。説明の都合上、図９には、受信電力Ｓｉｇと検出電圧Ｖとの関係を示すグラフをそのまま記載しているが、変換情報１０５ａは、例えば、図９のグラフを表現した式Ｖ［Ｓｉｇ］や、検出電圧と受信電力との対応関係を示す変換テーブルで表現されうる。
【００６８】
位相情報１０５ｂは、図１０に示すように、位相ズレの検出結果に基づいて調整される位相の調整値（シフト量）を示す情報である。図１０は、第２実施形態に係る位相情報の一例を示した図である。図１０の例では、移相器（ＰＳ）１２５における位相の調整値がｄφb、移相器１２６における位相の調整値がｄφcに設定されている。位相情報１０５ｂの内容は、位相ズレが計算された際に更新される。
【００６９】
ＤＳＰ１０１は、位相制御部１０１ａ、及び位相ズレ計算部１０１ｂを有する。位相制御部１０１ａは、移相器１２４、１２５、１２６を制御してアンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃから送信される信号の位相を制御する。
【００７０】
位相ズレ計算部１０１ｂは、上述した位相調整を実施する際に、２つの送信アンテナ、及び受信アンテナを決定する。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、２つの送信アンテナから送信される信号の位相差ｄφを制御する。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、受信アンテナで受信される合成信号の受信電力から位相ズレの量（位相ズレ量）を計算し、計算した結果に基づいて位相情報１０５ｂを更新する。
【００７１】
図５の例（アンテナ１０３ａから送信される信号の位相を基準としてアンテナ１０３ｂに対応する移相器１２５の位相を調整する例）において、位相ズレ計算部１０１ｂは、アンテナ１０３ａ、１０３ｂを送信アンテナに決定する。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、アンテナ１０３ｃを受信アンテナに決定する。そして、位相ズレ計算部１０１ｂは、信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇbの位相差ｄφ（ｄφ＝φb−φa）を変化させながら、検出器１２９から通知される検出電圧の変化を監視する。
【００７２】
位相差ｄφが０のときにアンテナ１０３ｃの位置でＳｉｇa、Ｓｉｇbが逆位相になる条件（条件＃１）では、位相差ｄφの変化に伴って検出電圧（受信電力）が図１１のように変化する。図１１は、特定の条件（条件＃１）におけるシミュレーションの結果を示した図である。なお、実線は検出電圧のグラフであり、一点鎖線は変換情報１０５ａ（図９参照）を利用して検出電圧のグラフを受信電圧のグラフに変換したものである。
【００７３】
この場合、位相ズレ計算部１０１ｂは、グラフから検出電圧（又は受信電力）が最小となる位相差ｄφの値を特定する。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、特定した値（実測値）と、計算上グラフが最小になる位相差ｄφの値（計算値；この例では０）との差ｄφb（位相ズレ量）を計算する。そして、位相ズレ計算部１０１ｂは、計算したｄφbを移相器１２５の情報に対応付けて位相情報１０５ｂに記載する。
【００７４】
他の例として、位相差ｄφが０のときにアンテナ１０３ｃの位置でＳｉｇa、Ｓｉｇbが同位相になる条件（条件＃２）では、位相差ｄφの変化に伴って検出電圧（受信電力）が図１２のように変化する。図１２は、特定の条件（条件＃２）におけるシミュレーションの結果を示した図である。
【００７５】
さらに他の例として、図７の例（アンテナ１０３ａから送信される信号の位相を基準としてアンテナ１０３ｃに対応する移相器１２６の位相を調整する例）では、位相ズレ計算部１０１ｂにより、アンテナ１０３ａ、１０３ｃが送信アンテナに決定される。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、アンテナ１０３ｂを受信アンテナに決定する。そして、位相ズレ計算部１０１ｂは、信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇcの位相差ｄφ（ｄφ＝φc−φa）を変化させながら、検出器１２８から通知される検出電圧の変化を監視する。
【００７６】
位相差ｄφが０のときにアンテナ１０３ｃの位置でＳｉｇa、Ｓｉｇbが逆位相になる条件（条件＃３）では、位相差ｄφの変化に伴って検出電圧（受信電力）が図１３のように変化する。図１３は、特定の条件（条件＃３）におけるシミュレーションの結果を示した図である。この場合、位相ズレ計算部１０１ｂは、グラフから検出電圧（又は受信電力）が最小となる位相差ｄφの値を特定する。
【００７７】
また、位相ズレ計算部１０１ｂは、特定した値（実測値）と、計算上グラフが最小になる位相差ｄφの値（計算値；この例では０）との差ｄφc（位相ズレ量）を計算する。そして、位相ズレ計算部１０１ｂは、計算したｄφcを移相器１２５の情報に対応付けて位相情報１０５ｂに記載する。
【００７８】
上記のようにして得られた位相情報１０５ｂは、位相制御部１０１ａにより利用される。例えば、アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを利用してＢＦを実施する際、位相制御部１０１ａは、位相情報１０５ｂを参照し、位相ズレ計算部１０１ｂにより計算された位相の調整量ｄφb、ｄφcを用いて移相器１２６、１２７の位相を調整する。
【００７９】
なお、図１１のシミュレーションは、誘電体基板１０４の比誘電率ε＝４．０及び厚さｔ＝０．２ｍｍ、ＬY＝０．９ｍｍ、ＬX＝０．６ｍｍ、λ／２＝０．９７ｍｍ、Ｄ＝２．０ｍｍ、φa＝０、Ａ＝１０ｍＷの条件を設定して実施した。図１２のシミュレーションは、ＤをＤ＝２．７ｍｍに変更して実施した。図１３のシミュレーションは、Ｄ＝２．０、Ａ＝１ｍＷの条件に変更して実施した。
【００８０】
（電磁界強度の分布）
図１１及び図１３のシミュレーションのように、アンテナ１０３ｂの位置で逆位相となる２つの信号をそれぞれアンテナ１０３ａ、１０３ｃから送信し、アンテナ１０３ｂで受信する場合、アンテナ部に形成される電磁界の強度は、図１４のような分布となる。図１４は、位相差πにおける平面アンテナ上の電磁界強度分布を示した図である。受信アンテナ１０３ｂ直下の電界は非常に弱く、検出電圧又は受信電力が最小となる試算結果に対応している。
【００８１】
一方、図１２のシミュレーションのように、アンテナ１０３ｂの位置で同位相となる２つの信号をそれぞれアンテナ１０３ａ、１０３ｃから送信し、アンテナ１０３ｂで受信する場合、アンテナ部に形成される電磁界の強度は図１５のような分布となる。図１５は、位相差π／２における平面アンテナ上の電磁界強度分布を示した図である。受信アンテナ１０３ｂ直下には、検出電圧又は受信電力に対応する電界が確認される。
【００８２】
平面アンテナの場合、アンテナ面に垂直な方向（Ｚ方向）へ強く電波を放出するアンテナ特性のため、ＸＹ面に平行な方向へ伝搬する電波の成分は比較的強度が弱い。また、ＸＹ面に平行な方向へ伝搬する電波は、誘電体基板１０４や隣接アンテナなどの影響を受けて減衰しやすい傾向にある。
【００８３】
そのため、４本以上のアンテナを有するアンテナアレイに対して上記の位相調整を実施する場合には、受信アンテナの近くにあるアンテナを送信アンテナとして利用するのが好ましい。図７の例のように、受信アンテナの両隣にある２つのアンテナを送信アンテナに利用するのが好ましい。但し、この場合には、隣り合うアンテナ間の位相調整をうまく行うことができない。図５の例のように、少なくとも１つの送信アンテナは受信アンテナに隣接する方法による位相調整を併用することが好ましい。このように、平面アンテナを採用する場合には、受信アンテナに近い順に送信アンテナを選択することで、減衰の影響を低減でき、より精度良く位相ズレを検出することができる。
【００８４】
［２−３．処理フロー：位相ズレ計算］
次に、図１６を参照しながら、位相ズレ計算の流れについて説明する。図１６は、第２実施形態に係る位相ズレ計算の流れを示したフロー図である。なお、ここではアンテナの本数をＮ、ｍ番目（ｍ＝１，…，Ｎ）のアンテナをＡＮＴ＃ｍと表記する。また、ＡＮＴ＃ｍで送信される信号の位相をφmと表記し、ＡＮＴ＃ｍの位相φmと呼ぶ場合がある。
【００８５】
（Ｓ１０１、Ｓ１０９）位相ズレ計算部１０１ｂは、パラメータｎを１からＮ−１まで変化させながら、Ｓ１０２からＳ１０８までの処理を繰り返し実行する。
（Ｓ１０２）位相ズレ計算部１０１ｂは、Ｎ本のアンテナの中から、送信アンテナの組（ＡＮＴ＃ｎ、ＡＮＴ＃ｉ）及び受信アンテナ（ＡＮＴ＃ｊ）を決定する。なお、ＡＮＴ＃ｉ、ＡＮＴ＃ｊの決定方法については後述する。
【００８６】
（Ｓ１０３）位相ズレ計算部１０１ｂは、位相制御部１０１ａを介してＡＮＴ＃ｎのフィードラインに接続される移相器を制御し、ＡＮＴ＃ｎで送信される信号の位相φnを設定する。なお、位相φnの値は０などに予め設定される。
【００８７】
（Ｓ１０４、Ｓ１０７）位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃ｉで送信される信号の位相φiを−φからφまで変化させながら、Ｓ１０５からＳ１０６までの処理を繰り返し実行する。なお、φの値はπ／２などの値に予め設定される。
【００８８】
（Ｓ１０５）位相ズレ計算部１０１ｂは、無線部１０２を制御してＡＮＴ＃ｎ、ＡＮＴ＃ｉから信号を送信する。なお、ＡＮＴ＃ｎ、ＡＮＴ＃ｉから送信される信号は、例えば、振幅Ａ及び波長λを有し、それぞれ位相をφn、φiだけシフトした信号である。
【００８９】
