(57)【要約】【課題】多ストリーム伝送を行う無線通信装置において、ストリーム間のアイソレーションの低下の抑制と装置の大型化の抑制とを両立する回路および無線装置を提供すること。【解決手段】電流、電圧又は電磁波（以下「電流等」という。）が印加される第一入出力部と、電流等が印加される第二入出力部と、一端が第一入出力部に接続され他端が先端開放である第一の線路によって形成され９０度ハイブリッド回路及び遅延線路を有するマトリクス回路、を備える第一の基板と、一端が前記第二入出力部に接続され他端が先端開放である第二の線路を備える第二の基板と、開口部を備える遮蔽板とを備え、遮蔽板は第一の線路の先端開放である一端から遮蔽板に向かう電流等を、開口部を介して第二の線路の先端開放である一端に伝搬させ、第二の線路の先端開放である一端から遮蔽板に向かう電流等を、開口部を介して第一の線路の先端開放である一端に伝搬させる、回路である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流、電圧又は電磁波が印加される第一入出力部と、
電流、電圧又は電磁波が印加される第二入出力部と、
一端が前記第一入出力部に接続され他端が先端開放である第一のマイクロストリップ線路によって形成され、９０度ハイブリッド回路及び遅延線路を有するマトリクス回路、を備える第一の基板と、
一端が前記第二入出力部に接続され、他端が先端開放である第二のマイクロストリップ線路を備える第二の基板と、
開口部を備える遮蔽板と、
を備え、
前記遮蔽板は、前記第一のマイクロストリップ線路の先端開放である一端から前記遮蔽板に向かう電流、電圧又は電磁波を、前記開口部を介して前記第二のマイクロストリップ線路の先端開放である一端に伝搬させ、前記第二のマイクロストリップ線路の先端開放である一端から前記遮蔽板に向かう電流、電圧又は電磁波を、前記開口部を介して前記第一のマイクロストリップ線路の先端開放である一端に伝搬させる、
回路。
【請求項２】
前記第二のマイクロストリップ線路に励起された電流、電圧又は電磁波の位相を調整する移相器と、
前記第二のマイクロストリップ線路に励起された電流、電圧又は電磁波の振幅を増大する第一の増幅器と、
を備え、
前記移相器は、前記第二のマイクロストリップ線路に接続され、
前記第一の増幅器は、前記第二のマイクロストリップ線路に接続される、
請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記第一の基板と、前記第二の基板と、前記遮蔽板とを内部に含む筐体、
をさらに備え、
前記筐体は、前記第一のマイクロストリップ線路と、前記第二のマイクロストリップ線路とに励起された電流、電圧又は電磁波を遮蔽する遮蔽部と、前記第一のマイクロストリップ線路と、前記第二のマイクロストリップ線路とに励起された電流、電圧又は電磁波を遮蔽しない非遮蔽部とを備え、
前記第二入出力部は、前記非遮蔽部を介して前記電磁波を前記筐体の外部に放射する、
請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記第二のマイクロストリップ線路に励起された電流、電圧又は電磁波の振幅を調整する第二の増幅器、
をさらに備え、
前記第二の増幅器は、前記移相器の前段に接続される、
請求項２又は３に記載の回路。
【請求項５】
前記第一の基板と、前記遮蔽板と、前記第二の基板とが略平行である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の回路。
【請求項６】
前記第二入出力部は、所定の電磁波を放射するアンテナの素子に接続され、前記第二入出力部の配置が、前記素子の配置と略同一である、
請求項１から５のいずれか一項に記載の回路。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の回路を備える、
無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路および無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速伝送を実現する方法のひとつに、ＭＩＭＯ（Multiple-input and multiple-output）伝送技術がある。図１３は、ＭＩＭＯ伝送技術を実現するＭＩＭＯ送受信システム９００の構成の具体例を示す図である。ＭＩＭＯ送受信システム９００は、送信アンテナアレー９１１−１〜９１１−Ｎ（Ｎは１以上の整数）、送信機９１２−１〜９１２−Ｎ、受信アンテナアレー９１３−１〜９１３−Ｎ及び受信機９１４−１〜９１４−Ｎを備える。ＭＩＭＯ送受信システム９００は、送受信機側双方でチャネル情報に基づく瞬時重み付け処理を行うことで高速な伝送を可能とする（非特許文献１）。
【０００３】
また、見通し環境などの伝搬路変動が少ない環境における高速伝送を実現する方法のひとつに、固定ウェイトによる簡易な多ストリーム伝送手法がある。固定ウェイトによる簡易な多ストリーム伝送手法は、９０度移相器を用いてアナログ伝搬路直交化を行う（非特許文献２）。このような固定ウェイトによる簡易な多ストリーム伝送手法は、アナログ給電回路による固定ウェイトを用いることで伝搬路情報の推定なしに伝搬路直交化を可能とする。
【０００４】
また、第５世代移動通信システムのバックホール無線回線などの高速伝送技術として、ＯＡＭ（Orbital angular momentum）（軌道角運動量）多重伝送技術が注目されている。ＯＡＭ多重伝送技術は、今まで無線通信の手段としては全く利用されてこなかった電磁波の公転（軌道）角運動量を用いて多ストリーム伝送を行うことを特徴とする。
【０００５】
上述のＯＡＭ多重伝送技術の実現に適した給電回路として、アナログ回路部でバトラーマトリクス回路を用いることが提案されている。バトラーマトリクス回路を用いたアナログ回路部として、例えば、平面回路上に形成した８素子のバトラーマトリクス回路が提案されている（非特許文献４及び５）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】I. E. Telatar, “Capacity of Multi-antenna Gaussian Channels", European Transactions on Telecommunications, vol.10, pp.585-595, 1999.