（Ｓ１０６）位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃ｊで受信された合成信号の電力を検出する。例えば、位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃ｊに接続された検出器が検出した電圧を取得し、変換情報１０５ａを利用して受信電力（合成信号の電力）に変換する。
【００９０】
（Ｓ１０８）位相ズレ計算部１０１ｂは、Ｓ１０６で検出した電力の最小値を抽出し、その最小値に対応する位相φiを特定する。そして、位相ズレ計算部１０１ｂは、特定した位相φi（実測値）から位相ズレ量ｄφinを計算する。図１１及び図１３に示したように、アンテナ間隔Ｄ、波長λ、位相φnが分かれば、受信電力の最小値に対応する位相φiの計算値が得られる。そのため、位相ズレ計算部１０１ｂは、実測値と計算値との差を計算し、その差を位相ズレ量ｄφinとする。
【００９１】
（Ｓ１１０）位相ズレ計算部１０１ｂは、Ｓ１０８で計算した位相ズレ量ｄφinを用いて位相情報１０５ｂに追加する位相ズレ量ｄφn（ｄφn＝ｄφ1n；ＡＮＴ＃１で送信される信号の位相を基準とする位相ズレの量）を計算する。ｄφmnは、下記の式（９）で与えられる。そのため、計算結果にｄφp（ｄφp＝ｄφ1p）がなく、ｄφ1m、ｄφmpが得られている場合、位相ズレ計算部１０１ｂは、下記の式（９）を利用してｄφp（ｄφ1p＝ｄφ1m＋ｄφmp）を計算する。
【００９２】
ｄφmn＝φm−φn
＝φm−φq＋φq−φn
＝ｄφmq＋ｄφqn
（但し、ｑ≠ｍ、ｎ）
…（９）
上記の方法で位相ズレ計算部１０１ｂはｄφn（ｎ＝２，…，Ｎ）を計算し、計算したｄφnをＡＮＴ＃ｎに繋がる移相器の情報に対応付けて位相情報１０５ｂに追加する。この位相情報１０５ｂが得られると、位相制御部１０１ａは、位相情報１０５ｂに基づいてＡＮＴ＃ｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）に繋がる移相器の位相を調整できる。Ｓ１１０の処理が完了すると、図１６に示した一連の処理は終了する。
【００９３】
（アンテナの決定方法）
ここで、図１７を参照しながら、送信アンテナの組及び受信アンテナを決定する方法について説明する。図１７は、第２実施形態に係る位相ズレ計算のうち、送信アンテナの組及び受信アンテナを決定する処理の流れを示したフロー図である。なお、図１７に示した処理は、図１６に示したＳ１０２の処理に相当する。
【００９４】
（Ｓ１２１）位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）があるか否かを判定する。例えば、ｎがＮ−２の場合、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）はある。一方、ｎがＮ−１の場合、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）はない。ＡＮＴ＃（ｎ＋２）がある場合、処理はＳ１２２へと進む。一方、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）がない場合、処理はＳ１２４へと進む。
【００９５】
（Ｓ１２２、Ｓ１２３）位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）を送信アンテナＡＮＴ＃ｉに決定する（ｉ＝ｎ＋２）。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃（ｎ＋１）を受信アンテナＡＮＴ＃ｊ（ｊ＝ｎ＋１）に決定する。
【００９６】
この場合、ＡＮＴ＃ｎ、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）が送信アンテナとなり、ＡＮＴ＃（ｎ＋１）が受信アンテナとなる。つまり、受信アンテナＡＮＴ＃（ｎ＋１）の両隣にある２つのアンテナＡＮＴ＃ｎ、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）が送信アンテナとして選択される（図７の場合に相当）。そのため、２つの送信アンテナから送信される信号の減衰が最小限に抑えられる。また、アンテナ間隔が等間隔であれば２つの信号の減衰量がほぼ同じになるため、干渉の効果（打ち消し合う効果や強め合う効果）がより明確になる。
【００９７】
Ｓ１２３の処理が完了すると、図１７に示した一連の処理は終了する。
（Ｓ１２４、Ｓ１２５）位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃（ｎ＋１）を受信アンテナＡＮＴ＃ｊに決定する（ｊ＝ｎ＋１）。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃（ｎ−１）を送信アンテナＡＮＴ＃ｉ（ｉ＝ｎ−１）に決定する。
【００９８】
この場合、ＡＮＴ＃ｎ、ＡＮＴ＃（ｎ−１）が送信アンテナとなり、ＡＮＴ＃（ｎ＋１）が受信アンテナとなる。つまり、受信アンテナＡＮＴ＃（ｎ＋１）に隣接するアンテナＡＮＴ＃ｎと、そのアンテナＡＮＴ＃ｎに隣接するアンテナＡＮＴ＃（ｎ−１）とが送信アンテナとして選択される（図５の場合に相当）。このように、受信アンテナを２つの送信アンテナで挟む配置がとれない場合でも、受信アンテナに近い順に送信アンテナを選択することで信号の減衰による影響が抑えられる。
【００９９】
Ｓ１２５の処理が完了すると、図１７に示した一連の処理は終了する。
なお、送信アンテナの組及び受信アンテナを決定する方法は上記の例に限定されない。しかし、上記のように、受信アンテナに近い送信アンテナを積極的に選択することで、位相ズレの検出精度を高める効果が期待できる。
【０１００】
［２−４．変形例］
ここで、第２実施形態に係る変形例について述べる。
（所定電力値に対応する位相差の中間値を利用する方法）
まず、図１８を参照しながら、受信電力が最小又は最大になる位相差ｄφを決める方法に関する変形例（変形例＃１）について述べる。図１８は、第２実施形態の一変形例（変形例＃１）に係る位相ズレの検出方法を示した図である。
【０１０１】
既に述べたように、第２実施形態では、合成信号の受信電力が最小又は最大になる位相差を検出し、検出した位相差の値と、計算で得られる位相差の値とを比較して位相ズレを求める。そのため、受信電力が最小又は最大になる位相差の検出精度が位相ズレの計算精度に影響する。そこで、変形例＃１では、図１８に示すように、所定の受信電力Ｓ0となる位相差Ｑ1、Ｑ2を特定し、位相差Ｑ1、Ｑ2の中間値を受信電力が最大又は最小（図１８の例では最小）になる位相差とする。
【０１０２】
上記の方法を採用することで、受信電力の測定データが少ない場合や、受信電力が最小又は最大となる部分で十分な測定精度が得られない場合でも、受信電力が最小又は最大になる位相差を精度良く検出することが可能になる。なお、所定の受信電力を複数設定しておき、その受信電力毎に上述した中間値を計算し、その中間値の平均値を利用する方法も適用しうる。この方法を利用すれば、さらに誤差を低減しうる。このような変形も当然に第２実施形態の技術的範囲に属する。
【０１０３】
（位相ズレを最大電力、最小電力の両方で特定し平均する方法）
次に、図１９を参照しながら、受信電力が最小又は最大になる位相差ｄφを決める方法に関する他の変形例（変形例＃２）について述べる。図１９は、第２実施形態の一変形例（変形例＃２）に係る位相ズレの検出方法を示した図である。
【０１０４】
既に述べたように、第２実施形態では、位相差ｄφを変化させながら合成信号の受信電力を測定し、その受信電力が最小又は最大になる位相差を特定して、その位相差から位相ズレを計算する。このとき、位相差ｄφを十分に広い範囲で変化させると、２つの送信アンテナから送信される信号が受信アンテナの位置で同位相となる点と、逆位相となる点とが現われる。つまり、測定した受信電力のパターンに、受信電力が最小になる点と、受信電力が最大になる点とが現われる。
【０１０５】
上記の性質を利用し、変形例＃２では、図１９に示すように、受信電力が最小となる位相差（最小時位相差）と、受信電力が最大となる位相差（最大時位相差）とを特定し、特定した２つの位相差の値、及びこれら２つの位相差の計算値をもとに位相ズレを求める。例えば、最小時位相差と最大時位相差との平均値を位相ズレとする。この方法を採用することで、受信電力の測定誤差や、最小時位相差及び最大時位相差を特定する際に生じる誤差を低減しうる。このような変形も当然に第２実施形態の技術的範囲に属する。
【０１０６】
（平面アンテナの二次元配置）
これまでは、説明の都合上、一次元的に並べて配置された３つのアンテナを利用して位相ズレを検出する方法について説明してきた。しかし、第２実施形態に係る技術は、任意の形状に配置された３つ以上のアンテナを有する無線通信装置に適用可能である。
【０１０７】
例えば、図２０に示すように、二次元的に４つのアンテナ（ＡＮＴ＃１、ＡＮＴ＃２、ＡＮＴ＃３、ＡＮＴ＃４）が配置されているケース（変形例＃３）にも適用できる。図２０は、第２実施形態の一変形例（変形例＃３）に係るアンテナの配置及び位相ズレの調整方法を示した図である。
【０１０８】
既に述べたように、平面アンテナの場合、基板に平行な方向に進む電波（電磁界の拡がりを含む）は、進む距離の長さに応じて大きく減衰する。そのため、互いの距離ができる限り近くなるように送信アンテナと受信アンテナとを選択することが、位相ズレの検出精度を高めるのに寄与する。そこで、図２０に示すように、受信アンテナと送信アンテナとの距離が最小になるように送信アンテナと受信アンテナとの組み合わせを選択する。
【０１０９】
（Ａ）の例は、ＡＮＴ＃１が受信アンテナの場合における送信アンテナの選択方法を示している。ＡＮＴ＃２、ＡＮＴ＃３、ＡＮＴ＃４はいずれもＡＮＴ＃１に隣接しているが、ＡＮＴ＃４は、ＡＮＴ＃２、＃３に比べてＡＮＴ＃１から離れている。そのため、ＡＮＴ＃２、＃３が送信アンテナとして選択される。この場合、ＡＮＴ＃２、ＡＮＴ＃３で送信される信号間の位相ズレ量ｄφ23が得られる。
【０１１０】
（Ｂ）の例は、ＡＮＴ＃２が受信アンテナの場合における送信アンテナの選択方法を示している。ＡＮＴ＃１、ＡＮＴ＃３、ＡＮＴ＃４はいずれもＡＮＴ＃２に隣接しているが、ＡＮＴ＃３は、ＡＮＴ＃１、＃４に比べてＡＮＴ＃２から離れている。そのため、ＡＮＴ＃１、＃４が送信アンテナとして選択される。この場合、ＡＮＴ＃１、ＡＮＴ＃４で送信される信号間の位相ズレ量ｄφ14が得られる。
【０１１１】
（Ｃ）の例は、ＡＮＴ＃４が受信アンテナの場合における送信アンテナの選択方法を示している。ＡＮＴ＃４に近いアンテナはＡＮＴ＃２、ＡＮＴ＃３である。しかし、（Ａ）（Ｂ）でｄφ23、ｄφ14が得られているから、ｄφ12が得られれば、ＡＮＴ＃１を基準とするＡＮＴ＃２、ＡＮＴ＃３、ＡＮＴ＃４の位相ズレが全て計算できる（（Ｄ）参照）。そのため、この場合にはＡＮＴ＃１、ＡＮＴ＃２が送信アンテナとして選択される。そして、ＡＮＴ＃１、ＡＮＴ＃２で送信される信号間の位相ズレ量ｄφ12が得られる。
【０１１２】
ＡＮＴ＃１の位相を基準とするＡＮＴ＃２の位相ズレ量ｄφ2（ｄφ2＝ｄφ12）は（Ｃ）の処理で得られている。また、ＡＮＴ＃３の位相ズレ量ｄφ3（ｄφ3＝ｄφ13）は、（Ｄ）に示すように、（Ｃ）の処理で得られているｄφ12と、（Ａ）の処理で得られているｄφ23を用いて計算される。また、ＡＮＴ＃４の位相ズレ量ｄφ4（ｄφ4＝ｄφ14）は、（Ｂ）の処理で得られている。そのため、上記の方法を利用すれば、ＡＮＴ＃２、ＡＮＴ＃３、ＡＮＴ＃４から送信される信号の位相を調整できる。
【０１１３】
なお、図２０に示したアンテナの選択方法は一例であり、二次元的にアンテナが配置されている場合には、上記の例とは異なるアンテナの組み合わせで位相ズレ量ｄφ2、ｄφ3、ｄφ4を得ることもできる。この性質を利用し、例えば、複数の組み合わせで同じ位相ズレ量ｄφ2、ｄφ3、ｄφ4を求め、それぞれ組み合わせ毎に求めた値の平均値を位相の調整に利用する方法も採用しうる。この方法を利用すれば位相ズレの検出過程で生じる誤差などを低減しうる。
【０１１４】
（その他）
これまで、説明の都合上、図３に示した無線部１０２を想定して説明を進めてきたが、図２１に示すように、無線部１０２が送受信機２０１、２０２、２０３を具備する場合で（変形例＃４）も第２実施形態の技術を適用可能である。図２１は、第２実施形態の一変形例（変形例＃４）に係る無線通信装置の一例を示した図である。
【０１１５】
送受信機２０１、２０２、２０３は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、ミキサ（ＭＸ）、局部発振器（ＲＦ）、移相器（ＰＳ）、電力増幅器（ＰＡ）、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）、スイッチ（ＳＷ）を有する。
【０１１６】
バースバンド領域の送信信号Ｔｘは、ＢＰＦで帯域制限された後、ＭＸでＲＦが出力する搬送波に乗算されてＲＦ信号に変調される。そして、ＲＦ信号は、ＰＳ及びＰＡで位相及び振幅が調整された後、ＳＷ（送受信の切替え）を経由してアンテナから出力される。逆に、アンテナに入力されたＲＦ信号は、ＳＷを経由してＬＮＡに入力され、ＬＮＡで振幅調整された後にＭＸでベースバンド領域に変換され、ＢＰＦを経由してベースバンド領域の受信信号ＲｘとしてＤＳＰ１０１に入力される。
【０１１７】
変形例＃４の場合、送受信機２０１、２０２、２０３の受信機能を利用して受信信号の電力パターン（位相差と受信電力との関係）が得られる。そのため、上述した検出器１２７、１２８、１２９を別途設けずとも第２実施形態の技術を適用できる。このように、無線部１０２の要素が変更されても第２実施形態の技術を適用することが可能である。また、平面アンテナを例に説明を進めてきたが、アンテナの種類や形状が変更されても、同様に第２実施形態の技術を適用することができる。
【０１１８】
以上、第２実施形態について説明した。
【符号の説明】
【０１１９】
１０  無線通信装置
１１  記憶部
１２  演算部
１３  第１のアンテナ
１４  第２のアンテナ
１５  第３のアンテナ
２１  第１の信号
２２  第２の信号
Ｄ１３、Ｄ２３、Ｘ  距離
Ａ１、Ａ２、Ａ  振幅
Ｑ１、Ｑ２  位相
ｄＱ  位相差
λ  波長
Ｋ  波数
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年7月5日(2017.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置、及び位相調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ミリ波など、高周波数（数ＧＨｚから数百ＧＨｚ）の電磁波を利用する無線通信技術が注目されている。高周波数の電磁波は、特定の方向にある障害物や接近車両などを検知する車載用のレーダ装置などで利用されている。ミリ波は、狭い範囲をカバーする基地局から個々のユーザ端末にビームを向けて無線通信する無線通信システムなどでの利用が検討されている。こうした装置やシステムでは、ビームの指向性を精度良く制御することが、検知精度や通信品質の向上に寄与する。
【０００３】
レーダ装置や基地局でビームを送受信する無線通信装置は、電磁波を出力するアンテナ部と、アンテナ部による出力を制御する制御回路とを有する。また、ビームの指向性を切り替え可能にするため、アンテナ部には、複数のアンテナを有するアンテナアレイが用いられる。ビームの指向性は、各アンテナに供給される信号の振幅及び位相を制御することで切り替えることができる。
【０００４】
アンテナアレイの各アンテナと制御回路とはフィードライン（例えば、金属ワイヤなどの配線）で接続される。フィードラインの長さは、そのフィードラインに接続されたアンテナから送信される信号の位相に影響する。制御回路は、各アンテナに接続されるフィードラインの長さを考慮して、ビームが特定の方向を向くように信号の位相を調整する。
【０００５】
位相の調整量は、例えば、外部アンテナを利用してアンテナアレイから送信される信号を受信し、受信した信号の電力分布などから計算することができる。フィードラインの長さが同じ場合に外部アンテナの位置で逆位相になる信号を２つのアンテナから送信すれば、外部アンテナで受信される信号が打ち消しあうと予想される。但し、フィードラインの長さに違いがあれば信号間に位相ズレが生じるため、外部アンテナで受信される信号の電力は予想値より大きくなる。
【０００６】
上記のように、外部アンテナを利用すればフィードラインの長さに起因する位相ズレを検出でき、その位相ズレを制御回路に調整させることができる。但し、外部アンテナを利用する位相ズレの調整は、無線通信装置の出荷前に行う通信試験の際など、実施できる機会が限られている。そのため、フィードラインの経年変化により更なる位相ズレが生じると、指向性の制御に誤差が生じて上記の検知精度や通信品質が劣化するリスクがある。
【０００７】
位相ズレの調整に関し、例えば、２つのフィードラインを流れる信号間の位相差などを検知するブランチ間誤差検出部をフィードライン間に設置し、その位相差などに基づいて位相ズレを調整する方法が提案されている。また、２つのアンテナから送信される信号の合成信号を受信する合成信号検知線路をアンテナ間に設置し、その合成信号の電力に基づいて位相ズレを調整する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2004-343468号公報
【特許文献２】特開2014-179785号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のブランチ間誤差検出部を利用する方法では、ブランチ間誤差検出部から先のアンテナ部を含む線路における位相ズレが調整されない。また、上記の合成信号検知線路を利用する方法では、複数のアンテナの近傍にそれぞれ導電体を配置することになるため、導電体によりアンテナ特性が変化し、アンテナ部を含む線路における位相ズレが正しく検知されないリスクがある。
【００１０】
１つの側面によれば、本開示の目的は、アンテナ部を含む線路の経年変化による位相ズレを調整できる無線通信装置、及び位相調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一態様によれば、第１のアンテナ、第２のアンテナ、及び第３のアンテナと、第１のアンテナから送信される第１の信号と、第２のアンテナから送信される第２の信号との間の位相差を変化させ、第１の信号と第２の信号との合成信号を第３のアンテナで受信した場合の受信電力パターンを測定し、測定した受信電力パターンと、計算で得られる受信電力パターンとの差に基づいて、第１のアンテナ又は第２のアンテナから送信される信号の位相ズレを調整する演算部とを有する、無線通信装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
アンテナ部を含む線路の経年変化による位相ズレを調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る無線通信装置の一例を示した図である。
【図２】第２実施形態に係る無線通信システムの一例を示した図である。
【図３】第２実施形態に係る無線通信装置の一例を示した図である。
【図４】第２実施形態に係るアンテナ部の一例（平面アンテナ）を示した図である。
【図５】第２実施形態に係る位相調整に用いるアンテナの配置及び合成信号の一例（１つの送信アンテナが受信アンテナに隣接する場合の例）を示した図である。
【図６】合成信号の受信電力と位相差との関係を示した図である。