【非特許文献２】R. Kataoka, et al. “Analog Decoding Method for Simplified Short-Range MIMO Transmission,” IEICE Trans. Commun., vol. E97-B, no.3, March, 2014.
【非特許文献３】荒木純道  他、「空間多重化としてのOAM伝送」  電子情報通信学会誌  Vol.100 No.8pp.854-858、発行日:2017/08/01
【非特許文献４】B. Palacin et.al “An 8x8 Butler Matrix for Generation of Waves Carrying Orbital Angular Momentum (OAM)” The 8th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2014)、pp.2814-2818, 2014.
【非特許文献５】B. Cetinoneri et.al, “An 8x8 Butler Matrix in 0.13-um CMOS for 5-6-GHz Multibeam Applications” IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 59, NO. 2, FEBRUARY 2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＯＡＭ多重伝送技術における給電回路をバトラーマトリクスなどのマトリクス回路で実現する場合、マトリクス回路におけるストリーム間のアイソレーションを確保する技術が重要となる。なぜなら、マトリクス回路におけるストリーム間のアイソレーションが取れなくなると、ストリーム間の干渉成分が増加し、伝送容量が低下してしまうからである。なお、マトリクス回路におけるストリーム間のアイソレーションは、マトリクス内部の９０度ハイブリッド回路の直交性の劣化、遅延線路又は伝送路間の電磁界結合によって生じる。
【０００８】
マトリクス回路におけるストリーム間のアイソレーションを確保する技術として、バトラーマトリクス回路を用いて、中心周波数である５．５ＧＨｚにおけるストリーム間のアイソレーションを１１ｄＢ程度にする技術が報告されている（非特許文献５）。しかしながら、この技術では、中心周波数ではない５．３ＧＨｚにおけるストリーム間のアイソレーションが６ｄＢまで低下してしまうため、広帯域な周波数範囲にわたるアイソレーションを確保できないという課題がある。
【０００９】
また、このようなマトリクス回路を用いて高速伝送を実現する技術は、図１４が示す、マトリクス回路とアンテナとの間を伝送線路又はケーブルによって接続する構成を備えた伝送システムによって実現されることが多い（非特許文献５）。このような場合、１次元アレーアンテナをアンテナとして用いることが想定されている。
【００１０】
しかしながら、ＯＡＭ多重伝送技術においては、リング型などの２次元アレーアンテナをアンテナとして用いる構成が想定されている。そのため、図１４のシステムによって実現された場合、図１５に示すようにマトリクス回路からアンテナ部までのケーブルの長さ、曲げ方などにばらつきが生じ、送信機から受信機までを通した場合のストリーム間のアイソレーション低下を生じるという課題がある。
【００１１】
これを解決するには、マトリクス回路からアンテナ部までのケーブルの長さ、曲げ方などにばらつきが生じない位置に出力端子を配置すればよい。しかしながら、マトリクス回路の出力端子を所望の配置にすることは、配線を複雑にしてしまい、装置の小型化を困難にするという課題があった。
【００１２】
また、マトリクス回路は、入出力端子の数が増えると、マトリクス回路を構成する９０度ハイブリッドの段数が増え、挿入損失が大きくなるという課題がある。この損失を補うにはアンテナとマトリクス回路の間に送信用増幅器や受信側低雑音増幅器を配置することが有効である。しかしながら、この場合、増幅器を制御するための部品が必要なことから、送信用増幅器や受信側低雑音増幅器を、多層基板で構成されるマトリクス回路と同一の基板上に実装することが難しいという課題がある。増幅器を制御するための部品とは、例えば、増幅器に生じた熱を排出する機構部品や、増幅器の発振を抑圧するための回路や、増幅器に対する電源供給線路などである。なお、入出力端子が４端子以上のマトリクス回路を平面基板に実装する場合、配線を交差させる必要がある場合が多い。これには配線層が３層以上の多層基板を用いてＶＩＡホールなどを使い交差させる方法が用いられている。
【００１３】
図１６は、２個の入力端子と２個の出力端子とを有する従来のマトリクス回路の具体例を示す図である。マトリクス回路は９０度ハイブリッド回路および遅延線路または移相器で形成される。２×２のマトリクス回路であれば基板上の配線は複雑ではない。
【００１４】
図１７は、Ｎ個の入力端子とＮ個の出力端子とを有する従来のマトリクス回路の具体例を示す図である。Ｎが３以上のマトリクス回路になると配線は複雑になり、配線の交差が複数の箇所で生じる。そのため、Ｎが３以上のマトリクス回路になると多層基板が使われることが多い。
【００１５】