【図７】第２実施形態に係る位相調整に用いるアンテナの配置及び合成信号の一例（２つの送信アンテナが受信アンテナに隣接する場合の例）を示した図である。
【図８】第２実施形態に係る無線通信装置の機能の一例を示した図である。
【図９】第２実施形態に係る変換情報の一例を示した図である。
【図１０】第２実施形態に係る位相情報の一例を示した図である。
【図１１】特定の条件（条件＃１）におけるシミュレーションの結果を示した図である。
【図１２】特定の条件（条件＃２）におけるシミュレーションの結果を示した図である。
【図１３】特定の条件（条件＃３）におけるシミュレーションの結果を示した図である。
【図１４】位相差πにおける平面アンテナ上の電磁界強度分布を示した図である。
【図１５】位相差π／２における平面アンテナ上の電磁界強度分布を示した図である。
【図１６】第２実施形態に係る位相ズレ計算の流れを示したフロー図である。
【図１７】第２実施形態に係る位相ズレ計算のうち、送信アンテナの組及び受信アンテナを決定する処理の流れを示したフロー図である。
【図１８】第２実施形態の一変形例（変形例＃１）に係る位相ズレの検出方法を示した図である。
【図１９】第２実施形態の一変形例（変形例＃２）に係る位相ズレの検出方法を示した図である。
【図２０】第２実施形態の一変形例（変形例＃３）に係るアンテナの配置及び位相ズレの調整方法を示した図である。
【図２１】第２実施形態の一変形例（変形例＃４）に係る無線通信装置の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において実質的に同一の機能を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。
【００１５】
＜１．第１実施形態＞
図１を参照しながら、第１実施形態について説明する。第１実施形態は、複数のアンテナを利用して信号を送信する無線通信装置において、アンテナを含む線路で位相調整後の信号に生じる位相ズレを測定し、その位相ズレを抑制するように信号の位相を調整する方法に関する。図１は、第１実施形態に係る無線通信装置の一例を示した図である。
【００１６】
図１に示すように、無線通信装置１０は、記憶部１１、演算部１２、第１のアンテナ１３、第２のアンテナ１４、及び第３のアンテナ１５を有する。
記憶部１１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性記憶装置、或いは、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの不揮発性記憶装置である。演算部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプロセッサである。
【００１７】
記憶部１１は、第１のアンテナ１３から送信される第１の信号２１及び第２のアンテナ１４から送信される第２の信号２２の波長λ（波数Ｋ＝２π／λ）に関する情報を記憶する。また、記憶部１１は、第１のアンテナ１３と第３のアンテナ１５との間の距離Ｄ１３、及び第２のアンテナ１４と第３のアンテナ１５との間の距離Ｄ２３を記憶する。また、記憶部１１は、第１の信号２１の振幅Ａ１、及び第２の信号２２の振幅Ａ２を記憶する。
【００１８】
なお、波長λ、距離Ｄ１３、Ｄ２３、振幅Ａ１、Ａ２は予め設定されている。図１の例では、距離Ｄ１３、Ｄ２３がいずれも半波長（λ／２）に設定されている。また、振幅Ａ１、Ａ２は同じ値Ａに設定されている。
【００１９】
演算部１２は、記憶部１１の情報に基づいて第１の信号２１及び第２の信号２２を生成し、第１の信号２１を第１のアンテナ１３から送信させ、第２の信号２２を第２のアンテナ１４から送信させる。例えば、演算部１２は、波長λ、振幅Ａを有する搬送波の位相をＱ１だけシフトさせて第１の信号２１を生成する。また、演算部１２は、その搬送波の位相をＱ２だけシフトさせて第２の信号２２を生成する。
【００２０】
なお、シフトさせる位相の大きさＱ１、Ｑ２に関する情報は、記憶部１１に予め格納されていてもよい。例えば、記憶部１１は、予め設定されたＱ１の値（０など）と、Ｑ１とＱ２との差である位相差ｄＱ（ｄＱ＝Ｑ２−Ｑ１；０＜ｄＱ＜２π）の値とを記憶する。
【００２１】
演算部１２は、記憶部１１の情報に基づいて、第１の信号２１と第２の信号２２との間の位相差ｄＱを変化させる。第１のアンテナ１３から送信された第１の信号２１と、第２のアンテナ１４から送信された第２の信号２２は第３のアンテナ１５で受信される。
【００２２】
例えば、第１の信号２１がＳ１（下記の式（１）参照）、第２の信号２２がＳ２（下記の式（２）参照）である場合、第３のアンテナ１５におけるＳ１、Ｓ２の合成信号Ｓ３は、下記の式（３）で与えられる。
【００２３】
Ｓ１（Ｘ）＝Ａ１・ｓｉｎ（Ｋ・Ｘ−Ｑ１）
…（１）
Ｓ２（Ｘ）＝Ａ２・ｓｉｎ（Ｋ・Ｘ−Ｑ２）
…（２）
Ｓ３＝Ｓ１（Ｄ１３）＋Ｓ２（Ｄ２３）
…（３）
ここで、Ａ１＝Ａ２＝Ａ、Ｄ１３＝Ｄ２３＝λ／２、Ｑ１＝Ｑとすると、合成信号Ｓ３は、下記の式（４）のようになる。但し、Ｒは減衰係数である。この場合、ｄＱが０のときＳ３が最大になる。言い換えると、ｄＱが０のとき、第１の信号２１と第２の信号２２とは第３のアンテナ１５において同位相になり、強め合う。また、ｄＱがπのときＳ３が最小になる。つまり、ｄＱがπのとき、第１の信号２１と第２の信号２２とは第３のアンテナ１５において逆位相になり、打ち消し合う。
【００２４】
Ｓ３＝Ｒ・Ａ・｛ｓｉｎ（Ｋ・λ／２−Ｑ）＋ｓｉｎ（Ｋ・λ／２−（ｄＱ＋Ｑ））｝
＝Ｒ・Ａ・｛ｓｉｎ（π−Ｑ）＋ｓｉｎ（π−Ｑ−ｄＱ）｝
…（４）
演算部１２は、第１の信号２１と第２の信号２２との合成信号を第３のアンテナ１５で受信した場合の受信電力パターンを測定する。そして、演算部１２は、測定した受信電力パターン（ｄＱ−受信電力グラフの破線）と、計算で得られる受信電力パターン（ｄＱ−受信電力グラフの実線）との差に基づいて位相ズレの量を計算する。
【００２５】
上記のように、第１の信号２１及び第２の信号２２の位相は演算部１２により調整されている。しかし、第１の信号２１が第１のアンテナ１３を介して出力されるまでの経路に経年変化が生じている場合、出力される第１の信号２１の位相にズレ（位相ズレ）が生じうる。第２の信号２２においても同様の位相ズレが生じうる。
【００２６】
第１の信号２１、第２の信号２２の少なくとも一方に上記の位相ズレが生じている場合、第１の信号２１と第２の信号２２とが干渉して得られる合成信号Ｓ３は、位相ズレがない場合とは異なる波形となる。そのため、合成信号Ｓ３の実測値と計算値とを比較し、その差を分析することによって位相ズレの量を計算することができる。受信電力パターンの比較は、位相ズレの量を計算する方法の一つである。
【００２７】
上記の例では、上記の式（４）から、計算上、ｄＱがπのときにＳ３が最小になる。一方、第１の信号２１、第２の信号２２の少なくとも一方に位相ズレが生じていると、Ｓ３の実測値から得られる受信電力のパターンは、Ｓ３が最小になる位相差ｄＱがπからずれたものとなる。この位相差ｄＱの差分が、第１のアンテナ１３から送信される信号と、第２のアンテナ１４から送信される信号との間で本来予定されている位相差と、実際に生じている位相差との間の差となる。
【００２８】
演算部１２は、上記位相差ｄＱの差分を相殺するように、第１のアンテナ１３から送信される信号又は第２のアンテナ１４から送信される信号の位相を調整する。この調整により、上述した経路の経年変化に起因して生じる位相ズレを抑制することが可能になる。
【００２９】
上記のように、合成信号の受信電力パターンについて計算値と実測値とを比較することで、位相ズレの量を計算することができる。上記の例ではＳ３が最小になる点でｄＱを比較する方法を示したが、Ｓ３が最大になる点でｄＱを比較してもよい。
【００３０】
また、上記の例では、第１のアンテナ１３及び第２のアンテナ１４を送信アンテナとし、これら２つの送信アンテナに隣接する第３のアンテナ１５を受信アンテナとしているため、このアンテナ設定では隣り合うアンテナ間の位相調整ができない。そこで、送信アンテナ及び受信アンテナの設定を変更してもよい。例えば、第１のアンテナ１３及び第３のアンテナ１５を送信アンテナとし、第２のアンテナ１４を受信アンテナとしてもよい。この場合も上記と同様に位相ズレの量を計算することができる。
【００３１】
また、第１実施形態に係る技術は、パッチアンテナなどの平面アンテナを有する無線通信装置の他、ポールアンテナのアンテナアレイを有する無線通信装置にも適用可能である。さらに、上記の例では、説明の都合上、３本のアンテナを有する無線通信装置について説明したが、アンテナアレイに含まれるアンテナの本数は４以上であってもよい。
【００３２】
以上、第１実施形態について説明した。
＜２．第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、複数のアンテナを利用して信号を送信する無線通信装置において、アンテナを含む線路で位相調整後の信号に生じる位相ズレを測定し、その位相ズレを抑制するように信号の位相を調整する方法に関する。
【００３３】
［２−１．位相ズレ］
以下、図２に示すような複数のアンテナ（ＡＮＴ）を有する無線通信装置１００を例に説明を進める。図２は、第２実施形態に係る無線通信システムの一例を示した図である。
【００３４】
複数のアンテナを利用する無線技術としては、例えば、ＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）やＢＦ（Beam-Forming）などがある。いずれの技術も各アンテナから送信される信号の振幅及び位相を制御する精度が通信性能に大きく影響する。
【００３５】
例えば、ＢＦの場合、図２に示すように、無線通信装置１００は、各アンテナから送信される信号の振幅及び位相を制御してビームの方向を切替える。図２の例では、θ1の方向に端末＃１が存在し、θ2の方向に端末＃２が存在する。
【００３６】
端末＃１に信号を送信する場合、無線通信装置１００は、θ1の方向にビーム（ビーム＃１）を向け、θ2の方向にＮＵＬＬ（複数のアンテナから送信される信号が打ち消し合う部分）を向ける。一方、端末＃２に信号を送信する場合、無線通信装置１００は、θ2の方向にビーム（ビーム＃２）を向け、θ1の方向にＮＵＬＬを向ける。
【００３７】
このように、ＢＦを実施することで空間多重度を向上でき、結果として周波数利用効率の向上などの効果も期待できる。但し、各アンテナから送信される信号の位相が意図した位相の値からずれると、ビームの方向及びＮＵＬＬの方向がいずれも意図した方向からずれる。その結果、受信エラーの発生や干渉の増大などが生じうる。
【００３８】
各アンテナから送信される信号の位相が意図した位相の値からずれる原因としては、例えば、移相器からアンテナに至るフィードライン及びアンテナを含む信号線路の経年変化がある。通常、無線通信装置１００の出荷時に行われる検査工程などにおいて各移相器は適切に調整される。しかし、信号線路は時間経過に伴って長さが変化するため、その変化分だけ位相ズレが生じ、ビームの方向が意図した方向からずれる原因となる。
【００３９】
以下では、上記のような位相ズレを検出し、各アンテナから送信される信号の位相を調整して、検出した位相ズレが抑制されるようにする仕組みについて説明する。なお、説明の都合上、以下ではＢＦを行う無線通信システムを例に説明を進める。
【００４０】
［２−２．無線通信装置］
まず、図３を参照しながら、無線通信装置１００について、さらに説明する。図３は、第２実施形態に係る無線通信装置の一例を示した図である。
【００４１】
（主な要素）
図３に示すように、無線通信装置１００は、ＤＳＰ１０１と、無線部１０２と、アンテナ（ＡＮＴ）１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを有する。なお、ここでは説明の都合上、アンテナの本数を３としているが、４以上のアンテナを有していてもよい。
【００４２】
ＤＳＰ１０１は、デジタル領域でベースバンド信号の処理を実行するプロセッサである。無線部１０２は、ＤＳＰ１０１から出力されるデジタルのベースバンド信号をアナログのベースバンド信号に変換し、そのベースバンド信号を無線帯域のＲＦ信号に帯域変換する。また、無線部１０２は、形成するビームの向きに応じてＲＦ信号の振幅及び位相を調整し、アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃからＲＦ信号を送信する。なお、受信時は逆の動作となる。また、無線部１０２は、上述した位相ズレを検出する機能を有する。
【００４３】
無線部１０２は、ＲＦ処理部１２０、移相器１２１、１２２、１２３、増幅器１２４、１２５、１２６、及び検出器１２７、１２８、１２９を有する。
ＲＦ処理部１２０は、アナログのベースバンド信号とデジタルのベースバンド信号との間のＡＤ／ＤＡ（Analog to Digital / Digital to Analog）変換処理、及びアナログのベースバンド信号をＲＦ信号に周波数変換する処理を実行する。また、ＲＦ処理部１２０は、移相器１２１、１２２、１２３に接続されている。
【００４４】
移相器１２１及び増幅器１２４は、ＲＦ処理部１２０とアンテナ１０３ａとを結ぶ信号線路上にある。なお、以下では、増幅器１２４からアンテナ１０３ａに至る信号線路をフィードラインＦＬ＃ａと呼ぶ場合がある。フィードラインＦＬ＃ａには、検出器１２７が接続されている。移相器１２１は、ＲＦ信号の位相を調整する。増幅器１２４は、ＲＦ信号の振幅を調整する。なお、振幅及び位相の調整値は、ＤＳＰ１０１により制御される。
【００４５】
検出器１２７は、アンテナ１０３ａを介して受信される信号の電圧（検出電圧）を検出する。例えば、検出電圧は、検出器１２７からＤＳＰ１０１に通知される。ＤＳＰ１０１は、検出器１２７から通知される検出電圧に基づいて位相ズレを検出する。また、ＤＳＰ１０１は、検出した位相ズレを抑制するように位相を調整する。なお、検出電圧は、信号の受信電力に変換できる（つまり、検出電圧は、信号の受信電力に対応する）。
【００４６】
移相器１２２及び増幅器１２５は、ＲＦ処理部１２０とアンテナ１０３ｂとを結ぶ信号線路上にある。移相器１２３及び増幅器１２６は、ＲＦ処理部１２０とアンテナ１０３ｃとを結ぶ信号線路上にある。以下、増幅器１２５からアンテナ１０３ｂに至る信号線路をフィードラインＦＬ＃ｂ、増幅器１２６からアンテナ１０３ｃに至る信号線路をフィードラインＦＬ＃ｃと呼ぶ場合がある。
【００４７】
フィードラインＦＬ＃ｂには、検出器１２８が接続されている。フィードラインＦＬ＃ｃには、検出器１２９が接続されている。移相器１２１と同様、移相器１２２、１２３は、ＲＦ信号の位相を調整する。増幅器１２４と同様、増幅器１２５、１２６は、ＲＦ信号の振幅を調整する。検出器１２８は、アンテナ１０３ｂを介して受信される信号の電圧（検出電圧）を検出する。検出器１２９は、アンテナ１０３ｃを介して受信される信号の電圧（検出電圧）を検出する。
【００４８】
検出器１２７と同様、検出器１２８、１２９は、検出電圧をＤＳＰ１０１に通知する。ＤＳＰ１０１は、検出器１２７から通知される検出電圧に基づいて位相ズレを検出する。また、ＤＳＰ１０１は、検出した位相ズレを抑制するように位相を調整する（位相調整）。なお、位相調整の方法については後述する。
【００４９】
（アンテナの例）
ここで、図４を参照しながら、アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに平面アンテナ（パッチアンテナ）を用いる例について説明する。なお、アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの機能を実現する要素をアンテナ部と呼ぶ場合がある。
【００５０】
図４は、第２実施形態に係るアンテナ部の一例（平面アンテナ）を示した図である。図４の（Ａ）はアンテナ部の上面図であり、（Ｂ）はアンテナ部のＩ−Ｉ断面図である。
図４（Ａ）でハッチングを施した部分は導電体（金属材料など）である。この導電体は、図４（Ｂ）に示すように、誘電体基板１０４の上面に設置される。誘電体基板１０４の底面には、グランド（ＧＮＤ）として機能する導電体板が設置される。
【００５１】
誘電体基板１０４の上面に設置された導電体のうち、Ｘ方向の幅がＬX、Ｙ方向の幅がＬYの矩形部分がアンテナ（アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ）として機能する。アンテナ１０３ａ、１０３ｂの間隔はＤabに設定されている。アンテナ１０３ｂ、１０３ｃの間隔はＤbcに設定されている。
【００５２】
また、誘電体基板１０４の上面に設置された導電体のうち、上記の矩形部分からポート（Ｐｏｒｔ＃ａ、Ｐｏｒｔ＃ｂ、Ｐｏｒｔ＃ｃ）に伸びた部分は、フィードラインＦＬ＃ａ、ＦＬ＃ｂ、ＦＬ＃ｃの少なくとも一部となる。例えば、Ｐｏｒｔ＃ａには、増幅器１２４に繋がる信号線路が接続され、その信号線路に検出器１２７が接続される。Ｐｏｒｔ＃ｂ、Ｐｏｒｔ＃ｃについても同様である。
【００５３】
以下、図４のアンテナ部を例に説明を進める。
（位相調整の方法）
ここで、図５を参照しながら、第２実施形態に係る位相調整の方法について説明する。図５は、第２実施形態に係る位相調整に用いるアンテナの配置及び合成信号の一例（１つの送信アンテナが受信アンテナに隣接する場合の例）を示した図である。
【００５４】
第２実施形態に係る位相調整では、アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃのうち、２つのアンテナが送信アンテナとして利用され、１つのアンテナが受信アンテナとして利用される。図５の例では、アンテナ１０３ａ、１０３ｂが送信アンテナ、アンテナ１０３ｃが受信アンテナに設定されている。
【００５５】
アンテナ１０３ａ、１０３ｂ間の距離Ｄab、及びアンテナ１０３ｂ、１０３ｃ間の距離Ｄbcは既知である。アンテナ１０３ａ、１０３ｂから送信される信号（Ｓｉｇa、Ｓｉｇb）の振幅Ａは増幅器１２４、１２５で制御できる。アンテナ１０３ａ、１０３ｂから送信される信号（Ｓｉｇa、Ｓｉｇb）の位相φa、φbは移相器１２１、１２２で制御できる。なお、説明の都合上、信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇbの振幅は同じ値Ａとする。
【００５６】
ＲＦ処理部１２０から出力されるＲＦ信号の波数をｋ（ｋ＝２π／λ；λは波長）とすると、アンテナ１０３ａから送信される信号Ｓｉｇaは、下記の式（５）のように表現できる。また、アンテナ１０３ｂから送信される信号Ｓｉｇbは、下記の式（６）のように表現できる。但し、Ｘはアンテナからの距離を表す。
【００５７】
Ｓｉｇa（Ｘ）＝Ａ・ｓｉｎ［ｋ・Ｘ＋φa］
…（５）
Ｓｉｇb（Ｘ）＝Ａ・ｓｉｎ［ｋ・Ｘ＋φb］
…（６）
アンテナ１０３ｃで受信される信号Ｓｉｇcは、アンテナ１０３ｃにおける信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇbの合成信号である。そのため、距離Ｄに依存する減衰係数Ｒ［Ｄ］を用いて、信号Ｓｉｇcは、下記の式（７）のように表現できる。
【００５８】
Ｓｉｇc＝Ｓｉｇa（Ｄab＋Ｄbc）＋Ｓｉｇb（Ｄbc）
＝Ａa・ｓｉｎ［ｋ・（Ｄab＋Ｄbc）＋φa］
＋Ａb・ｓｉｎ［ｋ・Ｄbc＋φb］
（但し、Ａa＝Ｒ［Ｄab＋Ｄbc］・Ａ、Ａb＝Ｒ［Ｄbc］・Ａ）
…（７）