また、ミリ波などの高い周波数になると、マトリクス回路と同一の基板上へのコネクタ実装などによるインピーダンス整合のずれなどが原因となり、通過位相のばらつきが大きくなる場合がある。そのため、アンテナによるビーム形成の精度を高めるために、位相ばらつきを補償するための可変移相器などを、マトリクス回路と同一の基板上に実装する場合がある。しかしながら、可変移相器は制御電圧が必要なものが多いため、可変移相器だけでなく、さらに電源配線も追加する必要があった。
【００１６】
このように、多ストリーム伝送を行う無線通信装置において、ストリーム間のアイソレーションの低下と装置の小型化とを両立することは困難な場合があった。
【００１７】
上記事情に鑑み、本発明は、多ストリーム伝送を行う無線通信装置において、ストリーム間のアイソレーションの低下の抑制と装置の大型化の抑制とを両立する給電回路および無線装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一態様は、電流、電圧又は電磁波が印加される第一入出力部と、電流、電圧又は電磁波が印加される第二入出力部と、一端が前記第一入出力部に接続され他端が先端開放である第一のマイクロストリップ線路によって形成され、９０度ハイブリッド回路及び遅延線路を有するマトリクス回路、を備える第一の基板と、一端が前記第二入出力部に接続され、他端が先端開放である第二のマイクロストリップ線路を備える第二の基板と、開口部を備える遮蔽板と、を備え、前記遮蔽板は、前記第一のマイクロストリップ線路の先端開放である一端から前記遮蔽板に向かう電流、電圧又は電磁波を、前記開口部を介して前記第二のマイクロストリップ線路の先端開放である一端に伝搬させ、前記第二のマイクロストリップ線路の先端開放である一端から前記遮蔽板に向かう電流、電圧又は電磁波を、前記開口部を介して前記第一のマイクロストリップ線路の先端開放である一端に伝搬させる、回路である。
【００１９】
本発明の一態様は、上記の回路であって、前記第二のマイクロストリップ線路に励起された電流、電圧又は電磁波の位相を調整する移相器と、前記第二のマイクロストリップ線路に励起された電流、電圧又は電磁波の振幅を増大する第一の増幅器と、を備え、前記移相器は、前記第二のマイクロストリップ線路に接続され、前記第一の増幅器は、前記第二のマイクロストリップ線路に接続される。
【００２０】
本発明の一態様は、上記の回路であって、前記第一の基板と、前記第二の基板と、前記遮蔽板とを内部に含む筐体、をさらに備え、前記筐体は、前記第一のマイクロストリップ線路と、前記第二のマイクロストリップ線路とに励起された電流、又は電圧又は電磁波によって生じる電磁波を遮蔽する遮蔽部と、前記第一のマイクロストリップ線路と、前記第二のマイクロストリップ線路とに励起された電流、電圧又は電磁波を遮蔽しない非遮蔽部とを備え、前記第二入出力出力部は、前記非遮蔽部を介して前記電磁波を前記筐体の外部に放射する。
【００２１】
本発明の一態様は、上記の回路であって、前記第二のマイクロストリップ線路に励起された電流、電圧又は電磁波の振幅を調整する第二の増幅器、をさらに備え、前記第二の増幅器は、前記移相器の前段に接続される。
【００２２】
本発明の一態様は、上記の回路であって、前記第一の基板と、前記遮蔽板と、前記第二の基板とが略平行である。
【００２３】
本発明の一態様は、上記の回路であって、前記第二入出力部は、所定の電磁波を放射するアンテナの素子に接続され、前記第二入出力部の配置が、前記素子の配置と略同一である。
【００２４】
本発明の一態様は、上記の回路を備える、無線装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、多ストリーム伝送を行う無線通信装置において、ストリーム間のアイソレーションの低下の抑制と装置の大型化の抑制とを両立する回路および無線装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態の無線装置１００の機能構成の具体例を示す図。
【図２】第１の実施形態における給電装置１の断面の具体例を示す図。
【図３】第一の実施形態におけるスロット部１３１及び伝送信号線１４１の位置関係を説明する図。
【図４】第１の実施形態におけるスロット部１３１及び第三部分信号線１２１３の位置関係を説明する図。
【図５】第１の実施形態における出力端子１５の具体的な配置を示す図。
【図６】第２の実施形態における無線装置１００ａの機能構成の具体例を示す図。
【図７】第２の実施形態における給電装置１ａの断面の具体例を示す図。
【図８】第２の実施形態におけるヒートシンク１７の配置の具体例を示す図。
【図９】第３の実施形態における無線装置１００ｂの機能構成の具体例を示す図。
【図１０】第３の実施形態における給電装置１ｂの断面の具体例を示す図。
【図１１】第３の実施形態における無線装置１００ｂの全体構成例を示す外観図。
【図１２】第４の実施形態における無線装置１００ｃの機能構成の具体例を示す図。
【図１３】ＭＩＭＯ伝送技術を実現するＭＩＭＯ送受信システム９００の構成の具体例を示す図。
【図１４】マトリクス回路とアンテナとの間を伝送線路又はケーブルによって接続する構成を備えた伝送システム。
【図１５】従来の無線装置の具体例を示す図。