Ｄab＝Ｄbc＝Ｄ、Ａa＝Ｒ［２Ｄ］・Ａ＝０．５、Ａb＝Ｒ［Ｄ］・Ａ＝１．０、ｄφ＝φb−φaとし、Ｄ＝０．５λ、０．７５λ、１．０λの３条件で位相差ｄφの変化に応じたＳｉｇc（受信電力）の変化を計算すると、図６のようなグラフが得られる。図６は、合成信号の受信電力と位相差との関係を示した図である。なお、縦軸の単位は任意単位（ａ．ｕ．）であり、横軸の単位はラジアン（ｒａｄ．）である。
【００５９】
実線は、Ｄ＝１．０λの条件に対応する。この条件では、位相差ｄφが０のとき、受信電力が最大になる。つまり、位相差ｄφが０のときに、アンテナ１０３ｃの位置で信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇbが同位相になり、両者が強め合うことを示している。
【００６０】
一点鎖線は、Ｄ＝０．５λの条件に対応する。この条件では、位相差ｄφが０のとき、受信電力が最小になる。つまり、位相差ｄφが０のときに、アンテナ１０３ｃの位置で信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇbが逆位相になり、両者が打ち消し合うことを示している。Ｄ＝０．７５λの条件では鎖線のようなグラフとなる。
【００６１】
上記のように、既知の情報（アンテナ間隔Ｄや波長λ）に基づいて、受信電力が最大又は最小になる位相差ｄφを計算することができる。上述した位相ズレがなければ、受信電力が最大又は最小になる位相差ｄφの測定値は、上記の式（７）に基づいて計算される計算値と一致する。しかし、上述した位相ズレがある場合、測定値と計算値との間に差が生じる。この差が位相ズレの大きさである。
【００６２】
なお、アンテナ１０３ａ、１０３ｃを送信アンテナとして利用し、アンテナ１０３ｂを受信アンテナとして利用する場合（図７を参照）、アンテナ１０３ｂで受信される信号Ｓｉｇbは、下記の式（８）のように表現できる。図７は、第２実施形態に係る位相調整に用いるアンテナの配置及び合成信号の一例（２つの送信アンテナが受信アンテナに隣接する場合の例）を示した図である。但し、φcは、移相器１２３により制御される信号Ｓｉｇcの位相である。また、信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇcの振幅は同じ値Ａとする。
【００６３】
Ｓｉｇb＝Ｓｉｇa（Ｄab）＋Ｓｉｇb（Ｄbc）
＝Ａa・ｓｉｎ［ｋ・Ｄab＋φa］
＋Ａc・ｓｉｎ［ｋ・Ｄbc＋φc］
（但し、Ａa＝Ｒ［Ｄab］・Ａ、Ａc＝Ｒ［Ｄbc］・Ａ）
…（８）
図５の例ではＳｉｇcを検出器１２９が検出する。図７の例ではＳｉｇbを検出器１２８が検出する。Ｓｉｇcの検出結果から特定される位相ズレは、２つのフィードラインＦＬ＃ａ、ＦＬ＃ｂの少なくとも一方で生じたものである。そして、特定された位相ズレの分だけ移相器１２１、１２２が制御する位相を調整（シフト）すれば、位相ズレを抑制することができる。ここではアンテナ１０３ａから送信される信号の位相を基準とする。この場合、移相器１２２の位相が調整される。
【００６４】
同様に、Ｓｉｇbの検出結果から特定される位相ズレは、２つのフィードラインＦＬ＃ａ、ＦＬ＃ｃの少なくとも一方で生じたものである。そして、特定された位相ズレの分だけ移相器１２１、１２３のいずれかが制御する位相を調整（シフト）すれば、位相ズレを抑制することができる。アンテナ１０３ａから送信される信号の位相を基準とする場合、移相器１２３の位相が調整される。
【００６５】
上記のような方法で、移相器１２２、１２３の位相を調整することで、フィードラインＦＬ＃ａ、ＦＬ＃ｂ、ＦＬ＃ｃの経年変化に起因する位相ズレを抑制することができる。
（位相調整の機能）
ここで、図８を参照しながら、無線通信装置１００が有する機能について、さらに説明する。図８は、第２実施形態に係る無線通信装置の機能の一例を示した図である。
【００６６】
既に述べたように、無線通信装置１００は、アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを利用して位相ズレを検出し、信号の位相を調整して位相ズレを抑制する。このような位相調整の機能は、主にＤＳＰ１０１の制御に基づいて実現される。無線通信装置１００は、図８に示すように、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリなどのメモリ１０５をさらに有する。ＤＳＰ１０１は、メモリ１０５の内容を参照することができる。
【００６７】
メモリ１０５には、変換情報１０５ａ及び位相情報１０５ｂが格納される。
変換情報１０５ａは、図９に示すように、合成信号の受信時に検出器１２７、１２８、１２９で検出される電圧（検出電圧）を受信電力に変換する情報である。図９は、第２実施形態に係る変換情報の一例を示した図である。説明の都合上、図９には、受信電力Ｓｉｇと検出電圧Ｖとの関係を示すグラフをそのまま記載しているが、変換情報１０５ａは、例えば、図９のグラフを表現した式Ｖ［Ｓｉｇ］や、検出電圧と受信電力との対応関係を示す変換テーブルで表現されうる。
【００６８】
位相情報１０５ｂは、図１０に示すように、位相ズレの検出結果に基づいて調整される位相の調整値（シフト量）を示す情報である。図１０は、第２実施形態に係る位相情報の一例を示した図である。図１０の例では、移相器（ＰＳ）１２２における位相の調整値がｄφb、移相器１２３における位相の調整値がｄφcに設定されている。位相情報１０５ｂの内容は、位相ズレが計算された際に更新される。
【００６９】
ＤＳＰ１０１は、位相制御部１０１ａ、及び位相ズレ計算部１０１ｂを有する。位相制御部１０１ａは、移相器１２１、１２２、１２３を制御してアンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃから送信される信号の位相を制御する。
【００７０】
位相ズレ計算部１０１ｂは、上述した位相調整を実施する際に、２つの送信アンテナ、及び受信アンテナを決定する。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、２つの送信アンテナから送信される信号の位相差ｄφを制御する。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、受信アンテナで受信される合成信号の受信電力から位相ズレの量（位相ズレ量）を計算し、計算した結果に基づいて位相情報１０５ｂを更新する。
【００７１】
図５の例（アンテナ１０３ａから送信される信号の位相を基準としてアンテナ１０３ｂに対応する移相器１２２の位相を調整する例）において、位相ズレ計算部１０１ｂは、アンテナ１０３ａ、１０３ｂを送信アンテナに決定する。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、アンテナ１０３ｃを受信アンテナに決定する。そして、位相ズレ計算部１０１ｂは、信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇbの位相差ｄφ（ｄφ＝φb−φa）を変化させながら、検出器１２９から通知される検出電圧の変化を監視する。
【００７２】
位相差ｄφが０のときにアンテナ１０３ｃの位置でＳｉｇa、Ｓｉｇbが逆位相になる条件（条件＃１）では、位相差ｄφの変化に伴って検出電圧（検出器１２９で検出される受信電力）が図１１のように変化する。図１１は、特定の条件（条件＃１）におけるシミュレーションの結果を示した図である。なお、実線は検出電圧のグラフであり、一点鎖線は変換情報１０５ａ（図９参照）を利用して検出電圧のグラフを受信電圧のグラフに変換したものである。
【００７３】
この場合、位相ズレ計算部１０１ｂは、グラフから検出電圧（又は受信電力）が最小となる位相差ｄφの値を特定する。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、特定した値（実測値）と、計算上グラフが最小になる位相差ｄφの値（計算値；この例では０）との差ｄφb（位相ズレ量）を計算する。そして、位相ズレ計算部１０１ｂは、計算したｄφbを移相器１２２の情報に対応付けて位相情報１０５ｂに記載する。
【００７４】
他の例として、位相差ｄφが０のときにアンテナ１０３ｃの位置でＳｉｇa、Ｓｉｇbが同位相になる条件（条件＃２）では、位相差ｄφの変化に伴って検出電圧（検出器１２９で検出される受信電力）が図１２のように変化する。図１２は、特定の条件（条件＃２）におけるシミュレーションの結果を示した図である。
【００７５】
さらに他の例として、図７の例（アンテナ１０３ａから送信される信号の位相を基準としてアンテナ１０３ｃに対応する移相器１２３の位相を調整する例）では、位相ズレ計算部１０１ｂにより、アンテナ１０３ａ、１０３ｃが送信アンテナに決定される。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、アンテナ１０３ｂを受信アンテナに決定する。そして、位相ズレ計算部１０１ｂは、信号Ｓｉｇa、Ｓｉｇcの位相差ｄφ（ｄφ＝φc−φa）を変化させながら、検出器１２８から通知される検出電圧の変化を監視する。
【００７６】
位相差ｄφが０のときにアンテナ１０３ｃの位置でＳｉｇa、Ｓｉｇcが逆位相になる条件（条件＃３）では、位相差ｄφの変化に伴って検出電圧（検出器１２８で検出される受信電力）が図１３のように変化する。図１３は、特定の条件（条件＃３）におけるシミュレーションの結果を示した図である。この場合、位相ズレ計算部１０１ｂは、グラフから検出電圧（又は受信電力）が最小となる位相差ｄφの値を特定する。
【００７７】
また、位相ズレ計算部１０１ｂは、特定した値（実測値）と、計算上グラフが最小になる位相差ｄφの値（計算値；この例では０）との差ｄφc（位相ズレ量）を計算する。そして、位相ズレ計算部１０１ｂは、計算したｄφcを移相器１２２の情報に対応付けて位相情報１０５ｂに記載する。
【００７８】
上記のようにして得られた位相情報１０５ｂは、位相制御部１０１ａにより利用される。例えば、アンテナ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを利用してＢＦを実施する際、位相制御部１０１ａは、位相情報１０５ｂを参照し、位相ズレ計算部１０１ｂにより計算された位相の調整量ｄφb、ｄφcを用いて移相器１２２、１２３の位相を調整する。
【００７９】
なお、図１１のシミュレーションは、誘電体基板１０４の比誘電率ε＝４．０及び厚さｔ＝０．２ｍｍ、ＬY＝０．９ｍｍ、ＬX＝０．６ｍｍ、λ／２＝０．９７ｍｍ、Ｄ＝２．０ｍｍ、φa＝０、Ａ＝１０ｍＷの条件を設定して実施した。図１２のシミュレーションは、ＤをＤ＝２．７ｍｍに変更して実施した。図１３のシミュレーションは、Ｄ＝２．０、Ａ＝１ｍＷの条件に変更して実施した。
【００８０】
（電磁界強度の分布）
図１１及び図１３のシミュレーションのように、アンテナ１０３ｂの位置で逆位相となる２つの信号をそれぞれアンテナ１０３ａ、１０３ｃから送信し、アンテナ１０３ｂで受信する場合、アンテナ部に形成される電磁界の強度は、図１４のような分布となる。図１４は、位相差πにおける平面アンテナ上の電磁界強度分布を示した図である。受信アンテナ１０３ｂ直下の電界は非常に弱く、検出電圧又は受信電力が最小となる試算結果に対応している。
【００８１】
一方、図１２のシミュレーションのように、アンテナ１０３ｂの位置で同位相となる２つの信号をそれぞれアンテナ１０３ａ、１０３ｃから送信し、アンテナ１０３ｂで受信する場合、アンテナ部に形成される電磁界の強度は図１５のような分布となる。図１５は、位相差π／２における平面アンテナ上の電磁界強度分布を示した図である。受信アンテナ１０３ｂ直下には、検出電圧又は受信電力に対応する電界が確認される。
【００８２】
平面アンテナの場合、アンテナ面に垂直な方向（Ｚ方向）へ強く電波を放出するアンテナ特性のため、ＸＹ面に平行な方向へ伝搬する電波の成分は比較的強度が弱い。また、ＸＹ面に平行な方向へ伝搬する電波は、誘電体基板１０４や隣接アンテナなどの影響を受けて減衰しやすい傾向にある。
【００８３】
そのため、４本以上のアンテナを有するアンテナアレイに対して上記の位相調整を実施する場合には、受信アンテナの近くにあるアンテナを送信アンテナとして利用するのが好ましい。図７の例のように、受信アンテナの両隣にある２つのアンテナを送信アンテナに利用するのが好ましい。但し、この場合には、隣り合うアンテナ間の位相調整をうまく行うことができない。図５の例のように、少なくとも１つの送信アンテナは受信アンテナに隣接する方法による位相調整を併用することが好ましい。このように、平面アンテナを採用する場合には、受信アンテナに近い順に送信アンテナを選択することで、減衰の影響を低減でき、より精度良く位相ズレを検出することができる。
【００８４】
［２−３．処理フロー：位相ズレ計算］
次に、図１６を参照しながら、位相ズレ計算の流れについて説明する。図１６は、第２実施形態に係る位相ズレ計算の流れを示したフロー図である。なお、ここではアンテナの本数をＮ、ｍ番目（ｍ＝１，…，Ｎ）のアンテナをＡＮＴ＃ｍと表記する。また、ＡＮＴ＃ｍで送信される信号の位相をφmと表記し、ＡＮＴ＃ｍの位相φmと呼ぶ場合がある。
【００８５】
（Ｓ１０１、Ｓ１０９）位相ズレ計算部１０１ｂは、パラメータｎを１からＮ−１まで変化させながら、Ｓ１０２からＳ１０８までの処理を繰り返し実行する。
（Ｓ１０２）位相ズレ計算部１０１ｂは、Ｎ本のアンテナの中から、送信アンテナの組（ＡＮＴ＃ｎ、ＡＮＴ＃ｉ）及び受信アンテナ（ＡＮＴ＃ｊ）を決定する。なお、ＡＮＴ＃ｉ、ＡＮＴ＃ｊの決定方法については後述する。
【００８６】
（Ｓ１０３）位相ズレ計算部１０１ｂは、位相制御部１０１ａを介してＡＮＴ＃ｎのフィードラインに接続される移相器を制御し、ＡＮＴ＃ｎで送信される信号の位相φnを設定する。なお、位相φnの値は０などに予め設定される。
【００８７】
（Ｓ１０４、Ｓ１０７）位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃ｉで送信される信号の位相φiを−φからφまで変化させながら、Ｓ１０５からＳ１０６までの処理を繰り返し実行する。なお、φの値はπ／２などの値に予め設定される。
【００８８】
（Ｓ１０５）位相ズレ計算部１０１ｂは、無線部１０２を制御してＡＮＴ＃ｎ、ＡＮＴ＃ｉから信号を送信する。なお、ＡＮＴ＃ｎ、ＡＮＴ＃ｉから送信される信号は、例えば、振幅Ａ及び波長λを有し、それぞれ位相をφn、φiだけシフトした信号である。
【００８９】
（Ｓ１０６）位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃ｊで受信された合成信号の電力を検出する。例えば、位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃ｊに接続された検出器が検出した電圧を取得し、変換情報１０５ａを利用して受信電力（合成信号の電力）に変換する。
【００９０】
（Ｓ１０８）位相ズレ計算部１０１ｂは、Ｓ１０６で検出した電力の最小値を抽出し、その最小値に対応する位相φiを特定する。そして、位相ズレ計算部１０１ｂは、特定した位相φi（実測値）から位相ズレ量ｄφinを計算する。図１１及び図１３に示したように、アンテナ間隔Ｄ、波長λ、位相φnが分かれば、受信電力の最小値に対応する位相φiの計算値が得られる。そのため、位相ズレ計算部１０１ｂは、実測値と計算値との差を計算し、その差を位相ズレ量ｄφinとする。
【００９１】
（Ｓ１１０）位相ズレ計算部１０１ｂは、Ｓ１０８で計算した位相ズレ量ｄφinを用いて位相情報１０５ｂに追加する位相ズレ量ｄφn（ｄφn＝ｄφ1n；ＡＮＴ＃１で送信される信号の位相を基準とする位相ズレの量）を計算する。ｄφmnは、下記の式（９）で与えられる。そのため、計算結果にｄφp（ｄφp＝ｄφ1p）がなく、ｄφ1m、ｄφmpが得られている場合、位相ズレ計算部１０１ｂは、下記の式（９）を利用してｄφp（ｄφ1p＝ｄφ1m＋ｄφmp）を計算する。
【００９２】
ｄφmn＝φm−φn
＝φm−φq＋φq−φn
＝ｄφmq＋ｄφqn
（但し、ｑ≠ｍ、ｎ）
…（９）
上記の方法で位相ズレ計算部１０１ｂはｄφn（ｎ＝２，…，Ｎ）を計算し、計算したｄφnをＡＮＴ＃ｎに繋がる移相器の情報に対応付けて位相情報１０５ｂに追加する。この位相情報１０５ｂが得られると、位相制御部１０１ａは、位相情報１０５ｂに基づいてＡＮＴ＃ｎ（ｎ＝２，…，Ｎ）に繋がる移相器の位相を調整できる。Ｓ１１０の処理が完了すると、図１６に示した一連の処理は終了する。
【００９３】
（アンテナの決定方法）
ここで、図１７を参照しながら、送信アンテナの組及び受信アンテナを決定する方法について説明する。図１７は、第２実施形態に係る位相ズレ計算のうち、送信アンテナの組及び受信アンテナを決定する処理の流れを示したフロー図である。なお、図１７に示した処理は、図１６に示したＳ１０２の処理に相当する。
【００９４】
（Ｓ１２１）位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）があるか否かを判定する。例えば、ｎがＮ−２の場合、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）はある。一方、ｎがＮ−１の場合、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）はない。ＡＮＴ＃（ｎ＋２）がある場合、処理はＳ１２２へと進む。一方、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）がない場合、処理はＳ１２４へと進む。
【００９５】
（Ｓ１２２、Ｓ１２３）位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）を送信アンテナＡＮＴ＃ｉに決定する（ｉ＝ｎ＋２）。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃（ｎ＋１）を受信アンテナＡＮＴ＃ｊ（ｊ＝ｎ＋１）に決定する。
【００９６】
この場合、ＡＮＴ＃ｎ、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）が送信アンテナとなり、ＡＮＴ＃（ｎ＋１）が受信アンテナとなる。つまり、受信アンテナＡＮＴ＃（ｎ＋１）の両隣にある２つのアンテナＡＮＴ＃ｎ、ＡＮＴ＃（ｎ＋２）が送信アンテナとして選択される（図７の場合に相当）。そのため、２つの送信アンテナから送信される信号の減衰が最小限に抑えられる。また、アンテナ間隔が等間隔であれば２つの信号の減衰量がほぼ同じになるため、干渉の効果（打ち消し合う効果や強め合う効果）がより明確になる。
【００９７】
Ｓ１２３の処理が完了すると、図１７に示した一連の処理は終了する。
（Ｓ１２４、Ｓ１２５）位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃（ｎ＋１）を受信アンテナＡＮＴ＃ｊに決定する（ｊ＝ｎ＋１）。また、位相ズレ計算部１０１ｂは、ＡＮＴ＃（ｎ−１）を送信アンテナＡＮＴ＃ｉ（ｉ＝ｎ−１）に決定する。
【００９８】
この場合、ＡＮＴ＃ｎ、ＡＮＴ＃（ｎ−１）が送信アンテナとなり、ＡＮＴ＃（ｎ＋１）が受信アンテナとなる。つまり、受信アンテナＡＮＴ＃（ｎ＋１）に隣接するアンテナＡＮＴ＃ｎと、そのアンテナＡＮＴ＃ｎに隣接するアンテナＡＮＴ＃（ｎ−１）とが送信アンテナとして選択される（図５の場合に相当）。このように、受信アンテナを２つの送信アンテナで挟む配置がとれない場合でも、受信アンテナに近い順に送信アンテナを選択することで信号の減衰による影響が抑えられる。
【００９９】
Ｓ１２５の処理が完了すると、図１７に示した一連の処理は終了する。