【図１６】２個の入力端子と２個の出力端子とを有する従来のマトリクス回路の具体例を示す図。
【図１７】Ｎ個の入力端子とＮ個の出力端子とを有する従来のマトリクス回路の具体例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の無線装置１００の機能構成の具体例を示す図である。無線装置１００は、給電装置１、ケーブル２及びアンテナ３を備える。給電装置１は、第一の振幅波形と第一の位相波形との電流、電圧又は電磁波が印加されると、第二の振幅波形と第二の位相波形との電流、電圧又は電磁波をケーブル２に印加する。振幅波形は、振幅の時間変化を示す波形である。位相波形は位相の時間変化を示す波形である。以下、第一の振幅波形と、第一の位相波形との電流を伝送媒体とする信号を第一信号という。以下、第二の振幅波形と第二の位相波形との電流を伝送媒体とする信号を第二信号という。
【００２８】
給電装置１は、入力端子１１−１〜１１−Ｎ（Ｎは１以上の整数）、マトリクス回路部１２、遮蔽板１３、伝送部１４及び出力端子１５−１〜１５−Ｎ（Ｎは１以上の整数）を備える。以下、入力端子１１−１〜１１−Ｎをそれぞれ区別しない場合、入力端子１１という。以下、出力端子１５を区別しない場合、出力端子１５という。
【００２９】
入力端子１１には、第一の振幅波形と第一の位相波形との電流、電圧又は電磁波が印加される。入力端子１１に印加される第一信号の振幅波形又は位相波形は、各入力端子１１で同じでなくてもよく、入力端子１１ごとに異なっていてもよい。
【００３０】
マトリクス回路部１２は、９０度ハイブリッド回路や遅延線路等の回路を有するマトリクス回路を備え、各入力端子１１に印加された第一信号の第一の振幅波形と、第一の位相波形とを、第一信号ごとに所定の振幅波形と、所定の位相波形とに変換する。マトリクス回路部１２によって所定の振幅波形又は位相波形に変換された第一信号が、第二信号である。マトリクス回路部１２は、第二信号を遮蔽板１３に出力する。
【００３１】
遮蔽板１３は、スロット部１３１−１〜１３１−Ｎを有する遮蔽板である。スロット部１３１は、遮蔽板１３に開けられた開口であって、遮蔽板１３は、スロット部１３１−１〜１３１−Ｎによって、マトリクス回路部１２が出力する第二信号を伝送部１４に伝送する。具体的には、スロット部１３１−Ｍ（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）は、入力端子１１−Ｍに印加された第一信号がマトリクス回路部１２によって変換された第二信号、を伝送部１４に伝送する。
【００３２】
以下、スロット部１３１−１〜１３１−Ｎをそれぞれ区別しない場合、スロット部１３１という。
【００３３】
伝送部１４は、伝送線路及び遅延線路を備え、遮蔽板１３が伝送した第二信号を取得し、出力端子１５に伝送する。伝送部１４は、伝送信号線１４１−１〜１４１−Ｎを備える。伝送信号線１４１−１〜伝送信号線１４１−Ｎは、伝送線路及び遅延線路を形成し、遮蔽板１３が伝送した第二信号を取得し、出力端子１５に伝送する。具体的には、伝送信号線１４１−Ｍは、伝送線路及び遅延線路を形成し、入力端子１１−Ｍに印加された第一信号がマトリクス回路部１２によって変換された第二信号を伝送する。
以下、伝送信号線１４１−１〜１４１−Ｎをそれぞれ区別しない場合、伝送信号線１４１という。
【００３４】
出力端子１５には、伝送部１４によって伝送された第二信号が印加される。出力端子１５−Ｍには、伝送信号線１４１−Ｍによって伝送された第二信号が印加される。
【００３５】
ケーブル２は、給電装置１が供給するアンテナ制御信号をアンテナ３に伝送する。具体的には、ケーブル２−Ｍは、入力端子１１−Ｍに印加された第一信号がマトリクス回路部１２によって変換された第二信号を伝送する。ケーブル２は、所定のコネクタによって出力端子１５に接続される。
【００３６】
アンテナ３は、複数のアンテナ素子３１−１〜３１−Ｎを平面上に配列して備える。アンテナ素子３１−１〜３１−Ｎは、アンテナ３の素子である。アンテナ素子３１−Ｍは、入力端子１１−Ｍに印加された第一信号がマトリクス回路部１２によって変換された第二信号の伝送媒体である電流、電圧又は電磁波によって、マクスウェル方式で関係づけられる電磁波を放射する。アンテナ３は、アンテナ素子３１−１〜３１−Ｍが同期して電磁波を放射することで、所定の放射パターンで電磁波を放射する二次元配列のアレーアンテナとして機能する。
【００３７】
図２は、第１の実施形態における給電装置１の断面の具体例を示す図である。
給電装置１は、入力端子１１、マトリクス回路部１２、遮蔽板１３、伝送部１４、出力端子１５及び筐体１６を備える。
入力端子１１は、同軸ケーブル１１１を備える。同軸ケーブル１１１は、第一信号をマトリクス回路部１２に伝送する。
【００３８】
マトリクス回路部１２は、回路信号線１２１と、第一ＧＮＤ（Ground)１２２と、回路基板１２３とを備える。回路信号線１２１は、先端開放のマイクロストリップ線路である。回路信号線１２１は、第一信号を第二信号に変換する回路を形成する。回路信号線１２１は、第一部分信号線１２１１、第二部分信号線１２１２、第三部分信号線１２１３を備える。第一部分信号線１２１１は、一端が同軸ケーブル１１１に接続され、他端が、第二部分信号線１２１２に接続される。第二部分信号線１２１２は、一端が第一部分信号線１２１１に接続され、他端が第三部分信号線１２１３に接続される。第三部分信号線１２１３は、一端が第二部分信号線１２１２に接続され、他端が先端開放である。第三部分信号線１２１３は、第一信号によって先端開放である一端から電磁波を放射する。