なお、送信アンテナの組及び受信アンテナを決定する方法は上記の例に限定されない。しかし、上記のように、受信アンテナに近い送信アンテナを積極的に選択することで、位相ズレの検出精度を高める効果が期待できる。
【０１００】
［２−４．変形例］
ここで、第２実施形態に係る変形例について述べる。
（所定電力値に対応する位相差の中間値を利用する方法）
まず、図１８を参照しながら、受信電力が最小又は最大になる位相差ｄφを決める方法に関する変形例（変形例＃１）について述べる。図１８は、第２実施形態の一変形例（変形例＃１）に係る位相ズレの検出方法を示した図である。
【０１０１】
既に述べたように、第２実施形態では、合成信号の受信電力が最小又は最大になる位相差を検出し、検出した位相差の値と、計算で得られる位相差の値とを比較して位相ズレを求める。そのため、受信電力が最小又は最大になる位相差の検出精度が位相ズレの計算精度に影響する。そこで、変形例＃１では、図１８に示すように、所定の受信電力Ｓ0となる位相差Ｑ1、Ｑ2を特定し、位相差Ｑ1、Ｑ2の中間値を受信電力が最大又は最小（図１８の例では最小）になる位相差とする。
【０１０２】
上記の方法を採用することで、受信電力の測定データが少ない場合や、受信電力が最小又は最大となる部分で十分な測定精度が得られない場合でも、受信電力が最小又は最大になる位相差を精度良く検出することが可能になる。なお、所定の受信電力を複数設定しておき、その受信電力毎に上述した中間値を計算し、その中間値の平均値を利用する方法も適用しうる。この方法を利用すれば、さらに誤差を低減しうる。このような変形も当然に第２実施形態の技術的範囲に属する。
【０１０３】
（位相ズレを最大電力、最小電力の両方で特定し平均する方法）
次に、図１９を参照しながら、受信電力が最小又は最大になる位相差ｄφを決める方法に関する他の変形例（変形例＃２）について述べる。図１９は、第２実施形態の一変形例（変形例＃２）に係る位相ズレの検出方法を示した図である。
【０１０４】
既に述べたように、第２実施形態では、位相差ｄφを変化させながら合成信号の受信電力を測定し、その受信電力が最小又は最大になる位相差を特定して、その位相差から位相ズレを計算する。このとき、位相差ｄφを十分に広い範囲で変化させると、２つの送信アンテナから送信される信号が受信アンテナの位置で同位相となる点と、逆位相となる点とが現われる。つまり、測定した受信電力のパターンに、受信電力が最小になる点と、受信電力が最大になる点とが現われる。
【０１０５】
上記の性質を利用し、変形例＃２では、図１９に示すように、受信電力が最小となる位相差（最小時位相差）と、受信電力が最大となる位相差（最大時位相差）とを特定し、特定した２つの位相差の値、及びこれら２つの位相差の計算値をもとに位相ズレを求める。例えば、最小時位相差と最大時位相差との平均値を位相ズレとする。この方法を採用することで、受信電力の測定誤差や、最小時位相差及び最大時位相差を特定する際に生じる誤差を低減しうる。このような変形も当然に第２実施形態の技術的範囲に属する。
【０１０６】
（平面アンテナの二次元配置）
これまでは、説明の都合上、一次元的に並べて配置された３つのアンテナを利用して位相ズレを検出する方法について説明してきた。しかし、第２実施形態に係る技術は、任意の形状に配置された３つ以上のアンテナを有する無線通信装置に適用可能である。
【０１０７】
例えば、図２０に示すように、二次元的に４つのアンテナ（ＡＮＴ＃１、ＡＮＴ＃２、ＡＮＴ＃３、ＡＮＴ＃４）が配置されているケース（変形例＃３）にも適用できる。図２０は、第２実施形態の一変形例（変形例＃３）に係るアンテナの配置及び位相ズレの調整方法を示した図である。
【０１０８】
既に述べたように、平面アンテナの場合、基板に平行な方向に進む電波（電磁界の拡がりを含む）は、進む距離の長さに応じて大きく減衰する。そのため、互いの距離ができる限り近くなるように送信アンテナと受信アンテナとを選択することが、位相ズレの検出精度を高めるのに寄与する。そこで、図２０に示すように、受信アンテナと送信アンテナとの距離が最小になるように送信アンテナと受信アンテナとの組み合わせを選択する。
【０１０９】
（Ａ）の例は、ＡＮＴ＃１が受信アンテナの場合における送信アンテナの選択方法を示している。ＡＮＴ＃２、ＡＮＴ＃３、ＡＮＴ＃４はいずれもＡＮＴ＃１に隣接しているが、ＡＮＴ＃４は、ＡＮＴ＃２、＃３に比べてＡＮＴ＃１から離れている。そのため、ＡＮＴ＃２、＃３が送信アンテナとして選択される。この場合、ＡＮＴ＃２、ＡＮＴ＃３で送信される信号間の位相ズレ量ｄφ23が得られる。
【０１１０】
（Ｂ）の例は、ＡＮＴ＃２が受信アンテナの場合における送信アンテナの選択方法を示している。ＡＮＴ＃１、ＡＮＴ＃３、ＡＮＴ＃４はいずれもＡＮＴ＃２に隣接しているが、ＡＮＴ＃３は、ＡＮＴ＃１、＃４に比べてＡＮＴ＃２から離れている。そのため、ＡＮＴ＃１、＃４が送信アンテナとして選択される。この場合、ＡＮＴ＃１、ＡＮＴ＃４で送信される信号間の位相ズレ量ｄφ14が得られる。
【０１１１】
（Ｃ）の例は、ＡＮＴ＃４が受信アンテナの場合における送信アンテナの選択方法を示している。ＡＮＴ＃４に近いアンテナはＡＮＴ＃２、ＡＮＴ＃３である。しかし、（Ａ）（Ｂ）でｄφ23、ｄφ14が得られているから、ｄφ12が得られれば、ＡＮＴ＃１を基準とするＡＮＴ＃２、ＡＮＴ＃３、ＡＮＴ＃４の位相ズレが全て計算できる（（Ｄ）参照）。そのため、この場合にはＡＮＴ＃１、ＡＮＴ＃２が送信アンテナとして選択される。そして、ＡＮＴ＃１、ＡＮＴ＃２で送信される信号間の位相ズレ量ｄφ12が得られる。
【０１１２】
ＡＮＴ＃１の位相を基準とするＡＮＴ＃２の位相ズレ量ｄφ2（ｄφ2＝ｄφ12）は（Ｃ）の処理で得られている。また、ＡＮＴ＃３の位相ズレ量ｄφ3（ｄφ3＝ｄφ13）は、（Ｄ）に示すように、（Ｃ）の処理で得られているｄφ12と、（Ａ）の処理で得られているｄφ23を用いて計算される。また、ＡＮＴ＃４の位相ズレ量ｄφ4（ｄφ4＝ｄφ14）は、（Ｂ）の処理で得られている。そのため、上記の方法を利用すれば、ＡＮＴ＃２、ＡＮＴ＃３、ＡＮＴ＃４から送信される信号の位相を調整できる。
【０１１３】
なお、図２０に示したアンテナの選択方法は一例であり、二次元的にアンテナが配置されている場合には、上記の例とは異なるアンテナの組み合わせで位相ズレ量ｄφ2、ｄφ3、ｄφ4を得ることもできる。この性質を利用し、例えば、複数の組み合わせで同じ位相ズレ量ｄφ2、ｄφ3、ｄφ4を求め、それぞれ組み合わせ毎に求めた値の平均値を位相の調整に利用する方法も採用しうる。この方法を利用すれば位相ズレの検出過程で生じる誤差などを低減しうる。
【０１１４】
（その他）
これまで、説明の都合上、図３に示した無線部１０２を想定して説明を進めてきたが、図２１に示すように、無線部１０２が送受信機２０１、２０２、２０３を具備する場合で（変形例＃４）も第２実施形態の技術を適用可能である。図２１は、第２実施形態の一変形例（変形例＃４）に係る無線通信装置の一例を示した図である。
【０１１５】
送受信機２０１、２０２、２０３は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、ミキサ（ＭＸ）、局部発振器（ＲＦ）、移相器（ＰＳ）、電力増幅器（ＰＡ）、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）、スイッチ（ＳＷ）を有する。
【０１１６】
バースバンド領域の送信信号Ｔｘは、ＢＰＦで帯域制限された後、ＭＸでＲＦが出力する搬送波に乗算されてＲＦ信号に変調される。そして、ＲＦ信号は、ＰＳ及びＰＡで位相及び振幅が調整された後、ＳＷ（送受信の切替え）を経由してアンテナから出力される。逆に、アンテナに入力されたＲＦ信号は、ＳＷを経由してＬＮＡに入力され、ＬＮＡで振幅調整された後にＭＸでベースバンド領域に変換され、ＢＰＦを経由してベースバンド領域の受信信号ＲｘとしてＤＳＰ１０１に入力される。
【０１１７】
変形例＃４の場合、送受信機２０１、２０２、２０３の受信機能を利用して受信信号の電力パターン（位相差と受信電力との関係）が得られる。そのため、上述した検出器１２７、１２８、１２９を別途設けずとも第２実施形態の技術を適用できる。このように、無線部１０２の要素が変更されても第２実施形態の技術を適用することが可能である。また、平面アンテナを例に説明を進めてきたが、アンテナの種類や形状が変更されても、同様に第２実施形態の技術を適用することができる。
【０１１８】
以上、第２実施形態について説明した。
【符号の説明】
【０１１９】
１０  無線通信装置
１１  記憶部
１２  演算部
１３  第１のアンテナ
１４  第２のアンテナ
１５  第３のアンテナ
２１  第１の信号
２２  第２の信号
Ｄ１３、Ｄ２３、Ｘ  距離
Ａ１、Ａ２、Ａ  振幅
Ｑ１、Ｑ２  位相
ｄＱ  位相差
λ  波長
Ｋ  波数
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2018032892.tif 000024
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2018032892.tif 000025
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2018032892.tif 000026
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2018032892.tif 000027
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2018032892.tif 000028
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2018032892.tif 000029