第一ＧＮＤ１２２は、電圧が０に略同一である。
【００３９】
回路基板１２３は、第一信号を流さない物質ででてきおり、回路信号線１２１及び第一ＧＮＤ１２２支持する。回路基板１２３は、給電装置１の内壁の面Ｓ１から距離Ｌ１の位置に、面Ｓ１に略平行に存在する。回路基板１２３と面Ｓ１との間の空間は、第一信号によって放射される電磁波の、回路基板１２３から面Ｓ１まで伝搬するモード、を有さない空間であればどのような空間であってもよい。例えば、回路基板１２３と面Ｓ１との間の空間は、距離Ｌ１が第一信号によって放射される電磁波の半波長未満の長さである真空又空気層の空間であってもよい。例えば、回路基板１２３と面Ｓ１との間の空間は、距離Ｌ１が、第一信号によって放射される電磁波の第一空間における物質内波長の半分未満の長さである空間であってもよい。例えば、回路基板１２３と面Ｓ１との間の空間は、第一信号によって放射される電磁波を透過させない誘電率を有する物質によって満たされた空間であってもよい。
【００４０】
回路基板１２３は、第一の面に第一部分信号線１２１１を備え、第一の面の反対側の面である第二の面に第三部分信号線１２１３を備える。回路基板１２３は、ＶＩＡホールを第二部分信号線１２１２として備え、ＶＩＡホールによって第一部分信号線１２１１と、第三部分信号線１２１３とを接続する。回路基板１２３は、第一部分信号線１２１１と、第三部分信号線１２１３との間に、第一部分信号線１２１１及び第三部分信号線１２１３に略平行に、第一ＧＮＤ１２２を備える。第一ＧＮＤ１２２は、回路基板１２３の中心位置に略同一な位置にある。
【００４１】
遮蔽板１３は、厚さがＤ１の板状の物質である。遮蔽板１３は、上述したようにスロット部１３１を備える。スロット部１３１は、回路基板１２３の第三部分信号線１２１３を備える面に垂直な方向に開けられた開口部である。第三部分信号線１２１３が放射する電磁波はスロット部１３１を伝搬する。遮蔽板１３の開口部ではない箇所（以下「非開口部」という。）は、第三部分信号線１２１３が放射する電磁波を遮蔽する。遮蔽板１３は、回路基板１２３の第三部分信号線１２１３を備える面から、距離Ｌ２の位置に、回路基板１２３に略平行に存在する。
【００４２】
このように構成されたスロット部１３１は、電磁波の直流成分は通さないが、無線信号等の高周波信号であれば低損失で伝えることが可能である。
【００４３】
なお、遮蔽板１３は、非開口部において第三部分信号線１２１３が放射する電磁波を遮蔽する板状の物質であればどのような物質であってもよい。例えば、遮蔽板１３は、非開口部が金属であってもよい。例えば、遮蔽板１３は、非開口部において第三部分信号線１２１３が放射する電磁波を遮蔽するフォトニック結晶であってもよい。例えば、遮蔽板１３は、非開口部において第三部分信号線１２１３が放射する電磁波を遮蔽するメタマテリアルであってもよい。
【００４４】
なお、開口部は必ずしも真空又は空気層でなくてもよい。例えば、開口部は、第三部分信号線１２１３が放射する電磁波が伝搬可能な物質によって満たされた空間であってもよい。
【００４５】
回路基板１２３の第三部分信号線１２１３を備える面と遮蔽板１３との間の距離Ｌ２は、どのような長さであってもよいが、以下のような長さであることが望ましい。第二信号によって放射される電磁波のモードであって、回路基板１２３の第三部分信号線１２１３を備える面から遮蔽板１３の非開口部へ伝搬するモード、が存在しない長さであることが望ましい。具体的には、距離Ｌ２は、第二信号によって放射される電磁波モードの、回路基板１２３の第三部分信号線１２１３を備える面と遮蔽板１３との間の空間における物質内波長の半分以下であることが望ましい。
【００４６】
伝送部１４は、伝送信号線１４１と、第二ＧＮＤ１４２と、伝送基板１４３とを備える。伝送信号線１４１は、先端開放のマイクロストリップ線路である。伝送信号線１４１の先端開放である一端には、スロット部１３１を伝搬した電流、電圧又は電磁波によって電流、電圧又は電磁波が励起される。伝送信号線１４１に励起された電流、電圧又は電磁波は、同軸ケーブル１５１に伝送される。伝送信号線１４１に励起された電流、電圧又は電磁波の波形は、第二信号の波形と同じであるため、同軸ケーブル１５１に伝搬される電流、電圧又は電磁波は第二信号である。このようにして、第三部分信号線１２１３と伝送信号線１４１とがスロット部１３１を介して電磁気的に接続される。
【００４７】
第二ＧＮＤは、給電装置１の内壁の面Ｓ１の反対側の面Ｓ２に接する。第二ＧＮＤは、電圧が０に略同一である。
【００４８】
伝送基板１４３は、第二信号を流さない物質でできており、伝送信号線１４１及び第二ＧＮＤ１４２を支持する。伝送基板１４３は、面Ｓ２の側の面に第二ＧＮＤ１４２を備える。伝送基板１４３は、第二ＧＮＤ１４２を備える面の反対側の面に、伝送信号線１４１を備える。
【００４９】
伝送基板１４３は、遮蔽板１３に略平行に存在する。伝送基板１４３の伝送信号線１４１を備える面と遮蔽板１３との間の距離Ｌ３は、基板間電磁波モード条件を満たす長さであれば、どのような長さであってもよい。基板間電磁波モード条件とは、回路基板１２３の第三部分信号線１２１３を備える面から、伝送基板１４３の伝送信号線１４１を備える面まで、遮蔽板１３の開口部を介して第二信号によって放射される電磁波が伝搬するモードが存在する長さである。Ｌ３は、具体的には、Ｌ２＋Ｄ１＋Ｌ３が第二信号の物質内波長の半分以上となる長さである。
【００５０】
伝送基板１４３の伝送信号線１４１を備える面と遮蔽板１３との間の距離Ｌ３は、基板間電磁波モード条件を満たす長さであれば、どのような長さであってもよいが、以下の長さであることが望ましい。例えば、距離Ｌ３は、第二信号によって放射される電磁波のモードであって、伝送基板１４３の伝送信号線１４１を備える面から遮蔽板１３の非開口部へ伝搬するモード、が存在しない長さであることが望ましい。具体的には、距離Ｌ３は、第二信号によって放射される電磁波モードの、伝送基板１４３の伝送信号線１４１を備える面と遮蔽板１３との間の空間における物質内波長の半分以下であることが望ましい。
【００５１】
出力端子１５は、同軸ケーブル１５１を備える。同軸ケーブル１５１は、伝送信号線１４１が伝送した信号を、ケーブル２に伝送する。
【００５２】
筐体１６は、第一信号及び第二信号によって発生する電磁波を外部に透過させない。筐体１６は、マトリクス回路部１２、遮蔽板１３及び伝送部１４を囲む筐体であって、マトリクス回路部１２、遮蔽板１３及び伝送部１４を支持する。筐体１６は、第一信号及び第二信号によって発生する電磁波を外部に透過させない筐体であればどのような筐体であってもよく、例えば、第一信号及び第二信号によって発生する電磁波を遮蔽する誘電率を有する金属の筐体であってもよい。
【００５３】
以下、簡単のため、図２における紙面に垂直な方向に平行な軸をＺ軸とし、以下、回路基板１２３の第三部分信号線１２１３を備える面に垂直な方向に平行な軸をＹ軸とし、Ｚ軸とＹ軸とに直交する軸をＸ軸とする左手系のＸＹＺ軸座標を用いて説明を行う。Ｚ軸の正方向は、紙面の手前から奥に向かう向きである。Ｙ軸の正方向は、回路基板１２３の第三部分信号線１２１３を備える面から、遮蔽板１３に向かう方向である。
【００５４】
以下、図３及び図４によって、実施形態における第三部分信号線１２１３と、スロット部１３１と、伝送信号線１４１との位置関係を説明する。
【００５５】
図３は、第一の実施形態におけるスロット部１３１及び伝送信号線１４１の位置関係を説明する図である。図３は、スロット部１３１及び伝送信号線１４１をＹ軸正方向から見た図である。スロット部１３１及び伝送信号線１４１は、直方体の形状をしている。スロット部１３１と伝送信号線１４１は、Ｙ軸正方向から見た場合に、互いに直交する位置関係にある。スロット部１３１は、伝送信号線１４１の長軸に平行な方向の長さがＷｓであり、伝送信号線１４１に垂直な方向の長さがＬｓである。長さＷｓと長さＬｓとは、Ｌｓ＞Ｗｓの関係を満たす。伝送信号線１４１は、スロット部１３１の長軸に平行な方向の長さがＷｍ２である。Ｙ軸正方向から見た場合に、スロット部１３１と伝送信号線１４１とは、伝送信号線１４１の開放端から距離Ｌｍ２の箇所において重なる。
【００５６】
図４は、第１の実施形態におけるスロット部１３１及び第三部分信号線１２１３の位置関係を説明する図である。第三部分信号線１２１３は、直方体の形状をしている。第三部分信号線１２１３とスロット部１３１とは、Ｙ軸正方向から見た場合に、互いに直交する位置関係にある。第三部分信号線１２１３は、スロット部１３１の長軸に平行な方向の長さがＷｍ１である。Ｙ軸正方向から見た場合に、スロット部１３１と第三部分信号線１２１３とは、第三部分信号線１２１３のＸ軸方向の負の側にある開放端から距離Ｌｍ１の箇所において重なる。
【００５７】
このように構成された給電装置１は、マトリクス回路部１２と伝送部１４とをひとつの筐体内で対向して備えるため、配線の複雑化を抑制し、ストリーム間のアイソレーションの低下の抑制と装置の大型化の抑制とを両立することができる。なお、ストリーム間のアイソレーションとは、ストリーム間の振幅ばらつき又は位相ばらつきが少ない状態を意味する。ストリーム間のアイソレーションの低下とは、ストリーム間の振幅ばらつき又は位相ばらつきが増大することを意味する。
【００５８】
また、このように構成された給電装置１は、遮蔽板１３を備えるため、筐体１６の内部の空間を少なくとも２つの空間に分割する。そのため、筐体１６内の電磁波モードの発生を抑制し、ストリーム間のアイソレーションの低下を抑制することができる。
【００５９】
このように構成された給電装置１は、配線の複雑化を抑制するため、ストリーム間のアイソレーションの低下を抑制しつつ、複数の出力端子１５をアンテナ３におけるアンテナ素子３１の配置と略同一の配置で備えることができる。
【００６０】
図５は、第１の実施形態における出力端子１５の具体的な配置を示す図である。図５は、Ｎ＝８の場合における出力端子１５の具体的な配置を示す。出力端子１５は、アンテナ３におけるアンテナ素子３１の配置と略同一の配置で給電装置１の側面に備えられている。そのため、出力端子１５−Ｍとアンテナ素子３１−Ｍとを接続するケーブル２−Ｍの長さ及び曲げ方は、ケーブル２−Ｍによらず略同一である。
【００６１】
このように構成された無線装置１００は、アンテナ３におけるアンテナ素子３１の配置と略同一の配置で出力端子１５を備えるため、ケーブル２の引き回しを少なくし、ケーブル２の長さ、曲げ方などのばらつきによるストリーム間のアイソレーションの低下を抑制することができる。
【００６２】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態における無線装置１００ａの機能構成の具体例を示す図である。無線装置１００ａは、給電装置１に代えて給電装置１ａを備える点で第１の実施形態における無線装置１００と異なる。
以下、第１の実施形態における無線装置１００と同様の機能をもつものには、図１〜４と同じ符号を付すことで説明を省略する。
【００６３】
給電装置１ａは、伝送部１４に代えて伝送部１４ａを備える点で、第１の実施形態における給電装置１と異なる。伝送部１４ａは、移相器１４４−１〜１４４−Ｎと、後段増幅器１４５−１〜１４５−Ｎとを備える点で、伝送部１４と異なる。移相器１４４−Ｍは、電圧制御による可変移相器であって、伝送信号線１４１−Ｍが伝送する第二信号の位相を調整する。後段増幅器１４５−Ｍは、移相器１４４−Ｍの後段に備えられ、移相器１４４−Ｍによって位相が調整された第二信号の振幅を調整する。以下、移相器１４４−１〜１４４−Ｎをそれぞれ区別しない場合、移相器１４４という。以下、後段増幅器１４５−１〜１４５−Ｎをそれぞれ区別しない場合、後段増幅器１４５という。
【００６４】
図７は、第２の実施形態における給電装置１ａの断面の具体例を示す図である。移相器１４４及び後段増幅器１４５は、伝送部１４ａの伝送信号線１４１を備える面上に存在する。
【００６５】
このように構成された第２の実施形態における給電装置１ａは、マトリクス回路部１２の挿入損失や位相ばらつきなどを補償できる。さらに、マトリクス回路部１２は、移相器１４４及び後段増幅器１４５を有さないため、多層基板を用いることが多いマトリクス回路部１２側には放熱のための金属充填が不要である。また、マトリクス回路部１２は、移相器１４４及び後段増幅器１４５を有さないため、マトリクス回路部１２側には制御電圧やドレイン電圧などの電源線路が不要である。
【００６６】
なお、給電装置１ａは、ヒートシンク１７を備えてもよい。
図８は、第２の実施形態におけるヒートシンク１７の配置の具体例を示す図である。ヒートシンク１７は、後段増幅器１４５の近傍に設置される。ヒートシンク１７は、後段増幅器１４５によって生成された熱を給電装置１ａの外部に放熱する。
【００６７】
（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態における無線装置１００ｂの機能構成の具体例を示す図である。無線装置１００ｂは、給電装置１ａに代えて給電装置１ｂを備える点で、無線装置１００ａと異なる。給電装置１ｂは、出力端子１５及びケーブル２に代えて、放射部１８を備える点で、給電装置１ａと異なる。
以下、第２の実施形態における無線装置１００ａと同様の機能をもつものには、図６〜８と同じ符号を付すことで説明を省略する。
【００６８】
放射部１８は、伝送信号線１４１が伝送した信号を電磁波として放射することで、アンテナ素子３１に第二信号を伝送する。
【００６９】
図１０は、第３の実施形態における給電装置１ｂの断面の具体例を示す図である。放射部１８は、筐体開口１６１を備える。
筐体開口１６１は、筐体１６に開けられた開口である。伝送信号線１４１を伝搬した第二信号は、筐体開口１６１を介して給電装置１ｂの外部に電磁波として伝搬する。
【００７０】
図１１は、第３の実施形態における無線装置１００ｂの全体構成例を示す外観図である。
図１１において、アンテナ素子３１は、筐体１６の表面上であって放射部１８が存在する箇所にある。
【００７１】
このように構成された無線装置１００ｂは、放射部１８を介してアンテナ３に第二信号を伝送するため、アンテナ３と給電装置１ｂとの間のケーブルが不要である。そのため、ケーブルによる振幅ばらつき又は位相ばらつきの補償が不要となる。また、ケーブルが不要であるため、無線装置１００ｂの作製にかかるコストの増大を抑制することができる。
【００７２】
また、このように構成された無線装置１００ｂは、マトリクス回路部１２を備える基板（すなわち、回路基板１２３）とは異なる基板（すなわち、伝送基板１４３）に伝送信号線１４１を備える。そのため、このように構成された無線装置１００ｂは、スロット部１３１から放射される電磁波のリークを放射部１８から放射される電磁波に対して抑圧することができる。
【００７３】
（第４の実施形態）
図１２は、第４の実施形態における無線装置１００ｃの機能構成の具体例を示す図である。
無線装置１００ｃは、給電装置１ｂに代えて給電装置１ｃを備える点で無線装置１００ｂと異なる。給電装置１ｃは、伝送部１４ａに代えて伝送部１４ｃを備える点で、給電装置１ｂと異なる。伝送部１４ｃは、前段増幅器１４６−１〜１４６−Ｎと、フィルタ１４７−１〜１４７−Ｎとを備える点で、伝送部１４ａと異なる。以下、前段増幅器１４６−１〜１４６−Ｎをそれぞれ区別しない場合、前段増幅器１４６という。以下、フィルタ１４７−１〜１４７−Ｎをそれぞれ区別しない場合、フィルタ１４７という。
【００７４】
前段増幅器１４６は、移相器１４４の前段に備えられ、第二信号の振幅を調整するバッファ増幅器である。
【００７５】
フィルタ１４７は、不要波の除去を行う。フィルタ１４７は、不要波を除去可能なフィルタであればどのようなフィルタであってもよい。フィルタ１４７は、例えば、導波管フィルタであってもよい。フィルタ１４７は、例えば、磁性体でできたアイソレータであってもよい。
【００７６】
移相器１４４が電圧制御の可変移相器である場合には、回路構成によってはマトリクス回路部１２と移相器１４４との間のインピーダンスの変化が大きく、給電装置１ｃにおけるストリーム間のアイソレーションを低下させることが知られている。
【００７７】
このように構成された第４の実施形態における無線装置１００ｃは、前段増幅器１４６を備えるため、マトリクス回路部１２と移相器１４４との間のインピーダンスの変化を抑制することができる。そのため、このように構成された第４の実施形態における無線装置１００ｃは、給電装置１ｃにおけるストリーム間のアイソレーションを低下させることができる。
【００７８】
なお、伝送部１４、１４ａ及び１４ｃとアンテナ３とは、必ずしもケーブル２によって接続される必要はなく、導波管であってもよい。伝送部１４、１４ａ及び１４ｃとアンテナ３とが導波管で接続される場合、周波数帯域によってはケーブルよりも低損失で第二信号が伝送される。
【００７９】
なお、マトリクス回路部１２は必ずしも１層の基板に形成される必要はなく、２層以上の多層の基板に形成されてもよい。
【００８０】
なお、無線装置１００、１００ａ、１００ｂ及び１００ｃは、給電回路を備える送信機として説明したが、以下のようにすることで、無線装置１００、１００ａ、１００ｂ及び１００ｃを、受信機として機能させることも可能である。具体的には、入力端子と出力端子を入れ替えることと、増幅器の入力と出力を入れ替えることとである。入力端子と出力端子を入れ替えることとは、出力端子１５及び放射部１８に電流、電圧又は電磁波を印加し、入力端子１１から電流、電圧又は電磁波を出力させることである。
増幅器の入力と出力とを入れ替えるとは、実施形態１〜４における後段増幅器１４５及び前段増幅器１４６に、先端開放である一端から他端に向けて流れる電流、電圧又は電磁波ではなく、伝送信号線１４１の先端開放に向けて出力端子１５及び放射部１８から流れる電流、電圧又電磁波を入力することである。
この場合、遮蔽板１３のスロット部１３１は、伝送信号線１４１の先端開放な一端から、回路信号線１２１の先端開放な一端へ電流、電圧又は電磁波を伝搬させる。
また、無線装置１００、１００ａ、１００ｂ及び１００ｃを受信機として機能させる場合には、移相器１４４と、後段増幅器１４５又は前段増幅器１４６との順序を入れ替えてもよい。
【００８１】
なお、回路基板１２３は第一の基板の一例である。伝送基板１４３は、第二の基板の一例である。回路信号線１２１は、第一のマイクロストリップ線路の一例である。伝送信号線１４１は、第二のマイクロストリップ線路の一例である。スロット部１３１は、開口部の一例である。出力端子１５及び放射部１８は、第一入出力部及び第二入出力部の一例である。後段増幅器１４５は、第一の増幅器の一例である。前段増幅器１４６は、第二の増幅器の一例である。筐体１６における筐体開口１６１以外の箇所は、遮蔽部の一例である。筐体開口１６１は、非遮蔽部の一例である。なお、入力端子１１は第一入出力部及び第二入出力部の一例である。給電装置１、１ａ、１ｂ及び１ｃは、回路の一例である。
【００８２】
上述した実施形態におけるマトリクス回路部１２の一部はコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００８３】
１…給電装置、  ２…ケーブル、  ３…アンテナ、  １１…入力端子、  １２…マトリクス回路部、  １３…遮蔽板、  １４…伝送部、  １５…出力端子、１６…筐体、１７…ヒートシンク、１８…放射部、  １１１…同軸ケーブル、  １２１…回路信号線、  １２２…第一ＧＮＤ、  １２３…回路基板、  １４１…伝送信号線、  １４２…第二ＧＮＤ、１４３…伝送基板、  １４４…移相器、１４５…後段増幅器、１４６…前段増幅器、１４７…フィルタ、１５１…同軸ケーブル、１２１１…第一部分信号線、１２１２…第二部分信号線、１２１３…第三部分信号線、１ａ…給電装置、１４ａ…伝送部、１４ｃ…伝送部、１６１…筐体開口
【図１】
2019161326.tif 000003
【図２】
2019161326.tif 000004
【図３】
2019161326.tif 000005
【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】
2019161326.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019161326.tif 000015
【図１４】
2019161326.tif 000016
【図１５】
2019161326.tif 000017
【図１６】
2019161326.tif 000018
【図１７】
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